Шпаргалка по предмету "Концепции современного естествознания"

В системе, в  кот. действуют консервативные и  диссипативные силы, например силы трения, полная механическая энергия  сис-мы не сохраняется. Следовательно, для такой сис-мы закон сохранения механической энергии не выполняется. Однако при убывании механической энергии всегда возникает эквивалентное количество энергии другого вида. Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. В этом заключается физическая сущность закона сохранения и превращения энергии — сущность неуничтожения материи и ее движения, поскольку энергия, по определению, — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.

9. Применение фазовых переходов  в технике и технологиях. 

Фазовый переход- переход вещества из одной темодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Любая смена агрегатного состояния- фазовый переход. Переходы первого рода: плавление, кристаллизация, испарение, конденсация, сублимация, десублимация. Применение: в тяжелой, пищевой и химической промышленности.

10. Элементная база компьютера. Развитие  твердотельной электроники. Технологии  микроэлектроники. Развитие нанотехнологии.

Элементная  база компьютера: Релейный ЭВМ-Кондрат Цузе создал компьютер Z3, работающий на основе электрического реле.1941г.

Ламповый ЭВМ 1943г  в Великобритании был создан компьютер Colossus Mark 1 на 1500 электр. Лампах. Транзисторные дискретные ЭВМ- 1955г компьютер на полупроводниковых и транзисторных диодах. Транзисторные интегральные ЭВМ 1968г- компьютер на интегральных схемах. Именно с него начинается развитие микропроцессоров. Современные компьютеры на основе микропроцессоров. Твердотельная электроника- наиболее перспективное направление электроники, связанное с созданием приборов и устройств в миниатюрном исполнении с использованием интегральной технологии. Развитие твердотельной электроники: 19в М.Фарадей пришел к выводу, что с повышением температуры электропроводность исследуемого образца возрастает по экспоненциальному закону. А.С. Беккель обнаружил при освещении «плохого проводника» светом возникает фото ЭДС. В 1906 г К.Ф. Браун: переменный ток. Пропущенный через контакт свинца и пирита не подчиняется закону Ома; св-ва контакта определяются величиной и знаком приложенного напряжения. В 1879. Э.Холл открыл новое явление- возникновение электрического поля в электр пластине золота с током, помещенной в магнитное поле, называется эффект Холла. В 1922г. О. Лосев создал генерирующий детектор. Первый твердотельный прибор-транзистор. Нанотехнологии до недавнего времени технология основывалась на удалении лишнего материала из заготовки, в наст. время нанотехнология- это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретических обоснований и практических методов исследования анализа и синтеза и применение методов пр-ва и применения продуктов с заданной атомной массой путем манипулирования отдельных атомов и молекул. Развитие микроэлектроники : в рез-те совершенствования тонкопленочной технологии в течение последних лет удалось повысить степень интеграции . тенденция к усложнению интегральных схем: от больших(БИС) до ультробольших (УБИС) и гигантских после 2000г_ выражается в увеличении числа транзисторов на кристалле. Технологии микпроэлектроники: транзисторы, интегральные схемы, большие и сверхбольшие интегральные схемы( аудио и видео- техника). Первая модификация транзистора- биополярный транзистор, вторая- гетероструктурный транзистор. В 1958 г Хилби предложил конструкцию микросхемы, эта конструкция стала основополагающей для изготовления интегральных схем.

11. Основные представления современной  химии. Эволюционная химия. Синтез  новых материалов и применение новых материалов в технике и технологиях.

Химия-это наука о превращениях вещ-в, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения. В 5 в до н э Ливкипп впервые предложил гипотезу атомного строения вещ-в. Химический эелемент- это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Р. Бойль сделал вывод: кач-во и св-ва вещ-ва зависят от того, из каких эл-ов оно состоит. Закон кратных отношений: если 2 хим. эл-та образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящегося на одну и ту же массу другого относятся как целые числа, обычно небольших.  Атом- наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств.  Вещество- это форма материи, обладающая массой покоя. Катион -положительно заряженный ион. Анион - отрицательно заряженный ион. Анод - полож.заряженный электрод. Полиморфизм-существование кристаллических вещ-вс одинаковым составом, но разной структурой. Аллотропия- существование одного и того же хим. эл-та в виде двух и более простых вещ-в, различных по строению и св-ам. Молекула – микрочастица, образовавшаяся из атомов и способная к самостоятельному существованию. Теория химического строения вещ-ва: св-ва  вещ-ва определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимнвым влиянием. Периодический закон химических эдеентов_св-ва элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. В совр.химии химические исследования проходят на молекулярном уровне. Эволюционная химия- это 4-ая концептуальная система химии, связанная с включением в хим.науку принципа историзма и понятии времени, с построением теории химюэволюция материи ускорилась. Эволюц химия изучает процессы самоорганизации вещ-ва. Синтез новых материалов.в наст время в основном синтезируют керамику. Синтезируют огненную, термостойкую, химостойкую и высокотвердую керамику. В нашей стране впервые в мире синтезировали сверхтвердый материал- гексанит-Р, по твердости сравним с алмазом. Синтезированные материалы используют в строительствемашиностроении, при создании сверхмощных двигателей, в энергетике и авиапромышленности, судостроении и т.д.

12. Взаимосвязь атомно-молекулярного  строения и химических свойств  веществ. Периодическая таблица  элементов Д. И. Менделеева. Трансурановые элементы и их применение в технике и технологиях.

Химические св-ва вещ-ва зависят от того, из каких  химических элементов оно состоит  и от структуры молекул вещ-ва(структурная  изомерия) и от пространственной конфигурации молекул (конформация и стереомерия). Вещ-ва, имеющие одинаковый состав и  структуру, имеют одинаковые химические св-ва. Изомерия-явление, заключающееся в существовании хим.соединений, одинаковых по составу и молекулярной массе, но разных по строению и расположению атомов в пространстве и вследствие этого по св-ам.

Конформация- пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации. Стереоизомерия- возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение.

Попытки систематизации химических элементов по их химическим свойствам делались многими учеными, начиная с 30-х годов XIX в. Д. И. Менделеев в 1869 г. разработал таблицу, в основу кот. положены атомные веса эл-тов, т. е. число протонов в ядрах атомов. Выяснилось, что химические св-ва эл-тов периодически зависят от этого числа. В 1911 г. Резерфордом была разработана планетарная модель атома. В основе теории лежит представление о закономерностях построения электронных оболочек (уровней) и подоболочек (подуровней) в атомах по мере роста числа протонов в ядре атома Z и, след-но, числа электронов в оболочках атома. Сходство электронных конфигураций свободных атомов коррелирует с подобием их химического поведения.

Химическая связь - это взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов. Валентность атомов показывает число связей, образуемых данным атомом с соседними атомами в молекуле. Основными видами химических связей явл-ся ковалентная и ионная.

В ковалентной  связи электроны атомов образуют общую орбиталь. В ионных связях электрон передается от одного атома к другому, и образуются противоположно заряженные атомы. Химические реакции - превращения одних веществ в другие, отличные от исходных по химическому составу или строению.

Периодический закон  элементов Менделеева: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера в таблице Менделеева).

Число протонов в ядре равно  порядковому номеру элемента, а сумма  чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

Периодическое изменение  свойств элементов с увеличением  порядкового номера объясняется  периодическим изменением числа  электронов на их внешних энергетических уровнях.

13. Химические связи, химическое  равновесие и принцип Ле Шателье. Экзотермические и эндотермические реакции и их применение в технике и технологиях.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. Химическое равновесие — состояние химической системы, в котором обратимо протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямая-обратная реакция равны между собой. Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем. Принцип Ле Шателье-Брауна: Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Факторы влияющие на химическое равновесие:1) температура. При увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической (поглощение) реакции, а при понижении в сторону экзотермической (выделение) реакции. CaCO3=CaO+CO2 -Q t↑ →, t↓ ←N2+3H2↔2NH3 +Q t↑ ←, t↓ →2) давление. При увеличении давления химическое равновесие смещается в сторону меньшего объёма веществ, а при понижении в сторону большего объёма. Этот принцип действует только на газы, т.е. если в реакции участвуют твердые вещества, то они в расчет не берутся. CaCO3=CaO+CO2 P↑ ←, P↓ →1моль=1моль+1моль3) концентрация исходных веществ и продуктов реакции. При увеличении концентрации одного из исходных веществ химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а при увеличении концентрации продуктов реакции-в сторону исходных веществ.S2+2O2=2SO2 [S],[O]↑ →, [SO2]↑ ←.Катализаторы не влияют на смещение химического равновесия! Эндотермические реакции- реакции, сопровождающиеся выделением теплоты. К таким реакциям относятся реакции разложения молекул на свободные атомы, восстановление металлов из руд, фотосинтез в растениях. Экзотермические реакции- реакции, сопровождающиеся выделением теплоты. Такими реакциями являются горение, нейтрализация. Применение: в ресурсоэнергосберегающих технологиях, в химической, военной, строительной, пищевой, горнодобывающей промышленности.

14. Естественно-научные основы лазерных  технологий. Особенности лазерного  излучения. Применение лазеров  в технике и технологиях.

Лазер- квантовый генератор оптического диапазона. Лазеры работают в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетовой до субмиллиметровой области спектра в импульсивном и непрерывном режимах. Существуют лазеры на кристаллах и стеклах, газовые, жидкостные и полупроводниковые. Лазеры излучают высококогерентные монохроматические световые волны, вся энергия которых концентрируется в очень узком телесном угле. Первый лазер был создан в США с использованием монокристалла рубина. При средней энергии излучения 3 ДЖ вследствие очень короткого импульса, исчисляемая миллиардами. Затем были созданы газовые лазеры, работающие на смеси гелия и неона. Затем созданы полупроводниковые лазеры, в них накачка происходит с помощью инжекции носителей тока через электронно-дырочный переходник. Полупроводниковые лазеры отличаются высоким КПД и относительно небольшая мощность неприрывного излучения. Применение лазеров: считывание информации с оптических носителей, измерение дальности, обработка материалов, применяют в микробиологии, медицине, фотохимии , катализе.

15. Современные представления об эволюции Вселенной, галактик, звезд и звездных систем.

Вселенная - весь существующий материальный мир безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе всего развития. Существует концепция большого взрыва: предполагается, что плотность вещ-ва вселенной была сравнимой с плотностью атомного ядра, и вся вселенная представляла собой ядерную каплю, по каким-то причинам капля взорвалась. Так и образовались вселенная и все ее объекты. Существует гипотеза пульсирующей вселенной: вселенная не всегда расширялась, а пульсировала между конечными пределами плотности. Существует так же мнение, с самого начала протовещество, из которого впоследствии образовалась Вселенная, с гигантской скоростью начало расширяться. На начальной стадии это плотное вещество разлетелось, разбегалось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновении частиц. Остывая и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы. В них в свою очередь возникали более плотные участки – там в последствии и образовались звёзды и даже целые галактики. Существует концепция самоорганизации вселенной: все объекты вселенной были «рождены» из физического вакуума. Галактики- это громадные звездные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звезд. Звезда́ — небесное тело, в котором идут, шли или будут идти термоядерные реакции. Но чаще всего звездой называют небесное тело, в котором идут в данный момент термоядерные реакции. Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар — протозвезда, эволюция которой проходит три этапа.

Первый этап эволюции связан с обособлением и уплотнением космического вещества. Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри протозвезды возрастает, что замедляет процесс ее сжатия, однако температура во внутренних областях пока остается недостаточной для начала термоядерной реакции. На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, а ее температура — повышаться, что приводит к началу термоядерной реакции. Давление газа, вытекающего из звезды, уравновешивается силой притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект — звезда. Такая звезда является саморегулирующейся системой. Если температура внутри не повышается, то звезда раздувается. В свою очередь, остывание звезды приводит к ее последующему сжатию и разогреванию, ядерные реакции в ней ускоряются. Таким образом, температурный баланс оказывается восстановлен. Процесс преобразования протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим масштабам.

16. Солнечная система. Законы небесной  механики – законы Кеплера.  Солнечно-земные связи. Учение  А. Л. Чижевского. Ракетно-космические технологии.

Солнечная система - это система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, метеоритные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечной системы определяются орбитой Плутона - около 40 а.е. Однако сфера, в пределах кот. возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца простирается почти до ближайших звезд. В эту группу входят Солнце, 9 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.), десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероиды), сотни комет и множество метеоритных тел. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Наиболее близкие к Солнцу планеты - Меркурий и Венера - очень медленно вращаются вокруг оси, с периодом в десятки - сотни земных суток. Медленное вращение этих планет связано с их резонансными взаимодействиями с Солнцем и друг с другом. А относительно малые размеры Марса не позволяют ему удержать плотную атмосферу. В атмосфере Земли насыщенные пары создают облачный слой. Облака Земли входят важнейшим элементом в круговорот воды, происходящий на нашей планете в системе гидросфера - атмосфера - суша. В то время как движение Солнца и Луны всегда происходит в одном направлении - с запада на восток (прямое движение), движение планет гораздо сложнее и временами совершается в обратном направлении (попятное движение). Солнечная система является объектом изучения небесной механики. Небесная механика – раздел астрономии, изучающий движения тел Солнечной системы в гравитационном поле, в том числе движения искусственных небесных тел. В начале XVII века Иоганном Кеплером было открыто 3 основных кинематических закона движения планет:1.планеты вокруг Солнца движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которого находится Солнце;2.Радиус вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади; 3.квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит. Эти законы являются основой расчета движения планет вокруг солнца, но все ни ориентированы на невозмущенное движение и непосредственно могут быть использованы только для расчетов орбит лишь в первом приближении, т.е. рассматривая лишь поле тяготения Солнца.