Какая наука изучает свойства тел и явлений
Химия – наука о веществах, их свойствах, превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения.
Вещества – это то, из чего состоят предметы (физические тела) окружающего мира. Вещества, существующие в природе, постоянно претерпевают различные изменения.
Явления – различные изменения, которые происходят с веществами.
Физические явления – явления, не сопровождающиеся превращениями одних веществ, в другие (обычно изменяется агрегатное состояние веществ или их форма).
Химические явления – явления, в результате которых из данных веществ образуются другие.
Иначе химические явления называют химическими реакциями.
Каждое вещество обладает строго определёнными свойствами.
Свойства веществ – признаки, позволяющие отличить одни вещества от других, или установить сходство между ними.
Физические свойства:
m – масса, V – объём, ρ – плотность.
Масса может быть выражена в граммах, объем в миллилитрах (если это жидкость) или литрах (если это газ).
1 мл = 1 см3, 1 л = 1 дм3, 1000 л = 1 м3
Поэтому плотность измеряют в г/мл, г/см3 (если это жидкость), или в г/л, г/дм3 (если это газ).
Если принять V = 1, то плотность – это масса единичного объёма вещества.
Химические свойства – это те химические реакции, в которые вступает данное вещество.
Так же можно сказать, что химические свойства – это те химические реакции, которые характеризуют группу веществ (класс веществ). Например, мы будем в дальнейшем изучать свойства воды, свойства класса оксидов, свойства класса алканов и т.д.
ООсновы атомно – молекулярного учения
Идея о том, что вещества состоят из мельчайших частиц возникла в Древней Греции в философских учениях Левкиппа и его ученика Демокрита. Эти частицы они назвали атомами (неделимые).
Существование атомов было доказано эмпирическим путём в конце 16 – начале 17 века Джоном Дальтоном и М. В. Ломоносовым. Ими же были заложены основы атомно – молекулярного учения.
В настоящее время, в связи с открытием делимости атома и появлением теории химической связи, основные положения атомно – молекулярного учения существенно изменились. Его суть можно свести к ряду важных положений, которые необходимо запомнить.
Все вещества, существующие в природе, представляют собой совокупность очень большого числа частиц (атомов, молекул или ионов). В зависимости от типа частиц все вещества условно подразделяют на две группы: вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения (атомного или ионного).
Вещества молекулярного строения – вещества, основной структурной единицей которых является молекула.
Вещества немолекулярного строения – вещества, основными структурными единицами которых являются атомы или ионы.
Частицы, из которых состоит данное вещество, взаимодействуют между собой посредством электромагнитных (кулоновских) сил и находятся в постоянном движении. Движение частиц ограничено силами взаимодействия между ними.Каждое вещество, в зависимости от условий (температуры, давления) может находиться в определённом агрегатном состоянии.
В твёрдом агрегатном состоянии вещества, составляющие его частицы находятся относительно упорядоченно (кристаллическое состояние), их кинетическая энергия (энергия движения) существенно меньше чем потенциальная (энергия покоя). В газообразном состоянии, частицы свободно движутся в предоставленном им объёме и их кинетическая энергия существенно выше чем потенциальная.
В жидкости же потенциальная энергия частиц примерно равна их кинетической энергии. Это связано с тем, что часть частиц жидкости находится относительно упорядоченно в составе так называемых кластеров(англ. cluster— скопление). Другие же частицы свободно перемещаются по объёму жидкости. Чем ниже температура жидкости, тем больше в ней кластеров и наоборот.
Рис. Кластеры воды, где число молекул 20-220
Следует отметить, что существуют еще два дополнительные “состояния”. Это жидкокристаллическое состояние и состояние плазмы.
Цитоплазматическая мембрана клетки – типичный пример жидкого кристалла. Молекулы фосфолипидов в биологической мембране относительно упорядоченно распределяются в двух слоях, но при этом могут в пределах слоя свободно перемещаться, а также “перескакивать” из одного слоя в другой.
Жидкие кристаллы имеют широкое применение в технике (напр., ЖК-мониторы компьютеров).
Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — ионизованный газ.
Плазма в своём составе содержит свободные электроны, катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы).
Так как плазма содержит заряженные частицы, то она проводит электрический ток и на неё можно воздействовать внешним магнитным полем. Различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму.
Изучает свойства плазмы наука физика.
Вещество из одного агрегатного состояния может переходить в другие агрегатные состояния при изменении внешних условий – температуры (T) и давления (P). Такие переходы принято называть фазовыми переходами.
Так, при повышении температуры, твердое вещество превращается в жидкость, а жидкость при ещё большей температуре превращается в газ. Дальнейшее повышение температуры переводит газ в плазму. При таких переходах вещество в другие вещества не превращается. Напомним, что такие явления мы называем физическими. Поэтому фазовые переходы – это физические явления.
При понижении температуры происходят обратные фазовые переходы – газ превращается в жидкость, а жидкость переходит в твердое состояние.
Фазовые переходы имеют названия.
Твердое —> Жидкое (плавление, обратный переход – кристаллизация)
Жидкое —> Газообразное (испарение, обратный переход – конденсация)
Газообразное —> Плазма (ионизация, обратный переход – деионизация)
Твердое —> Газообразное (сублимация или возгонка, обратный переход – десублимация)
Вещество – совокупность большого числа частиц, находящаяся в определённом агрегатном состоянии в зависимости от условий (температуры и давления).
Поэтому, например, такая фраза как: “Вода – жидкое вещество”, является некорректной. Если мы говорим об агрегатном состоянии вещества, то следует обязательно уточнить условия в которых находится вещество – температуру и давление. Такая фраза как: “При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, вода – жидкое по агрегатному состоянию вещество”, является правильной.
С точки зрения физики, что более точно, вещество – это форма материи, состоящая из частиц, обладающих массой покоя. Существуют частицы, не обладающие массой покоя, например, фотоны. Материя, состоящая из частиц, не обладающих массой покоя называется поле.
Протоны, нейтроны, электроны – это частицы, обладающие массой покоя, следовательно это частицы вещества. Но химия не изучает вещество, состоящее, к примеру, из электронов (электронный газ), или вещество, состоящее из нейтронов (нейтронный газ). Это удел физики.
Химия изучает вещества, состоящие из атомов, молекул или ионов.
Ввиду этого вещество условно можно подразделить на физическое (электронный газ в проводнике, нейтронный газ и т.д.) и химическое (состоящее из атомов, молекул, ионов, свободных радикалов).
Источник
Изображение взято из открытых источников
В этом цикле статей я постараюсь рассказать в простой и доступной форме о такой науке, как физика. Эти уроки будут полезны как студентам, так и школьникам, а так же любым другим людям, которые внезапно захотели освежить свои знания.
Для начала, давайте разберемся, а что же такое “физика”? Вот что пишет Википедия (цитата):
«Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа) — область естествознания. Наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания».
Если сказать простыми словами, физика – это наука о природе. Здесь под природой имеется в виду не только леса, поля и луга, но планета в целом, а так же космос и вообще вся материальная Вселенная, включая микромир (атомы и элементарные частиц) и макромир (звезды и галактики). Для чего это нужно знать? Полагаю, ответ очевиден. Знание об окружающем мире позволяют наиболее эффективно с этим самым миром взаимодействовать себе на благо. Например, когда наши древние предки узнали о том, что металл при высокой температуре (в огне) плавиться, они смогли усовершенствовать свои орудия труда, сделав их не каменными а металлическими. Это позволило затрачивать на их изготовление меньше усилий и времени: вылить или выковать предмет из металла гораздо проще, чем сделать его из камня путем ударов камнями друг о друга. А в наше время благодаря физике стало возможно изобрести автомобили, телефоны, компьютеры и даже запускать корабли в космос.
Теперь поговорим о разделах физики. Их довольно много, разберём самые основные:
- Механика. Это, по сути начальный раздел физики. Основа основ, так сказать. Давайте сначала разберем точное определение, а потом переведем его на понятный язык. И так меха́ника (греч. μηχανική — искусство построения машин) — раздел физики, наука, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними; при этом движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве (цитата из википедии). Ну а если по русский, то механика – это наука о разных механизмах, о том, как они друг на друга влияют, о движении и силах, которые могут действовать на разные предметы и что из этого получается. Благодаря механике были изобретены механические часы, колесо, мельница и многое другое. А вот автомобиль был изобретен не только благодаря механике, а еще и другим разделам физики, например, термодинамике. Сама механика делиться на три раздела. Кинематика – наука о движении, динамика – наука движении под действием разных сил, статика – наука о силах без движения.
- Термодинамика. Наука о тепловой энергии, ее превращении и взаимодействии с другими видами энергии. Благодаря знаниям из этой области физики, были изобретены такие устройства, как двигатель внутреннего сгорания в автомобиле, паровой двигатель в старых поездах, батареи центрального отопления и многое другое.
- Молекулярная физика. В некотором роде это продолжение термодинамики, но с учетом того знания, что все вещества состоят из молекул. Развитие этой науки привело к появлению таких дисциплин, как физика твердого тела, физическая химия, молекулярная биология, физика металлов, физика полимеров, кристаллофизика, физика плазмы и многое другое.
- Электричество и магнетизм. Благодаря этой науке мы имеем многочисленные устройства, работающие на электрической энергии – холодильники, телевизоры, компьютеры. Компьютеры, кстати, были изобретены не только благодаря знаниям в области электричества, но так же благодаря таким наукам, как молекулярная физика, атомная физика и квантовая механика.
- Атомная физика. Раздел физика, занимающийся строением атома. Благодаря этим знаниям были изобретены различные полупроводниковые приборы, в частности транзисторы, которые легли в основу всех полупроводниковых устройств, в том числе современных компьютеров.
- Ядерная физика. Этот раздел изучает строение и свойства атомных ядер, он логический вытекает из атомной физики. К сожалению, этот раздел физики принес человечеству очень много вреда (изобретение атомной бомбы), возможно, даже больше, чем пользы. И все из-за того, что есть такие нехорошие люди, всякие там генералы и прочие военные, которые все открытия стремятся использовать в первую очередь для убийств. Но нельзя сказать, что ядерная физика не принесла никакой пользы. Во первых, ядерную энергию научились использовать и в мирных целях, а во вторых, как развитие ядерной физики, появились такие физические дисциплины, как физика элементарных частиц и квантовая механика.
- Физика элементарных частиц. Как оказалось, не только атом делиться на ядро и электроны, но и само ядро состоит из протонов, нейтронов а так же других частиц. И все эти частицы (электроны, протоны, нейтроны) могу друг с другом взаимодействовать, порождая другие частицы. Да и некоторые частицы тоже оказались делимыми, и при том, они обладают различными свойствами. Все это изучает физика элементарных частиц.
- Квантовая механика. Оказалось, что элементарные частицы совсем не такие, как предметы окружающего мира. Это не кусочки чего-то твердого, как например, камень, а какая-то неведомая штуковина, описанная математическими формулами, которая может находиться в разных местах одновременно и обладает другими экзотическими свойствами. По сути, квантовая механика занимается тем, что изучает эти самые элементарные частицы и описывает их поведение математическими формулами. Какая от всего этого польза? На первый взгляд, польза не совсем очевидна, по крайней мере, для сегодняшнего дня. Если конечно, не считать того, что для создания таких сложных полупроводниковых устройств, как компьютер, уже необходимо учитывать квантовомеханические эффекты. Хотя уже сейчас созданы простейшие компьютеры, вычисления которых основаны исключительно на квантовых эффектах, так называемые квантовые компьютеры. Пройдет какое-то время, и квантовые компьютеры станут такой же обыденной вещью, как ноутбук или сотовый телефон. Только вот по мощности квантовые компьютеры во много превзойдут обычные. А уж что будет дальше, остается только гадать. Может, знания в области квантовой механики позволят людям построить звездолет и полететь на Альфа Центавру, а так же колонизировать другие планеты.
- Теория относительности. Это раздел физики, изучающий пространство, время, гравитацию и их взаимосвязь. Время в этой теории рассматривается не как простой хронометраж событий, как понимает его большинство людей, а как некую неведомую штуковину, описанную формулами, которая неразрывно связанная с пространством. А само пространство – это такая же неведомая штукенция, тоже описанная формулами. Дело в том, что внезапно оказалось, что законы механики иногда не работают. Иными словами, при помощи формул было вычислено, например, как должна двигаться какая-нибудь планета, наблюдаемая астрономами, ну, скажем Марс. А она, сволочь такая, двигается не совсем так. Погрешность не большая, но достаточная, что бы поставить под сомнение законы классической механики. Это привело к созданию теории относительности, согласно которой чем быстрее движется тело, тем больше его движение отклоняется от законов механики. Это самое отклонение так же можно вычислить по формуле. Для земных скоростей оно даже не заметно. Но совсем другое дело для звездолета, летящего на Альфа Центавру со скоростью, близкой к скорости света (скорость света примерно 300 км/с). В этом случае наблюдаться различные релятивистические эффекты. В частности, замедление времени. Может случиться так, что пока космонавты куда то летали на звездолете, на Земле прошли века, все их родственники давно умерли от старости, а для экипажа прошло всего то, допустим, пару месяцев и они вернулись такие же молодые, как и полетели. Может возникнуть вопрос, а откуда все это узнали, если таких звездолетов еще не изобрели? А все дело в том, что все эти формулы проверили при помощи очень точных приборов, которые позволяют замерить те самые мизерные отклонения, характерные для относительно медленных скоростей.
- Теория струн. А вот это еще более сложный раздел физики, чем квантовая механика и теория относительности. Она объединяет и ту и другую дисциплину. Дело в том, что внезапно оказалось, что теория относительности и квантовая механика противоречат друг другу. Что бы убрать эти противоречия, были выдвинуты новые гипотезы, которые легли в основу теории струн.
Следующий урок. Физика для чайников. Урок 2. Механика.
Источник
Петр Иванович Дубровский, инженер-исследователь, частный научный детектив.
e-mail: d-pi@yandex.ru
Тем, кто не интересуется наукой, физикой и образованием, лучше сразу же закрыть эту статью. С оставшимися давайте будет говорить честно, открыто и откровенно, не взирая на имена, должности, научные степени и звания. Свои имя, отчество и фамилию я назвал, свой e-mail привёл, то есть скрываться за собачьей кличкой (ныне их называют ник-неймами) от откровенного разговора и разумной критики своих взглядов я не собираюсь.
Исходя из своего жизненного опыта я утверждаю, что нынешнее состояние физики, особенно теоретической – крайне плачевное. Из реальной науки о природе она, к сожалению, на сегодняшний день превратилась в некий свод умозрительных построений, возведённых в ранг научных догматов, чаще всего – ошибочных, которые запрещено критиковать и даже обсуждать.
Среди этих догматов – молекулярно-кинетическая теория, цикл и теоремы Карно, на основе которых выстроена на 99% не соответствующая реальности теоретическая термодинамика, постулаты Нильса Бора, его атомная модель, постулаты теории относительности, первый из которых противоречит второму и здравому смыслу… Ошибочным является даже само понятие энергии и, соответственно и закон сохранения энергии в его нынешнем виде.
И виноваты в этом, прежде всего, персонально академики из ОФН (отделение физических наук) РАН (прежде – АН СССР), чиновники из Министерств образования и просвещения, сотрудники Российской академии образования, профессорско-преподавательский вузов и даже школьные учителя. В чем заключается конкретная вина каждой структуры и почему так получилось, я расскажу чуть позже.
Давайте разбирать ошибки в нынешней физике, начиная с «прописных истин», которые преподают в школе и причины возникновения этих ошибок последовательно, по порядку.
Поэтому начать «разбор полётов физической мысли» я бы хотел с напоминания читателям, прежде всего, академикам РАН и РАО, преподавателям школ и вузов, сотрудникам министерств и ведомств, имеющих отношение к науке и образованию, что же такое физика и каков её основной метод. А то о том, что же такое физика и каков её основной научный метод стали забывать не только простые обыватели, но и самые маститые учёные, обвешанные научными степенями и научными наградами как рождественская ёлка – игрушками.
Хочу добавить, что существует много различных определений физики. Некоторые из этих определений ну совсем бестолковые, несмотря на вроде как солидный источник информации. Например:
Физика – наука, занимающаяся изучением вещества и энергии. Физика стремится установить и объяснить их многочисленные формы и взаимосвязи.
Научно-технический энциклопедический словарь
Но для того, чтобы читатель мог правильно усвоить это определение, сперва бы следовало разъяснить, что автор этого определения понимает под «энергией» и что такое в его понимании «вещество», не так ли?
Наиболее важным источником информации о чем-либо я привык считать энциклопедии. В частности, для физики это – Физическая энциклопедия. Поэтому, за ответом на вопрос, что же такое физика заглянем на стр. 310-311 Физической энциклопедии, том 5. Главный редактор А.М. Прохоров. Справочное издание. – М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия (до 1991 г. оно называлось издательство Советская энциклопедия) 1988–1998.
Я приведу сканы страниц, чтобы не было попыток обвинить меня в каких-либо фальсификациях.
