Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

Контрольная работа №1

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

1.Наука-исторически сложившаяся система познания объективных законов мира, в отличии от других видов деятельности , например, от создания произведений искусства, в которых существенна неповторимость результата, в котором и проявляется личность автора.

Наблюдения еще не связаны с какой- либо теорией, наблюдение предполагает наличие определенной программы исследования, какой-то пробной гипотезы, подвергаемой анализу и проверке, т.е. является начальным источником информации. Эксперимент поставленный вслед за наблюдениями, уже выделят интересующие явление среди других, отвлекаясь от посторонних воздействий.

2. К доказательствам закона всемирного тяготения относятся: предсказание возвращения кометы Галлея, объяснение движений Луны, оценки планетных возмущений, обнаружение планеты Нептун по возмущениям планеты Уран, а затем планеты Плутон, сплюснутость Земли у полюсов, траектории астероидов, полеты космических аппаратов и т.п. Вне солнечной системы – движение звезд в системе двойных звездных систем. На Земле уровень земных морей и океанов, испытывающий периодические изменения, связанные с лунными сутками.

3. При изучении вращения тел широко используются понятия момент импульса тела(по величине равен произведению импульса тела на расстоянии до оси вращения, его может иметь тело даже при движении по прямой) и понятие момента силы используется для сил способных вызвать вращение тел. Момент импульса сохраняется в изолированных системах. Данный закон сохранения считается одним из великих потому, что связан и определяется свойствами симметрии пространства и времени. Этот закон используется в астрономии, космонавтике.

4.Возраст археологической находки нашей планеты можно определить несколькими способами методом радиоактивного распада и по периоду полураспада элементов. Календарь-система упорядоченного счета времени. В основу современных календарей легли движение Земли (движение Земли вокруг своей оси) и Солнца (период обращения Земли вокруг Солнца). В современном мире получил распространение григорианский календарь (появившийся в процессе уточнения юлианского календаря).

5.При описании волнового движения используют типы волн: бегущие, поперечные, продольные, стоячие.

Бегущие волны можно образовать следующим образом .Пусть один конец пружины закреплен и ни одна точка не испытывает смещений, а ко второму концу приложена сила, которая в некоторый момент начинает поднимать и опускать его. При распространении на участки побежит волна. Поперечные волны мы наблюдаем, когда резким боковым движением посылаем импульс вдоль веревки. Продольные волны мы наблюдаем при распространении звука или растяжение-сжатие в самой пружине. Стоячие волны можно изобразить на натянутой струне( если уловить момент когда бегущие волны будут в противофазе, то струна в этот момент будет абсолютно прямой.)

6..Идеальным газом называется газ, в котором отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия. С достаточной степенью точности газы можно считать идеальными в тех случаях, когда рассматриваются их состояния, далекие от областей фазовых превращений

Для идеальных газов справедливы следующие законы: а) Закон Бойля -Mаpuomma: при неизменных температуре и массе произведение численных значений давления и объема газа постоянно:

pV = const

Графически этот закон в координатах РV изображается линией, называемой изотермой (рис.1).

б) Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален его абсолютной температуре:

V = V₀(1 + at)

где V - объем газа при температуре t, °С; V₀– его объем при 0°С. Величина a называется температурным коэффициентом объемного расширения. Для всех газов a = (1/273°С^–1). Следовательно,

V = V₀(1 +(1/273)t)

Графически зависимость объема от температуры изображается прямой линией – изобарой

в) Закон Шарля: при постоянном объеме давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:

p = p₀(1+gt)

где р₀- давление газа при температуре t = 273,15 К. Величина g называется температурным коэффициентом давления. Ее значение не зависит от природы газа; для всех газов = 1/273 °С^–1. Таким образом,

p = p₀(1 +(1/273)t)

Графическая зависимость давления от температуры изображается прямой линией – изохорой.

Уравнение состояния газа ввел Клапейрон, оно связывает параметры газа (давление объем и температуру заданной массы газа), т.е. объединяет все три закона.

7.В кристаллах имеет место металлическая связь ( т.к. все металлы в обычных условиях – кристаллические вещества ( кроме ртути)).

Углерод имеет следующую модификацию б)В ядре атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов, а в электронном облаке - 6 электронов.в)Существует такжеизотопныйуглерод, ядре которого на 1нейтрон больше. При химических реакциях углерод способен присоединить 4 электрона и образовать устойчивую оболочку из 8 электронов, т.е. имеет валентность равную 4. Способность углерода образовывать стабильные цепи и кольца, которые обеспечивают разнообразие органических соединений, и эти связи могут быть кратными, является его уникальным свойством. Итак размеры органических молекул определяются углеродным скелетом, а химические свойства – присоединенными к нему элементами и химическими группами, насыщенностью скелета и формой молекул, которая зависит от углов связей.

8. ** Слово "элемент" существовало в обиходе химиков задолго до того, как стало что-нибудь известно о строении атома. Средневековые алхимики и ученые-химики до начала XIХ века ничего не знали об атомном ядре и, тем более, о протонах и электронах.

Но о существовании элементов естествоиспытатели догадывались давно и затратили немало сил для того, чтобы выяснить - что же считать элементом?

Очень хорошее (и вполне современное!) определение элемента дал еще древнегреческий философ Аристотель (384-322 до н.э.):

"Все окружающее представляет собой элементы либо состоит из элементов... Элемент представляет собой то, на что можно разложить другие тела..., но не может быть разложено само ни на что более простое или отличное от самого себя".

