Успехи механической картины природы в описании тепловых явлений. Молекулярно кинетическая теория
Механическая картина мира сложилась в результате научной революции XVI–XVII вв. Вклад в ее формирование внесли Г. Галилей, Р. Декарт, И. Ньютон и другие .
Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц – атомов, перемещающихся в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Это корпускулярное представление о материи.
Законы механики, которые регулировали как движение атомов, так и движение любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса. Универсальным свойством тел является тяготение.
Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно ему, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.
Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и абсолютного времени.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие или отсутствие человека в мире не меняло ничего.
Механика лежит в основе всех процессов в природе. Объяснить какое-либо явление — это свести его в конечном счете к действию законов механики Ньютона.
Считалось, что тепловые явления(нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание) можно свести к механическому движению частиц — атомов и молекул, из которых, предположительно, построены все тела Вселенной.
В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые готовили крушение механической картины мира. Для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи.
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ – раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами), из которых состоит вещество.
Теория , рассматривавшая строение вещества с точки зрения трёх основных положений:
1. Все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
2.Частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
3.Частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.
Основными доказательствами положений считались:
1.Диффузия (явление проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга.),
2. Броуновское движение (тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе),
3.Изменение агрегатных состояний вещества
Основное уравнение МКТ:
где k является постоянной Больцмана (отношение универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA), i — число степеней свободы молекул ,а T - абсолютная температура. Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).
Билет
Общенаучные методы теоретического познания
(абстрагирование, идеализация, формализация, индукция, дедукция)
Абстрагирование - метод теоретического познания, заключающийся в мысленном отвлечении от несущественных свойств, связей, отношений предметов и одновременном выделении, фиксировании одной или нескольких интересующих исследователя сторон этих предметов.
Результат, получаемый в процессе абстрагирования - абстракция.
Идеализация - метод теоретического познания, заключающийся в мысленном внесении определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований.
В результате таких изменений могут быть, во-первых, исключены из рассмотрения какие-то свойства, стороны, признаки объектов; во-вторых, объект может быть наделен какими-то особыми свойствами, в реальной действительности не существующими
Формализация - метод теоретического познания, заключающийся в использовании специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоретических положений и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков). Например, широко используемые в науке математические описания различных объектов, явлений.
Индукция - есть метод теоретического познания, основывающийся на формально-логическом умозаключении, когда на основании знания части предметов класса делается вывод о классе в целом. Различают следующие виды индукции:
1.Неполная индукция. Общий вывод получается из посылок, не охватывающих всех предметов класса.
2.Полная индукция. Вывод об общем классе предметов делается на основании изучения всех предметов класса.
3.Эмпирическая индукция. Рассуждение, основанное на непосредственном (опытном) исследовании элементов относительно небольшого и регистрируемого множества.
4.Популярная индукция. Установление повторяемости признаков у некоторых явлений класса путем их простого перечисления.
5.Научная индукция. Установление повторяемости признака у некоторых явлений класса на основе обнаружения причинной зависимости этого признака от определенных свойств явления.
Дедукция - метод теоретического исследования, когда вывод о некотором элементе множества делается на основании знания общих свойств всего множества.
Билет
Электромагнитная картина мира и ее ограниченность.На протяжении долгово времени продолжались попытки объяснить электромагнитные явления в рамках механической картины мира. Но это оказалось невозможным: электромагнитные явления слишком отличались от механических процессов. Наибольший вклад в формирование электромагнитной картины мира внесли работы М. Фарадея и Дж. Максвелла. После создания Максвеллом теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.
Свою теорию Максвелл разработал на основе открытого Фарадеем явления электромагнитной индукции. Проводя эксперименты с магнитной стрелкой, стремясь объяснить природу электрических и магнитных явлений, Фарадей пришел к выводу, что вращение магнитной стрелки обусловлено не электрическими зарядами, которые находятся в проводнике, а особым состоянием окружающей среды, которое возникало в месте нахождения магнитной стрелки. Это означало, что во взаимодействии тока с магнитной стрелкой активную роль играет окружающая проводник среда. В связи с этим он ввел понятие поля как множества магнитных силовых линий, пронизывающих пространство и способных определять и направлять электрический ток. Это открытие привело Фарадея к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи новыми непрерывными.
Теория электромагнитного поля Максвелла сводится к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревого электрического поля, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля. Так в физику была введена новая реальность — электромагнитное поле. Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с этой теорией мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля — сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.
Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной.
Сущность уравнений классической электродинамики сводится к закону Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона , а также к утверждениям о том,
что магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца; магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем. Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной,кардинально изменились представления о материи: корпускулярные идеи уступили место континуальным (полевым). Отныне совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи. В качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами — электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в двух видах — вещество и поле. Они строго разделены, и их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле. Электромагнитное поле распространяется в виде поперечных электромагнитных волн со скоростью света, захватывая постоянно новые области пространства. Расширилось также понятие движение- стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле.поля — это абсолютно непрерывная материя, поэтому пустого пространства просто нет. Так же и время должно быть неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. лишь к началу XX в. абсолютная концепция пространства и времени уступила место относительной концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга. При этом пространство и время являются свойствами материальных тел. Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.
Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Однако дальнейшее ее развитие показало, что она имеет ограниченный характер. Главная проблема состояла в том, что множесвенное понимание материи не согласовывалось с основными фактами, подтверждающими дискретность(прерывность) ее многих свойств — заряда, излучения, действия. Оставалась также нерешенной проблема соотношения между полем и зарядом, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной мира.
Билет