История естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

КСЕ (Концепции современного естествознания)

История естествознания

Лаврский Алексей Юрьевич

Естествознание - это система наук о природе.

В которую входят такие науки как астрономия, биология, химия, физика и другие.

Основной задачей естественных наук является построение целостной логической не противоречивой картиной мира, а также обеспечения технологического прогресса. Естествознание стало частью общечеловеческой культуры.

Концепция - система взглядов определяющих основополагающие идеи позволяющие с единых позиций осмыслить широкий круг вопросов одной или несколько областей знаний.

Знания приобретаются в процессе познания.

Низшие организмы имеют способность к «познанию» окружающей среды и «знания» в виде их генетического кода поэтому их приобретение связанно со меной поколения.

Бактерии-> Инфузории (у них реакции проявляются быстрей приспособлены к восприятию из окружающей среды) - > с увеличением уровня организации живой материи свойственно память, исходя из знаний, хранящихся в памяти формируется ответная реакция (память). Например: членистоногие вословном действуют по рефлексам. У пчел, например, есть зрительные образы.

Человек отличается способ хранение и передачи знаний с использованием понятий - это речевой символ обозначающий совокупность явлений объектов или характеристик.

Врановые птицы, дельфины, обезьяны схожи с человеком, могут общаться у них есть свои понятия.

За счет совершенных способов обменной информации человеческое общество стоит особняком.

Социальный и коллективным образ жизни присущ пчелам, действуют как единый организм, а кузнечик нет.

Человек обладает письменностью, что позволяет сохранять накапливать и анализировать огромный объем информации.

Человеческое познание совершенствовалось с увеличением экономической эффективностью труда. Появилось время для передачи и хранения труда.

Стадии эффективного труда:

Собирательство

Животноводство

Растениеводство, сельское хозяйство становиться комплексным;

В процессе разделения и совершенствования труда появляется направленный труд на сбор информации, проверку, накопления, сохранения и передачи между поколениями - появляется наука ( жрецы первые ученные);

Египет, Сирия, Вавилон, Китай, Индия - места, где отдельные отрасли науки достигали высокого уровня развития.

Вавилон - способ приблизительного извлечения квадратного корня, для решения квадратных уровней, 60ичная система исчисления используемая для астрономических исчислений и пр. Наблюдения за небесные телами позволили предсказывать солнечное и лунное затмение.

Египет - до средины 2 тысячелетия сложилась каста жрецов, математические аппараты чтобы предсказывать разливы Нила и погоду. Жрецы стали записывать эту информацию и создали солнечный календарь год 12 месяцев и каждому году добавлялось по 5 дней ( так как високосные года не учитывались), установили число пи, формулы для вычисления объемом различных фигур, площадь треугольника трапеции и круга, зарождалось химическое вещество которое считалось священным. Знания египтян применяли и древние греки.

Восточные цивилизации - Китай, порох, крашенье, бумагу, шелк. Использовали естественные металлы, которые можно встретить в природе виде самород

+ ков, использовали инертные металлы - золото, потом медь из них делали оружие (топоры, мечи). Бронза - случайно добывали руду и случайно ее обнаружили как примесь. На смену пришло железо. Люди научились делать качественную сталь. Знания их были Эмпирические, по содержанию знаний они были прикладные (они имели конкретную цель) - что то придумать - обеспечение пропитания, жилья, противостояние стихии. Приемы все были сложные, годились для отдельных случаев и отдельных областей - это дофилосовский этап науки. Эмпирические знания считались долго примерно похожими религиозно-мифологическими. Если человек не знает то он обращается к мифам, поверьям.

Родиной научно-технического знания считается древняя Греции. Происходит переход с этого времени от эмпирического познания к теоретическому (стремление объяснить объекты и явления через их сущность а не через деятельность каких то сил и существ). На смену богам приходят обобщенные стихии( огонь, вода, земля, воздух) порождающие все остальное просто в разных пропорциях, также возникают обобщенные понятие касающиеся взаимодействия, т.е. логос(число), любовь, вражда. Первую форму такого познания называют натурфилософия, и первая выдуманная теория человеком - идея единства и самообусловленности мира.

Парадигмы и научная ревоюция.

Для того чтобы собирать и анализировать большое количество данных, для установления истинных причин взаимодействия материальных систем необходимо получить как можно больше фактов о их состояниях. Эти факты со времен зарождения науки добываются, накапливаются и анализируются многими поколениями ученых в связи с чем знания прогрессируют не одновременно монотонное развитее сменяются резкими скачками когда удается осмыслить и обобщить большое количество данных либо проанализировать их с других позиций сделать новые основополагающие выводы и эффективно применить их такие моменты и называются научными революциями. Результатам каждой из них является смена парадигмы научного знания.

Научная парадигма - совокупность господствующих подходов к объяснению природы и принципов ее познания.

Принципы познания определяют направление научных исследований, указывают какие из областей науки всоответсвии с парадигмой представляют наибольший интерес, то есть обеспечить наиболее эффективное развитие.

Первая научная революция

Основой является труды Аристотеля (322гг.) - законы формальной логики в виде системы позволяющие получать строгие и правильные выводы на основании имеющих предпосылок (базовые убеждения). Сложившиеся в результате парадигма предполагала что на основании сложившихся фактов является источников наших ощущений позволяют получить новое истинное знание об устройстве окружающего мира, предсказать неизвестное ранние событие и факты это направление в науке было названо натурфилософией.

Вторая научая революция

Была обусловлена переходом от методологии наблюдений и логических умозаключений экспериментальному изучению природных явлений с точными количественными измерениями и вычислениями. Первым доказал преимущество методологии - Г. Галилей (1642г.) Поставленные продуманны его опыты доказали что логический анализ наблюдаемых явлений моет привести к ложным умозаключениям. Исследования Галилея доказали что все тела на Земле падают с одинаковой скоростью 9,8. В тоже время Кеминг опираясь Тихо Браде (1546-1601), установил то орбиты планет являются не круговыми, а элептическими. Параметры этих орбит абсолютными и с высокой точностью их вычислил и сформулировав формулы их исчисления.

