Вход

Иерархия структур природы

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Контрольная работа*
Код 226261
Дата создания 23 октября 2016
Страниц 24
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 12:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
390руб.
КУПИТЬ

Описание

Цель данной работы заключается в изучении иерархии структурной организации материи. ...

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Иерархия структур природы. Макро-, микро-, мегамир 4
1.1. Микромир – мир элементарных частиц 7
1.2. Макромир 12
1.3. Мегамир: звёзды, галактики, Метагалактика (Вселенная) 17
2. Структура и ее роль в организации живых систем 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ25

Введение

Все объекты природы можно представить в виде системы, которые обладают особенностями, характеризующими их уровней организации. Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней организацией целостности живых организмов. Живая материя делится на составные части более низкой организации, которые имеют определенные функции. Структурные уровни различаются как классами сложности, так и закономерностями функционирования. Иерархическая структура такова, что каждый высший уровень не управляет, а включает низший. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами.

Фрагмент работы для ознакомления

Японские и американские физики определили массу покоя электронного нейтрино в пределах 11-13,4 эВ/с 2 .Нейтрино столь же распространенная частица, как и фотон. Нейтрино образуется в слабых распадах атомных ядер и элементарных частиц. Мощные потоки нейтрино испускаются звездами в результате происходящих в их недрах термоядерных реакций. Предполагается, что нейтрино в изобилии рождаются при гравитационном коллапсе звезд. Наконец, все пространство заполнено нейтринным газом, оставшимся от ранних этапов развития Вселенной.Фотон - квант электромагнитного поля, элементарная частица с нулевой массой покоя. Масса покоя, равная нулю, означает, что фотон невозможно ни остановить, ни замедлить. Независимо от своей энергии он обречен двигаться с фундаментальной скоростью  c.Фотон - наиболее распространенная из всех элементарных частиц. Он встречается и в потоках видимого света, и в рентгеновском излучении, и в виде радиоволн, и в лазерных импульсах.Диапазоны электромагнитного излученияВ 1964 г. американские радиоастрономы А.Пензиас и Р.Вильсон обнаружили, что мировое пространство заполнено миллиметровыми радиоволнами, которые можно рассматривать как холодный фотонный газ при температуре 2,7 K. По современным представлениям, это излучение (его называют реликтовым) возникло на ранних стадиях развития Вселенной. Средняя плотность реликтовых фотонов составляет около 500 в 1 см3. Интересно, что плотность протонов во Вселенной в среднем не более одного на 1 м3. Таким образом,  во Вселенной фотоны встречаются в миллиард раз чаще, чем протоны.Античастицы. К настоящему времени экспериментально обнаружены античастицы почти всех элементарных частиц. Лишь у фотона не обнаружена его античастица. Частица и соответствующая античастица имеют одинаковые времена жизни, одинаковые массы, их электрические заряды равны, но противоположны по знаку.  Самым характерным свойством пары частица-античастица является способность самоуничтожаться при встрече с превращением в частицы другого рода. Например, при столкновении электрона и его античастицы позитрона они исчезают, превратившись в пару гамма-квантов излучения.Античастицы могут собираться в антивещество. Так в Серпухове на ускорителе получен антигелий-3, у которого ядро состоит из двух антипротонов и одного антинейтрона и окружено оболочкой из пары позитронов.Частицы и соответствующие им античастицы одинаково  взаимодействуют с полем тяготения; это указывает на отсутствие “антигравитации”.Несмотря на микроскопическую симметрию между частицами и античастицами, во Вселенной до сих пор не обнаружены области со сколько-нибудь заметным содержанием антивещества.  Свидетельством присутствия антивещества во Вселенной было бы мощное аннигиляционное излучение, приходящее из областей соприкосновения вещества с антивеществом. Ведь аннигиляция только 1 г вещества и антивещества приводит к выделению 1014 Дж энергии, что эквивалентно взрыву средней атомной бомбы в 10 килотонн.