Концепции современного естествознания

Энтропия – (первоначально) – отклонение реальных процессов  от действительности -(сейчас) – мера Хаоса.

Клаузиус дает две характеристики любого вещества:

1) энергия

2) энтропия

Согласно первому  началу, энергия мира постоянна, а  согласно второму, энтропия мира стремится  к max. 
 

18. Тепловая смерть  вселенной.

Неизбежна Тепловая смерть вселенной – это процесс, при котором произойдет перераспределение  энергии и наступит состояние некоторого  термодинамического равновесия.

Одна из гипотез  Ранкина: считал, что вселенная окружена зеркальной оболочкой, которая фокусирует рассеиваемую энергию в некоторых центрах вселенной и таким образом восстанавливается начальное состояние вселенной.

Ученый Клаудиус показал, что никакая концентрация энергии не может обеспечить температуру  выше начальной. Тепловая смерть вселенной  – неизбежный процесс.

Пий XII утверждал, что второе начало термодинамики  указывает на божественное происхождение  мира.

А.Д. Сахаров (предложил  гипотезу пульсирующей вселенной): до существования современной вселенной  существовала антивселенная, где все  процессы протекали в обратном направлении.

Термодинамика позволяет рассмотреть общее  свойство систем и общие закономерности равновесия.

Законы термодинамики  применимы к любым системам.

Второе начало термодинамики указывает на наличие  фундаментальной асимметрии в мире, т.е. все процессы протекают в сторону увеличения энтропии. 
 

19. Сверхтекучесть и  сверхпроводимость.

Фазовые переходы решили проблему сжижения газов. В 1877 году был сжижен кислород: французский ученый Кальете сжал кислород до 300 атмосфер, охладил и резко расширил: выпали капли жидкого кислорода – эффект Джоуля-Томпсона. 

Был сжижен He при  температуре 4,2˚К, когда охладили до 1˚К, он стал проявлять уникальные свойства: в такой жидкости исчезла вязкость, такая жидкость может течь даже вверх.

В 1911 г. Свинцовый  проводник охладили до 7,2˚К, в результате в таком проводнике исчезло сопротивление: по проводнику можно передавать токи неограниченного размера.

Этот эффект является макроскопическим квантовым  эффектом и связан с новым состоянием вещества. Все атомы такого вещества ведут себя как единое целое, все  они находятся в наименьшем энергетическом состоянии и между ними невозможен теплообмен.

«Святая вода»  связана с этим же эффектом: все  молекулы взаимосвязаны и имеют  идеальное состояние. 
 

20. Основы равновесия.

Реальный мир  отличается от  законов классической механики. Многие процессы необратимы, например: связанные с трением, процессы теплообмена. Классические процессы не связаны с направлением времени.

Нулевое начало термодинамики: температура – есть условие равновесия между частями  тела.

Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии): каждая термодинамическая система обладает характеристической функцией энергии. dU=dQ+dW

Внутренняя энергия  тела – энергия теплового движения микрочастиц тела или энергия их взаимодействия.

Второе начало термодинамики(связывает энергию  и энтропию): система переходит  из начального энергетического состояния в конечное через последовательность состояний равновесия (возрастает S -> max).

Третье начало термодинамики (тепловая теория Нернста): при t-ре абсолютного нуля, энтропия стремится к нулю и не зависит от давления и агрегатного состояния вещества. 
 

21. Химические связи  и химические реакции.

В природе атом редко существует изолированно, т.к. атомы химически активны. Вещество, в котором объединены атомы различных элементов с помощью различных связей, называется соединением. Мельчайшая частица соединения, сохраняющая его свойства, называется молекулой.

Химическая связь  – результат взаимодействия между  атомами, выраженный в создании определенной конфигурации и отличающий один тип  молекул от другого.

Основные виды химических связей:

1) ионная

2) ковалентная

3) водородная

1 – атом отдает  другому один или несколько  электронов и каждый атом становится обладателем полного набора электронов (поваренная соль NaCl).

2 – при ней  происходит обобществление электронов  и они более длительное время находятся между атомами. Может существовать смещение ковалентного облака.

3 – ковалентная  связь атомов водорода с атомами  других элементов (вода H2O)

Валентность –  это свойство атомов соединяться с некоторым числом других атомов. Определяется по числу одновалентных атомов.

Виды химических реакций:

1) экзотермические  – реакции, протекающие с выделением тепла в окружающую среду. (реакции окисления углерода, горение органики). Выделяется  94.250 ккал.

Тепло выделилось -> энтропия вещества уменьшилась -> энтропия окружающей среды повысилась.

C+O2=>CO2↓+↑S=94.250 ккал.

Самая большая  энтропия у газа. У жидкости меньше, у твердых веществ еще меньше.

2) эндотермические  реакции протекают с поглощением  тепла из окружающей среды. (ацетилен - C2H2):

2C+H2=>C2H2↑-↓S=56000 ккал.

Скорость реакции  зависит от подводимой энергии и  ее концентрации в узкой области. 
 

22.Управление  химическими реакциями.

При разложении молекул, атомы соединяются с  другими атомами и образуют другие молекулы. Процесс образования новых химических соединений протекает за время 10 (в минус двенадцатой) сек.

1) управление  с помощью катализатора.

Катализатор –  вещество, которое изменяет скорость реакции, но не входит в состав конечного  продукта (хлорофилл).

Управление с  помощью ингибитора – вещество, замедляющее скорость химических реакций, но не входящее в состав конечного продукта (тетраэтил-свинец – яд, его добавляют в топливо, чтобы сгорало не мгновенно, а медленно)

2) управление  с помощью магнитного поля: многие  молекулы полярны, поэтому ориентация  в магнитном поле может ускорять  и замедлять химические реакции.  Любое магнитное поле изменяет  обменные процессы.

