- •Список основных понятий (тезаурус) по дисциплине «Концепции современного естествознания»
- •Краткие предварительные пояснения
- •Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира
- •Тема: Развитие научных исследовательских программ и картин (история естествознания, тенденции развития)
- •Пространство, время, симметрия
- •Структурные уровни и системная организация материи
- •Порядок и беспорядок в природе
- •Панорама современного естествознания Тема: Космология (мегамир)
- •Биосфера и человек
- •Пояснительные материалы с списку основных понятий по дисциплине «Концепции современного естествознания».
- •1. Роль естествознания в развитии цивилизации.
- •2. Основные этапы и темпы развития естествознания.
- •3. Фундаментальные и прикладные проблемы естественных наук.
- •4. Естествознание и экономика.
- •5. Естествознание и математика.
- •6.А) Естественно-научные и религиозные знания. Б) Наука и псевдонаука
- •7. Естествознание и философия. Естествознание и нравственность.
- •8. Естественно-научное познание и научная истина.
- •9. Методы и приемы естественно-научных знаний.
- •11. Эмпирическое и теоретическое познание мира.
- •12. Наблюдение и эксперимент.
- •13. Обработка результатов экспериментальных измерений. Погрешности измерений.
- •14. Научные гипотезы и теории. Научное открытие и доказательство.
- •15. Основные понятия физики: материя, движение, пространство и время.
- •16. Виды материи.
- •17. Этапы развития физики.
- •18. Развитие представлений о механическом движении.
- •19. Принцип относительности для механического движения. Законы Кеплера, Галилея, Декарта, Ньютона.
- •20. Развитие представлений о пространстве и времени.
- •21. Принцип относительности. Основные выводы сто и ото.
- •22. Принцип причинности и лапласовский детерминизм.
- •23. Основная задача классической механики.
- •24. Границы применимости классической механики Ньютона, сто и ото.
- •25. Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени.
- •26. Развитие представлений о природе тепловых явлений и свойствах макросистем.
- •27. Термодинамические и статистические свойства макросистем.
- •28. Термодинамические законы.
- •29. Необратимость реальных процессов и концепция энтропии.
- •30. Энтропия и информация.
- •31. Основные положения молекулярно-кинетической теории.
- •32. Идеальный газ.
- •33. Межмолекулярные взаимодействия и агрегатные состояния вещества.
- •35. Электромагнитная концепция.
- •36. Сущность электромагнитной теории Максвелла.
- •38. Колебательные и волновые процессы.
- •39. Развитие представлений о природе света.
- •40. Корпускулярно-волновые свойства света.
- •41. Развитие представлений о строении атомов.
- •42. Модели атомов.
- •43. Корпускулярно-волновые свойства природных объектов.
- •44. Соотношение неопределенностей и принцип причинности.
- •45. Квантово-механическое описание и вероятностный характер микропроцессов.
- •46. Принцип дополнительности.
- •47. Принцип соответствия.
- •48. Тождественность микрочастиц. Принцип Паули.
- •49. Строение атомного ядра и свойства ядерных сил.
- •50. Ядерные процессы.
- •51. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
- •52. Элементарные частицы. Понятие о кварках.
- •53. Частицы и античастицы.
- •54. Развитие ядерной энергетики. Цепная реакция деления тяжелых ядер.
- •55. Термоядерный синтез.
- •56. Микро-, макро- и мегамир.
- •57. Фундаментальные взаимодействия в природе.
- •58. Деградация и самоорганизация как две тенденции развития природных и общественных систем.
- •59. Необходимые условия самоорганизации.
- •60. Этапы самоорганизации.
- •61. Основные понятия синергетики.
- •62. Хаос и порядок.
- •63. Закономерное и случайное.
- •64. Развитие представлений о космосе.
- •65. Структура и эволюция Вселенной.
- •66. Концепция Большого Взрыва.
- •67. Нестационарность Вселенной. Закон Хаббла.
- •68. Реликтовое излучение.
- •69. Первичный нуклеосинтез.
- •70. Эволюция галактик и звезд.
- •71. Синтез химических элементов в звездах.
- •72. Виды галактик и звезд.
- •75. Антропный принцип.
- •76. Образование и эволюция Солнечной системы.
- •77. Эволюция Земли.
- •79. Геоболочки Земли.
- •80. Развитие представлений о строении вещества.
- •81. Периодическая система Менделеева и принцип Паули. Строение электронных оболочек атомов.
- •82. Структура химических соединений. Развитие структурной химии.
- •82. Структура хим соед. Развитие структурной химии.
- •83. Распространенность химических элементов.
- •84. Разновидности химических процессов и закономерности их протекания.
- •85. Химические связи.
- •87. Химическое равновесие и методы его смещения.
- •88. Современный катализ. Биокатализ.
- •89. Основные классы химических соединений.
- •90. Комплексные соединения и их роль в природе и жизни человека.
- •92. Особенности биологического уровня организации материи.
- •94. Клеточная теория. Строение, состав и разновидности клеток.
- •95. Носители генетической информации. Днк и рнк.
- •96. Свойства генетического кода. Биосинтез белка.
