Концепції сучасного природознавства 2 жовтня

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

скачати


1. Як визначили віки Сонця, зірок, Всесвіту? Який діапазон тимчасових інтервалів у Всесвіті?

2. Дайте уявлення про наукову методології і формуванні критерію істини в різний час. Чим відрізняється сучасна наукова картина світу від класичної? Як здійснюється наступність ідей і концепцій?

3. У чому полягає ефект Доплера і яка його роль у дослідженні зірок, Всесвіту?

4. Дайте поняття внутрішньої енергії. Які види внутрішньої енергії ви знаєте? Як вимірюється внутрішня енергія? У чому сутність першого початку термодинаміки?

5. Наведіть рівняння стану ідеального газу. Яка величина є мірою середньої кінетичної енергії молекул? Чи можна передати тілу деяку кількість теплоти без зміни його температури?

6. Дайте поняття про оборотних і необоротних процесах. Наведіть приклади. Як будується термодинаміка відкритих систем? Дайте уявлення про прямого і зворотного зв'язку в складній системі.

7. Коли виникає металевий зв'язок? Дайте уявлення про теорію металів (класичної та квантової), напівпровідниках, діелектриках та ізоляторах.

8. Поясніть, як розподіляється на Землі сонячна енергія. Дайте поняття про негентропії сонячного випромінювання.

9. Поясніть сенс гіпотези Планка про дискретному характері випускання світла? Наскільки були вирішені при цьому суперечності в теорії теплового випромінювання?

10. Яке будова Сонця і його атмосфери? Які прояви і закономірності сонячної активності? У якому стані знаходиться сонячне речовина? Який склад сонячного проміння? Що таке сонячний вітер? Як він проявляється на Землі?

Список літератури

1. Як визначили віки Сонця, зірок, Всесвіту? Який діапазон тимчасових інтервалів у Всесвіті?

Метод радіоактивного розпаду - найважливіший метод визначення великих тимчасових діапазонів в останні півстоліття. Відомо, що все живе отримує двоокис вуглецю з повітря. Деяка частина вуглецю - радіоактивна, і будь-який зразок речовини, приготований з живого, містить цю ж частку радіоактивного вуглецю. Вимірюючи швидкість відліків для якогось зразка, можна обчислити, скільки років минуло з того часу, коли даний шматок дошки був живим деревом. У детекторі «свіже» речовина дасть 16 отсч. / хв на кожен грам вуглецю, а за 5 600 років воно дасть лише 8 отсч. / хв на 1 г і т.д. Багато археологічні знахідки «датовані» певною кількістю залишився в їх речовині радіоактивного вуглецю. По ньому можна визначити вік до 25 000 років.

За періодом напіврозпаду елементів можна заглянути в минуле: за цей час половина речовини перетворюється в інший елемент, за наступний період напіврозпаду - ще половина і т.д.

Тимчасові інтервали: добу - 8,64 • 10 4 із; рік-3 • 10 7 з; середнє життя людини-2 • 10 9 з; середній вік єгипетських пірамід - 1 • 10 12 з; зародження життя на Землі - 7,5 • 10 16 з; час появи первісної людини - 5 • 10 13 з; ссавців - 5 • 10 15 з; земноводних - 7,5 • 10 15 з; час існування людства - 1 • 10 14 з; вік Землі - 1,5 • 10 17 з; вік Всесвіту -5 • 10 17 с.

Період коливань звукової хвилі досягає 0,001 з, радіохвилі - 10 -6 с. Менші проміжки часу пов'язані з відстанями в мікросвіті, і їх можна вимірювати через швидкість світла. За 10 -9 с-світло проходить відстань в 30 см, відповідно, можна розрахувати, що відстань, рівне розміру атома, світло проходить за 10 -18 с, атомного ядра - за 10 -24 с. Коливання молекул здійснюються за період в 10 -12 с, атома -10 -15 з, ядра - 10 -21 с. 1

2. Дайте уявлення про наукову методології і формуванні критерію істини в різний час. Чим відрізняється сучасна наукова картина світу від класичної? Як здійснюється наступність ідей і концепцій?

