Джоуль для измерения физических величин
Труды Джоуля позволили сформировать закон сохранения энергии. Отвечая на вопрос, что измеряется в джоулях, можно определить этой единицей количество работы, которая совершается в процессе перемещения точки приложения силы в количестве одного ньютона на расстояние в один метр в направлении действия приложенной силы. В теории электричества понятие джоуля эквивалентно работе, совершаемой силами электрического поля в течение 1 секунды с напряжением в 1 вольт, для того чтобы поддержать силу тока в 1 ампер.
Энергия по своей сути является физической величиной, отображающей переход материи из одного состояния в другое. Замкнутая физическая система позволяет сохранять энергию ровно столько времени, пока сама система находится в замкнутом состоянии. Это положение представляет собой закон сохранения энергии.
Энергия представлена различными видами. Кинетическая энергия связана со скоростью, которой обладают точки, движущиеся в механической системе. Для потенциальной энергии характерно создание определенных энергетических запасов, позволяющих в дальнейшем получить кинетическую энергию. Эти категории попадают под возможность их измерения в джоулях. Кроме того, существует энергия, связанная с внутренней энергией молекулярных связей. Широко известна ядерная и гравитационная энергия, а также энергия электрического поля.
В процессе механической работы один вид энергии превращается в другой. Данная физическая категория тесно связана с величиной и направлением силы, воздействующей на тело, а также с пространственным перемещением этого тела.
Важнейшим понятием классической термодинамики, измеряемым в джоулях, является теплота. В соответствии с ее первым началом, количество теплоты, получаемое системой, расходуется при совершении работы, которая требуется для противодействия внешним силам. Одновременно в процессе работы изменяется внутренняя энергия. Таким образом, для теплообмена, изменяющего внутреннюю энергию, обязательно совершение механической работы, измеряемой в джоулях.
Расчёт мощности по току и напряжению
Посчитать потребление P можно, зная эти два параметра I и U сети. До того, как подобрать кабели или провода для проводки в квартире, нужно определиться с P потребителей, которые можно к ним подключить. Расчёт производят после того, как измерительными приборами фиксируют действующие показания силы тока I (А), а также напряжения U (В).
Однофазная сеть напряжением 220 вольт
При включении в цепь активной нагрузки пользуются формулой: P = U*I. В случае присутствия сдвига фаз между U и I пользуются формулой: P = U*I* cosφ.
Трёхфазная сеть напряжением 380 В
В трёхфазной сети переменного тока со сдвигом фаз результат последней формулы умножают на √3. Значение угла cosφ можно уточнить в справочнике.
Таблица cosφ для бытовых устройств
При выборе сечения проводов обычно известны суммарная мощность будущих потребителей и напряжение сети.
Нужна только сила тока формула через мощность и напряжение которой имеет вид:
I = P / (U *cosφ).
У формулы для расчёта тока, используя мощность и напряжение, следующие составляющие:
- P – известная мощность прибора, (Вт);
- U – напряжение питания, (220/380 В);
- cosφ – угол сдвига фаз.
Расчет тока можно выполнить с помощью онлайн-калькулятора.
Онлайн-калькулятор – общий вид интерфейса
С точки зрения термодинамики
Напряженность выступает одним из основных и ключевых характеристик в классической электродинамике. Ее значение, а также данные электрического заряда и магнитной индукции представляются основными характеристиками, зная которые можно определить параметры протекания практически всех электродинамических процессов. Она присутствуют и выполняет важную роль в таких фундаментальных понятиях, как формула силы Лоренца и уравнения Максвелла.
Где:
F-сила Лоуренца;
- q – заряд;
- B – вектор магнитной индукции;
- С – скорость света в вакууме;
- j – плотность магнитного тока;
- μ0 – магнитная постоянная = 1,25663706*10-6;
- ε0 – электрическая постоянная, равная 8,85418781762039*10-12
Наряду со значением магнитной индукцией данный параметр является основной характеристикой электромагнитного поля, излучаемого зарядом
Исходя из этого, с точки зрения термодинамики напряженность – значительно более важное значение, чем сила тока или другие показатели
Данные законы выступают фундаментальными, на них строится вся термодинамика. Следует отметить, что закон Ампера и другие более ранние формулы являются приближенными или описывают частные случаи. Законы Максвелла и Лоренца универсальны.
