Закон сохранения и превращения энергии

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Российский государственный  профессионально – педагогический университет

Институт социологии и права

Кафедра права

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

ВАРИАНТ № 5

 

 

 

 

 

Исполнитель: студент  гр.  Вт –   332 УП

Батенев Алексей  Леонидович

                                                                      Руководитель:  __________________

_______________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2012

 

Содержание:

 

Введение…………………………………………………………………….3

1. Происхождение звезд и их эволюция. …………………………………4

2. Закон сохранения и  превращения энергии. …………………………...9

Заключение…………………………………………………………….….11

Список литературы……………………………………………………….12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Естествознание – это целая совокупность наук, которые изучают природу, ее законы. Таким образом, данный курс затрагивает одновременно математику, физику, химию, биологию, философию и т. д.

Все эти науки можно  классифицировать:

1) науки математические;

2) науки естественные;

3) науки технические;

4) науки гуманитарные.

Как же изучение этих различных  наук способствует нашему пониманию  естествознания? Очень просто рассмотрим это на примере ряда наук:

1) физика и химия– естественные науки, изучающие законы природы. Физика не занимается непосредственно изучением природы – ее задача заключается в том, чтобы что-либо подтвердить или, наоборот, опровергнуть;

2) физика и математика. Законы физики сформулированы (или же «написаны») на математическом языке. Чтобы это понять, достаточно вспомнить школьную программу;

3) «гибридные», или «синтезированные», науки. С течением веков и тысячелетий человечество пришло к пониманию того, что без смешивания (синтезирования) наук дальнейшее их развитие невозможно. Так появились физхимия, химфизика, биохимия, биофизика. Эйнштейн в своей теории относительности объединил механику и неэвклидову геометрию.

Для естествознания, как  и для философии в целом, большое  значение имеет такой критерий, как знание. В словаре русского языка Ожегова С. И. даются два определения понятия знания:

1) постижение действительности сознанием;

2) совокупность сведений, познаний в какой-нибудь области.

 

1. Происхождение звезд и их эволюция.

 

Звёздная эволюция в астрономии - последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло. За такие колоссальные промежутки времени звезда претерпевает значительные изменения.

Изучение звёздной эволюции невозможно наблюдением лишь за одной звездой - многие изменения в звёздах протекают слишком медленно, чтобы быть замеченными даже по прошествии многих веков. Выход из положения кроется в изучении множества звёзд, каждая из которой находится на определённой стадии жизненного цикла. За последние несколько десятилетий широкое распространение в астрофизике получило моделирование структуры звёзд с использованием вычислительной техники.

Диаграмма Герцшпрунга -- Рассела (варианты транслитерации: диаграмма Герцшпрунга -- Рассела, Расселла, или просто диаграмма Г-Р) показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Звёзды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки.

Была предложена в 1910 независимо Э. Герцшпрунгом (Голландия) и Г. Расселом (США). Диаграмма используется для классификации звёзд и соответствует современным представлениям о звёздной эволюции.

Диаграмма даёт возможность (хотя и не очень точно) найти абсолютную величину по спектральному классу. Особенно для спектральных классов O -- F. Для поздних классов это  осложняется необходимостью сделать  выбор между гигантом и карликом. Однако определённые различия в интенсивности  некоторых линий позволяют уверенно сделать этот выбор.

Около 90 % звёзд находятся  на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями  превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд - гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики.

К 1939 году было установлено, что источником звёздной энергии  является происходящий в недрах звёзд  термоядерный синтез. Большинство звёзд  излучают потому, что в их недрах четыре протона соединяются через  ряд промежуточных этапов в одну альфа-частицу. Это превращение может  идти двумя основными путями, называемыми  протон-протонным или p-p-циклом и углеродно-азотным или CN-циклом. В маломассивных звёздах энерговыделение в основном обеспечивается первым циклом, в тяжёлых -вторым. Запас ядерной энергии в звезде конечен и постоянно тратится на излучение. Процесс термоядерного синтеза, выделяющий энергию и изменяющий состав вещества звезды, в сочетании с гравитацией, стремящейся сжать звезду и тоже высвобождающей энергию, и излучением с поверхности, уносящим выделяемую энергию, являются основными движущими силами звёздной эволюции.

Эволюция звезды начинается в гигантском молекулярном облаке, также называемым звёздной колыбелью. Большая часть «пустого» пространства в галактике в действительности содержит от 0,1 до 1 молекулы на см?. Молекулярное облако же имеет плотность около миллиона молекул на см?. Масса такого облака превышает массу Солнца в 100 000 -10 000 000 раз благодаря своему размеру: от 50 до 300 световых лет в поперечнике.

