8. Законы сохранения количества движения импульса, энергии и момента количества движения, их применение в технике и технологиях. Принцип реактивного движения.

Из свойства симметрии пространства - его однородности следует закон сохранения импульса, импульс замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

Импульс сохраняется для незамкнутой системы, если геометрическая сумма всех внешних сила равна нулю. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы. Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени.

Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется. Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Механические системы, на тела которой действуют только консервативные силы внутренние и внешние, называются консервативными системами.

Закон сохранения и превращения энергии — фундаментальный закон природы; он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для микросистем. В системе, в кототрой действуют консервативные и диссипативные силы, например силы трения, полная механическая энергия системы не сохраняется. Следовательно, для такой системы закон сохранения механической энергии не выполняется. Однако при убывании механической энергии всегда возникает эквивалентное количество энергии другого вида.

Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой.

9. Применение фазовых переходов в технике и технологиях.

Фазовый переход - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Любая смена агрегатного состояния - фазовый переход.

Переходы первого рода: плавление, кристаллизация, испарение, конденсация, сублимация, десублимация.

Переходы второго рода: прохождение системы через критическую точку, переход парамагнетик - ферромагнетик или парамагнетик -антиферромагнетик (параметр порядка — намагниченность), переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка — плотность сверхпроводящего конденсата), переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. — плотность сверхтекучей компоненты), переход аморфных материалов в стеклообразное состояние.

Применение: в тяжелой, пищевой и химической промышленности, (работа ТЭС на этом базируется, вода превращается в пар, пар крутит вал, вращение вала производит энергию).

10. Элементная база компьютера. Развитие твердотельной электроники. Технологии микроэлектроники. Развитие нанотехнологии.

История развития вычислительной техники начинается задолго до приручения человеком электричества. Еще в XV в. Леонардо да Винчи представил чертеж машины, которая способна была складывать натуральные числа. Для этого машина использовала 13 стержней, поворот каждого из которых приводил к частичному повороту остальных. Примерно с тех же времен (15-16 вв.) на Руси появились счёты.

В 1642 г. Блез Паскаль, фр. математик, изобрел устройство, позволяющее складывать десятичные числа. В основе устройства были шестерни на стержнях.

В 1673 г. немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления.

В 1918 г. русский ученый М.А. Бонч-Бруевич и английские ученые В. Икклз и Ф. Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное реле, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

Релейные ЭВМ 1941 год. Немецкий ученый Конрад Цузе создал компьютер Z3, работающий на основе электрических реле. Всего было использовано 2600 реле. После войны Цузе создал в Германии компьютерную компанию Zuse KG, которая успешно работала многие годы. В 1961 году Цузе в своей компании воссоздал компьютер Z3, чтобы доказать свой патент на эту машину. Z3 экспонировался на нескольких выставках, а сейчас находится в музее в Мюнхене.

Ламповые ЭВМ

В 1943 году. В Великобритании был построен компьютер Colossus Mark 1 на 1500 электронных лампах для дешифровки перехваченных германских шифровок. В разработке математической модели компьютера участвовал Алан Тюринг.

Mark 1

1945 год - Джон фон Нейман (John von Neumann), американский ученый разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.

Транзисторные дискретные ЭВМ

1955 год - изготовлен первый в мире компьютер на полупроводниковых транзисторах и диодах без использования электронных ламп - TRADIC, данный компьютер был разработан компанией Bell Labs для американских ВВС. В компьютере было 700 транзисторов и 10000 германиевых диодов.

Транзисторные интегральные ЭВМ

В 1968 году был создан первый компьютер на интегральных схемах.

1971 год. Именно с этого года начинается развитие микропроцессоров, и создала первый микропроцессор американская фирма Intel. Назывался он Intel 4004. В этом же году появились интегральные схемы памяти.

В 1973 году появляется процессор Intel 8080.

Intel 4004. В 1979 году в Японии началась программа по разработке компьютеров 5-го поколения. Компьютеры пятого поколения должны были для достижения сверхпроизводительности интегрировать огромное количество процессоров. Цели программы достигнуты не были.

Современная элементная база и перспективы развития.

Компьютеры для коммерческого и домашнего использования продолжают строиться на основе микропроцессоров, так как данная технология является относительно дешевой и при этом позволяет достичь значительной производительности. Суперкомпьютеры же разрабатываются на основе искусственных нейронных сетей, которые используют массовый параллелизм и способность к обучению и обобщению на основе большого количества взаимосвязанных процессоров невысокой вычислительной способности.

Одной из появившихся недавно элементных баз также является искусственный биокомпьютер - компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты. Создание биокомпьютеров основываются на направлении в исследовании - молекулярные вычисления. В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты, реагирующие друг с другом.