Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

 

 

 

 

	Содержание
1.	Каким образом определить размеры Земли, расстояние до Луны, Солнца, ближайших звезд и галактик?	3
	Список использованной литературы	6
2.	Поясните понятие температуры  и теплоты. Можно ли передать некоторое количество теплоты телу, не повышая его температуры? Какие шкалы вам известны и как они соотносятся?	7
	Список использованной литературы	10
3.	Сравните клеточное  дыхание и фотосинтез. Укажите  сходство и различие в отношении исходных продуктов и выхода, в отношении потока энергии	11
	Список использованной литературы	13
4.	Какие методы использовались для изучения строения ядра? Каков состав ядра? Какие силы удерживают частицы в ядре? Какие модели строения ядер вы знаете?	14
	Список использованной литературы	16
5.	Какие модели развития Вселенной вам известны? Сравните их.	17
	Список использованной литературы	22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Каким образом определить  размеры Земли, расстояние до  Луны, Солнца, ближайших звезд и  галактик?

 

Не все знают, что  о форме и размерах Земли люди имели достаточно реальные представления еще до начала нашей эры. Так, древнегреческий философ Аристотель¹ полагал, что Земля имеет шарообразную форму, а в качестве доказательства приводил округлость формы земной тени во время лунных затмений, поскольку только шар при освещении с любой стороны всегда дает круглую тень.

Когда было доказано, что  Земля – шар, особое значение приобрел вопрос о ее величине. Установить размеры  плоской конечной Земли было бы очень  трудно для этого потребовалось  бы непосредственно измерить ее длину и ширину. Но на шарообразной Земле можно наблюдать явления, масштабы которых находятся в прямой зависимости от ее величины.

Например, если бы размеры  земного шара были колоссальны, то признаки его шарообразности были бы почти неуловимо малы. Вид звездного неба при передвижении на несколько сотен километров на север или на юг практически не изменялся бы; корабли успевали бы исчезнуть из виду прежде, чем скрылся бы за горизонтом их корпус; граница земной тени на Луне казалась бы прямой линией – настолько мала была бы ее кривизна.

Следовательно, раз признаки шарообразности Земли легко заметить, это означает не только то, что Земля  – шар, но и то, что размеры  ее не очень велики; ее можно назвать большой, но не колоссальной.

Если окружность шара известна, то известен и его диаметр, так как диаметр любой окружности равен ее длине, деленной на число π, равное примерно 3,14. И Эратосфен² пришел к выводу, что окружность Земли составляет примерно 40 000 км, а ее диаметр равен приблизительно 12 800 км.

Более поздние измерения дали для окружности Земли по экватору цифру 40 075,7 км. Величина диаметра Земли в разных направлениях несколько различается, так как Земля – не совсем правильный шар, но его средняя длина составляет 12 742,44 км. Площадь поверхности Земли равна 510 083 000 кв. км.

Луна – спутник Земли. Это единственное крупное небесное тело, которое обращается вокруг Земли.

Луна гораздо ближе  к Земле, чем другие небесные тела. Расстояние до Луны измерили точно, воспользовавшись тем же способом, каким на Земле измеряют расстояние до видимых предметов, к которым нельзя подойти.

Луна движется вокруг Земли не по окружности, а по эллипсу, поэтому ее расстояние от Земли не остается постоянным. В среднем оно  составляет 384 400 км.

Зная расстояние до Луны, ученые вычислили ее действительные размеры. Диаметр Луны составляет 3476 км, т.е. немногим более четверти диаметра Земли. Площадь Луны несколько меньше территории Азии. По объему Луна почти в 50 раз меньше Земли.

Солнце – центральное тело Солнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; Солнце – ближайшая к Земле звезда. Масса Солнца – 1,990·1030 кг (в 332 958 раз больше массы Земли). В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Солнечный параллакс (угол, под которым из центра Солнца виден экваториальный радиус Земли, находящейся на среднем расстоянии от Солнца, равен 8",794 (4,263·10-5 рад). Расстояние от Земли до Солнца меняется от 1,4710·1011 м (январь) до 1,5210·1011 м (июль), составляя в среднем 1,4960·1011 м (астрономическая единица). Средний угловой диаметр Солнца составляет 1919",26 (9,305·10-3 рад), чему соответствует линейный диаметр Солнца 1,392·109 м (в 109 раз больше диаметра экватора Земли). Средняя плотность Солнца 1,41·103 кг/м³. Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца составляет 273,98 м/сек². Параболическая скорость на поверхности Солнца (вторая космическая скорость) 6,18·105 м/сек. Эффективная температура поверхности Солнца, определяемая, согласно закону излучения Стефана-Больцмана, по полному излучению Солнца, равна 5770 К.

