Основные понятия современного естествознания - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Основные понятия современного естествознания

p align="left">Еще большее количество энергии выделяется в процессе ядерного синтеза, при котором два ядра сливаются в одно более тяжелое, но также с потерей массы и выделением энергии. Исходными элементами для синтеза является водород, конечным - гелий. Оба элемента не оказывают отрицательного влияния на среду и практически неисчерпаемы.

Результатом ядерного синтеза является энергия солнца. Человеком этот процесс смоделирован при взрывах водородных бомб. Задача состоит в том, чтобы ядерный синтез сделать управляемым, а его энергию использовать целенаправленно. Основная трудность заключается в том, что ядерный синтез возможен при очень высоких давлениях и температурах около 100 млн. °С. Отсутствуют материалы, из которых можно изготовить реакторы для осуществления сверхвысокотемпературных (термоядерных) реакций. Любой материал при этом плавится и испаряется.

Ученые пошли по пути поиска возможностей осуществления реакций в среде, не способной к испарению. Для этого в настоящее время испытываются два пути. Один из них основан на удержании водорода в сильном магнитном поле.

Несмотря на некоторые положительные результаты по осуществлению управляемого ядерного синтеза, высказываются мнения, что в ближайшей перспективе он вряд ли будет использован для решения энергетических проблем. Это связано с нерешенностью многих вопросов и с необходимостью колоссальных затрат на дальнейшие экспериментальные, а тем более промышленные разработки.

4. Опишите развитие представлений о свете. Как и кем было показано, что свет есть электромагнитная волна? В чем проявляются волновые свойства света?

Еще древние интересовались природой света и задавались вопросы, почему и как человек видит окружающий его мир. Пифагорейцы считали, что из глаза человека исходят невидимые истечения, которые ощупывают предмет и тем создают зрительное ощущение. Эмпедокл представлял, что такое излучение поступает не только из глаз, но и от светящихся тел. Платон, развивая эти представления, добавил, что «если флюиды подобны друг другу, то они крепко связываются» и создают ощущение увиденного. Демокрит считал, что светящиеся тела выделяют не флюиды, а мельчайшие атомы, которые могут попадать в глаз. Аристотель развивал взгляды атомистов, объясняя происхождение цветов смешиванием разных долей света и тьмы.
Свет обладает волновыми свойствами - дефракцией и интерференцией, которые корпускулярная теория могла объяснить только при огромном числе допущений и предположений. Для понимания явлений более сложных, чем рассматриваемые в геометрической оптике, создана физическая оптика. В ней не только рассматриваются волновые свойства света и его природа, но и устанавливаются границы применимости геометрической оптики как приближения к волновой Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 306-309..

В XVII веке возникло две теории света: волновая и корпускулярная. Корпускулярную теорию предложил Ньютон, а волновую - Гюйгенс. Согласно представлениям Гюйгенса свет - волны, распространяющиеся в особой среде - эфире, заполняющем все пространство. Две теории длительное время существовали параллельно. Когда одна из теорий не объясняла какого-то явления, то оно объяснялось другой теорией. Например, прямолинейное распространение света, приводящее к образованию резких теней нельзя было объяснить исходя из волновой теории. Однако в начале XIX века были открыты такие явления как дифракция и интерференция, что дало повод для мыслей, что волновая теория окончательно победила корпускулярную. Во второй половине XIX века Максвелл показал, что свет - частный случай электромагнитных волн. Эти работы послужили фундаментом для электромагнитной теории света. Однако в начале XX века было обнаружено, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.

Существует несколько способов определения скорости света: астрономический и лабораторные методы.

Впервые скорость света измерил датский ученый Ремер в 1676 г., используя астрономический метод. Он засекал время, которое самый большой из спутников Юпитера Ио находился в тени этой огромной планеты. Ремер провел измерения в момент, когда наша планета была ближе всего к Юпитеру, и в момент, когда мы находились немного (по астрономическим понятиям) дальше от Юпитера. В первом случае промежуток между вспышками составил 48 часов 28 минут. Во втором случае спутник опоздал на 22 минуты. Из этого был сделан вывод, что свету необходимо 22 минуты, чтобы пройти расстояние от места предыдущего наблюдения до места настоящего наблюдения. Зная расстояние и время запаздывания Ио он вычислил скорость света, которая оказалась огромной, примерно 300 000 км/с.

В конце XIX-начале XX вв. ряд новых опытов заставил вновь вернуться представлению об особых световых частицах - фотонах. Было установлено, что свет имеет двойственную природу, сочетая в себе как волновые свойства, так и свойства, присущие частицам.

В одних явлениях, таких как интереренция, дифракция и поляризация, свет ведет себя, как волна, в других фотоэффект, эффект Комптона) - как поток частиц (фотонов). По современным представлениям свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (в связи с этим принято говорить о корпускулярно-волновам дуализме): в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других - как поток особых частиц или корпускул (фотонов). Согласно современным представлениям электромагнитная природа света - это лишь одна разновидность проявления света. Другая разновидность характеризуется его квантовой природой.

Экспериментальное подтверждение идеи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, ограниченность применения классической механики к микрообъектам, диктуемая принципами дополнительности и неопределенности, а также противоречие целого ряда экспериментов применяемым в начале XX в. теориям привели к новому этапу развития физических представлений окружающего мира, ив особенности микромира -- созданию квантовой механики, описывающей свойства микрочастиц с учетом их волновых особенностей. Ее создание и развитие охватывают периоде 1900 г. (формулировка Планком квантовой гипотезы) до 20-х годов XX в. и связано прежде всего с работами австрийского физика Э. Шредингера, немецкого физика В. Гейзенберга и английского физика П. Дирака.

Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц -- важная отличительная особенность квантовой теории. Можно ли волны де Бройля истолковывать как волны вероятности, т. е. считать, что вероятность обнаружить микрочастицы в различных точках пространства меняется по волновому закону? Такое толкование волн де Бройля неверно уже хотя бы потому, что тогда вероятность обнаружить частицу в некоторых точках пространства может быть отрицательной, что не имеет смысла. Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Академический проект, 2001. -356с.

Чтобы устранить эти трудности, немецкий физик М. Борн (1882--1970) в 1926 г. предположил, что по волновому закону меняется не сама вероятность, а амплитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой функции имеет статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой функции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в определенном ограниченном объеме.

Итак, в квантовой механике состояние микрочастиц описывается принципиально по-новому -- с помощью волновой функции, которая является основным носителем информации об их корпускулярных и волновых свойствах.

5. Поясните, что такое Вселенная, каковы ее размеры, какие объекты ее составляют и какие модели развития Вселенной Вам известны. Какие эмпирические подтверждения развития Вселенной?

Слово «вселенная» возникло как калька греческого термина «ойкумена», т. е. заселенная земля. Уже здесь видна его первоначальная равнозначность выражению «весь свет» или «мир». Но такое понимание вселенной давно устарело.

Размеры Вселенной:

Масса - 5,976*1024 кг;

диаметр - 12756 км;

плотность - 5,518 г/см3;

объем - 1,083*1012 км2;

площадь поверхности - 510,2 млн. км2.

Модель раздувающейся Вселенной точно совпадает с общепринятым описанием наблюдаемого мира начиная с 10-30 с после начала расширения. Только в эти микроскопические доли секунды отличие моделей. Как и модель Большого взрыва, модель инфляционной Вселенной полагает, что Начало было 10-15 млрд. лет назад из сингулярного (сверхорячего и чверхплотного) состояния и продолжается сейчас. Эти модели объяснили и реликтивное излучение, и красное смещение в спектрах далеких галактик, и первоначальное содержание легких элементов Бернс Дж. О. Гигантские структуры Вселенной // В мире науки, 1986, № 1. С. 15..

6. Дайте представление о фазовых переходах, приведите примеры фазовых переходов разных типов (родов). Что за явления - сверхтекучесть и сверхпроводимость?

Фазами называют различные однородные части физико-химических систем. Однородным является вещество, когда все параметры вещества одинаковы во всех его элементарных объемах, размеры которых велики по сравнению с межатомными состояниями. Смеси различных газов всегда составляют одну фазу, если во всем объеме они находятся в одинаковых концепциях. Одно и то же вещество в зависимости от внешних условий может быть в одном из трех агрегатных состояний - жидком, твердом или газообразном. В зависимости от внешних условий система может находиться в равновесии либо в одной фазе, либо сразу в нескольких фазах.
В окружающей нас природе мы особенно часто наблюдаем фазовые переходы воды. При переходе воды в пар происходит сначала испарение - переход поверхностного слоя жидкости в пар, при этом в пар переходят только самые быстрые молекулы: они должны преодолеть притяжение окружающих молекул, поэтому уменьшаются их средняя кинетическая энергия и, соответственно, температура жидкости. наблюдается в быту и обратный процесс - конденсация.
Во время фазового перехода температура не меняется, но меняется объем системы. Фазовые переходы бывают нескольких родов.
Изменения агрегатных состояний вещества называются фазовыми переходами 1-го рода, если:
1) температура постоянна во время всего перехода;

2) меняется объем системы;

3) меняется энтропия системы.

Чтобы произошел такой фазовый переход, нужно данной массе вещества сообщить определенное количество тепла, соответствующего скрытой теплоте превращения.

Фазовые переходы 2-го , 3-го и т.д. родов связаны с порядком тех производных термодинамического потенциала, которые испытывают конечные изменения в точке перехода.

Явление о сверхтекучести, открытое Капицей наблюдали и раньше, отмечая странное поведения гелия при температуре около 2К, но только он подробно исследовал и описал его.

Атомы сверхтекучего гелия ведут себя согласованно, как единое целое, беспорядка в этой системе нет, энтропия равна нулю. Невозможно сообщить какой-то части сверхтекучего гелия тепло - все его атомы одинаковы подтверждены воздействию. Невозможен и обмен энергией между атомами - все они в наинизшем состоянии, и вязкость среды равна нулю.

Исследования в области низких температур, первоначально имевшие чисто практическую направленность, привели к многим крупным открытиям. В 1911 г. Камерлинг-Оннес обнаружил, что при температуре 7,2К сопротивление свинцового проводника внезапно снизилось в миллионы раз и практически исчезло. Это странное явление получило название сверхпроводимости. В одном из экспериментов в сделанном из чистого свинца кольце был наведен ток в несколько сотен ампер. Через год оказалось, что ток все еще продолжает идти в кольце, и величина его не изменилась, т.е. сопротивление винца было равно нулю Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 359-363..

7. Какими методами удалось изучить состав живой клетки и ее молекулярное строение? Каковы основные положения и значение клеточной теории в развитии биологии?

Страницы: 1, 2, 3