Концепція сучасного природознавства 2

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Контрольна робота з концепції сучасного природознавства
Варіант № 10

Зміст
"1-3" 1. Чим відрізняється жива система від неживої? Як розвивалася біологія? У чому суть і значення дарвінівської теорії у розвитку біології? Які структурні рівні пізнання живої матерії ?........................................... .................................... 4
2. У чому суть концепції атомізму? Які структури матерії Вам відомі? З якими вченими пов'язана дана концепція? Як розвивалася концепція атомізму і як вона пов'язана з сучасними проблемами побудови єдиної фізичної теорії? Які особливості використання цієї моделі для опису речовини як системи частинок? 6
3. Як відбувається процес теплопередачі? Характеризуйте теплопровідність, конвекцію і випромінювання і приведіть приклади ......................................... ... 12
4. Визначте поняття теплоти та температури. Як пов'язані ці величини, в яких одиницях вимірюються? Скільки часу потрібно виконувати фізичні вправи потужністю в 700 Вт, щоб скинути свою вагу на 450 г (на розщеплення 1 г жиру витрачається близько 40 до Дж, а 1 г вуглеводів -
20 кДж) ?.............................................. .................................................. ........ 14
5. Поясніть поняття ентропії і термодинамічної ймовірності. У чому полягає принцип Больцмана? Що спільного між поняттями "ентропія" та "інформація"? поясніть поняття інформація, вкажіть на її зв'язок з законом необхідної різноманітності кібернетики ..................................... .................................................. .................................. 16
6. Що таке - фазовий рівновагу, перегріта рідина? Опишіть фізичну картину процесу кипіння. Як залежить точка кипіння від зовнішнього тиску? Яке значення в природі мають процеси сублімації і десублімації? Наведіть приклади. 18
7. Поясніть сенс поняття "фотон". Які явища, і яким чином були пояснені за допомогою квантової теорії світла ?.................................... .......................... 20
8. Зіставте поняття "популяція" і "вид". Доведіть, що популяція є одиницею еволюції. Чому різні популяції одного виду відрізняються за частотою генів? 23
9. Як відбувається розподіл клітин, ядра та ДНК? Як реалізується система відтворення на молекулярному рівні? У чому особливості біотехнологій: генної та клітинної інженерії, які їх можливості та перспективи ?................ 24
10. Що таке синергетика і яке її значення для сучасної картини світу? Які етапи можна виділити в розвитку систем, що самоорганізуються? Яке співвідношення випадкового і закономірного в концепції розвитку? Поясніть поняття "хаосу", "біфуркації", "катастрофи". Опишіть процеси самоорганізації матерії в процесі еволюції
галактик і зірок ............................................... .............................................. 26
Список літератури ................................................ ............................. 30

1. Чим відрізняється жива система від неживої? Як розвивалася біологія? У чому суть і значення дарвінівської теорії у розвитку біології? Які структурні рівні пізнання живої матерії?
Живі системи відрізняє від неживих (відсталих, за висловом В. І. Вернадського) безліч ознак, які перераховуються в будь-якому підручнику шкільної біології. Але окремо кожен з цих ознак може бути виявлений і в системах, які живими назвати ніяк не можна. Але є такі ознаки, які, особливо характерні для живих систем і тим не менше нечасто фігурують в їх самих загальних описах.
Живі організми є відкритими системами, що споживають енергію зовнішнього середовища. Всі живі організми містять чотири головних класу органічних сполук: вуглеводи, Лепід, білки і нуклеїнові кислоти
Розвиток, спонтанне підвищення ступеня гетерогенності (різноманітності частин) при зміцненні взаємозв'язків між ними - один з найбільш характерних ознак живого, будь то індивідуальний організм, популяція або біосфера. Теорія біологічного поля Гурвича дозволяє знайти підхід до вирішення принципових питання про те, як можна пояснити це явище виходячи з єдиного принципу (постулату про існування такого поля). Але будь-який процес, а всі життєві прояви - або, кажучи словами Гурвича, Структуровані Процеси неможливо розглядати без залучення поняття енергії. Структурно - енергетична специфічність життя і її відмінність в цьому відношенні від процесів, що протікають в неживих об'єктах, відображена в принципах теоретичної біології, сформульованих Е. Бауером.
Перший його принцип (постулат, твердження, що випливає тільки зі спостережень і яке може бути відкинуто тільки якщо з'являться спостереження, йому суперечать) говорить: "Усе і тільки живі системи ніколи не перебувають у рівновазі і виконують за рахунок своєї вільної енергії постійно роботу проти рівноваги, необхідного законами фізики та хімії за існуючих зовнішніх умовах ". Іншими словами, принципова відмінність між живими і неживими системами Бауер бачить в наступному. Будь-яка жива система з моменту свого виникнення вже обдарована якимсь запасом надлишкової енергії в порівнянні з навколишнім середовищем. Ця енергія забезпечує постійно реалізовану працездатність живої системи, а вся її робота спрямована на зростання або, щонайменше, на збереження достатнього для продовження життєдіяльності рівня активності. Бауер назвав це станом "стійкого нерівноваги" живої системи щодо навколишнього її середовища.
У сучасному представленні біологія - сукупність наук про живу природу - про величезному різноманітті вимерлих і нині населяють Землю живих істот, їх будову і функції, походження і розвиток, зв'язках один з одним і з неживою природою. Біологія встановлює загальні і приватні закономірності, властиві життю у всіх її проявах.
На початковому етапі розвитку біологія носила описовий характер і пізніше вона була названа традиційної біологією. Об'єкт вивчення її - жива природа в її природному стані і цілісності.
Карл Лінней зробив значний внесок у традиційну біологію, створивши систему рослинного і тваринного світу і побудував найбільш вдалу класифікацію рослин і тварин, докладно описавши близько 1500 рослин. Класифікація проводилася за певними ознаками, що відображає закономірності в живій природі.
Матеріал традиційної біології накопичується в результаті безпосереднього спостереження об'єкта вивчення - живої природи, що сприймається як єдине ціле у всьому різноманітті її форм і проявів.
