Концепции современного естествознания
Естественнонаучная и гуманитарная культуры и история естествознания. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Порядок и беспорядок в природе, хаос. Пространство и время, принципы относительности, симметрии, универсального эволюционизма.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.10.2009 |
| Размер файла | 545,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Нильс Бор в 1913 году.
Постулаты:
Электроны в атоме могут двигаться только по определенным стационарным орбитам, и при этом энергия не излучается (Боровская орбита).
me - масса электрона
ve - скорость электрона
rn - радиус орбиты
Момент импульса электрона на боровской орбите равен примерно целому числу, причем, n?0.
I. Атом излучает или поглощает квант энергии при переходе электрона из одного энергетического состояния в другое ( с одной орбиты на другую).
h=E2-E1
E1 - стационарное энергетическое состояние электрона
E2 - энергия электрона в возбужденном состоянии.
Наименьшее энергетическое состояние электрона в атоме - на ближайшей к ядру орбите n=1. Данная формула объяснила линейчатые спектры атома.
Спектры электромагнитного излучения атома
Радиоволны и радарное излучение в том случае, когда происходит изменение спина атома или ядра. Инфракрасное - за счет колебаний атомов в молекуле. Видимое, ультрафиолетовое - за счет квантовых переходов внешних электронов атома из возбужденного состояния в основное. Рентгеновское - за счет перехода электронов с внешних оболочек на внутренние. Гамма-излучение - связано с ядерными процессами и никак не связана с электронами.
Теория Бора является промежуточным звеном между классической и квантовой механикой.
Первый постулат был объяснен на основе уравнений де Бройля.
2рrn - длина окружности боровской орбиты.
Вывод: боровские (стационарные) орбиты - это такие орбиты, на которых укладывается целое число волн де Бройля.
Критерии применимости законов микро-, макро- и мегамира.
4. Макромир: Законы классической механики. Главный критерий: v<<c.
5. Мегамир: vc. Релятивистская механика.
6. Микромир: Квантовая механика - постоянная Планка.
Гейзенберг в 1926 году выдвинул принцип неопределенности.
Для частиц, обладающих корпускулярно-волновым дуализмом нельзя одновременно определить точно и координату и импульс. Чем точнее определяется координата, тем менее точно можно определить импульс.
Дx - это неопределенность, или неточность, нахождения координаты импульса.
Дpx - неопределенность, или неточность нахождения самого импульса.
Если это произведение сравнимо с постоянной Планка, то поведение частицы описывается квантовой механикой. Если это произведение велико, то есть, много больше постоянной Планка, то поведение частицы описывается классической механикой.
Ни для какого движения в природе это произведение не будет меньше постоянной Планка.
Одновременное изменение энергии и среднее время жизни возбужденной частицы также нельзя измерить одновременно.
ДE - средняя ширина энергетического уровня.
В 1926-м году Э. Шредингер вывел фундаментальное уравнение квантовой механики. Вывел волновое уравнение, в которое входит функция Ш(x, y, z), зависящую от всех трех координат движения электрона и являющуюся аналогом амплитуды. Волновое уравнение Шредингера выведено из уравнения поперечной волны классической физики. Функция, как и амплитуда, может быть положительной и отрицательной.
Ш2 представляет наибольший интерес. Квадрат волновой функции имеет определенный физический смысл. Квадрат функции характеризует вероятность нахождения электрона в данной точке атомного пространства с координатами x, y, z. Из уравнения Шредингера следует, что нельзя говорить о какой-то определенной боровской орбите, по которой движется электрон. Более правильно говорить об электронном облаке, а именно, о его наибольшей плотности в каком-то месте атома. И там, где плотность наибольшая, там и есть наибольшая вероятность нахождения данного электрона (ок. 90%). Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно находится электрон, называется орбиталью. Эти орбитали и есть решения уравнения Шредингера. Эти решения характеризуются тремя константами, которые Шредингер называл квантовыми числами n, l, m.
n - главное квантовое число, которое определяет размер атома (n от 1 до бесконечности) и показывает энергетический уровень электрона в атоме. Чем больше n, тем более высокой энергией обладает электрон. Если n>>1, то энергетический уровень образует не дискретный спектр, а сплошной, то есть, это уже объект макромира.
Принцип соответствия Бора: Законы квантовой механики при больших значениях квантовых чисел переходят в законы классической механики.
Вывод из этого принципа: всякая новая теория является развитием предыдущих теорий и полностью её не отвергает, а лишь указывает границы её применимости.
l - орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число. Характеризует (показывает) форму электронного облака и изменяется от 0 до (n-1), то есть, зависит от главного квантового числа. l определяет значение момента количества движения электрона по орбите.
l характеризует число подуровней на заданном энергетическом уровне.
Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы.
Орбитали с l = 0 называются s-орбиталями,
l =1 - р-орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m),
l = 2 - d-орбиталями (5 типов),
l = 3 - f-орбиталями (7 типов).
m - магнитное квантовое число. Показывает ориентацию электронного облака в атоме при взаимодействии магнитного поля электрона с внешним магнитным полем и магнитными полями соседних электронов. m определяет число орбиталей на данном подуровне l (от -l до +l).
|
n=1 |
l=0(s) |
m=1 |
|
|
n=2 |
l=0(s), 1(p) |
m=1,3 m=-1,0,1 |
|
|
n=3 |
l=0(s),1(p),2(d) |
m=1,3,5 |
Три квантовых числа n, l и m определяют волновые свойства электрона (следует из решения уравнения Шредингера).
s - квантовое число, называемое спин.
Частица с целым спином.
Принцип Паули: В атоме не может быть электронов, у которых все квантовые числа равны. Это связано с тождественностью частиц. В атоме не может быть двух электронов в одинаковых энергетических состояниях.
Принцип дополнительности Бора (сформулирован в 1927-м году): Получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих частицу, неизбежно связано с потерей информации о других величинах, дополнительных к первой.
Eкин Епот
v(x,y,z)
С точки зрения физика-экспериментатора это связано с влиянием макроприбора на микроскопический объект. С точки зрения квантовой механики определить одновременно основные свойства частицы и дополнительные к ним невозможно точно ни на каком приборе, так как частицы обладают корпускулярно-волновым дуализмом.
Принцип неопределенности Гейзенберга: увеличение точности определения положения частицы вызывает увеличение ошибки определения ее момента (энергии), если эти определения проводятся одновременно.
Принцип причинности (Связан с Лапласовским детерминизмом): Если мы знаем исходное условие (причину), то всегда можем определить следствие.
Квантовая механика основывается на теории вероятностей.
Ш0|Ш|2 - Квадрат функции показывает наибольшую вероятность местоположения данной частицы.
Естествознание объясняет огромное разнообразие природных систем взаимодействием материальных объектов, то есть, воздействием их друг на друга. Взаимодействие - это основная причина, определяющая движение в природе, поэтому взаимодействие, как и движение, носит универсальный характер. Причинами взаимодействия учёные считают существование в природе массы и различных зарядов.
В классической механике Ньютона взаимодействие определяется силой, с которой одно тело действует на другое, и при этом, по концепции дальнодействия, считается, что все действия тел друг на друга передаются через пустое пространство на любое расстояние мгновенно, так как скорость света в классической механике принята за бесконечность.
В теории относительности представления о мгновенном взаимодействии не соответствуют действительности. Никакое действие, никакая информация, никакие передвижения тел в пространстве не могут происходить со скоростью, превышающей скорость света (концепция близкодействия). Взаимодействия передаются посредством физических полей и с конечной скоростью.
Квантовая теорию дополнила концепцию близкодействия тем, что она показала, что при любом взаимодействии происходит обмен особыми частицами (переносчиками взаимодействия, или квантами соответствующего поля).
Основные характеристики взаимодействия - это энергия и импульс.
Существует четыре основных взаимодействия:
1. Гравитационное
2. Электромагнитное
3. Слабое
4. Сильное
1. Гравитационное взаимодействие, или тяготение, проявляется в притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Оно действует на любых расстояниях между объектами, поэтому считается, что радиус гравитационного взаимодействия равен бесконечности, но оно слабее всех других взаимодействий. Оно подчиняется закону всемирного тяготения Ньютона.
Это взаимодействие является доминирующим в мегамире, так как звезды и галактики имеют очень большие массы. В современном понятии существует поле тяготения с гравитационными волнами, скорость распространения которых приблизительно равна скорости распространения света в вакууме. Переносчиками тяготения являются гравитоны, которые пока не открыты и не будут открыты, пока в нашем распоряжении не будет весов с точностью не менее 10-11 г, так как все гравитационное взаимодействие связано с массами. Гравитоны малы по массе, а само гравитационное взаимодействие слабое.
2. Электромагнитное взаимодействие обусловлено существование в природе электрических зарядов. Из-за этого взаимодействия существуют атомы и молекулы (притяжение электронов и протонов, химические связи), силы трения, упругости, поверхностного натяжения жидкости и т.д. Они действуют на любом расстоянии, но они во много раз сильнее гравитационных сил. Переносчиками являются фотоны, имеющие нулевую массу покоя и приобретающие ее при движении со скоростью света. Они фиксируются приборами, как и электромагнитные волны, причем, различаются длиной волны и частотой.
Использование электромагнитных волн в жизни человека: Электромагнитные волны являются фундаментом современной техники (электродвигатели, генераторы, нагреватели, микроволновые приборы, свет, телефон, телеграф, телевидение, лазеры, компьютеры, телескопы, микроскопы, все носители информации).
3. Сильное взаимодействие обеспечивает существование нуклонов и вообще существование атомных ядер, поэтому расстояние, на котором они проявляются, очень мало - не более 10-15 м. Переносчиком взаимодействие (склеивание кварков в нуклоны) являются глюоны, которые были открыты с появлением ускорителей. Это взаимодействие связано с ядерными силами. Сильные взаимодействия являются самыми сильными среди всех фундаментальных взаимодействий. Благодаря им ядро атома чрезвычайно устойчиво.
4. Слабое взаимодействие проявляется в процесса распада нестабильных атомных ядер (в основном - в в-распадах). Переносчиками этого взаимодействия являются вионы, обнаруженные в 1983 году. Вионы имеют массу в 100 раз больше протона и нейтрона, а радиус действия этих сил составляет примерно 10-18 м. Действуют они в центре атомного ядра. Благодаря этому взаимодействию возможны термоядерные реакции и образование атомных ядер в недрах звезд (звездный нуклеосинтез). Взаимопревращение нейтронов и протонов, переход между кварками в нуклонах.
Характеристики фундаментальных взаимодействий.
|
Вид взаимодействия |
Относительная энергия взаимодействия |
Радиус действия |
Переносчики взаимодействия |
|
|
1. Сильное |
1 |
10-15 м |
Глюоны |
|
|
2. Электромагнитное |
10-2 |
? |
Фотоны |
|
|
3. Слабое |
10-5 |
10-18 м |
Вионы |
|
|
4. Гравитационное |
10-39 |
? |
Гравитоны |
Одна из важнейших задач современной фундаментальной физики - создание единой теории всех фундаментальных взаимодействий, единой теории поля. Первая попытка создания такой теории была предпринята Теодором Колуци. Он написал письмо Эйнштейну о том, что можно в его расчетах представить не четырехмерное, а пятимерное пространство и таким образом объединить тяготение и электромагнитное взаимодействие. Сильное и слабое взаимодействие в то время еще не были известны. Но он не смог представить точных расчетов, поэтому Эйнштейн отнесся с его письму скептически. В 1970-е гг. появилась Теория Великого Объединения (ТВО), или Теория Супергравитации. В конце 60-х гг. Людвиг Бартини, советский авиаконструктор сказал, что все фундаментальные взаимодействия можно объединить при наличии шестимерного измерения. В начале 80-х гг. предложили 11 измерений, а после фундаментальные разработки включали 26 измерений. Четыре основных измерения - Эйнштейна, остальные были названы квантовыми измерениями. Попытки эти обусловлены тем, что в трех измерениях объединить все фундаментальные взаимодействия невозможно. В конце 80-х гг. российские ученые разработали теорию объединения электромагнитного и слабого взаимодействия. Электрослабое взаимодействие (электромагнитное + слабое) наблюдается в ускорителях при E=100 ГэВ и Т=1012К. Электрослабое взаимодействие проявляется при взаимодействии протонов в ускорителе при данных энергиях. В природе такие энергии возможны при сверхплотных состояниях вещества (чёрные дыры и взрывные расширения при взрывах ядер галактик). Теоретики предсказывают, что объединение электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий будет наблюдаться при энергии Е=1015 эВ, а объединение электромагнитного, слабого, сильного и гравитационного при Е=1019 эВ. Таких энергий пока не было зафиксировано нигде во Вселенной.
В момент Большого Взрыва во вселенной было одно фундаментальное взаимодействие, а четыре появилось при расширении и охлаждении вселенной. Суперсила - объединение всех четырех взаимодействий. Овладев суперсилой, мы сможем менять структуру пространства и времени. Идёт речь о перемещении в пространстве на расстояния, сравнимые с расстояниями между галактиками.
