cpu是把電能100%轉換為熱能嗎?

一代球痞

看到不少人在貼吧上的討論,以及其他一些朋友的回答,著實覺得大家有必要重溫一下高中物理課程。

就這個問題的直接答案來說:CPU消耗的電能,100%變成熱了!

就算放到大學物理,別生拉硬扯E或者抬扛高頻電磁輻射的事情,從能量守恆角度來看,這個問題簡單得不能再簡單了。

無論CPU內部如何工作或能量轉化,比如呈現阻性、容性或感性,只要問問自己,輸入的電能去了哪裡,有無轉化為其他能量形式傳輸或擴散了,答案就有了。

CPU輸入了電能,用於驅動各種半導體器件完成無數次門開合,它的輸出是什麼?計算出的結果可不是能量,計算結果以脈衝信號形式傳給其他數據處理機構,靜電流以uA計,功率幾乎為零。

輸入可計,輸出近乎於零,沒有傳輸、沒有儲存,除了熱的形式,還能去哪裡呢?有些問題,順著想不明白,可以用下反正法嘛,畢竟大家中學都學綜合法、分析法、反證法、歸納法,可以運用一下的。



今天一早,彈出好多網友對CHIP中文版答案的評論,看來這樣的問題被反覆問,真是有群眾基礎呀!

能量是什麼,這裡不想多說,初等物理、高等物理和理論物理都有不同層面的解讀,不矛盾,是逐級深入的。但歸根到底,只要不涉及到質能轉換問題,就是上面專門說明的E的問題,那麼能量守恆就成立!所以類似的問題,只要問問能量去哪裡了,答案就有了。

回到此問,所謂能量守恆,就是要追溯輸入的電能去了哪裡、變成哪種能量形式了

  • 有朋友說計算不要能量呀!當然要,但是計算完的是什麼?宏觀上轉成輻射能(聲、光、電、磁)、化學能還是機械能(動、勢)了,總歸不是能量吧。能量去哪裡了?能量,具體來說是電能消耗了,最終轉化為熱擴散掉了。計算就像扔骰子,扔的過程當然要耗能,但是骰子停下來,哪個數字朝上,可不是能量

  • 同樣,那位說小編不是學計算機的朋友,你恰恰錯了~CPU內多少晶體管工作,與最終能量形式無關,回答參考上段。
  • 再說說CPU輸出的是什麼。最初的回答中已經寫了,CPU輸出的是信號,更具體點說是脈衝電平信號,不是能量。理想值是輸出阻抗無限大、只有電勢沒有電流的那種,實際上的電流非常微弱,功率uW量級,相對於幾十W的CPU就是趨於零了。非要抬扛說,那還是有能量以電的形式傳輸了,傳輸到接收設備上,不要變熱散掉呀,不變成熱還都想變成充電寶不成!
  • 關於輻射,那是必須有呀,問題還是什麼數量級,比熱少好幾個數量級,而且還是“不小心”產生的,最後也還要變成熱能。常見的共振產生的聲音,在傳輸和反射過程中逐漸被空氣等介質吸收,能量變成熱;以CPU 300K出頭的溫度,產生的超長紅外線是個分子就能吸收,瞬間變熱;電磁一起說,主要效應是熱效應和電離效應,前者字面上都說了,變成熱,後者能夠維持電離狀態,那麼轉化為電場勢能,不能維持,電場湮滅,繼續下此次的電磁波擴散。以CPU幾GHz的頻率,熱效應多少、電力效應多少,後者始終超不過前者一個零頭。總體這些形式的輻射,說uW都多了。
  • 即便造成物理形變的做功,最終物質穩定下來恢復低穩態(溫度、勢能恢復),所做的功也會以熱的形式散發掉。那位說晶體管發生衰減的朋友,你的答案可以歸為此類,都是物理層面的事情。
  • 當然,還有溫度升高的事情。溫度是什麼,分子運動速度,是熱能的表達形式,不是動能喲!

說人類利用能量效率的朋友,得,您能聊,咱說的不是一件事。


CHIP中文版

CPU是中央處理器的英文簡稱,英文全稱是Central Processing Unit。它是電子計算機的主要設備之一,電腦中的核心配件,類似人的大腦。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。電腦中所有操作都由CPU負責讀取指令,對指令譯碼並執行指令的核心部件。

所以CPU是不可能只是把電能轉換成熱能的,它只是在運行時候會產生熱能而已,其實所有的物體做功不可避免的都會產生部分熱能的,或多或少而已。

電能100%全部轉換為熱能的東西也有,像電飯煲,電水壺這些家用電器就是這樣的。


378425448

沒錯,準確的說,世界上所有東西最後都會百分百轉換為熱能,舉個例子,風扇轉動講點轉化為熱和機械能,但是空氣摩擦,機械能越來越小(顯而易見,離得越遠風越小),眾所周知,摩擦產熱,所以最終全部變為熱能。電燈也一樣,光最後會被物體吸收,全部轉化為熱能。這在物理學解釋為"熵增原理"也就是熱力學定律
反過來看問題,CPU是怎麼回事呢?CPU是用來處理數據的,也就是讓無序的信息變有序。根據熱力學定律,閉合系統的信息總是傾向增加無序性,要改變這一趨勢必須增加熱量。所以,CPU講電能100%轉化為熱量同時使得信息變得有序。


有人說能量不可能百分百轉化,這個是正確的,但是有個前提,就是在一次轉化中!
CPU在第一次處理數據當然也不能百分百轉化,還包括溫度升高散發的光能,電磁波的電磁能等等,但是這些東西終究還是變成熱能(光被物體吸收,電磁波被金屬吸收),乃至我們眼光長遠一點,整個宇宙最後都將變成熱能。當然,我們是看不到這一天了。

總結下來,題目本身加一個前提:在一次能量轉化中。那麼就是不成立的,因為能量轉化不可能百分百,但是沒有這個前提就是正確的。


龍之心炎

。。。。。把電能100%轉化為熱能的是電爐不是cpu,cpu是利用電能供電把輸入信號進行有序運算(內部微縮的晶體管群集體有序的根據指令工作)再把結果輸出給各個其他設備!而發熱只不過是硅晶體工作時不可避免的額外副作用!

換句話說cpu發不發熱並不重要,重要的是cpu是否工作正常對輸入和輸出信號處理得當!如果工作正常它不發熱更好。。。所以現在一直降低cpu的製造工藝納米數就是為了讓cpu更不發熱運算更強大(相對的)。。。


毒聚一方

人類利用的所有能量,最終都會變成熱能,所以隨著社會不斷的發展(利用的能量更多),當產生的熱量超過向宇宙中散發的熱量,地球就變暖了,所以,要在保持社會繼續發展的前提下,解決全球變暖問題,只能是增大地球散熱,比如減少溫室氣體,不止是遏制繼續增加,甚至要減少到比以前更少,就像脫衣服,或者是給整個地球製造散熱器、空調(熱量排宇宙那種)啥的~


obigbird

上過初中的都知道,電學中討論電能與熱能轉換隻適用於純電阻電路,不是純電阻電路不可能將全部電能轉化為熱能,很顯然CPU不是純電阻電路,所以不可能把電能100%轉化為熱能,就是這麼簡單。


倚天之怒

能量守恆定律是沒錯,但是就現在的技術能量之間相互轉換是不可能達到百分之百的轉換。已知的只有正物質與反物質發生湮滅現象時,轉換達到了百分之百。


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