И.Ньютон - изложил свои законы механики, обобщив результаты исследования Галилея - и появилась новая парадигма, согласно которой взаимодействие тел во вселенной вословном определяются величиной их масс о нее зависят силы притяжения - гравитация и силы инерции. Математические законы позволяют рассчитывать перемещение тел в течение любого заданного промежутка времени, если точно известны их исходные координаты: скорость и масса. От сюда следовало что все будущее однозначно определенно - фатализм, а не возможность точного предсказания определяется большим количеством исходных данных которые нужно обработать которые не возможно обработать современными методами - механистическая картина мира. С открытие электромагнитных явлений и законов микромира к началу 20 столетия была подготовлена почва для третий научной революции.

Третья научная парадигма

Исходной толчком стали работы Эйнштейна (1879-1955гг) работы по специальной и общей теории относительности - это продолжение работ Г.Галилео об относительности различий между покоем и линейном прямолинейном движении. Основная суть Эйнштейна в том что такие характеристики материальных систем как масса пространственные координаты и время не являются абсолютным независимым от условий взаимодействия, а меняются с изменениям этих условий, то есть являются относительными. Например: с увеличением скорости движущихся тел, их размеры и направление, и движение уменьшается и а течение времени замедляются. В сильных гравитационных полях пространство и искривляется. Так описание вселенной с новыми экспериментальными фактами говорит о пользе того что Вселенная не является застывшим образованием - неизменной, она расширяется, а механика Ньютона считала что она не изменялась. Возникла новая парадигма -одним из основным принципов опорой является принцип развития и революции материи - но потом было выяснено что она могла быть (родиться) выяснена на основе механика Ньютона.

Впервые был сформулирован Ж.Ломак принцип революции материи - в начале 19 века, но правильное толкование и объяснение научной неизменчивости было дано Ч.Дарвином, в его теории естественного отбора. Парадигма сложившихся в результате третий научной революции действует до сих пор. Принципы сформулированы - квантовая теория, учения о биосфере Вернадского, и в различны разделах химии, физики и пр.

Перспективные Акиным термодинамика необратимых процессов - поможет объяснить явления самоорганизации в биологических системах (физической химия, химии, нанотехнологии могут помочь понять явления микромира и получить материальные структуры с заданными необходимыми свойствами).

Системный подход и общая теория системы - кибернетика. Смена живых систем на искусственные. Применятся для построения искусственного аппарата.

Система естественных наук.

Гуманитарная и естественнонаучная культура

Разделение на естеснонаучную и гуманитарную науки. Изучают наиболее сложные формы живой природы связанные с человеком, такие как сознание, творчество, социальные системы и их различье т.е. идеальные системы - полностью являющие продуктом деятельности человеческого сознания. Например: правовая система это продукт деятельности человеческого сознания, язык - тоже является продуктом сознания, а также религия.

Разные методологии и разные цености имеют современные концепции.

Естественно- научная культура

- научные факты теории, сложившиеся методы ислледования, технические средства устройства и технологии, определенные материалы- проверка предположения эксперимента.

Цель естественно- научной культуры: объективная истина

Самоцель: открытость научной истины.

Гуманитарная наука

- искусство и религия.

Достижения искусства значительный пласт культуры.

Разновариантность представлений оценок и позиций, обусловленных разнообразием эстетических, этических и др. интересов исследователя, а так же другими субъективными факторами.

Научный подход.

Все отрасли научного знания имеют единую методологическую основу- совокупность методов познания образует научный подход, наиболее полном и чистом виде представлено естествознания.

Признаки:

Стремление к четким и однозначным понятиям;

Наблюдательность и эмпирическая основа знаний;

Инструментальные методы получения знаний первичных данных;

Стремление к количественным характеристикам явлений и математической обработки данных;

Рациональная отработанная методика построения теории (теория относительности);

Стремление к концептуальному единству описанию природы.

Редукционизм- это способ разделения сложных явлений на более простые для понимания сложного явления на основе понимаия простых его составляющих. Наиболее характерен для физики, но используется в разных науках, но надо учитывать, что выделение отдельного компонента всегда условно.

Недостаток редукционизма - страдает приблизительностью.

В гуманитарной культуре - при изучении целостного механизма, используют не количественный, а качественных подход. А в естественнонаучной культуре - используют количественный подход.

Абстрагирование - основан на том, что при изучении объекта принимаются только его наиболее значимые характеристики, а не значимые могут опускаться.

Интуиция - тоже необходима. Все эксперименты должны быть воспоизводимы. Интуицией исследователи - экспериментаторы пользуются: при изучении сложных явлений, при недостатке физичесой способности, при не достатке времени, при невозможности учесть влияния всех факторов.

Научная истина независит от применяемых методов.

Цель научно-естественной культуры - раскрытие объективной истины.

Цель- результат познавательной деятельности человека, проверенный опытом, она субъективна по получению и способу достижения, но объективно независит от самого познающего.

Эмпиризм - достоверно логический и экспериментально проверяемый.

Теоретическое познание - установление сущности явления.

Основные формы научного знания - факты, теории, принципы, законы, теоремы.

Цель науки- построение теории, объясняющая широкий спектр и подтверждающаяся экспериментом.

Научная проблема- осознавыемый ученными вопрос. (Например - где локализуется сознания человека).

При осмыслении научной проблемы возникает научная догадка, а из нее гипотеза- не проверенное, предположительное значение.

Правила гипотез выдвижение:

1) Не противоречит наблюдаемым фактам;

2) Доступность гипотезы, возможность экспериментальной проверки - принципиальность проверяемости.

3) Максимальная простота гипотеза.

Теория - всегда доказана. Это принципы, законы, категории.

Методы научного познания

Включают общие приемы общечеловеческого познания- индукция, дедукция, эксперимент, анализ, синтез, сравнение, наблюдение.

Наблюдение- объект окружающего мира, можно проводить при помощи чувств и прочих аппаратных средств, предметов которые позволят расширить спектор.

При наблюдении стараются сохранить состояние предмета или явления, не зависимо от наблюдателя.

