Реферат: Концепции современного естествознания

Федеральноеагентство по образованию

Новосибирскийгосударственный университет экономики и управления

Кафедра современного естествознания и наукоемких технологий

Вариант №7

Новосибирск 2010

1.7

Поясните понятие«энергия»

Энергия (от греческогоenergeia – действие, деятельность) определяется как общая количественная мераразличных форм движения материи. В природе любым физическим процессамсоответствует тот или иной вид энергии: механической, химической, тепловой,гравитационной, электромагнитной, ядерной и так далее. Другими словами, онавыражает способность тела или системы совершать работу.

Какие виды энергии Вызнаете?

Механика различаетпотенциальную энергию (или, в более общем случае, энергия взаимодействия телили их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию(энергия движения). Их сумма называется полной энергией.

Энергией обладают всевиды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногдана электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (такжеможет быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

Термодинамикарассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

В химии рассматриваютсятакие величины как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии,отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

В каких системах онасохраняется, как закон сохранения энергии связан со свойствамипространства-времени?

С фундаментальной точкизрения, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и вэтом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разнойфизической природы. Другими словами, для каждой конкретной замкнутой системы,вне зависимости от её природы можно определить некую величину, называемуюэнергией, которая будет сохраняться во времени.

Закон сохранения энергииэквивалентен однородности времени, то есть независимости всех законов,описывающих систему, от момента времени, в который система рассматривается.

Вывод этого утвержденияможет быть произведён, например, на основе лагранжева формализма.

Какими свойствамисимметрии обладают пространство и время?

Абсолютноевремя однородно, это означает симметрию относительно сдвигов. Значит, и точкаотсчета времени не имеет значения, она не меняет длительность. То же можносказать и о пространственных симметриях классической механики. В пространственет выделенных ни точек, ни направлений, т. е. оно однородно и изотропно.

Погоризонтальной плоскости равномерно перемещается тело массой в 1кг без каченияпод действием силы в 1 Н. Найти коэффициент трения.

Решение:

Fтяги = -Fтрения

Fтрения = -μ*N= -μ*m*g

Fтяги = μ*m*g

μ= Fтяги /(m*g)

μ= 1 Н/ (1 кг * 9,8 м/с2) = 0,1.

Ответ:0,1.

2.7

Какиедвижения легли в основу календаря, какие календари сейчас используются?

Основная внешняя проблемакалендаря — необходимость согласовать длину года с длиной суток. Былиразработаны разные варианты поправок, но существенную реформу календаря провелЮлий Цезарь, изучивший во время пребывания в Египте солнечный календарь.Годовой путь Солнца в Древнем Вавилоне делили на 12 частей по 30° с созвездиями(пояс Зодиака). В этом делении — влияние вавилонской системы счисления, откоторой осталось деление окружности на 360°, градуса — на 60 мин, минуты — на60 с. Во II в. до н. э. александрийский астроном Гиппарх ввел понятие о началевесны, лета, осени и зимы как о моментах вступления Солнца в соответствующийзнак Зодиака Овна, Рака, Весов и Козерога. Но из-за прецессии (медленной — по50 угловых секунд в год) точка весеннего равноденствия вскоре перешла всозвездие Рыб, а в течение ближайших 150 лет переместится в зону следующегосозвездия — Водолея. Кроме того, сейчас годовой путь Солнца по эклиптикепроходит уже через 13 созвездий, но для сохранения традиции деления на 12равных зон часто созвездие Змееносца объединяют с созвездием Скорпиона.

Внутренняяструктура календаря связана с соотношением месяцев и дней недели с числамимесяцев. Семидневная неделя — период, примерно соответствующий 1/4 лунногомесяца, или длительности между четырьмя фазами Луны. Лунный месяц(синодический) в среднем равен 29,53 средних суток. Древним людям были известны7 планет, к которым относили Солнце, Луну, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер,Сатурн, и каждой из них посвящали один день недели. Это связано с традициями шумерскойастрологии и отражено в культе числа «семь».

Уточнениеюлианского календаря касалось только улучшения его внешней структуры —приближения к значению 365,2422 сут — вводилось 97 високосных лет в каждые 400лет, т. е. число високосов было уменьшено на 3. Годы столетий, число сотенкоторых не делится на 4, считаются простыми (1700, 1800, 1900), а годы, укоторых число сотен делится на 4, — високосными (1600, 2000 и т.д.). Ошибка в 1сут в этом календаре накапливается лишь за 3323 года.

