- •Концепции современного естествознания
- •Введение
- •1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
- •1.1. Единство и взаимосвязь естественнонаучных и гуманитарных наук (культур)
- •1.2. Основные характерные черты естествознания
- •1.3. Структуры естественнонаучного познания
- •2. Этапы развития естественнонаучной картины мира
- •2.1. Картина мира античных философов
- •2.3. Современная картина мира
- •2.4. Иерархия материального мира
- •Расстояние млн св. Лет
- •Малое Облако (видимое с ребра)
- •3. Строение материи
- •3.1. Фундаментальные взаимодействия
- •3.2. Законы сохранения и превращения
- •3.3. Особенности микромира
- •3.3.1. Радиоактивность
- •3.3.2. Корпускулярно-волновой дуализм микромира
- •4. Процессы в веществе
- •4.1. Методы описания систем и процессов
- •4.1.1.Термодинамический метод описания систем и процессов
- •4.1.2. Первое начало термодинамики
- •4.1.3. Второе начало термодинамики
- •4.1.4. Статистическая природа второго начала термодинамики
- •4.2. Устойчивость, неустойчивость, бифуркация
- •5. Биологический уровень жизни
- •5.1. Основные понятия
- •5.2. Предмет биологии, ее структура и этапы развития. Критерий жизни
- •5.3. Структурные уровни живого
- •5.3.1. Молекулярно-генетический уровень
- •5.3.2. Клеточный уровень живого
- •5.3.3. Организменный уровень живых систем
- •5.3.4. Популяционно-видовой уровень
- •5.3.4. Биоценоз, биогеоценоз
- •6.3.6. Биосферный уровень. Ноосфера
- •5.4. Проблемы происхождения жизни
- •6. Науки о земле
- •6.1. Образование планет
- •6.1.1. Планеты земной группы
- •6.1.2. Планеты - гиганты
- •6.2. Строение Земли
- •6.3. Водная оболочка Земли (гидросфера)
- •6.4. Атмосфера
- •6.5. Климат Земли
- •Заключение
- •Библиографический список
3.2. Законы сохранения и превращения
Встречающиеся в природе различные виды материи могут превращаться друг в друга различными способами. Водород, соединяясь с кислородом, образует воду, протоны и нейтроны формируют ядра атомов, ядра вместе с электронами образуют атомы, электрон, аннигилируя с позитроном, превращается в кванты электромагнитного поля и т. д. Поэтому можно констатировать, что количество одного вида материи может уменьшаться или увеличиваться, однако это всегда связано с увеличением или уменьшением количества другого вида материи.
Экспериментально установлено, что в изолированной системе общее количество материи постоянно, при этом она из одной формы может переходить в другую. Другими словами, материя из ничего не создается и в ничто не превращается, она лишь из одной формы переходит в другую в строго определенных количествах. Это закон сохранения и превращения материи, являющийся фундаментальным законом природы.
Впервые закон сохранения и превращения материи был сформулирован и экспериментально доказан для частного случая закона сохранения массы при химических реакциях. В 17S6 г. М. В. Ломоносов, исследуя взаимодействие свинца с воздухом в запаянном сосуде, не обнаружил различие массы сосуда до и после реакции окисления. Дальнейшие исследовагам ученых А. Лавуазье (1774), X. Ландольта и Л. Этвеша (1909) подтвердили сохранение массы при химических реакциях в закрытых системах с очень высокой степенью точности (погрешность менее 10-6 %).
Стр. 35
Независимо от закона сохранения массы развивались представления о справедливости закона сохранения и превращения энергии, берущего начало с известной формулировки М. В. Ломоносова. Под энергией понимают общую количественную меру различных форм движения и взаимодействия материальных объектов. Различают следующие виды энергии:
• механическую (кинетическую) - энергию макроскопических тел;
• тепловую - энергию хаотического движения атомов и молекул;
• электрическую, преимущественно связанную с перемещением электронов между атомами и молекулами;
• магнитную - форму материального взаимодействия, возникающего между движущимися электрически заряженными частицами посредством магнитного поля. Строго говоря, магнитное и электрическое поле - это две неразрывные стороны единого электромагнитного поля. Только в случае статических полей можно говорить об их относительной самостоятельности;
• химическую, являющуюся следствием движения электронов в атомах или молекулах;
• потенциальную, обусловленную движением материи в виде физических полей (обменом между взаимодействующими частицами (квантами) соответствующего физического поля).
Все перечисленные выше виды энергии, характеризующие конкретные формы движения, способны переходить друг в друга. Итак, энергия не возникает из ничего и не уничтожается бесследно, она лишь может превращаться в другие виды энергии в строго эквивалентных отношениях.
Экспериментальной проверкой этого закона занимались многие ученые. Так, Г. Гесс (1840) исследовал тепловые эффекты химических реакций, Дж. Джоуль и Э. Ленц (1842)- преобразование электрической энергии в тепловую и т. д.
Обобщение двух частных законов - закона охранения массы и закона сохранения и превращения энергии - в единый фундаментальный закон сохранения и превращения материи произошло в начале XX в. и связано с революцией в физике. Этот период отмечен успехами в исследовании элементарных частиц, созданием квантовой механики и теории относительности.
Стр. 36
Согласно теории относительности Эйнштейна (1905-1916), масса любого тела при приближении скорости его движения V к скорости света с изменяется со скоростью как
где - масса покоя, и полная энергия движущегося тела равна Е = тс2 . Таким образом, масса материального объекта выступает в новом качестве, т. е. она является не только мерой инерции, но и мерой энергии. Становится понятной причина дефекта массы, обнаруженного у составных ядер атомов. Было установлено, что масса ядра не равна простой сумме масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Дефект массы обеспечивается энергией связи нуклонов в ядре. Таким образом, закон сохранения и превращения энергии здесь тоже выполняется.