Эксперимент- отличается активным характером воздействия на объект. В ходе наблюдения и эксперимента проходит измерения, аналогия, моделирование.

Преимущества моделирования - эксперимент с предметом измененного масштаба, эксперимент не с реальным объектом, а с замененным на матемстические, вертуальные, или с измненным размером. Плюсы- не ограгиченная возможность эксперимнта, произвольное масштабирование, макроуменьшить, микроувеличить, применение визуализации- позволяет наглядно иллюстрировать в процессе.

Панорама современного естнствознания.

Структуный уровень материи

Изучение в больших масштабах

ЕСТ много изучает, для того чтобы ориентироваться в этом многообразии его делят на структурные уровни. На каждом из них собраны схожие явления, которые похожи свойствами и явлениями.

УРОВНИ:

Вакуум, поля, элементарные частицы, атомы, молекулы, макротела, геологические образования: планеты, звезды и их системы, системы галактик, метагалактика и вся вселеная.

Из всей совокупности выделяют живые материи макротела с высоким уровнем организации.

На основе различий выделяют микромир- мир мелких частиц (ядер, протонов: все до атома)- квантовая физика, в основном познание возможно только опосредованно, при достижении высокого развития техники. Изучение микромира привело к развитию неклассической физики. Главная сила - гравитация

Макромир - от атома до планеты. Все живые организмы относятся к макромиру. Главная сила- электромагнитное поле.

Мегамир - от планеты и выше, до галактик. Изучает астрономия, космология.

Физика - занимает отдельное место в этой жизни. Методологическая основа ЕСТ.

На стыке различных отраслей естествознания зарождаются различные области.

Фундаментальные и прикладные науки:

Характерной чертой ЕСТ является интеграция, в результате этого возникают трансдисциплинарные науки, идеи и концепции. К числу важных идей относят идеи о неразрывном воздействии объекта и окружающего, идея пространства, идея моделирования целостности природы пространственно временной упорядоченности, смена стратегий познания не меняет значение трансдисциплинарных идей.

Роль ЕСТ в современном обществе.

Роль естествознания в современном обществе - называется техногенной, средством достижения в определенни отраслей естественных наук.

техногенное;

развитие техники.

Технология - система производственных операций. Прогрессивными технологиями называют, такие, которые при внедрении позволяют достичь качественно нового результата, качественного повышения продукции, повышение производительности при уменьшении затрат, а так же появления новых продуктов.

Физика - наиболее фундаментальное знание, идеи новых технологий, характерной чертой новых технологий является наукоемкость.

Химия- обеспечивает развитие новых технлогий, не прерывно связна с созданием новых материалов.

Биология - служит основой для разработки с\х и фармацевтических технологий, также для биотехнологий (живые организмы в питании), диагностические технологии и конечно же медицина.

Проблемы современного естествознания - это череда сменяющих друг друга проблем решающиеся науками.

Проблемы можно разделить на 4 типа:

1 тип проблем: обусловлены саморазвитием науки;

2 тип проблем: приносимы техническим прогрессом и требованиями развития технологий;

3 тип проблем: связан с выживанием человечества и сохранением биосферы;

4 тип проблем: связан с гуманитарными проблемами естествознания - истощение не пополняемых энергоресурсов; химическое, бактериальное, ядерное, оружие; озоновые дыры; накопление ксенобиотиков; глобальное потепление; парниковые газы; вырубка лесов; социальное неравенство и др.

Концепция описания природы.

Пространства и время.

Свойства пространства - все точки обладают одинаковыми свойствами, однородностью. При повороте на любой угол, законы физики не меняются.

Непрерывность, между двумя точками пространства, как бы близко они не располагались, можно всегда разместить третью.

Свойства пространства:

Однородность;

Избранность;х

Непрерывность;

Эвклидовость (возможность построения прямоугольных координат)

?LІ= ?XІ+?YІ+?ZІ

Трехмерность (набор трех координат).

Свойства времени:

Однородность;

Непрерывность;

Однонаправленность.

Общая теория относительности - в центре массивных тел время течет медленней. Это говорит о влиянии времени и скоростей близких к скорости света.

Класическая и квантовая механика.

Основана на законах Ньютона:

Если нет никакой силы, ускорение равно нулю, то движение происходит равномерно и линейно.

Связывает силу, массу и ускорение. M= F\ a .

Два тела действуют друг на другу силами численно равными и противоположными по направлению, то действие равно противодействию, или равно нулю.

Лапласова концепция детерминизма: состояние изолированной системы в данный момент, однозначно определяет ее состояние в будущем.

Квантовая механика и корпускулярно волновой дуализм материи, были открыты в 20 веке. Говорят о том, что предсказание системы в будущем невозможно, что следует из принципа неопределенности Гейзенберга.

Невозможно одновременно точно определить и координаты и скорость квантовой частицы. Квантовая механика подразумевает вероятностное описания процессов и явление, т.е. дается вероятность протыкаемых событий тем или иным образом. Именно квантовая физика привела к мысли о том, что случайности не случайны. Для квантовой механики затруднительно наглядное представление.

Классификация систем по обмену энергии и веществом со средой.

Открыта система обменивается и энергией и веществом.

Закрытая система обменивается энергией но не обменивается веществом.

Изолированная система не обменивается не энергией не веществом. (будут излучать кванты какой то системы).

На самом деле все природные системы являются открытыми, а все закрытые являются абстракцией, так как представить такую систему практически не возможно.

Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся обшей мерой различных форм материи. Суммарная энергия изолированной системы с течением времени не меняются. Полной энергии системы имеющую массу и выражается формулой - Е=мсІ, где Е - энергия, м - массу, с - константа, скорость светы в вакууме.

То что является источником изменения в системе это сила - опускающая.

4 типа сил и ссотвесвующих им взаимодействий:

Гравитационная

Электромагнитная

Сильное взаимодействие

Слабое взаимодействие

Гравитационное взаимодействие определяется таким свойство тел как масса и выражает в наличии сил притяжения между телами и обратно пропорциональны квадрату расстояния между центрами массы. Гравитационное взаимодействие вословном определяет тела Мегамира.