Эта догадка опиралась на здравый смысл и у большинства химиков не вызывала сомнений, но при ответе на вопрос - что же считать элементом - возникало чисто практическое затруднение. Если какое-либо вещество не разлагается на более простые вещества, то не ясно - является ли оно элементом, или мы просто не умеем его разложить? В 1857 году немецкий химик Юстус Либих написал: "Элементы рассматриваются как простые вещества не потому, что мы знаем это, а лишь потому, что не знаем о них противоположного".

Например, долгое время воду считали элементом, и только в 1784 году англичанин Генри Кавендиш показал, что вода состоит из более простых веществ - водорода и кислорода. Водород, кстати, был открыт Г.Кавендишем, но вместо своего нынешнего названия имел гораздо более длинное: "воспламеняемый, горючий воздух из металлов" (дело в том, что водород получали, действуя кислотами на цинк, железо и некоторые другие металлы). Название ВОДО-РОД(то есть - рождающий воду) просто еще не могло существовать, поскольку никто не догадывался, что этот легкий газ и вода имеют друг к другу близкое отношение.

Однажды другой английский исследователь - Джозеф Пристли - в присутствии Кавендиша провел простой, хотя и небезопасный опыт - взорвал смесь водорода с кислородом. Пристли (он является первооткрывателем кислорода) впоследствии вспоминал об этом, как о "случайном эксперименте для развлечения нескольких философствующих друзей". Наблюдательный Кавендиш повторил этот опыт, но уже не взрывая, а сжигаяводород в кислороде. Ему удалось довольно точно измерить объем взаимодействующих газов (объем водорода в этом опыте относился к объему кислорода как 2:1) и показать, что вода является продуктом реакции между этими двумя газами. Отсюда следовало, что вода - не элемент, а химическое соединение водорода и кислорода.

Более практическое определение элементу дал английский физик и химик Роберт Бойль:

Элемент - это вещество, которое при химическом превращении всегда увеличивает свой вес.

Например, при ржавлении куска железа его вес всегда увеличивается. Ржавление - это химическая реакция железа с водой и кислородом воздуха, поэтому в массу ржавого железа включается и масса прореагировавших с ним веществ. Химикам были известны и другие реакции, в которых железо увеличивало вес, но не существовало ни одной реакции, в которой железо разлагалось бы на более легкие продукты. Из этого заключалось, что железо, вероятно, является элементом.

Можно представить себе те трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели до появления теории строения атома. Тем не менее, еще до XIX века были правильно установлены многие элементы: углерод, сера, медь, золото, серебро, железо, свинец, олово, ртуть, цинк, мышьяк, сурьма, висмут, платина, фосфор, кобальт, никель, водород, кислород, азот, марганец.

Изотопами называются вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре. Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все элементы состоят из одного или нескольких изотопов.

Например, алмаз состоит из элемента углерода. Если бы удалось изготовить два совершенно одинаковых искусственных алмаза из углерода с массовым числом 12 и углерода с массовым числом 13, то оба кристалла в химическом отношении были бы одним и тем же элементом углеродом (заряд ядра + 6), но масса кристаллов была бы немного разной. Правда, стоимость алмазов из чистого углерода-12 и чистого углерода-13 была бы во много раз выше, чем у обычных. Дело в том, что разделять изотопы чрезвычайно трудно из-за того, что их химические и физические свойства очень близки.

** Лишь немногие изотопы неустойчивы и поэтому постепенно распадаются с излучением субатомных частиц и электромагнитных волн. Это явление называется радиоактивностью. Вопреки распространенному мнению термин изотоп совсем не обязательно связан с радиоактивностью - большинство изотопов устойчиво и мы просто не замечаем их присутствие в том или ином элементе, поскольку не различаем их химические и физические свойства. Таковы изотопы железа, меди, хлора, кальция и многих других элементов.

Разделение изотопов (например извлечение Li-6, U-235, D) всегда сопряжено со значительными трудностями, ибо изотопы, представляющие собой чуть отличающиеся по массе вариации одного элемента, химически ведут себя практически одинаково. Но - скорость прохождения некоторых реакций отличается в зависимости от изотопа элемента, кроме того, можно использовать различие в их физических свойствах - например в массе.     Как бы то ни было, различии в поведении изотопов настолько малы, что за одну стадию разделения, вещество обогащается на сотые доли процента и повторять процесс разделения приходится снова и снова - огромное количество раз.     На производительность подобной каскадной системы влияют две причины: степень обогащения на каждой из ступеней и потери искомого изотопа в отходном потоке.     Поясним второй фактор. На каждой из стадий обогащения поток разделяется на две части - обогащенную и обедненную нужным изотопом. Поскольку степень обогащения чрезвычайно низка, суммарная масса изотопа в отработанной породе может легко превысить его массу в обогащенной части. Для исключения такой потери ценного сырья обедненный поток каждой последующей ступени попадает снова на вход предыдущей.     Исходный материал не поступает на первую стадию каскада. Он вводится в систему сразу на некоторую, n-ю ступень. Благодаря этому с первой ступени выводиться в утиль сильно обедненный по основному изотопу материал.       Основные используемые методы разделения изотопов:

 Электромагнитное разделение.

 Газовая диффузия.

 Жидкостная термодиффузия.

 Газовое центрифугирование.

 Аэродинамическая сепарация.

 AVLIS (испарение с использованием лазера).

 Химическое обогащение.

 Дистилляция.

Электролиз.