Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

Пр: при повышении температуры тела можно описать с точки зрения термодинамических з-ов, а можно описать и с помощью статистических з-ов. Низшим этапом в познании мира статистически полно описывают связи в природе, охватывают больший круг явлений, который не доступен эконом з-ам. Согласовывать с экспериментом лучше, но в опред условиях стат з-ны переходят в динамические. Поэтому вступает в действие принцип соответствия. Все теории, справедливость которых была установлена для определенной группы явлений с построением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение з-ов новых теорий. Выводы новых т-ии в обл, где справедливы старые теории – переходят в выводы этих старых т-ий., т.е новые теории не отрицают старые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. классическая  термодинамика о направлении  протекания процессов.

Термодинамика – изучает  общие св-ва микроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода одного состояния в другое. t – физич вел-на, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопических систем, чем выше t, тем быстрее движение частиц. Кинетическая энергия, вызывающая движение молекул и атомов, образующих тело наз внутренней энергией (тепловая энергия тела). Теплота – один из видов энергии. Может быть передана от одного тела к другому посредством различных процессов: теплопровод, конвекция и излучение. Первое начало термодинамики – з-н сохранения энергии, изменение внутренней энергии тела равно получаемой энергии за вычетом работы, совершенной телом: дельта U=Q-A. Второе начало терм-ки – з-н возрастания энтропии замкнутой системы при необратимом процессе: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает, т е в процессе – происходящем в замкнутой системе энтропия не убывает. По Кельвину: невозможен кругов. процесс , единственным результатом которого явл превращение теплоты, полученной от нагревания, в эквивал. ей работу. По Клаузиусу: невозм. круг. проц, единственным результатом которого явл передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. Третья теория Нернста-Планка: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения t к нулю Кельвина.

Явления природы, которые  наблюдаются при изменении tо тел, называются тепловыми. Возможность исследования тепловых процессов, количественно измерить теплоту появилась после изобретения термометра. Существовало 2 теории теплоты: 1.вещественная теория, 2.теплота – это внутр. движение в-в тела (корпускулярная).

Однако в мире в это  время господствовала 1-я теория теплорода. Затем было доказано, что  между мех. работой и теплотой есть связь, и доказано, что теплота – это форма энергии. Тепловые явления изучает термодинамика. Она исследует тепловые явления без учета молек. строения тел. Теорию поведения атомов в молекуле рассматривает молек.-кинет. теория (статистич. механика). Все законы механики справедливы для всех в-в, независимо от строения в-ва. В термодинамике известны 3 закона. Энтропия – это колич. характер-ка теплового состояния тела, мера беспорядка (хаоса) в изолированной системе; она характеризует вероятность, с которой устанавливается то или иное состояние системы. Система – упорядоченное мн-во элементов, проявляющихся как единое целое по отношению к др. объектам или внешней среде.

В термодинамике рассматриваются  системы закрытые – это системы, которые не обмениваются с окруж. средой в-вом, энергией и информацией. Открытые системы – обмениваются с окруж. средой в-вом, энергией и информацией. Изолированная система – обменивается только информацией.

Для термодинам. системы существует понятие хаоса – беспорядка, для которого значение энтропии max. Чем > порядок, тем < энтропия. С повышением tо порядок уменьшается, а энтропия увеличивается. Энтропия тела не может быть < 0, она всегда >или= 0. В реальной системе, как бы она ни была упорядочена, всегда сохраняется какой-то беспорядок. Существует понятие “идеальный кристалл”, где все частицы расположены строго упорядоченно, поэтому считают, что в идеальном кристалле S=0. 2-ой з-н термодинамики: изменение S (дельтаS) всегда >или=  0 (дельтаS>или= 0). Полностью обратимые процессы в замкнутой системе являются идеальным случаем, т.е. S в этой системе неизменна. В замкнутой системе происходит самопроизвольный переход от порядка к хаосу, при этом S возрастает. Чтобы вернуть систему в состояние порядка, нужно затратить энергию, т.е. внутр. энергия системы уменьшится. Затем вновь последует этот процесс. В результате вся энергия системы закончится и она разрушится. Поэтому существует мнение о тепловой смерти Вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Порядок и  беспорядок в природе.