Еволюційна біологія побудована на концепції розвитку в біології. Ев., Біологія починалася з теорії Ч. Дарвіна. Еволюція, за Дарвіном, здійснюється в результаті, взаємодії 3 основних факторів: мінливості, спадковості і природного добору. Мінливість служить основою утворення нових ознак і особливостей у будові і функціях організмів. Спадковість закріплює ці ознаки. Під дією природного відбору усуваються організми, не пристосовані до умов існування. Завдяки спадкової мінливості і безперервному дії природного відбору організми в процесі еволюції накопичують все нові пристосувальні функції, що, в кінцевому рахунку, веде до утворення нових видів.
Виділяють такі рівні пізнання живої матерії:
· Клітинний: рівень елементарної життя, найдрібніший елемент організму, вивчаються особливості будови, взаємодії з навколишнім середовищем, вплив навколишнього середовища на клітину та її реакції і т.д.;
· Міжклітинний: особливості взаємодії клітин, взаємні реакції, вплив один на одного;
· Організменний: будову організму, його функціонування (життя), взаємодія організму з навколишнім середовищем і вплив зовнішнього середовища на організм;
· Межорганізменний: особливості взаємодії організмів, взаємний вплив.
2. У чому суть концепції атомізму? Які структури матерії Вам відомі? З якими вченими пов'язана дана концепція? Як розвивалася концепція атомізму і як вона пов'язана з сучасними проблемами побудови єдиної фізичної теорії? Які особливості використання цієї моделі для опису речовини як системи частинок?
Атомізм, атомне вчення, Атомістика, вчення про переривистому, дискретному (зернистому) будову матерії. А. стверджує, що матерія складається з окремих надзвичайно малих часток; до кінця 19 ст. вони вважалися неподільними. Для сучасного А. характерний визнання не тільки атомів, а й інших частинок матерії як більших, ніж атоми (наприклад, молекул), так і більш дрібних (атомні ядра, електрони та ін.) З точки зору сучасного А., електрони суть "атоми" негативного електрики, фотони - "атоми" світла і т.д. А. поширюється і на біологічні явища, в тому числі на явища спадковості. У більш широкому сенсі під А. розуміється іноді дискретність взагалі якого-небудь предмета, властивості, процесу.
А. виступав майже завжди як матеріалістичне вчення. Тому боротьба навколо нього відображала, перш за все, боротьбу між матеріалізмом та ідеалізмом у науці А. вже з давніх-давен був спрямований проти ідеалістичного і релігійного погляду на світ, бо все суще він пояснював за допомогою частинок матерії, не вдаючись до надприродних причин. Матеріалістичне течія в А. виходить з тези, згідно з яким атоми матеріальні, існують об'єктивно і пізнавані. Ідеалістична позиція виражається в запереченні реальності атомів; в оголошенні їх лише зручним засобом систематизації досвідчених даних, в запереченні їх пізнаванності.
Атомистические погляди спочатку (на Др. Сході, в античних Греції та Римі, почасти в середні століття в арабів) були лише геніальною здогадкою, що перетворилася потім у наукову гіпотезу (17,18 ст. І перші дві третини 19 ст) і, нарешті, в наукову теорію. З самого зародження і до кінця 1-ї чверті 20 ст. в основі А. лежала ідея про тотожність будови макро - і мікрокосмосу. З безпосередньо спостерігається розчленованості видимого макросвіту (насамперед зоряного) на окремі більш або менш відокремлені один від одного тіла був зроблений висновок, що природа, будучи єдиною, повинна бути влаштована в найменшої своєї частини так само, як і в найбільшій. Стародавні атомісти вважали тому безперервність матерії здається, як здається здалеку суцільний купа зерна або піску, хоча вона складається з безлічі окремих частинок.
Відомі такі структурні рівні матерії:
1. Атомарний - рівень елементарних частинок;
2. Молекулярний - рівень межатомарного взаємодії, утворення молекул;
3. Речовий - рівень об'єднання матерії в різні структури, освіта речовин.
Визнання єдності будови макро - і мікрокосмосу відкривало шлях до перенесення на атоми таких механічних, фізичних або хімічних властивостей і відносин, які виявлялися у макротіл. Виходячи з теоретично передбачив властивостей атомів, можна було зробити висновок про поведінку тіл, утворених з атомів, а потім експериментально перевірити це теоретичне висновок на досвіді.
Ідея про повне подобі будови макро - і мікрокосмосу, здавалося б, остаточно восторжествувала після створення на початку 20 ст. планетарної моделі атома, основу якої складало положення, що атом побудований подібно мініатюрної Сонячній системі, де роль Сонця виконує ядро, а роль планет - електрони, які обертаються навколо нього по строго визначених орбітах. Майже аж до 2-ї чверті 20 ст. ідея єдності будови макро - і мікрокосмосу розумілася дуже спрощено, прямолінійно, як повне тотожність законів і як повна схожість будови того й іншого. Звідси мікрочастинки трактувалися як мініатюрні копії макротіл (як надзвичайно малі кульки), які рухаються за точним орбітах, які абсолютно аналогічні планетним орбітах, з тією лише різницею, що небесні тіла пов'язані силами гравітаційної взаємодії, а мікрочастинки - електричного. Така форма А. названа класичним А.
Сучасний А., що втілився в квантову механіку, не заперечує єдності природи у великому і малому, але розкриває якісна відмінність мікро - і макрооб'єктів: мікрочастинки становлять єдність протилежностей перервності і безперервності, корпускулярне і хвилеподібно. Це не кульки, як думали раніше, а складні матеріальні освіти, в яких дискретність (виражена у властивостях корпускули) певним чином поєднується з безперервністю (вираженої в хвильових властивості). Тому і рух таких частинок (наприклад, електрона навколо атомного ядра) здійснюється не за аналогією з рухом планети навколо Сонця (тобто не по суворо визначеній орбіті), а швидше за аналогією з рухом хмари ("електронний хмара"), що має як б розмиті краї. Така форма А. названа сучасним (квантово-механічним) А.