Вселенная в основном состоит из обычного вещества. Но так было не всегда. На ранней стадии развития Вселенной при очень больших температурах количество частиц и античастиц совпадало: на большое количество антипротонов (примерно на каждые несколько миллиардов) приходилось столько же протонов и еще один “лишний” протон. В дальнейшем при остывании Вселенной все частицы и античастицы проаннигилировали, породив в конечном итоге фотоны,  а из ничтожного избытка частиц возникло все, что нас теперь окружает.Идея о возникновении во Вселенной асимметрии между частицами и античастицами впервые была высказана академиком А.Д.Сахаровым.Ядра. Атомные ядра представляют собой связанные системы протонов и нейтронов (нуклонов). Плотность массы ядер 1017 кг/м3. Массы ядер всегда несколько меньше  суммы масс свободных нуклонов, составляющих ядро. Это релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра.Физический вакуум как реальность. Физика микромира описывается квантовой механикой и теорией относительности, и эти две теории не допускают существования пустоты. Если откачивать воздух из замкнутого сосуда, то в принципе можно удалить все вещество, но при этом все-таки не получится классической пустоты.Что же останется в “пустом” сосуде? В вакууме имеются квантовые флуктуации полей и виртуально рождаются частицы.Вакуум - это состояние поля с наименьшей энергией при отсутствии вещества. Но отсутствие вещества еще не означает отсутствия частиц.Если приложить достаточно энергии, из вакуума можно рождать частицы. Дело в том, что энергия может переходить в поле, а поле - в частицы.Ну, а если не прикладывать энергии и рассматривать свойства  чистого вакуума? Казалось бы, эти свойства никак не связаны со свойствами частиц, рождающихся из вакуума в присутствии источников энергии. Так было бы в классической механике, но в квантовой механике это не так.  Известное соотношение неопределенностей приводит к тому, что на короткое время любая система может перейти в состояние, отличающееся на ΔE по энергии.Такие переходы называются виртуальными. Так как, по теории относительности энергия может переходить в массу, то виртуальные переходы соответствуют рождению частиц на короткое время. Например, для протона это время равно около 10-24 с.В атомной физике эффекты, вызываемые виртуальными частицами, довольно незначительны. Однако чем более мелкие частицы рассматриваются, тем большую роль играет окружающий их вакуум со своими виртуальными частицами. Например, в ядерном веществе протоны имеют меньшую массу, чем в вакууме, где к этой массе добавляется масса “налипших” виртуальных пи-мезонов.На уровне кварков свойства вакуума уже играют решающую роль. Невозможность существования свободных кварков, по всей вероятности, связана именно с колоссальными изменениями, которые одиночный кварк вызывает в вакууме.На сверхмалых расстояниях свойства вакуума еще более загадочны. Неожиданно возникает связь квантовых эффектов с гравитационными. Сверхтяжелые  виртуальные частицы создают вокруг себя заметное гравитационное поле, которое начинает искажать геометрию пространства. Но пока еще невозможно представить себе какие бы то ни было эксперименты при очень больших энергиях и в столь малых масштабах пространства.Макромир Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем отрицательно заряженных электронов. Такое электрически нейтральное образование называют атомом. Атом есть наименьшая структурная единица химических элементов.Атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки. Распределение электронов по оболочкам подчиняется определенным  правилам, установленным квантовой механикой.  Электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов, определяют их реакционную способность, т.е. их способность вступать в соединение с другими атомами.Связь атомов возможна, если совместная внешняя оболочка целиком заполнена электронами.  Такое образование называют молекулой. Молекула есть наименьшая структурная единица химического соединения.Некоторые атомы (углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи,  являющиеся основой для образования макромолекул, которые проявляют уже биологические свойства.