Протягом всієї історії західної думки неодноразово піднімався один і той же питання: що є виникнення нового в світі, керованому детерміністичних законами? Вперше цим питанням задалися задовго до народження сучасної науки. Платон пов'язував розум і істину з "світом ідей" - вищим буттям, не схильним до змін, плинності реального світу з його постійним "становленням". Становлення - невичерпний потік сприймаються нами явищ - філософ відносив до сфери чистого думки. Однак Платон усвідомлював ущербність такої позиції, оскільки вона принижувала і життя, і думка. З тієї ж труднощами зіткнулися і атомісти. Щоб допустити виникнення нового, Лукрецію довелося ввести "клінамен" - якийсь чинник, що збурює вільне падіння атомів у порожнечі. Звернення до клінамену часто зазнавало критики за введення в атомістичне опис чужорідного елементу. Але й через два тисячоліття ми зустрічаємо аналогічну спробу в роботі Ейнштейна, присвяченій спонтанного випускання світла порушеними атомом. Паралелізм особливо несподіваний, якщо ми згадаємо, що Лукрецій і Ейнштейн розділені, мабуть, найбільшою революцією в наших відносинах з природою - народженням нової науки. Сфера проявів хаосу надзвичайно розширилася і включила в себе фактично всі системи, які описуються сучасними теоріями взаємодіючих полів. Настільки широке узагальнення понять хаосу вимагає нової - третьою - формулювання законів фізики: перша була заснована на дослідженні індивідуальних траєкторій або хвильових функцій, друга - на теорії ансамблів Гіббса і Ейнштейна (з динамічною точки зору другого формулювання не вносить новизни, оскільки, будучи застосованою до окремих траєкторіях або хвильовим функціям, зводиться до першої). Тепер ми приходимо до третьої формулюванні, що має зовсім інший статус: вона застосовна тільки до ансамблям і справедлива лише для динамічних систем. Вона приводить до висновків, які не можуть бути отримані ні на основі ньютонівської, ні ортодоксальної квантової механіки. Саме це нове уявлення, що вводить незворотність у фундамент описи природи, дозволяє об'єднати властивості мікро і макросвіту. З глибокої давнини і до початку нинішнього століття космос вважали незмінним. Зоряний світ уособлював собою абсолютний спокій, вічність і безмежну протяжність. Відкриття у 1929 році вибухоподібного розбігання галактик, тобто швидкого розширення видимої частини Всесвіту, показало, що Всесвіт не стационарна. Екстраполюючи процес розширення в минуле, зробили висновок, що 15-20 мільярдів років тому Всесвіт була укладена в нескінченно малий обсяг простору при нескінченно великої щільності і температурі речовини-випромінювання (це початковий стан називають "сингулярність"), а вся нинішня Всесвіт кінцева - має обмеженим обсягом і часом існування 2. Таким чином, на основі вже висунутих теорій народжуються нові, які або доводять їх або спростовують.

3. У чому полягає ефект Доплера і яка його роль у дослідженні зірок, Всесвіту?

К. Доплер виявив залежність частоти хвильового імпульсу від швидкості при русі джерела хвиль щодо спостерігача, названу ефектом Доплера. Багато хто не раз стикалися з ним, коли чули, як змінюється звук застережливого свистка котився повз платформи поїзда. Але ефект Доплера можна не тільки «чути», а й «бачити», хоча б у ванні або ставка. Періодично занурюючи палець у воду, щоб на поверхні утворилися хвилі, рівномірно переміщуйте його в одному напрямку. Дотримуючись один за одним, гребені хвиль будуть згущуватися в напрямку руху пальця і стануть більш розрідженими з іншого боку. Значить, довжина хвилі в напрямку вперед стане менше звичайної, в напрямку назад - більше

Ефект Доплера має місце для всіх типів хвиль - звукових в атмосфері, пружних у твердому тілі, хвиль на воді, світлових хвиль. Вимірювання доплерівського зсуву в спектрах дозволяє з великою точністю, не збурюючи виміром рух, визначити швидкості рухомих об'єктів.

Ефект Доплера, як основний у оптиці рухомих середовищ, зіграв вирішальну роль в експериментальному обгрунтуванні спеціальної теорії відносності.

4. Дайте поняття внутрішньої енергії. Які види внутрішньої енергії ви знаєте? Як вимірюється внутрішня енергія? У чому сутність першого початку термодинаміки?

Внутрішня енергія тіла, складається з кінетичної енергії молекул тіла та їх структурних одиниць (атомів, електронів, ядер), енергії взаємодії атомів в молекулах і т. д. У внутрішню енергію не входить енергія руху тіла як цілого і потенційна енергія, якою може володіти тіло в будь-якому силовому полі (гравітаційному, магнітному та ін.) З точки зору термодинаміки під внутрішньою енергією тіла розуміють суму кінетичної енергії хаотичного руху складових її частинок і потенційної енергії їх взаємодії.

