
- •Лекция 1. «естествознание – наука о природе» (вводная лекция)
- •1. Предмет, цель, задачи и структура курса
- •1.1. Основная цель и задачи курса
- •1.2 Структура курса:
- •1.2.1. Структура теоретической части курса:
- •1.2.2. Структура практической части курса (практикума):
- •2. Формы движения и уровни организации материи
- •3.2. Ученые о науке
- •3.3. Научный метод познания
- •3.4. Научный метод познания
- •3.5. Метод построения теории
- •3.6. Общая схема аксиоматического метода:
- •3.7. Формальная логика
- •3.8. Набор методов и приемов формальной логики
- •3.9. Основные законы формальной логики:
- •3.10. Противоречия формальной логики
- •3.11. Теорема Гёделя
- •3.12. Диалектическая логика (диалектика, диалектический материализм)
- •3.13. Диалектика – основа современной науки
- •3.14. Классификация наук:
- •3.15. Иерархия наук
- •3.16. Развитие
- •4. История возникновения и развития естествознания
- •4.1. История естествознания
- •4.2. Естествознание хх века
- •5. Основная литература по курсу:
- •Лекция 2. Предмет и основные концепции механики:
- •1. Предмет и структура механики
- •2. Основные понятия, концепции и законы механики.
- •2.1. Основные понятия механики
- •2.2. Основные уравнения классической механики
- •2.3. Основные законы механики
- •3. Основные этапы развития механики
- •4. Нерешенные проблемы механики
- •4.1. Нерешенные проблемы физической механики
- •4.2. Нерешенные проблемы механики
- •Литература (минимум) лекция 2:
- •Лекция 3. Предмет и основные концепции физики:
- •Предмет и структура физики
- •1.1. Предмет физики
- •1.2. Структура физики
- •2. Основные этапы развития физики
- •3. Фундаментальные физические концепции
- •3.1. Классическая механика Ньютона
- •3.2. Механика сплошных сред
- •3.3. Термодинамика
- •3.4. Статистическая физика (механика)
- •3.5. Квантовая (волновая) механика
- •3.6. Уравнение Шрёдингера
- •3.7. Квантовая статистика
- •3.8. Электродинамика
- •3.9. Специальная теория относительности (сто)
- •3.10. Релятивистская механика
- •3.11. Общая теория относительности (ото)
- •3.12. Фундаментальные принципы физики
- •3.12.1. Принцип дополнительности Бора
- •3.12.2. Принцип неопределенности Гейзенберга
- •3.12.3. Принципы симметрии и законы сохранения
- •4 Нерешенные проблемы физики
- •Литература (минимум) лекция 3:
- •2. Важнейшие классы и номенклатура веществ
- •3. Химические и межмолекулярные силы
- •3.1. Химическая связь, ее природа и типы.
- •3.2. Водородная связь
- •3.3. Межмолекулярное взаимодействие
- •4. Агрегатные, фазовые и релаксационные состояния вещества
- •Химические реакции
- •6. Основные законы химии
- •6.1. Основные стехиометрические законы
- •6.2. Газовые законы химии
- •7. Периодическая система элементов д.И. Менделеева
- •7.1. Открытие периодической системы элементов
- •7.2. Периодическая система химических элементов (периодический закон)
- •7.3. Структура периодической системы
- •7.4. Периодичность свойств элементов
- •7.5. Диалектический характер Периодической системы
- •Литература (минимум) к лекции 4:
- •Лекция 5. Предмет и основные концепции биологии:
- •Предмет биологии
- •Биосфера.
- •1. Предмет биологии
- •2. История развития и основные концепции биологии
- •3. Биосфера
- •Литература (минимум) к лекции 5:
3. Фундаментальные физические концепции
Классическая механика Ньютона;
Механика сплошных сред;
Термодинамика;
Статистическая физика;
Электродинамика;
Специальная теория относительности;
Релятивистская механика;
Общая теория относительности;
Квантовая механика;
Квантовая статистика;
Квантовая теория поля.
3.1. Классическая механика Ньютона
Фундаментальное значение для всей науки имело введение Ньютоном понятия «состояние системы», первоначально сформулированное для простейшей механической системы – системы материальных точек. Во всех последующих физических системах это понятие являлось одним из ключевых. Состояние механической системы полностью определяется координатами и импульсами составляющих ее частиц (тел). Эти величины являются основными в механике. Они позволяют определить все другие механические характеристики, включая энергию. Если известны определяющие ускорения силы взаимодействия тел, то по начальным значениям координат и импульсов можно однозначно установить их значения в любой момент в будущем.
3.2. Механика сплошных сред
В механике сплошных сред конденсированные тела (газы, жидкости, кристаллы) рассматриваются как сплошные (непрерывные) среды. Их поведение однозначно описывается функциями координат (x,y,z) и времени t: плотностью ρ(x,y,z,t), давлением p(x,y,z,t) и скоростью v(x,y,z,t). Если известны их значения в начальный момент времени и граничные условия, то уравнения механики сплошных сред позволяют установить значения этих функций в любой момент в будущем. Полная система уравнений, описывающих механические процессы в газообразных, жидких и твердых телах, появилась после создания термодинамики.
3.3. Термодинамика
Термодинамика – наука о взаимопревращениях тепловой энергии. В основе термодинамики лежат являющиеся обобщением опытных данных принципы (постулаты), называемые «началами термодинамики»: общее начало (1-ый постулат) – изолированная термодинамическая система с течением времени приходит в состояние равновесия; нулевое начало (2-ой постулат) – положение о существовании температуры – интенсивного параметра, выражающего усредненную скорость движения частиц системы (мера средней кинетической энергии поступательного движения частиц); первое начало (3-ий постулат) – математическое выражение закона сохранения и превращения энергии - невозможен вечный двигатель 1-го рода; второе начало – (4-ый постулат), имеющее несколько эквивалентных формулировок (невозможен процесс, при котором теплота самопроизвольно переходит от менее нагретого тела к более нагретому; невозможен процесс, единственным следствием которого было бы превращение тепла в работу – невозможен вечный двигатель 2-го рода и др.); третье начало (5-ый постулат, принцип Нернста) – по мере приближения температуры к нулю энтропия системы перестает зависеть от термодинамических параметров и принимает одну и туже для всех систем постоянную величину, которую можно принять равной нулю.
Термодинамическая система характеризуется функциями состояния (определяются параметрами начального и конечного состояний системы и не зависят типа термодинамического процесса ееперехода от одного состояния к другому).
Важнейшими функциями состояния являются термодинамические потенциалы – функции, убыль которых в равновесном (обратимом) процессе, протекающем при неизменных значениях определенной пары термодинамических параметров (T, V, p, S) равна полной работе, произведенной системой, за вычетом работы против сил внешнего давления.
Выбор пар этих параметров можно осуществить 4-мя различными способами: (T и V) – свободная энергия, (T и p) – энергия Гиббса, (S и p) – энтальпия, (S и V) – внутренняя энергия.
Если известен какой-либо термодинамический потенциал, то можно определять все термодинамические свойства системы, в том числе получить ее уравнение состояния.