В природе лишь немногие атомы (благородных или инертных газов – гелия, аргона, криптона, ксенона) существуют поодиночке, поскольку у большинства элементов  атомы химически нестабильны. Для того, чтобы атом был стабильным, его внешняя электронная оболочка должна быть заполнена определенным числом электронов (у водорода и гелия - 2,  у остальных - 8).Атомы с  незаполненными внешними электронными оболочками способны вступать в химические реакции, образуя связи с другими атомами. Реакции сопровождаются перегруппировкой электронов, в результате которой внешняя электронная оболочка у каждого из атомов оказывается заполненной.Соединением называют вещество, в котором атомы двух или более элементов объединены в определенном соотношении. Соединение характеризуется определенным составом и определенным набором свойств, отличающихся от свойств элементов, из которых оно состоит.  Например, свойства воды отличаются от свойств водорода и кислорода, из которых она состоит.Молекула - это мельчайшая частица соединения, сохраняющая все его свойства (соединения с ионными связями, как например, NaCl, состоят не из молекул, а из ионов). Атомы могут соединяться в молекулы, если энергия связанных атомов окажется меньшей, чем суммарная энергия изолированных атомов.Кристалл образуется путем регулярного повторения расположения атомных групп в пространстве. Существует 14 различных основных типов кристаллов. Кристаллы могут быть ионными (кристаллы поваренной соли) и ковалентными (графит, алмаз). Металлы образуют еще один тип кристаллических структур, в которых внешние электроны не связаны с каким-либо определенным атомом; эти электроны могут свободно перемещаться внутри металла (электроны проводимости).При определенных условиях однотипные атомы или молекулы могут собираться в огромные  совокупности - макроскопические тела (вещество). Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента, сложное – из молекул, состоящих из атомов разных элементов.При достаточно низких температурах все тела являются кристаллическими. В кристаллах взаимное расположение атомов является правильным. Для них характерно равновесное положение в узлах кристаллической решетки. Их движение сводится к колебаниям вблизи этих узлов.Геометрия кристаллического состояния отличается необычайным разнообразием, но число типов решеток ограничено. Свойства веществ определяются не только характером атомов, но и их взаимным расположением (ср. графит и алмаз). Тела могут сильно различаться в отношении механических, тепловых, электрических, магнитных и оптических свойств.Подавляющее большинство твердых тел имеет кристаллическое строение. Даже  глина состоит из маленьких кристалликов. Свойства твердого тела зависят от строения кристаллического зерна, размера кристалликов, их взаимного расположения и силы, сцепляющей их в единое тело. Общий порядок в расположении кристаллических зерен называется текстурой. Наличие  текстуры очень сильно влияет на механические свойства изделия.Аморфные твердые тела противопоставляются кристаллам и по некоторым свойствам они скорее должны быть причислены к жидкостям, нежели к твердым телам. Аморфное тело типа стекла содержит признаки как твердого, так и жидкого тела: расположение атомов обладает лишь ближним порядком, но атом в своем движении остается в неизменном окружении - соседи не обмениваются местами. К аморфным телам относится большое число органических веществ, например, пластмассы, органические стекла.“Жидкие кристаллы” или жидкие твердые тела - к этому обширному классу веществ относятся многие органические и биоорганические вещества. Такое состояние наблюдается в определенном интервале температур. Если нагреть жидкий кристалл, он превратится в обычную жидкость, если охладить - станет кристаллом.Эти вещества сочетают в себе свойства жидкости и кристалла. Обнаружены два типа жидких кристаллов: в первом расположение молекул обладает ближним порядком, однако все  молекулы располагаются параллельно друг другу; во втором - молекулы располагаются слоями. Мыло, растворенное в воде, образует жидкие кристаллы, с чем связаны его моющие свойства. Мыльный раствор состоит из большого числа двойных слоев молекул.При повышении температуры происходит фазовый переход кристалл-жидкость (плавление). Каждое вещество имеет свою строго определенную температуру плавления.