Тема № 10. Состояния
В 1932 году была предложена протонно-нейтронная модель Иваненко-Гейзенберга.
Ядра с одинаковым зарядом и разной массой называются изотопами.
75% 25% природного хлора.
Ядра с одинаковыми массовыми числами, но разными зарядами называются изобарами.
ДE=Дmc2
В ядро атома и его пространство входит около 350 частиц, которые известны на данный момент.
Шя?10-15 м.
Все они - маленькие вращающиеся «волчки» и все имеют момент количества движения.
Элементарные частицы.
Кварк - «непонятный».
У каждой частицы есть античастица. Отличаются они зарядом или магнитным моментом.
В 1928-м году Поль Дирак предсказал античастицы.
в++e--2г+Q
Если взят 1 грамм электронов и позитронов, то выход энергии будет соответствовать взрыву в 10 килотонн тротила.
Характеристики микрочастиц: масса, заряд, спин, время жизни.
Время жизни стабильной частицы - ф?1020 лет. Tполураспада протона=1032 лет.
Протон, электрон и фотон являются среднеживущими - от минут до 10-18 секунды.
Свободный нейтрон - 10-15 минут.
Кроткоживущие - от 10-18 10-24 с (резонансы, или виртуальные частицы).
В настоящее время выделено 12 фундаментальных частиц и столько же античастиц, из которых состоит весь мир. Это 6 кварков и 6 лептонов( электрон, мюон, Тау-лептон, нe, нм, нф).
Модели ядра.
1. Оболочечная
2. Оптическая
3. Капельная
1. Ядро как оболочка атома. Нуклоны находятся по оболочкам атомного ядра. Принцип Паули для нуклонов - на одной орбите не может быть двух нуклонов с одним и тем же спином. Эта модель хорошо описывает ядра легких атомов.
2. Оптическая модель подходит для описания средних и тяжелых ядер. На ядро налетают частицы, обладающие корпускулярно-волновым дуализмом, и, если длины волн равны, наблюдаются дифракция и интерференция.
3. Подходит для описания тяжелых ядер. Хорошо описывает естественную радиоактивность. Все элементы, начиная с висмута, радиоактивны. Сравнение с каплями жидкости: Плотность жидкости при одной температуре и давлении постоянна и не зависит от числа молекул. То же самое, плотность ядерного вещества постоянна и не зависит от числа нуклонов в ядре. Нуклон, находящиеся на границе ядра, испытывают силы, втягивающие их внутрь ядра, следовательно, равнодействующая сил на границе не равно нулю. Отличие: Нуклоны обладают волновыми свойствами и имеют заряд.
Тема № 11. Химические процессы, реакционная способность веществ
Законы показывают переходы теплоты в работу. Изобретение паровых машин подтолкнуло развитие термодинамики. В 1848 году Джоуль впервые рассчитал эквивалент теплоты и работы 1 кал=4,187 Дж.
Термодинамическая система - это система, состоящая из большого числа частиц, взаимодействующих между собой. Термодинамические системы могут быть:
· Изолированными (замкнутыми) - это те системы, которые не сообщаются с окружающей средой ни работой, ни теплом, ни веществом, ни информацией. Другое название - равновесные.
· Открытые - сообщающиеся с окружающей средой. Открытые системы не изучаются классической термодинамикой.
Для замкнутых систем можно было применить наиболее простые расчётные уравнения, которые в некотором приближении подходили к описанию работы двигателей и тепловых машин. Параметры термодинамической системы: объем(V), работа(A), давление(P), температура(T), теплота(Q), внутренняя энергия тела(U).
Т является производной от энергии. Запас энергии всегда положителен, так как нельзя прекратить тепловое движение молекул, даже при Т=0 К остаются колебательные и вращательные движения.
Q - одна из форм энергии, определенное количество энергии, получаемое или передаваемое системой.
А определяется силой действия на систему. А=F·S, A=PДV.
U включает в себя запас энергии атомов, молекул, электронов…
U=Uпоступ движ молек+Uядер+Ue+…
Без учёта Ек и Еп системы в целом!
Классическая термодинамика описывается тремя законами:
1. Закон сохранения и превращения энергии.
Q=ДU+A, где ДU - изменение внутренней энергии.
Количество теплоты, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение телом работы.
Q=ДU+PДV.
2. Невозможно получить работу без затрат энергии, то есть, невозможен вечный двигатель первого рода. Универсальный закон природы, справедливый для живых и неживых объектов.
1 кг жира 38,9 кДж
1 кг углеводов 17,5 кДж
1 кг белков 17,5 кДж
Применение первого закона к изопроцессам.
1. Изохорный, V=const. A=0, Q= ДU
2. Изобарный, P=const. Q=ДU+PДV
3. Изотермический, T=const. ДU=0, Q=A.
4. Адиабатный (протекающие без теплообмена), чаще всего - это быстротекущие процессы. Q=const. A=-ДU
Теплоёмкость - это количество теплоты, сообщенное телу и изменяющее при этом температуру тела на 1°С . Второй закон термодинамики рассматривает возможность и направление наблюдаемого процесса. Все самопроизвольные процессы идут в направлении выравнивания системы, и они всегда приводят к состоянию равновесия. Несамопроизвольный процесс идет только при воздействии извне.
Это реальный необратимый процесс.
Обратимый процесс - это когда при его завершении (возврате в исходное состояние) система самопроизвольно возвращается к этому состоянию без каких-либо потерь. Это гипотетический цикл. К обратимому циклу можно приблизиться, если сделать процесс бесконечно медленным. Все обратимые процессы равновесны. На основании обратимого цикла С. Карно в 1827 году разработал так называемый цикл Карно - цикл работающей тепловой машины. Рабочее тело в цикле Карно - идеальный газ, и при работе такого цикла в машине нет потерь на трение, лучеиспускание и т.п. Тепловая машина, или тепловой двигатель, - это такое устройство, которое превращает внутреннюю энергию топлива в механическую.
Рабочее тело (газ, пар) при расширении совершает работу, при этом получает от нагревателя теплоту Q1. Далее сжимается, при сжатии рабочее тело передаёт холодильнику теплоту Q2. (Q1<Q2, T2<T1).
1-2 - изотермическое расширение газа с температурой T1. При этом газ получает от нагревателя Q1.
2-3 - дальнейшее расширение идеального газа с понижением температуры (адиабатное расширение).
В первых двух процессах совершается работа А.
3-4 - изотермическое сжатие.
4-1 - адиабатное сжатие газа с повышением температуры с T2 до Т1.
Цикл Карно - это обратимый процесс, идущий бесконечно медленно. По циклу Карно считают максимальный КПД (Коэффициент Полезного Действия).
