- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •1. Панорама современного естествознания
- •1.1. Естественнонаучная и гуманитарная культура
- •1.2.Научный метод
- •1.3. История развития естествознания
- •1.4.Физика - основа современного естествознания
- •2. Иерархия структур в микро-, макро- и мегамире
- •Звёзды. Галактики. Вселенная
- •3. Представление о концепциях материи, движения, пространства и времени
- •3.1.Основные свойства пространства и времени
- •3. 2. Принципы относительности и инвариантность. Симметрия
- •4. Механическое движение. Классическая концепция Ньютона
- •4.1. Физические величины и их единицы измерения
- •4.2. Классическая концепция Ньютона
- •Силы. Закон всемирного тяготения
- •Закон сохранения импульса
- •4.3. Работа, мощность, энергия
- •4.4. Закон сохранения механической энергии
- •4.5. Общефизический закон сохранения энергии
- •5. Колебания и волны
- •5.1. Гармонические колебания и их характеристики
- •5.2. Вынужденные колебания. Резонанс
- •5.3. Волновые процессы
- •5.4. Свойства волн: интерференция, дифракция
- •6. Фундаментальные взаимодействия
- •6.1. Концепции близкодействия и дальнодействия
- •6.2 Виды фундаментальных взаимодействий
- •6.3. Понятие физического поля
- •6.4. Гравитационное поле
- •6.5. Электромагнитные поля и волны
- •6.6. Принцип суперпозиции
- •6.7. Шкала электромагнитных волн
- •7. Статистические и термодинамические свойства макросистем
- •7.1. Основные понятия молекулярной физики
- •7.2. Термодинамические законы
- •7.3. Энтропия
- •7.4. Второе начало термодинамики
- •7.5. Термодинамика открытых систем
- •8. Концепция корпускулярно-волнового дуализма
- •8.1. Природа света
- •8.2. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц
- •8.3. Принципы неопределённости и дополнительности
- •9. Элементы атомной и ядерной физики
- •9.1. Физика атома
- •9.2. Строение атомного ядра
- •9.3. Дефект массы и энергия связи ядра. Явление радиоактивности. Виды радиоактивного распада
- •9.4. Ядерные и термоядерные реакции
- •9.5. Воздействие излучения на человека. Радиационно-биологические процессы
- •10. Развитие химических концепций
- •10.1. Эволюция химических знаний
- •10.2. Основные понятия химии
- •10.3. Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева и её современный вид
- •10.4. Виды химической связи
- •10.5. Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •Скорость химических реакций. Современный катализ
- •Обратимые и необратимые химические реакции
- •Принцип Ле Шателье
- •Тепловой эффект реакции
- •10.6. Методы качественного и количественного анализа
- •10.7. Синтез вещества
- •11. Мегамир: современные космологические концепции
- •11.1. Концепции эволюции Вселенной
- •11.2. Концепции эволюции звездных объектов
- •Черные дыры
- •Белые карлики
- •Нейтронные звезды
- •Пульсары
- •Квазары
- •11.3. Концепции эволюции Солнечной системы
- •12. Планета Земля и современные представления о литосфере
- •12.2. Теория литосферных плит
- •12.3. Географическая оболочка Земли
- •12.4. Условия, способствующие возникновению жизни на Земле.
- •13. Биосфера. Биологические концепции
- •13.1. Развитие биологических концепций
- •13.2. Концепции происхождения жизни
- •13.3. Принципы развития, эволюции и воспроизводства живых систем
- •13.4. Биосфера и ее свойства
- •13.5. Биологические уровни организации материи
- •13.6. Генетика и эволюция
- •14.Экология в современном мире
- •14.1. Основные направления экологии
- •14.2. Вредные вещества и их реальная опасность
- •14.3. Сохранение озонового слоя
- •14.4. Кислотные осадки
- •14.5. Парниковый эффект
- •14.6. Захоронение радиоактивных отходов
- •15. Феномен Человек
- •15.1. Возникновение человека
- •15.2. Человек: физиология, здоровье, работоспособность, эмоции
- •15.3. Творчество
- •15.4. Биоэтика
- •15.5. Космические и биологические циклы
- •16.Самоорганизация в природе
- •16.1. Синергетика - новая междисциплинарная наука
- •16.2. Порядок из хаоса
- •16.3. Диссипативные структуры
- •16.4. Концепции самоорганизации
- •Принцип универсального эволюционизма. Путь к единой культуре
6.6. Принцип суперпозиции
Согласно принципу суперпозиции результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности, при условии, что последние взаимно не влияют друг на друга.
Так, слабое гравитационное поле (как причина гравитационного воздействия) с хорошей точностью подчиняется принципу суперпозиции. Математически это выражается следующим образом: ,
где – напряженность гравитационного поля.
Классическое электромагнитное поле также удовлетворяет принципу суперпозиции.
В квантовой механике принцип суперпозиции – один из основных постулатов, определяющий вместе с соотношением неопределенностей Гейзенберга структуру математического аппарата теории.
6.7. Шкала электромагнитных волн
Электромагнитные волны имеют весьма широкий диапазон частот ν и длин λ. Волны различной частоты отличаются друг от друга как по свойствам, так и по способам получения. В этой связи электромагнитные волны принято подразделять на несколько видов, образующих шкалу электромагнитных волн. Резкой границы между соседними видами не существует: частотные интервалы соседних видов взаимно перекрываются.
При этом ультрафиолетовое УФ, инфракрасное ИК излучения и видимый свет ВС возникают при переходе электронов в атоме с более высокой орбиты на более низкую.
7. Статистические и термодинамические свойства макросистем
7.1. Основные понятия молекулярной физики
Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств микросистем: термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй - молекулярной физики.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Их поведение анализируется с помощью статистического метода, который основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном результате определяется свойствами частиц систем, особенностями их движения и усреднёнными значениями кинетических и динамических характеристик этих частиц.
Идеальный газ – это модель газа, в которой не учитывается взаимодействие молекул, а сами молекулы рассматриваются как материальные точки.
Идеальный газ характеризуется внешними и внутренними параметрами. К внешним параметрам относится: давление (р), температура (Т) и объём (V); к внутренним – среднеарифметическая <> и среднеквадратическая <> скорости, средняя энергия <>.
Взаимосвязь между внешними и внутренними параметрами газа описывается молекулярно-кинетической теорией. Например, между Т и <> имеет место следующее соотношение для поступательного движения: молекулы идеального газа:
где - постоянная Больцмана.
Уравнение состояния идеального газа – уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид:
где R=8,31Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная, М – молярная масса, m – масса газа. ,
где NA=6.02·1023 1/моль – постоянная Авогадро.
Для идеального газа массой m, содержащего N молекул, полная энергия движения молекул, называемая внутренней энергией газа: , гдеi – число степеней свободы молекулы.