подготовка к семинару по теме "Структурные уровни и системная организация материи"

Понятие о микро,макро и мегамире 

Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10—8 до 10—16 см, а время жизни — от бесконечности до 10-24 с. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы.

Макромир — мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах. Макромир «населяют» только те объекты, которые по своим размерам соизмеримы с размерами человека. К объектам макромира можно отнести и самого человека. И, что естественно, человек является самой главной составляющей макромира. 

Что же такое человек? Древний античный философ Платон как-то сказал, что человек – это двуногое животное без перьев. В ответ на это его оппоненты принесли ему ощипанного петуха и сказали: вот, Платон, твой человек! Изучение человека как объекта макромира с точки зрения его физических данных неправильно. 

Человек – это целая совокупность различных систем: кровеносной, нервной, мышечной, костной системы и т. д. Но помимо этого, одной из составляющих человека является его энергия, которая тесно связана с физиологией.

Мегамир — это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. Вся наша Вселенная – это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю. 

Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией. 

Наука космология является очень молодой. Она родилась сравнительно недавно – в начале XX в. Можно выделить две главные причины рождения космологии. И, что интересно, обе причины связаны с развитием физики: 

1) Альберт Эйнштейн создает свою релятивистскую физику; 

2) М. Планк создает квантовую физику. 

Квантовая физика изменила взгляды человечества на структуру пространства-времени и структуру физических взаимодействий.

Источники: 1) материал был взят на сайте Биология (зоология, микробиология, биохимия, анатомия), раздел генетики - микро, макро и мегамир. 

2) Библиотека Гумера - Наука: Филин С. Концепции современного естествознания: конспект лекций. ЛЕКЦИЯ № 16. Микро-, макро-, мегамир.

Ядерные силы 

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

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

Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов – протонного или нейтронного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи зеркальных ядер. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов другом. Например, ядра гелия и тяжелого водорода – трития . Энергии связи этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ. 

Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. 

Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. 

Общие свойства ядерных сил: 

1. малый радиус действия ядерных сил (R ~ 1 Фм); 

2. большая величина ядерного потенциала U ~ 50 МэВ; 

3. зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц; 

4. тензорный характер взаимодействия нуклонов; 

5. ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы); 

6. ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения; 

7. зарядовая независимость ядерных сил; 

8. обменный характер ядерного взаимодействия; 

9. притяжение между нуклонами на больших расстояниях (r > 1 Фм), сменяется отталкиванием на малых (r < 0,5 Фм). 

Взаимодействие между нуклонами возникает в результате испускания и поглощения квантов ядерного поля – π-мезонов. 

Источник:  Ядерные силы

Строения атома. Изотопы

Атом (от греческого atomos - неделимый) — одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами).

Заряд ядра атома = Порядковому номеру = Числу протонов = Число электронов 

Число нейтронов = Атомная масса (Ar) – Порядковый номер

Например: Состав бора
Бор (B)
1) N (порядковый номер) – 5; 2) Ar(B) = 11; 3) e-=5;

4) p+=5; 5) n0= 11 – 5 = 6;

Изотопы 

Изотопы - разновидность атомов одного и того же химического элемента, отличающегося друг от друга только своей массой, с одинаковым порядковым номером.

Обозначение изотопов: слева от символа элемента указывают массовое число А (вверху) и порядковый номер элемента Z (внизу).

Пример: Природный хлор (Cl)

А= 35; Z=17; 

Изотопы одного и того же химического элемента имеют разную массу, так как в ядрах содержится разное количество нейтронов.

Источники: 1)Викиверситет - строение атома 

2) ХиМуЛя.com - раздел звонок на урок - 8 класс первый год обучения: урок 45:Строение атома. Состав атомных ядер. Изотопы. Химический элемент.

Классификация элементарных частиц 

Для того чтобы объяснить свойства и поведение элементарных частиц, их приходится наделять, кроме массы, электрического заряда и типа, рядом дополнительных, характерных для них величин (квантовых чисел), о которых мы в данной презентации

Четыре типа основных фундаментальных взаимодействий:сильное;  электромагнитное; слабое; гравитационное.

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обусловливается некими элементарными частицами – гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле – при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия. Например, электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Предполагается, что ядерные силы возникают при обмене между нуклонами виртуальными частицами – мезонами.

Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и распространяется только в пределах размеров ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем оно устойчивее, тем больше его энергия связи, определяемая работой, которую необходимо совершить, чтобы разделить нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействие становится равным нулю. С возрастанием размера ядра энергия связи уменьшается. Так, ядра элементов, находящихся в конце таблицы Менделеева, неустойчивы и могут распадаться. Такой процесс часто называется радиоактивным распадом.

Наконец, слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Оно короткодействующее и характеризует все виды бета-превращений.

Источник: материал был взят на сайте http://www.bibliotekar.ru - в разделе естествознания. Тема концепции естественного естествознания - виды фундаментальных взаимодействий.