- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Естествознание в мировой культуре
- •1.1. Естествознание как единая наука о природе
- •1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культура, их взаимосвязь
- •2. Структура и методы естественнонаучного познания
- •2.1. Методы научного познания
- •2.1.1. Системный метод
- •2.2. Структура научного познания
- •2.3. Логика и динамика развития естествознания
- •2.4. Естественнонаучная картина мира
- •3. Важнейшие этапы развития естествознания
- •3.1. Натурфилософский период
- •3.2. Период схоластики
- •3.3. Механистический период (XVI–XVIII вв.)
- •3.4. Стихийно-диалектический период
- •3.5. Период современного развития естествознания
- •4. Структурные уровни организации материи
- •4.1. Типы материальных систем
- •Окружающий мир
- •4.2. Микромир: концепции современной физики
- •4.3. Фундаментальные взаимодействия в природе
- •4.4. Мегамир – современные концепции
- •4.5. Эволюция и строение галактик
- •4.6. Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля
- •5. Законы сохранения и принципы симметрии
- •5.1. Законы сохранения
- •5.2. Принципы симметрии физических законов
- •6. Пространство и время в современной научной картине мира
- •6.1. Развитие взглядов на пространство и время
- •6.2. Специальная теория относительности
- •6.3. Общая теория относительности
- •6.4. Свойства пространства и времени
- •7. Современные концепции химии
- •7.1. Предмет познания химической науки
- •7.2. Система химии, логика ее построения
- •7.3. Проблемы и перспективы химии
- •7.3.1. Проблемы и решения на уровне учения о составе
- •7.3.2. Проблемы и решения на уровне структурной химии
- •7.3.3. Проблемы и решения на уровне учения о химических процессах
- •7.3.4. Эволюционная химия – высшая степень развития химических знаний
- •8. Особенности биологического уровня организации материи
- •8.1. Сущность живого, его основные признаки
- •8.2. Концепция возникновения живого
- •8.3. Химический состав и значение клетки
- •8.4. Структурные уровни живого
- •8.5. Эволюция живой природы
- •8.6. Генетика в биологическом знании и культуре общества
- •9. Человек как предмет естественнонаучного познания
- •9.1. Сходства и отличия человека и животных
- •Место человека в структуре живого
- •9.2. Эмоции и творчество
- •9.3. Здоровье и работоспособность
- •10. Концепции самоорганизации
- •10.1. Порядок и беспорядок в природе
- •10.2. Синергетика
- •10.3. Неравновесная термодинамика
- •10.4. Самоорганизация в природе
- •11. Экология и учение о биосфере
- •11.1. Эволюция представлений о биосфере
- •11.2. Состав биосферы
- •11.3. Структурные единицы биосферы
- •11.4. Закономерности развития экосистем
- •11.5. Концепции ноосферы и устойчивого развития
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Практические занятия
- •1. Естествознание в мировой культуре План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •2. Научный метод и процесс познания План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •Темы докладов и рефератов
- •Темы докладов и рефератов
- •5. Фундаментальные взаимодействия и законы План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •6. Мегамир – современные концепции План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. Пространство и время в современной научной картине мира План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •8. Современные концепции химии План занятий
- •Контрольные вопросы и задания
- •9. Эволюционная химия – высшая ступень развития химических знаний План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •Темы докладов и рефератов
- •11. Человек как предмет естествознания План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •12. Самоорганизация в природе План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •13. Учение о биосфере План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •14. Современное естествознание и будущее науки План занятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Темы докладов и рефератов
- •Приложение 2
- •Алфавитно-именной указатель
- •Аль-Хорезми Мухаммед бен Муса (787–ок. 850 гг.) 19
- •Аристотель (384–322 до н.Э.) 18, 19, 87
- •Вант-Гофф Якоб Хенрик (1852–1911) 51
- •Ньютон Исаак (1643–1727) 14, 20, 21, 40, 41
- •Цицерон Марк Тулий (106– 43 до н.Э.) 9
- •Алфавитно-предметный указатель
- •ШтабноваВалентина Леонидовна концепции современного естествознания
- •644099, Г. Омск, ул. Красногвардейская, 9 к оглавлению
5. Законы сохранения и принципы симметрии
5.1. Законы сохранения
Фундаментальные законы справедливы для всего естествознания: замкнутых и незамкнутых систем, макроскопических и мик-роскопических, классических и квантовых явлений. Они выделяются среди всех законов своей всеобщностью. Сформулированы они как обобщение опыта. Гораздо позже пришло понимание глубокой взаимосвязи этих законов.
Все виды материи, которые встречаются в природе, могут превращаться друг в друга различными способами. Например, из водорода и кислорода образуется вода, протон и нейтрон превращаются в ядро атома, ядро с электроном образуют атом и т. д.
К оглавлению
В результате количество одного вида материи может увеличиваться или уменьшаться, но это всегда связано с соответствующим увеличением или уменьшением количества материи другого вида. При этом общее количество материи не изменяется.
Экспериментально установлено, что в изолированной системе общее количество материи постоянно, при этом она из одной формы материи может переходить в другую.
Отсюда следует закон сохранения и превращения материи:Материя из ничего не создается и ни во что не превращается.
Первоначально закон сохранения и превращения материи был экспериментально доказан для частного случая закона сохранения массы при химических превращениях Ломоносовым в 1756 г. и Лавуазье в 1774 г. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
Независимо был открыт закон сохранения и превращения энергии (М. В. Ломоносов, 1760 г.) и подтвержден экспериментально Ю. Майером (в 1842 г.).
Энергия замкнутых систем остается постоянной при всех происходящих в ней процессах и превращениях.
Под энергией понимают общую количественную меру различных форм движения материальных объектов. В соответствии с различными формами физического движения выделяют различные виды энергии: механическую, тепловую, химическую, электромагнитную, гравитационную, ядерную и другие.
До начала XX в. законы сохранения массы и энергии рассматривались независимо друг от друга. Предполагалось, что между веществом и энергией существует различие: вещество обладает массой, а энергия – нет.
В 1905 г. А. Эйнштейн показал, что энергия также обладает массой. Он установил закон эквивалентности массы и энергии.
Полная энергия системы (Е) равна E = m·c2, где m – масса системы, с – скорость света в вакууме.
Закон эквивалентности и массы и энергии подтвержден экспериментально. Он широко используется для расчета энергетических эффектов при ядерных реакциях и превращениях элементарных частиц.
Таким образом, каждое химическое уравнение символизирует собой законы сохранения массы и энергии, которые можно объединить в уточненной формулировке: Суммарные масса и энергия объектов, вступивших в реакцию, всегда равны суммарной массе и энергии продуктов реакции.
К оглавлению
Закон сохранения импульса (количества движения): в замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел.
Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета.
Закон сохранения момента импульса: для изолированной системы момент импульса остается постоянным.
Момент импульса – это векторная мера механического движения тела или системы тел относительно какого-нибудь центра. Этот закон хорошо обоснован: неизвестны никакие исключения из него или факты, противоречащие ему.
Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе, в которую не входят извне электрические заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной.
Нигде и никогда в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление (исчезновение) положительного электрического заряда всегда сопровождается появлением (исчезновением) равного по абсолютному значению отрицательного электрического заряда.