Электромагнитное взаимодействие определяется таким свойством как электрический заряд и проявляется как сила между двумя зарядами пропорционально величине каждого из них и обратно пропорционально квадрату ту расстояния между ними.

Заряды бывают двух сортов: положительные и отрицательные.

Притягиваются только разноименные, одноименные отталкиваются.

Магнитны силы возникают между двумя потоками заряда если потоки параллельны, а заряды одноименны тогда возникают силы отталкивания и наоборот:

1 вариант - если потоки параллельны и однонаправлены , заряды одноименные то происходит отталкивание

2 вариант - если потоки в одном направлении и заряды разноименные, то происходит притяжение.

3 вариант - если потоки разнонаправленные и заряды разноименные, то происходит сила отталкивания.

Периодическая смена потока электричества вызывает в пространстве возмущение силовых полей, называемые - электромагнитными волнами. Они характеризуется: частотой колебаний этого переменного тока.

Электромагнитные силы практически полностью определяют процесс взаимодействия ядер атомов с электронами, а также процесс образования молекул и макроскопических тел из атомов. Определяются в макромире.

Силу в значительной мире определяют масштабы микромира в значительной мере, но не полностью.

Гравитационные силы в микромире не определяются.

Гравитация в макромире проявляется в виде общей тенденции всех тел, двигаться в направление центра какого то массивного тела, в нашем случае земли, луны.

Вертикальное движение масс происходит за счет разности плотности холодных и теплых называется конвекцией, а потоки конвекционные.

Адвекция - движение воздушных масс.

Чем больше молекул, тем больше плотность, чем сильнее нагреваешь расстояние между молекулами увеличивается и их становится меньше и плотность, поэтому уменьшается.

Электромагнитные силы в мегамире не проявляются, так как заряд крупных тел как правило уравновешены и близки к нейтральным.

Основное проявление электромагнитной силы в мегамире в виде различного рода излучений таких как: излучение звезд и т. д.

Сильное взаимодействие

Проявляются в некоторых процессах с участием элементарных частиц, виде сил удерживающих одновременно нейтроны и положительно заряженные протоны в ядрах атома, поэтому эти силы еще называют ядерными. Проявляются на расстояниях в 10 в минус 15 степени метров.

Приставки системы СИ

Система интернациональное, одинаковое значение для всех.

Десятичный множитель	Приставка	Обозначение	Пример
	русская	международная	русское	международное
10?1	деци	deci	д	d	дм -- дециметр
10?2	санти	centi	с	c	см -- сантиметр
10?3	милли	milli	м	m	мH -- миллиньютон
10?6	микро	micro	мк	µ	мкм -- микрометр, микрон
10?9	нано	nano	н	n	нм -- нанометр
10?12	пико	pico	п	p	пФ -- пикофарад
10?15	фемто	femto	ф	f	фс -- фемтосекунда
10?18	атто	atto	а	a	ас -- аттосекунда
10?21	зепто	zepto	з	z	зКл -- зептокулон
10?24	иокто	yocto	и	y	иг -- иоктограмм

Десятичный множитель	Приставка	Обозначение	Пример
	русская	международная	русское	международное
101	дека	deca	да	da	дал -- декалитр
102	гекто	hecto	г	h	гПа -- гектопаскаль
103	кило	kilo	к	k	кН -- килоньютон
106	мега	Mega	М	M	МПа -- мегапаскаль
109	гига	Giga	Г	G	ГГц -- гигагерц
1012	тера	Tera	Т	T	ТВ -- теравольт
1015	пета	Peta	П	P	Пфлопс -- петафлопс
1018	экса	Exa	Э	E	ЭБ -- эксабайт
1021	зетта	Zetta	З	Z	ЗэВ -- зеттаэлектронвольт
1024	иотта	Yotta	И	Y	Иг -- иоттаграмм

По аналогии с зарядам свойство определяющие ядерное взаимодействие называют цветовым зарядом.

Слабое взаимодействие определяется еще одним типом сил проявляющиеся некоторыми при превращение элементарных частиц, которые свойство определяющие такое взаимодействие получило название лептонный заряд.

Указанные силы с увеличением расстояния ослабевают - взаимодействие частиц.

Гравитационные силы уступают ядерным на 39 порядка. Так как гравитационные и электромагнитные силы с увеличением расстоянием убывают значительнее медленнее они получили название дальнедействующими. А сильно и слабое взаимодействие короткодействующие.

Уровни энергии

Кинетическая - это энергия материального тела зависящая от массы и скорости. Характеризует количество энергии.

Потенциальная энергия - это часть энергии зависящая от конфигурации системы или ее положения в пространстве, в поле сил.

Потенциальная превращается в кинетическую, а она превращается в тепловую.

Механическая - эта сумма кинетической и потенциальной. Не просто бросили, но и придали ускорения.

Суммарную энергию системы делят на механическую и внутреннею.

Внутренняя энергия - это часть полной энергии и системе заключанная в самом веществе тел образующих ее. Внутрення энергия делться на несколько уровней

В зависимости от характера процессов приводящих к ее изменениям:

А) Кинетическая энергия теплового движения

И потенциальная энергия их взаимодействия. Колебание может сталкивать молекулы, внутренняя энергия на этом уровне изменяется с изменением температуры и агрегатного состояния вещества. На этом уровне энергия меняется при влиянии и работе над ними и при изменении теплоты (охладить или нагреть) то есть совершить работу. Или по пропускать электрический ток.

Превращение внутренней энергий системы = сумме совершенной над системой работы и количеством преданной ей теплоты (охладили или нагрели).

Б) Энергия электронных оболочек атомов и ионов. Изменяется она при химических реакциях в процессе которых из одних молекул превращаются другие. Происходит изменение в строении оболочек атомов и ионов. Электромагнитная

В) Электровзаимодействие нуклонов ( протон и нейтрон-). Ядрообразуещие частицы.