3) контроль за  ходом химических реакций с  помощью создания определенных средств (с помощью инертных газов).

4) концентрация  энергии в узком временном  и пространственном диапозоне  (с помощью лазера) 
 

23. Разнообразие живых  организмов.

Биология изучает  структуру и взаимодействие живых  организмов. Термин «экология» ввел Геккель в 1866 году, считал, что экология изучает взаимодействие живых организмов и их зависимость от окружающей среды.

Разные организационные  уровни:

1) биосфера –  область активной жизни, включает  нижнюю часть атмосферы, гидросферу  и верхнюю часть литосферы. Ввел Зюсс в 1875 году.

В. И. Вернадский выделяет в структуре биосферы следующие  элементы:

а) живое вещество

б) биокостное вещество (органическое вещество)

в) костное вещество (почва, солнечный свет)

2) популяционно-видовой:

Вид – живые  организмы, сходные по структуре, имеющие одинаковый генотип, одинаковое происхождение, способные к скрещиванию и дающие плодовитое потомство.

3) организменный:

Организм –  целостная система, способная  самостоятельному существованию. Много видов животных, которые ведут изолированный образ жизни.

4) клеточный:

Клетка –  самостоятельный уровень организации  живого (бактерия).

5) субклеточный (вирусы)

Подход, связанный  с качественными свойствами живого (качественный подход): все живое  обладает рядом специфических свойств (питание, дыхание, рост, размножение).

В процессе развития выделяют 2 явления:

Онтогенез –  индивидуальное развитие организма.

Филогенез –  историческое развитие вида.

Выделяют наследственность и изменчивость.

Витализм (вита – душа) – все живое имеет  сверхъестественную силу (душу). Душа весит от 20 до 40 г., 21г.  
 

24. Строение клетки.

Клетка –  завершенный элемент живой материи, может существовать самостоятельно. Впервые обнаружил клетку Гук  в 1655 году. С этого момента появляется цитология.

Специализация клеток достигается за счет усиленного развития отдельных ее свойств.

Стволовые клетки – клетки, не прошедшие специализацию.

Клетка состоит  из:

1) ядра – хранится  генетическая информация (включая формирование белковых структур).

2) мембраны –  обеспечивает стабильность клетки и обмен веществ.

3) митохондрий  – энергетические установки клеток.

4) аппарата Гольджи  – обеспечивает транспортировку белков.

5) рибосом –  обеспечивают синтез белков.

Один из основных элементов клетки – мембрана, имеет  сэндвич-структуру: два наружных слоя состоят из липидов (липос – жир), которые обладают водоотталкивающими свойствами. Средняя часть содержит фосфорную кислоту, которая растворима в воде, т.е. обладает гидрофильными свойствами. Состояние клетки отражает состояние мембраны, т.к. она обеспечивает питание клетки. Возбудимые мембраны возникают под действием химических/физических раздражителей и способны менять свою проницаемость обменных процессов.

Деление клетки протекает через деление ядра, где возникает процесс удвоения хромосом.

При митозе формируется  идентичная дочерняя клетка с полным набором хромосом.

Мейоз – процесс, протекающий с формированием  половых клеток, протекающий без  удвоения хромосом; полный набор хромосом достигается слиянием двух половых  клеток.

РНК получают генетическую информацию от тРНК, доставляют ее в рибосомы, где формируются соответствующие белки (происходит синтез белков).

Многоклеточны структуры управляются двумя  системами: нервной (нейронной) и гормональной: нейроны посылают дискретное сообщение  соответствующим клеткам мишени (сообщение – химическое вещество, названное нейромидеатором), клетки мишени воспринимают этот сигнал и происходит изменение в мембране и клетка стимулируется.

Гормональная  связь происходит через эндокринную  систему, которая выделяет в кровь необходимые гормоны, эти гормоны через кровь поступают ко всем клеткам тела, а каждая клетка тела распознает только свои гормоны. 
 

29. Гипотезы возникновения  живого.

Существует 5 основных гипотез возникновения живого:

1) креационизм  (с лат. сотворение) – Бог за 6 дней сотворил мир.

2) Жизнь возникла  самопроизвольно из неживого  вещества (зародилась в Китае,  Вавилоне, Египте)

Аристотель: активное начало содержится в оплодотворенном  яйце, солнечном свете, гниющем мясе.

Луи Пастер (1860 г.) показал, что бактерии существуют везде и взаимодействуют с неживым веществом, разработал метод пастеризации (убиваются все вредные бактерии: нагревание, но не до кипячения; у молока - 94˚с, самая высшая 97˚с)

3) Жизнь существовала  постоянно – противоречит эволюционному процессу, но указывает на неизменные, устойчивые процессы в природе.

4) Теория панспермий  (pan – весь, spermei – мужское начало) – во всей вселенной существуют особо активные центры, которые разносят активное начало по всему миру. Этой гипотезы придерживаются: Кельвин и Гельмгольц, а также Костычев, Берк, Лазарев. Для подтверждения используются наскальные рисунки: люди в скафандрах. Ученые считают, что клетка как структура возникла 3 млрд. лет назад, весь возраст Земли 6.4 млрд.

5) Жизнь является результатом биохимической эволюции – основная гипотеза возникновения Земли – гипотеза двух ученых Канта и Лапласа: все планеты возникли из межзвездочной пыли под действием сил гравитации. Первоначально считалось, что температура Земли 6000˚с, но по мере остывания в ней сформировалось ядро из тугоплавких металлов и поверх слой из углерода.