Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Безперервна і атомна будова матерії - Фізика

Реферат

по фізиці

на тему:

«Безперервна і атомна будова матерії»

2009

Історія питання про структуру речовини - одна з найбільш наочних ілюстрацій марксистської концепції науки.

Що є прообразом матерії: вода або пісок? Так ставили питання грецькі мислителі. Коли ми розглядаємо скло, камінь, метал, вони представляються нам що суцільно заповнюють займаний ними об'єм. Взаємна непроникність, однорідність, сплошность - основні властивості тієї частини простору, яка зайнята матерією. Безперервність матерії - початковий принцип світорозуміння. На ньому побудований і математичний аналіз явищ природи - диференціальне числення. Гідродинаміка і теорія пружності, розвинена протягом XVIII і XIX вв., дали струнку теорію сплошности твердого і рідкого тіла. За їх зразком побудована теорія звукових, світлових і електромагнітних хвиль, теорія електрики і магнетизму. До кінця XIX в. фізика матерії і фізика ефіру представлялися як теорії, що описують безперервно заповнений простір, здатний стискуватися в одних місцях і розширятися в інших, спричиняючи рух і взаємодію окремих своїх частин. Ідея безперервності і еволюції знайшла своє вираження у відомому вислові: «Природа не знає стрибків».

Залишалися, однак, області, де наполегливо трималися атомні уявлення, - це вчення про гази і хімія. Бернулли і Ломоносов ще в XVIII в. пояснили, виходячи з уявлення про газ як об сукупності рухомих частинок, основні закони впливу тиску і температури на об'єм газу.

Дійсно, в протилежність твердим тілам гази виявляють найбільшу взаємну проникність, подільність, незрозумілі в рамках уявлення про сплошности матерію. У другій половині XIX сторіччя кінетична теорія газів отримала широкий розвиток в трудах Максвелла і Больцмана, але вона не вплинула великого чином на фізику загалом. Тут до такої міри панувало пружне суцільне тіло і феноменологічна енергетика, що «найбільш послідовний представник атомизма Больцман в припадку меланхолії повісився в 1906 р., коли його ідеї були вже близькі до перемоги.

Перша чверть XX сторіччя, навпаки, - епоха неподільного панування атомизма. Теорія броунівського руху Ейнштейна в 1905 р. і її блискуче підтвердження Перреном в 1907 р., відкриття в 1895 р. рентгеновых променів, що привернуло увагу до проходження електрики через розріджені гази за рахунок руху електронів і іонів, електроліз, радіоактивні промені - все це дало стільки доказів атомної природи матерії, що сумнівів в її зернистости не залишалося. Радіоактивна речовина випускає альфу-частинки, кожну з яких ми можемо відмітити по спалаху, що викликається нею при ударі об флуоресціюючий екран, по розряду, що викликається в лічильнику Гейгера, по тому сліду з водяних капельок, який вона залишає, проходячи крізь пересичений водяними парами газ. Ці ж альфа-частинки, пройшовши крізь тонке скло запаяної трубки, створюють в ньому газ - гелій, який відомий і в рідкому і в твердому стані. Чи Можна ще сумніватися в тому, що цей Гелій складається з тих частинок-атомів, з яких він був отриманий, або що радіоактивна речовина містить в собі ті частинки, які викидає? Всі свідчення сходяться: більше за 20 способів визначення числа атомів в тілі приводять до співпадаючих результатів - в 1 см3воздуха при нормальному тиску знаходяться 2.7 · 1019молекул.

У 1912 р. відкриття Лауе завершило остаточну перемогу атомизма. У типовому суцільному твердому тілі - кристалі - рентгеновы промені виявили періодичну атомну структуру. Ми не тільки знаємо тепер, скільки атомів в тілі, але і безпосередньо бачимо їх розташування. Отже, всі тіла складаються з атомів.

Але що таке атом? До того часу, коли він завоював собі визнання, він втратив вже колишній зміст: неподільного останнього елемента будови речовини. З будь-якого тіла можуть бути виділені електрони; радіоактивні атоми випускають електрони і альфу-частинки. І ось в 1912-1913 рр. ставиться і вирішується нова проблема будови самого атома. Модель Резерфорда і Бора малює атом як подібність Сонячної системи: позитивне важке ядро і електрони, що обертаються навколо нього. Ми знаємо, якими зарядами вони володіють, і знаємо їх масу, а це синонім енергії. Значить, можна визначити міру концентрації заряду в електроні і в ядрі, яка додала б їм той запас енергії, який виявляється в їх масі.

Електрон повинен мати розмір порядку 2 · 10, а ядра різних атомів - від 10-13у водня до 10-12у більш важких елементів. Весь же атом загалом має розмір біля 10-8см. Ядро і декілька десятків навколишніх його електронів займають лише нікчемні дільниці об'єму, наданого атому, - 10-5частей по розмірах і 10-15по об'єму. Отже, атом - пустота, в якій на величезних відстанях рухаються дрібні частинки. Чисте гірське повітря набагато більше заповнене твердими частинками пилу, чим саме щільне тіло речовиною - ядрами і електронами.

Здавалося, атомізм переміг остаточно. Сплошность витікала з грубості наших методів спостереження природи. Більш тонкі знаряддя вимірювання розбили суцільне тіло на атоми, а атоми на електрони і протони, пов'язані між собою лише силовими полями і динамічними взаємодіями. Який-небудь синтез сплошности і прерывности, примирення цих двох концепцій речовини здавалися неможливими, як раніше на основі теорії Максвелла, здавалося, остаточно затвердилася теорія безперервного електромагнітного поля. І все ж за останні 5 років хвильова теорія матерії, квантова механіка прийшли до дійсного синтезу. Жорсткі межі електрона-кульки зникли: електрон, як і протон, розплився в ту, що безперервно сходить на немає пульсуючу безформну масу. Різка індивідуальність кожного електрона змінилася розглядом атомної системи або навіть цілого кристала як цілого. Прослідити шлях окремого електрона, визначити його приналежність в даний момент до того або іншого атомного ядра неможливо. У молекулі валентні електрони суцільною хмарою охоплюють і зв'язують окремі атоми. Пустоти, суворо говорячи, немає ні всередині тіл, ні навіть між тілами. З одного боку, цього такої сплошность, про яку не мріяли ні у часи греків, пп в XIX в. З іншого боку, ми маємо атомну картину світу, що тягнеться в глибочину атомного ядра.

Та ж суперечність сплошности і атомність визначила історію вчення про світло. Питання про те, чи обійде світло первинно з ока або з предмета, що спостерігається, змінилося питанням про будову світлового променя. По Ньютону, це потік корпускул, що викидаються світловим тілом, по Гюйгенсу, - поширення пружних хвиль. Більше сторіччя авторитет Ньютона підтримував атомістичну концепцію світла. Відкриття почала XIX в., здавалося, остаточно знищили атомізм у вченні про світло і звели його до поперечних хвиль в ефірі, а у другій половині XIX в. - до електромагнітних хвиль в суцільному середовищі. Електромагнітна теорія світла Максвелла була повним тріумфом хвильової теорії світла - теорії сплошности.

З самого початку XX в. стали, однак, знову з'являтися ознаки атомної структури світла. Їх висунув той же Ейнштейн в 1905 р. Одночасно зі своєю теорією відносності він позбавив реального змісту світовий ефір як середу для поширення світлових хвиль. І я намагався тоді створити теорію випромінювання, що складається з окремих квантів - фотонів.

Однак подібно тому, як хвильова теорія світла не могла пояснити явищ випущення і поглинання (фотоефекту, фотохимии, свічення), де виявляється атомність світла, так і теорія фотонів не в силах була охопити поширення світла (інтерференцію, дифракцію, дисперсію). Психологічно положення було інакшим, чим в питанні про структуру матерії. Там була перемога атомизма, тут - нерозв'язна суперечність протилежних властивостей світла. Найглибші мислителі, не звиклі, однак, до діалектичного методу мислення, розглядали цю суперечність як тупик, як ганебний провал науки. Творець електронної теорії Лоренц, формулюючи безвыходность положення, міг тільки пожаліти, що він не помер раніше, ніж воно виявилося у всій силі.

