Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

Передача тепла  излучением от нагретого тела к холодному  совершается согласно закону Стефана-Больцмана и пропорциональна разности четвертых степеней температуры кожи (одежды) и поверхности окружающих предметов. Этим путем в условиях «комфорта» раздетый человек отдает до 45% тепловой энергии, но для тепло одетого человека особой роли теплопотери излучением не играют.

 

Список используемой литературы

1. Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. Новосибирск: СибАГС, 2001.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

3. Дубнищева Т.Я. Концепции Современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2003.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Сравните клеточное  дыхание и фотосинтез. Укажите  сходство и различие в отношении исходных продуктов и выхода, в отношении потока энергии

 

Основными процессами, обеспечивающими клетку энергией, являются фотосинтез, хемосинтез, дыхание, брожение и гликолиз как этап дыхания. 
С кровью кислород проникает в клетку, вернее в особые клеточные структуры – митохондрии. Они есть во всех клетках, за исключением клеток бактерий, сине-зеленых водорослей и зрелых клеток крови (эритроцитов). В митохондриях кислород вступает в многоступенчатую реакцию с различными питательными веществами – белками, углеводами, жирами и др. Этот процесс называется клеточным дыханием. В результате выделяется химическая энергия, которую клетка запасает в особом веществе – аденозинтрифосфорной кислоте, или АТФ. Это универсальный накопитель энергии, которую организм тратит на рост, движение, поддержание своей жизнедеятельности.

Дыхание – это окислительный, с участием кислорода распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.

Фотосинтез – превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Фотосинтез происходит с участием поглощающих свет пигментов, прежде всего хлорофилла. Фотосинтез обеспечивает все земные организмы химической энергией.

Процесс фотосинтеза осуществляется в хлоропластах в два этапа. В гранах (тилакоидах) протекают реакции, вызываемые светом – световые, а в строме – реакции, не связанные со светом, – темновые, или реакции фиксации углерода.

Световые реакции.

1. Свет, попадая на молекулы хлорофилла, которые находятся в мембранах тилакоидов гран, приводит их в возбужденное состояние. В результате этого электроны е сходят со своих орбит и переносятся с помощью переносчиков за пределы мембраны тилакоида, где и накапливаются, создавая отрицательно заряженное электрическое поле.

2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны воды е, так как вода под действием света подвергается фоторазложению (фотолизу):

Гидроксилы ОН^-, став радикалами ОН, объединяются: 4ОН-->2H₂0+O₂, образуя воду и свободный кислород, который выделяется в атмосферу.

3. Протоны водорода H⁺ не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, образуя положительно заряженное электрическое поле, что приводит к увеличению разности потенциалов по обе стороны мембраны.

4. При достижении критической разности потенциалов протоны Н⁺ устремляются по протонному каналу в ферменте АТФ-синтетаза, встроенному в мембрану тилакоида, наружу. На выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии, которая идет на синтез АТФ (АДФ+Ф АТФ). Образовавшиеся молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода.

5. Протоны Н⁺, вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород Н, который идет на восстановление переносчика НАДФ+, 2e + H + HAДФ+ ---> HAДФ*H (переносчик с присоединенным водородом).

Таким образом, активированный световой энергией электрон хлорофилла используется для присоединения водорода к переносчику. HAДФ*H переходит в строму хлоропласта, где участвует в реакциях фиксации углерода.

Реакции фиксации углерода (темновые реакции). Осуществляются в строме хлоропласта, куда поступают АТФ, НАДФ-Н от тилакоидов гран и СО₃ из воздуха. Кроме того, там постоянно находятся пятиуглеродные соединения – пентозы C₅, которые образуются в цикле Кальвина (цикле фиксации СO₂). Этот цикл можно проследить на углероде как главном элементе углеводов.

1. К пентозе С₅ присоединяется СO₂. В результате чего появляется нестойкое шестиуглеродное соединение С₆, которое расщепляется на две трехуглеродные группы 2С₃ – триозы.

2. Каждая из триоз 2С₃ принимает по одной фосфатной группе от 2 АТФ, что обогащает молекулы энергией.

3. Каждая из триоз 2С₃ присоединяет по одному атому водорода от 2 НАДФ-Н.

4. После чего одни триозы объединяются, образуя углеводы 2С₃ --> С₆ --> С₆Н₁₂0₆ (глюкоза).

5. Другие триозы объединяются, образуя пентозы 5С₃ --> 3С₅, и вновь включаются в цикл фиксации СО₂. Суммарная реакция фотосинтеза:

Процесс фотосинтеза  является аккумулированием энергии  в клетке, а процесс клеточного дыхания – окисления образованной при фотосинтезе глюкозы является обратным к фотосинтезу выделением энергии. При окислении высвобождается энергия разрываемых химических связей в углеводородах.

 

Список используемой литературы

1. Айкхорн П.И. др. «Современная ботаника», 1999.

2. Артемов А. «Энциклопедия БИОЛОГИЯ», 1995.

3. Коган В.Л. и др. «Биология», 1984.

4. Медведева В. «Ботаника», 1980.

5. Питерман И. и др. «Интересная ли ботаника?», 1979.

6. Пенкин П. «Физиология растений», 1975.

7. Челобитько Г. и  др. «Ботаника», 1990.

 

 

4. Какие методы использовались для изучения строения ядра? Каков состав ядра? Какие силы удерживают частицы в ядре? Какие модели строения ядер вы знаете?

 

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд.

В 1932 году русский физик  Иваненко и немецкий физик Гейзенберг независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную модель ядра. Согласно этой модели все атомные ядра состоят из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы – нуклона. Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда.

Зарядом ядра называется величина Ze, где е – величина заряда протона, Z – порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева, равный числу протонов в ядре. В настоящее время известны ядра с Z от Z=1 до Z=107. Для всех ядер, кроме и некоторых других нейтронодефицитных ядер NіZ, где N – число нейтронов в ядре. Для легких ядер N/Z»1; для ядер химических элементов, расположенных в конце периодической системы, N/Z»1,6.

Число нуклонов в ядре A=N+Z называется массовым числом. Нуклонам (протону и нейтрону) приписывается массовое число, равное единице, электрону – нулевое значение А.

Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Z, называются изобарами. Ядро химического элемента X обозначается , где Х – символ химического элемента.

Всего известно около 300 устойчивых изотопов химических элементов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра м, может быть истолкована как пропорциональность объема ядра числу нуклонов в нем.

Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10¹⁷ кг/м³ и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

Ядерные частицы имеют  собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра Рmяд в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон mяд:

           (в СИ)                                  (в СГС).

Здесь е – абсолютная величина заряда электрона, m_p – масса протона, с – электродинамическая постоянная. Ядерный магнетон в раз меньше магнетона Бора, откуда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.

Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем  случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадрупольный электрический момент ядра Q. Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра.

Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в  ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных).

Ядерные силы являются короткодействующими  силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10^-15 м. Длина (1,5ј2,2)10^-15 м называется радиусом действия ядерных сил.

Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов - протонного или нуклонного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи в зеркальных ядрах. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов в другом. Например, ядра гелия тяжелого водорода трития – .

Ядерные силы обладают свойством  насыщения, которое проявляется  в том, что нуклон в ядре взаимодействует  лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Именно поэтому наблюдается линейная зависимость энергий связи ядер от их массовых чисел А. Практически полное насыщение ядерных сил достигается у a-частицы, которая является очень устойчивым образованием.

 

Список используемой литературы

1. Айзенбуд Л., Вигнер Е. Структура ядра. М., 1959.

2. Престон М. Физика ядра. М., 1964.

3. Кук Ш. Структура атомных ядер. М., 1967.

4. Лейн А. Теория ядра. М., 1967.

5. Федянин В.К. Электромагнитная структура ядер и нуклонов. М., 1967.

6. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М., 1980.

7. Робертсон Б. Современная физика в прикладных науках. М., 1985.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Какие модели развития  Вселенной вам известны? Сравните  их.

 

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая астрономией, – часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития (эту часть Вселенной называют Метагалактикой).

Во Вселенной нет  ничего единственного и неповторимого  в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в другом теле, другими явлениями.

Теоретическое моделирование имеет важное значение для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной. В 1922 г. А.А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянной, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполняемая материей не может находиться в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В.М. Слайдер обнаружил «красное смещение» спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя. В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление «красного смещения» наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких). И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду, более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект «красного смещения» был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось, никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света. А сверхзвезды и квадры – 0,85 скорости света. На галактики постоянно действует какая-то сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплотном состоянии. Затем произошел «взрыв», в результате которого и началось расширение. Чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м³, то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно смещается сжатием.