Q1-Q2=Amax
- означает, что КПД идеальной машины зависит только от температуры нагревателя и холодильника.
обратим>необратимого (самопроизв)
Формулировки второго закона.
Вся теплота никогда не может перейти в работу, часть ее обязательно теряется и передается холодильнику, потому что нельзя полностью исчерпать энергию теплового движения молекул. Можно работу превратить в теплоту. Нельзя создать вечный двигатель второго рода, то есть, нельзя создать такую тепловую машину, которая превращала бы всю теплоту в работу. Обязательно КПД<100%.
Второй закон термодинамики носит статистический, то есть, вероятностный характер, так как он выписан только для системы из большого числа молекул.
Энтропия - это количественная мера той теплоты, которая не переходит в работу.
S2-S1=ДS=
Если процесс обратимый, то
Энтропия (S) в реальном процессе - затраты на холодильник, лучеиспускание, трение. При обратимом изолированном цикле нет изменения энтропии, она постоянна. В необратимых процессах энтропия возрастает до тех пор, пока система не придет в равновесие, и при этом энтропия будет максимальна. Работа прекращается в состоянии равновесия, A=0. Отсюда Клаудиус вывел возможность тепловой смерти вселенной, так как идёт процесс накопления (повышения) энтропии, и все процессы остановятся, но его (возможно) ошибка была в том, что он исходил из того, что вселенная - замкнутая система.
Энтропия определяет возможность, направление и предел самопроизвольных процессов в замкнутых системах. Энтропия - это количественная мера хаоса в системе.
Больцман:
=khW - показывает меру беспорядка, или хаоса.
W - Термодинамическая вероятность системы - это число микросостояний, соответствующих данному макросостоянию системы: число способов реализации данного макросостояния.
Если W=1, то S=0 - только идеальный кристалл при Т=0.
Энтропия идеального кристалла при Т=0 равна нулю. Если в кристалле есть хотя бы один дефект, то W=2, и S>0. Sгаза>Sжидк>Sтв.тела
На атомном уровне нет различий между составом органических и неорганических веществ. Различия появляются между органическим и неорганическим миром на молекулярном уровне. Химия изучает молекулярный состав вещества и превращение веществ. Слово, предположительно, произошло от древнего названия Египта - Kham, или от греческого слова Khemia (сок растения).
I. Эмпирический уровень - чисто прикладной характер. В Египте была известна металлургия, стеклоделие, гончарное дело, парфюмерия ( в том числе - бальзамирование), носителями знаний были жрецы. Египет был в I в н.э. завоеван Древним Римом, тогда император Диоклитиан приказал уничтожить все книги жрецов, которые занимались химией, так как он опасался появления много дешевого золота. Христианство загнало химию в подополье, так как химическое знание считалось язычеством. В VII веке до н.э. Египет был завоёван арабами, основали Османскую империю, где появились учёные, пытающиеся превратить металл в золото. Al-iksir (философский камень) - «эль-иксир». Химия превращается в алхимию. Авиценна (правители разрешили ему заниматься химией). В XII веке после распада Османской империи некоторые книги по алхимии попали в Европу и были переведены на латинский. До XVII века в Европе была алхимия (Ей занимались также Ньютон, Бойль). Парацельс занимался созданием лекарств из минералов. Бойль убрал приставку «ал», и алхимия стала химией. Он выпустил первую книгу по химии.
II. Аналитический период включает в себя три концепции:
1. Концепция простого и сложного вещества.
2. Концепция понятия химического соединения.
3. Концепция атомно-молекулярного учения (атомизма).
В эти два века химия оформилась как точная наука.
1. Концепция простого и сложного вещества. Теория флогистона, разработанная в XVII веке (Шталь), о том, что при горении руды металл из руды соединяется с флогистоном, находящимся в воздухе и образует сложное вещество. Если вещество прокалить без доступа воздуха, получается чистый металл. Эта теория объяснила процесс получения металла из руды. Теория флогистона умерла с появлением работа Лавуазье и Ломоносова в XVIII веке. Они опытным путём опровергли теорию. Лавуазье открыл кислород, но не успел закончить исследования, так как был четвертован во время Французской революции. Они по отдельности открыли закон сохранения массы - первый стехиометрический закон. Для химических реакций закон сохранения массы справедлив из-за недостаточной точности измерений.
2. Понятие химического соединения. Закон Пруста, который был опубликован в 1799 году, даёт соотношение между массами элементов, входящих в состав соединения, постоянно и независимо от способа получения соединения. В конце XIX века Курнаков расширил этот закон, открыв химические соединения, имеющие переменный состав. Например, Ag2Zn, FeS - бертоллиды (Бертолле); H2O - дальтониды (Дальтон).
3. Основные положения, разработанные Ломоносовым (1791) и Дальтоном (1798). Закон кратных отношений Дальтона: Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого элемента относятся между собой как небольшие целые числа. То есть, элементы, соединенные друг с другом в строго определенных весовых отношениях, соответствуют количеству их атомов в соединении. Были обозначены границы применимости: этот закон неприменим для изотопов. В дальнейшем большую роль сыграл периодический закон Менделеева (1869). Г. Мозли в 1910 подтвердил правильность таблицы Менделеева, проверив 86 первых элементов, установил, что порядковый номер совпадает с количеством протонов. Я. Берцелиус произвел в начале XIX века переворот в химии - разработал химическую символику.
Аналитический период ответил на вопрос о том, из каких атомов состоят молекулы и как эти атомы располагаются в пространстве. Берцелиус в 1807 году предложил считать вещества, характерные для живой природы, органическими, а для неживой - неорганическими. До 1828 году господствовала теория витализма - жизненная сила органических веществ. В 1828 году Вёлер получил из неорганического вещества органическое без всякой живой силы.
Было замечено, что в органические вещества входит углерод. Эмпирическая формула не отражает структурного строения C2H6O. Берцелиус в 1830 году назвал их изомерами.
|
H |
H |
|||
|
H |
C |
C |
OH |
|
|
H |
H |
Франкланд в 1852 году выдвинул теорию валентности - способности атомов присоединять другие атомы. В 1862 году Бутлеров выдвинул теорию строения органических молекул.
1. Свойства органического соединения определяются их химическим строением, то есть, порядком соединения атомов между собой.
2. При определении реакционной способности органической молекулы необходимо учитывать взаимное влияние атомов в молекуле.
3. Структурные формулы объясняют существование изомеров:
1. Изомерия углеродного скелета.
2. Изомерия положения кратной связи.
3. Геометрическая (цис-, транс-) изомерия.
4. Зеркальная (хиральная) изомерия. (Правовращающие и левовращающие изомеры.
Синтетическая химия началась с работ Вёлера.
