Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

• микромир : субмикроэлементарный, микроэлементарный, ядерный, атомный, молекулярный(элементарные частицы, ядра атомов, комплексы ядер, атомы, молекулы),

• макромир: макроуровень (комплексы молекул; микрофизические комплексы: кристаллы, коллоидные системы; клетка; организмы; сообщества организмов: экосистемы, биосфера)

• мегамир (планеты, звездно-планетные комплексы, галактики, Метагалактика).

Живая природа:

МИКРОМИР молекулы днк и рнк; клеточный уровень клетки любого организма и одноклет организмы - эукариоты и прокариоты

МАКРОМИР органый и ткканевый - орг в целом; онтогенетический - организменый, популяция, вид биоценоз, боигеоценоз.

мегамир – биосфера

31. Кризис в естествознании  на рубеже 19-20 вв.

в конце 19 начале 20 в  наука  стала развиваться большими темпами, , тк резко возросли темпы разщвития промышлености, кот треб разв новых материалов, технол оборуд, наука превратилась в профессию человека было сделано мн6ожество открытий в различных отраслях науки. новые открытия противоречили старным теориям это привело к тому что классический этап развития науки закончился и наступил новый неоклассический этап развития естествознания который характериз. квантово-релятивистскими представлениями о физической реальноси. в основе лежали принципы неопределености, дополнительности, и суперпозиции.

 

 

 

32. Квантовая революция  в физике. Принципы дополнительности, неопределенности и суперпозиции.

принцип неопределености: выялен в 1927 году гейзенбаргом считал что понятие длина волны не имеет смысла. нельзя одновремено определить координаты и импульс у микрочастиц.

пр-п дополнительности сформул бором в 1927 получение эксперим данных об одних физ величинах кот опис микрооб неизбежно связано с потерей информ о других величинах, кот явл дополн первым.

пр-п суперпозиции: он рабоает во многих разделах физики воздействие на объект микромира внешних факторов представляет собой сумму эффектов вызываемых каждым воздействием в отдельности, он предпологает сложение сил кот действ на тело

33. Структурная  организация микромира. Понятие  об элементарных частицах.

Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы -- мир предельно  малых, непосредственно не наблюдаемых  микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни -- от бесконечности до 10-24 с.

Элементарная частица - качественно  отличающиеся от сложных частиц и  составляющие глубинный уровень  структуры материального мира. Элементарные частицы - простейшие объекты микромира, взаимодействующие как единое целое..

Элементами структуры  микромира выступают микрочастицы. На данный момент известно более 350 элементарных частиц, различающихся массой, зарядом, физич. характеристиками. Масса элементарной частицы – это масса её покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона. По массе элементарные частицы делятся на тяжёлые - барионы, промежуточные – мезоны, и легкие – лептоны. Заряд элементарной частицы всегда кратен заряду электрона, который рассматривается в качестве единицы. Существуют элементарные частицы которые не имеют заряда, например фотон. Время жизни элементарной частицы определяет ее стабильность и нестабильность. Нестабильные частицы живут несколько микросекунд, а стабильные не распадаются длительное время. Стабильными частицами считаются протон, нейтрон и электрон.

Атом – составная часть  молекулы, в переводе с греческого означает «неделимый». Действительно, вплоть до конца XIX в. неделимость атома  не вызывала серьезных возражений. В своих опытах в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон ( 1856–1940) открыл электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в состав электронной оболочки атомов.

Исторически электрон был  первой элементарной частицей, открытой еще в конце прошлого века известным  английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1856— 1940). В 1919 г. Э. Резерфорд, бомбардируя атомы а- частицами, открыл протоны. В начале века был открыт фотон, в 1932 г. такая необычная частица, как лишенный заряда нейтрон, спустя четыре года — первая античастица — позитрон, которая по массе равна электрону, но обладает положительным зарядом. В дальнейшем при исследовании космических лучей были обнаружены многие другие элементарные частицы, в частности мюоны и различные типы мезонов.

С начала 50-х годов основным средством открытия и исследования элементарных частиц стали ускорители заряженных частиц. С их помощью удалось открыть такие античастицы, как антипротон и антинейтрон. В 1970 и 1980-е годы поток открытий новых элементарных частиц усилился, и ученые заговорили даже о семействах элементарных частиц, которые назвали "странными", "очарованными" и "красивыми".