История программ количественного смягчения
В США
По данным историков экономики, первый выкуп ценных бумаг регулятором был осуществлен в США еще в 1932 году, его объем составил $1 млрд. Но сам термин Quantitative easing появился в 2009 году, когда американский Федрезерв начал первый этап программы под таким названием.
Количественное смягчение в США проходило в три этапа:
- в рамках QE1, начатой в конце 2008 года, было эмитировано около $1,5 трлн.;
- QE2 началась в 2010 году и за полгода достигла показателя $600 млрд;
- QE3 стартовала в 2012 году и началась с объема $40 млрд в месяц, который затем был увеличен до $85 млрд. Закончилась третья программа в конце октября 2014 года, когда ее общий объем достиг $1,6 трлн.
Пусть за счет увеличения госдолга, экономика США избавилась от последствий мирового финансового кризиса, а ВВП вырос с $14,72 трлн. долларов в 2008 до $16,77 трлн. в 2013 году.
В Японии
Количественное смягчение в Японии в нынешнем веке началось даже раньше, чем в Штатах, а именно в марте 2001, и длилось с перерывами более десяти лет. За первые четыре года Банк Японии в семь раз (с 5 до 35 триллионов иен, или около $300 млрд) увеличил текущий баланс коммерческих банковских организаций и в три раза – количество покупаемых ежемесячно облигаций правительства страны.
В 2013 году Банк Японии анонсировал переход с количественного на количественное и качественное смягчение. Новая монетарная политика состоит в выкупе гособлигаций с более длительным сроком обращения и одновременным увеличением объема выкупаемых регулятором активов. В 2016 году общий объем QE достиг почти $670 млрд. Согласно прогнозу Центробанка, в 2017 ему наконец удастся добиться целевого уровня инфляции на уровне 2%. В итоге результаты не отрицательные, но тем не менее незначительные.
В Еврозоне
В странах, которые входят в зону евро, количественное смягчение ЕЦБ стартовало в марте 2015 года и продолжается до сих пор. Активы выкупаются на сумму €80 млрд в месяц, общий объем программы QE к марту 2017 года приблизился к €1,7 трлн.
Европейский регулятор выкупает ценные бумаги, доходность которых превышает показатель по его депозитам в -0,4% годовых.
В феврале 2017 инфляция в еврозоне достигла 0,38%, при этом показатель с начала года остался отрицательным, составив -0,46%. После двух лет со времени запуска программы нельзя однозначно сказать, что quantitative easing внесла оживление в европейскую экономику — хотя ряд европейских индексов почувствовал себя лучше, дав в 2016 году доходность около 10% годовых.
В Еврозоне QE включает в себя, по большому счету, не только сам ежемесячный выкуп бумаг, но и так называемые программы TLTRO (Targeted Long-Term Repo Operation, целевое долгосрочное кредитование), которые предоставляют возможность банкам привлекать фактически «халявные» деньги для дальнейшего кредитования бизнеса. При этом расходовать средства необходимо именно на кредитование, а не на покупку других активов — программа разбита на части и второй транш банки получают в зависимости от итогов по первому.
Первая программа стартовала осенью 2014 года. В рамках последнего (четвертого) раунда программы TLTRO-II, запущенной в июне 2016 года, Европейский центральный банк выдал различным финансовым компаниям кредиты более чем на 230 млрд. евро. Эмиссия евро, таким образом, началась по окончанию QE3 в США и привела к девальвации евро к доллару примерно на 20%, считая с 2014 года.
Возможно ли QE в России?
По словам главы ЦБ РФ г-жи Набиуллиной и ее первого заместителя Ксении Юдаевой, никакое количественное смягчение в России в настоящее время невозможно. Руководители Банка России объясняют это слишком малым объемом рынка госдолга РФ по сравнению со странами Запада. К тому же эти страны, внедряя QE, преследуют цели уменьшения безработицы и преодоления дефляции, а последнее для России вообще не актуально – ключевая ставка еще совсем недавно находилась на уровне 10%, что вписывается в тенденцию более высоких ставок у развивающихся стран. Подробнее об этом можно прочитать в статье о керри-трейд.
Сила тока и сопротивление
Как усилить поток воды из шланга? Можно добавить напор (увеличить давление), но не слишком сильно, иначе шланг разорвёт. А можно взять шланг большего диаметра.
То же справедливо и для проводника: чем больше он в сечении, тем больший поток электронов может пропустить. Но если сила тока окажется слишком большой, проводник перегреется и сгорит.
Именно так работают плавкие предохранители в электронных приборах: при резком скачке силы тока тонкий проводок перегорает, и устройство отключается от сети.
Плавкие предохранители: новый и отработанный
Чем короче и шире шланг, тем большее количество воды он способен пропустить за единицу времени. Также и с электричеством: сила тока, проходящего через проводник за секунду, зависит от сопротивления проводника. Только кроме длины и площади сечения на сопротивление влияет материал, из которого проводник сделан.
Формула сопротивления выглядит так:
l — это длина проводника, S — площадь его сечения, а ρ — удельное сопротивление, у каждого материала оно своё.
Вещества с низким удельным сопротивлением называются проводниками, они проводят электричество наиболее эффективно. Вещества с высоким удельным сопротивлением называют диэлектриками — их можно использовать в качестве изоляторов. Среднее положение занимают полупроводники — они проводят электричество, но не так хорошо, как проводники.
Сопротивление измеряется в Омах. Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если на его концах возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока в 1 Ампер.
Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS82020 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 8 класса, в котором изучается сила тока!
Коэффициент пропорциональности k и электрическая постоянная
В формуле закона Кулона есть параметры k — коэффициент пропорциональности или — электрическая постоянная. Электрическая постоянная представлена во многих справочниках, учебниках, интернете, и её не нужно считать! Коэффициент пропорциональности в вакууме на основе можно найти по известной формуле:
Здесь — электрическая постоянная,
— число пи,
— коэффициент пропорциональности в вакууме.
Чтобы подытожить вышесказанное, необходимо привести официальную формулировку главного закона электростатики. Она принимает вид:
Сила взаимодействия двух покоящихся точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Причём произведение зарядов необходимо брать по модулю!
В данной формуле q1 и q2 — это точечные заряды, рассматриваемые тела; r2 — расстояние на плоскости между этими телами, взятое в квадрате; k — коэффициент пропорциональности ( для вакуума).
Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей
«Практика рождается из тесного
соединения физики и математики»
Френсис Бэкон
В данной теме рассмотрим решение задач на напряженность поля.
Задача 1.
В некоторой точке поля на заряд 80 нКл действует сила 60 мкН. Найдите напряженность поля в этой точке. Если в эту же точку поместить заряд 200 нКл, то какая сила на него будет действовать?
ДАНО: | СИ | РЕШЕНИЕ
Напряжённость электрического поля в данной точке равна отношению кулоновской силы, действующей на заряд, к величине этого заряда Тогда Если поместим другой заряд в эту же точку поля, то напряжённость в ней не изменится Тогда |
Ответ
:Е = 667 Н/Кл;F = 150мкН.
Задача 2.
В вершинах квадрата со стороной 40 см находятся зарядq 1 (равный –2 нКл) и зарядыq 2,q 3,q 4 (равные 4 нКл). Найдите напряжённость поля в центре квадрата.
ДАНО: | СИ | РЕШЕНИЕ
Поскольку модули положительных зарядов одинаковы, ясно, что напряжённости, создаваемые зарядами q 2 иq 4 компенсируют друг друга в центре квадрата. А вот векторы напряжённости зарядовq 1 иq 3 направлены одинаково, поскольку зарядq 1 отрицательный, аq 3 – положительный. Напряжённость электрического поля, создаваемого несколькими зарядами, определяется, исходя из принципа суперпозиции полей. Тогда в проекциях на ось Ох Напряженность поля создаваемая зарядом q определяется по формуле Расстояние от центра квадрата до заряда определяется по формуле Тогда напряженность поля создаваемая зарядами q 1 иq 3 равна Тогда по принципу суперпозиции полей |
Ответ
: 675 Н/Кл.
Задача 3.
. Напряжённость электрического поля на поверхности заряженного шара равна 20 кН/Кл. Найдите модуль силы, действующей на точечный заряд 20 нКл, находящийся на расстоянии 80 см от центра шара. Заряд шара распределён равномерно и равен 3 мкКл.
ДАНО: | СИ | РЕШЕНИЕ
Запишем формулу, по которой рассчитывается напряжённость заряженного шара В задаче дана напряженность поля на поверхности шара, то есть, при r =R . Это попадает под первый случай. Исходя из этого, можем выразить квадрат радиуса шара Получаем, что радиус шара больше расстояния между точечным зарядом и центром шара. Значит, для вычисления напряжённости в точке, где находится заряд q , нужно использовать вторую формулу. Сила, действующая на точечный заряд в данной точке поля, равна Тогда |
Ответ
: 276,8 мкН.
Задача 4.
Два точечных заряда 30 нКл и –20 нКл находятся на расстоянии 15 см друг от друга. Найдите положение точки на прямой, проходящей через эти заряды, напряженность поля в которой равна нулю.
ДАНО: | СИ | РЕШЕНИЕ
Согласно принципу суперпозиции полей Напряжённость поля точечного заряда на произвольном расстоянии от него рассчитывается по формуле Рассмотрим линии напряжённости зарядов на этой прямой. Линии напряжённости направлены от положительного заряда. Также, линии напряжённости направлены к отрицательному заряду. Таким образом, можно убедилиться, что между зарядами q 1 иq 2, векторы напряжённостиЕ 1 иЕ 2 сонаправлены, а, значит, точка, в которой напряжённость равна нулю, не может находится между зарядами. Она находится где-то за зарядомq 2, где векторы напряжённости направлены в противоположные стороны. Тогда напряженности поля, создаваемые первым и вторым зарядами соответственно равны В проекциях на ось Ох Таким образом получили стандартное квадратное уравнение. Определяем дискриминант Тогда корни квадратного уравнения равны Т.к. |
Ответ
: напряжённость поля будет равна нулю в точке, находящейся на расстоянии 16,2 см от зарядаq 1.
Молекулярная физика
Химическое количество вещества находится по одной из формул:
Масса одной молекулы вещества может быть найдена по следующей формуле:
Связь массы, плотности и объёма:
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа:
Определение концентрации задаётся следующей формулой:
Для средней квадратичной скорости молекул имеется две формулы:
Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы:
Постоянная Больцмана, постоянная Авогадро и универсальная газовая постоянная связаны следующим образом:
Следствия из основного уравнения МКТ:
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева):
Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта:
Закон Гей-Люссака:
Закон Шарля:
Универсальный газовый закон (Клапейрона):
Давление смеси газов (закон Дальтона):
Тепловое расширение тел. Тепловое расширение газов описывается законом Гей-Люссака. Тепловое расширение жидкостей подчиняется следующему закону:
Для расширения твердых тел применяются три формулы, описывающие изменение линейных размеров, площади и объема тела:
Определение напряженности электрического поля
Для исследования электрического поля используются точечные заряды. Давайте выясним, что это такое.
Точечным зарядом называют такой наэлектризованный объект, размерами которого можно пренебречь, поскольку он слишком мал в сравнении с расстоянием, отделяющим этот объект от других заряженных тел. |
Теперь поговорим непосредственно о напряженности, которая является одной из главных характеристик электрического поля. Это векторная физическая величина. В отличие от скалярных она имеет не только значение, но и направление.
Для того, чтобы исследовать электрическую напряженность, нужно в поле заряженного тела q1 поместить еще один точечный заряд q2 (допустим, они оба будут положительными). Со стороны q1 на q2 будет действовать некая сила. Очевидно, что для расчетов нужно иметь в виду как значение данной силы, так и ее направление, то есть вектор.
Напряженность электрического поля — это показатель, равный отношению силы, действующей на заряд в электрическом поле, к величине этого заряда. |
Напряженность является силовой характеристикой поля. Она говорит о том, как сильно влияние поля в данной точке не только на другой заряд, но также на живые и неживые объекты.
Приборы для измерения тока
Электроизмерительные приборы — это особый вид устройств, которые используются для измерения многих электрических величин. К ним относятся:
- Амперметр переменного тока;
- Вольтметр переменного тока;
- Омметр;
- Мультиметр;
- Частометр;
- Электрические счетчики.
Амперметр
Чтобы определить силу тока в электрической цепи, необходимо применить амперметр. Данный прибор включается в цепь последовательным образом и из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления не оказывает влияния на ее состояние. Шкала амперметра проградуирована в амперах.
В классическом приборе через электромагнитную катушку проходит измеряемый ток, который образует магнитное поле, заставляющее отклоняться магнитную стрелку. Угол отклонения прямо пропорционален измеряемому току.
Классический амперметр
Электродинамический амперметр имеет более сложный принцип работы. В нем находятся две катушки: одна подвижная, другая стоит на месте. Между собой они могут быть соединены последовательно или параллельно. При прохождении тока через катушки их магнитные поля начинают взаимодействовать, что в результате заставляет подвижную катушку с закрепленной на ней стрелкой отклониться на некоторый угол, пропорциональный величине измеряемого тока.
Вольтметр
Для определения величины напряжения (разности потенциалов) на участке цепи используют вольтметр. Подключаться прибор должен параллельно цепи и обладать высоким внутренним сопротивлением. Тогда лишь сотые доли силы тока попадут в прибор.
Школьный вольтметр
Принцип работы заключается в том, что внутри вольтметра установлена катушка и последовательно подключенный резистор с сопротивлением не менее 1кОм, на котором проградуирована шкала вольтов. Самое интересное, что на самом деле резистор регистрирует силу тока. Однако деления подобраны таким образом, что показания соответствуют значению напряжения.
Омметр
Данный прибор используют для определения электрически активного сопротивления. Принцип действия состоит в изменении измеряемого сопротивления в напрямую зависящее от него напряжение благодаря операционному усилителю. Нужный объект должен быть подключен к цепи обратной связи или к усилителю.
Если омметр электронный, то он будет работать по принципу измерения силы тока, протекающего через необходимое сопротивление при постоянной разности потенциалов. Все элементы соединяют последовательно. В этом случае сила тока будет иметь следующую зависимость:
I = U/(r0 + rx),
где U — ЭДС источника, r0 — сопротивление амперметра, rx — искомое сопротивление. Согласно этой зависимости и определяют сопротивление.
Электронный омметр
Мультиметр
Приведенные в пример приборы сегодня используют лишь в школах на уроках физики. Для профессиональных задач были придуманы мультиметры. Самое обычное устройство включает в себя одновременно функции амперметра, вольтметра и омметра. Прибор бывает как легко переносимым, так и огромным стационарным с большим количеством возможностей. Название «мультиметр» в первый раз было применено именно к цифровому измерителю. Аналоговые приборы чаще называют «авометр», «тестер» или просто «Цешка».
Универсальный мультиметр
Работа тока — сложная, но очень важная тема в электродинамике. Не зная ее, не получится решить даже простейших задач. Даже электрики используют формулы по нахождению работы для проведения необходимых подсчетов.
Значение постоянной Больцмана
Значение изучаемого коэффициента состоит в том, что с его помощью можно связать параметры микромира с теми параметрами, что описывают макромир, например, термодинамическую температуру с энергией поступательного движения молекул:
E=32kT.
Этот коэффициент входит в уравнения средней энергии молекулы, состояния идеального газа, кинетической теории газа, распределение Больцмана-Максвелла и многие другие. Также постоянная Больцмана необходима для того, чтобы определить энтропию. Она играет важную роль при изучении полупроводников, например, в уравнении, описывающем зависимость электропроводности от температуры.
Пример 1
Условие: вычислите среднюю энергию молекулы газа, состоящего из N-атомных молекул при температуре T, зная, что у молекул возбуждены все степени свободы – вращательные, поступательные, колебательные. Все молекулы считать объемными.
Решение
Энергия равномерно распределяется по степеням свободы на каждую ее степень, значит, на эти степени будет приходиться одинаковая кинетическая энергия. Она будет равна εi=12kT. Тогда для вычисления средней энергии мы можем использовать формулу:
ε=i2kT, где i=mpost+mυr+2mkol представляет собой сумму поступательных вращательных степеней свободы. Буквой k обозначена постоянная Больцмана.
Переходим к определению количества степеней свободы молекулы:
mpost=3, mυr=3, значит, mkol=3N-6.
i=6+6N-12=6N-6;ε=6N-62kT=3N-3kT.
Ответ: при данных условиях средняя энергия молекулы будет равна ε=3N-3kT.
Пример 2
Условие: есть смесь двух идеальных газов, плотность которых в нормальных условиях равна p. Определите, какова будет концентрация одного газа в смеси при условии, что мы знаем молярные массы обоих газов μ1, μ2.
Решение
Сначала вычислим общую массу смеси.
m=ρV=N1m01+N2m02=n1Vm01+n2Vm02→ρ=n1m01+n2m02.
Параметр m01 обозначает массу молекулы одного газа, m02 – массу молекулы другого, n2 – концентрацию молекул одного газа, n2 – концентрацию второго. Плотность смеси равна ρ.
Теперь из данного уравнения выразим концентрацию первого газа:
n1=ρ-n2m02m01;n2=n-n1→n1=ρ-(n-n1)m02m01→n1=ρ-nm02+n1m02m01→n1m01-n1m02=ρ-nm02→n1(m01-m02)=ρ-nm02.
Далее нам потребуется уравнение, описывающее состояние идеального газа:
p=nkT→n=pkT.
Подставим полученное равнее значение:
n1(m01-m02)=ρ-pkTm02→n1=ρ-pkTm02(m01-m02).
Поскольку молярные массы газов нам известны, мы можем найти массы молекул первого и второго газа:
m01=μ1NA, m02=μ2NA.
Также мы знаем, что смесь газов находится в нормальных условиях, т.е. давление равно 1 атм, а температура 290К. Значит, мы можем считать задачу решенной.
Ответ: в данных условиях рассчитать концентрацию одного из газов можно как n1=ρ-pkTm02(m01-m02), где m01=μ1NA, m02=μ2NA.
Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться
Все услуги
Решение задач
от 1 дня / от 150 р.
Курсовая работа
от 5 дней / от 1800 р.
Реферат
от 1 дня / от 700 р.
Этап 3. Ввод кода Q#
namespace Quantum.Bell { open Microsoft.Quantum.Primitive; open Microsoft.Quantum.Canon; operation Set (desired: Result, q1: Qubit) : () { body { let current = M(q1); if (desired != current) { X(q1); } } } } Эта операция переводит наш кубит в выбранное (нами) состояние — 0 или 1. Вначале мы измеряем кубит (эта операция обозначается буквой M), и он коллапсирует в состояние 0 или 1. Если измеренное состояние не соответствует желаемому, мы меняем его с помощью вентиля NOT, X. В противном случае ничего делать не надо. operation BellTest (count : Int, initial: Result) : (Int,Int) { body { mutable numOnes = 0; using (qubits = Qubit) { for (test in 1..count) { Set (initial, qubits); let res = M (qubits); // Count the number of ones we saw: if (res == One) { set numOnes = numOnes + 1; } } Set(Zero, qubits); } // Return number of times we saw a |0> and number of times we saw a |1> return (count-numOnes, numOnes); } } Этот небольшой фрагмент кода предназначен для тестирования операции, которую мы только что написали. Это очень простая программа: она проверяет, что кубит был переведен в нужное нам состояние. Для этого она в цикле проводит измерение и подсчитывает количество результатов 1 с помощью переменной numOnes.
Запись «Qubit» означает «создать массив кубитов из одного элемента». Индексация элементов массива ведется с нуля. Чтобы выделить два кубита (позже нам потребуется это сделать), нужно записать «Qubit». Кубитам в таком массиве соответствуют номера 0 и 1.
В цикле for мы устанавливаем кубит, выделенный для определенного начального состояния, — One или Zero (в файле Driver.cs
, к которому мы скоро перейдем, это делается в явном виде). Мы измеряем это состояние, и если это One, увеличиваем значение счетчика на единицу. Затем функция возвращает количество наблюдаемых состояний One и Zero. В конце кубит переводится в состояние Zero (просто чтобы оставить его в некотором известном состоянии).
Еще один важный вентиль
Работу вентиля NOT мы уже разобрали. Следующий на очереди — вентиль CNOT (controlled-NOT, «управляемое НЕ»). На его вход подается два кубита. Первый называется управляющим, второй — управляемым. Если управляющий кубит равен |0〉, то состояние управляемого кубита не меняется. Если управляющий кубит равен |1〉, то к управляемому кубиту применяется операция NOT. Операцию CNOT можно интерпретировать несколькими способами. Подобно вентилям X, Z и H, ее можно записать в матричной форме, которая обозначается буквой U.
Можно заметить, что столбцы матрицы соответствуют следующим преобразованиям: |00〉 → |00〉, |01〉 → |01〉, |10〉 → |11〉, |11〉 → |10〉. Как и матрицы, которые мы разобрали в , она является унитарной, а значит, .
Также для этого вентиля используется следующее обозначение (верхняя часть соответствует управляющему кубиту, нижняя — управляемому):
Выглядит как экспонат выставки современного искусства.
«Механическая работа. Механическая мощность»
Код ОГЭ 1.16. Механическая работа. Формула для вычисления работы силы. Механическая мощность.
Работа силы – физическая величина, характеризующая результат действия силы.
Механическая работа А постоянной силы равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора перемещения и на косинус угла а между вектором силы и вектором перемещения: А = Fs cos а.
Единица измерения работы в СИ – джоуль: = Дж = Н • м. Механическая работа равна 1 Дж, если под действием силы в 1 Н тело перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.
Анализ формулы для расчёта работы показывает, что механическая работа не совершается если:
- сила действует, а тело не перемещается;
- тело перемещается, а сила равна нулю;
- угол между векторами силы и перемещения равен 90° (cos a = 0).
Внимание! При движении тела по окружности под действием постоянной силы, направленной к центру окружности, работа равна нулю, так как в любой момент времени вектор силы перпендикулярен вектору мгновенной скорости. Работа – скалярная величина, она может быть как положительной, так и отрицательной. Работа – скалярная величина, она может быть как положительной, так и отрицательной
Работа – скалярная величина, она может быть как положительной, так и отрицательной.
- Если угол между векторами силы и перемещения 0° ≤ а < 90°, то работа положительна.
- Если угол между векторами силы и перемещения 90° < a ≤ 180°, то работа отрицательна.
Работа обладает свойством аддитивности: если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна алгебраической сумме работ, совершаемых отдельными силами, что соответствует работе равнодействующей силы.
Примеры расчёта работы отдельных сил:
Работа силы тяжести: не зависит от формы траектории и определяется только начальным и конечным положением тела: A = mg(h1 – h2)
По замкнутой траектории работа силы тяжести равна нулю.Внимание! При движении вниз работа силы тяжести положительна, при движении вверх работа силы тяжести отрицательна
Работа силы трения скольжения: всегда отрицательна и зависит от формы траектории. Если сила трения не изменяется по модулю, то её работа А = –Fтр l , где l – путь, пройденный телом (длина траектории). Очевидно, что чем больший путь проходит тело, тем большую по модулю работу совершает сила трения. Работа силы трения по замкнутой траектории не равна нулю!
Мощность N – физическая величина, характеризующая быстроту (скорость) совершения работы и равная отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершена: .
Мощность показывает, какая работа совершается за 1 с. Единица измерения мощности в СИ – ватт: = Дж/с = Вт. Мощность равна одному ватту, если за 1 с совершается работа 1 Дж.
Может пригодиться! 1 л. с
(лошадиная сила) ~ 735 Вт.Внимание! Для случая равномерного движения (равнодействующая сила равна нулю) при расчете мощности отдельных сил, действующих на тело, получим
Для равноускоренного движения (F = const) где ʋср– средняя скорость движения за расчётный промежуток времени.
Конспект урока «Механическая работа. Механическая мощность».
Следующая тема: «Кинетическая и потенциальная энергия» (код ОГЭ 1.17)