А між тим Больцман, що зневірився переглянув вже підготовлену перемогу його ідей. Він помер, коли вже розвивалася теорія квантів, а в 1905 р. був розкритий молекулярний рух. У 1924 р., коли Лоренц вважав теоретичну фізику такою, що зайшла в тупик, була представлена дисертація де Бройля, що формулювала хвильову механіку, а в наступному році Гейзенберг дав нову форму квантової механіки. Суперечність, що загострилася до меж, привела до синтезу нової квантової механіки, де поглинання і випущення світла певними порціями не суперечить, а, навпаки, витікає з періодичного, хвильового характеру світла.

Ще більш чудово, що суперечливі властивості світла і суперечливі властивості речовини злилися в одному загальному синтезі. Однаково були пояснені в цьому новому розумінні і рух тіла, і промінь світла. Дуже вдало, але далеко не випадково, що досвід впритул підійшов до теорії і підкріпив її. У дифракції електронів, протонів і важких атомів ми наочно бачимо хвильову природу руху матерії, а в космічних променях з такою наглядністю виявилася атомна теорія світла, що довго не можна було навіть знайти критерій, щоб відрізнити потік частинок від потоку фотонів.

Ледве досягши цього синтезу, ми вже з його висоти бачимо нові протиріччя і вже шукаємо шляхи до нового синтезу. Ці шляхи ведуть нас до атомного ядра - центральній проблемі фізики найближчих років. Нарівні з цим, має бути ще величезна робота по освоєнню досягнутого синтезу, по використанню його для теорії твердого і рідкого тіла, для управління ходом хімічних процесів і т.п.

Озираючись назад, цікаво відмітити, що електромагнітна теорія світла, яка в суперечності сплошности і атомності світла представляла першу точку зору, в свій час з'явилася синтезом, що об'єднав дві протилежні теорії світла, що існували в той час. Одна затверджувала, що коливання в поляризованому промені світла відбуваються в площині поляризації, інша вважала, що коливання перпендикулярні до цієї площини. Електромагнітна теорія об'єднала ці, здавалося б, непримиренні протиріччя. Коливання магнітного вектора лежать в площині поляризації, електричною - перпендикулярно до неї. Одне питання було вирішене, встав новий.

Час Маркса був епохою теорій безперервності, час Леніна - періодом перемоги атомизма. Теорія Маркса і Леніна, філософія діалектичного матеріалізму, передбачувала їх неминучий синтез, якого не могли бачити ні Больцман, ні Лоренц.

Не тільки дати суцільну, позбавлену протиріч картину вже відомого, але і правильно передбачувати шляху майбутнього - найвірніша ознака правильної теорії. Ця ознака для філософії діалектичного матеріалізму цілком і повністю виправдовується на кожному новому рівні знання, на кожному новому етапі історії. У правильно помічені діалектичні форми розвитку історія вкладає кожний раз повое зміст і нові риси. Тільки наповнене реальним вмістом в конкретних історичних умовах діалектичне трактування дає теорію історичного процесу.

Інша ще більш важлива межа марксистської методології - зв'язок історії науки з соціальними умовами, з розвитком продуктивних сил. Яке відношення має той або інакший погляд на будову матерії і світла до процесу техніки? Адже атоми, електрони і фотони - це з точки зору техніки, що має справу з тоннами і кіловатами, комарина плешь, як виразився один з найбільших російських інженерів-академіків.

Теорія пружності і гідродинаміка, що стала основою всіх теорій сплошности, розвинулися в струнку закінчену систему під впливом прямих запитів техніки, споруди мостів, перекриттів будівель, гідравлічних і зрошувальних споруд. По різноманіттю окремих додатків, по математичному апарату ці області далеко обігнали в першій половині XIX в. всі інші галузі фізики. Поява рухомих і машин, що обертаються не викликала спочатку серйозних зсувів у вченні про речовину. Та ж теорія пружності з добавкою сил інерції годилася не тільки для статичних систем, на яких вона створювалася, але і для порівняно повільно рухомих машин. Якщо і були недоліки, то вони покривалися надлишком металу, великими, безглуздими з сучасної точки зору запасами міцності. Машини, обчислені по класичній теорії пружності і посилені «на всякий випадок» зверх розрахунку, працювали.