Всё многообразие элементарных частиц можно разделить на три  группы: частицы, участвующие в сильном  взаимодействии – Адроны, частицы  не участвующие в сильном взаимодействии – лептоны, и частицы – переносчики  взаимодействий. К адронам относятся  протоны, нейтроны, барионы, мезоны. Адроны участвуют в электромагнитном, сильном  и слабом взаимодействии. К лептонам относятся электроны, нейтрино, мюоны. Заряженные лептоны участвуют в электромагнитном и слабом взаимодействии, нейтральные – только в слабом. Частицы – переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают взаимодействия. К ним относятся фотоны – переносчики сильного взаимодействия, бозоны – переносчики слабого взаимодействия.

В середине 1960г. число известных  адронов превысило сотню. В связи  с этим возникла гипотеза, согласно которой наблюдаемые частицы  не отражают предельный уровень материи. В 1964г. была создана теория строения адронов, или теория кварков. Ее авторы физики М.Геллман и Д.Цвейг.  Кварки - это гипотические материальные объекты, их экспериментальное наблюдение пока невозможно. Кварковая теория позволила систематизировать известные частицы и предсказать существование новых. Теория кварков позволяет предложить гармоническую модель строения атома. Согласно этой модели атом состоит из тяжелого ядра электронной оболочки. Сейчас эта теория продолжает развиваться и уточняется, поэтому ее нельзя считать окончательно сформированной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34. Концепция атомизма.

Атомизм – точка зрения, в соответствии с которой весь мир, включая человека, понимается как  совокупность  огромного числа  неделимых частиц – атомов.  Впервые  это понятие ввел Демокрит в 18 веке. После открытия электрона произошел отказ от классических представлений, следовательно существуют положит заряж частицы. Опыт Резерфорда (бомбардировка α частицами – частицами) – открыто атомное ядро. Дальше было доказано, что атом твердое и неделимое на элементы в-во. Физич опыты к 19 нач 20в не только подвергли сомнению неделимость атома, но и доказали существование его структуры. В 1897г Томпсон открыл электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон входит в состав электронной оболочки атома. В 1898г Том определил заряд электрона, 1903г – первая модель атома.

В конце XIX – нач. XX вв. резко возросли темпы развития науки. Все это связано с требованиями промышленности. Поэтому наука из хобби превратилась в профессию человека. Благодаря этому за небольшой промежуток времени было сделано мн-во научных открытий: открытие радиоактивности, электрона, создание периодического закона, электродинамики Максвелла и др. Главная особенность развития науки этого периода – несоответствие между прежними механистич. взглядами и новым содержанием науки. Представления об атоме также изменились коренным образом. Если раньше атом считали неделимым (со времен Демокрита), то уже Менделеев высказал идею о делимости атома.

Возникновение представления  о квантах позволило объяснить  многие научные опыты (факты), необъяснимые с др. позиций. Стало понятно поведение  микрочастиц и атомов в целом. Стало возможно объяснить явления  искусств. радиоактивности, фотоэффекта, спектра атомов. В 1927 г. Гейзенберг предложил принцип неопределенности. Учитывая, что микрочастицы обладают корпускулярно-волновыми св-вами в отличие от класс. частиц (имеющих большие размеры), мы не можем говорить, что в какой-то момент времени у микрочастицы определяется одновременно импульс и координата. Понятие “длина волны в точке” не имеет смысла, а т.к. импульс выражается через длину волны, то микрочастица, обладающая импульсом, имеет полностью неопределенную координату. Принцип Гейзенберга: объект микромира невозможно одновременно с наперед заданной точностью характеризовать координатой и импульсом.Данный принцип является квантовым ограничением применимости з-на класс. механики к микрообъектам.

Для описания микрообъектов  Н. Бор в этом же году предложил  принцип дополнительности: получение эксперимент. данных об одних физ. величинах неизбежно связано с потерей информации о некоторых других, описывающих объект дополнительно к первым (координата частицы и скорость). Дополнит. величинами могут быть также величины, не связанные между собой (направление и величина импульса, ЕК и ЕП). С физ. точки зрения этот принцип объясняется влиянием прибора на состояние микрообъекта. Сам прибор оказывает влияние на частицу, на ее поведение. Принцип суперпозиции (наложения) – допущение, согласно которому результат представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым действующим явлением в отдельности (принцип параллелограмма). Он выполняется в условиях, когда явления не влияют друг на друга, но относятся к одному объекту. В квантовой физике этот принцип выполняется всегда, а в ньютоновской – не всегда. В микромире он фундаментален, т.к. дополняется принципом суперотбора (частицы превращаются друг в друга).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35. Квантово-механическая  модель атома.

Модель атома Томпсона представляла собой положит. заряженную сферу, внутри которой двигались электроны. Однако эти представления не соответствовали физ. опыту Резерфорда. Модель Резерфорда представляет собой следующее: в центре атома тяжелое ядро, вокруг которого движутся электроны по круговым орбитам. Эта модель была несовершенна. Нельзя было объяснить линейчатый спектр электрона, и электрон должен был излучать энергию и в конце концов упасть на ядро. В 1928 г. Н. Бор предложил свои постулаты, которые позволяли не меняя модель атома Резерфорда объяснить научные факты. 1.Каждый электрон в атоме совершает устойчивое движение по орбите с определенным значением энергии, не излучает и не поглощает электромагнит. излучения. В каждом из состояний атомная система обладает энергиями, образующими дискретный ряд Е1, Е2,…, ЕN, причем эти состояния устойчивы; электрон может изменить свое состояние только при поглощении или излучении электромагнит. излучения. 2.Электроны способны переходить с одной стационар. орбиты на другую при поглощении или излучении определенной порции энергии монохроматического излучения строго определенной частоты. Эта частота зависит от уровня энергии атома и определяется условием h?=Em-En. Если Em<En, то энергия излучается (электрон спускается ближе к ядру). Если энергия поглощается, электрон переходит на более высокую орбиту. Бор смог рассчитать энергию для атома водорода, для др. элементов эти расчеты оказались недостаточно точными. Впоследствии были введены 4 квантовых числа, которые описывают состояние электрона в атоме.

36. Радиоактивность  и ядерные превращения.

Радиоактивность-явление  самопроизвольного  (спонтанного) превращения  атомных ядер в др ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений.

Типы: ?-излучение- отклонение электрическими и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью Представляет поток ядер гелия 2 4Н

?-излучение- излучение  отклоняется электрическим и  магнитным полем  его ионизирующая  способность значительно меньше, а проникающая способность гораздо  больше, чем у ? -частиц. Представляет собой поток быстрых электронов.

?- излучение –отклоняется полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью. Представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длительностью волны ?<10 – 10м

Естественная радиоактивность- явление самопроизвольного  (спонтанного) превращения атомных ядер неустойчивых изотопов в устойчивые, сопровождающиеся испусканием частиц и излучением энергии (набл у неустойчивых изотопов,  существующих в природе)

Искусственная рад- наблюдается изотопов, полученных в ядерных реакциях.

Ядерные р-ии-это превращение атомных ядер при их взаимодействии как друг с другом, так и с частицами. При ядерных р-ях соблюдаются з-ны  сохранения суммарного электрического заряда, числа нуклонов, энергии, импульса, момента импульса. Все ядерные р-ии характеризуются энергией, выделяемой или поглощаемой при их протекании.

Выдел энергию- экзотермические

Поглощают энергию- эндотермические.

 

 

38. дискретность  и непрерывность вещества.

Дискретность (или непрерывность)  означает «зернистость», конечную делимость  пространственно-временного строения и состояния предмета или объекта, его свойств и форм движения (скачки), тогда как непрерывность выражает единство целостного и неделимого объекта, сам фактор его устойчивого состояния. Для непрерывного нет границ делимого.

Дискретные и непрерывные  свойства мира в рамках классической физики первоначально выступают  как противоположные друг другу, отдельные и независимые друг от друга , хотя в целом и дополняющие общие представления о мире.  И только развитие концепции поля , гл образом для описания электромагнитных явлений, позволило понять их диалектическое единство. В соответственной квантовой теории это единство противоположностей дискретного и непрерывного носило более глубокое физико-математическое обоснование в концепции карпускулярно-волнового дуализма.