Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

ign="justify">    Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы материальных точек остается постоянным, то есть не изменяется с течением времени.

    Закон сохранения момента импульса: момент замкнутой системы материальных точек остается постоянным, иными словами момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется с течением времени. Закон сохранения момента импульса определяет динамику галактик, планет и элементарных ядерных частиц.

    Примером  может служить вращение волчка; опытная фигуристка за счет перегруппировки собственной массы достигает больших скоростей вращения.

    6. Дайте формулировку  принципа неопределенности  Гейзенберга. Поясните, какое отношение он имеет к предсказуемости событий.

    Принцип неопределенности постулирует: невозможно с одинаковой точностью определить и положение и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянную Планка.

    Из  принципа неопределенности непосредственно  следует, что вполне возможно осуществить  эксперимент, с помощью которого можно с большой точностью  определить положение микрочастицы, но в таком случае ее импульс будет определен неточно. Наоборот, если импульс будет определен с возможной степенью точности, тогда ее положение станет известным недостаточно точно.

    Принцип неопределенности считается фундаментальным положением квантовой механики. Квантовая теория фундаментально отличается от классической тем, что ее предсказания имеют лишь вероятностный характер и потому она не обеспечивает точных предсказаний, какие существуют в классической механике.

    Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерения и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.

    7. В основе статистического  метода исследования  свойств макроскопических  систем лежит молекулярно – кинетическая теория. Сформулируйте основные положения этой теории.

    Три основные положения молекулярно-кинетической теории:

    1. вещество состоит из отдельных мельчайших частиц, называемых «молекулами»; молекула – это наименьшая электрически нейтральная частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами и могущая существовать самостоятельно;

    2. молекулы находятся в беспрестанном, хаотическом движении;

    3. молекулы взаимодействуют друг с другом.

    8. Какие системы называются открытыми? Какие системы называются неравновесными? Как ведет себя энтропия в открытых неравновесных системах?

    Термин  «открытая система» ввел Людвиг фон  Берталанфи (1901 – 1972 гг.). Открытые системы – это такие системы, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом или энергией. Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия, то она обладает максимальной энтропией и потому неспособна к какой-либо организации: в этом положении достигается максимум ее самодезорганизации. Если же система расположена вблизи или недалеко от точки равновесия, то со временем она приблизится к ней и в конце концов придет в состояние полной дезорганизации. Если упорядочивающим принципом для изолированных систем является эволюция в сторону увеличения их энтропии или усиления их беспорядка (принцип Больцмана), то фундаментальным принципом самоорганизации служит, напротив, возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Однако в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и в конце концов приводят к "расшатыванию" прежнего порядка и возникновению нового порядка. Этот процесс обычно характеризуют как принцип образования порядка через флуктуации. Поскольку флуктуации носят случайный характер (а именно: с них начинается возникновение нового порядка и структуры), то становится ясным, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов. В этом выводе находит свое конкретное подтверждение гениальная догадка античных философов Эпикура (341-270 до н. э.) и Лукреция Кара (99 - 45 до н. э.), требовавших допущения случайности для объяснения появления нового в развитии мира.

    В отличие от принципа отрицательной  обратной связи, на котором основывается управление и сохранение динамического  равновесия систем, возникновение самоорганизации опирается на диаметрально противоположный принцип - положительную обратную связь. Функционирование различных технических регуляторов и автоматов основывается на принципе отрицательной связи, т.е. получении обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами. Для понимания самоорганизации следует обратиться к принципу положительной обратной связи, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив, накапливаются и усиливаются, что и приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.

    Процессы  самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.

    Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством  взаимодействующих между собой  элементов и, следовательно, имеющих  некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления кооперативного (коллективного) поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.

    9. Шар массой в  1 кг двигается  со скоростью 1 м/с и сталкивается с неподвижным шаром массой 4 кг (удар центральный и абсолютно упругий). Какова кинетическая энергия первого шара после удара? Используйте законы сохранения импульса и механической энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    10. Найти силу электростатического притяжения между ядром атома водорода и электроном.

