Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

4. На фоне открытия  множественности форм реальности  обосновывалась необходимость теории множественности истин, их постоянная относительность и историчность.

 

Эйнштейновская революция

Период: рубеж XIX-XX веков.

Обусловленность:

- открытие сложной структуры атома,

- явление радиоактивности,

- дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.

Итог: была подорвана  важнейшая предпосылка механистической  картины мира – убежденность в  том, что с помощью простых  сил, действующих между неизменными  объектами, можно объяснить все  явления природы.

 

Радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся тел и их пространственно-временной метрикой. А. Эйнштейн (1879-1955), выдающийся американский ученый, физик-теоретик, сформулировал некоторые, основные свойства пространства и времени исходя из своей теории:

1) их объективность  и независимость от человеческого  сознания и сознания всех других разумных существ в мире. Их абсолютность они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования;

2)неразрывную связь  друг с другом и с движущейся  материей;

3)единство прерывности  и непрерывности в их структуре - наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве.

По существу относительность  восторжествовала и в квантовой  механике, т.к. ученые признали, что  нельзя:

1) найти объективную  истину безотносительно от измерительного прибора;

2) знать одновременно  и положение, и скорость частиц;

3) установить, имеем мы  в микромире дело с частицами  или с волнами. Это и есть  торжество относительности в  физике XX века.

Учитывая столь огромный вклад в современную науку и большое влияние на нее А. Эйнштейна, третью фундаментальную парадигму в истории науки и естествознания назвали эйнштейновской.

 

Накопление количества и изменение качества информации об окружающем мире, ее систематизация и классификация еще в рамках натурфилософии способствовали выделению природы, человека и общества как самостоятельных объектов познания и разделению ее единого поля на отдельные области. Этот процесс получил название дифференциации (лат. differentia - разность, разделение).

Познавательная сфера  современной науки включает около  пятнадцати тысяч научных дисциплин. В ее структуре четко выделяются три области:

- система знаний о  человеке, обществе и различных  видах и формах общественной  жизни - гуманитарные (франц. humanitaire от лат. humanitas). науки;

- система знаний о  технике и технологиях - технические  науки;

- система знаний о  природе – естествознание.

Развитие естествознания (XVII - конец XIX века) – связано с  формированием и систематическим  развитием экспериментально-теоретических исследований. Натурфилософское познание природы превратилось в современное естествознание, в систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения полученных результатов. В это время была получена основная масса достижений в изучении природы. Среди них – открытие законов классической механики, закона всемирного тяготения, периодического закона, разработка теории химического строения органических соединений, теории эволюции живых организмов.

Возникли и начали интенсивное развитие естественные науки: физика, химия, биология, география, геология. Накопление знаний требовало более детального изучения объектов, что вело к дифференциации соответствующих наук. Так, химия разделилась на органическую и неорганическую, затем появились физическая и аналитическая химия. В биологии были выделены ботаника, зоология, анатомия, физиология. При этом внимание ученых было обращено главным образом на исследование объектов природы в сравнении с исследованиями процессов. Так, в химии изучали главным образом элементный состав и строение молекул веществ, и только к концу XIX в. ведущее место стало занимать учение о химических реакциях. В этот период преобладал подход к рассмотрению природы как неизменной во времени, то есть вне эволюции, а ее разных сфер – вне связи друг с другом. Несмотря на то что естествознание постепенно проникалось идеями эволюционного развития, данный подход просуществовал в науке вплоть до середины XIX века.

 

Вопрос 2. 89. Что такое  термодинамика? Что такое энергия  и её основные виды? Основные понятия термодинамики (термодинамическая система, состояние системы, изолированные и неизолированные, закрытые и открытые системы). Термодинамические параметры, термодинамический процесс. Что лежит в основе термодинамики? Три начала термодинамики и их сущность. Что такое химическая термодинамика и что она изучает?

 

Термодинамика – наука  о закономерностях превращения  энергии.

В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы.

Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Это физический объект из очень большого числа частиц (атомов, молекул), которые совершают хаотические тепловые движения, вследствие чего главной характеристикой ее состояния является температура. Простейшей термодинамической системой является идеальный газ, между частицами которого нет сил взаимодействий. Важнейшим свойством рассматриваемых систем является самопроизвольный переход из различных неравновесных состояний — в определенное равновесное состояние (по причине действия внутренних процессов).

Термодинамические системы  могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы обмениваются с  окружающей средой и веществом, и  энергией. Примеры открытых систем - люди, животные, растения, водоемы и пр. Закрытые системы делятся на неизолированные и изолированные. Неизолированные системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией. Пример - герметично упакованные продукты (бутылки с газированной водой, пакеты с чипсами). Изолированные системы не обмениваются ни веществом, ни энергией. Такие системы в природе практически не встречаются, однако, к ним можно с небольшим допущением отнести термос и кабину космического корабля.

Состояние системы определяется термодинамическими параметрами. Они делятся на экстенсивные и интенсивные. Экстенсивные параметры зависят от количества вещества в системе - это масса m и объем V. Интенсивные параметры не зависят от количества вещества в системе. К ним относятся температура T, давление p, массовая доля компонента ω и некоторые другие величины.

Все тела находящиеся  за пределами границ рассматриваемой  системы называются окружающей средой.

Для описания термодинамической  системы вводят так называемые термодинамические величины -  набор физических величин, значения которых определяют термодинамическое состояние системы. Примерами термодинамических величин являются:

температура

давление

объем

внутренняя энергия

энтропия

энтальпия

свободная энергия Гельмгольца

энергия Гиббса

Если термодинамическое  состояние системы не меняется со временем, то говорят, что система находится в состоянии равновесия. Строго говоря, термодинамические величины, приведённые выше, могут быть определены только в состоянии термодинамического равновесия.

Поскольку одно и тоже тело, одно и тоже вещество при разных условиях может находится в разных состояниях, (пример: лед – вода –  пар , одно вещество при разной температуре) вводятся, для удобства, характеристики состояния вещества – так называемые параметры состояния:

P - давление - представляет собой силу, действующею по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности;

V – удельный объем - величина обратная плотности т.е. отношения объема занятого веществом к его массе.;

T - температура тел - определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами.

Если в термодинамической системе  меняется хотя бы один из параметров любого входящего в систему тела, то в  системе происходит термодинамический процесс.

Основные термодинамические параметры состояния давления, удельного объёма и температуры однородного тела зависят один от другого и взаимно связаны уравнением состояния: F (P, V, Т). Для идеального газа уравнение состояния записывается в виде:

P × V = R × T

где: R – газовая постоянная (у  каждого газа свое значение).

Если известно уравнение состояния, то для определения состояния  простейших систем достаточно знать  две независимые переменные изтрех Р = f1 (v, т); v = f2 (Р, Т); Т = f3 (v, Р)

Термодинамические процессы часто изображаются на графиках состояния, где по осям отложены параметры состояния. Точки, на плоскости такого графика, соответствуют определенному состоянию системы, линии на графике соответствуют термодинамическим процессам, переводящим систему из одного состояния в другое.

В основе термодинамики  лежат фундаментальные принципы (так называемые начала), описывающие  поведение энергии и энтропии при любых возможных процессах в системе.

Первое начало термодинамики. Существуют два принципиально различающихся способа изменения состояния системы: первый связан с работой системы по перемещению на макроскопические расстояния окружающих тел (или работой этих тел над системой); второй - с сообщением системе теплоты (или с отводом теплоты) при неизменном расположении окружающих тел. В общем случае переход системы из одного состояния в другое связан с сообщением системе некоторого количества теплоты и совершением системой работы над внешними телами. Как показывает опыт, при заданных начальном и конечном состояниях существенно зависят от пути перехода. Другими словами, эти величины являются характеристиками не отдельного состояния системы, а совершаемого ею процесса. Первое начало термодинамики утверждает, что если система совершает термодинамический цикл (то есть возвращается в конечном счёте в исходное состояние), то полное количество теплоты, сообщенное системе на протяжении цикла, равно совершенной ею работе.

Второе начало термодинамики. Запрещая вечный двигатель 1-го рода, первое начало термодинамики не исключает возможности создания такой машины непрерывного действия, которая была бы способна превращать в полезную работу практически всю подводимую к ней теплоту (так называемый вечный двигатель 2-го рода). Однако весь опыт по конструированию тепловых машин, имевшийся в начале 19 века, указывал на то, что КПД этих машин (отношение затраченной теплоты к полученной работе) всегда существенно меньше единицы: часть теплоты неизбежно рассеивается в окружающую среду. С. Карно первым показал (1824), что это обстоятельство имеет принципиальный характер, то есть любая тепловая машина должна содержать помимо нагревателя (источника теплоты) и рабочего тела, совершающего термодинамический цикл (например, пара), также и холодильник, имеющий температуру, обязательно более низкую, чем температура нагревателя. Второе начало термодинамики представляет собой обобщение вывода Карно на произвольные термодинамические процессы, протекающие в природе. Р. Клаузиус (1850) дал 2-му началу следующую формулировку: теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой. Независимо в несколько иной форме этот принцип высказал У. Томсон (Кельвин) в 1851: невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к поднятию некоторого груза (совершению механической работы) и соответствующему охлаждению теплового резервуара. Несмотря на качественный характер этого утверждения, оно приводит к далеко идущим количественным следствиям.

Третье начало термодинамики. Энтропия определяется согласно второму началу термодинамики дифференциальным соотношением, то есть определяется с точностью до постоянного слагаемого, которое хотя и не зависит от температуры, но могло бы быть различным для разных тел в состоянии равновесия. Соответствующие неопределённые слагаемые существуют и у термодинамических потенциалов. В. Нернст (1906) на основе своих электрохимических исследований пришёл к выводу, что эти слагаемые должны быть универсальными: они не зависят от давления, агрегатного состояния и других характеристик вещества. Этот новый, следующий из опыта принцип обычно называется третьим началом термодинамики или тепловой теоремой Нернста. М. Планк (1911) показал, что оно равносильно условию: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения к абсолютному нулю температуры, поскольку универсальную константу в энтропии можно положить равной нулю.

Химическая термодинамика - раздел физической химии, изучающий процессы взаимодействия веществ методами термодинамики.

Основными направлениями  химической термодинамики являются:

• Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще.
• Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции.
• Теория растворов, моделирующую термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии.

Химическая термодинамика  тесно соприкасается с такими разделами химии, как:

аналитическая химия;

электрохимия;

коллоидная химия;

адсорбция и хроматография.

Энергия (от греч. energeia - действие, деятельность) - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. Понятие энергия связывает воедино все явления природы.

В термодинамике рассматриваются  три основных вида энергии:

внутренняя энергия - общий запас энергии системы, включающий энергию движения молекул, вращения и колебания атомов в молекулах, энергию электронов и атомных ядер, не включающий, однако, кинетическую и потенциальную энергию;

теплота - форма передачи энергии от одного тела к другому при наличии между ними разности температур;

работа - форма передачи энергии от одного тела к другому при упорядоченном перемещении частиц вещества.