Основные понятия электромагнетизма (вектор магнитной индукции, электродвижущая сила индукции)

МИНОБРНАУКИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования 

«Санкт-петербургский университет  сервиса и экономики»

 

Институт экономики и  управления предприятиями сервиса

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«КСЕ»

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент

1-го курса специальности  080200.62

Караванов.А.Г.

 

 

Санкт-Петербург

2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

1.Основные понятия электромагнетизма  (вектор магнитной индукции, электродвижущая  сила индукции)

2. Катализ и катализаторы, их роль в эволюции Земли.

3. Коэволюция человека и биосферы.

4. Метеоры и метеориты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Основные понятия электромагнетизма  (вектор магнитной индукции, электродвижущая  сила индукции)

 

Электромагнетизм, группа явлений, вызываемых взаимодействием электрического тока и магнетизма. В 1820 Эрстед открыл, что проволока, по которой течет электрический ток, отклоняет магнитную стрелку. Одновременно Ампер и Арого стали изучать действия электрического тока на магнит и магнита на ток и открыли, что проволока, по которой протекает электрический ток, приобретает магнитные свойства. Стержень из мягкого железа, обмотанный проволокой, становится магнитом на все время прохождения через проволоку электрического тока; такой стержень, большей частью в форме подковы, называется электромагнитом. Если в полый, обмотанный проволокой цилиндр (катушка) вдвинуть магнит и двигать его внутри катушки, то в проволоке появится электрический ток. Это явление называется магнитной индукцией. Индуктированный в катушке ток будет при приближении магнита действовать на него отталкивающим образом и, наоборот, при удалении магнита — притягивающим образом. На этом превращении электрической энергии в работу магнита и, наоборот, основаны устройство динамо-машин, телеграфных и телефонных аппаратов, передача механической энергии через расстояние. Так, например, весьма распространенный телеграфный прибор Морзе представляет собою электромагнит с подвижным якорем, плечо которого, то притягиваясь электромагнитом, когда через него был пущен ток, то оттягиваясь пружиной назад, чертит точки и штрихи на ленте, развертывающейся при помощи часового механизма. Для усиления действия линейного тока, переданного из станции отправления депеши, в цепь включают особый прибор, называемый реле, который также состоит из электромагнита с очень подвижным якорем; при помощи последнего вводится в действие или размыкается местная гальваническая батарея. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем  29 августа 1831г

Закон  Фарадея

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

 — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

   — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле  отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий  в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что  создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Для катушки, находящейся  в переменном магнитном поле, закон  Фарадея можно записать следующим  образом:

где

 — электродвижущая сила,

 — число витков,

 — магнитный поток через один виток,

 — потокосцепление катушки.

[править]Векторная форма

В дифференциальной форме  закон Фарадея можно записать в следующем виде:

 (в системе СИ)

или

 (в системе СГС).

В интегральной форме (эквивалентной):

(СИ)

или

 (СГС)

Здесь   — напряжённость электрического поля,   — магнитная индукция,   — произвольная поверхность,   — её граница. Контур интегрирования   подразумевается фиксированным (неподвижным).

 

 

 

2. Катализ и катализаторы, их роль в эволюции Земли.

 

Катализ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами.

Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными.

Одними из природных катализаторов  являются ферменты. Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Классификация ферментов

По типу катализируемых реакций  ферменты подразделяются на 6 классов  согласно иерархической классификации  ферментов. Классификация была предложена Международным союзом биохимии и  молекулярной биологии. Каждый класс  содержит подклассы, так что фермент  описывается совокупностью четырёх  чисел, разделённых точками. Например, пепсин имеет название ЕС 3.4.23.1. Первое число грубо описывает механизм реакции, катализируемой ферментом:

КФ 1: Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа.

КФ 2: Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ.

КФ 3: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза.

КФ 4: Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов.

КФ 5: Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата.

КФ 6: Лигазы, катализирующие образование химических связей между субстратами за счёт гидролиза АТФ. Пример: ДНК-полимераза.

 

 

 

3. Коэволюция человека и биосферы.

 

Рассуждая о стратегии  дальнейшего существования человека на Земле, говорит следующее. «Человечество, конечно же, будет продолжать вмешиваться  в структуру процессов, протекающих  в биосфере и изменять их, приспосабливая к своим потребностям, но одновременно необходимо изменять и самого себя, менять собственные потребности. Другими  словами, необходимо обеспечить состояние  коэволюции человека и биосферы, в рамках которого только и окажется возможным дальнейшее существование человечества». Понятие коэволюции, как со-развития, совместного, сонаправленного развития, определяет способ существования человека в мире. Именно эта посылка легла в основу выбора как педагогического подхода к формирования и развития личности, так и технологии экологического образования

Переход цивилизации на траекторию устойчивого развития - сложнейшая практическая задача, стоящая перед  мировым сообществом. Но не только практическая, а исключительно трудная научная  задача. И здесь мы сталкиваемся с серьезным препятствием. Хотя этой теме посвящено немало научных работ, интересных теорий, вдохновенных идей, все это - лишь отдельные, не связанные  между собой островки научного познания в огромном океане нашего незнания. Научная проблема устойчивого развития цивилизации не только не решена, но фактически даже не поставлена.

