17(2).Новые технологии передачи и хранения информации.

Информационные технологии — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям создания, управления и обработки данных, в том числе с применением вычислительной техники. В последнее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. Передача информации. Технология передачи данных FTTB - оптоволоконная сеть до здания или строения с последующей коммутацией до конечных абонентов находящихся в этом здании посредством медного кабеля. Коммутируемый доступ - сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса передачи данных. Ethernet - пакетная технология компьютерных сетей. В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, витая пара и оптический кабель. Хранение информации. ПК используется как хранилище большого объема информации и как устройство, способное быстро обрабатывать хранящиеся в нем данные. В компьютерах вся информация хранится в двоичном коде (0 и 1). Одному знаку (0 или 1) соответствует 1 бит информации. 8бит=1байт. 1Кб=1024байт, 1Мб=1024Кб, 1Гб=1024Мб. В качестве устройств, хранящих информацию, могут выступать электронные устройства. Также существуют и др устройства хранения информации: флеш карты, жесткие диски, внешние жесткие диски (DVD, FMD ROM - накопители третьего тысячелетия, USB Flash Drive). От размеров оперативной памяти зависит быстродействие работы компьютера. Голографическая память — это потенциально-возможная замена технологии повышенной емкости данных, сейчас наиболее используемой в магнитных и оптических носителях. В них данные записываются на один-два слоя при помощи отдельных питов.

18(2). Физические основы акустики. Эволюция средств звукозаписи и воспроизведения звука. Акустика — учение о звуке, т.е. об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твердых телах, слышимых человеческим ухом. Частоты таких колебаний находятся в пределах 16—20000 Гц. Физической основой передачи звука является распространение малых приращений давлений в среде. Значительная доля информации выражается через звук. Звукозапись — процесс записи звуковой информации с целью ее сохранения и последующего воспроизведения. Звукозапись основана на изменении физического состояния или формы различных участков носителя записи — магнитной ленты, граммофонной пластинки, кинопленки и пр.

Ранее использовалась механическая запись звука, при которой резец или игла выдавливали или вырезали на поверхности движущегося носителя канав­ку, форма которой соответствовала форме записываемых звуковых колебаний (Патифон, Граммофон, Фонограф). В процессе воспроизведения электропроигрывателем граммофонная игла, двигаясь по извилинам канавки, повторяла эти колебания и передавала их мембране или звукоснимателю, преобразовы-вавшего их в электрические колебания, которые затем усиливались и воспроизводились динамиком. Появившиеся позже магнитные способы записи основаны на перемагничивании участков магнитной ленты, что выполнялось специальными магнитными головками при пропускании в них звуковых колебаний с последующим затем изменением напряженности магнитного поля, запоминавшихся носителем — магнитной лентой. Повторное перемещение магнитной ленты около считывающей магнитной головки возбуждало в ней электрические колебания, которые усиливались и воспроизводились динамиком. Патефон -механическое устройство для проигрывания граммофонных пластинок, в качестве привода применялся пружинный двигатель, а звукоусиление - с помощью раструба, скрытого внутри корпуса. Граммофон - прибор для записывания и воспроизведения звука с граммофонной пластинки (игла движется по спирали диска и вызывает соответствующие колебания вибрирующей пластинки). ФОНОГРАФ -  один из 1-ых. Носитель записи - цилиндрический валик; записывающий элемент - игла, связанная с мембраной.На основе фонографа были созданы  граммофон  и патефон. В настоящее время все шире используются оптические способы записи и воспроизведения звуковой информации, основанные на записи звука с помощью лазерного луча, изменяющего рельеф звуковой дорожки, который затем считывается с помощью оптических систем. Этот способ отличается высокой плотностью информации, благодаря чему оказывается возможным в малом объеме записать весьма большой ее объем, высоким качеством записи и воспроизведения (jgnbxtcrbt yjcbntkb bya компакт-диски – CD, DVD...). Звукозапись широко используется в радиовещании, при воспроизведении всевозможных выступлений, концертов и т. п.

19(2). Основные закономерности цепей постоянного тока. Закон Ома, 1-е и 2-е правила Кирхгофа. Применение постоянного тока в технике и технологиях. Электрический ток- упорядоченное движение электрических частиц в пространстве. Сила тока- к-во электричества, проходящее через поверхность за единицу времени: I=dq/dt. Плотность тока- величина тока, проходящего через единичную площадь: j=dI/dS. Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени (I=q/t).