Після відкриття електрона (англійський фізик Дж.Дж. Томсон, 1097), створення теорії квантів (М. Планк, 1900) і введення поняття фотона (А. Ейнштейн, 1905) А. прийняв характер фізичного навчання, причому ідея дискретності була поширена на область електричних та світлових явищ і на поняття енергії, вчення про яку в 19 ст. спиралося на уявлення про безперервних величинах і функціях стану. Найважливішу рису сучасного А. складає А. дії, пов'язаний з тим, що рух, властивості і стани різних мікрооб'єктів піддаються квантованию, тобто можуть бути виражені у формі дискретних величин і відносин. У підсумку вся фізика мікропроцесів, оскільки вона носить квантовий характер, виявляється областю програми сучасного А. Постійна Планка (квант дії) є універсальна фізична константа, яка виражає кількісну кордон, що розділяє дві якісно різні області: макро - і мікроявленій природи. Фізичний (або квантово-електронний) А. досяг особливо великих успіхів завдяки створенню (Н. Бор, 1913) і подальшого розроблення моделі атома, яка з фізичної сторони пояснювала періодичну систему елементів. Створення квантової механіки (Л. де Бройль, Е. Шредінгер, В. Гейзенберг, П. Дірак і ін, 1924-28) додало А. квантово-механічний характер. Успіхи ядерної фізики, починаючи з відкриття атомного ядра (Е. Резерфорд, 1911) і закінчуючи відкриттям серії елементарних частинок, особливо нейтрона (англійський фізик Дж. Чедвік, 1932), позитрона (1932), мезонів різної маси, гіперонів та ін, також сприяли конкретизації А. Одночасно в 20 ст. йшло розвиток хімічного А. убік відкриття частинок більших, ніж звичайні молекули (колоїдні частинки, міцели, макромолекули, частки високомолекулярних, високополімерних з'єднань); це надавало А. надмолекулярної-хімічний характер. У підсумку можна виділити головні види А., які з'явилися разом з тим історичними етапами у розвитку А.: 1) натурфілософський А. давнину, 2) механічний А.17-18 ст., 3) хімічний А. 19 ст. і 4) сучасний фізичний А.
З відкриттями в області А. пов'язані великі наукові епохи. "Нова епоха починається в хімії з атомістики ..., - писав Енгельс, - а у фізиці, відповідно до цього, - з молекулярної теорії". Революцію у фізиці на рубежі 19 і 20 ст. викликали, за словами В.І. Леніна, "новітні відкриття природознавства - радій, електрони, перетворення елементів ...". Початок століття атомної енергії безпосередньо пов'язане з подальшим розвитком сучасних фізичних А.
Невичерпність електрона наочно виявилася після невдачі спроб побудувати модель атома, виходячи з уявлення про електронах-кульках (або навіть точках), наділених певною масою і зарядом і рухаються навколо ядра за законами класичної механіки. Ядерна ж фізика показала, що електрон може народжуватися з нейтрона, гіперонів і мезонів (з виділенням нейтрино), може поглинатися і зникати як частка в атомному ядрі (при захопленні), може зливатися з позитроном, словом, відчувати такі різноманітні і складні корінні перетворення, які незаперечно свідчать про його реальну невичерпності. В історії пізнання кожен великий успіх А. становив не тільки революцію у фізичному вченні про матерію і її будову, але разом з тим чергова поразка ідеалістичного погляду на природу (хоча сам по собі А., звичайно, аж ніяк не завжди і не у всіх своїх конкретних формах безпосередньо висловлював наукову істину). Так, відкриття Дальтоном закону простих кратних відносин в хімії призвело на початку 19 ст. до краху ідеалістичної теорії динамізму (Кант, Шеллінг, Гегель та ін), згідно з якою основу природи становить не матерія, а перериваним сили. В кінці 19 ст. у фізиці й хімії набуло поширення феноменологічне, агностичний протягом, пов'язане з термодинамікою і найбільш чітко обнаружившееся в енергетичному світогляді (В. Оствальд, 1895). Енергетізм, як і махізм, заперечував реальність атомів і молекул; він намагався побудувати всю фізику та хімію на уявленні про чистої енергії, комплексом різних видів якої оголошувалася сама матерія і всі її властивості. Успіхи фізики і хімії на рубежі 19 і 20 ст., Особливо підрахунок числа іонів - газових часток, що несуть електричні заряди, а також вивчення "броунівського руху" та ін показали збіг значень Авогадро числа, визначеного самими різними фізичними методами. У 1908 Оствальд визнав свою поразку в боротьбі проти А. "Я переконався, що в недавній час нами отримані експериментальні підтвердження перериваної, або зернистого, характеру речовини, яка марно відшукувала атомістична гіпотеза протягом століть і тисячоліть. Ізолювання і підрахунок числа іонів у газах. .., а також збіг законів броунівського руху з вимогами кінетичної теорії ... дають тепер самому обережному вченому право говорити про експериментальне підтвердження атомістичної теорії речовини ... Тим самим атомістична гіпотеза піднята на рівень науково обгрунтованої теорії ".
У кінці 1-ї чверті 20 ст. виявилося, що викидаються при b-розпаді електрони забирають тільки частина енергії, що втрачається ядром. Звідси був зроблений висновок, що інша її частина просто знищується. Матеріалістичне рішення виниклої проблеми (В. Паулі, 1931) полягала в припущенні, що при b-розпаді разом з електроном з ядра вилітає інша, невідома ще частка матерії, з дуже малою масою і електрично нейтральна, яку назвали "нейтрино". Без подання про нейтрино неможливо зрозуміти багато ядерні перетворення, а також і перетворення елементарних частинок (мезонів, нуклонів, гіперонів). Т. о., і тут успіх А. приніс поразку ідеалізму у фізиці.
Після відкриття позитрона І. та Ф. Жоліо-Кюрі спостерігали (1933) перетворення позитронів і електронів в фотони; спостерігалося також народження пари - електрона і позитрона - при проходженні фотона - g-променів поблизу атомного ядра. Ці явища були витлумачені як анігіляція (знищення) матерії і як її народження з енергії. Розвиваючи А., фізики-матеріалісти (С. І. Вавілов, Ф. Жоліо-Кюрі та ін) показали, що в даному випадку відбувається взаємоперетворення однієї фізичної виду матерії (речовини) в іншій її вид (світло). Отже, і в цьому відношенні А. завдав своїми відкриттями удар ідеалізму.