Энергия нуклонов обусловлена сильным взаимодействием массы ядра всегда меньше суммы масс частиц входящий в его состав. Это обусловлено тем что при объединение нуклонов в ядро сопровождается выделением колоссального количества энергии. Эта разница в массах называется дефект массы, количество этой массы можно узнать е = мсІ.

Наибольшая энергия на одну ядерную связь выделяется при образовании ядерсодержащих от 50 до 60 протонов от хрома до цинка, это значит что эти ядерные связи прочные значит и ядра прочные. Сростом количества нуклонов энергия их связей уменьшается от 60 и выше. Это делает возможным два процесса: деление тяжелых ядер на несколько более легких, эту энергию ядру может сообщить свободный нейтрон; то что 50 и 60 протонов.

Синтез ядер для слияния легких ядер в одно им необходимо подойти на более близкое расстояние. Оно намного меньше размеров атомов.

Для слияния ядра должны сталкиваться с огромными скоростями соответствующими температуры несколько миллионов кельвин - то процесс называется термоядерный синтез, такие реакции протекают в недрах звезд и являются источником их энергии. Солнце - это термоядерной реактор.

Г) Энергия взаимодействия кварков в адронов. К адроном относятся нуклоны, протоны и нейтрон. Они состоят из трех кварков. Масса нейтрона на 1,5 массы электрона больше суммы массы частиц на который он распадается. Нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. В кинетической энергии элементарных частиц.

Д) Собственная энергия покоя элементарных частиц. Подавляющие число элементарных частиц во вселенной имеют античастицы. Доказано существование антивещества. Аннигиляция - выделение большое количество энергии от сталкивания частиц с античастицами. Процесс аннигиляции происходит с сохранением суммарной энергией системы.

Аннигиляции 1 грамма вещества с 1 граммов антивещества = 10 в 14 степени ДЖ. Вселенная состоит вословном из вещества. 10 в 13 степени кельвин при температуры количество античастиц и частиц совпадало но не совсем, на несколько миллиардов пар частиц и античастиц, приходилась одна частиц, из-за этого избытка такого вещества и появилась наша вселенная. При остывании вселенной все частицы аннигилировали и получились фотоны (лучи света), они охлаждались. В таком виде дожили до наших дней в реликтовом излучении. Эффект долера- из него известно что вселенная расширяется ( разница в длине волне света например лазера).

Экспериментально зафиксировано реликтом 1965 году, американцами.

Химическая рякция - превращение одного или нескольких реагентов в другие вещества или продукты рякции, другие вещества, отличающие от них по химическомусоставу или строению молекул.

Признаки химичекой рякции:

выделение или поглощение газообразных веществ,

изменение цвета, появление запаха,

выпадения или растворение осадка,

выделение или поглощение теплоты,

выделение света.

Важным этапом в развитии химических соединений стало открытие Дальтона о постоянстве состава - состав любого химтческого вещества выражается сторогой пропорцией отражающей неизменное соотношение компонентов в данном веществе.

Моль 1 вещества - это его количество содержащие, такое же число атомов как в 12 граммов изотопа углерода 12.

Стехоометрия - неизменность целочисленных соотношений компонентов входящих в состав вещества.

Поздняя формулировка о постоянстве состава была дополнена структурной концепцией.

Молекула представляет собой пространственную упорядочность совокупность атомов входящих в ее состав.

Химические связи имеют пространственное распределение. Формула молекул опредяляется углами между направлением связей.

В структурной химии разработан графический способ изображения пространственных связей в молекулах.

Комбирируя атомы элементов можно создавать структурыне формулы. Созданная Бутлеровым теория химического строения объяснила свойств тех или иных соединений, позволила выделить активные или так называемые функциональные группы, характерные для разных классов соединений.

Положение теории Бутлерова:

1) атомы в молекуле соедины в определенной последовательности согласно их валентности. Последовательность межатомывых соединений называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой.

2) химичесое строение можно установить химическим методом, а также некоторыми современными физическими методами - есть спектральные методы- выделение разных цветов при горении - есть спектрофотомерия.

3) свойства вещества зависят от их химического строения.

4) по свойствам вещества можно определить его химическое строение и наоборот, по химическому строению можно определить свойство вещества.

5) атомы и группы атомов оказывают взаимное влияние друг на друга.

Ядерная рякция и энергеика.

Радиоактивость- свойство некоторых атомов заключающиеся в произвольном распаде, выделением квантов электромагнитного излучения, то есть гаммы квантов или элементарных части. Например: электрон и позитрон.

Ионизирующие излучение собственная радиация- различные виды микрочастиц и физических полей способные ионизировать вещество. То есть выбивать электроны с образованием ионов.

Виды соединений:

1) Поток альфа частиц состоящих из двух протонов и двух нейтронов (ядра гелия, образовавшихся в результате адьфараспада тяжелых ядер), действует на расстоянии от 2,5 - 10 см, полностью экранируются слоем плотной бумаги или одежды;

2) Бетаизлучение - поток электронов или позитронов (бета-частиц, образовавшихся в результате бета-распада радиоактивных ядер, длина пробега в воздухе до 20 метров в толще биологических тканей на 1 см проникновние).

3) Экранизируются алюминием, толщина порядка миллиметра бетаизлучений, встречается в дозиметре, в старом датчике дыма.

Гамаизлучение сопровождает альфа и\или бета распадом, который представляет собой поток гаммаквантов. Квант- порция энергии. Является электро-магнитным излучением имеющий волновую природу, аналогичен свету, но в нем гораздо больше энергии чем в свете и проникающей способносью. Необходимы слои в несколько метров железобетона для экранирования.

Виды ядерных реакий:

Ядерная реакция - реакция взаимодействия ядра атома с другим ядром или элементарной частицей, в результате которого происходит изменение его состава и структуры, обычно сопровождается выделением или поглощением энергии.

Реакция ядерного деления- процесс расщепления атома ядра на два или три ядра сблизкими массами, называемые осколками деления. Кроме того результатом деления может быть распад альфа - частиц или нейтроны гамокванты.