Законы постоянного тока. Закон Ома: Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I: U=RI. I=e/(R+r). Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U / R;

При последовательном соединении резисторов: R=R₁+R₂ , при параллельном соединении: 1/R=1/R1 + 1/R2. Мощность, выделяемая в проводнике равна: P=I^2*R=U^2/R (Вт). Энергия, выделяющаяся за время Т, равна: W=PT=I^2*RT=(U^2*T)/R (Дж).

Правило Кирхгофа 1-ое. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: . Правило Кирхгофа 2-ое (п-ло контуров). В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

Применение постоянного тока в технике и технологиях: трамваи, электрички, электродвигатели, троллейбусы. Большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями.

20(2). Основные закономерности цепей переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Последовательный и параллельный резонансы. Явление резонанса и его применение в технике и технологиях. Переменный ток —ток, сила и направление которого изменяются во времени.(по закону sin и cos). Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. ЭДС переменного тока - E=E_m sin(wt+j), где E_m, — max или амплитудное значение ЭДС, w -круговая частота, j — фаза относительно некоторого начального момента времени. Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока, имеющие соотношение: Е_п=Е_m/sqrt, I_п=I_m/sqrt. Мощность в цепи переменного тока равна, ((Em*Im)/2)*cos(фи), где E_m, и I_m — амплитудные значения напряжения и тока в электрической цепи, j— сдвиг фазы между ними. Любой проводник электрической цепи обладает тремя видами сопротивления: 1)Активным: R = U/I; (токи, напряжение совпадают по фазе); 2)Индуктивным: Х_L, =wL; (ток отстает по фазе на 90^о); 3)Емкостным: Хс = 1/wС (опережает по фазе на 90^о). Поэтому общее сопротивление цепи, в которой имеются сопротивление (резистор), индуктивность и емкость, будет определяться выражением: z=Корень(R²+(wL-1/wC)²). В промышленности переменный ток используется для питания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т.п. Закон Ома для цепей переменного тока. Величина переменного тока будет тем больше, чем больше напряжение и чем меньше полное сопротивление: I = U / z. Последовательный и параллельный резонансы. Резонанс - резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающего воздействия к некоторой фиксированной частоте (к резонансной частоте). Параллельный резонанс - резонанс в электрической цепи из катушки индуктивности и конденсатора, соединённых параллельно относительно источника переменного тока. При нём алгебраическая сумма реактивных проводимостей ветвей равна нулю и общий ток цепи совпадает по фазе с приложенным напряжением. Использование: для улучшения коэффициента мощности электрических установок, в радиоприёмных устройствах. Последовательный резонанс - резонанс в электрической цепи из соединённых последовательно катушки индуктивности и конденсатора. На резонансной частоте сопротивление такой цепи равно нулю, и ток в ней по фазе совпадает с приложенным напряжением. Использование: для повышения напряжения в импульсных цепях. Применение в технике и технологиях: *Большинство музыкальных инструментов издают звуки определенных частот благодаря резонансу. А духовой инструмент - вообще резонанс столба воздуха. *Все механические и электромеханические часы используют принцип стабильности колебания маятников в условии резонанса.

21(2). Техническое использование переменного тока. Используется  для передачи и распределения электрической энергии преимущественно благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности. Двигатели, основанные на переменном токе, меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. Переменный ток может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в переменный ток другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели.  Переменный ток широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).

22(2). Закон Фарадея и принцип действия электрических трансформаторов. Линии электропередач. ЭДС(электро движущая сила), создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что U₂=N₂*(dФ/dt). Где U₂ — Напряжение на вторичной обмотке, N₂ — число витков во вторичной обмотке, Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит. ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно: U₁=N₁*(dФ/dt). Где U₁ — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки, N₁ — число витков в первичной обмотке. Поделив уравнение U₂ на U₁, получим отношение: U₂/U₁=N₂/N₁. Трансформатор — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначен-ное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: 1.Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле. 2.Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке. (На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате  электромаг-нитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках пропорциональную первой производной магнитного потока. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.) Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.Различают воздушные и кабельные линии электропередач. По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов  и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики.

