- •Тема 1. Лекция
- •1.1. Наука. Функции науки
- •1.2. Естествознание – комплекс наук о природе
- •1.3. Методы естественнонаучных исследований
- •Тема 2. Лекция
- •2.1. Материя и ее свойства
- •2.2. Фундаментальные взаимодействия
- •Характеристики фундаментальных взаимодействий
- •2.3. Тепловое излучение. Рождение квантовых представлений
- •2.4. Гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств частиц
- •2.5. Опыты Резерфорда. Модель атома Резерфорда
- •2.6. Теория Бора для атома водорода. Постулаты Бора
- •2.7. Атом водорода в квантовой механике
- •2.8. Многоэлектронный атом. Принцип Паули
- •2.9. Квантово-механическое обоснование Периодического закона д. И. Менделеева
- •2.10. Основные понятия ядерной физики
- •2.11. Радиоактивность
- •Тема 3. Лекция
- •3.1. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени. Законы движения
- •3.2. Законы сохранения
- •3.3. Принципы современной физики
- •3.4. Понятие о состоянии системы. Лапласовский детерминизм
- •3.5. Специальная теория относительности (сто)
- •3.6. Начала термодинамики. Представления об энтропии
- •Тема 4. Лекция
- •4.1. Химия как наука. Краткая историческая справка. Проблемы и перспективы современной химии
- •4.2. Химический элемент. Строение атома. Периодический закон
- •4.3. Химическое соединение, химическая связь
- •4.4. Химическая реакция, ее скорость, кинетика и катализ, биокатализаторы
- •4.5. Взаимосвязь химического строения и структуры неорганических и органических соединений
- •4.6. Эволюционная химия – отбор химических элементов во Вселенной
- •4.7. Концептуальные системы химических знаний
- •Тема 5. Лекция
- •Определения и терминология
- •Тема 6. Лекция
- •6.1. Общие представления о Вселенной
- •6.2. Галактики
- •6.3. Звезды
- •6.4. Солнечная система
- •Тема 7. Лекция
- •7.1. Форма и размеры Земли
- •7.2. Космические ритмы
- •7.3. Зональные комплексы
- •7.4. Комплексные природные зоны
- •7.5. Понятие о литосфере
- •7.6. Геологическое летосчисление
- •Геохронологическая шкала
- •7.7. Рельефообразующие процессы
- •Описание разрушений во время землетрясения и их соответствие баллам по шкалам Меркалли и Рихтера
- •7.8. Основные формы рельефа Земли
- •Классификация форм рельефа по их размерам
- •7.9. Минеральные ресурсы литосферы
- •Залежи полезных ископаемых в зависимости от строения и возврата участка земной коры и форм рельефа
- •7.10. Гидросфера
- •7.11. Атмосфера
- •7.12. Общие представления о географической оболочке
- •Тема 8. Лекция
- •8.1. Электромагнитные взаимодействия как определяющие химический и биологический уровень организации материи
- •8.2. Симметрия и асимметрия в природе
- •8.3. Самоорганизация природы (понятие синергетики)
- •8.4. Основные свойства самоорганизующихся систем Открытые системы
- •8.5. Представление о жизни в современном естествознании
- •8.6. Структурные уровни организации живой материи
- •Обзор царств организмов и некоторых важных подгрупп (по 3. Брему и и. Мейнке, 1999)
- •8.7. Гипотезы происхождения жизни
- •8.8. Физико-химические предпосылки для зарождения жизни на Земле
- •8.9. Теории эволюции органического мира Начальные этапы биологической эволюции
- •Возникновение и распространение организмов в истории Земли (по з. Брему и и. Мейнке, 1999 г.)