- •97. Фотосинтез. Типы питания живых организмов.
- •98. Атф. Энергетический обмен в клетках.
- •99. Вирусы – неклеточные формы жизни. Предупреждение и лечение вирусных заболеваний.
- •100. Размножение живых организмов. Мутации.
- •101.0Сновные понятия генетики.
- •102.Наследственность и изменчивость.
- •103. Генетика человека и его геном.
- •104. Эволюционное учение Ламарка и сущность эволюционной теории
- •105. Роль мутаций, естественного отбора, миграции и изоляции особей, дрейфа генов и факторов окружающей среды в происхождении и эволюции видов
- •107.Управление биологическими процессами. Генные технологии.
- •109. Трансгенные живые организмы.
- •110. Клонирование и терапевтическое клонирование.
- •111. Современные представления о происхождении жизни на Земле
- •112. Эволюция биосферы
- •114. Формирование ноосферы.
- •115. Космическое и внутрипланетарное воздействие на биосферу.
- •116. Глобальные экологические проблемы.
- •117. Проблемы современной энергетики. Традиционные и нетрадиционные источники энергии. Топливная энергетика.
- •Список литературы по дисциплине «Концепции современного естествознания»
- •Официальный список рекомендованной учебной литературы. Основная
- •Дополнительная
31. Основные положения молекулярно-кинетической теории.
К концу XIX в. была создана последовательная теория, описывающая св-ва большой совокупности атомов и молекул – молекулярно-кинетическая теория, или статистическая механика. Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул, которое анализируется статистическим методом, основанным на том, что св-ва макросистемы в конечном результате определяются особенностями движения частиц и их усредненными кинетическими и динамическими характеристиками. Термодинамические и статистические методы описания св-в макросистем дополняют друг друга и широко используются при решении различных естественно-научных задач.
Основные положения молекулярно-кинетических представлений:
любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из большого числа весьма малых частиц – молекул
молекулы всякого в-ва находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления в движении
интенсивность движения молекул, определяемая их скоростью, зависит от температуры в-ва
Тепловые св-ва в-ва связаны с его внутренним строением. Исследование тепловых явлений можно использовать для выяснения общей картины строения в-ва.
Из основного ур-ния м.-к. теории вытекает важный вывод: средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа прямо пропорциональна его термодинамической температуре и зависит только от нее: E = 3/2* kT (k – постоянная Больцмана, T – температура). Из данной формулы следует, что при T=0 средняя кинетическая энергия равна нулю, т.е. при абсолютном нули прекращается поступательное движение молекул газа, а следовательно, его давление равно нулю. Термодинамическая температура – мера кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа, а приведенная формула раскрывает молекулярно-кинетическое толкование температуры.
32. Идеальный газ.
В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой:
собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, так как в условиях, близких к нормальным (например, кислород и гелий), а также при низких давлениях и высоких температурах они близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов, из которой следует уравнение Ван-дер-Ваальса, описывающее состояние реального газа. Идеальные газы подчиняются уравнению состояния Менделеева - Клапейрона: pV=(m/)RТ, где p — давление газа ; V — его объем; m — масса газа; — молярная масса; R — универсальная газовая постоянная.
33. Межмолекулярные взаимодействия и агрегатные состояния вещества.
При изучении свойств различных веществ наряду с внутримолекулярными взаимодействиями необходимо учитывать также взаимодействие между молекулами вещества. Агрегатное состояние вещества - это форма существования вещества, зависящая от расстояния между его частицами (молекулами, атомами, ионами) и взаимодействия между ними. В зависимости от условий (температуры, давления) вещества могут находиться в твердом, жидком или газообразном состояниях. Четвертым агрегатным состоянием вещества является плазма, которая представляет собой полностью или частично ионизированный газ. Изменение агрегатного состояния вещества, происходящее при изменении температуры и (или) давления, называется фазовым переходом. При мерами фазовых переходов являются: плавление (переход твердого вещества в жидкое состояние), кристаллизация (переход из жидкого состояния в твердое), сублимация (переход из твердого состояния в газообразное), испарение (переход из жидкости в газ), конденсация (переход из газа в жидкость или из газа в твердое состояние).
Газ - это состояние вещества, характеризующееся большим расстоянием (много большим размеров самих частиц) и очень слабым взаимодействием между частицами. Средняя кинетическая энергия движения частиц газа значительно больше их средней потенциальной энергии взаимодействия. Газы отличаются малой плотностью и высокой сжимаемостью. Они не сохраняют ни формы, ни объема и заполняют весь предоставленный им объем. Большинство газов - соединения с ковалентным типом связи в молекуле. Для описания состояния реального газа применяется уравнение Ван-дер-Ваальса: (р + a/V2)(V - b) = RT, где р - давление, V - объем, занимаемый одним молем газа, Т - абсолютная температура газа, R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К), а и b - постоянные для данного газа величины, определяемые экспериментально.
Если вещество находится в конденсированном состоянии - жидком или твердом - то расстояния между частицами малы, а силы взаимодействия между ними значительны. Они приводят к тому, что вещества в конденсированном состоянии имеют, в отличие от газов, постоянный при данной температуре объем.