Деление бывает спонтанным или вынужденем в результае взаимодействия с другой частицей, прежде всего с нейтронами. Деление тяжелых ядер - экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобаждается энергия в виде кинетической энергии, осколков и излучения (гаммаквантов).

В некоторых случаях энергии высвобождающихся частиц достаточно для инициации следующего ядра атома, в этом случае реакция называется цепной.

Не все высвобожденные нейтроны инициируют ядро, часть улетит во вне, поэтому для самоподдержания цепной реакции необходимо некоторая минимальная масса радиоактивного вещества - эта масса называется критической. Масса должна быть больше критической. При некотором, количестве вещества критической массы реакция способно не затухать, а ловинообразно ускоряться, Критическая масса индивидуальна для каждого изотопа.

При достаточном, количестве радиоактивного вещества большей физческой массы ловинообразное ускорение ядерной реакции присходит ядерный взрыв.

Некоторые вещества, например графит способны поглощать нейтрон, тем самым замедляют ядерную реакцию, подвижные графитовые стержни для регуляции ядерного распада в реакторах.

Ядерная реакция синтеза процесса слияния двух атомных ядер с образованием нового более тяжелого вещества, а также порции энергии в виде квантов.

Термоядерная реакции - слияние двух ядерных реакций с образованием нового более тяжелого, но с энергией их теплового движения.

Это реакции протекает в процессе естественного нуклеосинтованного, в звездах, реакция в синтезе между реакциями между легкими элементами вплоть до железа проходит экзоэнергетический, с чем связывают их применение в энергетике, в случае решения проблемы управляемого термоядерного синтеза - называются Токмак ( например на юге Франции - строительство итер - промышленный термоядерный реактор).

Проблемы управляемого термоядерного синтеза:

удержание плазмы с помощью магнитных полей;

выделяется огромное количество нейтронов - осколков.

Недостатки: проблема утилизации отработанного ядерного топлива.

Полностью ионизирующее состояние вещества - плазма.

Основные концепции биологии

Химические основы жизни

Углеводы

С(n)H(2n)O(n) - формула углеводов.

1) моносахариды - число атомов углерода от 3 до 7, основная функция - топливо для организма. Основными являются: глюкоза и фруктоза.

C(n)H(12)O(n) - формула глюкозы

2) дисохариды - два соединненых в одну молекулу моносахарида. Основными являются: сахароза, пищевой сахар. (Глюкопиранозил фруктофураноза)

3) полесахариды - разветленные или линейные полимерные цепи большого количества моносахаридов. Пример: целлюлоза (вытянутая молекула). Функции целлюлозы - основной строительный материал клеточной стенки растений. Гликоген - более разветвленная цепь, запасное вещество у многих органимови нашей биосферы. Хитин - основной строительный материал клеточной стенки грибов и наружного скелета членостоногих.

Жиры и липиды

Формула: эфиры и жиры

Представляют собой сложные эфиры трехатомовного спирта глицерина и высших жирных кислот. Жиры выполняют, запас питательных веществ длительного хранения. От них выделяютя в 1,5 энергии больше, чем на тужу же массу углеводов.

Часть жиров и липидов формируются водо и электро изолирующие структуры, то есть гидрофобные покрытия. Теплоизоляция еще одна их функция.

Ферменты или инзибы липиды биологический катализатор. Они способны ускорять химическую реакцию, именно строение белковых молекул разнообразны.

Белок

Белок - линейный полимер, мономерами которого являются аминокислоты.

Формула: аминокислота



Наиболее известное распространение аминокислот 20 - 25, входящих в состав основного количества белков. Соединение аминокислот происходит за счет аминогруппы одной кислоты и аминогруппы другой кислоты. В результате образуется прочная экваволетная связь - называется пептидной.

Новая молекула называется депептидной, так как состоит из двух аминокислот.

Цепочки из тысячи и сотни аминокислот называются полипептид.

Количество и порядок соединений аминокислот для каждой молекулы строго определенны.

Белковая молекула упаковывается определнным образом, а не линейно, это обусловлено природой различных радикалов различных аминокислот и назвается структурой белка. Она поддерживается водородными связями между разными участками полипептидной цепи. В разных ситуациях пространственная конфигурация меняется, эти изменения могут обратимые они вызваны различными факторами зависимости от свойств белка (температура, излучение, кислотность, астматическое давление раствора). Обратимое изменение сируктуры называется конформацией, является основой способности живых организмов приспосабливаться к меняющимся условиям среды, если воздействие на млекулу белка окажется сильным возможны необратимые изменения, то рвутся эквавилентные связи этот процесс называется денатурация. Денатурация большого количества молекул белка приводит к гибели организма. Каждый вид организма представляет собой определенный набор белков обуславливающие все жизненоважные свойства вида, чем более разнообразней этот набор тем более сложным и свершенным является организм. В человеческом организме используется более 30 тысяч белков, В сухой массе до 80%, в сырой 10-20%.

Функции белков:

1) рецепторная - состоит в узнавании молекулы белков, рецепторно белками, химических и физических факторов среды с последующим измененим структуры белков.

2) двигательная - осуществляется специальными сократительными белками.

3) транспортная - нужные вещества такие как пищевой субстрак специлизированые белки перемещают в клетку, а не нужные выделяются в среду.

4) защитная- выполняется белками гаммы- глобулина. Способы его нейтрализовать выведения аньигенов и подготааливает к выведению из организма.

5) строительная - обеспечивает формирование большей части клеточных структур с заданными свойствами основной массы.

6) каталитическая - белки являются биокатализаторами и способны ускорять химические реакции сотни и в десятки тысяч раз. Такие белки называют ферменты или инзимы их характерная особенность- высокая специфичность к субстрату.

7) энергетическая -расходование белков в качестве пищевого субстрата начинается когда основные источники истрачены.за искл специальных пищевых белков-белки яйца айбулин,казеин-белок молока.феррумлин-в растениях -клещиин,в орехах.

Число возможных выриантов строения белков-только 20 их возможная комбинация ничем не ограничена. Число максимальных возможных вариантов строения белков может превышать величину 10 в сотой степени.