Для випадку переходу системи із стану 1 в стан 2 можна записати наступне рівність, що дозволяє розрахувати зміну внутрішньої енергії DU 1-2:

DU 1-2 = Q 1-2 + A 1-2 '= Q 1-2 - A 1-2

або

Q 1-2 = DU 1-2 + A 1-2,

де A 1-2 - робота, що здійснюються системою проти дії зовнішніх сил;

A 1-2 '- робота, що здійснюються зовнішніми силами над системою

Q 1-2 - кількість теплоти, повідомлене системі.

При переході до нескінченно малих змін буде справедливо рівність:

δQ = dU + δ A,

де величини елементарного кількості теплоти δ Q і роботи і δ A позитивні, якщо теплота підводиться до системи і система здійснює роботу над зовнішніми силами.

Для нескінченно малих приростів параметрів стану перший початок термодинаміки можна сформулювати: елементарне кількість теплоти, повідомлене термодинамічній системі, йде на зміну її внутрішньої енергії та вчинення системою роботи. Кількість теплоти, як випливає з першого початку термодинаміки, вимірюється в тих же одиницях, що робота або енергія, тобто в Джоулях. Існує механічний еквівалент теплоти, визначений експериментально. 1 Дж = 4.19 кал.

5. Наведіть рівняння стану ідеального газу. Яка величина є мірою середньої кінетичної енергії молекул? Чи можна передати тілу деяку кількість теплоти без зміни його температури?

Стан даної маси газу повністю визначено, якщо відомі його тиск, температура і обсяг. Ці величини називають параметрами стану газу. Рівняння, що зв'язує параметри стану, називають рівнянням стану.

Для довільної маси газу стан газу описується рівнянням Менделєєва - Клапейрона:

pV = mRT / M,

де р - тиск, V - об'єм, m - маса, М - молярна маса, R - універсальна газова стала.

Фізичний сенс універсальної газової постійної в тому, що вона показує, яку роботу виконує один моль ідеального газу при Ізобаричний розширенні при нагріванні на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль • К)).

Рівняння Менделєєва - Клапейрона показує, що можливе одночасне зміна трьох параметрів, що характеризують стан ідеального газу. Однак багато процесів у газах, що відбуваються в природі і здійснювані в техніці, можна розглядати наближено як процеси, в ​​яких змінюються лише два параметри. Особливу роль у фізиці і техніці грають три процеси: ізотермічний, ізохорний та ізобарний.

Від температури залежить величина середньої кінетичної енергії молекул. Тому говорять, що температура - міра середньої кінетичної енергії молекул.

Таким чином, передати тілу деяку кількість теплоти без зміни його температури не можна.

6. Дайте поняття про оборотних і необоротних процесах. Наведіть приклади. Як будується термодинаміка відкритих систем? Дайте уявлення про прямого і зворотного зв'язку в складній системі.

Процес, в ході якого термодинамічні параметри у всіх точках однакові, називається рівноважним. Його на графіку можна зображати суцільною лінією.

Нерівноважним називається процес, в якому умови равновесности не дотримуються. Такий процес на графіку можна зображувати пунктиром.
Будь-який рівноважний процес теоретично звернемо, тобто його можна «пустити» у зворотному напрямку. Нерівноважний - незворотній, тому що він прагне в напрямку встановлення рівноваги. Приклад незворотного процесу - перехід механічної енергії в тепло.

Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, отримали назву дисипативних. У таких системах енергія упорядкованого руху переходить в енергію неупорядкованого хаотичного руху, тобто в тепло. Якщо замкнуту систему вивести зі стану рівноваги, то в ній почнуться процеси, які повертають її до стану термодинамічної рівноваги, в якому її ентропія досягає максимального значення. З часом ступінь нерівноважності буде зменшуватися, однак, в будь-який момент часу ситуація буде нерівноважної. У разі відкритих систем відтік ентропії назовні може врівноважити її зростання в самій системі. У цих умовах може виникнути і підтримуватися стаціонарний стан.

Складна система - складової об'єкт, частини якого можна розглядати як окремі системи, об'єднані в єдине ціле відповідно до визначених принципів чи пов'язані між собою заданими відносинами. Частини складної системи (підсистеми) можна розчленувати на більш дрібні підсистеми і т. д., аж до виділення елементів складної системи. Властивості складної системи в цілому визначаються як властивостями складових її елементів, так і характером взаємодії між ними, тобто зв'язок буває прямий і зворотній.