К середине XIX века синтезировали органические кислоты, спирты, бензол, красители, тротил; в начале XX века Нобель синтезировал динамит. Также в начале XX века Фишер синтезировал белковые молекулы с помощью пептидной связи, создав первый искусственный белок. В 1956-м году Крик и Уотсон синтезировали ДНК и РНК, открыв их структуру. В 1928-м Флеминг синтезировал пенициллин. Одну из групп CH2 научились «снимать» с молекулы и подставлять другие группы для получения различных свойств. Таким образом, на данный момент уже получено около 100 видов различных антибиотиков. В настоящее время синтетическая химия - это мост между химией и биологией. Ежегодно синтезируются около 1000 килограмм аскорбиновой кислоты. Вообще все витамины синтезированы, но у искусственных витаминов усвояемость не превышает 50%. При их получении используется давление в 15-20 тысяч атмосфер и низкую температуру порядка -60°С. Органический синтез очень селективен, то есть, требует строго определенную температуру и давление. Хемоселективность - изучение реакционной способности вещества. Стереоселективность - пространственная структура молекулы. Алкалоиды - стрихин, никотин, хинин, кофеин. Все они ядовиты и все - апперетивные. Технологическая химия возникла в середине XIX века. Главный вопрос: при каких условиях и каким образом происходит химическая реакция. Закон действия масс (1863), или закон Гульбена и Ваге: Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорционально концентрации реагирующих веществ.
A+BC
V=kCA·CB
C в молях на литр, k - коэффициент.
- температурный коэффициент реакции, =2…4
Правило Вант-Гоффа: При повышении температуры на 10° скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Vt+Дt=60
Vt=40.
Скорость реакции зависит от энергии активации молекул.
Энергия активации - это так энергия, которая необходима молекуле, чтобы вступить в реакцию.
Eакт=40 кДж/моль (реакция нейтрализации)
Еакт=40-2000 кДж/моль (Например, N2+O2).
Огромное большинство химических реакций обратимы. Обратимость реакций мешает производству. Ле Шателье (188) вывел правило смещения равновесий: Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия подействовать извне, то равновесие сместится в том направлении, которые ослабляют это воздействие. Изменяется температура, концентрация, давление.
1. Смещение равновесия из-за изменения концентрации любого вещества, участвующего в реакции.
2. Смещение равновесия вследствие изменения температуры реакции.
3. Смещение равновесия вследствие изменения давления.
Катализ - изменение скорость реакции под действием веществ, называющихся катализаторами, которые участвуют в химической реакции но остаются химически неизменными.
Катализ может быть положительным, то есть, скорость реакции увеличивается, а может быть отрицательным, скорость замедляется. В этом случае вещество называется не катализатором, а ингибитором.
Если продукты реакции, катализатор и реагенты находятся в одной фазе (газ, жидкость, твердое), то реакции называются гомогенными, если нет, то гетерогенными. Катализатор снижает энергию активации и увеличивает число активных молекул. Если катализатор ввести в обратимую реакцию, то он повышает скорость прямой и обратной реакции одинаково. Катализатор не смещает равновесие.
Электрокатализ - реакции идут на поверхности электродов.
Фотокатализ - когда используется энергия поглощенного излучения (фотосинтез, многие реакции получения полимеров).
Ферментативный катализ - под действием ферментов (биокатализаторов). Другое название ферментов - энзимы, а наука о них - энзимология. Отличие ферментов от промышленных катализаторов: ферменты - белковые молекулы, включающие небольшое количество комплексов металлов, от которых зависит активность фермента. Фермент работает при физиологической температуре и давлении. Он долго работает без регенерации. Они расходуются в течение жизни. Ферментативное ускорение реакции - в десятки и сотни миллионов раз!!! Одна молекула фермента за одну минуту способна превратить 36 000 000 молекул исходных элементов. Природные ферменты способны к самоорганизации. Недостаток ферментов: живут только внутри клетки, вне ее разрушаются спустя несколько минут; при высокой температуре происходит денатурация, у каждого из них своя среда.
В энзимологии возникло три направления:
1. Очистка природных ферментов.
2. Разработка искусственных ферментов.
3. Моделирование работы живой клетки.
Полимеры
На современном этапе синтетическая химия - это химия полимеров. Они бывают природные, синтетические и искусственные. Природные: белки, нуклеиновые кислоты, клетчатка, кожа, каучук, шёлк - продукты жизнедеятельности организмов; многие минералы. В 1974 году Вакрамасиндхе обнаружил полимер формальдегида в облаках межзвездной пыли. H-COH. Полимерное состояние вещества - одна из форм существования материи во вселенной. Искусственные полимеры - из природных материалов - ацетатное волокно, искусственный шёлк, искусственный каучук. Синтетические - из неорганических или простых органических веществ. Аналога в природе не имеют. Используют реакции полимеризации и поликонденсации для получения всех типов полимеров. Полимеризация - много мономеров соединяются в цепочку. Очень чувствительны к примесям, выделить вещество на определенной промежуточной стадии реакции невозможно. Поликонденсация - постепенное присоединение мономеров. Значит, реакцию можно остановить на каком-либо этапе, получив промежуточные вещества. Реакции поликонденсации не слишком чувствительны к примесям. Все природные полимеры получаются реакцией поликонденсации. Реакция поликонденсации сыграла большую роль в эволюции живых организмов (белки, нуклеиновые кислоты). Реакция полимеризации в природе не существует. К настоящему времени получено около пятисот тысяч различных полимеров. Самые важные из них, «три кита» - полиэтилен, полистирол и поливинилхлорид.
- реакция полимеризации этилена.
- структурная формула полистирола.
- структурная формула поливинилхлорида.
Полистирол - основа получения всех искусственных каучуков. Более пятисот модификаций этого полимера . Более 10 видов каучуков.
Термопласты делают на основе этих же трех веществ (выдерживают высокую температуру). Эластомеры (искусственная кожа) делают из полистирола. В год производится более 40 миллионов тонн этих трех полимеров.
Синтетические ткани (более 50% тканей - синтезированных). Первая ткань - ацетатный шёлк. Очень прочный, но прилипает к телу, закупоривая поры (используется при изготовлении парашютов). Современные - интеллигентные волокна - акрил или полиэстер. Их не надо гладить. 10000 м волокна Ш=0,006 мм весят менее 1 грамма. Кевлар также получен из акрила. Он прочнее стали на разрыв. Используется в бронежилетах и салонах автомобилей. Недостаток всех синтетических волокон - ксенобиотизм: они не расщепляются бактериями. Разрушаются только под воздействием озона и ультрафиолетового излучения. Наиболее активное направление - в поиске ферментов. В частности, разрушающих синтетические полимеры. Возможная замена металлов полимерами. Протезирование, в эти случаях нужны полимеры, которые не разлагаются. Композиционные материалы - это сплавление разных материалов, например, металлокерамика (BNSiO2) - по твердости не уступает алмазу, CuSi - карборунд, BN - нитрид бора. Si-Al-O-N - твердые, термостойкие, легко окрашиваемые, часто используются в качестве металлов.