Внастоящее время основным календарем считается Григорианский, но существуют идругие альтернативные календари в частности т.н. универсальный.

Будетли на Земле смена дня и ночи, если прекратится ее вращение вокруг своей оси?

Нетне будет, так как при вращении вокруг своей оси (время одного полного оборота:24час 3мин 56,5сек (средние солнечные сутки) одна сторона планеты освещенасолнцем (день), противоположная остается в тени (ночь).

Скакой скоростью и в каком направлении должен лететь самолет в районе экватора,чтобы местное солнечное время для его пассажиров остановилось?

Землявращается с запада на восток, из справочных материалов известно, что скоростьвращения планеты равна примерно 460 м/с, так как скорость вращения земли вразные периоды года различна, то оставим именно эту величину. Чтобы солнечноевремя остановилось на местном значении необходимо развить на самолёте скоростьв 460 м/с или 460*3600/1000 км/ч, что является недостижимой для современнойгражданской авиации, но вполне по силам военным самолётам и лететь впротивоположную сторону от вращения Земли.

Определите по данным о Луне (расстояние от Земли 384 тыс.км, период обращения равен 27,3 сут.) и законам Кеплера высоту стационарногоспутника (висящего над одной территорией).

Из второго закона Кеплера вытекает выражение для теланаходящегося на орбите:

T12/T22=R13/R23

где T-периоды обращения, R-радиусы. Вырази значение одного израдиуса:

R23= R13 T22/ T12

R2=3√( R13 T22/ T12)

ПустьR2 искомая высот для спутника, тогдаподставив значения из условия получим:

R2=3√(1*(384*103)3/27,32)

R2=4,2*104 км

Ответ:высота орбиты-4,2*104 км.

3.7

Какимизаконами определяется тепловое излучение тел?

Тепловоеизлучение — наиболеераспространенный в природе вид электромагнитного излучения, оно определяетсязаконом Стефана — Больцмана, законом излучения Кирхгофа, законом смещения Вина.

Какимимоделями при этом пользуются?

Вфизике для расчёта теплового излучения принята модель абсолютно чёрного тела,тепловое излучение которого описывается законом Стефана — Больцмана. Излучениеже реальных тел подчиняется закону излучения Кирхгофа.

Определить энергетическую светимость поверхности (мощностьизлучения) тела и температуру тела, если длина волны, на которую приходитсямаксимум энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, равна 0,58 мкм. (s = 5,7×10-8 Вт/(м×K4), b =2,9×10-3 м ×K кг/моль).

Решение.

Энергетическаясветимость тела определяется оп формуле:

R=σT4

гдеТ-температура тела,σ- постоянная Стефана — Больцмана.

Изуравнения Вина выразим температуру:

λмакс.=2,9*10-3/T

T= 2.9*10-3/ λмакс

Подставивв последнее уравнение значение длины волны, найдем температуру:

T=2.9*10-3/0.58*10-6

T=5000 0К

Подставивв уравнение светимости получим значение светимости для данного тела:

R=50004*5.7*10-8

R=35.6*105Вт/м

Ответ:T=5000 0К R=35.6*105 Вт/м

4.7

Какимикорпускулярными свойствами обладают свет?

Корпускулярныесвойства света представлены: закономерностью равновесного теплового излучения,фотоэффектом и эффектом Комптона.

Пояснитесмысл понятия «фотон». Какие явления, и каким образом были объяснены с помощьюквантовой теории света?

Фото́н(от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») —элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле —света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь соскоростью света.

Спомощью квантовой теории света были объяснены:

Фотоэффект

Былобъяснён Эйнштейном в 1905 г. на основе гипотезы М. Планка о том, что светизлучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такойпорции определяется формулой E = hν, где h – постоянная Планка Эйнштейнсделал следующий шаг в развитии квантовых представлений.

ЭффектКомптона.

А. Комптономи П. Дебаем (независимо) на основе квантовых представлений о природе излучения.Если принять, что излучение представляет собой поток фотонов Эффект Комптона.Объяснение эффекта Комптона было дано в 1923 году, то эффект Комптона естьрезультат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронамивещества. У легких атомов рассеивающих веществ электроны слабо связаны с ядрамиатомов, поэтому их можно считать свободными. В процессе столкновения фотонпередает электрону часть своей энергии и импульса в соответствии с законами сохранения.

