Шпаргалка по предмету "Концепции современного естествознания"

 

Вопрос  21. Строение атома, атомного ядра.

Атом является сложной системой, в состав которой входят определенные частицы. Английский физик Э. Резерфорд  предложил ядерную (планетарную) модель строения атома. Основные положения  ядерной модели атома.  
1. Атом имеет форму шара, в центре которого находится ядро.  
2. Ядро имеет очень маленький размер (диаметр атома 10-10 м, диаметр ядра ~10-15 м).  
3. Ядро имеет положительный заряд.  
4. Почти вся масса атома находится в ядре.  
5. Вокруг ядра движутся электроны.  
6. Электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. 

Каждый протон имеет заряд +1, поэтому  заряд ядра равен числу протонов. Атом — это электронейтральная частица, поэтому положительный заряд ядра численно равен сумме отрицательных зарядов всех электронов, или числу электронов (т. к. заряд электрона равен —1) Следовательно: Порядковый номер элемента = Заряд ядра атома = Число протонов в ядре = Число электронов в атоме.

2 коллоквиум

Вопрос 1. Космология. Космологические  модели вселенной.

Космоло́гия (космос + логос) — раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия. Естественно-научной базой космологии являются астрономические наблюдения Галактики и других звездных систем, общая теория относительности, физика микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистская термодинамика и ряд других новейших физических теорий.

 

Эйнштейн считал, что надо строить  статическую (не меняющуюся со временем) модель Вселенной. В этой модели Вселенная не эволюционирует. Хотя уравнения общей теории относительности не давали таких статических решений.

Идея статической Вселенной  возникла еще в древности и  казалась привлекательной, т.к. питалась фактом видимой стационарности, неизменности астрологических тел и систем.

Установлен и факт эволюции Солнца и звезд. Сегодня наблюдают бурные процессы взрывов и эволюции в  таких гигантских системах, какими являются галактики.

Началом современного этапа развития космологии являются работы советского ученого  А.А. Фридмана. На основе теории Эйнштейна он построил математические модели движения вещества во всей Вселенной под действием сил тяготения. Доказал, что вещество Вселенной не может находиться в покое  –  Вселенная не может быть стационарной: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Как следствие  –  плотность вещества должна либо уменьшаться, либо увеличиваться.

Эйнштейн построил статическую  модель Вселенной ценой введения в свою теорию наряду с силами всемирного тяготения гипотетических сил космического отталкивания. Познакомившись с работой А.А. Фридмана, он посчитал ее ошибочной.  Только   после    разъяснений     А.А. Фридмана,    переданных   А. Эйнштейну, он полностью признал правильность выводов советского математика.

Вопрос 2. Открытие расширения вселенной , "Красное смещение", Закон Хаббла.

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрыв. Теоретически явление было предсказано и обосновано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.

Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением.

Зако́н Ха́ббла (закон всеобщего разбегания галактик) — эмпирический закон, связывающий красное смещение галактик и расстояние до них линейным образом:

где z — красное смещение галактики, D — расстояние до неё, H₀ — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. 

 

Вопрос 4. Эволюция вселенной. Теория "Большого взрыва" 

 Процесс эволюции Вселенной  происходит очень медленно. Ведь  Вселенная во много раз старше  астрономии и вообще человеческой  культуры. Зарождение и эволюция  жизни на земле является лишь  ничтожным звеном в эволюции  Вселенной. И всё же исследования  проведенные в нашем веке, приоткрыли  занавес, закрывающий от нас  далекое прошлое. Современные  астрономические наблюдения свидетельствуют  о том, что началом Вселенной,  приблизительно десять миллиардов  лет назад, был гигантский огненный  шар, раскаленный и плотный.  Его состав весьма прост. Этот  огненный шар был на столько  раскален, что состоял лишь из  свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались,  сталкиваясь друг с другом.

На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва”  простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного  количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых  планетах могли возникнуть формы  жизни.

В 1948 г. выдающийся американский физик выдвинул предположение, что  физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд. лет тому назад. Тогда все вещество и вся  энергия Вселенной были сконцентрированы в одном крохотном ссгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был и вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности.

 Основная идея концепции  Большого взрыва состоит в  том, что Вселенная на ранних  стадиях возникновения имела  неустойчивое состояние с большой  плотностью энергии. Эта энергия  возникла из квантового излучения,  т.е. как бы из ничего.

 Когда же возбужденный  вакуум разрушился, то высвободилась  гигантская энергия излучения,  а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Она характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества. В этом состоянии вещества, в нем могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной — Большой взрыв. Это и было «началом» нашего мира.

 С этого момента  начинается стремительное расширение  Вселенной, возникают время и  пространство.

 По разным оценкам,  период расширения  занимает невообразимо  малый промежуток времени. Он  называется инфляционным периодом.

 К концу фазы инфляции  Вселенная была пустой и холодной, но когда инфляция иссякла,  Вселенная вдруг стала чрезвычайно  «горячей». Этот всплеск тепла,  осветивший космос, обусловлен огромными  запасами энергии, заключенными  в «ложном» вакууме. Энергия,  связанная в виде множества  реальных частиц, высвободилась  в виде излучения, мгновенно  нагревшего Вселенную.

 

Вопрос 7. Состав и  структура вещества. Физические и  химические изменения.

Молекулой по-прежнему называют наименьшую частицу вещества, которая определяет его свойства и может существовать самостоятельно. Однако к молекулам теперь относят также разнообразные другие квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и другие макромолекулы). Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы. 
Химия изучает процессы превращения молекул при взаимодействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного поля), во время которых образуются новые химические связи. Под химической связью понимается результат взаимодействия между атомами, выражающийся в создании определенной конфигурации атомов, отличающий один тип молекулы от другого. 

Физические и химические изменения вещества.

Физическое изменение  – внутреннее строение, состав и свойства не подвергаются изменению.

Химическое изменение – в результате взаимодействия не менее двух исходных веществ (хим. реакции) появляются одно или несколько других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами.

 

К физическим явлениям относятся: переход тела из жидкого в парообразное (газообразное) или твердое состояние  и наоборот, увеличение объема тела при его нагревании или уменьшение объема при охлаждении, переход тепла  от одного тела к другому, механическое движение тел и другие явления, при  которых вещество тела не меняется.

 Изменение вещества, в  результате которого оно приобретает  другие химические свойства или  образуются новые вещества, называется  химическим явлением.

 

Вопрос 8. Химический элемент  и химическое соединение.

Химическим элементом  называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя и различаются по своей массе.

 Все элементы обычно делят  на металлы и неметаллы. Все  вещества подразделяются на смеси  и чистые вещества. Смеси состоят  из нескольких веществ, каждое  из которых сохраняет свои  индивидуальные свойства и может  быть выделено в чистом виде.

Хими́ческое соедине́ние — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов (гетероядерные молекулы). Некоторые простые вещества также могут рассматриваться как химические соединения, если их молекулы состоят из атомов, соединённых ковалентной связью (азот, кислород, иод, бром, хлор, фтор, предположительно астат). Инертные (благородные) газы и атомарный водород нельзя считать химическими соединениями.

Физические и химические свойства соединений отличаются от свойств  смеси простых веществ — это  один из главных критериев отличия  соединения от смесей простых или  сложных веществ, так как свойства смеси обычно тесным образом связаны  со свойствами компонентов. Другим критерием  отличия является то, что смесь  обычно может быть разделена на составляющие нехимическими процессами, такими, как просеивание, фильтрация, выпаривание, использование магнитов, тогда как компоненты химического соединения могут быть разделены только при помощи химической реакции. И наоборот, смеси могут быть созданы без использования химической реакции, а соединения — нет.

 

Вопрос 9. Основные химические законы.

 

Закон сохранения массы веществ

Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе  всех продуктов реакции.

Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим  образом: в  результате  химических  реакций  атомы  не исчезают и  не возникают, а  происходит их перегруппировка  Поскольку число атомов до и после  реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи.

Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения  химических реакций и по ним производить  расчеты. Он является основой количественного  химического анализа.

Закон постоянства  состава

Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа  получения.

Из закона постоянства  состава следует, что при образовании  сложного вещества элементы соединяются  друг с другом в определенных массовых соотношениях.

Закон кратных  отношений

Если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые  доли одного и того же элемента в  этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как  небольшие целые числа.

Закон объемных отношений

Объемы газов, вступающих в химические реакции, и  объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как  небольшие целые числа.

Закон Авогадро

В равных объемах различных  газов при одинаковых условиях (температура, давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул.

 

Вопрос 10. Теории происхождения  жизни на земле.

1. Первая – Теологическая   теория берёт начало с Первой  книги Бытия Моисея. Эта теория  является наиболее древней, однако, и на сегодняшний день она  активно разрабатывается во многих  странах, в первую очередь,  в церковных учебных заведениях.

2. Наряду с теологической  концепцией происхождения жизни  и человека, имеет хождение и  гипотеза об их внегалактическом  происхождении, о заносе этой  жизни на Землю. Это так называемая  Теория панспермии.

3. Наиболее разработанной  в настоящее время является  Эволюционная теория происхождения  видов и человек в том числе.  Хотя она не объясняет всех  фактов, большинство учёных наиболее  правдоподобной считают именно  эту теорию. Согласно ей около  15 млрд. лет назад в результате  Большого взрыва возникла Вселенная,  и образовались галактики, которые  с тех пор на огромной скорости  удаляются друг от друга. После  образования планеты Земля на  ней, как возможно на других  планетах в сходных условиях, в результате электрических и  химических реакций в воде  и атмосфере 3,5-4 млрд. лет назад  образовались органические соединения, из которых в последующем зародилась  жизнь, и начался процесс совершенствования  живой материи.