 

Устойчивое развитие - это развитие общества, приемлемое для сохранения экологической ниши человека и создания благоприятных условий для выживания  цивилизации. Поскольку экологической  нишей человечества является вся  биосфера, понятие «устойчивое развитие»  мы трактуем, как совместную, скоординированную  эволюцию (коэволюцию) человека и биосферы. Разработка: стратегии устойчивого развития - первый шаг к эпохе ноосферы. Под эпохой ноосферы мы понимаем грядущий этап истории, когда коллективный разум и коллективная воля достигнут высокого веского уровня, достаточного, чтобы обеспечить гармоничное совместное развитие природы и общества.

Понятие «коэволюция человека и биосферы» требует тщательной и глубокой расшифровки, так как за ним скрывается целый пласт принципиально новых проблем. Поэтому, нужна система исследований, в результате которой мы устанавливаем зависимость характеристик биосферы от активной природопреобразующей деятельности человека. Имея детальные представления о характере этой взаимосвязи, можно сформулировать ограничения деятельности человека, необходимые для выживания.

Изучение проблем коэволюции открывает новое направление фундаментальных исследований. По своей важности оно не имеет равных - ведь речь идет о жизни и смерти, причем не одного человека, а всего человечества! Соглашаясь с тем, что XXI век будет веком гуманитарных знаний, подчеркнем, что наука об обеспечении коэволюции (т.е. наука об устойчивом развитии) - это комплексная дисциплина, которая должна дать людям жизненно необходимые знания и ответить на вопрос: что нужно делать для продолжения существования человека на Земле и дальнейшего совершенствования цивилизации?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Метеоры и метеориты

 

Метеорит — тело космического происхождения, упавшее на поверхность крупного небесного объекта.

Большинство найденных метеоритов имеют вес от нескольких граммов до нескольких килограммов. Крупнейший из найденных метеоритов —Гоба (вес которого, по подсчетам, составлял около 60 тонн). Полагают, что в сутки на Землю падает 5—6 т метеоритов, или 2 тысячи тонн в год.

Существование метеоритов не признавалось ведущими академиками XVIII века, а гипотезы внеземного происхождения считались лженаучными. Утверждается, что Парижская академия наук в 1790 г. приняла решение не рассматривать впредь сообщений о падении камней на Землю как о явлении невозможном. Во многих музеях метеориты (в терминологии того времени — аэролиты) изъяли из коллекций, чтобы «не сделать музеи посмешищем»

Космическое тело до попадания в  атмосферу Земли называется метеорным  телом и классифицируется по астрономическим  признакам. Например, это может быть космическая пыль, метеороид, астероид, их осколки, или другие метеорные тела. Пролетающее сквозь атмосферу Земли и оставляющее в ней яркий светящийся след, независимо от того, пролетит ли оно в верхних слоях атмосферы и уйдет обратно в космическое пространство, сгорит ли в атмосфере или упадет на Землю, может называться либо метеором, либо болидом. Метеорами считаются тела не ярче 4-й звёздной величины, а болидами — ярче 4-й звёздной величины, либо тела, у которых различимы угловые размеры.

Твёрдое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли, называется метеоритом.

На месте падения крупного метеорита  может образоваться кратер (астроблема). Один из самых известных кратеров в мире — Аризонский. Предполагается, что наибольший метеоритный кратер на Земле — Кратер Земли Уилкса (диаметр около 500 км).

Метеорное тело входит в  атмосферу Земли на скорости от 11 до 72 км/с.На такой скорости начинается его разогрев и свечение. За счёт абляции (обгорания и сдувания набегающим потоком частиц вещества метеорного тела) масса тела, долетевшего до поверхности, может быть меньше, а в некоторых случаях значительно меньше его массы на входе в атмосферу. Например, небольшое тело, вошедшее в атмосферу Земли на скорости 25 км/с и более, сгорает почти без остатка. При такой скорости вхождения в атмосферу из десятков и сотен тонн начальной массы до поверхности долетает всего несколько килограммов или даже граммов вещества. Следы сгорания метеорного тела в атмосфере можно найти на протяжении почти всей траектории его падения.

Если метеорное тело не сгорело в атмосфере, то по мере торможения оно теряет горизонтальную составляющую скорости. Это приводит к изменению  траектории падения от, часто, почти  горизонтальной в начале до, практически  вертикальной, в конце. По мере торможения, свечение метеорного тела падает, оно  остывает (часто свидетельствуют, что  метеорит при падении был тёплый, а не горячий).

Кроме того, может произойти  разрушение метеорного тела на фрагменты, что приводит к выпадению метеоритного дождя.

«Правильные» круглые (не вытянутые) следы от метеоритов объясняются  взрывными процессами, сопровождающими  его падение с высокой скоростью.

 

Метео́р (др.-греч. μετέωρος, «небесный»), «падающая звезда» — явление, возникающее при сгорании в атмосфере Земли мелких метеорных тел (например, осколков комет или астероидов)

Метеоры следует отличать от метеоритов и метеороидов. Метеором называется не объект (то есть метеороид), а явление, то есть светящийся след метеороида. И это явление называется метеором независимо от того, улетит ли метеороид из атмосферы обратно в космическое пространство, сгорит ли в ней за счёт трения или упадёт на Землю метеоритом.

Отличительными характеристиками метеора, помимо массы и размера, являются его скорость, высота воспламенения, длина трека (видимый путь), яркость  свечения и химический состав (влияет на цвет горения). Так, при условии, что метеор достигает 1 звездной величины при скорости вхождения в атмосферу Земли 40 км/с, загорается на высоте 100 км, а потухает на высоте 80 км, при длине пути в 60 км и расстоянии до наблюдателя в 150 км, то продолжительность полета составит 1.5 сек, а средний размер составит 0.6 мм при массе 6 мг.