Закономерностьравновесного теплового излучения.

Планкпришел к выводу, что процессы излучения и поглощения электромагнитной энергиинагретым телом происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика,а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии,излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямопропорциональна частоте света: E = hν, где h – так называемая постояннаяПланка. h = 6,626·10–34 Дж·с. Постоянная Планка – это универсальная константа.

Давлениеэлектромагнитного излучения, давление света.

Впервыегипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVIIвеке для объяснения поведения хвостов комет при пролете их вблизи Солнца. В 1873 г. Максвелл дал теорию давления света в рамках своей классической электродинамики.Экспериментально световое давление впервые исследовал П.Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильныевесы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различныхметаллов. Главной сложностью было выделить световое давление на фонерадиометрических и конвективных сил (сил, обусловленных разностью температуры окружающегогаза с освещённой и неосвещённой стороны). Кроме того поскольку в то время небыли разработаны вакуумные насосы, отличные от простых механических, Лебедев неимел возможности проводить свои опыты в условиях даже среднего, по современнойклассификации, вакуума.

Если на цинковуюпластинку падает пучок ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0,2 мкм, то чемуравна максимальная кинетическая энергия и максимальная скорость фотоэлектронов?Работа выхода для цинка равна 4 эВ.

Решение

hν=hc/λ=mυ2max/2+φ,                                                    (1)

здесь ν— частота излучения,λ — длина волны излучения; h — постоянная Планка, φ —фотоэлектронная работа выхода электронов из фотоэмиттера, vmax —максимальная скорость эмитируемых электронов.

Формулу (1) удобно применять во внесистемных единицах(электронвольтах и микронах).

Формулу ( 1 ) преобразуемдля внесистемных единиц (электронвольт и микронов)

hν=hc/λ=1,24/λ,                                                           (2)

подставив постоянные в(2) получим:

1,24/λ=2,84*10-12υ2+φ,                                                         (3)

Преобразуем (3)относительно <υ> получим:

υ (м/с) = 5,93*105*(1.24/λ-φ )-1/2

подставим значения λи φ из условия и получим

υ=5,93*105*(1,24/0,2-4)-1/2

υ=8,79*105м/с

теперь найдемкинетическую энергию:

Eкин= 2,84*10-12υ2

Екин= 2,84*10-12*8,79*105

Екин=2,49*10-6

Ответ: υ=8,79*105м/с Екин=2,49*10-6

5.7

Дайте представление охимической кинетике

Химическая кинетика иликинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерностипротекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей отвнешних условий, а также механизмы химических превращений.

Как можно ускорить (илизамедлить) ход реакции, каково промышленное значение этого?

Увеличивают скорость

Наличие химическиактивных реагентов

реагентов

Повышение концентрацииреагентов

Увеличение поверхности твердыхи жидких реагентов

Повышение температуры

Присутствие катализатора

Уменьшают скорость

Наличие химическинеактивных

Понижение концентрацииреагентов

Уменьшение поверхноститвердых и жидких реагентов

Понижение температуры

Присутствие ингибитора

Изменение скоростиреакции очень важно для промышленного синтеза химических веществ, так каквозможно затормозить «заморозить» протекание той или иной химической реакции нанеобходимой стадии тем самым избавиться от ненужных веществ и удешевитьконечную стоимость продукта. Так же введением катализаторов можно добитьсяизменения условий протеканий реакции до более дешевого, а так же ускорить времянаступления равновесия.

На сколько градусов надоувеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 16 раз? Температурныйкоэффициент реакции g =2.

Уравнение Вант-Гоффа:

/>,

где V2— скорость реакции при температуре T2, V1 — скорость реакции при температуре T1, γ— температурный коэффициент реакции (если онравен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза приповышении температуры на 10 градусов).Преобразуем уравнене Вант-гоффа:

V2/V1=γ(T2-T1)/10

(T2-T1)/10=log(V2/V1)

(T2-T1)=10 logγ(V2/V1)

Подставив соответствующиезначения из условия (V2/V1=16, γ=2), найдем разностьтемператур:

(T2-T1)=10log216

(T2-T1)=40

Ответ: (T2-T1)=40 0С

6.7

Почему нельзя применитьклассическую механику для описания поведения частиц в микромире?

Классическая механикадаёт очень точные результаты в рамках повседневного опыта. Однако её применениеограничено телами, скорости которых много меньше скорости света, а размерызначительно превышают размеры атомов и молекул. Обобщением классическоймеханики на тела, двигающиеся с произвольной скоростью, является релятивистскаямеханика, а на тела, размеры которых сравнимы с атомными — квантовая механика. Квантовая теория полярассматривает квантовые релятивистские эффекты.

Поясните смысл волновойфункции и особенности представления о причинности в квантовой механике. Почемуограничение воздействия на микроуровне имеет смысл фундаментального законаприроды?

|Ψ|-мера вероятности положения частицы в пространстве,

|Ψ|2-определяетвероятность того, что частица будет обнаружена в объеме.

Ψ-функция позволяеттолько предсказать вероятность обнаружения частицы в различных точкахпространства. Микропроцессам свойственны не динамические, а статистическиезакономерности, тем самым в области микромира причинность реализуется через многообразиеслучайностей и характер причинной связи в микромире отличается от детерминизмаклассической науки. Классическая наука, стремясь к объективности законов,фактически игнорировала случайность. В ней фигурировали только средние данные,но в реальных процессах всегда происходят случайные флуктуации (отклонения отсредних), которыми можно пренебречь лишь в некоторых ситуациях. Динамическиетеории не могут описывать явления с большими флуктуациями, связь сослучайностью сглажена, огрублена. Поэтому статистические законы глубже, чемдинамические, а вероятностная причинность оказывается глубже, чем динамическая.

Фундаментальные взаимодействия— качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц исоставленных из них тел, ведь все тела во Вселенной созданы из элементарныхчастиц и их взаимодействие отражается на более крупных объектах которые состоятиз них.

На сегодня достоверноизвестно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного,электромагнитного, сильного, слабого

При этом электромагнитноеи слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабоговзаимодействия.

7.7

Какие процессыподдерживают «жизнь» звезд?

Общиеусловия во внутренних частях звезд известны. Оценивается, что температура вцентре должна быть около 10 миллионов кельвинов. Этого достаточно для того,чтобы имели место термоядерные реакции синтеза.

Втермоядерных реакциях синтеза легкие элементы превращаются в тяжелые.Окончательные продукты реакции имеют меньшую общую массу, чем исходные ядра.Эта разность масс освобождается как энергия согласно соотношению Эйнштейна E =mc2 .

Атомныеядра состоят из протонов и нейтронов, частиц, имеющих общее название нуклоны.

Протон- протонная цепочка.

Взвездах с массами порядка солнечной или меньше, энергия производится при помощипротон-протонной (pp) цепочки.

/>

В Солнце 91% энергиипроизводится при помощи рр- цепочки.

Углеродный цикл

Притемпературах ниже 20 миллионов градусов рр-цепочка является основным механизмомпроизводства энергии. При больших температурах, соответствующим звездам смассами выше 1.5M", углеродный

(CNO)цикл становится доминирующим, т.к.скорость его реакций очень быстро растет с ростом температуры. В CNO-циклеуглерод, кислород и азот действуют как катализаторы.

Тройнаяα-реакция

Какрезультат предыдущих реакций, избыток гелия в звездных недрах возрастает. Притемпературе свыше 108 K гелий может превращаться в углерод врезультате тройной α-реакции.

Когда«горение» гелия заканчивается, при более высоких температурах становятсявозможными другие реакции, в которых синтезируются более тяжелые элементы,вплоть до железа и никеля. Примерами таких реакций являются различные αреакции, а также кислородное, углеродное и кремниевое «горение».

Альфареакции.

Впроцессе гелиевого горения, некоторые из ядер углерода

вступаютв реакцию с ядрами гелия, образуя кислород, который в свою очередь вступает вреакцию с ядрами гелия, образуя неон и т.д. Эти реакции достаточно редки и поэтомуне играют большой роли как источники звездной энергии.

Производствоэлементов более тяжелых, чем железо, требует ввода энергии, и поэтому такиеэлементы не могут производиться термоядерными реакциями. Элементы болеетяжелые, чем железо почти исключительно производятся нейтронным захватом во время финальной стадии звезднойэволюции.

Всевышеперечисленные процессы являются основными процессами протекающими в недрахзвезд в результате которых освобождается не только колоссальное количествоэнергии, но и синтезируются новые элементы.

Дайтепредставление об эволюции звезд. Почему существенна величина массы звезды?

Схемаэволюции такова. Облако газа и пыли (газопылевой комплекс) сжимается инагревается, возникающие неоднородности приводят его в состояние гравитационнойнеустойчивости, и оно распадается на части. Пока фрагмент прозрачен дляинфракрасного излучения, температура его внутренних слоев не повышается, сжатиеидет ускоренно. С некоторого момента сжатие переходит в адиабатическое, объектстановится непрозрачным, давление и температура внутри растут, замедляя сжатие.Так возникает протозвезда.

Внутренниеслои разогреваются за счет энергии гравитации падающего к центру вещества,объект как бы закипает, что отражается бурными вспышками на поверхности. Примертакой звезды — T Тельца. Это продолжается до тех пор, пока не будут достигнутытемпературы, достаточные для начала термоядерных реакций. В соответствии сосвоей массой звезда занимает место на Главной последовательности. Солнцепроделало такой путь почти за 2 млн лет. Звезда такой массы «сядет» в среднюючасть последовательности и останется там на срок до 106 лет. Так протозвездастанет звездой.

По мере выгорания водорода давление воболочке повышается, внешние слои расширяются и звезда начинает покидатьГлавную последовательность (двинется сначала чуть вправо и вниз), так как нарасширение тратится некоторая энергия, и светимость звезды уменьшается.Равновесие достигается за счет формирования протяженной зоны конвекции, извезда перейдет в группу красных гигантов. Огромная атмосфера красного гигантане обеспечивает перенос энергии от внутренних слоев, и внутри звезды процессыпойдут адиабатически. Вблизи ядра температура может достичь необходимогозначения для протекания термоядерных реакций, возможно, и с большим выходомэнергии, чем у протон-протонных. Тогда холодная огромная атмосфера будетотброшена растущим давлением и превратится в расширяющуюся газовую туманность,которая может рассеяться в пространстве за сотни тысяч лет. Вероятно, наблюдаемаятуманность в созвездии Лиры имеет такое же происхождение. Соединения ядер гелиявозможны, но они дают меньше энергии (до 9 %), чем соединения ядер водорода.Звезда может продлить свое существование, если из углерода, получающегося присоединении трех атомов гелия, начнут возникать более сложные ядра. Конецнаступает при синтезировании железа, которое имеет самые устойчивые ядра и ужене выделяет энергии

Массазвезды приобрелазначимость, когда были открыты источники энергии звезд. Масса Солнца МC = 2 • 1030 кг, а массы почти всех звезд лежат в пределах 0,1 — 50 массы Солнца. Практически наиболее вернымспособом определения массы звезды являются исследования движений двойных звезд.Оказалось, что положение звезды на Главной последовательности определяется еемассой. Соотношения светимостей звезд и их радиусов L/LC = (R/RC)5,2светимостей и масс L/LC = (М/МC)0,75 сравнили со значением количества энергии,излучаемой поверхностью звезды за единицу времени L/4πR2, и получили соотношениемежду температурой поверхности и ее массой Т/ТC = (МЗВ/МC)0,6. Итак, чем меньшемасса звезды, тем меньше ее поверхностная температура и более поздним будет ееспектральный класс. Отсюда можно оценить массу звезды и по ее светимости: МЗВ/МC= (L/LC)0·256 = = 3,04·• 10-0,102М. Звезды отличаются цветом; считается, чтоимеют место законы равновесного излучения — закон Стефана — Больцмана и законВина. Антарес имеет красный цвет, Капелла — желтый, Сириус — белый, Вега —голубовато-белый

Каковаперспектива эволюции Солнца?

МассаСолнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывомсверхновой. Вместо этого, через 4—5 миллиардов лет оно превратится в звездутипа красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре будетвыгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься инагреваться. Примерно через 7,8 миллиарда лет, когда температура в ядредостигнет приблизительно 100 миллионов градусов, в нём начнётся термоядернаяреакция синтеза углерода и кислорода из гелия. На этой фазе развитиятемпературные неустойчивости внутри Солнца приведут к тому, что оно начнёттерять массу и сбрасывать оболочку. По-видимому, расширяющиеся внешние слоиСолнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследованияпоказывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем массы приведёт к тому, чтоЗемля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежитпоглощения внешними слоями солнечной плазмы.

Несмотряна это, вся вода на Земле перейдёт в газообразное состояние, а большая часть еёатмосферы рассеется в космическое пространство. Увеличение температуры Солнца вэтот период таково, что в течение следующих 500—700 миллионов лет поверхностьЗемли будет слишком горяча для того, чтобы на ней могла существовать жизнь в еёсовременном понимании.

Послетого, как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведутк тому, что его внешняя оболочка будет сорвана и из неё образуется планетарнаятуманность. В центре этой туманности останется сформированная из очень горячегоядра Солнца звезда типа белый карлик, которая в течение многих миллиардов летбудет постепенно остывать и угасать.

Считаясветимость Солнца постоянной, определите, какую долю массы Солнце потеряет засвою жизнь из-за излучения.

Светимостьсолнца равна 3,8*1026 Вт, из уравнения Энштейна

E=mc2

Выразим массу:

m=E/ c2

где С-скорость света ввакууме, Е- энергия.

Подставив соответствующеезначения получим:

m=3.9*1026/300*106=4,33*109 кг/с

таковапотеря массы в секунду.Есть мнение, что Солнце проживет 9 млрд лет, что значит

9*109*365*24*3600=2,81*1017сек., отсюда потери массы за всю жизнь Солнца будет равен

2,81*1017*4,33*109=1,22*1027кг, что соответствует 1,22*1027/1,9891*1030=6,1*10-4

Ответ:потеря составит 6,1*10-4 от доли Солнца

8.7

Дайтепредставление о процессах дыхания и фотосинтеза, сопоставьте продукты на входеи выходе, сделайте вывод об отличии этих процессов.

ФОТОСИНТЕЗ,образование живыми растительными клетками органических веществ, таких, каксахара и крахмал, из неорганических – из СО2 и воды – с помощью энергии света,поглощаемого пигментами растений. Это процесс производства пищи, от которогозависят все живые существа – растения, животные и человек. У всех наземныхрастений и у большей части водных в ходе фотосинтеза выделяется кислород.Некоторым организмам, однако, свойственны другие виды фотосинтеза, проходящиебез выделения кислорода.

Главнуюреакцию фотосинтеза, идущего с выделением кислорода, можно записать в следующемвиде:

Вода+ Неорганические вещества + Свет→ Органические вещества + Кислород.

Корганическим веществам относятся все соединения углерода за исключением егооксидов и нитридов. В наибольшем количестве образуются при фотосинтезе такиеорганические вещества, как углеводы (в первую очередь сахара и крахмал),аминокислоты (из которых строятся белки) и, наконец, жирные кислоты (которые всочетании с глицерофосфатом служат материалом для синтеза жиров). Изнеорганических веществ для синтеза всех этих соединений требуются вода (Н2О) идиоксид углерода (СО2). Для аминокислот требуются, крометого, азот и сера. Растения могут поглощать эти элементы в форме их оксидов,нитрата (NO3–) и сульфата (SO42–) или в других, более восстановленных формах,таких, как аммиак (NH3) или сероводород (сульфид водорода H2S

Дыхание.

Дыхание— основная форма диссимиляции у человека, животных, растений и многихмикроорганизмов. При дыхании богатые химической энергией вещества,принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов(диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.

Поддыханием так же понимают газообмен между организмом и окружающей средой,включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспортэтих газов внутри организма

Главнымотличием этих процессов является то, что фотосинтез это процесс образованиесложных органических веществ из более простых неорганических веществ, воды ипод воздействием света; дыхание же процесс расщепления (диссимиляции) сложныхорганических веществ до более простых с высвобождением энергии и выделениемпростых неорганических веществ.

В процессе дыхания приокислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В физиологическихусловиях в АТФ запасается энергия 12 ккал/моль. Известно, что при полномокислении глюкозы C6H12O6 + 6O2®6CO2 + 6H2Oвыделяется энергия 686 ккал/моль. Найдите КПД дыхания.

Энергиязапасённая при окислении одной молекулы глюкозы в АТФ равна:

38*12=456ккал/моль, так как только при полном окислении глюкозы выделяется максимумэнергии, то КПД дыхания можно выразить как отношение запасённой энергии в АТФ кэнергии выделевшейся при окислении молекулы глюкозы напрямую:

456/686=0,6647или 66,47%.

