Основные характеристики материи – энергия и масса. Их взаимосвязь

 
 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный аэрокосмический  университет

имени академика  М. Ф. Решетнева

Институт  машиноведения и инноватики

Кафедра управления качеством и сертификации 
 
 

Реферат

по концепции  современного естествознания

на тему: 
 

Основные  характеристики материи – энергия  и масса.

Их взаимосвязь. 
 
 
 

Выполнила:

Студентка гр. ОС-91 Лескова Юлия

Проверил:

С. н. с., к.х.н. Черняк Михаил Юрьевич 
 
 
 
 
 
 

Красноярск, 2010 г.

 

Содержание 
 

     Введение………………………………………………………………………….3

1. Естественнонаучное понимание энергии………………………………5
2. Понятие массы……………………………………………………………9
3. Взаимосвязь массы и энергии…………………………………………11

Заключение……………………………………………………………….….....12

Библиографический список…………………………………………………...13 
 
 

 

      

Введение 
 

        Слово «материя» многозначно.  В быту им пользуются для  обозначения той или иной ткани.  Иногда придают иронический смысл,  говоря о «высокой материи». Человека  окружает множество различных  вещей и процессов: животные  и растения, машины и инструменты, химические соединения, произведения искусства, явления природы и т.д. Современная астрономия сообщает, что видимая Вселенная насчитывает сотни тысяч звезд, звездных туманностей и других небесных тел. У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, следовательно, материя, как уже отмечалось выше, неисчерпаема.

        Из свойств материальных объектов  можно выделить всеобщие, универсальные,  называемые атрибутами. К всеобщим  атрибутам материи относятся:  связь, взаимодействие, движение, пространство и время, структурность, системная организация, вечность во времени, структурная и пространственная бесконечность, способность к саморазвитию, отражение, единство прерывности и непрерывности, о котором говорилось выше. Также, стоит отметить, что всякая материя имеет энергию и массу

                 Согласно современным представлениям энергия и масса – это общие количественные меры различных форм материи, или проще говоря, энергия и масса являются основными характеристиками материи. Также, понятия массы и энергии относятся к числу важнейших понятий физической науки. Они имеют вместе с тем и важное философское значение. Понятие массы, например, всегда служило для естественнонаучного обоснования материалистического мировоззрения. Понятие энергии, выработанное в период открытия закона сохранения и превращения энергии, явилось замечательным подтверждением и обоснованием диалектико-материалистической философии. В. И. Ленин называет закон сохранения и превращения энергии «установлением основных положений материализма».

 

 

1. Естественнонаучное понимание энергии

 
 

     Слово «энергия» в переводе с греческого означает действие, деятельность. Существуют качественно разные физические формы  движения материи, способные взаимно  превращаться. В середине XX в. было установлено  важное свойство материи: все ее формы движения превращаются друг в друга в строго определенных отношениях. Именно такое свойство и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

     Превращение энергии подчиняется фундаментальному закону сохранения, из которого следует невозможность создания вечного двигателя. В большинстве случаев полезная работа совершается только в результате определенных изменений состояния окружающих тел или систем (горения топлива и т. п.). Работоспособность тела, т. е. способность его совершать определенную работу при переходе из одного состояния в другое, определяется энергией. Различным формам физического движения соответствуют различные виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная и т. д. Однако способность движения материи к взаимным превращениям придает данным видам энергии условный характер. Движение – неотъемлемое свойство материи, поэтому все виды энергии всегда локализованы в определенных материальных объектах.

     Энергия характеризует способность материальных объектов совершать работу, а работа производится при действии на объект физической силы. Значит, работа – это энергия в действии. Движется автомобиль, скользят санки по склону горы, набегающая волна приподнимает плот и т. д. – все это примеры совершаемой работы, энергии в действии.

     Уровень развития современного общества во многом определяется производством и потреблением энергии. Благодаря потреблению  энергии движется транспорт, улетают  в космос ракеты, готовится пища, обогреваются жилища и приводятся в действие кондиционеры, освещаются улицы и т. д. Можно сказать: окружающий нас мир заполнен энергией, которая может быть использована для совершения различных видов работы. Энергией обладают люди и животные, камни и растения, ископаемое топливо и деревья, реки и озера, Мировой океан и т. п.

     Но  в последнее время как никогда, обсуждается вопрос: что ждет человечество – энергетический голод или энергетическое изобилие? На страницах газет и  журналов все чаще появляются статьи об энергетическом кризисе. Стремление обладать источником энергии (обычно нефти) приводит к возникновению войн. Газетными сенсациями стали сообщения о запуске новых энергетических установок и новые изобретения в области энергетики. Предлагаются гигантские энергетические программы, рассчитанные на привлечение огромных материальных ресурсов.

     Если  в конце XIX века самая распространенная сейчас энергия – электрическая  – играла вспомогательную и незначительную роль, то уже в 1930 г. во всем мире было произведено около 300 млрд. кВт. ч электроэнергии. Вполне реальны цифры, согласно которым в 2002 г. было произведено 30 тыс. млрд. кВт·ч! Гигантские цифры, небывалые темпы роста! И все равно энергии мало, потребности в ней растут быстро.