По мере того, как молекулярное облако вращается вокруг какой-либо галактики, несколько факторов могут  вызвать гравитационный коллапс. К  примеру, облака могут столкнуться  друг с другом, или одно из них  может пройти через плотный рукав  спиральной галактики. Другим фактором может стать близлежащий взрыв  сверхновой звезды, ударная волна  которого столкнётся с молекулярным облаком на огромной скорости. Кроме  того, возможно столкновение галактик, способное вызвать всплеск звёздообразования, по мере того, как газовые облака в каждой из галактик сжимаются и возбуждаются в результате столкновения.

При коллапсе молекулярное облако разделяется на части, образуя  всё более и более мелкие сгустки. Фрагменты с массой меньше ~100 солнечных  масс способны сформировать звезду. В  таких формированиях газ нагревается  по мере сжатия, вызванного высвобождением гравитационной энергии, и облако становится протозвездой, трансформируясь во вращающийся  сферический объект.

Звёзды на начальной стадии своего существования, как правило, скрыты от взгляда внутри плотного облака пыли и газа. Часто силуэты  таких звёздообразующих коконов можно наблюдать на фоне яркого излучения окружающего газа. Такие образования получили название глобул Бока.

Некоторые протозвёзды с  массой менее 7% солнечной (массой менее  так называемого предела Кумара) не достигают температуры, достаточной для протекания термоядерных реакций CNO-цикла. Такие объекты получили название коричневых карликов. Они постепенно остывают и сжимаются, пока вещество в их недрах не достигнет вырожденного состояния.

В недрах более массивных  протозвёзд температура вследствие гравитационного сжатия достигает 10 миллионов кельвинов, делая возможным  синтез гелия из водорода. С началом  термоядерных реакций в звезде устанавливается  гидростатическое равновесие, удерживающее ядро от дальнейшего гравитационного  коллапса. Далее звезда может существовать в стабильном состоянии. Большую часть своей жизни и хода эволюции звезда находится на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела, которая показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды.

Источником звёздной энергии  и излучения является происходящий в недрах звёзд термоядерный синтез.

Звезда начинает свою жизнь  как холодное разрежённое облако межзвёздного газа, сжимающееся под  действием собственного тяготения.  При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура газового шара возрастает. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов кельвинов, начинаются термоядерные реакции и сжатие прекращается. В таком состоянии звезда пребывает бомльшую часть своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга -- Расселла, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.

В этот период структура  звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а температура поверхности  снижается -- звезда становится красным гигантом. На ветви гигантов звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности.  Далее эволюция звезды вновь зависит от ее массы.

Если ее масса меньше половины солнечной, то звезда превращается в  красного карлика и продолжает слабо  излучать в инфракрасном и микроволновом  спектрах.

При достижении звездой средней  величины (от 0,4 до 3,4 солнечных масс) фазы красного гиганта, её внешние слои продолжают расширяться, ядро сжиматься, и начинаются реакции синтеза  углерода из гелия, которые очень  чувствительны к температуре, и  поэтому нестабильны. Возникают  сильнейшие пульсации, от которых внешние  слои могут получить такое количество энергии, что смогут оторваться от звезды и превратиться в планетарную  туманность.

Вскоре после таких  пульсаций «загораются» углерод  и кислород, что вызывает сильную  перестройку звезды и её быстрое  перемещение по диаграмме Герцшпрунга - Рассела. Судьба центральной части звезды полностью зависит от её исходной массы: ядро звезды может закончить свою эволюцию как белый карлик (маломассивные звёзды), или в случае, если её масса на поздних стадиях эволюции превышает предел Чандрасекара - как нейтронная звезда (пульсар), если же масса превышает предел Оппенгеймера -- Волкова -- как чёрная дыра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Закон сохранения  и превращения энергии

 

 

 

В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного превращения. Изучение процесса превращения теплоты в  работу и обратно, установление механического  эквивалента теплоты сыграли  основную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии.  Все большее место в физических исследованиях занимали исследования взаимопревращения различных форм движения. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, изучение его моторного действия, процессов превращения теплоты в работу и т.д. - все это способствовало возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы. Энергия не возникает из ничего и не уничтожается, она лишь переходит из одного вида в другой - так гласит закон сохранения и превращения энергии.

Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали ученые, и нужен был один шаг, чтобы  эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 1840-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в  установлении закона сохранения и превращения  энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль - манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и физическими исследованиями.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

Закон сохранения энергии  и в настоящее время является важнейшим принципом физической науки. Новая форма действия этого  закона основана, в частности, на учете взаимосвязи массы и энергии (Е = mс2): закон сохранения массы применяется в современной физике совместно с законом сохранения энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Концепция современного естествознания является одной из самых распространенных наук. Она изучает почти все  области жизнедеятельности человека: от литературы до математики и философии. Концепция современного естествознания неразрывно связана с историей. Многие исторические личности, как, например, рассмотренные далее личности Петра  Первого и Наполеона Бонапарта, оказали сильнейшее воздействие  на восприятие мира человеком. С именами  таких людей связаны целые  эпохи.