3. Як відбувається процес теплопередачі? Характеризуйте теплопровідність, конвекцію і випромінювання і приведіть приклади.
Процеси теплопередачі, як всередині одного тіла, так і від одного тіла до іншого, який перебуває з ним у прямому контакті, відбуваються з тієї причини, що кінетична енергія атомів і молекул з ділянок, де вона вище, під впливом пружних зіткнень з сусідніми атомами переходить в області, де кінетична енергія атомів і молекул менше. Відповідно до цього, опис процесів теплопередачі повинне здійснюватися не на основі різниці температур, як це робилося досі, а на основі різниці їх внутрішніх енергій теплового руху.
Тому процес перенесення тепла від тіла з більшою кінетичною енергією до тіла з меншою кінетичної енергією може відбуватися, навіть якщо температура першого менше температури другого, тобто тепло може переходити від більш холодного тіла до більш гарячого, що суперечить формулюванні другого закону термодинаміки. Його слід сформулювати більш точно: тіло з меншою кінетичної енергією теплового руху атомів (молекул) не може віддати тепло тілу, атоми (молекули) якого володіють більшою кінетичною енергією теплового руху.
Якщо привести в зіткнення два різних металу або напівпровідника з сильно відрізняються характеристичними температурами, то, крім контактної різниці температур, виникає і контактна різниця потенціалів. Тому не виключено, що, склавши замкнуте електричне коло, за рахунок контактної різниці температур і потенціалів можна отримати електрорушійну силу і створити, таким чином, новий прямий спосіб перетворення теплової енергії навколишнього середовища в електричну - один зі способів, запропонованих П.К. Ощепкова.
Окрім основної, традиційної, формулювання другого закону термодинаміки (тіло з більш низькою температурою мимоволі не може віддавати тепло тіла з високою температурою), існують ще дві. Одна з них: при всіх процесах в замкнутих системах ентропія не зменшується. Ця, що претендує на загальний закон, формулювання абстрактна, і її правильність, на думку С.В. Цивінського, не підтверджена ні експериментами, ні бездоганними теоретичними висновками. Більш того, правильність цього формулювання, як закону природи, не підтверджується навіть простим розглядом процесу змішання двох ідеальних одноатомних газів в замкнутій системі: ніякої зміни ентропії тут не буде. Поняття ентропії не придатне для точного опису теплових процесів, так само, як і традиційна формулювання другого закону термодинаміки.
Теплопровідність є одним з видів переносу тепла. Здатність речовини проводити теплоту характеризується коефіцієнтом теплопровідності l. Згідно з основним законом теплопровідності (закону Фур'є - q = - l grad t) коефіцієнт теплопровідності дорівнює щільності теплового потоку q при градієнті температури 1 К / м. Найменшим коефіцієнтом теплопровідності мають гази, найбільшим - метали. Для порівняння повітря має l "0,025 Вт / (МЧК), вода l" 0,6 Вт / (МЧК), сталь l "50 Вт / (МЧК), срібло і мідь l" 400 Вт / (МЧК). В огорожах холодильників використовувані будівельні матеріали (цегла, бетон) мають l "0,7 ... 1,0 Вт / (МЧК), а теплоізоляція (пінопласти, мінеральна вата l" 0,04 ... 0,09 Вт / (МЧК).
Тепловіддача шляхом конвекції - переміщення частинок газу або рідини, змішування їх нагрітих шарів з охолодженими. У повітряному середовищі навіть в умовах спокою на тепловіддачу конвекцією припадає до 30% втрат тепла. Роль конвекції на вітрі або при русі людини ще більше зростає.
Передача тепла випромінюванням від нагрітого тіла до холодного відбувається відповідно до закону Стефана-Больцмана і пропорційна різниці четверте ступенів температури шкіри (одягу) і поверхні навколишніх предметів. Цим шляхом в умовах "комфорту" роздягнений чоловік віддає до 45% теплової енергії, але для тепло одягненого людини особливої ​​ролі тепловтрати випромінюванням не грають.
4. Визначте поняття теплоти та температури. Як пов'язані ці величини, в яких одиницях вимірюються? Скільки часу потрібно виконувати фізичні вправи потужністю в 700 Вт, щоб скинути свою вагу на 450 г (на розщеплення 1 г жиру витрачається близько 40 до Дж, а 1 г вуглеводів - 20 кДж)?
Температура - характеристика ступеня нагретости тіла. Теплота кінетична частина внутрішньої енергії речовини, обумовлена ​​інтенсивним хаотичним рухом молекул і атомів, з яких це речовина складається. Мірою інтенсивності руху молекул є температура. Кількість теплоти, яким володіє тіло при даній температурі, залежить від його маси; наприклад, при одній і тій же температурі у великій чашці з водою полягає більше теплоти, ніж у маленькому, а у відрі з холодною водою його може бути більше, ніж у чашці з гарячою водою (хоча температура води у відрі і нижче).
Кількість теплової енергії в речовині можна визначити, спостерігаючи за рухом кожної його молекули окремо. Навпаки, тільки вивчаючи макроскопічні властивості речовини, можна знайти усереднені за певний період часу характеристики мікроскопічного руху багатьох молекул. Температура речовини - це середній показник інтенсивності руху молекул, енергія якого і є теплова енергія речовини.
Теплове рівновагу. Очевидно, що якщо два тіла A і B щільно притиснути один до одного, то, поторкавши їх через досить довгий час, ми помітимо, що температура їх однакова. У цьому випадку говорять, що тіла A і B перебувають у тепловій рівновазі один з одним. Проте тіла, взагалі кажучи, не обов'язково повинні стикатися, щоб між ними існувала теплова рівновага, - досить, щоб їх температури були однаковими. У цьому можна переконатися за допомогою третього тіла C, привівши його спочатку в теплове рівновагу з тілом A, а потім порівнявши температури тіл C і B. Тіло C тут грає роль термометра. В строгій формулюванні цей принцип називається нульовим початком термодинаміки: якщо тіла A і B перебувають у тепловій рівновазі з третім тілом C, то ці тіла перебувають також у тепловій рівновазі один з одним. Цей закон лежить в основі всіх способів вимірювання температури.