Жидкие кристаллы - это жидкости, которые обладают, как и кристаллы, оптическими свойствами. Это органические полимеры. Известны уже 100 лет. Используются в жидкокристаллических индикаторах, калькуляторах, мониторах. По энергосбережению не имеют себе равных. Под действием очень слабого электрического поля нарушается ориентация этих молекул, в результате чего сразу изменяются оптические свойства полимерных молекул.
Оптические кристаллы - это тончайшие кварцевые нити для передачи информации на большие расстояния. Получена высокопрочная нить из SiO2Чистый SiO2охлаждение на кварцевые трубочкивытягивание в нити. Ш=0,1 толщины волоса.
Это называется волоконной оптикой.
Радиационная химия - исследование влияния жёстких лучей (гамма-лучей, ультрафиолетовых, рентгеновских) на протекание химических реакций. Полиэтилен теперь получают под воздействием гамма-лучей. Эти излучения ускоряют реакции. В 1961-м году Поляни создал первый химический лазер. Использовал тепло цепных реакций.
Плазмохимия - проведение химических реакций в струе плазмы. Реагенты смешиваются с плазмой, а потом уже происходит реакция.
CH4C2H2
l=65 см, Ш=15 см - размеры плазмотрона для этой реакции.
T=3000°C (плазма), за 10-4 с 80% CH4 превращается в C2H2. За сутки в таком плазмотроне можно получить 75 тонн ацетилена. Плазмохимия используется для получения качественных порошков для порошковой металлургии.
Получение ферментов (энзимов). В современной энзимологии существует три направления получения ферментов:
1. Выделение и очистка природных ферментов.
2. Разработка и синтез искусственных ферментов (искусственных гормонов, витаминов и т.п.).
3. Моделирование работы живой клетки.
Исследование автоколебательных реакций - это химические процессы, являющиеся самоорганизующимися. Белоусов и Жаботинский в 1953 году.
Реакция работает как часы. Закручивается против часовой стрелки, попеременно меняя цвет.
Окисление пропана и бутана - причина стука в моторе, так как окисление происходит в «режиме» автоколебаний. В целом в природе очень много ритмичных процессов.
Тема № 12. Внутреннее строение и история геологического развития земли
Классическая термодинамика занималась только консервативными (изолированными) системами. В таких системах при самопроизвольных процессах энтропия увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения в состоянии равновесия.
Неравновесная термодинамика, сформированная в середине XX века учеными: Пригожин и Хакен. Аппарат классической термодинамики - линейные уравнения, дающие всего одно решение. Аппарат неравновесной термодинамики - это нелинейные уравнения, которые дают несколько альтернативных решений, потому что неравновесная термодинамика описывает реальные процессы в природе, живых организмах, социальном обществе. Открытые системы стремятся к большей организованности, так как энтропия у них не увеличивается. Чем больше информации поступает в систему, тем система более организована, и тем меньше её энтропия.
(Шеннон)
Информация - это мера организованности системы. Фотокатод ЭЛТ (Электронно-Лучевой Трубки) телевизора содержит примерно 106 микрофотоэлементов - это число микросостояний. Белый шум - помехи на экране при отсутствии сигнала из телецентра - это увеличение хаотического теплового движения элементов, и энтропия максимальна, это состояние хаоса. При поступлении сигнала (информации) энтропия резко уменьшается, а информация увеличивается.
Кибернетика (Роберт Винер) - связана с управлением открытыми системами, но только теми, у которых есть обратная связь. Положительная обратная связь - поведение системы усиливает внешние воздействия (например, лавина). Отрицательная связь - это поведение системы, при котором внешние воздействия ослабляются. Такая связь стабилизирует процессы в системе (холодильник, термостат и все современные информационные устройства). Гомеостатическая связь - когда внешнее воздействие сводится системой к нулю (Гомеостаз - поддержание постоянной температуры тела).
Роберт Винер в 50-60-х гг. определил кибернетику как науку об управлении связей в машинах и биологических системах. Поведение открытых систем с обратной связью описывается как организованное целенаправленное поведение, которое приводит к уменьшению энтропии. К 60-м годам выяснилось, что для реальных систем мало учитывать эффективное управление системой, а нужно учитывать самоорганизацию системы, то есть, необходимо было найти связь между эффективным управлением системой и спецификой развития реальной системы.
В основном рассматриваются биологические и социальные системы. Теорию самоорганизации разработали на основе неравновесной термодинамики Пригожин и Хакен. Самоорганизация - это коллективное взаимодействие частиц в открытой системе, которое в дальнейшем может привести к возникновению нового порядка в расположении этих частиц в системе. Самоорганизация наблюдается в открытых реальных системах с большим коллективом частиц (эволюция вселенной, деление клеток, функционирование мозга, образование речи и языков, формирование общественного мнения, естественный отбор). Система является самоорганизующейся, если:
1. Это большой коллектив частиц.
2. Система является открытой.
3. Она находится далеко от точки равновесия, следовательно, энтропия системы не является максимальной.
Синергетика - наука, изучающая самоорганизующиеся системы (Пригожин, Хакен). Объект изучения - открытые реальные системы. Она изучает механизм образования, развития и разрушения самоорганизующихся систем. Этот механизм связан с коллективными явлениями, которые способствуют развитию системы. В системе устанавливается новый порядок.
Такой порядок самоорганизации наблюдается у всех открытых самоорганизующихся систем. Новый порядок связан с появлением и накоплением флуктуаций в системе. В дальнейшем они нарастают и способствуют появлению хаоса в системе. Флуктуации ведут к возрастанию энтропии. Новый порядок всегда восстанавливается через хаос. Флуктуации расшатывают систему, она становится неустойчивой, и любое незначительное воздействие толкнет ее к саморазрушению, а дальше - к выбору пути. Любая революция есть выбор пути социальной системы. Система приходит к так называемой точки бифуркации (выбора), где существует несколько альтернатив дальнейшего развития.
Бифуркация - выбор системой дальнейшего пути развития из нескольких альтернативных решений. Такой выбор может пойти и в сторону хаоса и в сторону организации. После выбора нового порядка система приходит в устойчивое состояние, которое называется аттрактор.
