Hesaplama Fiziği – Bilgisayar Bilimleri Ödevleri – Bilgisayar Bilimleri Ödev Hazırlatma – Bilgisayar Bilimleri Alanında Tez Yazdırma – Bilgisayar Bilimleri Ödev Yaptırma Fiyatları
Hesaplama Fiziği Bazen bir programı nasıl tersine çevirebileceğimizi gördük. Bu bölümde, geriye doğru çalıştırılabilen hesaplamaların fiziğine bir göz atacağız. Programlarımızın çağrıştırdığı hesaplamalar elektronik bilgisayarlar tarafından yapılabilir; beynimiz gibi biyolojik sistemler tarafından; kalem ve kağıtla; ve sende ne var? Tüm uygulamalar, fiziksel süreçler oldukları ve dolayısıyla fizik yasalarına tabi oldukları gibi oldukça açık bir özelliği paylaşırlar. Bu nedenle, şu tür soruları sormak mantıklıdır: Belirli bir hesaplamayı gerçekleştirebilecek herhangi bir cihazın minimum boyutu nedir? Maksimum boyutu nedir? Ne kadar zaman alır? Aldığı minimum enerji miktarı nedir? İkinci soruya odaklanacağız. "Sadece" ilginç olmanın yanı sıra, birçok modern bilgi işlem sisteminin inşasıyla da ilgili bir sorudur. Enerji dağılımı, "yararlı" enerjinin "yararsız" ısıya dönüştürülmesidir. Makineden ısının uzaklaştırılma hızı kabaca makinenin yüzey alanıyla orantılıyken, ısı üretimi kabaca kapıların sayısıyla ve dolayısıyla makinenin hacmiyle orantılıdır. Tüm mekansal boyutlara genişleterek daha büyük bir makine yaparsak, hacim yüzeyden daha hızlı büyür ve ısı sorun olur. Alternatif, makinenin boyutunu üç boyuttan yalnızca ikisinde genişletmektir, ancak bu durumda sinyallerin iletilmesi gereken mesafe artar ve makine yavaşlar. Sonuç olarak, bilgisayar yapımında enerji dağılımı ciddi bir endişe kaynağıdır. Enerji dağılımının herhangi bir temel alt sınırı var mı? Evet, dayanan aşağıdaki argümanın gösterdiği gibi var. Argüman entropi kavramını içerir, o halde entropinin ne olduğunu görelim. Bilgi teorisine göre entropi, bir sistemdeki bilgi miktarının ölçüsüdür. i'nin sistemin olası durumlarını kapsamasına izin verin ve pi'nin sistemin i durumunda olma olasılığı olmasına izin verin. Entropi H, log'un logaritma tabanı 2 olduğu yerde tanımlanır. H'nin ifade edildiği birim bittir. Örneğin, eşit olasılıklı iki duruma sahip bir sistemi ele alalım. O halde H = -(0,5 günlük(0,5) + 0,5 günlük(0,5)) = 1 bit. Sistemi sabit bir duruma ayarlarsak, bu durumun olasılığı 1 ve diğer durumun olasılığı 0'dır. Bu durumda entropi 0 bittir; yani, eylem 1 bit bilgiyi yok etti. Entropi kavramı, joule/kelvin olarak tanımlandığı termodinamikte de mevcuttur. (Aslında, entropi genellikle S = k ln(!l) olarak tanımlanır, burada n, sistemdeki durumların sayısıdır, ancak bu, tüm durumların aynı olasılığa, 1 / !l sahip olduğu varsayıldığında gerçekten aynı şeydir. ) Termodinamik entropi kavramı, sistemin sıcaklığı T aracılığıyla enerjiye bağlanır: bir sistemin entropisi bir miktar azaltıldığında, sistem, entropi azaltımının sıcaklıkla çarpımına eşit enerjiyi dağıtır. Von Neumann'ın gözlemi, kln(2) gibi sabit bir faktör dışında, iki entropinin aynı kavram olduğudur. Her şeyi bir araya getirdiğimizde, sistemin olasılık dağılımını H entropisini 1 bit azaltacak şekilde değiştirdiğimizde, S entropisinin k ln(2) joule/kelvin kadar azaldığını ve sistemin kT ln(2) joule yaydığını görürüz. ısı şeklinde enerji. Bu nedenle, bilginin yok edilmesi, enerjinin dağılması anlamına gelir. İşte bir örnek. Bir programın iki mantıksal değişken x ve y üzerinde çalıştığını varsayalım ve dört olası başlangıç durumunun aynı olasılığa sahip olduğunu varsayalım. İlk entropi -4 · = 2 bittir. Programın atama ifadesi olmasına izin