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¿Pesa más un disco duro cuando está lleno?

Navegando por Quora, vi lo siguiente pregunta con respuestas contradictorias.

Para el respuesta más votada :

Los bits están representados por determinadas orientaciones de los campos magnéticos que no deberían tener ningún efecto sobre la masa gravitatoria.

Pero, otra respuesta contradice esa:

Lo más importante es que un mayor contenido de información se correlaciona con un configuración energética y esto es cierto independientemente del tipo de tipo de almacenamiento... Ahora, según la fórmula más famosa de Einstein, la energía es equivalente a la masa.

¿Cuál es la respuesta correcta?

42voto

Daniel Broekman Puntos 1951

Escribí un entrada del blog sobre esto hace algún tiempo. La respuesta es sí, pero por una cantidad ínfima que nunca se podría medir: algo así como $10^{-14}\text{ g}$ (aproximadamente) para un disco duro típico de ~1TB.

Ese valor procede de la fórmula de la energía potencial de un par de dipolos magnéticos,

$$E = \frac{\mu_0}{4\pi}\frac{\mu_1 \mu_2 \cos\theta}{r^3}$$

En mi post, estimo que un disco duro puede contener $10^{23}$ electrones en total, divididos en $10^{12}$ dominios magnéticos que están espaciados alrededor de $0.1\ \mathrm{\mu m}$ aparte. Eso significa que el momento magnético de cada uno de estos dominios es $10^{11}\mu_B$ con $\mu_B = \frac{e\hbar}{2m_e}$ siendo el Magnetón de Bohr . Si se introduce esto en la fórmula anterior, y se multiplica por 4 bajo el supuesto de que cada dominio magnético interactúa con 4 vecinos más cercanos, se acaba encontrando que la energía total no es más que $5\text{ J}$ dependiendo del valor de $\cos\theta$ . Esto corresponde, a través de $E = mc^2$ a una masa equivalente de alrededor de $10^{-14}\text{ g}$ .

Es cierto que todas estas cifras son estimaciones aproximadas de orden de magnitud, y que hay otros efectos que contribuyen en pequeña medida a la energía, pero cualquier corrección no va a cambiar esto en más de un par de órdenes de magnitud en un sentido u otro. Dado que la masa equivalente de la energía almacenada en los imanes es 17 órdenes de magnitud menos que la masa del propio disco duro, se puede decir que la diferencia es indetectable.

Por cierto, también he probado el cálculo equivalente para memoria flash en otra entrada del blog.

9voto

emarti Puntos 1377

Una pregunta muy similar es la de cuánta energía (o masa) se necesita para almacenar cierta cantidad de información, independientemente del formato. Tanto si se almacena la información con un voltaje sobre un captor de dominio magnético, para evitar errores de corrupción/lectura, la energía para almacenar un bit debe ser $$E>> kT$$

En general, un buen mínimo es $E=6kT$ . Eso es $10^{-20}\;\mathrm{J/bit}$ a temperatura ambiente, o $10^{-9}\;\mathrm{J} = 10^{-26}\;\mathrm{kg}$ para una unidad de 1 TB.

Hay que tener en cuenta que esta cifra es mucho menor que la publicada por David Zaslavsky. En general, el almacenamiento y el procesamiento electrónicos utilizan más energía o potencia que el límite termodinámico en muchos órdenes de magnitud.

7voto

eddiegroves Puntos 118

Tanto si el disco duro está "lleno" como si no, está formateado. Así es como el ordenador es capaz de saber el tamaño del disco, por ejemplo. Por tanto, para responder correctamente a la pregunta hay que averiguar las estadísticas del número de dominios digitales en una unidad recién formateada y compararlas con las estadísticas de los dominios en una con datos (presumiblemente aleatorios) escritos en ella.

Un disco duro recién formateado de fábrica tiene ceros almacenados en sus sectores. Véase el interesante artículo de la wikipedia sobre formato, especialmente esta entrada. Si se desea borrar los datos de un disco duro no basta con "borrarlos". También hay que escribir ceros sobre ellos para que todos esos dominios digitales vuelvan a su situación de recién formateados. Esos ceros no significan que no haya cambios de dominio magnético. Por el contrario, significa que los cambios de dominio están en un patrón particular que codifica "0" en lugar de "1".

La codificación de los discos duros suele ser una "longitud de carrera limitada (RLL)" esquema. Por "longitud de recorrido" se entiende el número de dominios consecutivos que están orientados en la misma dirección. La limitación consiste en evitar que este número sea demasiado grande, ya que esto permitiría que el lector del disco duro se desincronizara con los datos. La Wikipedia afirma que algunos soportes también están equilibrados en CC con "algunos tipos de soportes de grabación", es decir, que hay tantos dominios orientados en un sentido como en el otro. No he visto esto en medios grabados, pero es común en cosas como fast ethernet (los chips PHY lo usan) o estándares de video digital como HDMI que utiliza TMDS .

Así que el post aceptado por David Zaslavsky es incorrecto. Sin embargo, la física de la misma es correcta y por eso he votado +1 por ella. Pero esta respuesta da el "resto de la historia"; la vida no es tan simple como parece a veces.

3voto

wallyqs Puntos 1056

Un disco duro no debería cambiar los resultados en ninguna medida de masa.

Antecedentes:
En los sistemas originales de Fert y Grünberg, una capa de cromo no magnético estaba intercalada por capas de hierro ferromagnético. Si los espines atómicos de las sucesivas capas de hierro se orientaban en la misma dirección, haciendo que la magnetización global de ambas capas fuera paralela, los electrones también podían alinear sus espines y atravesar el material con poca resistencia. Pero la resistencia eléctrica se disparaba cuando la segunda capa de hierro tenía su magnetización alineada de forma antiparalela a la primera. Esto se debe a que los electrones que habían orientado sus espines con un conjunto de átomos de hierro se dispersaban al encontrarse con la siguiente capa. El equipo de Fert utilizó una serie de capas de hierro con magnetización alterna, lo que reforzó el efecto sobre el flujo de electrones.

Referencia:
http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2007/October/09100703.asp

1voto

Lukas Puntos 51

Los bits están representados por ciertas orientaciones de los campos magnéticos que no deberían tener ningún efecto sobre la masa.

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