4 Нерешенные проблемы физики

Астрофизика: состояние материи при больших плотностях и давлениях внутри нейтронных звёзд и «чёрных дыр»; природа квазаров и радиогалактик; причины вспышек сверхновых звёзд; появление всплесков -излучения, эволюция вселенной и др.);

Физика элементарных частиц: существование кварков и глюонов; спектр масс элементарных частиц; непротиворечивая теория элементарных частиц; квантовая теория тяготения; объединяющая четыре фундаментальных взаимодействия теория (единая теория поля) и др.

Физика ядра: создания последовательной теории ядра, способной рассчитывать энергию связи нуклонов и уровни энергии ядра; создание управляемого термоядерного синтеза и др.

Физика плазмы: разработка эффективных методов нагрева плазмы до температур 10⁹ К и удержание ее в этом состоянии в течение времени, достаточном для протекания проблема термоядерной реакции и др.

Физика конденсированного состояния вещества: получение общего уравнения состояния вещества, охватывающего газообразное, жидкое и твердое состояния при различных типах межмолекулярных и химических (например, ионных) сил; нефонное механизмы сверхпроводимости; получение сверхнизких температур физика биологических полимеров; и др.

Квантовая электроника: повышение мощности и расширение диапазона длин волн лазерного луча с плавной перестройкой по частоте; создание рентгеновского и гамма-лазеров и др.

Опытно установлено, что гравитационная и инерциальная массы пропорциональны одна другой (принцип эквивалентности), хотя теоретически это ниоткуда не следует. Первоначально масса рассматривалась как мера количества вещества. Ранее (классическая физика) считалось, что масса тела не изменяется ни в каких процессах (закон сохранения массы). В теории относительности масса тела связана с его энергией E: , где c – скорость света, а m₀ – масса покоя тела. При образовании устойчивой связи между телами-частицами (например, химической связи между атомами) выделяется энергия , то масса образовавшейся системы будет меньше суммы масс исходных тел-частиц на величину («дефект массы»). Природа массы – еще не решенная задача науки (непонятно, почему масса элементарных частиц имеет дискретный спектр значений).

Литература (минимум) лекция 3:

1. Физика. В кн.: Физическая энциклопедия. Т. 3. / Гл. ред. А.М.Прохоров. Ред. кол. Д.М.Алексеев, А.М.Балдин, А.М.Бонч-Бруевич и др. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, с. 310-321.

2. Физика. В кн.: Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов. Энциклопедия, 1983, с. 812-817.

3. Карякин Н.И., Быстров К.Н., Киреев П.С. Краткий справочник по физике. Изд. 3-е, стереотип. – М.: Высшая школа, 1969, с. 123-598.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. Изд. 2-е, испр., М.: Наука. 1964, с. 131-847.

ЛЕКЦИЯ 4.

ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ХИМИИ

1. Предмет химии и основные химические понятия

2. Важнейшие классы и номенклатура веществ

3. Химические и межмолекулярные силы

4. Агрегатные, фазовые и релаксационные состояния вещества

5. Химические реакции

6. Основные химические законы

7. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

1. ПРЕДМЕТ ХИМИИ И

ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

Химия – наука, изучающая свойства и превращение веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения, точнее изменением природы, составляющих их частиц.

Химическая реакция – процесс превращения одних веществ в другие, одних частиц материи (атомы, молекулы и др.) в другие.

Уровни организации вещества: элементарные частицы, атомы, молекулы, конденсированное состояние – тела, в т. ч. микро-, макро-, мегаскопические и т.д., в т. ч. астероиды, планеты, звезды, галактики и т.д.

Молекулярная химия – изучает превращения веществ, связанные с изменением природы молекул, обусловленные переносом электронов между ними. Ядерная химия – изучает превращение веществ, связанные с изменением природы атомов, обусловленные переносом между ними частиц, входящих в их ядра (протонов и нейтронов).

Материя – объективная реальность, существующая независимо от сознания человека и данная ему в ощущениях. Она несотворима и неуничтожима. Ее основное свойство – движение. Материя существует в виде вещества и поля, их общая характеристика – энергия – количественная мера движения материи.

Вещество – вид материи, состоящий из частиц, имеющих массу покоя;

Поле – материальная среда, посредством которой осуществляется взаимодействие между частицами вещества или состоящими из этих частиц телами.

Уровни организации вещества можно разделить:

1. По критерию геометрических размеров:

мегауровень (вселенная, звездные скопления, звезды, планеты), макроуровень (планетное вещество, организмы), микроуровень (ткани, клетки, вирусы, макромолекулы), наноуровень (молекулы, атомы) и т.д.

2. По степени сложности: элементарные частицы (протоны, нейтроны, электроны, кварки и т.д.), атомы, молекулы, макромолекулы, конденсированное состояние вещества, клетки, организмы, популяции (микробов, животных, человеческое общество).

Теоретическую основу современной химии вещества составляет атомно-молекулярное учение.

Атом – наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами. До конца XIX века атом считали неделимым (греческое слово «atomos» – неделимый).

Молекула – состоящая из атомов и способная существовать самостоятельно наименьшая частица вещества, сохраняющая его свойства.

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра (составная часть веществ).

Химическая формула – символическая запись простейшего численного соотношения, в котором атомы различных элементов образуют химическое соединение. Массы атомов малы – от 1,67*10^-27 до 4,27*10^-25 кг. В химии пользуются не абсолютными, а безразмерными (относительными) массами химических элементов – отношением массы химического элемента к 1/12 массы изотопа углерода ¹²С, которая принята за атомную единицу массы (1,677*10^-27) – а.е.м. Относительная молекулярная масса вещества (масса молекулы, выраженная в а.е.м.) – отношение массы его молекулы к 1/12 массы атома изотопа ¹²С. Так как большинство неорганических веществ не состоят из молекул, то говорят о формульной массе.

Единицей измерения количества вещества (n) в Международной системе единиц (СИ) является моль.

Моль – количество вещества, содержащее столько структурных элементарных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько содержится в 0,012 кг изотопа ¹²С.

Постоянная Авогадро – число атомов N_A в 0,012 кг ¹²С.

Она равна числу структурных единиц в 1 моле любого вещества

Молярная масса – масса 1 моля вещества (отношение массы m вещества к его количеству n), кг/моль или е/моль

Ее численное значение совпадает с относительной молекулярной, атомной, формульной массой вещества.