cpu是把电能100%转换为热能吗?

一代球痞

看到不少人在贴吧上的讨论,以及其他一些朋友的回答,着实觉得大家有必要重温一下高中物理课程。

就这个问题的直接答案来说:CPU消耗的电能,100%变成热了!

就算放到大学物理,别生拉硬扯E或者抬扛高频电磁辐射的事情,从能量守恒角度来看,这个问题简单得不能再简单了。

无论CPU内部如何工作或能量转化,比如呈现阻性、容性或感性,只要问问自己,输入的电能去了哪里,有无转化为其他能量形式传输或扩散了,答案就有了。

CPU输入了电能,用于驱动各种半导体器件完成无数次门开合,它的输出是什么?计算出的结果可不是能量,计算结果以脉冲信号形式传给其他数据处理机构,静电流以uA计,功率几乎为零。

输入可计,输出近乎于零,没有传输、没有储存,除了热的形式,还能去哪里呢?有些问题,顺着想不明白,可以用下反正法嘛,毕竟大家中学都学综合法、分析法、反证法、归纳法,可以运用一下的。



今天一早,弹出好多网友对CHIP中文版答案的评论,看来这样的问题被反复问,真是有群众基础呀!

能量是什么,这里不想多说,初等物理、高等物理和理论物理都有不同层面的解读,不矛盾,是逐级深入的。但归根到底,只要不涉及到质能转换问题,就是上面专门说明的E的问题,那么能量守恒就成立!所以类似的问题,只要问问能量去哪里了,答案就有了。

回到此问,所谓能量守恒,就是要追溯输入的电能去了哪里、变成哪种能量形式了

  • 有朋友说计算不要能量呀!当然要,但是计算完的是什么?宏观上转成辐射能(声、光、电、磁)、化学能还是机械能(动、势)了,总归不是能量吧。能量去哪里了?能量,具体来说是电能消耗了,最终转化为热扩散掉了。计算就像扔骰子,扔的过程当然要耗能,但是骰子停下来,哪个数字朝上,可不是能量

  • 同样,那位说小编不是学计算机的朋友,你恰恰错了~CPU内多少晶体管工作,与最终能量形式无关,回答参考上段。
  • 再说说CPU输出的是什么。最初的回答中已经写了,CPU输出的是信号,更具体点说是脉冲电平信号,不是能量。理想值是输出阻抗无限大、只有电势没有电流的那种,实际上的电流非常微弱,功率uW量级,相对于几十W的CPU就是趋于零了。非要抬扛说,那还是有能量以电的形式传输了,传输到接收设备上,不要变热散掉呀,不变成热还都想变成充电宝不成!
  • 关于辐射,那是必须有呀,问题还是什么数量级,比热少好几个数量级,而且还是“不小心”产生的,最后也还要变成热能。常见的共振产生的声音,在传输和反射过程中逐渐被空气等介质吸收,能量变成热;以CPU 300K出头的温度,产生的超长红外线是个分子就能吸收,瞬间变热;电磁一起说,主要效应是热效应和电离效应,前者字面上都说了,变成热,后者能够维持电离状态,那么转化为电场势能,不能维持,电场湮灭,继续下此次的电磁波扩散。以CPU几GHz的频率,热效应多少、电力效应多少,后者始终超不过前者一个零头。总体这些形式的辐射,说uW都多了。
  • 即便造成物理形变的做功,最终物质稳定下来恢复低稳态(温度、势能恢复),所做的功也会以热的形式散发掉。那位说晶体管发生衰减的朋友,你的答案可以归为此类,都是物理层面的事情。
  • 当然,还有温度升高的事情。温度是什么,分子运动速度,是热能的表达形式,不是动能哟!

说人类利用能量效率的朋友,得,您能聊,咱说的不是一件事。


CHIP中文版

CPU是中央处理器的英文简称,英文全称是Central Processing Unit。它是电子计算机的主要设备之一,电脑中的核心配件,类似人的大脑。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。电脑中所有操作都由CPU负责读取指令,对指令译码并执行指令的核心部件。

所以CPU是不可能只是把电能转换成热能的,它只是在运行时候会产生热能而已,其实所有的物体做功不可避免的都会产生部分热能的,或多或少而已。

电能100%全部转换为热能的东西也有,像电饭煲,电水壶这些家用电器就是这样的。


378425448

没错,准确的说,世界上所有东西最后都会百分百转换为热能,举个例子,风扇转动讲点转化为热和机械能,但是空气摩擦,机械能越来越小(显而易见,离得越远风越小),众所周知,摩擦产热,所以最终全部变为热能。电灯也一样,光最后会被物体吸收,全部转化为热能。这在物理学解释为"熵增原理"也就是热力学定律
反过来看问题,CPU是怎么回事呢?CPU是用来处理数据的,也就是让无序的信息变有序。根据热力学定律,闭合系统的信息总是倾向增加无序性,要改变这一趋势必须增加热量。所以,CPU讲电能100%转化为热量同时使得信息变得有序。


有人说能量不可能百分百转化,这个是正确的,但是有个前提,就是在一次转化中!
CPU在第一次处理数据当然也不能百分百转化,还包括温度升高散发的光能,电磁波的电磁能等等,但是这些东西终究还是变成热能(光被物体吸收,电磁波被金属吸收),乃至我们眼光长远一点,整个宇宙最后都将变成热能。当然,我们是看不到这一天了。

总结下来,题目本身加一个前提:在一次能量转化中。那么就是不成立的,因为能量转化不可能百分百,但是没有这个前提就是正确的。


龙之心炎

。。。。。把电能100%转化为热能的是电炉不是cpu,cpu是利用电能供电把输入信号进行有序运算(内部微缩的晶体管群集体有序的根据指令工作)再把结果输出给各个其他设备!而发热只不过是硅晶体工作时不可避免的额外副作用!

换句话说cpu发不发热并不重要,重要的是cpu是否工作正常对输入和输出信号处理得当!如果工作正常它不发热更好。。。所以现在一直降低cpu的制造工艺纳米数就是为了让cpu更不发热运算更强大(相对的)。。。


毒聚一方

人类利用的所有能量,最终都会变成热能,所以随着社会不断的发展(利用的能量更多),当产生的热量超过向宇宙中散发的热量,地球就变暖了,所以,要在保持社会继续发展的前提下,解决全球变暖问题,只能是增大地球散热,比如减少温室气体,不止是遏制继续增加,甚至要减少到比以前更少,就像脱衣服,或者是给整个地球制造散热器、空调(热量排宇宙那种)啥的~


obigbird

上过初中的都知道,电学中讨论电能与热能转换只适用于纯电阻电路,不是纯电阻电路不可能将全部电能转化为热能,很显然CPU不是纯电阻电路,所以不可能把电能100%转化为热能,就是这么简单。


倚天之怒

能量守恒定律是没错,但是就现在的技术能量之间相互转换是不可能达到百分之百的转换。已知的只有正物质与反物质发生湮灭现象时,转换达到了百分之百。


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