Классическая равновесная термодинамика даёт обратимость во времени, даёт единственный путь развития замкнутой системы: система приходит в равновесие. Неравновесная термодинамика даёт несколько нелинейных уравнений, которые приводят к нескольким решениям. В неравновесной термодинамике случайность и вероятность становятся объективными свойствами системы.
Синергетика даёт новый образ развития мира: мир открытый, он развивается по нелинейным законам, поэтому в таких системах могут быть самые неожиданные, непредсказуемые повороты системы, связанные с дальнейшим выбором ее развития.
Вселенная является самоорганизующейся системой и развивается по законам синергетики:
1. Она - сложная система, состоящая из большого коллектива частиц.
2. Все время происходит эволюция системы, то есть, в ней образуются и распадаются крупномасштабные структуры. Это говорит о том, что вселенная находится далеко от равновесия.
Концепции космологии.
Космология - это наука о свойствах и эволюции вселенной.
Вселенная - это совокупность всех форм материи и наблюдаемых явлений.
Метагалактика - это часть Вселенной, которая доступна нашим наблюдениям. Расширение границ идёт за счет усовершенствования приборов. Сужающая часть - это время прихода света от отдалённых частей.
Галактика (Туманность) - это скопление звезд и планет. Есть гигантские галактики, включающие 1013-1015 звезд.
Поведение и свойства объектов вселенной описывается одинаковыми и не изменяющимися во времени физическими законами:
1. Закон сохранения энергии (ЗСЭ).
2. Закон всемирного тяготения.
3. Закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса.
А. Фридман (1868-1925) разработал модели на основании теории Эйнштейна, который считал, что вселенная стационарна во времени, предположил, что вселенная может или расширяться (в Римановском пространстве), или сужаться (сжиматься), или пульсировать. Он сам склонялся к модели расширения. В 1917 году Слайфер обнаружил красное смещение спектра, установив спектрограф на телескоп. Еще в середине XIX века Доплер обосновал смещение спектра в длинноволновые области при удалении от объекта. В 1929 году Э. Хаббл заинтересовался красным смещением Слайфера и обнаружил, что все объекты удаляются.
Закон Хаббла: Красное смещение спектральных линий галактик в сторону длинных волн тем больше, чем дальше от нас находятся галактики.
V=HR, где V - скорость галактики, H - постоянная Хаббла, R - расстояние до галактики. H=, лежит в пределах от 50 до 100, обычно около 75.
1 Пк (парсек) = 3,26 светового года=3,08·1016 м.
H=, где ф - время жизни Вселенной. ф=13 млрд. лет.
На основании этой модели Гамов в 30-40-ее гг. разработал теорию Большого Взрыва на основании теории Хаббла. Должен быть эпицентр, или момент взрыва. Это случилось 13-15 млрд. лет назад. Вселенная находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии:
с=1019 г/см3
Т=1032 К.
По этой модели выделены четыре эры развития вселенной:
1. Адронная (ф=10-4 с)
2. Лептонная (ф=0,2 с)
3. Фотонная (ф=1 млн. лет)
4. Звездная (пока не закончилась)
1. Эта эра образования тяжелых частиц (барионов, или адронов) из кварков. Вселенная состояла из барионов и антибарионов, происходили реакции аннигиляции. Потом стали распадаться на нейтроны и протоны (их больше). Эти протоны существуют до сих пор, положительный барионный заряд - тоже.
2. Лептонная - эра лёгких частиц (электронов, фотонов, позитронов).
Реликтовое нейтрино (н) образовали в эту эру, но обнаружить их пока не удалось. В конце лептонной эры протонов и нейтронов стало примерно одинаковое количество.
3. Фотонная эра, или эра излучения.
Энергия фотонов уменьшается по сравнению с первыми двумя эрами, длина волны увеличиваются, и они переходят в рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. В фотонную эру вещество отделяется от антивещества, и фотоны отделились от вещества в виде различных электромагнитных излучений (ЭМИ) - рентгеновского, ультрафиолетового (УФ), светового, инфракрасного… Вселенная становится прозрачной для излучения, появляется свет. В этой же эре произошел первичный нуклеосинтез. Начинают образовываться ядра:
Реликтовое фотонное излучение, которое отделилось от вещества, было обнаружено в 1964-м году Вильсоном и ??????????. Температура этого излучения равна средней температуре космоса 2,7К, длина волны составляет порядка 1 мм. Сильное фотонное излучение, которое до сих пор находится в космосе. К концу фотонной эры гамма-фотонов стало в 1 млрд. раз больше, чем протонов и нейтронов вместе взятых. До сих пор сохраняется это соотношение. Называется безразмерной энтропией:
4. Звездная эра начинается после фотонной с появлением атомов H и He.
Водородно-гелиевая вселенная, однородная и изотропная. Атомов водорода образовалось в 3 раза больше, чем атомов гелия. Так было 500 тысяч лет. Вселенная, как самоорганизующаяся система, начала расслаиваться, образуя флуктуации плотности вещества, которое начало закручиваться под действием гравитационных сил. Ньютон утверждал, что из-за гравитации могли быть изменения, приводящие к образованию звезд, галактик и т.п. В 1992 году Зельдович расширил теорию гравитационной неустойчивости (образование «блинов», продолжение сжатия). Модель Гамова удачно описывает многие явления во вселенной, например, эксперименты Хаббла, открытие фотонного реликтового излучения. Однако же, она не в состоянии объяснить:
1. Скручивание галактик, «блинов». В частности, однообразное крупномасштабное закручивание.
2. Образование вихрей во вселенной, которые двигаются со скоростью 100-300 км/с.
Теория газодинамического образования вихрей (Ударная волна, образованная при столкновении «блинов», закручивание галактик в одну сторону).
В конце XX века была обнаружена ячеистая структура вселенной. По границам ячеек распространено вещество, а в середине - пустота (???) или так называемая скрытая масса. Предположительный объем одной ячейки -1 миллион кубических парсеков. Поэтому в настоящее время вселенную считают однородной и изотропной по распространению в ней вещества. Модель Гамова не может объяснить такую Изотропность вещества вселенной.
Сейчас разработана новая теория - теория инфляции, или теория раздувания вселенной. Гут (80-е гг.). Основывается на последних достижениях по экспериментам с элементарными частицами. Все произошло из ничего, из физического вакуума, в котором не было вещества, но была огромная энергия. Ячейка физического вакуума, не сдерживаемая гравитацией из-за отсутствия вещества, за 10-35 секунды раздувается до размеров метагалактики, после чего через 10-31 секунды энергия переходит в вещество. Это и было изначальной точкой, из которой образовалась вселенная, с с=1042 г/см3 и Т=1028 К.
