Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

1. Определите понятия: мегамир, макромир, микромир, наномир. Связаны ли они?

1)Мегамир – это планеты, звездные комплексы, галактики, мегагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние, в котором измеряется Светловыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. 
Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах. 
Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы – мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16см, а время жизни – от бесконечности до 10 – 24с. 
Наномиир - это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.Они тесно связаны между собой.

2. Дайте определение  вакуума.

Ва́куум (от лат. vacuum — пустота) — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д.В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d 1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d 1) вакуум.Также вакуумом называют состояние газа, для которого средняя длина пробега его молекул сравнима с размерами сосуда или больше этих размеров.

3. Что такое  наномир? Что такое нанотехнология? Чем отличается наномир от нанотехнологий?

Наномир – это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.  Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.Нанотехнология относится к микромиру, хотя нанометры это 10 в -9 степени метра. Ведь объекты микромира могут иметь размеры от микрон и меньше, например до фемтометров (10 в -15 степени метра). Наномир - это микро-микромир. Структура наномира - это структура радиоэфира Фарадея-Максвелла. Её элементы имеют размер 10 в -35 степени метра, т.е. на 25 порядков мельче атома водорода

4. Где используется  вакуум.

В пищевой промышленности -вакуумная упаковка. Для ее производства используются самые различные вакуумные насосы, от небольших и до высокопроизводительных установок и агрегатов. Широко распространены в пищевой промышленности водокольцевые насосы, особенно в исполнении из нержавеющей стали. Они используются для создания вакуума в барабанных, ленточных и дисковых вакуумных фильтрах.В радиоэлектронике вакуумная техника обеспечила возможность разработки многих новых приборов для увеличения дальнодействия, надежности и долговечности средств связи и навигации. Создание элементов микроэлектроники и полупроводниковых приборов невозможно без применения вакуумной техники.В нефтехимической промышленности жидкостнокольцевые насосы и агрегаты на их основе применяются для создания вакуума в процессах получения дистиллятов масел из парафинов, выделения тетра- и пентамеров при синтезе олефинов, синтеза сложных эфиров, регенерации растворителей, перегонки нефти, синтезе жирных кислот и т.д.Целлюлозно-бумажная промышленность широко использует водокольцевые вакуумные насосы и агрегаты в процессах выделения целлюлозы, отбелки, прессования, формирования бумажного полотна, а также в процессах утилизации отходов.В металлургической промышленности применение вакуума при плавке металлов позволяет заметно улучшить их физико-механические характеристики. В деревообработке и в стекольной промышленности вакуумное оборудование нашло себе применение, в качестве мембранно-вакуумных прессов и системах холодного прессования. В оптической промышленности с помощью напыления тонких слоев в вакууме изготовляют высококачественную просветленную оптику, интерференционные фильтры, оптические и бытовые алюминированные зеркала.В транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей.

5. Определите и  поясните понятие: ТЕХНОЛОГИЯ.

Технология— в широком смысле — совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способов технического производства; в узком — комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами, и обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом.

При этом:

• под термином изделие следует понимать любой конечный продукт труда (материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т. п.);

• под термином номинальное качество следует понимать качество прогнозируемое или заранее заданное, например, оговоренное техническим заданием и согласованное техническим предложением;

• под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и пр. рисков.

Наиболее новые и прогрессивные технологии современности относят к высоким технологиям. Переход к использованию высоких технологий и соответствующей им техники является важнейшим звеном научно-технической революции (НТР) на современном этапе.

6.Дайте определение  физического вакуума.

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов) является одной из главных основ инфляционной теории Большого взрыва.Главный смысл новейших мировых открытий таков: во вселенной доминирует физический вакуум, по плотности энергии он превосходит все обычные формы материи вместе взятые. Хоть вакуум чаще всего называют космическим, он присутствует всюду, пронизывая насквозь все пространство и материю. Физический вакуум является самым энергоемким, в прямом смысле слова неисчерпаемым источником жизненно важной, экологически чистой энергии. Физический вакуум - это единое энерго-информационное поле вселенной.Само понятие "физический вакуум" появилось в науке как следствие осознания того, что вакуум не есть пустота, не есть "ничто". Он представляет собой чрезвычайно существенное "нечто", которое порождает все в мире и задает свойства веществу, из которого построен окружающий мир.

7. Что такое  фуллерены? Чем они отличаются  от фуллеритов? Приведите примеры.

Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

Фуллерены —  аллотропная форма углерода, сферические молекулы которых содержат чётное (более 20) количество атомов углерода, которые связаны друг с другом тремя химическими связями.

1985 году была открыта  совершенно новая форма углерода - фуллерит, принципиально отличающаяся и от графита, и от алмаза (и их модификаций. Эта форма чистого углерода является чисто молекулярной. Отдельные частицы (фуллерены), из которых построено это вещество, представляют собой замкнутую поверхность сферы (или сфероида), составленную из атомов углерода.

Заметим, что сам многогранник «фуллерена», можно найти еще у Леонардо да Винчи. Новая фигура не что иное, как усеченный икосаэдр, модификация одного из знаменитых платоновых тел. Второй волной популярности фуллерен обязан архитектору Бакминстеру Фуллеру, в 1961 году запатентовавшему «геодезический свод» на ее основе. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов —фуллерен (C60), в котором углеродные атомы образуют усеченный икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч. Следует отметить, что присутствие фуллерена С60 в минеральных смазках инициирует на поверхностях образование защитной фуллерено-полномерной пленки толщиной — 100 нм. Образованная пленка защищает от термической и окислительной деструкции, увеличивает время жизни узлов трения в аварийных ситуациях в 3-8 раз,Среди других интересных приложений следует отметить аккумуляторы и электрические батареи, в которых, так или иначе, используются добавки фуллеренов. Основой этих аккумуляторов являются литиевые катоды, содержащие фуллерены. Так же фуллерены и их различные химические производные используются в сочетании с полисопряжёнными полупроводящими полимерами для изготовления солнечных элементов.Фуллерены могут быть также использованы в фармации для создания новых лекарств.

8. Дайте определение  технического вакуума.

На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно. Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа < λ > , связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера l сосуда, в котором находится газ. Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере.

9. В чем основное  сходство и отличие между графитом  и алмазом? Что из них тверже (крепче) и почему? Известны ли  в природе или в науке более  твердые вещества? Если да, то  какие?

Одной из самых известных аллотропных форм углерода является алмаз — трехмерная структура, характеризующаяся тетраэдрическим расположением атомов углерода в кристаллической решетке. Это самый твердый из природных минералов — 10 по шкале твердости Мооса. Так, для разрушения алмаза необходимо использовать давление около 100 ГПа, или 1 млн атмосфер. По своим электрическим свойствам чистый алмаз — диэлектрик.

Другая всем знакомая разновидность углерода — графит — представляет собой двумерную слоеную кристаллическую структуру. В этих слоях атомы углерода связаны ковалентными связями и располагаются в вершинах шестиугольника

Между слоями действуют силы Ван-дер-Ваальса, значительно более слабые по сравнению с ковалентной связью. Отсюда и сильная анизотропия в физических свойствах графита. По шкале твердости (шкале Мооса) графит имеет наименьшую величину – 1. Кроме этого, он хороший проводник тока. А монослой графита представляет собой уже отдельное вещество — графен, который, в принципе, также можно отнести к аллотропным формам углерода, поскольку он обладает уникальными физическими свойствами.

Менее известны другие полиморфные модификации углерода — например, гексагональный алмаз (или лонсдейлит). Лонсдейлит по своему внутреннему строению напоминает алмаз, но с немного иным типом «упаковки» атомов — атомы углерода образуют в нём гексагональную кристаллическую решетку. Отсюда его второе название — гексагональный алмаз. В феврале 2009 года в журнале Physical Review Letters была опубликована статья, согласно которой чистый, не имеющий примесей лонсдейлит теоретически должен оказаться на 58% прочнее алмаза: его твердость будет равна 152 ГПа против приблизительно 100 ГПа у алмаза. Таким образом, теоретически именно лонсдейлит, а не алмаз, следует считать самым твердым веществом на Земле.

10. Углеродные нанотрубки – что это? Где их находят или получают и применяют? Что означает выражение: С60? А – С20, С540?

углеродные нанотрубки — полые продолговатые цилиндрические структуры диаметром порядка от единиц до десятков нанометров (длина традиционных нанотрубок исчисляется микронами, хотя в лабораториях уже получают структуры длиной порядка миллиметров и даже сантиметров).

Существует две основные группы способов получения УНТ: путем возгонки-десублимации графита и путем каталитического пиролиза углеводородов.

Возможные применения нанотрубок

• Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы, нановесы.

• Применения в микроэлектронике: транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы.