Естесственно научные основы инновационных технологий

28.1       Теории эволюции жизни.Синтетическая теория эволюции.

Центральное место в комплексе естественно-научных дисциплин, изучающих человека, занимает антропология — общее учение о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и вариациях физического' строения человека. Современная антропология рассматривает антропогенез — процесс происхождения человека — как продолжение биогенеза. Основными вопросами антропологии являются вопросы о месте и времени появления человека, основных этапах его эволюции, движущих силах и детерминирующих факторах развития, соотношении антропогенеза и социогенеза. По мере становления и развития антропологической науки на все эти вопросы пытались дать ответы пять основных концепций антропогенеза:

1)     креационистская концепция — человек сотворен Богом или мировым разумом;

2)     биологическая концепция — человек произошел от общих с обезьянами предков путем накопления биологических изменений;

3)     трудовая концепция — в появлении человека решающую роль сыграл труд, превративший обезьяноподобных предков в людей;

4)     мутационная концепция — приматы превратились в человека вследствие мутаций и иных аномалий в природе;

5)     космическая концепция — человек как потомок или творение инопланетян, в силу каких-то причин попавших на Землю.

Синтетическая теория эволюции — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.элементарной единицей эволюции считается локальная популяция; материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость; естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов; дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков; вид есть система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов, и каждый вид экологически обособлен; видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях географической изоляции. Таким образом, синтетическую теорию эволюции можно охарактеризовать как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически

28.2       Поведение веществ в магнитных полях.

Всякое вещество, помещенной в магнитное и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.Магнитиками называются все среды, способные намагничиваться в магнитном поле, т. е. сознавать собственное магнитное поле. По магнитным свойствам магнетики разделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.Для характеристики намагничивания вещества— вводится вектор интенсивности намагничения, пропорциональный векторной сумме магнитных моментов молекул, находящихся в единице объема:

I=mH                   I=Xm*H

где , m — магнитная восприимчивость вещества, H — напряженность магнитного поля. У диамагнетиков m < 0, у парамагнетиков m > 0. Внесение диамагнетиков в магнитное поле ослабляет его, внесение парамагнетиков усиливает магнитное поле. К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото, ртуть), кремний, фосфор и многие органические соединения. К парамагнетикам — газы (кислород, окись азота), платина, палладий, соли железа, кобальта и никеля и сами эти металлы.Ферромагнетизм заключается в способности вещества реже усиливать магнитное поле, добавляя к внешнему полю поле своих молекул за счет их ориентации по внешнему полю. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт и некоторые сплавы.Магнитная индукция В характеризует величину магнитного поля и связана с напряженностью Н выражением:

B=мью0*мью*H, мью=1+Xm

где 0— магнитная проницаемость вакуума,  — относительная магнитная проницаемость вещества.

В отличие от обычных парамагнетиков, незначительно усиливающих внешнее магнитное поле, ферромагнетики изменяют его в сотни и тысячи раз, что объясняется наличием у них молекулярных токов, которые, ориентируясь по нолю, усиливают его многократно.

Ферромагнетики широко используются в катушках индуктивности для увеличения значения индуктивности при малых габаритах, поскольку индуктивность

L=мью0*мью*((W^2*S)/l)

где S — сечение сердечника, l — длина магнитной силовой линии.

Ферромагнетики широко используются в трансформаторах, электромагнитах и обычных магнитах.Ферриты — это порошкообразные ферромагнетики, спрессованные совместно с диэлектрическим наполнителем в твердое состояние. Обладают пониженными потерями на вихревые токи и используются поэтому в высокочастотных индуктивностях. Явлением магнитострикции называется изменения формы и объема ферромагнетика при его намагничивании. Используется в ультразвуковых магнитострикционных вибраторах.

29.1 Основные теории антропогенеза

Центральное место в комплексе естественно-научных дисциплин, изучающих человека, занимает антропология — общее учение о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и вариациях физического' строения человека. Современная антропология рассматривает антропогенез — процесс происхождения человека — как продолжение биогенеза. Основными вопросами антропологии являются вопросы о месте и времени появления человека, основных этапах его эволюции, движущих силах и детерминирующих факторах развития, соотношении антропогенеза и со-циогенеза. По мере становления и развития антропологической науки на все эти вопросы пытались дать ответы пять основных концепций антропогенеза:

1)     креационистская концепция — человек сотворен Богом или мировым разумом;

2)     биологическая концепция — человек произошел от общих с обезьянами предков путем накопления биологических изменений;

3)     трудовая концепция — в появлении человека решающую роль сыграл труд, превративший обезьяноподобных предков в людей;

4)     мутационная концепция — приматы превратились в человека вследствие мутаций и иных аномалий в природе;

5)     космическая концепция — человек как потомок или творение инопланетян, в силу каких-то причин попавших на Землю.

29.2 Органические вещества и соединения естественного происх.

В процессе развития производства для различных систем и технических устройств требуются материалы с различными свойствами, работающими в разных внешних условиях и подвергающихся различным внешним воздействиям. В последние десятилетия широкое применение стали находить искусственные органические материалы, обладающие разнообразными свойствами, многие из которых можно задавать при их производстве, получая материалы с наперед заданными свойствами.

Органические вещества — это соединения углерода с другими веществами. Углерод образует соединения с большинством элементов и обладает наиболее выраженной способностью к образованию молекул цепного и циклического строения. Скелет таких молекул может состоять из практически неограниченного числа атомов углерода, непосредственно соединенных друг с другом и включать в себя и другие элементы. Для соединений углерода характерно явление изомерии, т. е. существование веществ, одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся последовательностью сцепления атомов или расположением их в пространстве и поэтому различных по физическим и химическим свойствам.Все органические вещества делятся на три класса:

ациклические — соединения с незамкнутыми цепями (метановые углеводороды — насыщенные углеводороды, ненасыщенные углеводороды — этилен, ацетилен и др.);

изоциклические, в молекулах которых имеются циклы из атомов углерода (циклопарафиновые или полиметиленового ряда, а также ароматические углеводороды);

гетероциклические, в молекулах которых имеются циклы, содержащие кроме углерода атомы О, N, S, Р, Аs и другие.

От каждого углеводорода образуется целый генетический ряд путем замены атома водорода иной функциональной группой.

Основным поставщиком органических веществ в природе являются растительный и животный мир. Растения усваивают из атмосферы углекислый газ и при помощи хлорофилла, содержащегося в листьях, и солнечной энергии образуют органические вещества, являющиеся строительным материалом для самих растений. Животные, поедая растения, накапливают органические вещества в своем теле, которые затем после гибели животных, переходят в почву, разлагаются, а затем также поглощаются растениями.В результате развития органической химии оказалось возможным создание широкого спектра искусственных органических веществ, которые нашли применение в технике, медицине, биологии. Так были созданы каучуки, необходимые в резиновой промышленности, синтетические волокна для техники и легкой промышленности, пластические массы, широко используемые в технике, красители, медикаменты, кинофотоматериалы, стимуляторы роста растений, средства борьбы с вредителями и многое другое.

Полимеры — это химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (моно мерных звеньев). Природными полимерами (биополимерами) являются белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы. Синтетическими полимерами искусственного происхождения являются всякого рода производные от углеводородов — полиэтилены, полипропилены, фенолоформальдегидные смолы и т. п.

Пластмассы (пластические массы) — это материалы, содержащие в своем составе полимер, который в период формирования изделий находится в вязко текущем или высокопластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формированию изделий, пластмассы делятся на реактопласты и термопласты. Реактопласты — это материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера — отвердением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязко текучее состояние. При формировании термопластов не происходит отверждения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязко текучее состояние.

Пластмассы обычно состоят из нескольких взаимно совмещающихся и не совмещающихся компонентов. При этом помимо полимера в состав пластмасс могут входить наполнители полимерных материалов, пластификаторы, понижающие температуру текучести и вязкость полимера, стабилизаторы полимера, замедляющие его старение, красители и пр.

30.1 Биосфера Земли

В состав биосферы Вернадский включал:

•     живое вещество;

•     биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (каменный уголь, нефть, газ и т.д.);

•     косное вещество, образованное в процессах без участия живого вещества;

•     вещества, создаваемые живыми организмами и косными процессами, и их динамическое равновесие;

•     вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада;

•     рассеянные атомы, выделяющиеся из земного вещества под влиянием космических излучений;

•     вещество космического происхождения, включающее отдельные атомы и молекулы, проникающие на Землю из космоса.

Разумеется, жизнь в биосфере распространена неравномерно, существуют так называемые сгущения и разрежения жизни. Наиболее густо населены нижние слои атмосферы (50 м от земной поверхности), освещенные слои гидросферы и верхние слои литосферы (почва). Также следует отметить, что тропические области заселены намного плотнее, чем пустыни или ледяные поля Арктики и Антарктики. Глубже в земную кору, в океан, а также выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Таким образом, эта тончайшая пленка жизни покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни. При этом нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками.

биосфера Земли насчитывает около 4 млрд. лет. Первыми организмами на Земле были анаэробные (бескислородные) организмы, которые погибли в ходе естественного отбора и борьбы за существование со вторичными организмами, выделявшими в больших количествах кислород. Таким образом, для первичных организмов создание кислородной атмосферы было катастрофой — глобальным экологическим кризисом, в ходе которого большинство этих организмов исчезло с лица Земли. В дальнейшей истории биосферы Земли постоянно вымирало большее или меньшее количество видов

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней. Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

30.2 Дефект массы и энергии связи в ядрах атомов.

Масс-спектроскопические измерения показывают, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его  нуклонов.  Разность  суммы  масс  нуклонов  и  массы  ядра  называется дефектом массы m.  Поскольку всякому изменению массы  соответствует изменение энергии, при образовании ядра выделяется энергия.  Из закона сохранения энергии следует и обратное:  для разделения ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое  выделяется  при  его  образовании.  Энергия,  которую  необходимо  затратить, чтобы   расщепить   ядро   на   отдельные   нуклоны,   называется энергией  связи  ядра   Е. Она   определяется   формулой E=mc2

Обычно рассматривают удельную энергию связи — среднюю энергию связи,  приходящуюся  на  один  нуклон.  Она  характеризует устойчивость (прочность)  атомных ядер  (чем  больше  удельная  энергия  связи,  тем  ус- тойчивее ядро) и зависит от массового числа А. Для легких ядер (А12) с увеличением  А удельная  энергия  связи  круто  возрастает  до  6 —  7  МэВ (1 МэВ  =  106   эВ),  претерпевая  ряд скачков,  затем  сравнительно  плавно увеличивается  до   максимального  значения   8,7   МэВ   для  элементов  с А = 50 — 60, а потом постепенно уменьшается; например, для изотопа тяжелого элемента урана-238 она составляет 7,6 МэВ  (для сравнения отметим, что энергия связи валентных электронов в атомах около  10 эВ (приблизительно в 106 раз меньше!). Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увеличивается энергия их кулоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами ослабевает,  и сами ядра становятся менее  прочными.