Примером существующего  порядка в природе  можно назвать  кристаллы в кристаллической  решетке. В узлах кристаллической  решетки меди располагаются положительно заряженные ионы. Однако наряду с существующим порядком в природе часто соседствует  и беспорядок (хаос). В тех же кристаллах металлов, наряду с упорядоченной  ионной решеткой, имеются свободные  электроны, которые беспорядочно и  хаотично движутся. Порядок и беспорядок наблюдается и  в космосе. С  одной стороны планеты движутся по определенным орбитам со строго определенной скоростью. А с другой стороны, в космосе, помимо планет, имеется  межзвездное в-во, которое хаотически движется в пространстве, и там, где образуются большие скопления этого вещества, возникают значительные гравитационные силы, в результате чего могут образовываться звездные системы с высокой степенью упорядоченности. Этот пример указывает на существование процессов и механизмов, ведущих от беспорядка к порядку. Пример перехода от порядка, упорядоченности к хаосу. Если нагревать кристаллы поваренной соли, то амплитуда колебания атомов увеличивается, связь между атомами уменьшается, упорядоченная структура кристалла разрушается и исчезает, а атомы начинают хаотически двигаться. (происходит за счет того, в тепловых процессах, связанных с выделением тепла в результате трения, прохождения электрического тока и с выделением тепла при горении, экзотермических химических реакцих, тепло в естественных условиях всегда переходит от горячего тела к холодному, а не наоборот. Имеется несколько формулировок данного закона.  Одна из них гласит: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более тёплым. Второй закон связан с понятием энтропии (количественная характеристика теплового состояния тепла или это мера беспорядка (хаоса) в изолированной системе. Она характеризует вероятность, с которой устанавливается  то или иное состояние системы): в замкнутых системах (без притока энергии извне) процессы протекают таким образом, что энтропия системы возрастает.  В замкнутых системах самопроизвольно осуществляется необратимый процесс перехода от более упорядоченных структур  к менее упорядоченным, или к хаосу. А поскольку в таких процессах энтропия систем возрастает, то ее принято характеризовать как меру хаоса. Т.о. , из второго закон термодинамики вытекает, что в природе возможно только одно направление процессов - от порядка к беспорядку, хаосу. Однако такой вывод противоречит многим фактам. Дело в том, что второй з-н термодинамики рассматривает процессы только в замкнутых системах, в то время как живые системы являются открытыми. т.е. обмениваются энергией и веществом с внешней средой. В открытых системах энтропия может как возрастать, так и уменьшаться, тогда как в целом для открытых систем в совокупности с внешней средой обитания второй з-н термодинамики справедлив. Т.о. в открытой системе энтропия может уменьшаться за счет увеличения энтропии во внешней среде.

В химии, как и в физике, все естественные изменения вызваны  бесцельной «деятельностью» хаоса. Мы познакомимся с двумя достижениями Больцмана: он установил, каким образом  хаос определяет направление изменения  и как он установил скорость этих изменений. Именно непреднамеренная и  бесцельная деятельность хаоса переводит  мир в состояние, характеризующееся  все большей вероятностью. На этой основе можно объяснить не только простые физические изменения (охлаждение куска металла), но и сложные изменения, происходящие при превращении вещества. Но вместе с тем, обнаружили, что  хаос может приводить к порядку. Если дело касается физического изменения, то под этим понимается совершение работы, в результате которой в  свою очередь могут возникнуть сложные  структуры, иногда огромного масштаба. При химическом изменении порядок  также рождается из хаоса. В этом случае под порядком понимается такое  расположение атомов, которое осуществляется на микроскопическом уровне. Но при  любом масштабе порядок может  возникнуть за счет хаоса; он создается  локально, за счет возникновения неупорядоченности  где-то в ином месте. Таковы причины  и движущие силы происходящих в природе  изменений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Синергитическая концепция развития природы.

Явления природы, которые  наблюдаются при изменении tо тел, называются тепловыми. Возможность исследования тепловых процессов, количественно измерить теплоту появилась после изобретения термометра. Существовало 2 теории теплоты: 1.вещественная теория, 2.теплота – это внутр. движение в-в тела (корпускулярная).

Однако в мире в это  время господствовала 1-я теория теплорода. Затем было доказано, что  между мех. работой и теплотой есть связь, и доказано, что теплота – это форма энергии. Тепловые явления изучает термодинамика. Она исследует тепловые явления без учета молек. строения тел. Теорию поведения атомов в молекуле рассматривает молек.-кинет. теория (статистич. механика). Все законы механики справедливы для всех в-в, независимо от строения в-ва. В термодинамике известны 3 закона. Энтропия – это колич. характер-ка теплового состояния тела, мера беспорядка (хаоса) в изолированной системе; она характеризует вероятность, с которой устанавливается то или иное состояние системы. Система – упорядоченное мн-во элементов, проявляющихся как единое целое по отношению к др. объектам или внешней среде.

В термодинамике рассматриваются  системы закрытые – это системы, которые не обмениваются с окруж. средой в-вом, энергией и информацией. Открытые системы – обмениваются с окруж. средой в-вом, энергией и информацией. Изолированная система – обменивается только информацией.

Для термодинам. системы существует понятие хаоса – беспорядка, для которого значение энтропии max. Чем > порядок, тем < энтропия. С повышением tо порядок уменьшается, а энтропия увеличивается. Энтропия тела не может быть < 0, она всегда ? 0. В реальной системе, как бы она ни была упорядочена, всегда сохраняется какой-то беспорядок. Существует понятие “идеальный кристалл”, где все частицы расположены строго упорядоченно, поэтому считают, что в идеальном кристалле S=0. 2-ой з-н термодинамики: изменение S (?S) всегда ?0 (?S?0). Полностью обратимые процессы в замкнутой системе являются идеальным случаем, т.е. S в этой системе неизменна. В замкнутой системе происходит самопроизвольный переход от порядка к хаосу, при этом S возрастает. Чтобы вернуть систему в состояние порядка, нужно затратить энергию, т.е. внутр. энергия системы уменьшится. Затем вновь последует этот процесс. В результате вся энергия системы закончится и она разрушится. Поэтому существует мнение о тепловой смерти Вселенной.

Понятие хаоса связано  с тем, что в конце концов наступит состояние полного хаоса и гибель всего сущего. Но с нач. 1970-х гг. начала развиваться наука синергетика (неравновесная термодинамика). Автором этого учения был Пригожин. Синергетика – это научная теория, которая исследует процессы самоорганизации, устойчивости, распада систем живой и неживой природы. В самоорганиз. системе без специфического воздействия из вне происходит формирование пространственной, временной или функционирующей структуры. Самоорганиз. система в своей эволюции проходит определенные стадии. Самоорганизация таких систем представляет собой целенаправленный процесс, переводящий открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Флуктуация – это случайное отклонение параметров системы от сред. значений. Бифуркация – разветвление, раздвоение в траектории движения системы в определ. точке (точке бифуркации).

 

28. Полевая концепция  материи. Приода света и цвета.

поле это особая форма  материи.э поля бывают .... у поля нет массы покоя, есть энергия и импульс, оно прозрачно для в-ва и действует на в-во. свет как природное ыявление представляет собой лучистую энергию, которая в виде электромагн. колебаний распростран. в пространстве, пока не встретит на своем путии  какое либо препятствие. цвет- это св-во предмета вызывать зрительное ощущение в зависимости от длины световой волны солнечного спектра. когда от поверх отраж красные лучи солн спектра то мы видим предмет красным. дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний, или длины волны. белый цвет имеет сложную структуру из него можно вывделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Понятие о  самоорганизации систем.

В широком плане самоорганизация  отражает фундаментальный принцип  Природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. Но у этого понятия есть и более узкое значение, непосредственно характеризующее способ реализации перехода от простого к более сложному. В таком значение Самоорганизацией называет природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Критическое состояние – это крайней неустойчивости  досигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Понятия форм «простой» и сложный» всегда относительны, их смысл выявляется только при сопоставлении свойств родственных объектов. Так, протон сложен относительно кварков, но прост относительно атома водорода; атом сложен относительно протона и электрона, но прост относительно молекулы и т.д. Мы видим, что сложные объекты обладают новыми качествами, которых лишены исходные простые элементы, составляющие их. Т.о. Природу можно представить как цепочку нарастающих по сложности элементов.

Процессы объединения  «простых» эл с образованием «сложных» систем протекают лишь при выполнении определенных условий. Напр: если температура (энергия) окр среды превращает энергию связи двух частиц. То он не смогут удерживаться вместе.

 

 

29. Физическая теория  звука.

звук – это колебения воздуха, воздействующие на орган слуха человека. звук обуславливается механическим колебаниями в упругих средах и телах, частоты которых лежат в диапазоне от 16 гц до 20 кгц и которые способны воспринимать чел ухо. колебания бывают звуковые и акустические. неслышимые механ колеб с частотами ниже звукового диапазона наз инфразвуком, а выше - ультразвуком. наукак изуч звук наз акустика.

Впервые запись и воспроизведение  звука осуществил выдающийся американский изобретатель Томас Эдисон в 1877 году. Он изобрел фонограф - восковой валик, на котором игла фонографа при  вращении валика оставляла звуковую дорожку. Звуковые колебания передавались на иглу мембраны находящейся в рупоре. Так осуществлялась запись звука.

30. Структурные  уровни организации материи.

Доступная нам природа  условно разделяется на следующие  уровни: