Важнейшие открытия для развития цивилизации

Содержание 

     

1. Важнейшие открытия для развития цивилизации……………………….
2. Циклы Карно…………………………………………………..
3. Биологические законы и общество…………………………………..

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Важнейшие открытия для развития цивилизации

 

     К важнейшим открытиям для развития цивилизации можно отнести все открытия, начиная от античности  и заканчивая современностью. Но наиболее значимые относятся к 19-20 столетиям.

     19.в. На первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревращения энергии и видов вещества (химическая атомистика). В геологии возникает теория развития Земли (Ч. Лайель), в биологии зарождается эволюционная  теория  (Ж.-Б. Ламарк), развиваются такие науки, как палеонтология (Ж. Кювье), эмбриология (К.М. Бэр).

     Особое  значение имели три великих открытия второй трети XIX в. − клеточной теории  Шлейденом и Шванном, закона сохранения и превращения энергии Майером  и Джоулем, создание Дарвином эволюционного учения. Затем последовали открытия, продемонстрировавшие диалектику природы полнее: создание теории химического строения органических соединений (A. M. Бутлеров, 1861), периодической системы элементов (Д. И. Менделеев, 1869), химической термодинамики (Я. Х. Вант-Гофф, Дж. Гиббс), основ научной физиологии (И. М. Сеченов, 1863), электромагнитной теории света (Дж. К. Максвелл, 1873).

     Период  открытия основных законов химии  охватывает первые шестьдесят лет XIX в. и характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро, установлением Берцелиусом атомных весов элементов и формированием основных понятий химии: атом, молекула и др.

     XIX век стал веком торжества  волновой теории света, созданной и обоснованной главным образом работами Томаса Юнга (1773–1829).

     Первой  работой  Юнга  было  сочинение  "Наблюдение  над  процессом  зрения", написанное в 1793 г., в котором  он разработал теорию аккомодации  глаза. Занимаясь вопросами оптики, Юнг в 1800  г.  сформулировал  принцип суперпозиции  волн,  объяснил  явление  интерференции,  введя  в  науку  этот термин.  В  1801  г.  вышла  его  "Теория  света  и  цвета",  где  была  изложена волновая теория света.

     В  этот  период  в  области  оптики  шло  накопление  и  других экспериментальных  фактов,  требующих  создания  единой  теории, объясняющей  всё  разнообразие  оптических  явлений.  Создателем  её  явился французский  инженер Огюстен Жан Френель.

     Из  своей теории Френель сделал вывод  о том, что скорость света в  стекле меньше,  чем  скорость  света  в  воздухе.  Вывод  Ньютона,  основанный  на корпускулярных  представлениях,  был  противоположным.  Физика  вскоре подтвердила правильность вывода Френеля. С  именем  Фарадея  связан  последний,  переломный  этап  классической физики.  В  истории  естествознания  это  был  период  возникновения  нового метода,  нового  подхода  к  явлениям  природы.  Если  господствующей методологией в естествознании XVIII в. был метафизический материализм, в частности  механицизм,  расчленяющий  мир  на  отдельные,  несвязанные области,  то  открытия  физики  XIX в.  привели  к  необходимости  отказа  от такого  подхода.  Идея  всеобщей  связи  явлений  материального  мира,  идея развития,  скачкообразный  переход  количественных  изменений  в  новое качество  и  другие  положения  диалектического  материализма  постепенно становились руководящими в исследованиях ученых.

     К  деятелям  нового  типа,  стихийно  использующим  идею  всеобщей  связи явлений, принадлежал и  Майкл Фарадей (1791–1867).

     В  начале XIX  в.  выяснилось,  что  между  электричеством  и магнетизмом  существует  глубокая  связь.  Эрстед  обнаружил,  что  электрический  ток создает  вокруг  себя  магнитное  поле.  Мысль  о  тесной  двусторонней  связи электричества и магнетизма кажется Фарадею совершенно очевидной, и уже в  1821  г.  он  ставит  перед  собой  задачу  "превратить  магнетизм  в электричество".  Но  только  в  1831 г.  М.  Фарадей  показал,  что  переменное магнитное  поле индуцирует в проводнике  электрический  ток. Эти открытия легли в основу разработки электродвигателя и электрогенератора, играющих ныне столь важную роль в технике.

     С 1824 г.  Фарадей — член Королевского общества. Одержимый идеями о неразрывной  связи и взаимовлиянии сил  природы Фарадей безуспешно пока пытается  найти  связь между  магнетизмом  и  электричеством. Но  раз Ампер смог  с  помощью  электричества  создать  магниты,  то  почему  нельзя  с помощью  магнитов  создать  электричество?!  Фарадей  ставит  множество опытов, ведет педантичные записи каждого  эксперимента, каждой мысли. О громадной  работоспособности  Фарадея  говорит  хотя  бы  тот  факт, что последний  параграф  "Дневника"  был  записан  под  номером  16041!  Следует заметить,  что  в  1827  г.  Фарадей  получил  профессорскую  кафедру  в Королевском  институте.  Тщательная  подготовка  к  лекциям  тоже  требовала немало времени.

     Но  вот  упорный  десятилетний  труд  Фарадея  вознагражден:  17  октября 1831 г.  триумфальный  эксперимент  —  открыто  явление  электромагнитной индукции. Это был хорошо подготовленный и заранее продуманный опыт.

     Вслед  за  открытием  электромагнитной  индукции  Фарадей    проверяет  новую  идею.  Если  движение  магнита  относительно  проводника  создает электричество,  то,  видимо,  движение  проводника  относительно  магнита должно приводить к такому же следствию. Значит, есть возможность  создать генератор  электрического  тока,  обеспечив  непрерывное  относительное движение проводника и магнита. Фарадей быстро строит и испытывает новое простое  устройство: между полюсами подковообразного магнита  вращается медный  диск,  с  которого  при  помощи  скользящих  контактов  (один  на  оси, другой  на  периферии)  снимается  напряжение.  Это  был  первый  генератор  электрического тока!

     С  ноября  1831  г.  Фарадей  начал  систематически  печатать  свои "Экспериментальные  исследования по электричеству", составившие 30 серий более  чем  из  3000  параграфов.  Это  великолепный  памятник  научного творчества  Фарадея.  Первая  серия  посвящена  электромагнитной  индукции; последняя (тридцатая) — законам намагничивания (вышла в свет в 1855г.). В этих  сериях отражена двадцатичетырехлетняя работа Фарадея, в них жизнь, мысли и воззрения ученого.

     В  первой  половине  XIX  в.  постепенно  вызревает  и  утверждается  идея единства  различных  типов  физических  процессов,  их  взаимного  превращения.  Изучение  процесса  превращения  теплоты  в  работу  и  обратно, установление механического эквивалента  теплоты сыграли основную роль в  открытии закона сохранения и превращения  энергии.

     Закон  сохранения и превращения  энергии  является одним из важнейших законов  современного  естествознания.  Он  выражает  положение диалектического  материализма  о  неуничтожимости  и  несотворимости материи  и  движения.  Формулировка  этого  закона  стала  общеизвестной: сумма  всех видов энергии изолированной  системы есть величина постоянная. Истоки  его  уходят  в  глубокую  древность.  "Из ничего ничего не  бывает" − так древними  греками была  выражена  идея  сохранения.  Эта великая идея развивалась и постепенно  расширяла сферу своего  влияния.  В процессе развития  естествознания  были  открыты законы  сохранения  массы, электрического  заряда,  количества  движения,  а в середине XIX  в. −  закон сохранения  и превращения энергии.  Именно  к этому периоду созрели необходимые условия для появления данного закона. Многие  учёные  внесли  свой  вклад в его установление,  но  физика связывает, и по праву, его открытие в первую очередь с именами Р. Майера, Г. Гельмгольца, Д. Джоуля, Э. Ленца, М. Фарадея.

     Значение  этого  закона  выходило  далеко  за  пределы  физики  и  касалось всего естествознания. Наряду с законом  сохранения масс этот закон, выражая  принцип  неуничтожимости  материи  и  движения,  образует  краеугольный камень  материалистического  мировоззрения  естествоиспытателей. Логическим  его  развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

     В  России,  в  XIX  в.  выдающимися  представителями  физики  были  Д.И. Менделеев, А.Г. Столетов, П.Н. Лебедев, А.С. Попов.

     В  марте  1969  г.  научная  общественность  нашей  планеты  отметила  100-летие  со  дня  открытия  одного  из фундаментальных  законов  естествознания

     —  периодического  закона  химических  элементов  Д.  И.  Менделеева.

     Открытие  этого  закона Ф. Энгельс назвал  "научным подвигом" Менделеева, который  принес  отечественной  науке  неувядающую  славу  и  мировое признание. На основе этого  закона Менделеев сумел предсказать  физические и химические  свойства  элементов, открытых позднее. И  сегодня  этот  закон, получив соответствующее  обоснование в науке, является путеводной звездой в научных исканиях физиков, химиков.

     Перу  Д.  И.  Менделеева  принадлежит  более  500  научных  работ  по различным  проблемам    химии,  физики,  метрологии,  геологии, воздухоплавания, педагогики. Наиболее  крупным  исследованием  А.  Г.  Столетова,  принесшим  ему мировую  славу,  является  исследование  фотоэффекта  (1888–1890).  В результате  этой  работы  А.Г.  Столетов  предложил  очень  простой  метод изучения  данного  явления:  одна  из  пластин  конденсатора −  сплошная  (в опытах Столетова это была полированная цинковая пластина) − соединяется через гальванометр  с отрицательным полюсом батареи;  другая  −  в виде сетки −  соединяется с положительным полюсом.  Внутренняя  поверхность сплошной пластины освещается электрической дугой

     Исследование  светового давления стало делом  всей жизни П. Н. Лебедева. Из теории Максвелла следовало,  что  световое  давление  на  тело  равно плотности  энергии электромагнитного поля. При полном  отражении  давление  будет  в  два  раза больше.  Экспериментальная  проверка  этого  положения  представляла  большую  трудность.

     Во-первых,  давление  очень  мало  и  нужен  чрезвычайно  тонкий  эксперимент  для  его обнаружения, не  говоря  уже  о  его измерении. И Лебедев  создает  свою  знаменитую  установку  — систему  легких  и  тонких  дисков  на закручивающемся подвесе. Это были крутильные весы с невиданной до тех пор точностью.

     Во-вторых,  серьезной  помехой  был  радиометрический  эффект:  при падении  света  на  тело  (тонкие  диски  в  опытах Лебедева),  оно  нагревается.

     Температура освещенной стороны будет больше, чем температура теневой. А это  приведет к тому, что молекулы газа от освещенной стороны диска будут  отбрасываться с  бóльшими  скоростями, чем  от  теневой. Возникает дополнительная  отдача, направленная  в  ту же  сторону, что и световое давление,  но  во  много  раз  превосходящая  его  (в  103  раза  в  опытах  Крукса и Бартоли).  Кроме  того,  при  наличии  разности  температур  возникают конвекционные  потоки  газа. Все  это  надо  было  устранить. П. Н. Лебедев  с непревзойденным  мастерством  искуснейшего  экспериментатора преодолевает  эти  трудности.  Платиновые  крылышки  подвеса  были  взяты толщиной  всего  0,1–0,01  мм,  что  приводило  к  быстрому  выравниванию температуры  обеих сторон. Вся установка была помещена в наивысший, достижимый,  в  то  время  вакуум  (порядка  0,0001  мм  рт. ст.).  П.  Н.  Лебедев  сумел  сделать  это  очень  остроумно. В  стеклянном  баллоне,  где  находилась установка, Лебедев  помещал  каплю  ртути  и  слегка  подогревал  ее.  Ртутные пары вытесняли воздух, откачиваемый насосом. А после этого температура  в баллоне понижалась, и давление оставшихся ртутных паров резко  уменьшалось (ртутные пары, как говорят, замораживались).

     Кропотливый  труд  увенчался  успехом.  Предварительное  сообщение  о давлении  света  было  сделано  П.  Н.  Лебедевым  в  1899  г.,  затем  о  своих  опытах он рассказал в 1900 г. в Париже на Всемирном конгрессе физиков, а в 1901  г.  в  немецком журнале  "Анналы  физики"  была  напечатана  его  работа "Опытное исследование светового давления". Работа получила высочайшую оценку  ученых  и  стала  новым,  блестящим  экспериментальным  подтверждением теории Максвелла.

     Кроме  работ,  связанных  со  световым  давлением,  П.  Н.  Лебедев  много  сделал  для  изучения  свойств  электромагнитных  волн.  Усовершенствовав метод  Герца,  он  получил  самые  короткие  в  то  время  электромагнитные волны  (А  =  6  мм,  в  опытах  Герца  А = 0,5 м),  доказал  их  двойное лучепреломление  в  анизотропных  средах.  Следует  заметить,  что  приборы 

     Лебедева  были  настолько  малы,  что  их  можно  было  носить  в  кармане. Например,  генератор  электромагнитных  волн  Лебедева  состоял  из  двух платиновых  цилиндриков,  каждый  по  1,3  мм  длиной  и  0,5 мм  в  диаметре.