7. Коли виникає металевий зв'язок? Дайте уявлення про теорію металів (класичної та квантової), напівпровідниках, діелектриках та ізоляторах.

Зв'язок, який утворюється в результаті взаємодії щодо вільних електронів з іонами металів, називаються металевим зв'язком. Цей тип зв'язку характерний для простих речовин-металів.

Сутність процесу утворення металевого зв'язку складається в наступному: атоми металів легко віддають валентні електрони і перетворюються в позитивні заряджені іони. Щодо вільні електрони, що відірвалися від атома, переміщаються між позитивними іонами металів. Між ними виникає металевий зв'язок, т. е. Електрони як би цементують позитивні іони кристалічних граток металів.

Класична теорія - електрони поводяться, як атоми ідеального газу, але стикаються не між собою, а з іонами кристалічної решітки, ніж пояснювалося опір металів. Відповідно до класичної теорії, один грам-моль речовини, що містить N частинок, повинен мати енергію 3RT або теплоємністю в 6 кал / моль.

Квантова теорія металів - зовнішні електрони мають колективними властивостями, і їх кінетична енергія повинна бути порядку іонізаційного потенціалу, тобто (5-10) еВ замість 3 • 10 ~ 2 еВ. Згодом була врахована розроблена для електронів у відповідності з принципом Паулі статистика Фермі-Дірака, хвильова природа електронів, і рух їх у решітці металу стали розглядати як розсіяння електронних хвиль. «Валентні електрони» в металі набули рис стисненого газу, який підпорядковується статистиці не Максвелла, а Фермі-Дірака.

Напівпровідники характеризуються тим, що електрони повністю займають валентну зону. Тому для збільшення енергії електрона йому потрібно повідомити енергію, достатню для подолання забороненої зони. Тому електричні властивості кристала визначаються шириною забороненої зони. Електричне поле не в змозі повідомити таку енергію, і для невеликої ширини зони може бути достатньо теплової енергії. Ізолятори мають більшу ширину забороненої зони, і теплової енергії вже недостатньо для перекладу електронів через неї.

Власна провідність виникає внаслідок переходів електронів з верхніх рівнів валентної зони в зону провідності. Так йдуть два процеси: поява попарно вільних електронів і дірок і рекомбінація, яка призводить до попарному зникнення електронів і дірок. За відсутності поля вони рухаються хаотично. При включенні поля відбувається перенесення заряду в кристалі, який накладається на хаотичний рух.

8. Поясніть, як розподіляється на Землі сонячна енергія. Дайте поняття про негентропії сонячного випромінювання.

Сонячна енергія розподілена нерівномірно - в екваторіальних широтах поверхню Землі перпендикулярна падаючим променям Сонця і нагрівання максимальний, а в полярних широтах ті ж промені, падаючи під кутом на поверхню Землі, нагрівають набагато більші за площею ділянки - мінімальний нагрів.

З-за нахилу осі обертання залежно від пори року область, отримує максимальну кількість сонячної енергії переміщається в інтервалі від 12 пн.ш. під час літнього сонцестояння в північній півкулі (21 червня) до 8 градуса пд.ш. під час літнього сонцестояння в південній півкулі (21 грудня - в ​​північній півкулі в цей час зимове сонцестояння, відповідно).

Земні джерела енергії - термальні води, тектонічна і вулканічна активність - вносять малу частку від потоку енергії, що надходить на поверхню Землі від Сонця. Температура земної поверхні - близько 300 градусів за Кельвіном, сонячної поверхні - близько 6000. Надходить при такій колосальній різниці температур енергія має дуже низьку ентропію, вона викликає рух повітря і морські течії, кругообіг води в природі, є джерелом життя. Первичным живым потребителем негэнтропии солнечного излучения являются зеленые растения. Они преобразуют минеральные вещества и органические остатки в высокоорганизованные вещества за счет этой негэнтропии. Растениями питаются травоядные животные, травоядными - плотоядные. На каждом этапе происходят потери негэнтропии, растет энтропия, выделяемая в отходах, биомассы на верхних уровнях пищевой пирамиды становится все меньше. Пройдя все ступени превращений, все вещества вновь возвращаются в деградированное состояние. Непрерывный круговорот жизни, так же, как и круговорот воды, требует очень высокой оплаты. Природа оплачивает этот круговорот низкой энтропией и большим количеством солнечной энергии. Этим же источником энергии и негэнтропии оплачена в течение двух-трех миллиардов лет вся эволюция жизни на Земле 3 .

9. Поясните смысл гипотезы Планка о дискретном характере испускания света? Насколько были решены при этом противоречия в теории теплового излучения?