    Радиус  атома   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    11. При какой скорости  движения релятивистское  сокращение длины тела составит 1/4 часть длины тела. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Контрольная работа (часть «б»)

    1. Что называется  химической системой?

   Можно сказать что до открытия в 1869 г. периодической  системы химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834—1907) не существовало той объединяющей системы, с помощью  которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.

   Характер  любой химической системы, как известно, зависит не только от состава и  строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходилось заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия между элементами химических систем, тем не менее все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействия между их элементами.

   В качестве первичной химической системы  рассматривалась при этом молекула, и поэтому, когда речь заходила о  структуре веществ, то имелась в  виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества.

   Попытку раскрытия структуры молекул  и синтезирования новых веществ  предпринял известный немецкий химик  Фридрих Кекуле (1829—1896). Он стал связывать  структуру с понятием валентности  элемента, или числа единиц его  сродства. На этой основе и возникли те структурные формулы, которыми с определенными модификациями пользуются при изучении органической химии в школе. В этих формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это составляет важнейшую задачу химической науки.

   Эволюция  понятия химической системы осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или  элементов, а с другой — установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

   Важной  компонентой, характеризующей химические процессы, является их энергетика, представляющая собой потенциал взаимодействия элементов химической системы.

    2. Дать определение  адсорбции. Приведите  примеры.

    Адсорбцией  называют изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Адсорбция  происходит на любых межфазовых поверхностях, а адсорбироваться могут любые  вещества. Поглощаемое вещество, находящееся в газовой и жидкой фазе, называется адсорбтивом, а после перехода его в адсорбированное состояние – адсорбатом.

    В современной химической, газовой, нефтеперерабатывающей  промышленности адсорбционный метод  широко используется для глубокой очистки, осушки технологических потоков, улучшения качества сырья и продуктов. Адсорбционные методы находят широкое применение для обезвреживания отходящих газов, сточных вод, рекуперации из них компонентов с дальнейшим их превращением в ценные товарные продукты.

      3. Дать определение скорости химической реакции.

   Химические  реакции – одно из важнейших понятий  химии. Химическая термодинамика дает возможность предсказать, в каком  направлении может самопроизвольно  протекать та или иная химическая реакция, но одна химическая термодинамика не дает ответа на вопрос о том, как и с какой скоростью будет протекать реакция. Понятие о скорости химической реакции – одно из основных в химической кинетике.

   Что понимают под скоростью реакции? Kак ее можно измерить и изменить? Ответить на эти вопросы поможет наука, изучающая закономерности протекания реакций во времени, – химическая кинетика.

   Химическая  кинетика – это раздел химии, задача которого – объяснение качественных и количественных изменений химических процессов, происходящих во времени. Обычно эту общую задачу подразделяют на две, более конкретные:

   1) выявление механизма реакции  – установление элементарных  стадий процесса и последовательности  их протекания (качественные изменения);

   2) количественное описание химической реакции – установление строгих соотношений, которые позволяют рассчитывать изменения количеств исходных реагентов и продуктов по мере протекания реакции.

   Основным  понятием в химической кинетике является понятие о скорости реакции. Химические реакции протекают с различными скоростями. Некоторые полностью заканчиваются за малые доли секунды, другие осуществляются за минуты, часы, дни.

    Различают реакции, протекающие в гомогенной системе (гомогенные реакции) и реакции, протекающие в гетерогенной системе (гетерогенные реакции).

    Гомогенной  называется система, состоящая из одной  фазы, гетерогенной – система, состоящая из нескольких фаз.

    Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию  или образующегося при реакции  за единицу времени в единице объема системы.

    Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию  или образующегося при реакции  за единицу времени на единице  площади поверхности фазы.

    4. Как формулируется  закон Гесса?

    Тепловой  эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.