Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую  характеристику поля, аналогичную вектору напряженности  электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции Вектор магнитной индукции определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

За положительное  направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства

Для того, чтобы количественно описать  магнитное поле, нужно указать  способ определения не только направления вектора но и его модуля.

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

 

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

F = IBΔl sin α.

 

Это соотношение  принято называть законом Ампера.

В системе  единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл).

 Тесла  – очень крупная единица. Магнитное  поле Земли приблизительно равно 0,5·10^–4 Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.

Сила  Ампера направлена перпендикулярно  вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

 

3. Кто из ученых впервые ввел в науку понятие поля?

 

Для описания электромагнитных явлений выдающийся английский Майкл Фарадей (1791-1867) в 30-е  годы XIX в.  впервые ввел понятие поля.

Наука о свойствах и закономерностях  поведения особого вида материи - электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами, называется электродинамикой.

Среди четырех видов фундаментальных  взаимодействий - гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого - электромагнитное взаимодействие занимает первое место по широте и разнообразию проявлений.

В повседневной жизни и в технике мы чаще всего  встречаемся с различными видами электромагнитных

взаимодействии: силы упругости, трения, силы наших мышц и мышц различных животных и т.д.

Электромагнитное  взаимодействие позволяет видеть окружающие нас предметы и тела, так как  свет - одна из форм электромагнитного  поля. Сама жизнь немыслима без  сил электромагнитной природы.

Но если бы на мгновение прекратитесь действие электромагнитных сил, то сразу исчезла бы и жизнь.

Строение  атомной оболочки, сцепление атомов в молекулы (химическая связь) и  образование из вещества тел различной формы  определяются исключительно электромагнитным взаимодействием.

Лишь  после создания Максвеллом электромагнитной теории поля во второй половине XIX в. началось широкое практическое использование  электромагнитных явлений.

Теория  Максвелла и ее экспериментальное  подтверждение приводят к мощной теории электрических, магнитных и оптических явлений, базируются на представлении об электромагнитном поле.

Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас  тела, антенны радиостанций и телевизионных передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от частоты  носят разные названия: радиоволны (РВ); инфракрасное излучение (ИК); видимый свет (В); ультрафиолетовое  излучение (УФ); рентгеновские лучи (РЛ); гамма-излучение (g).

В отличие  от механических волн, которые распространяются в веществе - газе, жидкости или твердом теле, электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме.

5. Химия

 
 

1. Отчего  зависит скорость химической реакции?
1. Скорость химических реакций

 

Со скоростью  химических реакций связаны представления о превращении веществ. Учение о скоростях и механизмах химических реакций называется химической кинетикой.

Под скоростью  химической реакции понимают изменение  концентрации одного из реагирующих  веществ в единицу времени  при неизменном объеме системы.

Рассмотрим  в общем виде скорость реакции, протекающей  по уравнению

 

А + В = С + D               (I)

 

 
 

По мере расходования вещества А скорость реакции  уменьшается . Отсюда следует, что скорость реакции может быть определена лишь для некоторого промежутка времени. Так как концентрация вещества А в момент времени t₁ измеряется величиной с₁, а в момент t₂ - величиной c₂, то за промежуток времени ∆t = t₂ - t₁ изменение концентрации вещества составит ∆с = с₂ - с₁, откуда определится средняя скорость реакции ( ):

 

 

Знак  минус ставится потому, что, несмотря на убывание концентрации вещества А  и, следовательно, на отрицательное  значение разности с2 - с1, скорость реакции  может быть только положительной  величиной. Можно также следить  за изменением концентрации одного из продуктов реакции - веществ С или D; она в ходе реакции будет возрастать, и потому в правой части уравнения нужно ставить знак плюс.

Поскольку скорость реакции все время изменяется, то в химической кинетике рассматривают  только истинную скорость реакции v, т.е. скорость в данный момент времени.

 
 

2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

 

Скорость  химической реакции зависит от природы  реагирующих веществ и условий  протекания реакции: концентрации с, температуры t , присутствия катализаторов, а также от некоторых других факторов (например, от давления - для газовых реакций, от измельчения - для твердых веществ, от радиоактивного облучения).

Влияние концентраций реагирующих  веществ. Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает реакция. Число же столкновений тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ. Отсюда на основе обширного экспериментального материала сформулирован основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:

Cкорость   химической реакции  пропорциональна  произведению  концентраций реагирующих  веществ.

Для реакции ( I ) этот закон выразится уравнением

v = kc_A c_B ,       (1)

где с_А  и с_В   - концентрации веществ А и В, моль/л; k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции. Основной закон химической кинетики часто называют законом действующих масс.

Из уравнения  (1) нетрудно установить физический смысл константы скорости k: она численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л или когда их произведение равно единице.

Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от их концентраций.

Уравнение (1), связывающее скорость реакции  с концентрацией реагирующих  веществ, называется кинетическим уравнением реакции. Если опытным путем определено кинетическое уравнение реакции, то с его помощью можно вычислять скорости при других концентрациях тех же реагирующих веществ.

 

Влияние температуры.

 

Зависимость скорости реакции от температуры  определяется правилом Вант-Гоффа:

При повышении  температуры на каждые 10о скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции. Температура влияет на скорость химической реакции, увеличивая константу скорости.

 

3. Энергия активации

 

Сильное изменение скорости реакции с  изменением температуры объясняет  теория активации. Согласно этой теории в химическое взаимодействие вступают только активные молекулы (частицы), обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции. Неактивные частицы можно сделать активными, если сообщить им необходимую дополнительную энергию, - этот процесс называется активацией. Один из способов активации - увеличение температуры: при повышении температуры число активных частиц сильно возрастает, благодаря чему резко увеличивается скорость.

Энергия, которую надо сообщить молекулам (частицам) реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные, называется энергией активации.

Ее определяют опытным путем, обозначают буквой Е_a и обычно выражают в кДж/моль. Так, например, для соединения водорода и иода (Н₂ + I₂ = 2НI) Е_а = 167,4 кДж/моль, а для распада иодоводорода (2НI = Н₂ + I₂) Е_а = 186,2 кДж/моль.

Энергия активации Е_a зависит от природы реагирующих веществ и служит характеристикой каждой реакции.

Скорость  реакции непосредственно зависит  от значения энергии активации: если оно мало, то за определенное время  протекания реакции энергетический барьер преодолеет большое число  частиц и скорость реакции будет  высокой, но если энергия активации  велика, то реакция идет медленно.

При взаимодействии ионов энергия активации очень  мала и ионные реакции протекают  с очень большой скоростью (практически  мгновенно).

 

4. Катализ

 

Увеличить скорость реакции можно с помощью  катализаторов. Применять катализаторы выгоднее, чем повышать температуру, тем более, что ее повышение далеко не всегда возможно.

Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость химических реакций.

Одни  катализаторы сильно ускоряют реакцию - положительный катализ, или просто катализ, другие - замедляют - отрицательный катализ. Примерами положительного катализа могут служить получение серной кислоты, окисление аммиака в азотную кислоту с помощью платинового катализатора и др. Примерами отрицательного катализа являются замедление взаимодей­ствия раствора сульфита натрия с кислородом воздуха в присутствии этилового спирта или уменьшение скорости разложения пероксида водорода в присутствии небольших количеств серной кислоты (0,0001 мас. частей) и др. Отрицательный катализ часто называют ингибированием,  а отрицательные катализаторы, снижающие скорость реакции, - ингибиторами (механизм действия последних отличен от действия катализаторов).

Химические  реакции, протекающие  при участии катализаторов, называют каталитическими.

Каталитическое  воздействие может быть оказано  на большинство химических реакций. Число катализаторов очень велико, а их каталитическая активность весьма различна. Она определяется изменением скорости реакции, вызываемым катализатором.

Сам катализатор  в реакциях не расходуется и в конечные продукты не входит.

Различают два вида катализа - гомогенный (однородный) и гетерогенный (неоднородный) катализ.

При гомогенном катализе реагирующие вещества и  катализатор образуют однофазную систему - газовую или жидкую, между катализатором и реагирующими веществами отсутствует поверхность раздела. Например, каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии раствора солей (жидкая фаза). Для гомогенного катализа установлено, что скорость химической реакции пропорциональна концентрации катализатора.