Впервые в истории  астрономии российский астроном Василий  Яковлевич Струве измерил расстояние до звезды. Он много раз измерял положение звезды Веги и пришел к выводу, что Вега за полгода смещается на угол около дуги. Под столь малым углом с Веги должен быть виден диаметр земной орбиты, то есть двойное расстояние от Земли до Солнца, а само это расстояние видно под углом 1/8 секунды дуги.

Круг делится на 360 градусов по 60 угловых минут в  каждом градусе, а каждая минута на 60 секунд, значит в круге 1 296 000 угловых секунд. Если радиус земной орбиты с Веги виден под углом 1/8 доли секунды, или около 1/10000000 доли окружности (астрономы называют это число параллаксом данной звезды), значит, расстояние до этой звезды составляет почти 250 триллионов километров. Такие числа употреблять неудобно, поэтому для выражения больших расстояний астрономы применяют более крупные единицы - световой год. Так обозначается расстояние, которое луч света проходит за один год со скоростью 300 000 километров в секунду. Световой год – это около 9,5 триллионов километров.

Астрономы пользуются и  другой мерой расстояний до звезд. Если круг содержит 1 296 000 угловых секунд, то его радиус или радиан составляет 206 265 угловых секунд или 57 градусов. Если бы радиус земной орбиты осматривался с какого-нибудь небесного тела под углом в 1 секунду окружности, то это значило бы, что расстояние до этого тела в 206 265 раз превышает расстояние до земной орбиты и составляет около 31 триллиона километра. Эту величину астрономы назвали параллакс-секунда или сокращённо парсек.

К настоящему времени  таким способом установлены расстояния до многих тысяч звезд. Но, при всей точности, которой достигли астрономы в измерении звездных параллаксов, этот способ применим только для определения расстояния до сравнительно близких звезд. Для далеких звезд, отстоящих от нас на сотни, тысячи и десятки тысяч световых лет, он не годится, потому что углы оказываются настолько малыми, что не поддаются измерению. Астрономы нашли и другие вполне достоверные способы для измерения расстояний более далёких звезд. В результате теперь известны точные расстояния до десятков тысяч отдельных звезд, а до еще большего числа звезд расстояние можно оценить приближенно. Если звезды можно видеть с невообразимо больших расстояний, значит, они должны иметь огромную силу света – светимость.

 

Список использованной литературы

1. Сюняев Р. А. Физика космоса, 2-е изд. Москва, изд. «Советская энциклопедия», 1986.

2. Волынский Б. А. Астрономия. Москва, изд. «Просвещение», 1971.

3. Агекян Т. А. Звезды, галактики, Метагалактика. Москва, изд. «Наука», 1970.

4. Мухин Л. М. Мир астрономии. Москва, изд. «Молодая гвардия», 1987.

5. Левитт И. За пределами известного мира: от белых карликов до квазаров. Москва, изд. «Мир», 1978.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поясните понятие температуры и теплоты. Можно ли передать некоторое количество теплоты телу, не повышая его температуры? Какие шкалы вам известны и как они соотносятся?

 

Температура – характеристика степени нагретости тела. Теплота кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Количество  тепловой энергии в веществе нельзя определить, наблюдая за движением каждой его молекулы по отдельности. Напротив, только изучая макроскопические свойства вещества, можно найти усредненные за некий период времени характеристики микроскопического движения многих молекул. Температура вещества – это средний показатель интенсивности движения молекул, энергия которого и есть тепловая энергия вещества.