Структура белка

Первичная - каждый белок представляет собой определеную последоват аминокисллотных остатков закадированнно в генетическом коде молекулы днк(рнк у некоторых вирусов). Этот белок как правило индетичен у организмов данного вида.

Вторичная структура белка - в простанстве нуклеотидная цепь укладывается в виде спирали (аланин, глицин, тиразин) стабилизируется водородными связями и дисульфидными мостиками.

Тритичная структура - это пространственная упаковка нескольких спиралий, молекул. Входят в состав более сложных образований - называется глобулы и субъединицы.

Четвертичная - это конфигурация из нескольких глобул.

Конформация вызывает измение во всех структурах кроме первичной, а денатурация до первичной, все.

Оптимул работы большинства белков в пределах 50% дальнейшие повышегие температуры вызывает денатурацию.

Виды химической связи: водородная, квквивалентная (полярная или неполярная), ионная. Самая прочная связь квивалентная, водородная может рваться и снова соединяться.

Наследственность и нуклеинные кислоты

Приспособление к условиям окружающей среди в накопление признаков при данных условиях среды. Чтобы эти признаки получить, они накапливаются в днк, передать информацию о структуре белков. Клетка должна обладать механизмом синтеза этих белковых молекул и иметь инструкцию воспроизведение и передачу этих молекул. Носителем информации о строение белков клетки является нуклииновые кислоты. Основная роль хранение, вопроизведение, передача дезоксикибонуклеиновая кислота. ДНК представляет собой линейный полимер состоящий из двух пралелтных цепей тысяч нуклеотидов. Состав нуклеотида входят три компонента - остаток фосфорной кислоты; пятиуглеводный сахар, азотистое осование.

4 азотистых основания - аденин, темин, гуанин, цитазин.

Особенность их заключается в способности изберательно попарно соединяться водородными связями, это обусловленно их пространственной конфигурации и распределением электронной плотности, такая особенность называется комплементарностью и выражается в том что аденин всегда образует пару с темином, а гуанин с цитазином. У РНК вместо тенин занимает уроцил.

При наличии одной цепочки нуклеотидов каждому из них последовательно комплекс комплементраности может присоединяться нуклеотид, соединяясь с комплементарным нуклеотид водородными связями, а с предыдущем нуклеотидов своей ципи квивалентнойи - этот процесс называется матричный синтез. Порядок соединие аминокислот в белке закадирован порядком соединения нуклеотидов одной цепи. Каждая аминокислота кадируется тремя рядом стоящими нуклеатидов - триплетом (кадон). В каком порядке располагается триплеты именно в таком порядке в полипиптиде будут раполагаться аминокислоты, участок ДНК кадирующий последовательность аминокислот в одном белке называется ген, вся совокупность генов - называется геном. Эукариоты - имеющие ядро, прокариоты не имеющие ядра. Геном эукариота является мазаичным в том числе и у человека, последователь триплетов кадирующх белок встречаются участки не кадирующие эту последовать, тоесть не кодирующие участки - называются интроны, а кадирующие - называются экзоны.

Главным свойством днк обеспечивающий передачу информации является способность воспроизводиьь свою точную копию перед началом деления клетки, двойная спираль раскручиваетмя специальными ферментами, водородные связи между цепями рвуться сперали разъединяются на две самостоятельные одинарные нити, после чего на каждой из них из свободных нуклеотидов по принципу комплемаентарности достраивается вторая нить в результате подучается две индентичные копии молекул днк - такой процесс называется редупликации, происходит в синтетической связи. После оканчия редупликация клетка преступает к делению с образованием двух дочерних клеток в каждой из которой находится потодной копии днк. Кроме днк в состав клетки входят и другие нуклеиновые кислоты - рнк, различают информационною рнк - ирнк- представляет собой непосредственную копию гена из днк. т-рнк (транспортная рнк) небольшие молекулы нуклеиноввой кислоты переносящая молекул аминокислоты к месту синтеза белка. Рибосомальная р-рнк- крупная молекула рнк входящая в состав рибосом ( не мембранные органойндные клетки состоящие из двух субъединиц и участвующих обеспечивающих синтез белка).

Нуклеотид фасфаты - атф - перенощики энергии.

При расщепление этих фосфатов выделяются большое количество энергии. АТФ - основное энергетическое вещество в клетки.

Биосинтез белка в клетке

1) Информация находится в днк в ядре, участок днк десперализуется (раскручивается) водородные связи между цепями разрываются ферментами с использованием энегии атф на некотором участке. Из свободных нуклеотидов по принципу клмплементарности на матрице одной из цепей синтезируется и-рнк. Этот процесс называется транскрипция происходит в ядре.

2) Через пору в ядре и-рнк попадает в цитоплазму.

После некоторой обработки ферментами, вырезаются интроны, одному концу и-рнк присоединяется рибосома. Рибосома покрывает два кадона.

3) Т-рнк представляет собой нуклеиновую кислоту в виде трехпетлей(трехлистника клевера) - антикадон несет УАЦ. Каждая т-рнк на специфична к каждой определеной аминокислоте. Она транспортирунт свою аминокислоту.

к первому кадону по принципу комплементарности присоединяется трнк несущая антикадон.

4) Ко второму кадану покрываемого риьосомой присоединяется вторая трнк компелментарна антикадона. После чего с помощью ферментов аминокислоты соединяются эквивалентной связью с образованием дипептида, освободившиеся первая трнк отсоединяется от рибосом и уходит в цитоплазму. Рибосома делает шаг на один треплет. Так повторяется многократно, пока риьосома встретит стоп-кадон на ирнк. С каждом шагом рибосом полипиптид увеличивается на один аминокислотный остаток. Одновременно к одной ирнк может присоединяется сотни рибосом. Поэтому матричный синтез белка является эфективным. Трансляция -тпроцесс синтеза на матрице ирнк в цитоплазме с помощью рибосом, тоесть после того как ирнк попадает в цитоплазму.

Структурно-функциональная организация эукариотической клетки.

Клеточная теория

Сравнение эукариотической клетки и прокариотической клетки.