Эта статья в «Физической энциклопедии» подписана лично академиком Прохоровым А.М., лауреатом Нобелевской премии по физике за 1964 год, с 1982 по 1998 г.г. работавшего директором Института общей физики АН СССР. То есть определения принадлежат перу одного из величайших физиков нашего времени. Особое внимание читателей я хочу заострить на том, что (запомните, заучите, зазубрите, наконец, это важно!)
Физика в своей основе – это экспериментальная наука.
И что
Все физические законы базируются на фактах, установленных опытным путём.
Я позволю себе слегка не согласиться с формулировкой Физики, данной академиком А.М. Прохоровым. Я бы исправил определение таким образом:
Физика – это наука о природе, изучающая свойства, законы движения и законы взаимодействия окружающих нас объектов материального мира.
Потому что физика не должна ограничиваться простейшими и общими свойствами и законами, ей должно быть дело до всего, что нас окружает. И насчёт законов взаимодействия. Одно из самых важных понятий физики – «сила». Силы могут возникать только в результате взаимодействия двух объектов материального мира (и никак иначе), т.е. двух материальных тел, поэтому изучение законов взаимодействие материальных тел – это одна из важнейших задач физики.
Слегка отвлекусь. Недавно отдыхал в Греции. И внезапно для себя на бутылке из-под минеральной воды разобрал знакомое слово:
ΦΥΣΙΚΑ ΣΥΛΛΕΚΤΙΚΟ – видимо, ЕСТЕСТВЕННЫЙ ВЫБОР… ΦΥΣΙΚΌ ΜΕΤΑΛΛΙΚΌ ΝΕΡΌ – ПРИРОДНАЯ МИНЕРАЛЬНАЯ ВОДА
Эта этикетка мне в лишний раз напомнила, что физика – это, прежде всего, наука о природе, об окружающих нас объектах и явлениях. 🙂
До сих пор в России переиздаётся Элементарный учебник физики Ландсберга в трёх томах. В аннотации учебника сказано, что это (цитирую):
Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике.
Для старшеклассников и учителей общеобразовательных и средних специальных заведений, а также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз.
[Элементарный учебник физики. Учеб. пособие. В 3 т. / Под ред. Г. С. Ландсберга. Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика – 13-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.]
Впервые этот учебник был издан в далёком 1948 году, последнее, не знаю, какое уже по счёту, издание выпущено в свет 2018 году. Учебник уже более 70 лет «на коне» – это означает, что учебник очень достойный и следует верить тому, что в нём русским по-белому написано.
Хочу обратить особое внимание на предисловие к первому изданию, предисловие, написанное лично академиком Г.С. Ландсбергом в июне 1948 года:
Страница 17, введение:
Для невнимательных читателей, а особенно для академиков из ОФН РАН, для специалистов, работающих в Российской академии образования (РАО), для чиновников из министерств и ведомств образования, науки и просвещения, сотрудников Российского книжного союза (РКС), преподавателей школ и вузов повторю основные моменты, которые им следует зазубрить, и не просто зазубрить, но и воплощать в жизнь – им за это зарплату начисляют:
«…ясное представление о научном методе, характерном для физики. Само собой разумеется, не возникает никаких споров о том, что этот метод есть метод экспериментальный…»
«…Никому не приходит в голову отрицать, что физика есть опытная наука и что ее законы находятся с помощью опыта…»
«…определения, формулируемые логически, наполняются содержанием лишь при помощи опыта, через посредство измерений».
«…экспериментальный характер физических законов… делает из физики науку о природе, а не систему умозрительных построений…»
Можно привести еще сотни аналогичных цитат из десятков различных «умных книжек».
Таким образом, руководствуясь определениями и рекомендациями академика АН СССР и РАН, лауреата Нобелевской премии по физике, бывшего директора Института общей физики АН СССР А.М. Прохорова и академика АН СССР Г.С. Ландсберга, я и собираюсь предметно разобраться, какие материалы достойны называться физикой, в основе которой лежит основной научный метод физики как науки и какие материалы, которые сейчас принято относить к физике, являются всего-навсего умозрительными построениями, причем зачастую они противоречат опытам, реальности, но при всём этом возведены генералами от науки в научные догматы. Для этого я и начинаю цикл расследований «частного научного детектива». Надеюсь, что есть неравнодушные читатели, которые помогут мне в расследованиях и мы вместе сможем отделить физику от переполняющих её плевел, от заблуждений прошлых лет, глупых рассуждизмов и неверных умозрительных построений.
На этом я закончу вводный рассказ.
Источник