У такому ж положенні були і матеріали електротехніки. Для невисоких напружень в декілька стільники вольт і сотні змін напряму струму в секунду не доводилося ставити високих вимог ні до ізоляції, ні до заліза електричних машин. Ізолятор можна було розглядати, по Максвеллу, як суцільне тіло з певною діелектричною постійною. Якщо і спостерігалися випадки, коли теорія пружності або теорія електромагнітного частка не виправдовували розрахунку, то вони не залучали уваги, їх легко усували додатковою витратою матеріалу. Вони не робилися джерелом поглибленого наукового дослідження.

З початку XX в. положення різко змінилося. З'явилися швидко діючі машини, турбіна Лаваля, що робить десятки тисяч оборотів в хвилину замість сотень, парові турбіни з величезними швидкостями пари і обертання. З'явилася авіація, яка поставила небувалі вимоги до економії матеріалу. З'явилася радіотехніка з іскрою, дугою або електронними лампами як генераторами електромагнітної енергії і з числами коливань, що вимірюються багатьма мільйонами в секунду. З'явилися високовольтні передачі, що зажадали новій ізоляції. Перед обличчям цих нових вимог стара фізика і засновані на ній розрахунки опору матеріалів і електротехнічних матеріалів виявилися неспроможними. Після декількох мільйонів слабих ударів матеріал ламається, хоч він і здатний був би витримати набагато великі статичні зусилля, а при тисячах оборотів в хвилину недовго і до мільйона ударів: через декілька днів добре розрахована по старих формулах деталь ламається від «втоми». Вже цей антропоморфний термін свідчить про недосконалість фізичної теорії. Тут вирішальною є не обчислена по теорії пружність зусилля, а якісь властивості структури, які спричиняють «стомлення». Цим властивостям не було місця в рамках теорії сплошности. Один з найбільших фахівців в цій області, підводячи в 1905 р. підсумок, визнав, що доводиться відмовлятися від всякої загальної теорії опору матеріалів при швидких і частих навантаженнях, що доводиться кожний шматок заліза, що використовується в машині, вивчати окремо. Очевидно, таке рішення несумісне з технікою масового виробництва. Зрозумілий тому інтерес, з яким техніка віднеслася до атомної фізики, що розкрила механізм «стомлення», «післядії», «пластичності», наклепа, руйнування. Вивчення атомної структури металевих кристалів, механізму зсувів і двійникування при течії матеріалу, рентгенівських фотографій розташування (текстур) і будови кристала, швидкий розвиток вчення про кристали в 20-х роках - результат вимог техніки.

З іншого боку, і элекротехника зажадала більш детального проникнення в механізм явища. Ізоляція, яка чудово витримує великі напруження постійного або змінного струму, пробивається при нікчемних напруженнях на великій частоті. На перший алан виступають втрати. А їх не можна врахувати, не розібравшись у обертанні діполь, в перенесенні і скупченні іонів. Атомної теорії діелектриків, як і атомної теорії механічних деформацій, присвячені тисячі робіт, що сильно просунули саму атомну теорію. Не можна не бачити тут результату настійних потреб техніки.

Новий період синтезу сплошности і атомності також має свою технічну базу, яка настирливо рухає уперед науку про будову речовини. Це - виробництво пластичної маси і ізоляції, що висуває нову задачу вивчення скла, полимеризирующихся тіл, колоїдів, аморфної маси. Хімічна промисловість, штучний шовк, добрива, інтенсифікація сільського господарства можуть бути створені і побудовані лише на базі нових ідей хімічної фізики, внесених хвильовою механікою. Виготовлення спеціальних сталей, легких сплавів, казанів високого тиску вимагає вивчення не тільки кристалічних елементів металу, але і зв'язуючих їх прошарків, прикордонних і поверхневих явищ. Автоматизація, телебачення висувають, нарівні з металами і ізоляторами, нові матеріали - напівпровідники. Сучасна техніка наповнює фізику новим змістом, новими матеріалами, до вивчення яких її підводить нова квантова механіка.

Таким чином, ясно видно, що навіть в такому, здавалося б, чисто теоретичному питанні, як існування і будова атома, наука не йде своїми шляхами розкриття істини поза історією, технікою і виробничими відносинами суспільства, в якому вона розвивається. Навпаки, окремі етапи наукового розвитку глибоко переплітаються з історією техніки і не можуть бути зрозумілі поза цією історією. Темпи і напряму розвитку нових ідей самим очевидним образом визначаються потребами суспільства і техніки. Електризацією тертям перестали цікавитися з появою гальванічних елементів, а вивчення елементів було покинене, коли з'явилися електродвигуни. З наукової точки зору питання ці зовсім не втратили інтересу: вони і зараз ще не дозволені і вельми актуальні. Але техніці вони не потрібні, і наука перестала ними займатися. Дуга і іскра були вивчені і зрозумілі, коли радіотехніка скористалася ними. Зараз вони залишені, і так само інтенсивно вивчається теплове випромінювання електронів і механізм фотоефекту. Ті ж вимоги техніки зараз висунули напівпровідники і свічення газів. Такими прикладами повна історія фізики. Серед них боротьба сплошности і прерывности протягом віків особливо наочно ілюструє правильність діалектичного і історичного методу Маркса-Леніна.
Культура Срібного століття
Муніципальне Освітнє Установа Середня загальноосвітня школа № 27 «Еврика-Розвиток» «Срібний вік російської кульрути» Виконала: Суханова Галина, учениця 11 класу Перевірив: Уклеін Вадим Васильович м Мирний, 2008 План · ВСТУП · Що таке культура? · ОСНОВНА ЧАСТИНА o Культура Срібного століття:

Культура російського дворянства XVIII-XIX віків
ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО ЗА ОСВІТОЮ ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ І СЕРВІСУ ІНСТИТУТ СЕРВІСУ, МОДИ І ДИЗАЙНУ КАФЕДРА КУЛЬТУРОЛОГИИ Курсова робота по дисципліні: «Теорія і історія повсякденності Росії» Культура російського дворянства XVIII-XIX Студент гр. КЛ-06-01 С.Б.Бледнова

Культура Росії кінця XIX - початки XX вв.
Федеральне агентство за освітою Р.Ф. Кафедра історії Росії Культура Росії кінця XIX - початки XX вв. Саратов 2009 Зміст Введення Освіти Наука Література Живопис Театр і музика Кінематограф Архітектура Висновок Список використаних джерел і літератури Введення В наш час різких економічних і

Культура Росії 19 віку
Культура Росії 19 віку Предмет: Культурология План Введення 1. Наука і утворення Росії XIX віку 1.1 Розвиток освіти в Росії 1.2 Розвиток російської науки 2. Мистецтво Росії XIX віку 2.1 Зображальне мистецтво і архітектура 2.2 Музична культура Росії 2.3 Російський театр Висновок Список використаної

Культура постмодернизма
Завдання №1 КУЛЬТУРА ПОСТМОДЕРНИЗМА План Виникнення і становлення постмодернизма Основні риси і особливості культури постмодернизма Постмодернізм в архітектурі Постмодернізм в живописі Постмодернізм в літературі Постмодернізм в кіно Висновок Список використаної літератури 1. Виникнення і становлення

Культура первісного суспільства
Введення Під первісною культурою прийнято розуміти архаїчну культуру, яка характеризує вірування, традиції і мистецтво народів, що жили більше за 30 тис. років тому і давно вмерлих, або тих народів (наприклад, загублені в джунглях племена), які існують сьогодні, зберігши в незайманому вигляді

Культура Киргизстана
Культура Киргизстана Звичаї і обряди кыргызского народу. Традиційний одяг. Національні житла Традиції народів Киргизії, т. е. як традиційно живе народ, що складалося віками в його житті, що дозволило зберегтися йому, завжди представляє інтерес для дослідників, мандрівників, туристів. Та розумна

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати