Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Энергия как мера движения и взаимодействия

Энергия - это мера различных форм движения. Энергия проявляется во множестве различных форм. Все живое для того чтобы жить обязательно должно потреблять энергию. Понятие энергии было выработано в поисках связей между различными формами энергии. Переход энергии из одной формы в другую означает, что энергия в данной форме исчезает, превращается в энергию иной формы. В этом кроется самое главное, что определяет энергию как фундаментальное понятие естествознания.

Энергия (греч. Energia - действие, деятельность) - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает не из ничего, и не исчезает, она способна лишь переходить из одного состояния в другое.

При любых процессах, происходящих в изолированной системе, полная энергия системы не изменяется, то есть переход энергии из одной формы в другую происходит с соблюдением количественной эквивалентности.

Закон сохранения энергии - закон, управляющий всеми явлениями природы, исключений из него науке неизвестно.

Лучистая энергия Солнца - главнейший источник энергии, определяющий тепловой баланс и термический режим биосферы Земли. Внутри Солнца происходят ядерные реакции, но громадные гравитационные силы сдерживают взрыв внутри звезды. Часть этой энергии в виде потоков фотонов отрывается от Солнца и рассеивается в космическом пространстве, достигая Земли (5х10-10). Из общего количества солнечной энергии 33% отражается облаками, сушей и аэрозольным слоем атмосферы.

Важная роль солнечной энергии - реакция фотосинтеза, хотя на нее в год затрачивается о,2% всей суммы солнечной энергии. Под действием солнечной энергии фотосинтез вовлекает в круговорот огромные массы воды, минеральных веществ и углекислого газа. На нашей планете он создает колосальный геохимический эффект, выраженный массой углерода, вовлекаемой ежегодно в построение органического вещества всей биосферы.

Все природные системы на Земле существуют за счет энергии Солнца.

«Живая сила» - сила которая связывается с представлениями об активном начале любого движущегося тела, в противоположность «мертвой силе», ативном начале, запасенном в каком-либо покоящемся теле.

Термин энергия - впервые введенный в науку Юнгом, автором принципа интерференции световых волн, окончательно вошел в научный обиход в 1849 году, после работ Кельвина. Именно Юнг вводит понятие для обозначения «живой силы», не выводя его за рамки механистического описания явлений природы.

Закон сохранения энергии называют первым началом термодинамики. Это фундаментальный закон, и на сегодня неизвестна ни одна причина, которая могла бы привести к его нарушению. Иначе можно было бы создать вечный двигатель, способный создавать энергию из ничего. В изолированной системе, согласно этому закону, энергия может только превращаться из одной формы в другую, но ее количество всегда остается постоянным. Если же система не изолирована, энергия может изменяться за счет обмена между частями или разными системами.

Первый закон термодинамики - тепло, сообщенное системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.

Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии: теплоты, связанной с неупорядоченным, хаотическим движением, и работы, связанной с упорядоченным движением. Работу всегда можно превратить в эквивалентное ей тепло (добывание огня людьми).

Энергия - это наиболее общая количественная мера движения и взаимодействия материи.

На протяжении более четырех десятилетий формировался один из самых великих принципов современной науки, приведший к объединению самых великих принципов современной науки, приведший к объединению самых различных явлений природы. Основные выводы:

Энергия - единая мера различных форм движения материи.

Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды:

· механическая энергия - проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.

К механической энергии относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах - транспортных и технологических.

· тепловая энергия - энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.);

· электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).

· химическая энергия - это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

· магнитная энергия - энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборотную» сторону другой.

· электромагнитная энергия - это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия - это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

· ядерная энергия - энергия, локализованная в ядрах атомов, так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

· гравитационная энергия - энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли - энергия силы тяжести.

Механическая энергия и тепловая энергия - это только две из многих форм энергии. Все, что может быть превращено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма энергии.

Возможны два качественно различных способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому - в форме работы и в форме теплоты (путем теплообмена).

Изменение энергии тела, осуществленное первым способом, называют работой, совершаемой над этим телом. Передача энергии в форме работы производится в процессе силового взаимодействия тел. Работа, совершаемая над телом, может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии.

Передача энергии путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел. Энергия, получаемая телом в форме теплоты, может непосредственно пойти только на увеличение его внутренней энергии.

Всеми явлениями природы управляет закон сохранения и превращения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Согласно всему вышесказанному, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира - гравитационную, энергию взаимодействия тел - механическую, энергию молекулярных взаимодействий - тепловую, энергию атомных взаимодействий - химическую, энергию излучения - электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов - ядерную.

Необходимо отличать энергию упорядоченного движения, известную в технике под названием свободной энергии (механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная) и энергию хаотического движения, т.е. теплоту.

Любая из форм свободной энергии может быть практически полностью использована. В то же время хаотическая энергия тепла при превращении в механическую энергию снова теряется в виде тепла. Мы не в силах полностью упорядочить случайное движение молекул, превратив его энергию в свободную. Более того, в настоящее время практически нет способа непосредственного превращения химической и ядерной энергии в электрическую и механическую, как наиболее используемые. Приходится внутреннюю энергию веществ превращать в тепловую, а затем в механическую или электрическую с большими неизбежными теплопотерями.