verin. Başka bir örnek gösterir. Bir çakıl taşı eşit olasılıkla sağda ya da solda olabilir. Yapılacak işlem taşın sol çukura düşmesini sağlamaktır. Eylem, çakıl taşı sol olukta başladığında gerçekleştirilirse, o zaman hiçbir şey yapılması gerekmez ve enerji harcanmaz. Eylem, çakıl taşı sağ olukta başladığında gerçekleştirilirse, o zaman çakıl taşını sola doğru tekmeleyerek, ona tepeden yukarı ve sonra sol tarafta aşağı yuvarlanması için yeterli kinetik enerji sağlarız. Kuvvet konum grafiğinin eğimi neyi verir Kuvvet konum grafiği neyi verir Kuantum hesaplama Nedir Kuvvet yol grafiği hız bulma Kuvvet konum grafiğinin altında kalan alan Kuantum HESAPLAMA Vektörel büyüklük nedir Türetilmiş büyüklük nedir Yuvarlanan çakıl taşını yavaşlatır ve potansiyelden kinetik enerjiye dönüşen enerjiyi toplarsak, taş tam sol çukurun dibine geldiğinde durur. topladığımız enerji, onu doğru çukurdan dışarı atarken uyguladığımız kinetik enerjiye eşittir. Yine: hiçbir enerji dağılmaz. Enerji dağılımı hakkında ne söylüyoruz? Hangi hatayı yaptık? Hata şu ki, hangi prosedürü uygulayacağınıza karar vermeden önce çakılın konumunu bilmeniz gerekiyor (hiçbir şey yapma vs. tekme). Çakıl taşının konumunu biliyorsanız, o zaman iki durumun eşit olasılığı yoktur ve hiçbir bilgi yok edilmez. Başlangıç konumu bilinmiyorsa, konumun ölçülmesi gerekir ve iki durum eşit olasılığa sahipse, bu işlem kT ln(2) joule enerji gerektirir. Devamında, bilgiyi yok etmeyen hesaplamaları gerçekleştirme yöntemlerini inceliyoruz. Bu henüz enerjinin dağılmadığı anlamına gelmez - başka enerji yayma kaynakları mevcut olabilir. Enerji dağılımını tamamen önleyen bir hesaplama tekniği örneği veriyoruz ve enerji dağılımının çok düşük olduğu bir tekniği tartışıyoruz. Her şeyi uygun bir perspektife oturtmak için tek bir açıklama gerekiyor gibi görünüyor. kT ln(2) joule mertebesinin etkilerini tartışıyoruz. Günümüz bilgisayarlarında, bit işlemi başına yaklaşık 109kT joule dağılır. Hala gitmemiz gereken uzun bir yol var.  Yapılan Devreler Bu bölümde, bir gerçekleştirmeye çalışıyoruz. bilgileri yok etmeden hesaplama. Bir depolama elemanında bilginin yok edilmesiyle zaten karşılaştık: iki konumdan birinde olabilen çakıl taşıdır. Her ikiduruma bir önceki değeri içeren başka bir ikidurum eklersek, önceki değeri içeren başka bir ikidurum eklersek, o zaman bilgiyi bozmadan değişkenlere değerler atayabiliriz. Sonsuz sayıda parmak arası terlik oluşturmak ve başlatmakla ilgili teknik sorunlar var, ancak ilerleme adına bunları bir an için görmezden geliyoruz. Başka hangi bilgi imha kaynaklarımız var? Kalan kaynak, girişlerinin bazı işlevlerini hesaplayan kombinatoryal devrelerdir. Fonksiyonun tersi yoksa, bilgi yok edilir. Örneğin, bir toplayıcının çıktısının 6 olduğunu biliyorsak, wus girişinin 2 ve 4 olduğu sonucuna varamayız. Anahtarlama teorisinden, tüm birleşimsel devrelerin boolean fonksiyonlardan nasıl inşa edilebileceğini biliyoruz. Tüm bu işlevlerden yalnızca ikisinin tersi vardır: olumsuzlama ve özdeşlik. Bu ikisi tek başına tüm fonksiyonları oluşturmak için yeterli değildir. (Olumsuzlama ve özdeşlikten bir bağlacı nasıl hesaplarız?) Görünüşe göre yalnızca bir çıktısı olan bileşenleri dikkate almak yeterli değil; en az iki çıkışlı bileşenlere ihtiyacımız var. En basiti, gösterilen anahtardır, ancak tersine çevrilemez. Çıkışı hesaplamak için, anahtarın solda mı yoksa sağda mı olduğunu bilmemiz gerekir. Bu nedenle, durumu açıkça belirleyen sinyali hem giriş hem de çıkış sinyali olarak dahil ediyoruz.