Эукариоты	Прокариоты
Есть Генетический аппарат сосредоточен в ядре в виде хроматина.	Нет ядра, генетический апарат находиться в цитоплазме в в виде кольцевой днк, а еще у них есть плазмиды. Функция плазмид - биосинтез белков, ферментов и тп. В цитоплазме может быть большое колличество одинаковых плазмид, каждая из которых может участвовать в синтезе белка.
Структура клетки: Много мембранных структур и плюс мембранные органоиды.	Структура клетки: У них только одна цитоплазматическая мембрана.
Состав клеточной стенки: целлюлоза и лигнин - у растений, у грибов - хитин.	Состав клеточной стенки: пептидогликам.
Рибосомы: 80с, есть двух мембранные органоиды: митохондрии и пластиды.	Рибосомы: 70с Не бывает мембранных органоидов.
Строение жгутиков и ресничек: в основе жгутиков и ресничек трубочки.	Строение жгутиков и ресничек: в основе жгутиков и ресничек спираль из белковых субъединиц.

Клетка - ограниченная мембраной упорядочена структурой биополимеров, осуществляющая самоподдержание, саморегуляцию, самовоспроизведени за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Основные постулаты клеточной теории:

Все живое состоит из клеток (кроме вирусов) клетка элементарная единица жизни, вне клетки жизнь не возможна.

Клетки всех организмов гомологичны в постороении, имеют общее происхождение и общие принципы строения. Основу клеток составляют белки, от которых зависит ход всех внутреклеочных поцессовю их строеие закадировано в днк, основные жизненоважные процессы в клетке: размножение, синтез белка, получение и пеедача эпергии имеют общую биохимическую природу.

Размножение клеток осуществлеяется только путем деления уже существующих (постулат Вирхова).

Многоклеточный организм сложный комплекс дифференцированных в различных органах и тканях клеток, согласованное функционирование которых осуществляется под управлением надклеточных гуморальных и нервных систем.

Все клетки многоклеточного оргаизма тотипотентны ( это означает- клетка организма имеет полный набор игформации по строению всего организма, эта информация закадирована в днк, что сведетельствует о наличие принципиальной возможности вырастить из одной клетки точную копию оргназма, тоесть кланировать организм.

Каждая клетка состоит из ядра и цитоплазмы ограничевающей ее от окружающей среды и соседних клеток, пространство между мембраннами соседних клеток заполнено жидким содержимым- межклеточным веществом. Главная функция мембраны изберательная проницаймость. Большинство мембран эукаритеческой клетки в том числе цитоплазматическая ( цпм) мембранапостроены по сходному принципу в их состав входят два слоя фосфолюпидов ( являются эфиром глицирина, двумя остатками кислот и одна н группа заменина на фосфаты, в итоге каждая молекула фосфолюпидов имеют гидрофильную головку и два гидрофобных хвоста.

Благодаря своим свойствам гидрофильные головки обращены наружу к окружающей среде. Гидрофобные хвосты обращены внутрь билипидного слоя. Структура мембраны поддерживается . В билиптидный слой встроены комплексы различных белков, которые удерживаются внем за счет гидрофобного взаимодействия. Эти белки могут пронизовать мембрану на сквозь или встраиваться в нее с одеой стороны, они выполняют рецепторные и транспортные функции. С наружной стороны в билиптидном слое заякоренны молекулы разветленны полисахаридов.

Молекулы разветленных полисахаридов образуют гликокаликс. Он участвует в рецепторной функции то есть в опознание клеткой пищевых субстратов необходимых молекул, пренадзначеных для транспортов в клетку, а также в опознание клеток друг друга и плотного клеточного вещества. Эти молекулы встроенных белков могут перемещаться по мембране.

Одно из самых важных свойств клеточных мембран это клеточная замыкаймость.

ЦПМ - является самой толстой клеткой, так как несет защтитную функцию и выполряет множество других.

Цитоплазма - вязкое, полужидкое содержимое клетки. Содержит белковые фибриллы (нити белка), растворенные ионы металлов и кислот (солей), ферменты, моносахариды, органические кислоты и пр.

В цитоплазму погружены внутриклеточные структуры - органоиды или органеллы, выполняющие определенные функции.

ЯДРО- органический органоид ограниченный цитоплазмой двухслойной мембраной - кариолеммой, имеет поры необходимые для транспорта различных веществ, между цитоплазмой и ядром. В ядре содердиться хроматин - в нем содержится днк упакованное специальными белками- гистонами. На стадии митоза (деление клеток) днк упаковывается давольно плотно сильно спирализуется и перезодит в конденсированое состояние, в этом состояние генетичесий материал имеет вид хромосом. Каждая хромосома состоит из хромотида и срединной перетяжки центромеры (она несет белковый комплекс - киметохол, который служит для приклепления белковых нитий веретена деления).

Большую часть жизненного цикла клетки хромосомы не видны, так как днк десперализованно ( ведь на ней происходит транскрипция) в веществе ядра нередко наблюдаются ядрышки - это частицы более плотного упакованного хроматина. Хроматин входящий в состав ядрышек называется - гетерохроматин. Более светлый хроматин соответствующий десперализованной днк, где происходит транскрипция называется - эухромантин.

Для клеток организма определенного вида характерно постоянно колличество хромосом определенной формы и размера.

В соматической клетке человека содержится 46 хромосом, из них две половые, остальные соматические ( просто кадируют белки тела). Гаметы содержат половинный набор ( 23).

РИБОСОМЫ - плотные тельца из двух субъединиц. Основная функция - синтез белка.

ЛИЗОСОМЫ - мембранные пузырьки содержащие протеолитические (разрушает белок) ферменты, участвуют во внутреклеточном пищеварении присоединяются к структуре которую необходимо гидролизовать. (Изливают ферметы, которые впоследствии гидролизуют белки до аминокислот). Функция - разрушение пищевых субстратов ненужных клеточных веществ.

ПЕРОКСИОМЫ - мембранные пузырьки содержащие ферменты группы каталаз. Функция - участвуют в утилизации активного кислорода и свободных радикалов.

...