Первоначально гипотеза Планка в ее наиболее смелой форме состояла в предположении, что вещество может поглощать энергию излучения только конечными порциями, пропорциональными частоте. Успех теории черного излучения подтвердил справедливость этой гипотезы. Но если эта гипотеза верна, то представляется вполне вероятным, что дискретная природа света, проявляющаяся в моменты поглощения и испускания, должна сохраняться также и в остальные промежуточные моменты времени, т.е. тогда, когда излучение свободно распространяется в пространстве.

Эйнштейн объяснил данные наблюдений, опираясь на гипотезу Планка, которую он интерпретировал с помощью предположения, что свет состоит из так называемых световых квантов, то есть из квантов энергии, которые движутся в пространстве подобно маленьким корпускулам. Энергия отдельного светового кванта, в согласии с гипотезой Планка, должна равняться частоте света, помноженной на постоянную Планка.

Гипотеза Планка противоречит классической электродинамике, поскольку, согласно последней, электромагнитные волны излучаются зарядом, движущимся ускоренно. Ускорение же частиц никаких скачков не предполагает.

За тридцать лет своего существования гипотеза о дискретности природы света оказалась настолько плодотворной, что в настоящее время уже не остается сомнений в ее достоверности. Она открывает новую существенную сторону физической реальности. Но эта гипотеза встречает на своем пути также трудности и вызывает возражения, возникшие еще во времена первых работ Эйнштейна по квантовой теории света.

Прежде всего, возникает вопрос, как совместить дискретность структуры света с волновой теорией, столь неоспоримо подтвержденной многими точными экспериментами? Как совместить между собой существование неделимого кванта света и явления интерференции? В частности, как показал Лоренц, невозможно определить разрешающую способность оптических инструментов (например, телескопа), исходя из предположения о концентрации световой энергии в фотонах, локализованных в пространстве 4 .

10. Каково строение Солнца и его атмосферы? Каковы проявления и закономерности солнечной активности? В каком состоянии находится солнечное вещество? Каков состав солнечного излучения? Что такое солнечный ветер? Как он проявляется на Земле?

Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящиеся в равновесии. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв. Следовательно, температура также растёт по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв, постепенно переходящих друг в друга.

Солнечная атмосфера так же состоит из нескольких различных слоёв. Самый глубокий и тонкий из них - фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы приблизительно около 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Во внешних более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются Фраунгоферовы линии поглощения. Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек - гранул - размером около 1000 км, окруженных тёмными промежутками, создаёт впечатление ячеистой структуры - грануляции.

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие - постоянную и переменную. Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучение спокойного Солнца. Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоёв атмосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности. Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц - корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а так же более тяжелые атомные ядра составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы - солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоёв Солнечной атмосферы - солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков.

Солнечная активность - совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увеличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называют флоккулами. Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увеличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увеличение энергии, выделяющейся

в области факела и флоккула, является следствием увеличившихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного поля. Затем в солнечной активности наблюдаются солнечные пятна, возникающие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор. Многие из них вскоре исчезают, и лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тысяч километров и состоит из тёмной центральной части - тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей, достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки 5 .

Список літератури

Горєлов А.А. Концепції сучасного природознавства. – М.: Библионика, 2006.

Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепції сучасного природознавства. – М.: Просвещение, 2002.

Дубнищева Т.Я. Концепції сучасного природознавства. – Новосибирск: НГУЭУ, 2005.

Концепції сучасного природознавства. / Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С. – М.: Просвещение, 2000.

Поиски жизни в Солнечной системе. - М.: Мир, 1988.

1 Дубнищева Т.Я. Концепції сучасного природознавства. – Новосибирск: НГУЭУ, 2005.

2 Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепції сучасного природознавства. – М.: Просвещение, 2002.

3 Концепции современного естествознания. / Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С. – М.: Просвещение, 2000.

4 Горелов А.А. Концепції сучасного природознавства. – М.: Библионика, 2006.

5 Поиски жизни в Солнечной системе. - М.: Мир, 1988.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Контрольна робота
61.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Концепції сучасного природознавства 3
Концепції сучасного природознавства 2
Концепції сучасного природознавства 10
Концепції сучасного природознавства 2
Концепції сучасного природознавства
Концепції сучасного природознавства 4
Концепції сучасного природознавства 6
Концепції сучасного природознавства 2 вересня
Концепції сучасного природознавства 5 лютого
© Усі права захищені
написати до нас