Естествознание. Тенденции в развитии естествознания. Темпы развития естествознания. Физические революции. Фундаментальные и прикладные науки (сущность и проблемы).

Естествознание. Тенденции в развитии естествознания. Темпы развития естествознания. Физические революции. Фундаментальные и прикладные науки (сущность и проблемы).

Естествознание-это совокупность наук о природе. Тенденции в развитии естест.: дифференциация и интеграция наук. Дифференциация-разделение наук (вирусология, микробиология). Интеграция- слияние наук(биофизика.) этапы развития: Аристотель(384 – 322 г. До н.э.) основоположник формальной логики, т.е. учении о доказательствах. Во времена Аристотеля было известно 20 наук. Философия Эпикура (341-270 г. До н.э.)Николай Коперник(1473-1543) творец гелиоцентрической системы мира а так же теории о вращении земли вокруг солнца. Р. Декарт(1596-1650гг) основоположник рационализма. Фундаментальные науки – изучают базисные структуры мира. Прикладные науки – применяют результаты фундаментальных исследований для решения как познавательных, так и социально-практических задач. В недрах прикладной науки рождаются наукоемкие технологии. Фундаментальные науки - позволяют поддерживать высокий уровень прикладных исследований. 5 физических революций: 1)переход от природы в целом к субстанциям 4в до н.э.. разделение агрегатных состояний вещества. 2) 16в. Введение в рассмотрение веществ. Немецкий врач Парацельс прародитель фармакологии. 3) переход к корпускулам (по Ломоносову), элементам (по Лавуазье0) минимальной частицей которых была названа молекула 18 в. 4) 1824г. Переход к атому(Дальтон) 5)переход к «элементарным частицам» 15в модель атома резерфорда(1911) открыты протон, нейтрон, электрон, развитие атомных технологий.

Естествознание – основа современных наукоёмких технологий. Технологии (понятие, история, классификация). Научно-технические революции. Жизненный цикл технологии.

Естествознание – основа современных наукоемких технологий. Многие достижения современного естествознания составляют базу наукоемких технологий, связанных со всесторонним изучением объектов и явлений природы. Технология — комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт, эксплуатацию и/или утилизацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами, и обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом. уровнем развития науки, техники и общества в целом. Иоганн Бекман ввел термин технология. Технология претерпела значительные изменения: когда-то технология означала простой навык, а в настоящее время технология_ это сложный комплекс знаний, полученных с помощью исследований. Классификация: машиностроительные тех.; информационные, телекоммуникационные инновационные технологии.

Научно-техническая революция – качественное преобразование технических основ материального про-ва на основе превращения науки в ведущий фактор про-ва. НТР: 1)изобретение паровой машины 18в. 2)научно-технические достижения в обл электричества и химии. 3)создание компьютеров 20в. 3) крупные научные открытия и изобретения в 70-80 гг 20в по направлениям: в электронике, компьютерная автоматизация, новые виды энергетики, технологии новых металлов, биотехнологии. 5)2010-2030.гг

Жизненный цикл технологии: 1)Новейшая технология- любая новая технология, которая имеет высокий потенциал развития; 2)Передовая технология- которая зарекомендовала себя, но еще достаточно новая и имеет небольшое распространение; 3) Современная технология- признанная, является стандартом и на нее повышается спрос; 4)Неновая технология – по-прежнему полезная, но уже существует более новая и поэтому спрос падает; 5)-устаревшая- заменяется более совершенной, очень малый спрос или полный отказ от нее в пользу новой.

Инновации. Виды инноваций. Инновационные технологии. Жизненный цикл нововведений

Инновации – любое возможное изменение, происходящее вследствие использования новых или усовершенствующих решений технического и др.характера в процессах про-ва, снабжения, сбыта и т.п. Понятие инновации появляется в 30-х г.XX века и его вводит австрийский экономист Иозеф Шумпетер. Инновации: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ (относятся все изменения, затрагивающие средства, методы, технологии про-ва. определяющие НТП), НЕТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ (относятся инновации организационного, правового, социального характера).

Инновационные технологии – наборы методов и средств, поддерживающих этапы реализации нововведения. Классификация: а) Внедрение- распространение инноваций, достижение практического результата идей; б) Тренинг – подготовка кадров, создание малых предприятий;

В) Консалтинг – консультирование производ.,продавцов., покупателей в сфере технолог.,технической,экспертной деятельности; Г)Трансферт; Д) Инжиниринг – комплекс инженерно-консультационных услуг коммерческого характера по подготовке и обеспечению процесса про-ва.

Жизненный цикл технологии: 1) Возникновение идеи и появление изобретения. 2) Научные исследования и эксперимен. проверка возможности реализации изобрет. 3) Появление нового изделия на рынке и формирование спроса. 4) Массовое изготовление новых изделий. 5) Насыщение рынка. 6) Затухание продаж, вытеснение изделия.

Техносфера. Особенности развития технологий. Обновление технологий и подъёмы в экономике.

Техносфера - совокупность элементов среды в пределах географической оболочки Земли, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе(все, что создано руками человека).Н.Д.Кондратьев-основоположник теории экономических циклов. Продолжительность 1 цикла-40-60лет. В этом цикле наблюд.высокие и низкие эк.темпы.(волна Кондратьева▲-темпы►-время). В цикле происходит внедрение инноваций=>увелич. темп роста экономики. В т.max происходит распростр. технологий и их устарение. Создание и внедрение новых технологий влияют на увеличение темпов развития экономики. Именно инновационный процесс определяет степень прогресса экономической системы. Технологический уклад-совокупность технологий, характерных для определения уровня развития произ-ва. Происход. переход от более низких укладов к более высоким, прогрессивным. Особенности: НТР-качественное преобразование технических основ материального производства на основе превращения науки в ведущий фактор производства.(изобретение паровой машины в 18в., НТ достижения в обл. электричества и химии19в., созд.компьютеров20в, новые крупные научные открытия и изобретения20в70-80гг. по напр.электронике, новые виды энергетики, биотехнологии; 2020-2030гг.) и т.п.

Применение фазовых переходов в технике и технологиях.

Фазовый переход - переход вещества из одной темодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Любая смена агрегатного состояния- фазовый переход. Переходы первого рода: плавление, кристаллизация, испарение, конденсация, сублимация, десублимация. Применение: в тяжелой, пищевой и химической промышленности.

Самоорганизация в живой и неживой материи. Синергетика и её применение в технике и технологиях.

Самоорганизация- это природные скачкообразные процессы, приводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности. Критическая точка, в которой более вероятен переход в новое состояние называется точкой бифуркации. Самоорганизация включает закономерное и случайное развитие любых открытых систем: плавающую эволюцию, ход которой закономерен и детерменирован и случайный скачок в точке бифуркации, определяющий следующий закономерный этап развития. Исследование самоорганизации проводят в трех направлениях: синергетика, термодинамика неравновесных процессов и математическая теория катастроф. Синергетика –изучает связи между элементами структуры, которые образуются в открытых системах, благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окр. средой в неравновесных условиях. используют в биологии, астрофизике, промышленности, в психол. исследованиях.

Основные понятия термодинамики. Первое и второе начало термодинамики.

Термодинамика - наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в системе термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов («Начал»), которые являются обобщением многочисленных наблюдений и выполняются независимо от конкретной природы образующих систему тел. Поэтому закономерности в соотношениях между физическими величинами, к которым приводит термодинамика, носит универсальный характер. Обоснование законов термодинамики, их связь с законами движения частиц, из которых построены тела, дается статистической физикой, задачей которой является выражение свойств макроскопических тел, т.е. тел, состоящих из очень большого количества одинаковых частиц (молекул, атомов, электронов и т.д.) через свойства этих частиц и взаимодействие между ними. Первое начало термодинамики утверждает, что если система совершает термодинамический цикл, т.е. в конечном счете возвращается в исходное состояние, то полное количество тепла, сообщенное системе на протяжении цикла, равно совершенной ею работе. Количественная формулировка первого начала термодинамики: количество тепла dQ, сообщенное телу идет на увеличение его внутренней энергии dU и на совершение телом работы dA, т.е. dQ=dU+dA. Второе начало термодинамики утверждает, что теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой. С.Карно в 1824 г. показал, что любая тепловая машина должна содержать помимо источника теплоты (нагревателя) и рабочего тела, совершающего термодинамический цикл (например, пара), еще и холодильник, имеющий температуру более низкую, чем температура нагревателя. Обобщение вывода Карно на произвольные термодинамические системы и позволило Р.Клаузиусу сформулировать в 1850 г. указанное Второе начало. В формулировке В.Томсона (1851) Второе начало утверждает, что невозможно произвести механическую работу за счет охлаждения одного теплового резервуара.

Электрический заряд и электрическое поле, законы электростатики и их применение в технике и технологиях. Напряженность, электрическая индукция, взаимодействие зарядов, закон Кулона. Энергия электрического поля.

Электрический заряд — это свойство материальных тел, выражающееся к способности особого рода взаимодействия; количественная характеристика, показывающая степень возможного участия тела в электромагнитном взаимодействии. Единица измерения заряда в СИ — кулон. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы — электрон (один отрицательный элементарный электрический заряд) и протон (один положительный элементарный заряд). Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) – численная характеристика носителей заряда и заряженных тел, которая, может принимать положительные и отрицательные значения. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов. Электрический заряд любой элементарной частицы присущ этой частице в течение всего времени ее жизни, поэтому элементарные заряженные частиц зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В системе СИ электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). Наиболее известные элементарные носители заряда – электроны, имеющие отрицательный заряд и протоны, имеющие такой же по величине положительный заряд. Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому, элементарному заряду Кл. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твердых тел скомпенсированы. Электрическое поле — особая форма материи, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Напряжённость электрического поля — векторная характеристика электрического поля в данной точке, равная отношению силы (F), действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q: E=F/q.

Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле.

Электростатика -раздел электродинамики, изучающий взаимодействие и электрические поля покоящихся электрических зарядов.

Закон Кулона - сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон сохранения электрического заряда – Замкнутая система тел алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная.

Замкнутая система – система тел, при котором они взаимодействуют только между собой.

Электрическая индукция (D) - величина, характеризующая электрическое поле в веществе наряду с напряженностью (Е): D = eЕ, где e - диэлектрическая проницаемость вещества. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность определяется свободными зарядами, находящимися внутри этой поверхности (т. е. не зависит от связанных зарядов, входящих в состав нейтральных атомов и молекул).

Электрические заряды взаимодействуют между собой, т.е. одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные при­тягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяю­щей точки, в которых сосредоточены заряды.

Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

где:

H — напряжённость магнитного поля,

B — магнитная индукция

Технологии строительства.

Технология строительства - совокупность типов используемых строительных материалов и методов возведения построек. В настоящее время вопрос о применяемой технологии представляется наиболее запутанным, поскольку происхождение и название любой технологии давно уже носят условный характер, а наличие тех или иных атрибутов в технологии вовсе не позволяет однозначно трактовать ее как, например, финскую, канадскую или немецкую.

Кирпичный или каменный дом в представлении большинства соотечественников является самым предпочтительным, хотя и затратным вариантом как наиболее надежный, долговечный, и способный соответствовать любому проживанию: и постоянному и временному.

Деревянный дом – вот настоящее поле приложения современных технологий строительства.

Простейшая и древнейшая технология строительства из дерева– сруб из обычного нецилиндрованного бревна, строится вручную. Используется редко, стоит не дешево.

Канадская технология – каркасно-щитовая. Основа этой технологии строительства - каркас из дерева, между стойками которого прокладывают синтетический утеплитель. Щиты могут быть изготовлены из вагонки, сайдинга, гипсокартона и т.п. с разнообразными наполнителями.

Немецкая технология строительства, по существу, является разновидностью канадской. Отличие заключается в том, что каркас дома изготавливается из металла, что повышает прочность и долговечность всей конструкции.

Финская технология строительства, или лучше сказать «условно-финская» заключается в использовании оцилиндрованного бревна или клееного бруса

Клееный брус – почти идеальная технология строительства по-фински. Суть заключается в склеивании в производственных условиях тщательно подобранных, обработанных и высушенных ламелей из хвойных пород (сосна, ель, лиственница) в единый брус заданной толщины.

Конечно, вышеперечисленные технологии затрагивают лишь малую толику вариантов из, поистине, гигантского разнообразия применяемых в строительстве технологий.

Формы познания

· Чувственное познание — уровень ощущений, восприятий и представлений.

· Рациональное познание — уровень абстракций, выраженных в гипотезах, теориях, законах и причинно-следственных связях. На уровне рационального познания человек способен построить модель события с тем, чтобы его действие было наиболее эффективным. Формы рационального познания: понятие, суждение и умозаключение.

· Сверхчувственное познание — интеллектуальная интуиция, метафизика, непосредственное знание, черпаемое субъектом из глубины самого себя. Данный вид познания особенно распространен в мистических течениях традиционных религий

Виды измерительных приборов

• Радиоизмерительные приборы
• Осциллографы
• Анализаторы спектра
• Электроизмерительные приборы
• Веберметры. Тесламетры
• Вольтметры
• Приборы, измеряющие окружающую среду
• Термометры
• Измерители скорости воздуха
• Измерители звука

В России, до 1929 года, приборостроение было развито слабо, и было представлено всего несколькими небольшими предприятиями по выпуску термометров, манометров, весов и других простых устройств. Промышленное развитие отрасли началось в 1929—1932 годах вместе с процессами индустриализации в РСФСР.

Красный кирпич

Характеристики: прочность, водостойкость, морозоустойчивость.

Стандарт: 250*120*65мм(одинарный),250*120*88(полуторный),250*120*140(двойной)
Технологии обжига:

1) формование

2)сушка

3) обжег

Силикатный кирпич

Песок+известь+вода формируются будущие кирпичи и отправляются в автоклавы.
При t=170-200 и давлении 7-10 атмосфере происходит пропаривание, после цемент + песок + щебень + вода

Уголь – коксовый уголь

Крекинг и ректификация нефти. (разложение её по фракциям)

Измерительные технологии.

Современные технические средства позволяют определить минимальное расстояние, примерно равное 10 в -18 степени, максимальное 10 в 26 степени.

Для измерения электрических и неэлектрических величин (температура, давление, скорость, движение) использую электроизмерительные приборы. По своему назначению они классифицируются на:

· Амперметры и миллиамперметры – измерители силы тока

· Вольтметры и милливольтметры – измерители напряжения

· Ваттметры – приборы-измерители электрической мощности

· Счётчики электрической энергии – измерители электроэнергии

· Омметры – приборы для измерения частоты переменного тока

· Приборы ля измерения ёмкости

Основная характеристика: чувствительность – опр. отношением линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины. Цена деления прибора – величина, обратная.

Крекинг нефти.

Высококипящая нефтяная фракция. Катализатор, модифицированный алюмно-силикат созд. T=500-600 и 5* в 6 степени (8*10 в 6 степени) В результате в реакторе молекулы углеводов расширяются на более мелкие молекулы.

Законы постоянного тока.

Закон Ома: Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I, [А]:U=RI,B.

 

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению :
I = U / R;

При последовательном соединении резисторов:

R=R₁+R₂ при параллельном соединении:

1/R=1/R1 + 1/R2

Мощность, выделяемая в проводнике равна:

Вт. P=I^2*R=U^2/R, Вт

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна:

W=PT=I^2*RT=(U^2*T)/R, Дж

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

 

Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

Применение постоянного тока в технике и технологиях: трамваи, электрички, электродвигатели, троллейбусы. Большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями.