В жидком состоянии атомы уже не  являются строго локализованными. Тепловое движение в жидкостях носит довольно сложный характер. Молекулы жидкости совершают в основном колебательные движения, положения равновесия не строго фиксированы, но молекула остается в окружении все тех же соседей. Легкость, с которой молекула может менять своих соседей, связана с вязкостью.При переходе жидкости в пар (испарение) при атмосферном давлении вещество практически полностью теряет свою индивидуальность. Это связано с малой плотностью газообразного вещества. В разреженных газах по существу отсутствует взаимное влияние атомов, а значит, не проявляется их индивидуальная атомная структура. Газы всех веществ (при нормальных условиях) с хорошей точностью подчиняются одинаковым закономерностям.Дальнейшее повышение температуры ведет к  ионизации атомов, т.е. распаду их на ионы и свободные электроны. Такое состояние вещества называют плазменным. Поскольку ионы и электроны в отличие от атомов несут нескомпенсированные электрические заряды, их взаимное влияние становится существенным. Плазма в противовес газам может проявлять коллективные свойства, что сближает ее с конденсированным состоянием, т.е. с твердыми телами и жидкостями.Макротела астрономического масштаба -  планеты.Масса Земли приблизительно 6∙1027 г, радиус - 6400 км, средняя плотность 5,5 г/см3. В недрах планет вещество находится под высоким давлением. При сжатии вещества проявляется тенденция “сглаживания” его свойств. Наружные электронные оболочки атомов, ответственные за “индивидуальность”, при давлениях 107 - 108 атм перестают существовать, ибо входящие в их состав электроны отрываются от атомов и становятся коллективными.Земля - планета жидкая. Это утверждение звучит парадоксально, поскольку течения вещества Земли почти незаметны для нас. Они, однако, существуют, их скорость составляет несколько см в год. В результате за 0,5 млрд. лет земная поверхность меняется очень существенно.По настоящему твердой является только тонкая (20-40 км) оболочка - кора Земли. Вещество на  глубинах от 40 до 400 км способно течь под влиянием высоких температур и давлений.Мантией называют весь слой глубиной от 40 до 2920 км, где температура недр повышается примерно до 4,5 тыс. градусов. Ниже мантии вещество находится в расплавленном состоянии.  Это жидкое ядро Земли радиусом 3450 км. Наконец, в самом центре Земли есть еще внутреннее твердое ядро радиусом 1250 км, состоящее из вещества с плотностью около 13 г/см3.Кора Земли, называемая литосферой, состоит из отдельных плит, медленно перемещающихся друг относительно друга. Новая земная кора образуется в районах срединно-океанических хребтов, а старая кора, покрытая трехкилометровым слоем осадков, исчезает, ныряя под континенты.Взаимные перемещения плит, рождение и разрушение твердой коры Земли сопровождаются землетрясениями. Когда погружающаяся литосферная плита попадает в зону высоких температур, происходят химические реакции, преобразующие ее осадочный слой. При этом образуются газы и водяные пары, которые вулканами извергаются в атмосферу, и возможно, что органическое вещество осадков частично переходит в нефть.Именно вулканическая деятельность привела к появлению первичной атмосферы Земли, а вода, образовавшаяся при дифференциации вещества мантии, составила Мировой океан. Значительную часть воды Земля могла получить в результате падения на нее космических тел, состоящих из льда.Мегамир: звёзды, галактики, Метагалактика (Вселенная)Ближайшая к нам звезда Солнце (масса 2∙1033 г, радиус 6,9∙105 км, средняя плотность 1,4 г/см3) находится от Земли на расстоянии около 150 млн. км, которое свет проходит приблизительно за 8 минут - это расстояние называют астрономической единицей (а.е.). Самая далекая от Солнца планета (теперь планетоид) Плутон находится от него на расстоянии около 40 а.е.

Список литературы

1. Ващекин Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепции современного естествознания» - М.: МГУК, 2000. – 114 с.
2. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания » - М.: Высшее образование, 2007. – 335 с.
3. Козлов Ф.В. Справочник по радиационной безопасности.- М.: - Энергоатом, 2009. – 352 с.
4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом «Дрофа», 2008. – 238 с.
5. Поннамперума С. «Происхождение жизни», М., Издательство «Норма», 2006 г. – 277с.
Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00463
© Рефератбанк, 2002 - 2024