Теплота являє собою одну з форм енергії, а тому повинна вимірюватися в одиницях енергії. У міжнародній системі СІ одиницею енергії є джоуль (Дж). Допускається також застосування позасистемних одиниць кількості теплоти - калорій: міжнародна калорія дорівнює 4,1868 Дж, термохімічна калорія - 4,1840 Дж. У зарубіжних лабораторіях результати досліджень часто висловлюють за допомогою т. н.15-градусної калорії, що дорівнює 4,1855 Дж. Виходить з ужитку позасистемна британська теплова одиниця (БТЕ): БТЕсредн = 1,055 Дж.
Час виконання фізичних вправ залежить від потужності цих вправ і швидкості (інтенсивності) їх виконання.
Т = Р / V. Швидкість розщеплення залежить від ваги, яку необхідно скинути і енергії розщеплення жиру і вуглеводів.
V = m * (m * v2 / 2) = 0.25 * 0.04 * 105 / 2 = 200;
V = 0.2 * 0.02 * 105 / 2 = 40;
Таким чином, t = 700 / 240 = 3 години.
5. Поясніть поняття ентропії і термодинамічної ймовірності. У чому полягає принцип Больцмана? Що спільного між поняттями "ентропія" та "інформація"? поясніть поняття інформація, вкажіть на її зв'язок з законом необхідної різноманітності кібернетики.
Ентропія - ступінь хаосу або безладдя в системі. Другий закон термодинаміки визначає важливу тенденцію в еволюції фізичного світу - з плином часу в замкнутій ізольованій системі ентропія повинна зростати. У результаті енергії розподіляються за рангами так, що вищий займають ті, які здатні перетворитися в більше число видів енергії. Тоді нижчий ранг залишиться теплоті, перетворення якої обмежені принципом Карно. З енергій, що зустрічаються у фізиці й хімії, вищий ранг мають механічне та електричне енергії, проміжний - хімічна енергія (через теплових явищ, які супроводжують хімічні реакції). Психологічно зручно, оскільки наш розум звик негативно сприймати втрату чого-небудь, користуватися величиною, рівною ентропії, але з протилежним знаком, яку запропонував ввести Шредінгер. Один із творців теорії інформації французький фізик Брілюена (1889-1969) назвав її негентропії: N = - S. Негентропії представляє якість енергії, а принцип Карно виражає закон оцінювання енергії, її деградації. Система, здатна виробляти механічну роботу (стиснута пружина, заряджена батарея, піднятий над Землею вантаж), може розглядатися як джерело негентропії, і, роблячи роботу, вона втрачає її запас.
У другій половині нашого сторіччя проблема інформації стала однією з найбільш актуальних наукових проблем, яка обговорюється в різних аспектах і на різних рівнях. Так, фахівець в області передачі інформації приділив би основну увагу, наприклад, кількісних характеристик, кодування, впливу шумів, завад, фахівець з інформатики цікавиться пошуком і зберіганням інформації, інформаційним забезпеченням науки і т.п.
Розвиток науки про системи управління і кібернетики висунув завдання дослідження природи і сутності інформаційних процесів, без яких немислима робота ЕОМ і систем управління. Дослідження генетиків привели до висновку, що в основі біологічної спадковості також лежить інформація, завдяки якій живе відтворює себе в потомстві. У нейрофізіології уявлення про інформацію дозволило сформулювати закон про пропорційність відчуття логарифму збудження, оскільки нервові волокна, що передають сигнал від акцепторів до мозку, діють за принципом ідеального каналу зв'язку. Спеціаліст по семантиці дивиться на інформацію як на систему знаків.
У повсякденній свідомості, на думку академіка В.М. Глушкова, поняття інформації охоплює як ті відомості, які мають і обмінюються люди, так і ті, що існують незалежно від них. Обсяг цієї інформації росте, так що можна говорити про інформаційний бум.
Прогрес кібернетики пов'язаний і з удосконаленням засобів оцінки вимірювань інформації. Вінер, один з творців цієї науки, не дав визначення інформації, але відзначив, що "це не матерія, і не енергія", це просто "інформація". У 1927 р. Р.В. Хартлі запропонував виходити з того, що кількість інформації, що містяться в будь-якому повідомленні, пов'язане з кількістю можливостей, що виключають цим повідомленням.
Клод Шеннон і Уоррен Вівер у своїй фундаментальній праці "Математична теорія зв'язку" (1949 р) розвинули ідею Хартлі та представили формулу обчислення кількості інформації, в якій остання зростала зі зменшенням ймовірності окремого повідомлення. Так інформація була ними визначена як міра свободи чийого-небудь вибору, як логарифм доступних виборів.
У 40-х роках Шеннон, досліджуючи пропускну спроможність каналів зв'язку, вивів просту формулу, за якою можна розрахувати кількість інформації, відволікаючись від її якісних характеристик. Кількість інформації стали розуміти як міру впорядкованості структур на противагу мірою хаосу - ентропії.
Ця формула була функціонально еквівалентна формулі, написаної Планком для термодинамічної ентропії. Ряд вчених припускали величезні можливості, що відкриваються з-за цього збігу. Інші були обережними у своїх оцінках. Ешбі, наприклад, зауважив: "Рух у цих областях нагадує рух в джунглях, повних пасток".
6. Що таке - фазовий рівновагу, перегріта рідина? Опишіть фізичну картину процесу кипіння. Як залежить точка кипіння від зовнішнього тиску? Яке значення в природі мають процеси сублімації і десублімації? Наведіть приклади.
Наллємо в посудину водопровідної води і помістимо над пальником. Незабаром на дні і стінках судини ми помітимо численні бульбашки. Вони містять водяну пару і повітря, яке завжди розчинений у воді за рахунок явища дифузії.
Розглянемо бульбашка, що виникає близько гарячого дна. Збільшуючись в обсязі, бульбашка збільшує площу свого зіткнення з ще недостатньо прогрівшись водою. У результаті повітря і пар усередині бульбашки охолоджуються, їх тиск зменшується, і тяжкість шару води "захлопує" бульбашка. У цей момент закипала вода видає характерний шум. Він виникає через удари води об дно посудини там, де закриваються бульбашки. Поступово вода прогрівається, і тиск пари всередині бульбашок вже не зменшується. Бульбашки перестають схлопуватися і починають рости. З цього моменту шум стає тихіше. У міру збільшення обсягу бульбашок зростає Архімедова сила, і вони починають спливати.
Отже, кипінням називається інтенсивне (бурхливий) пароутворення, що відбувається по всьому об'єму рідини всередину виникають і спливаючих на поверхню численних бульбашок пари.
Досліди показують, що під час кипіння температура рідини і пари над її поверхнею однакова і залишається постійною до повного википання рідини. Тому температура кипіння - одна з характеристик речовини.
У міру кипіння маса рідини зменшується (кажуть, що вона "википає"). Пар, який залишає посудину, забирає з собою частину внутрішньої енергії. Тому для підтримки кипіння рідини необхідно постійно передавати їй теплоту. Вимірявши масу викіпевшей рідини, легко підрахувати кількість теплоти, витрачений на утворення пари. Для цього служить формула Q = rm, вивчення якої передбачено на факультативних заняттях.
Кипіння не при атмосферному тиску. Виявляється, що слова "окріп" і "гарячий" - не синоніми, тобто мають різне значення. Щоб з'ясувати цю різницю, розглянемо досвід. Візьмемо колбу і скип'яти в ній воду. Трохи почекаємо, щоб вода трохи охолола, а потім закриємо колбу пробкою з трубкою, приєднаної до насоса. Відкачавши з колби повітря, ми змусимо воду кипіти знову!
Отже, дослідним шляхом ми встановили, що при зменшенні тиску рідина починає кипіти при меншій температурі. Буде вірним і зворотне твердження: збільшення тиску на поверхню рідини призведе до зростання температури її кипіння. Пояснимо цей факт.
Розглянемо тиск, що впливає на зароджується бульбашка пара. Воно складається з гідростатичного тиску шару рідини (pж = rgh) і зовнішнього тиску (pатм = 101,3 кПа), яке передається бульбашки через шар рідини згідно з законом Паскаля. Якщо будь-яка з цих тисків раптом зменшиться, то тиск пари усередині бульбашки зможе розширювати його навіть при меншій температурі, що ми і спостерігали на досвіді. І навпаки: збільшення тиску на зароджується бульбашка (наприклад, через товстого шару налитої води) призведе до необхідності прогріву рідини до більш високої температури. Тільки в цьому випадку тиск пари зможе розширювати бульбашки, змушуючи воду кипіти.
Сублімація - це перехід стан через фазу - тобто з твердого в газоподібний. Десублімації - перехід агрегатного стану через фазу в зворотному напрямку - з газоподібного в твердий. Перехід речовини з твердого стан безпосередньо в газоподібний можна спостерігати, наприклад, в оболонках кометних хвостів. Коли комета знаходиться далеко від Сонця, майже вся її маса зосереджена в ядрі. Ядро оточене невеликий оболонкою газу. При зближенні комети з Сонцем ядро ​​і оболонка комети починають нагріватися, ймовірність сублімації зростає, а десублімації - зменшується.
7. Поясніть сенс поняття "фотон". Які явища, і яким чином були пояснені за допомогою квантової теорії світла?
У сучасній фізиці фотон розглядається як одна з елементарних частинок, яка має такі властивості:
Фотон є електрично нейтральної частинкою, тобто його заряд дорівнює нулю (q = 0).
У всіх системах відліку швидкість фотона дорівнює швидкості світла у вакуумі (м = с).
Енергія фотона пропорційна частоті електромагнітного випромінювання, квантом якого він є (Е = hv).
Імпульс фотона дорівнює відношенню його енергії до швидкості і обернено пропорційний довжині хвилі
Розгляд електромагнітного поля навіть у рамках класичної теорії дозволяє приписати йому "традиційні" для частинок характеристики: енергію і імпульс. Квантовані характер обміну енергією між речовиною і полем і відкриті закони фотоефекту робили дуже спокусливою ідею розгляду поля як сукупності частинок фотонів, народжуються і гинуть при випромінюванні і поглинанні світла відповідно. Оскільки швидкість поширення електромагнітного поля у вакуумі збігається з граничним значенням з, фотон є ультрарелятивістських часткою з рівною нулю масою спокою: в іншому випадку імпульс фотона був би нескінченно великим, і процедура загоряння на пляжі не доставляла б нам анінайменшого задоволення:
Наявність імпульсу у фотона дозволило витончено і кількісно правильно описати явище світлового тиску як простий наслідок закону збереження імпульсу при поглинанні світла речовиною.
Концепція фотонів призвела до великих труднощів при інтерпретації експериментів з інтерференції і дифракції, які доводять хвильову природу світла.
У 1900 р. Планк висунув гіпотезу про квантованности випромінюваної енергії. Порція випромінюваної енергії дорівнює
? = H ·?, Де h - постійна Планка,?? - Частота електромагнітного випромінювання.
Ідея квантування є однією з найбільших фізичних ідей. Виявилося, що багато величини вважалися безперервними, мають дискретний ряд значень. На базі цієї ідеї виникла квантова механіка, що описує закони поведінки мікрочастинок.
Гіпотеза Планка отримала подальший розвиток у роботах Ейнштейна. Електромагнітна хвиля не тільки випромінюється, але і поглинається і поширюється у вигляді потоку квантів. Отже, електромагнітне випромінювання (у тому числі і світло) представляє собою потік фотонів.
Фотон - дрібна частка електромагнітного випромінювання, що має енергію в один квант.
Світлові частки (фотони) одночасно володіють і хвильовими і корпускулярним властивостями. Фотони, як будь-які частки, мають масу. Із закону взаємозв'язку маси і енергії випливає, що енергію фотона можна виразити як?? M · c2. З формул 1 і 2 отримаємо, що маса фотона дорівнює m = h ·?? C2.
Маса визначається співвідношенням 3, є масою рухомого фотона. Фотон не має маси спокою (m0 = 0), так як він не може існувати в стані спокою. Всі фотони рухаються зі швидкістю с = 3.108 м / с. Очевидно імпульс фотона P = m · c, звідки випливає, що P = h ·?? C = h /?.
Наявність імпульсу у фотона експериментально підтверджується відкриттям тиску світла. У таблиці наведені хвильові і корпускулярні характеристики фотона, і їх взаємозв'язок.
Величини, що описують хвильові властивості Величини, що описують квантові властивості Формули, що поєднують два класи величин
Частота -? Маса фотона - m m = h ·?? C2
Період - T Швидкість фотона - c
Довжина хвилі -? Імпульс фотона - p = m · cp = h ·?? C = h /?
V =? ·? Енергія E = m · c2 E = h ·?

8. Зіставте поняття "популяція" і "вид". Доведіть, що популяція є одиницею еволюції. Чому різні популяції одного виду відрізняються за частотою генів?
Популяція - структурна одиниця виду. Популяція - сукупність особин одного виду, що займають певний ареал, вільно схрещуються один з одним, що мають спільне походження, генетичну основу і в тій чи іншій мірі ізольованих від інших популяцій цього виду.
Важлива ознака виду - розселення його групами, популяціями в межах ареалу. Популяція - сукупність вільно схрещуються особин виду, які тривалий час існують щодо осторонь від інших популяцій на певній частині ареалу.
Фактори, що сприяють об'єднанню особин в популяції, - вільне схрещування (взаємини підлог), вирощування потомства (генетичні зв'язки), спільна захист від ворогів, типи взаємин організмів різних видів: хижак-жертва, господар-паразит, симбіоз, конкуренція.
Популяція - структурна одиниця виду, характеризується певною чисельністю особин, її змінами, спільністю займаної території, певним співвідношенням вікового і статевого складу. Зміна чисельності популяцій у певних межах, скорочення її нижче допустимої межі - причина можливої ​​загибелі популяції.
Зміна чисельності популяцій по сезонах і роках (масове розмноження в окремі роки комах, гризунів). Стійкість чисельності популяцій, особи яких мають більшу тривалість життя і низьку плодючість.
Причини коливання чисельності популяцій: зміна кількості їжі, погодних умов, екстремальні умови (повені, пожежі тощо). Різка зміна чисельності під впливом випадкових факторів, перевищення смертності над народжуваністю - можливі причини загибелі популяції.
Саморегуляція чисельності популяції. Слідом за зростанням чисельності одних видів з'являються фактори, що викликають її обмеження. Так, зростання чисельності рослиноїдних тварин супроводжується збільшенням чисельності хижаків, паразитів. Внаслідок цього відбувається зниження чисельності рослиноїдних тварин, а потім і чисельності хижаків. Такий механізм саморегуляції чисельності всіх популяцій, збереження її на певному рівні.
Різні популяції одного виду можуть відрізнятися за частотою генів. Найважливішим властивістю генів є поєднання їх високої стійкості в ряду поколінь зі здатністю до спадкоємною змін (мутацій), службовцям основою мінливості організмів, яка дає матеріал для природного добору. Так само число генів, залежить від особливостей навколишнього середовища, де мешкає популяція, тому в різних умовах навколишнього середовища число генів може змінюватися.
9. Як відбувається розподіл клітин, ядра та ДНК? Як реалізується система відтворення на молекулярному рівні? У чому особливості біотехнологій: генної та клітинної інженерії, які їх можливості і перспективи?
Ділення клітин - основа росту і розмноження організмів, передачі спадкової інформації від материнського організму (клітини) до дочірнього, що забезпечує їх схожість. Розподіл клітин освітньої тканини - причина зростання кореня і втечі верхівками.
Ядро і розташовані в них хромосоми з генами - носії спадкової інформації про ознаки клітини і організму. Число, форма і розміри хромосом, набір хромосом - генетичний критерій виду. Роль розподілу клітки в забезпеченні сталості числа, форми і розміру хромосом. Наявність в клітинах тіла диплоїдного (46 у людини), а в статевих - гаплоїдного (23) набору хромосом. Склад хромосоми - комплекс однієї молекули ДНЯ з белкамі.3. Життєвий цикл клітини: інтерфаза (період підготовки клітини до поділу) і мітоз (поділ).
1) Інтерфаза - хромосоми деспіралізовани (розкручені). У інтерфазі відбувається синтез білків, ліпідів, вуглеводів, АТФ, самоудвоение молекул ДНК і утворення в кожній хромосомі двох хроматид;
2) фази мітозу (профаза, метафаза, анафаза, телофаза) - ряд послідовних змін у клітині: а) спирализация хромосом, розчинення ядерної оболонки та ядерця, б) формування веретена поділу, розташування хромосом в центрі клітини, приєднання до них ниток веретена поділу; в) розбіжність хроматид до протилежних полюсів клітини (вони стають хромосомами); г) формування клітинної перегородки, поділ цитоплазми і її органоїдів, утворення ядерної оболонки, поява двох клітин з однієї з однаковим набором хромосом (по 46 в материнської і дочірніх клітинах людини).
Реплікація ДНК відбувається наступним чином. Подвійна спіраль розкручується за розривають водневі зв'язків. Певні ферменти будують нові ланцюги, пов'язуючи між собою нуклеотиди, компліментарні нуклеотидам кожної з двох вихідних ланцюгів спіралі ДНК.
Значення мітозу - освіта з материнської двох дочірніх клітин з таким же набором хромосом, рівномірний розподіл між дочірніми клітинами генетичної інформації.
Сучасний рівень знань в області біохімії дозволяє не тільки зрозуміти і простежити тонкі процеси відбуваються на генному рівні, а й використовувати їх у своїх цілях. Розробляються методи генної інженерії, що дозволяють впровадити в клітку бажану генетичну інформацію. З'явилася можливість вивчати розподіл нуклеотидів в певному гені або отримувати потрібний білок. Для цього створюється рекомбінантного ДНК, яка виникає, коли ДНК одного організму впроваджується в клітку іншого. Так, у 80-і роки були розроблені інтерферони - білки, здатні пригнічувати розмноження вірусів.