9.7.

Поясните«парадокс близнецов» специальной теории относительности

Парадоксблизнецов — мысленный эксперимент, при помощи которого пытаются «доказать»противоречивость специальной теории относительности. Согласно СТО, с точкизрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектовзамедляются. С другой стороны, принцип относительности декларирует равноправиеинерциальных систем отсчёта. На основании этого строится рассуждение,приводящее к кажущемуся противоречию. Для наглядности рассматривается историядвух братьев-близнецов. Один из них (далее путешественник) отправляется вкосмический полёт, второй (далее домосед) — остаётся на Земле. Чаще всего«парадокс» формулируется следующим образом:

Формулировка.С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ходвремени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другойстороны, относительно путешественника двигалась Земля, поэтому отстать должнычасы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, послевозвращения их часы должны показывать одно время.

Космическийкорабль движется со скоростью, составляющей 0,8 скорости света, по направлениюк Земле. Определить расстояние, пройденное им в системе отсчета, связанной сЗемлей, за 0,5 секунды по часам в космическом корабле.

10.7

Исходяиз данных, что первичная атмосфера Земли не содержала кислорода, обоснуйте,почему жизнь не могла возникнуть на суше?

Во-первыхво время зарождения жизни суши как таковой не было, а если и были отдельныеостровки посреди бушующего океана, то они были просто глыбами камня омываемыебесконечными кислотными дождями и пронзаемыми грозовыми разрядами. Во-вторых длясинтеза сложных молекул и соблюдения граничных условий автокаталитическихреакций между ними (что обеспечивает принципиальную возможность перехода отхимической эволюции к эволюции живого вещества), важны следующие характеристикиводы:

Воданаходится в жидком состоянии при температуре, в которой стабильны органическиемолекулы и их синтез возможен только в водных растворах.

Воданеобходима как деполяризующий растворитель для химических реакций, так как онаделает возможным гомогенное перемешивание, а имея высокую теплоёмкость,принимает выделяющуюся при реакциях теплоту и предоставляет в распоряжениепротоны для катализов.

Высокаяудельная теплоемкость воды и особенности характеристики спектральногопоглощения водяных паров (при их зна́чимых долях в объёме планетныхоболочек) обеспечивают стабилизацию глобальных колебаний температуры иосмотических процессов (локально могут возникать большие различия), что создаетпредпосылки к планетарно-уравновешенному климату, неблагоприятные изменениякоторого, вызванные как энтропийными процессами, так и внешниминеблагоприятными факторами, могут быть в определённых пределах скомпенсированыжизнедеятельностью самой биоты, изменяющей интенсивность испарения воды искорость захоронения углерода.

Водаи водяной пар поглощают вредное для макромолекул ультрафиолетовое облучение.Однако оно проникает через замёрзшую воду (лед) до определённой глубины.

Вода,в которой растворены вещества, например, морская вода, образует привымораживании области разных концентраций веществ, которые окружены мембранамильда. Ограничение от внешней среды и повышенная концентрация веществ считаютсянеобходимыми для образования биологически активных молекул.

Особенностьтермодинамики воды (при нагревании от 0 до 3,98°С вода сжимается) предотвращаетзамерзание водоёмов до дна — холодная вода, как менее плотная, остаётся наповерхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

энергия излучение реакция волновая фотосинтез

Тест:

1. B.

2. A

3. A

4. ГБАВ

5. A

6. Г

7. 2

8. B

9. B

10. A

Литература:

1. Дубнищева Т.Я.Концепции современного естествознания: учебное пособие для студ. вузов /Дубнищева Т.Я. – 10-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. –608с.

2. Белкин П.Н.Концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов. – М.: Высш.Шк., 2004. – 335с.

3.  В. П. ТитаренкоАСТРОНОМИЯУчебное пособиеТомск 2006}

4.  Bonanno,A.; Schlattl, H.; Patern, L. (2002). «The age of the Sun and the relativisticcorrections in the EOS» (PDF). Astronomy and Astrophysics 390: 1115—1118

5. Guillemot,H.; Greffoz, V. (Mars 2002). «Ce que sera la fin du monde» (in French). Science et Vie N° 1014

6. Эдвардс Дж.,Уокер Д. Фотосинтез C3- и C4-растений: механизмы и регуляция.М., 1986

7.  Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С.Современная ботаника, т. 1. М., 1990