Жидкость - это состояние вещества, характеризующееся малым расстоянием между молекулами и относительной их подвижностью. Жидкости малосжимаемы, но легко изменяют свою форму. Вещества в жидком состоянии характеризуются ковалентным типом связи в молекулах. В жидкостях средняя кинетическая энергия движения частиц примерно равна их средней потенциальной энергии взаимодействия. Жидкость обладает определенной структурой. Однако упорядоченность в расположении частиц жидкости наблюдается только на небольших участках. Непрерывное перемещение молекул жидкости приводит к сильно выраженной текучести.
Твердое вещество - это состояние вещества, характеризующееся сильным взаимодействием и малыми расстояниями между частицами, а также упорядоченной пространственной структурой. Частицы в твердом веществе находятся в фиксированных положениях, вблизи которых могут совершать небольшие колебательные движения. Большинство твердых веществ имеют кристаллическое строение. Расстояния между частицами кристаллического вещества приблизительно равны размерам самих частиц. Средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц больше их средней кинетической энергии движения. Движение частиц в кристалле ограничено, т.к. силы, действующие между частицами, удерживают их в узлах решетки кристалла. Это приводит к строго определенной ориентации частиц в кристалле. Поэтому кристаллические тела обладают формой, объемом, сопротивлением к сдвигу.
Регулярное расположение частиц в кристалле называется кристаллической решеткой. В зависимости от природы составляющих частиц кристаллические решетки могут быть ионными, атомными, молекулярными и металлическими. Атомные кристаллические решетки образованы нейтральными атомами, связанными друг с другом ковалентными связями. Веществ, обладающих атомной решеткой, сравнительно немного; к ним относятся, например, алмаз, кремний, соединения элементов с углеродом и кремнием - карбиды и силициды. Так как ковалентные связи отличаются большой прочностью, то вещества, имеющие атомные решетки, являются твердыми, тугоплавкими, малолетучими и практически нерастворимыми в воде. Для них характерны высокие температуры плавления и кипения. Алмаз, например, сублимирует, т.е. не плавится, а сразу переходит в газовую фазу при температурах выше 35000с. Ионные кристаллические решетки состоят из ионов противоположного знака, которые чередуются в узлах и связаны сильным ионным взаимодействием. Ионы могут быть простыми (Na+, СГ) и сложными (NH/, NОз-). Такие решетки характерны для солей и некоторых оксидов. Связи между ионами из-за сил кулоновского взаимодействия - прочные, поэтому ионным соединениям свойственны высокие температуры плавления и кипения, малая летучесть и достаточно большая твердость.
В молекулярных кристаллических решетках в узлах находятся молекулы. Кристаллы такого типа образуют большинство веществ с ковалентной связью. В металлических кристаллических решетках в узлах находятся ионы металлов, а внутри кристалла - свободно двигающиеся электроны. Поэтому металлическая связь является нелокализованной. Для металлов наиболее характерны три типа кристаллических решеток: кубическая объемноцентрированная (ее имеет железо Fe), кубическая гранецентрированная (характерна для меди Сu) и гексагональная (ее имеет магний Mg). Присутствие в металлических решетках свободных электронов обеспечивает ковкость металлов, их хорошую теплопроводность и электропроводность
Существуют твердые вещества, в которых отсутствуют кристаллические решетки. Например, стекло, смолы, твердый клей и некоторые другие. Такие твердые вещества называются аморфными. Различие между кристаллическим и аморфным веществом проявляется при их нагревании. Кристаллы плавятся при строго определенной температуре. Аморфные вещества при нагревании сначала размягчаются, затем растекаются и лишь при дальнейшем повышении температуры становятся жидкими. Кристаллическое состояние всегда более устойчиво, чем аморфное. Поэтому может происходить самопроизвольный переход из аморфного состояния в кристаллическое. Кристаллические и аморфные состояния различаются внутренним строением. Структура кристаллов характеризуется дальним порядком, т.е. упорядоченным расположением частиц во всем объеме кристалла. Структура аморфных тел характеризуется ближним порядком, Т.е. упорядоченным расположением частиц только на малых участках.
Четвертым агрегатным состоянием вещества принято считать плазму, которая представляет собой ионизированный квазинейтральный газ, образующийся при повышении температуры до тысяч и миллионов градусов. Плазма является смесью непрерывно перемещающихся атомов, электронов, положительных ионов и даже атомных ядер. Она обладает электронной и ионной проводимостью. В земных условиях плазма реализуется в молниях и северном сиянии, в электрической дуге, в светящихся неоновых и аргоновых лампах …В верхних слоях атмосферы, подверженных интенсивным воздействиям ионизирующих факторов ультрафиолетовых и космических лучей, находится ионосфера, представляющая собой слабо ионизированную плазму. Ионосфера отражает радиоволны, обеспечивая радиосвязь на больших расстояниях. Во Вселенной плазма - наиболее распространенное состояние вещества. В таком состоянии находятся звезды, туманности, межзвездное вещество и т.д. Огромным сгустком плазмы является Солнце.