- •8.10. Основы генетики История возникновения генетики
- •Тема 9. Лекция
- •9.1. Биосфера, ее структура и функции
- •9.2. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы
- •9.3. Биосфера – экосистема планетарного масштаба
- •9.4. Принципы устройства биосферы
- •9.5. Превращение биосферы в ноосферу
- •Тема 10. Лекция
- •10.1. Происхождение человека
- •10.2. Сходство и отличие человека и животных
- •10.3. Стадии эволюции человека
- •10.4. Соотношение биологического и социального в человеке
- •10.5. Здоровье человека. Демографические проблемы
- •10.6. Работоспособность и творчество
- •Тема 11. Лекция
- •11.1. Задачи, методы экологии как науки
- •11.2. Среды жизни, экологические факторы
- •Сравнительная характеристика сред жизни и адаптации к ним живых организмов
- •11.3. Современные экологические проблемы
- •11.4. Загрязнение окружающей среды
- •11.5. Влияние неблагоприятных экологических факторов на состояние здоровья человека
- •11.6. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды
- •11.7. Экологическое образование
2.6. Теория Бора для атома водорода. Постулаты Бора
Датский физик Нильс Бор (1885–1962) в 1913 г. создал первую квантовую теорию атома, связав в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света.
В основу своей теории Бор положил три постулата, по поводу которых американский физик Л. Купер заметил: «Конечно, было несколько самонадеянно выдвигать предложения, противоречащие электродинамике Максвелла и механике Ньютона, но Бор был молод».
Первый постулат (постулат стационарных состояний): в атоме электроны могут двигаться только по определенным, так называемым разрешенным, или стационарным, круговым орбитам, на которых они, несмотря на наличие у них ускорения, не излучают электромагнитных волн (поэтому эти орбиты названы стационарными). Электрон на каждой стационарной орбите обладает определенной энергией En.
Второй постулат (правило частот): атом излучает или поглощает квант электромагнитной энергии при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую:
hv = E1 – E2,
где E1 и E2 – энергия электрона соответственно до и после перехода.
Будучи уверенным, что постоянная Планка должна играть основную роль в теории атома, Бор ввел третий постулат (правило квантования): на стационарных орбитах момент импульса электрона Ln= meυnrnкратен величине = h/(2π).
2.7. Атом водорода в квантовой механике
Уравнением движения микрочастицы в различных силовых полях является волновое уравнение Шредингера.
Уравнение Шредингера является дифференциальным уравнением второго порядка и имеет решение, которое указывает на то, что в атоме водорода полная энергия должна иметь дискретный характер.
Самый нижний уровень E соответствует минимальной возможной энергии. Этот уровень называют основным, все остальные – возбужденными.
Полное описание состояния электрона в атоме, помимо энергии, связано с четырьмя характеристиками, которые называются квантовыми числами. К ним относятся: главное квантовое число п, орбитальное квантовое число l,магнитное квантовое число m1, магнитное спиновое квантовое число ms.
Каждой микрочастице, в том числе и электрону, также свойственно собственное внутреннее сложное движение. Это движение может характеризоваться четвертым квантовым числом ms.
При движении электрона в атоме электрон заметно проявляет волновые свойства. Поэтому квантовая электроника вообще отказывается от классических представлений об электронных орбитах. Речь идет об определении вероятного места нахождения электрона на орбите, то есть местонахождение электрона может быть представлено условным «облаком». Электрон при своем движении как бы «размазан» по всему объему этого «облака». Квантовые числа n и l характеризуют размер и форму электронного «облака», а квантовое число ml– ориентацию этого «облака» в пространстве.
В 1925 г. американские физики Уленбек и Гаудсмит доказали, что электрон также обладает собственным моментом импульса (спином), хотя мы не считаем электрон сложной микрочастицей. Позднее выяснилось, что спином обладают протоны, нейтроны, фотоны и другие элементарные частицы
Опыты Штерна, Герлаха и других физиков привели к необходимости характеризовать электрон (и микрочастицы вообще) добавочной внутренней степенью свободы. Отсюда для полного описания состояния электрона в атоме необходимо задавать четыре квантовых числа: главное – п,орбитальное – l, магнитное – ml, магнитное спиновое число –ms.
В квантовой физике установлено, что так называемая симметрия или асимметрия волновых функций определяется спином частицы. В зависимости от характера симметрии частиц все элементарные частицы и построенные из них атомы и молекулы делятся на два класса. Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны) описываются асимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми—Дирака. Эти частицы называются фермионами. Частицы с целочисленным спином, в том числе и с нулевым, такие как фотон (Ls =1) или л-мезон (Ls = 0), описываются симметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Бозе– Эйнштейна. Эти частицы называются бозонами .Сложные частицы (например, атомные ядра), составленные из нечетного числа фермионов, также являются фермионами (суммарный спин – полуцелый), а составленные из четного – бозонами (суммарный спин – целочисленный).