Glikoz Elektrotları – Laboratuvar Tanı Bilimi – Laboratuvar Ödevleri – Lab Ödevleri – Kimya Mühendisliği – Kimya Ödev Yaptırma Ücretleri

Nötr taşıyıcıların avantajlarından biri, zorunlu olarak az çözünürlüğe sahip olması gereken iyon değiştiricilere göre suda daha az çözünür olma eğiliminde olmalarıdır. Daha uzun ömürlü membranlar yaparlar. Sodyum, klorür, kalsiyum, magnezyum, lityum, amonyak ve karbonat dahil olmak üzere bir dizi iyon için nötr taşıyıcılar geliştirilmiştir.

Yukarıdaki açıklamanın tamamı, elektrokimya ile ilgili tüm sorunları içerdikleri için örnekleme için kullanılmış olan potansiyometrik elektrotlarla ilgilidir.

Elektrokimyasal Reaksiyonlar

Elektrot potansiyelinin daha önce verilen tanımı, elektrotun nasıl çalıştığını göstermeye yardımcı olmak için gerçek durumun basitleştirilmesidir. Aslında, elektrot yüzeyinde gerçekte olan şey, yük ayrımından önce yüklü bir tür üretmek için bir elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesidir.

Metal elektrot gibi iletken bir malzemede elektron yapısı, elektronların katı içinde serbestçe hareket ettiği bir “deniz”e benzer. Elektronların enerjileri Fermi düzeyi denen bir düzeye kadar doldurulur. Çözümde farklı bir durum var.

İyonlar, onları diğer iyonlardan etkili bir şekilde ayıran bir hidrasyon kabuğu ile çevrilidir ve elektronlar farklı (düşük) enerji bantlarıyla sınırlandırılmıştır.

Glikoz biyosensörü
Amperometrik biyosensörler
İmmünosensörler
Biyosensörlerin Sınıflandırılması
Biyosensör Çeşitleri
Biyosensör Projeleri
Glikoz biyosensörü çalışma prensibi
Piezoelektrik biyosensör

Elektrot çözelti ile temas ettiği anda, enerji seviyelerindeki fark, enerjiyi eşitlemek için bir elektron akışını destekler ve en düşük serbest enerji durumunda (Gibbs’in serbest enerji seviyesi olarak bilinir) hızla bir dengeye ulaşılır.  Elektrot potansiyelinin temeli de budur.

Bu elektrokimyasal reaksiyon, elektrot malzemesinin bir elektron kaybedip bir iyon oluşturabilme özelliğinden dolayı kendiliğinden gerçekleşir ve bu nedenle bu (potansiyometrik) elektrotların ana uygulaması iyonların da ölçümüdür.

Elektrokimyasal reaksiyonlar kavramı, kendiliğinden oluşmayan ancak uygulanan bir potansiyel tarafından desteklenen diğer kimyasal reaksiyonları içerecek şekilde genişletilebilir. Bu, çözeltide iyon olarak bulunması zorunlu olmayan ancak uygun koşullarda bir elektrokimyasal reaksiyona yol açacak maddelerin analiz imkanını da açar.

Amperometrik Elektrotlar

Voltaj yerine akım ürettikleri için amperometrik elektrotlar adı verilen başka bir elektrot sınıfı daha vardır. Bu elektrot türü, bir yük ayrımı tarafından üretilen voltajı ölçmek yerine bir elektrik akımını ölçerek bir elektrokimyasal reaksiyonu (elektron üreten veya tüketen bir kimyasal reaksiyon) ölçmek için tasarlanmıştır. Bunlardan klinik kullanımda en yaygın olanı oksijen (pO2) de elektrotudur.

İlk reaksiyon, Clarke elektrotu olarak bilinen standart oksijen (pO2) elektrotunda kullanılırken, ikincisi, daha sonra açıklanacağı gibi, bazı glukoz elektrotlarında, glukoz oksidaz enzimi tarafından üretilen peroksiti ölçmek için de kullanılır.

Bu elektrokimyasal reaksiyonlardan, reaksiyonların uygulanan bir voltaj (0.7 V) tarafından kolaylaştırıldığı ve bu voltajın elektrot yanıtının özgünlüğünü artırabileceği görülebilir. Bu elektrotların ana özelliği, ölçüm elektrotlarına sabit bir voltaj uygulanması ve ortaya çıkan akımın (mikroamper cinsinden) reaksiyon hızıyla da orantılı olmasıdır.