23(2). Взаимодействие электромагнитного поля и движущегося заряда. Сила Лоренца. Принцип действия электрогенераторов. На электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, равная F_Z=q[uB],

Где q- величина заряда (Кл); u — скорость заряда (м/с); В— магнитная индукция поля (Г). Эта сила направлена перпендикулярно векторам u и В. Если проводящий контур движется в стационарном магнитном поле, то в нем наводится э.д.с. индукции, поскольку на каждый свободный заряд — носитель тока в проводнике, перемещающийся вместе с проводником в магнитном поле, действует сила Лоренца, поэтому на отрезке длиной l, движущемся в поле с магнитной индукцией В со скоростью u возникает э.л.с., равная E=-Blu.

На этом основаны электромеханические электрогене-раторы, в которых на статоре размещена обмотка, через которую пропускается постоянный ток, в результате чего в зазоре между статором и ротором (якорем) создается сильное магнитное поле. На поверхности ротора уложена вторая обмотка, в которой при вращении ротора и пересечении в результате этого силовых линий магнитной индукции создается электродвижущая сила. Сила Лоренца используется в кольцевых ускорителях заряженных частиц для многократного прогона их (в процессе разгона) по одному и тому же пути.

24(2). Электромагнитное излучение и его природа. Шкала электромагнитных волн, области применения различных частотных диапазонов в технике и технологиях.Источником электромагнитного излучения всегда является в-во. Но разные уровни организации материи в в-ве имеют различный механизм возбуждения электромагнитных волн. Так электромагнитные волны имеют своим источником токи, протекающие в проводниках. Инфракрасное излучение имеет своим источником нагретые предметы и генерируются колебаниями молекул тел. Оптическое излучение происходит в результате перехода электронов атомов с одних орбит (возбужденных) на другие (стационарные). Рентгеновские лучи имеют в своей основе возбуждение электронных оболочек атомов внешними воздействиями, например, бомбардировкой электронными лучками. Гамма-излучение имеет источником возбужденные ядра атомов, возбуждение может быть природным, а может явиться результатом наведенной радиоактивности. Шкала электромагнитных волн: От 10¹¹-10³ мкм – электромагнитные волны

10³-0,74 мкм – инфракрасное излучение (ИКИ), 0,74--0,4 мкм – видимый свет, 0,4мкм- 0,004 мкм -ультрафиолетовое излучение(УФИ), 0,01-5 ×10 ^-6 мкм – рентгеновские лучи,

5×10⁵-10^-6 мкм и далее – гамма-лучи. Электромагнитные волны иначе называются радиоволнами.

Длинные и средние волны огибают поверхность, хороши для ближней и дальней радиосвязи, но обладают малой вместимостью; короткие волны — отражаются от поверхности и обладают большей вместимостью, используются для дальней радиосвязи; УКВ — распространяются только в зоне прямой видимости, используются для радиосвязи и в телевидении;

ИКИ — применяются для всякого рода тепловых приборов;

видимый свет — используется во всех оптических приборах;

УФИ — применяется в медицине; Рентгеновское излучение используется в медицине и в приборах контроля качества изделий; гамма-лучи — колебания поверхности нуклонов, входящих в состав ядра, используются в парамагнитном резонансе для определения состава и структуры в-ва.

25(2). Свойства металлов (электропроводность, звукопроводность, твёрдость, пластичность, ковкость, плавкость, плотность). Металлы— группа элементов, обладающая характерными металлическими св-вами, как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. Для всех Ме характерна металлич кристалич решетка. Наличие в Ме свободных электронов объясняет высокую электро- и теплопроводность, а также способность поддаваться механич обработке. Характерные свойства Ме:1)Металлич.блеск, 2)Хорошая электропроводность. 3)Пластичность. 4)Высокая плотность. 5)Высокая температура плавления. 6)Большая теплопроводность. 7)В реакциях чаще всего являются восстановителями. 8)Звукопроводимость(хорошо проводят звук). Электропроводность —способность тела проводить электрический ток. Твёрдость — св-во материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела.(измеряют в 3х диапазонах: макро, микро, нано). Пластичность — способность материала (Ме) подвергаться деформации под давлением без разрушения. Мерой пластичности является удлинение при разрыве. Ковкость-способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам обработки давлением. (2 показателя —пластичность и сопротивление деформации). Плавкость –св-во Ме переходить из твердого кристаллич. состояния в жидкое при нагревании (есть и тугоплавкие Ме). Плотность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