Ковкость

Способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам обработки давлением. Ковкость характеризуется двумя показателями — пластичностью, то есть способностью металла подвергаться деформации под давлением без разрушения, и сопротивлением деформации. У ковких металлов относительно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформации.

Плавкость – свойство металлов переходить из твердого кристаллич. состояния в жидкое при нагревании. Среди металлов есть тугоплавкие металлы.

Плотность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Ветроэнергетика

Гелиоэнергетика

3. Альтернативная гидроэнергетика (водопадные ГЭС).

Геотермальная энергетика.

5. Космическая энергетика (Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения).

Биотопливо.

Электропривод

· оптимальный подбор мощности электродвигателя;

· использование частотно-регулируемого привода

Производство лекарств.

Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. В медицине применяют также аминокислоты, например, аргинин. В сочетании с аспартатом или глутаматом он помогает при заболевании печени. K-Na-аспартат снимает усталость и облегчает боли в сердце, его рекомендуют при заболевании печени и диабете. В медицине также используют зеленую водоросль Scenedesmus. Ее культивируют в жидкой питательной среде (установки дают до 80 тонн водорослей в год), извлекают и проводят экстракцию этиловым спиртом. Биомассу отделяют и подвергают ферментативному гидролизу щелочной протеазой. Около 50% белков при этом распадается до пептидов. Гидролизат содержит почти все незаменимые аминокислоты.

 

 

Водородная энергетика.

Водородная энергетика использует водород как носитель энергии. Водородная энергетика также включает: получение Н₂ из воды и др. прир. сырья; хранение Н₂ в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных хим. соед., напр. гидридов интерметаллических соединений; транспортирование Н₂к потребителю с небольшими потерями. Водородная энергетика пока не получила массового применения. Методы получения Н₂, способы его хранения и транспортировки, к-рые рассматриваются как перспективные для водородной энергетики, находятся на стадии опытных разработок и лаб. исследований. Выбор Н₂ как энергоносителя обусловлен рядом преимуществ, главные из к-рых: экологич. безопасность Н₂, поскольку продуктом его сгорания является вода, высокая теплопроводность, а также низкая вязкость, что очень важно при его транспортировании по трубопроводам; практически неогранич. запасы сырья, если в кач-ве исходного соединения для получения Н₂ рассматривать воду. Водород м. б. использован как топливо во многих хим. и металлургич. процессах, а также в авиации и автотранспорте как самостоятельное топливо, так и в виде добавок к моторным топливам.

Естествознание. Тенденции в развитии естествознания. Темпы развития естествознания. Физические революции. Фундаментальные и прикладные науки (сущность и проблемы).

Естествознание-это совокупность наук о природе. Тенденции в развитии естест.: дифференциация и интеграция наук. Дифференциация-разделение наук (вирусология, микробиология). Интеграция- слияние наук(биофизика.) этапы развития: Аристотель(384 – 322 г. До н.э.) основоположник формальной логики, т.е. учении о доказательствах. Во времена Аристотеля было известно 20 наук. Философия Эпикура (341-270 г. До н.э.)Николай Коперник(1473-1543) творец гелиоцентрической системы мира а так же теории о вращении земли вокруг солнца. Р. Декарт(1596-1650гг) основоположник рационализма. Фундаментальные науки – изучают базисные структуры мира. Прикладные науки – применяют результаты фундаментальных исследований для решения как познавательных, так и социально-практических задач. В недрах прикладной науки рождаются наукоемкие технологии. Фундаментальные науки - позволяют поддерживать высокий уровень прикладных исследований. 5 физических революций: 1)переход от природы в целом к субстанциям 4в до н.э.. разделение агрегатных состояний вещества. 2) 16в. Введение в рассмотрение веществ. Немецкий врач Парацельс прародитель фармакологии. 3) переход к корпускулам (по Ломоносову), элементам (по Лавуазье0) минимальной частицей которых была названа молекула 18 в. 4) 1824г. Переход к атому(Дальтон) 5)переход к «элементарным частицам» 15в модель атома резерфорда(1911) открыты протон, нейтрон, электрон, развитие атомных технологий.