Тепловое равновесие. Очевидно, что если два тела A и B плотно прижать друг к другу, то, потрогав их спустя достаточно долгое время, мы заметим, что температура их одинакова. В этом случае говорят, что тела A и B находятся в тепловом равновесии друг с другом. Однако тела, вообще говоря, не обязательно должны соприкасаться, чтобы между ними существовало тепловое равновесие, – достаточно, чтобы их температуры были одинаковыми. В этом можно убедиться с помощью третьего тела C, приведя его сначала в тепловое равновесие с телом A, а затем сравнив температуры тел C и B. Тело C здесь играет роль термометра. В строгой формулировке этот принцип называется нулевым началом термодинамики: если тела A и B находятся в тепловом равновесии с третьим телом C, то эти тела находятся также в тепловом равновесии друг с другом. Этот закон лежит в основе всех способов измерения температуры.

Теплота представляет собой одну из форм энергии, а поэтому должна измеряться в единицах энергии. В международной системе СИ единицей энергии является джоуль (Дж). Допускается также применение внесистемных единиц количества теплоты – калорий: международная калория равна 4,1868 Дж, термохимическая калория – 4,1840 Дж. В зарубежных лабораториях результаты исследований часто выражают с помощью т.н. 15-градусной калории, равной 4,1855 Дж. Выходит из употребления внесистемная британская тепловая единица (БТЕ): БТЕсредн = 1,055 Дж.

Процессы теплопередачи, как внутри одного тела, так и  от одного тела к другому, находящимся  с ним в прямом контакте, происходят по той причине, что кинетическая энергия атомов и молекул из участков, где она выше, под влиянием упругих соударений с соседними атомами переходит в области, где кинетическая энергия атомов и молекул меньше. В соответствии с этим, описание процессов теплопередачи должно осуществляться не на основе разности температур, как это делалось до сих пор, а на основе разности их внутренних энергий теплового движения.

Поэтому процесс  переноса тепла от тела с большей  кинетической энергией к телу с меньшей кинетической энергией может происходить, даже если температура первого меньше температуры второго, т.е. тепло, может переходить от более холодного тела к более горячему, что противоречит формулировке второго закона термодинамики. Его следует сформулировать более точно: тело с меньшей кинетической энергией теплового движения атомов (молекул) не может отдать тепло телу, атомы (молекулы) которого обладают большей кинетической энергией теплового движения.

Если привести в соприкосновение два разных металла или полупроводника с сильно отличающимися характеристическими температурами, то, кроме контактной разности температур, возникает и контактная разность потенциалов. Не исключено поэтому, что, составив замкнутую электрическую цепь, за счет контактной разности температур и потенциалов можно получить электродвижущую силу и создать, таким образом, новый прямой способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в электрическую – один из способов, предложенных П.К. Ощепковым.

Кроме основной, традиционной, формулировки второго  закона термодинамики (тело с более низкой температурой самопроизвольно не может отдавать тепло телу с более высокой температурой), существуют еще две. Одна из них: при всех процессах в замкнутых системах энтропия не убывает. Эта, претендующая на всеобщий закон, формулировка абстрактна, и ее правильность, по мнению С.В. Цивинского, не подтверждена ни экспериментами, ни безупречными теоретическими выводами. Более того, правильность этой формулировки, как закона природы, не подтверждается даже простым рассмотрением процесса смешения двух идеальных одноатомных газов в замкнутой системе: никакого изменения энтропии здесь не будет. Понятие энтропии не пригодно для точного описания тепловых процессов, так же, как и традиционная формулировка второго закона термодинамики.

Теплопроводность  является одним из видов переноса тепла. Способность вещества проводить теплоту характеризуется коэффициентом теплопроводности l. Согласно основному закону теплопроводности (закону Фурье – q = – l grad t) коэффициент теплопроводности равен плотности теплового потока q при градиенте температуры 1 К/м. Наименьшим коэффициентом теплопроводности обладают газы, наибольшим – металлы. Для сравнения воздух имеет l "0,025 Вт/(мЧК), вода l" 0,6 Вт/(мЧК), сталь l "50 Вт/(мЧК), серебро и медь l" 400 Вт/(мЧК). В ограждениях холодильников используемые строительные материалы (кирпич, бетон) имеют l "0,7…1,0 Вт/(мЧК), а теплоизоляция (пенопласты, минеральная вата l "0,04…0,09 Вт/(мЧК).

Теплоотдача путем  конвекции – перемещение частиц газа или жидкости, смешивание их нагретых слоев с охлажденными. В воздушной среде даже в условиях покоя на теплоотдачу конвекцией приходится до 30% потерь тепла. Роль конвекции на ветру или при движении человека еще более возрастает.