Bu, potansiyometrik elektrotların karmaşık ters logaritmik tepkisinin aksine, doğrudan doğrusal bir ilişkidir. Akım ölçülmekte olduğundan, bu elektrotların (örneğin bir pO2 elektrotu) bir referans elektrotuna ihtiyacı yoktur. Bununla birlikte, reaksiyon ve akım, elektrotun yüzey alanı ile de ilişkili olacaktır.

Polarografi

Elektrokimyanın bu uygulaması polarografi olarak da bilinir. Uygulanan voltaj bir polarizasyon voltajıdır ve elektrokimyasal hücreye de polarografik hücre denir.

İlgili analitin veya örneğin pO2’nin bir ölçümünü elde etmek için (oksijen kısmi basıncı tam anlamıyla “konsantrasyon” değildir, ancak gaz terimleriyle eşdeğerdir), reaksiyon hızı sabit olmalıdır, bu nedenle de pO2 sabit olmalıdır.

Bu tür bir sistemin temel gereksinimi, elektrotun elektrot yüzeyindeki oksijeni, oksijenin elektrot çözeltisinden elektrot yüzeyine yayabileceğinden daha hızlı tüketmemesidir, aksi takdirde akım, pO2 ile temas halindeyken düşecektir. 

Ölçüme izin verecek sabit bir durumu korumak için, ölçüm hücreleri, reaksiyonun gerçekleştiği elektrot çok küçük (örneğin bir iğne noktası) olacak şekilde tasarlanmalıdır, böylece ölçümde minimum miktarda analit tüketilir. Bu, tipik bir sistemin yalnızca bu tür ölçümler için özel olarak tasarlanmış bir ampermetre gerektiren bir mikroamper oranlarında akım üreteceği anlamına da gelir.

Oksijen Elektrotu

İşlevsel bir elektrota sahip olmak için, elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleştiği elektrotların sabit bir çözelti ile temas halinde olması gerekir sabit dirençli bir çözelti, böylece dirençte, uygulanan voltajı ve dolayısıyla akımı etkileyecek herhangi bir değişiklik de olmaz.

Clarke oksijen elektrotu, bir silikon kauçuk membran tarafından kapsanan bir elektrolit çözeltisi ile temas halinde olan elektrotlardan oluşur. Gaz halindeki oksijen zardan serbestçe geçebilir, ancak zar hidrofobiktir, su veya çözünmüş elektrolitlerin geçmesine izin vermez ve elektrolit çözeltisinin bileşimini ve direncini de değiştirmez. 

Glikoz Elektrotları

Glikoz elektrotları, glikoza özgü bir yanıt sağlamak için belirli bir enzim ve belirli bir polarizasyon voltajının bir kombinasyonunu kullanır. Şu anda ortak kullanımda iki farklı enzim ve üç farklı elektron transfer reaksiyonu bulunmaktadır.
Glikoz elektrotunun en basit şekli, bir oksijen elektrodu ile birlikte glikoz oksidaz enzimini kullanmaktır. Glikoz oksidaz reaksiyonu da katalize eder:

  • glikoz × O2 × 2H2O ! glukonik asit + H2O2

Oksijen elektrotu, reaksiyonda tüketilen glikozun bir ölçümü olarak pO2’deki düşüşü ölçebilir. Ne yazık ki, hücre atmosfere açıksa, oksijeni atmosferik oksijenden yenileyecek ve hemoglobinin oksijen bağlayıcı etkilerinden dolayı tam kan kullanıldığında da sorunlar yaşanacaktır. Bu sorunlardan dolayı daha iyi uygulamalar geliştirilmiştir:

  • Glikoz oksidaz/peroksit elektrotu. Bu, uygulanan ± 0,7 V potansiyel ile reaksiyon tarafından üretilen peroksiti saptamak için kullanılır.
  • Glikoz oksidaz/ferrosen elektrotu. Bu elektrot, aşağıdaki elektrokimyasal reaksiyonda elektron transfer ajanı olarak ferrosen kullanır:
  • Bu, Medisense1 glukoz çubuğu testinin temelidir ve Şekil 40.13’te gösterilmektedir.
    Glikoz dehidrojenaz/ferrisiyanür elektrotu. Bu elektrot benzer şekilde çalışır, ancak farklı bir enzim ve elektron transfer maddesi ile:
  • Bu, Boehringer Mannheim Corporation (BMC) Advantage1 glukoz çubuğu testinin temelidir.

Bir yanıt yazın