10. Що таке синергетика і яке її значення для сучасної картини світу? Які етапи можна виділити в розвитку систем, що самоорганізуються? Яке співвідношення випадкового і закономірного в концепції розвитку? Поясніть поняття "хаосу", "біфуркації", "катастрофи". Опишіть процеси самоорганізації матерії в процесі еволюції галактик і зірок.
Близько 50 років тому в результаті розвитку термодинаміки виникла нова дисципліна - синергетика. Будучи наукою про самоорганізацію самих різних систем - фізичних, хімічних, біологічних і соціальних - синергетика показує можливість хоча б часткового зняття міждисцип бар'єрів не тільки всередині природничо-наукової відросли знання, але так само і між природничо-наукової та гуманітарної культурами. Слово "синергетика" і означає "спільна дія", підкреслюючи узгодженість функціонування частин, що відбиваються в поведінці системи як цілого. Тобто пропонуються базові моделі, нові поняття і методи, які можуть бути застосовані в даній ситуації, які можуть стати основою побудови нової нелінійної пізнавальної парадигми, а можуть залишитися знахідками в різних дисциплінах.
Зухвала думка про пошук аналогій і загальних закономірностей перетворення структур в настільки різноманітних за формою і різних за своєю природою системах видалося дуже привабливою професору Хакен. Він назвав загальні риси досліджуваних синергетикою систем. Такі системи:
· Складаються з однакових або різних систем, що взаємодіють один з одним;
· Нелінійні;
· Відкриті і далекі від теплового рівноваги;
· Схильні внутрішнім і зовнішнім коливанням;
· Здатні еволюціонуючи, втрачати стійкість і ставати нестабільними.
Будь-яке синергетичної дослідження починається з опису стану системи, - іншими словами її параметрів або змінних станів. Їхній повний набір визначає стан системи.
Говорячи про стан системи, не можна не згадати про випадкових подіях. Вони поділяються на два типи: події залишаються випадковими при будь-якому рівні знань (наприклад, неможливо передбачити, в який момент часу відбудеться розпад радіоактивного атома) і події випадковість яких пов'язана з повнотою знань, тобто з рівнем опису (такі флуктуації щільності в рідинах, газах, твердих тілах або флуктуації електричного струму в металах і напівпровідниках)
Випадковість у повсякденному сенсі є прояв хаосу. Це щось непередбачене, безпричинне, безглузде. У сучасній науці випадкове перетворилося на відповідає всім науковим стандартам, суворо і повно певну форму порядку. Створити працюють моделі багатьох явищ вдалося тільки після кардинальної зміни підходу до випадкового.
Шлях розвитку складної системи завжди неєдиним. Можна втрутитися в потрібний момент в хід подій і змінити його. Таким чином, майбутнє також, виявляється, має неєдиним варіант. У цьому випадку відповідь синергетики полягає в тому, що в безлічі випадків відбувається самоорганізація, пов'язана з виділенням так званих параметрів порядку.
Синергетика займається вивченням систем, що складаються з багатьох підсистем самої різної природи, таких, як електрони, атоми, молекули, клітини, нейтрони, механічні елементи, фотони, органи, тварини і навіть люди. При виборі математичного апарату необхідно мати на увазі, що він повинен бути застосовний до проблем, з якими стикаються фізик, хімік, біолог, електротехнік і інженер механік. Не менш безвідмовно він повинен діяти і в галузі економіки, екології та соціології. У всіх цих випадках нам доведеться розглядати системи, що складаються з дуже великого числа підсистем, щодо яких ми можемо не мати всю повною інформацією. Для опису таких систем не рідко використовують підходи, засновані на термодинаміки та теорії інформації.
У всіх системах, що представляють інтерес для синергетики, вирішальну роль відіграє динаміка. Як і які макроскопічні стану утворюються, визначаються швидкістю зростання (або розпаду) колективних "мод". Можна сказати, що в певному сенсі ми приходимо до свого роду узагальненому дарвінізму, дія якого розпізнається не тільки на органічний, але і на неорганічний світ: виникнення макроскопічних структур зумовлених народженням колективних мод під впливом флуктуацій, їх конкуренцією і, нарешті, відбором "найбільш пристосованою "моди або комбінації таких мод. Ясно, що вирішальну роль грає параметр "час". Отже, ми повинні дослідити еволюцію систем у часу. Саме тому нас цікавлять рівняння іноді називають "еволюційними".
Хаос - невпорядковано, неструктуроване стан системи. Катастрофа - різке руйнування системи в результаті росту ентропії і хаосу.
Біфуркація у широкому розумінні - придбанні нової якості рухами динамічної системи при малій зміні її параметрів (виникнення при деякому критичному значенні параметра нового рішення рівнянь). Відзначимо, що при біфуркації вибір наступного стану носить суто випадковий характер, так що перехід від одного необхідного стійкого стану до іншого необхідного стійкого стану проходить через випадкове (діалектика необхідного і випадкового). Будь-яке опис системи, що зазнає біфуркацію, включає як детерминистический, так і імовірнісний елементи, від біфуркації до біфуркації поведінці системи детерміновано, а в околі точок біфуркації вибір подальшого шляху випадковий. Проводячи аналогію з біологічною еволюцією можна сказати, що мутації - це флуктуації, а пошук нової стійкості відіграє роль природного відбору. Біфуркація у деякому сенсі вводить у фізику та хімію елемент історизму - аналіз стану, наприклад, передбачає знання історії системи, що пройшла біфуркацію.

Список літератури
4. Пахустов Б.К. Концепції сучасного природознавства: УМК. - К.: СібАГС, 2001.
5. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - К.: ЮКЕА, 1997.
6. Дубніщева Т.Я. Концепції Сучасного природознавства. Основний курс в питаннях і відповідях - Новосибірськ: Сибірське університетське видавництво, 2003.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Контрольна робота
99.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Концепція сучасного природознавства
Концепція сучасного природознавства 3
Концепція сучасного природознавства
Концепція сучасного природознавства 2 квітня
Концепція сучасного природознавства 3 лютого
Концепція сучасного природознавства 5 лютого
Концепція сучасного природознавства 2 лютого
Концепції сучасного природознавства 6
Панорама сучасного природознавства
© Усі права захищені
написати до нас