Ім'я файлу: Влада Рибак - 38. СЗ. Сучасна природничо-наукова картина світу(П
Розширення: docx
Розмір: 490кб.
Дата: 20.04.2022
скачати

Реферат

На тему:

“Розвиток ідеї збереження в науці”

Підготувала студентка групи к-11

Рибак Влада

План:

  1. Закон збереження

  2. закон збереження енергії

  3. закон збереження маси

  4. закон збереження імпульсу

  5. закон збереження моменту імпульсу

  6. закон збереження електричного заряду

  7. Висновок

Зако́ни збере́ження у фізиці — група законів, які стверджують, що значення певних фізичних величин не змінюється в замкненій системі з її еволюцією. Далі наводиться частковий перелік законів збереження, але на сьогодні не є доведеним фактом, що він є повний або повністю коректний (наприклад, в загальній теорії відносності, імпульс та момент імпульсу не зберігаються через те, що викривлений просторово-часовий многовид не задовольняє певні топологічні умови):

  • закон збереження енергії

  • закон збереження маси

  • закон збереження імпульсу

  • закон збереження моменту імпульсу

  • закон збереження електричного заряду

Закон збереження енергії
Закон збереження енергії, у фізиці, принцип, згідно з яким повна енергія замкненої системи зберігається впродовж часу. Енергія не виникає з нічого і не зникає в нікуди, а може лише перетворюватись з однієї форми на іншу. Через цей закон неможливі вічні двигуни першого роду. Закон був відкритий незалежно, для різних видів енергії багатьма вченими, серед яких Готфрід Лейбніц — для кінетичної енергії, Джеймс Джоуль для внутрішньої енергії, Джон Пойнтинг для електромагнітної енергії
Історія відкриття закону збереження енергії

Закон збереження енергії, у фізиці, принцип, згідно з яким повна енергія замкненої системи зберігається впродовж часу. Енергія не виникає з нічого і не зникає в нікуди, а може лише перетворюватись з однієї форми на іншу. Через цей закон неможливі вічні двигуни першого роду. Закон був винайдений незалежно, для різних видів енергії багатьма вченими.
Працями вчених XVIII ст. було доведено, що при здійсненні механічної роботи виникає теплота. Але який кількісний зв’язок між ними? Чи завжди треба затратити одну і ту ж кількість роботи (і яку саме), щоб отримати одиницю кількості теплоти? Відповідь на ці питання шукали багато вчених в першій половині XIX ст.
Закон збереження енергії відкрив в середині 19 століття німецький вчений Р.Майєр, англійський вчений Д.Джоуль. А найбільш точне формулювання закону було надане в працях німецького вченого Г. Гельмгольца.
Джоуль першим здійснив точні вимірювання механічного еквівалента теплоти. Досліди Джоуля довели, що механічна енергія не пропадає безслідно. Опускаються гирі, обертають лопаті в посудині з ртуттю, і температура ртуті підвищується на строго певне число градусів.
Під час перебування в тропіках в якості суднового лікаря Майер при епідемії легеневих захворювань лікував моряків звичайним в той час методом: рясним кровопусканням з вени руки. Він звернув увагу на те, що колір венозної крові значно світліше, ніж при плаванні в північних широтах. Її можна сплутати з артеріальною. Між різницею температур тіла і навколишнім середовищем і ступенем окислення крові існував очевидний зв’язок. Звідси Майер зробив висновок про зв’язок між споживанням їжі і утворенням теплоти в організмі.
У 1847 р вийшла в світ робота німецького вченого Германа Гельмгольца. На основі відомих наукових даних він теоретично досліджував перетворення енергії в багатьох механічних, теплових, електричних, світлових і хімічних процесах і сформулював закон перетворення і збереження енергії як загальний закон природи.
Цей найважливіший закон природи відкритий зусиллями вчених багатьох країн. Відкриття закону збереження енергії вплинуло не тільки на розвиток фізичних наук, а й на філософію.
Зако́н збере́ження ма́си

Зако́н збере́ження ма́си — закон, що постулює збереження сумарної маси всіх речовин у замкненій системі, незважаючи на будь-які внутрішні процеси. Цей закон працює лише у класичній фізиці, коли релятивістські ефекти невеликі.

З точки зору атомно-молекулярного вчення закон збереження маси речовин пояснюється тим, що під час хімічних реакцій загальна кількість атомів окремих елементів залишається незмінною, бо при хімічних перетвореннях речовин атоми не зникають безслідно і не утворюються з нічого, а тільки перегруповуються з молекул одних речовин у молекули інших речовин. Цей закон є основним для хімії і всього природознавства. Йому підлягають всі хімічні перетворення, що відбуваються в природі і техніці. На ньому ґрунтуються також усі розрахунки в хімії.

Закон збереження маси справедливий для будь-яких хімічних перетворень у замкненій системі, але при ядерних перетвореннях він набирає специфічних рис.

Математично закон збереження маси виражається рівнянням неперервності.

Закон збереження маси історично бачили як одне з формулювань закону збереження матерії. Одним з перших його сформулював давньогрецький філософ Емпедокл ( V століття до н.е..):

Ніщо не може статися з нічого, і ніяк не може те, що є, знищитися .

Пізніше аналогічна теза висловлювали Демокріт, Аристотель і Епікур (у переказі Лукреція Кара). Середньовічні вчені також не висловлювали жодних сумнівів в істинності цього закону. В 1630 Жан Ре (Jean Rey, 1583-1645), доктор з Перигора, писав Мерсенну [2] :

Вага настільки тісно прив'язаний до речовини елементів, що, перетворюючись з одного в інший, вони завжди зберігають той же самий вагу.

З появою поняття маси як міри кількості речовини, пропорційної вазі, формулювання закону збереження матерії була уточнююча: маса є інваріант, тобто при всіх процесах загальна маса не зменшується і не збільшується (вага, як припускав вже Ньютон, інваріантом не є, оскільки форма Землі далека від ідеальної сфери).

У середині XVIII століття досліди Роберта Бойля поставили закон збереження маси під сумнів - у нього при хімічної реакції вага речовини збільшився. Однак М. В. Ломоносов та інші фізики незабаром вказали Р. Бойлю на його помилку: збільшення ваги відбулося за рахунок повітря, а в запаяному посудині вага зберігався незмінним. Ломоносов писав Л. Ейлера :

Всі зустрічаються в природі зміни відбуваються так, що якщо до чого-небудь щось додалося, то це віднімається в чогось іншого. Так, скільки матерії додається до якого-небудь тілу, стільки ж втрачається в іншого, скільки годин я витрачаю на сон, стільки ж забираю від неспання і т. д.

Надалі, аж до створення фізики мікросвіту, закон збереження маси вважався дійсним і очевидним. Іммануїл Кант оголосив цей закон постулатом природознавства [3] (1786). Лавуазьє в "Початковому підручнику хімії" ( 1789), призводить точну кількісну формулювання закону збереження маси речовини, проте не оголошує його якимось новим і важливим законом, а просто згадує мимохідь як про добре відомий і давно встановлений факт. Для хімічних реакцій Лавуазьє сформулював закон так [4] :

Ніщо не твориться ні в штучних процесах, ні в природних, і можна виставити положення, що у всякій операції [хімічної реакції] є однакова кількість матерії до і після, що якість і кількість почав залишилися тими ж самими, відбулися лише переміщення, перегрупування. На цьому положенні грунтується все мистецтво робити досліди в хімії.

Іншими словами, маса всіх речовин, що вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.

У XX столітті виявилися два нових властивості маси.

(M1) Маса фізичного об'єкта залежить від його внутрішньої енергії (див. Еквівалентність маси та енергії). При поглинанні зовнішньої енергії маса зростає, при втраті - зменшується. Звідси випливає, що в загальнофізичної сенсі закон збереження маси невірний. Особливо відчутно зміна маси при ядерних реакціях. Але навіть при хімічних реакціях, які супроводжуються виділенням (або поглинанням) тепла, маса не зберігається, хоча в цьому випадку дефект маси незначний. Маса зберігається тільки в консервативних системах, тобто при відсутності обміну енергією з зовнішнім середовищем. Академік Л. Б. Окунь пише: [5]

Щоб підкреслити, що маса тіла змінюється завжди, коли змінюється його внутрішня енергія, розглянемо два буденних прикладу:

1) при нагріванні залізного праски на 200 його маса зростає на величину ;

2) при повному перетворенні деякої кількості льоду в воду .

(M2) Маса не є адитивною величиною: маса системи не дорівнює масі її складових. Приклади неаддитивности:

  • Електрон і позитрон, кожен з яких має масу, можуть анігілювати в фотони, не мають маси поодинці, а володіють нею лише як система.

  • Маса дейтрона, що складається з одного протона і одного нейтрона, не дорівнює сумі мас своїх складових, оскільки слід врахувати енергію взаємодії частинок.

  • При термоядерних реакціях, що відбуваються всередині Сонця, маса водню не дорівнює масі отриманого з нього гелію.

  • Особливо яскравий приклад: маса протона (≈ 938 МеВ) у кілька десятків разів більше маси складових його кварків (близько 11 МеВ).

Таким чином, при фізичних процесах, які супроводжуються розпадом або синтезом фізичних структур, загальна маса не зберігається.

Сказане означає, що в сучасній фізиці закон збереження маси є приватним і обмеженим випадком закону збереження енергії і не завжди виконується.





Закон збереження імпульсу

Закон збереження імпульсу — один із фундаментальних законів фізики, який стверджує, що у замкненій системі сумарний імпульс усіх тіл зберігається. Він звучить так:

у замкненій системі геометрична сума імпульсів (повний імпульс системи) залишається сталою за будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою.

Замкненою системою називають систему тіл, на які не діють зовнішні сили або вони зрівноважені.

У класичній механіці закон збереження імпульсу зазвичай виводиться як наслідок законів Ньютона. Із законів Ньютона можна показати, що під час руху системи в порожньому просторі імпульс зберігається в часі, а за наявності зовнішнього впливу швидкість зміни імпульсу визначається сумою прикладених сил.

Як і будь-який із фундаментальних законів збереження, закон збереження імпульсу пов'язаний, згідно з теоремою Нетер, з однією з фундаментальних симетрій, — однорідністю простору[1].

Закон збереження імпульсу вперше сформулював Р. Декарт[2].
Поняття кількості руху уточнив нідерландський фізик і математик Христіан Гюйгенс, який, досліджуючи удар куль, довів, що при їх зіткненні зберігається не арифметична сума, а векторна сума кількості руху.
Закон збереження імпульсу
Закон збереження імпульсу стверджує, що момент кількості руху у замкненій системі зберігається під час еволюції цієї системи з часом.

Момент імпульсу замкнутої системи тіл залишається незмінним при будь-яких взаємодіях тіл системи.

Закон збереження кількості руху є наслідком ізотропності простору.

Найпростіше закон збереження імпульсу формулюється й доводиться в Лагранжевій механіці.

Меха́ніка Лагра́нжа — одне з аналогічних до законів Ньютона формулювань класичної механіки, що використовує принцип стаціонарної дії Гамільтона — Остроградського. Лагранжева механіка застосовується до систем, в яких так чи інакше зберігається енергія або імпульс, і визначає умови зберігання енергії або імпульсу. Була запропонована французько-італійським математиком Жозефом-Луї Лагранжем у 1788 році.

У механіці Лагранжа траєкторія визначається розв'язком однієї з двох форм рівнянь Лагранжа: рівняння Лагранжа I роду, яке явно враховує зв'язки, використовуючи додаткові рівняння (зазвичай із використанням множників Лагранжа), або рівняння Лагранжа II роду, що враховує зв'язки за допомоги розумного вибору узагальнених координат. За основною лемою варіаційного числення розв'язок рівнянь Лагранжа еквівалентний до знаходження траєкторії, що залишає стаціонарним функціонал дії (інтеграл за часом від функції Лагранжа).

Використання узагальнених координат може значно спростити розв'язок рівнянь механіки, зокрема при розгляді систем із зв'язками. Розглянемо як приклад рух кульки у жолобі без тертя. Якщо розглядати кульку як матеріальну точку, то для визначення її руху необхідно розв'язати рівняння ньютонівської механіки для змінної у часі сили реакції зв'язків, яка утримує кульку в жолобі. В механіці Лагранжа розглядається безпосередньо траєкторія жолоба й обирається набір незалежних узагальнених координат, який повністю визначає можливий рух кульки. Такий вибір координат усуває потребу у використанні сили реакції зв'язків у остаточній системі механічних рівнянь. Таким чином, завдяки виключенню з рівнянь явного врахування реакції жолоба на кульку остаточна кількість рівнянь зменшується.


Зако́н збере́ження електри́чного заря́ду
Зако́н збере́ження електри́чного заря́ду — один із фундаментальних законів фізики. Він полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів) ізольованої замкненої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.

Для неізольованих систем закон збереження заряду набуває вигляду рівняння неперервності



Це математичний запис твердження, що зміна густини заряду в достатньо малому об'ємі дорівнює потоку заряду через поверхню цього об'єму (в диференційній формі).

Вперше закон взаємодії нерухомих зарядів встановив французький фізик Ша́рль Оґю́стен Куло́н. У своїх дослідах Кулон вимірював сили притягання та відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу крутильних терезів.
Висновок
Закони збереження дозволяють розглядати загальні властивості руху без розв'язку рівнянь руху і детальної інформації про розвиток процесів в часі.Закони збереження відповідають на питання про те, що в послідовності фізичних ситуацій, які описуються рівняннями руху, залишається незмінним, постійним.


















скачати

© Усі права захищені
написати до нас