26(2). Сущность параметров давления и температуры, их влияние на фазовое состояние в-ва, использование на практике, в технике и технологиях. Удельная энергия — мера движения материи, заключенной в единице объема. Удельная энергия газа (в Дж/м³), есть давление этого газа, выраженное в Па, или силе, выраженной в Ньютонах, приходящейся на единицу площади, выраженной в кв. м. (Н/м²). Давление (P) — физич. величина, равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности. (Р=F/S).

Физическая сущность давления газа на поверхность - упругая передача молекулами импульсов движения этой поверхности при изменении своего направления движения в результате соударения с этой поверхностью. =>Давление тем больше, чем больше число молекул в единице объема и чем выше их скорость. Температура — это мера энергии одной молекулы газа (Т=mu²/3k, k = 1,38 • 10^-23 Дж/град).

Для перехода тел из одного состояния в другое — из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное нужно затратить дополнительную энергию — энергию плавления или энергию парообразования соответственно. При обратных фазовых переходах (конденсации или кристаллизации) происходит выделение тепла. Благодаря этому явлению не происходит полного замерзания рек и озер. Дождь идет теплым, что важно для растений. Практическое применение теплоты плавления или парообразования заключается в учете ее при расчете затрачиваемого на плавление или парообразования тепла. (для поддержания постоянства температуры в некотором объеме). Температура фазовых переходов зависит от давления. Это используют на практике, например, применение скороварок убыстряет процесс приготовления пищи, т. к. температура кипения воды повышается. В горах, где давление воздуха ниже, мясо варится более продолжительное время.

27(2). Источники энергии. Способы преобразования энергии. ТЭС, ГЭС, АЭС. Альтернативная энергетика. 1. Гидроисточники и геотермальные источники (основаны на воде). Энергия геотермальных вод – это энергия подземных горячих вод. (ГЭС, ГеоТЭС, приливные ЭС, использование энергии Мирового океана). 2.Энергия ветра (альтернативный источник энергии; в США планируется к 2020 году увеличить ветроэнергию в 50раз). 3.Гелиоэнергетика (использование солнечной энергии). Солнце (звезда) выделяет энергию путем термоядерного синтеза. 4.АЭС(атомные электростанции). Используют энергию деления ядер. Первая АЭС была построена 27 июня 1954 года в СССР в г. Обнинск. Принцип работы основан на цепной реакции деления урана. 1кг урана выделяет в миллион раз больше энергии, чем 1кг каменного угля. Способы преобразования энергии: 1.Получение тепловой энергии при сжигании топлива. 2. Преобразование, заключенной в топливе тепловой энергии, в механическую работу. 3. Преобразование тепла, высвобождающегося при сгорании топлива и деления ядер электроэнергию. (Паровая машина была создана во второй половине 19в. английским изобретателем Дж.Уаттом. Далее в 1886 немецкий электрик В. Сименс изобрел динамо-машину (электрогенератор)). ТЭС (тепловая электростанция) при сжигании ископаемого топлива получаются тепло и пар, подаваемый на турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. В качестве топлива используются уголь, нефтепродукты или природный газ. КПД современной ТЭС – около 40%. ГЭС (гидроэлектростанция): Принцип работы основан на преобразовании потенциальной энергии падающей воды в кинетическую энергию вращения турбины, связанной с генератором, преобразующим кинетическую энергию в потенциальную. КПД ГЭС – 60-70%. АЭС (атомная электростанция) Принцип работы основан на цепной реакции деления урана. Деление ядер сопровождается выделением огромного к-ва энергии. По энергоёмкости ядерное топливо значительно превосходит все другие виды потребляемого топлива. КПД АЭС – 32%. Альтернативная энергетика - совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как  традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. Направления альтернативной энергетики: 1. Ветроэнергетика, 2. Гелиоэнергетика (СЭС), 3.Альтернативная гидроэнергетика(водопадные ГЭС), 4.Геотермальная энергетика, 5. Космическая энергетика (Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения). 6. Биотопливо.