Таким образом, все виды энергии после выполнения ими полезной работы превращаются в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.

Развитие естествознания на протяжении жизни человечества неопровержимо доказало, какие бы новые виды энергии ни открывались, вскоре обнаруживалось одно великое правило. Сумма всех видов энергии оставалась постоянной, что, в конечном счете, привело к утверждению: энергия никогда не создается из ничего и не уничтожается бесследно, она только переходит из одного вида в другой.

В современной науке и практике эта схема настолько полезна, что способна предсказывать появление новых видов энергии.

Если будет обнаружено изменение энергии, которая не входит в список известных в настоящее время видов энергии, если выяснится, что энергия исчезает или появляется из ничего, то будет сначала «придуман», а затем найден новый вид энергии, который учтет это отклонение от постоянства энергии, т.е. закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии нашел подтверждение в различных областях - от механики Ньютона до ядерной физики. Причем закон сохранения энергии - это не только плод воображения или обобщения экспериментов.

2. Естествознание и экология

Естествознание тесно связано с экологией, поэтому необходимо изучение его значение именно с этой стороны.

По ходу развития цивилизации перед человечеством неоднократно возникали сложные проблемы, порою и планетарного характера. Но все же это была далекая предыстория, своего рода «инкубационный период» современных глобальных проблем. В полной мере эти проблемы проявились уже во второй половине и, в особенности, в последней четверти XX века, то есть на рубеже двух веков и, даже, тысячелетий. Они были вызваны к жизни целым комплексом причин, отчетливо проявившихся именно в этот период.

В настоящее время все человечество очень приблизилось к рубежу самоуничтожения.

Естествознание - это совокупность наук о Природе, взятая как единое целое.

Экология - отрасль естествознания.

Почти 70 лет (с 1869 по 1940 г.) экология оставалась узкоотраслевой биологической наукой. Однако развитие системного мышления и попытки осмыслить причины глобальных кризисов вывели экологию из тени и превратили в место ожесточённых дискуссий между технократами, считающими, что техника - лучший способ решения всех проблем человечества, и экологами, полагающими, что окружающая природная среда - единственный дом человечества, где должно быть чисто и одинаково комфортно всем жильцам.

Современное человечество живет на грани тысячелетий, и уже одно это заставляет людей уделять больше внимания своему будущему и разумному осмыслению прошлого. Анализ проблем, волнующих человечество, показывает, что одной из важнейших стала проблема взаимодействия природы и общества. Противоречия между природой и обществом в условиях бурно развивающегося научно - технического прогресса перерастают в антагонизм, угрожающий самой жизни на нашей планете.

Признаки глобального нравственно-экологического кризиса человечества, в котором оказался мир и следствием которого стали резкие нарушения экологического равновесия и несовместимость жизни человечества с созданной им средой обитания, ставят перед каждым конкретным человеком задачи овладения принципами управления свой жизнью, находящейся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, задачи рационально природопользования и освоения роли, места и значения человека в эволюции не только Земли, но и Космоса.

Естествознание - продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обучает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни, повышает благосостояние человека, совершенствует условия быта людей. Благодаря знанию законов природы человек может изменить и приспособить природные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребностям.

Естествознание - один из важнейших двигателей общественного прогресса. энергия термодинамика естествознание экология

Будучи основным фактором материального производства, естествознание выступает мощной революционизирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории.

Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

Однако у современных людей наука вызывает не только восхищение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и несчастья. Загрязнение атмосферы, катастрофы на атомных электростанциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, «озонная дыра» над планетой, исчезновение многих видов растений и животных - эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

Большое значение экологии как науки по-настоящему стали понимать лишь недавно. Этому есть объяснение, которое связано с тем, что рост численности населения Земли и усиливающееся воздействие человека на природную среду поставили его перед необходимостью решать ряд новых жизненно важных задач. Для удовлетворения своих потребностей в воде, пище, чистом воздухе человеку надо знать, как устроена и как функционирует окружающая его природа. Экология как раз и изучает эти проблемы.

Список использованной литературы

1. Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Комащенко В.И. Охрана окружающей среды. - Высшая школа, 1985. - 193 с.

2. Вронский В.А. Прикладная экология: учебное пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 1996. - 274 с.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 520 с.

4. Концепции современного естествознания. Учебник / Сер. «Учебники и учебные пособия»: Под ред. проф. С.И. Самыгина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1997. - 448 с.

5. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов./ Рузавин Г.И - М.: ЮНИТИ, 2000. - 287 с.

6. Концепции современного естествознания. Часть 1. Информационные процессы в неживой природе: Учебное пособие / С.В. Шапиро. - Уфа: Уфимск. гос. акад. экон. и сервиса, 2006. - 109 с.

7. Краткий курс по концепциям современного естествознания: учеб. пособие / О.В. Агуреева. - М: Издательство «Окей-книга», 2007. -154 с.

8. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. - М.: Гардарики, 2003. - 476 с.

9. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. - М.: Мир, 1993. - 336 с.

10. Ургопуло Е.В. Энергия. Учебное пособие. / Компас РЭА. - М., 2005. - 187 с.

11. Ургопуло Е.В., А.В.Лебедев - Концепции естествознания и экологии: Учебное пособие. - М.: МЭПИ, 2006. - 244 с.

Размещено на Allbest.ru