Самое фундаментальное, что нам дала эта теория - это то, что вещество вышло из вакуума и рано или поздно исчезнет снова в этом вакууме. Исходя из этой теории, следует, что модель пульсирующей вселенной Фридмана возможна, но только при условии распада протонов. По теории инфляции в точке образования вещества соединяются все четыре фундаментальных взаимодействия (Теория Великого Объединения, Суперсила).
По современным представлениям расширяющаяся вселенная состоит из:
1. Светящееся вещество (галактики, звезды, планеты, межзвездный газ [пыль из атомов водорода, гелия и примесей других элементов]) - барионная форма существования материи.
2. Реликтовое излучение (фотоны).
3. Темная (скрытая) материя - вещество, пока неизвестное учёным, этой массы в несколько раз больше.
Модель Хойла (50-е гг.) - взаимопревращение вещества и антивещества, модель стационарной вселенной.
Модель Зельдовича (1992) - модель «холодной» вселенной.
Модель Альфена (90-е гг.) - считает, что роль играет не только гравитационное, но и электромагнитное излучение. Вся вселенная пронизана плазмой. Экспериментально установлено, что электромагнитные силы участвуют в образовании квазаров. Реликтовое излучение - микроволновой фон, окружающий плазму.
Галактики - изучение на компьютерном практикуме.
Тема № 13. Особенности биологического уровня организации материи
1. Возраст (от сотен тысяч до 13-15 миллиардов лет).
2. Светимость
3. Температура
4. Масса
5. Химический состав
Светимость - полное количество энергии, излучаемой звездой за 1 секунду. Lc=4·1026 Вт.
Абсолютная звездная светимость - это светимость звезды при отнесении ее на расстояние 10 Пк.
Видимая звездная величина - величина, характеризующая звезду с точки зрения визуального наблюдения. Чем ярче звезда, тем более отрицательна её величина.
Наше Солнце: -26,72
Альфа Центавра +0,3
Температура поверхности влияет на цвет звезды, то есть, связана со спектром. Классы звезд по температуре (цвету):
O B A F G K M
Варианты мнемонического запоминания:
Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковку
Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!
Самые горячие звезды - белые и голубые, самые холодные - красные.
Зависимость между абсолютной светимостью звезды и ее температурой (классом) отражает диаграмма Герцшпрунга-Рессела.
Главная звездная последовательность показывает связь температуры и светимости. Звезды рождаются из газопылевой туманности, состоящей из гелия и водорода. При закручивании туманности образуются участки, которые разделяются на фрагменты. Звезда не рождается одна. Чаще всего в одном месте туманности рождаются сразу несколько протозвезд. При отделение каждого фрагмента освобождается энергия в виде инфракрасного излучения. В 1957 году было обнаружено скопление источников инфракрасного излучения в туманности Ориона, то есть, там идет образование звёзд. Дальнейшее сжатие протозвезд под действием гравитационных сил повышает температуру звезд, и освободившаяся энергия излучается в виде красного (иногда почти коричневого - прим. авт. консп.) света, образуются красные гиганты. При дальнейшем сжатии звезд температура повышается настолько, то звезда «зажигается», то есть, начинаются реакции термоядерного синтеза.
Звезда «садится» на главную последовательность, там находятся все живые звезды (то есть, звезды, в которых идут термоядерные реакции). Когда кончаются запасы водорода, звезда начинает стареть, и процесс старения связан с массой звезды. Если масса звезды меньше или равна 1,2 массы Солнца, то образуется гелиевое ядро, на поверхности которого в тонком слое еще горит оставшийся водород. Само ядро начинает сжиматься под действием гравитационных сил, температура повышается, и образуется плотное горячее ядро из гелия. В этих условиях из гелия не образуется более тяжелых элементов. Внешняя оболочка постепенно расширяется, и образуется так называемая планетарная туманность. Оболочка горит красным светом, звезда становится красным гигантом. Белый карлик (ядро) горит еще несколько миллионов лет, после чего превращается в чёрного карлика. Такова судьба Солнца.
Подобные документы
Естественнонаучная и гуманитарная культура. Дифференциация, интеграция и математизация в современной науке. Культурный уровень организации материи. Квантовомеханическая концепция описания микромира. Пространство и время в общей теории относительности.
курс лекций [47,9 K], добавлен 16.11.2009Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Предмет и метод естествознания. Динамика естествознания и тенденции его развития. История естествознания. Структурные уровни организации материи. Макромир. Открытые системы и неклассическая термодинамика.
книга [353,5 K], добавлен 21.03.2009Цель и предмет курса "Концепции современного естествознания", основные термины и понятия. Специфические черты науки, виды культуры. История становления научных знаний. Естественнонаучная картина мира. Внутреннее строение Земли. Законы химии и биологии.
шпаргалка [136,9 K], добавлен 12.02.2011Научный метод познания. Принципы симметрии и законы сохранения. Специальная и общая теория относительности. Структурные уровни и системная организация материи. Порядок и беспорядок в природе. Панорама современного естествознания. Биосфера и человек.
тест [32,4 K], добавлен 17.10.2010Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира. Развитие научных исследовательских программ. Пространство, время и симметрия. Системные уровни организации материи. Порядок и беспорядок в природе. Панорама современного естествознания.
курс лекций [47,6 K], добавлен 15.01.2011Социальные функции естественных наук. Естественнонаучная, гуманитарная культуры. Роль естествознания в научно-техническом прогрессе, классификация его методов, их роль в познании. Формы естественнонаучного познания: факт, проблема, идея, гипотеза, теория.
курс лекций [279,5 K], добавлен 15.11.2014Понятия "эволюционизм" и "эволюция". Исторические этапы развития и принципы универсального эволюционизма. Сущность основных понятий синергетики: аттрактор, бифуркация, диссипативность, нелинейность, открытая система, порядок, синергия, флуктуации, хаос.
презентация [195,9 K], добавлен 05.12.2013Представления о строении материи. Борьба концепций прерывности (дискретности) — корпускулярная концепция, и непрерывности. Основополагающие признаки атомистики, квантовая теория строения атома, переосмысление соотношения дискретности и непрерывности.
реферат [14,1 K], добавлен 29.11.2009Требования образовательных стандартов по дисциплине "Концепции современного естествознания". Изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, составляющих каркас современных физики, химии и биологии. Методология современного естествознания.
лекция [26,7 K], добавлен 24.11.2017Исторические этапы познания природы, логика и закономерности развития науки. Понятие научной картины мира и теория относительности. Антропный принцип космологии и Учение Вернадского о ноосфере. Современные концепции экологии, задачи и принципы биоэтики.
шпаргалка [64,8 K], добавлен 29.01.2010