     Развитие  экономики, уровень материального благосостояния  людей находится в прямой зависимости от количества потребляемой энергии. Многие виды трудовой деятельности основаны на потреблении энергии. Для добычи руды, выплавки из нее металла, для строительства дома и т. д., нужна энергия. Потребности людей постоянно растут, потребителей энергии становится все больше – все это приводит к необходимости увеличения объемов производимой энергии.

     Природные энергоресурсы могут быть одним  из основных источников процветания  жизни. В качестве примера можно назвать нефть, добываемую в Арабских Эмиратах. Эту когда-то отсталую страну нефтяные энергоресурсы вывели на современный уровень развития. Построены большие города, по внешнему облику и инфраструктуре очень похожие на многие города такой развитой страны, как США. Проезжая, например, по городу Абу-Даби – столице Арабских Эмиратов, утопающей в ковровой зелени и многокрасочных цветах, – трудно поверить, что этот город, как и многие другие города Эмиратов, вырос на пустынной земле, сквозь песчаную толщу которой с большим трудом пробивается верблюжья колючка. Такие города – эдемские уголки Арабских Эмиратов – выросли очень быстро, за каких-то двадцать-тридцать лет. Было бы ошибочно думать, что только благодаря нефти – основному источнику энергии – можно преобразовать пустынную землю. Продуманное государственное управление вместе с хорошо отлаженной системой образования, включающей религиозное воспитание, играют при этом не менее важную роль в развитии Арабских Эмиратов.

     Из  фундаментального закона природы следует, что пригодную для потребления энергию можно получить из других форм энергии в результате их преобразования. Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт электроэнергии получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, т. е. при сжигании топлива или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях. Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Новые факторы – возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды – потребовали нового подхода к энергетике.

     В основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика  на невозобновляемых ресурсах. Однако структура ее изменится. Сократится потребление нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется разработка пока еще не тронутых гигантских запасов дешевого угля, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибастузском бассейнах. Будет широко применяться природный газ, запасы которого в нашей стране сравнительно велики.

     К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь небезграничны. В естественных условиях они формировались миллионы лет, а будут израсходованы за сотни  лет. Сегодня в мире стали всерьез  задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Лишь при экономном, рачительном потреблении природных ресурсов их может хватить на века. К сожалению, многие страны живут сегодняшним днем, добывая в большом количестве подаренные им природой богатства. Многие из таких стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь над тем, что через несколько десятков лет земные запасы иссякнут. Что же произойдет тогда – а это рано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? При этом следует иметь в виду, что и нефть, и газ потребляет не только энергетика, но и транспорт, и химическая промышленность. Ответ очевиден – поиск новых источников энергии. Ученые, инженеры еще с давних времен занимаются поиском новых, нетрадиционных источников, которые могли бы обеспечить человечество энергией. Возможны разные пути решения данной проблемы. Самый очевидный путь – использование вечных, возобновляемых источников энергии – энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, Солнца. Можно назвать еще один заманчивый путь – управляемый термоядерный синтез, над освоением которого усердно работают ученые многих стран. 

 

     

     2.Понятие массы 
 

     Масса (от греч. μάζα) — одна из важнейших, фундаментальных физических величин.

     Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала  «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес.

     Понятие массы было введено в физику Ньютоном, до этого естествоиспытатели оперировали с понятием веса. В труде «Математические начала натуральной философии» Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объём. Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин масса. Наконец, Ньютон вводит массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем — в закон тяготения, откуда сразу следует, что масса пропорциональна весу.

     Фактически  Ньютон использует только два понимания  массы: как меры инерции и источника  тяготения. Толкование её как меры «количества материи» — не более чем наглядная иллюстрация, и оно подверглось критике ещё в XIX веке как нефизическое и бессодержательное.

     Все физические процессы, какими бы они  ни были, так или иначе связаны  с «массой тела». Объекты «без массы» физика не рассматривает.

     Что же такое «масса тела»?

     Масса тела – это свойство, которое  отделяет «материальный» мир от  «нематериального». В отличие от пространства и времени, которые  обладают свойством субъективности и неопределенности, масса тела – объективный параметр.

     К понятию массы в физике мы все  давно привыкли, и обычно придаем этому понятию в физике слишком обобщающий смысл, которого, вообще говоря, в понятии массы изначально нет. Например, в различных книгах, статьях и других сообщениях часто можно встретить попытки определения (вычисления) массы  Солнечной Системы, Галактических систем и чуть ли не массу всей Вселенной. Между тем понятие массы является чисто земным понятием, отражающим наше «физическое мировосприятие» с позиций жителя Земли. И обобщение понятия массы мы не в состоянии получить даже в рамках самой Земли, не говоря уж о Солнечной Системе, или Вселенной.