Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества

Корпускулярная и континуальная концепции описания природы

Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества

В истории изучения природы можно выделитьдва этапа: донаучный и научный.

Донаучный, или натурфилософский,охватывает период от античности достановления экспериментальногоестествознания в XVI–XVIIвв. В этот период учения о природе носиличисто натурфилософский характер:наблюдаемые природные явления объяснялисьна основе умозрительных философскихпринципов.

Наиболее значимой для последующегоразвития естественных наук была концепциядискретного строения материи –атомизм, согласно которому все теласостоят из атомов – мельчайших вмире частиц.

Античный атомизм был первой теоретическойпрограммой объяснения целого как суммыотдельных составляющих его частей.Исходными началами в атомизме выступалиатомы и пустота.

Сущность протекания природных процессовобъяснялась на основе механическоговзаимодействия атомов, их притяженияи отталкивания.

Механическая программаописания природы, впервые выдвинутаяв античном атомизме, наиболее полнореализовалась вклассической механике, со становлениякоторой начинается научный этап изученияприроды.

Поскольку современные научныепредставления о структурных уровняхорганизации материи были выработаны входе критического переосмысленияпредставлений классической науки,применимых только к объектам макроуровня,то начинать исследование нужно сконцепций классической физики.

Формирование научных взглядов настроение материи относится к XVIв.,когда Г. Галилеем была заложена основапервой в истории наукифизическойкартины мира – механической. Онне просто обосновал гелиоцентрическуюсистему Н. Коперника и открыл законинерции, а разработал методологию новогоспособа описания природы –научно-теоретического.

Суть егозаключалась в том, что выделялись тольконекоторые физические и геометрическиехарактеристики, которые становилисьпредметом научного исследования.Галилейписал: «Никогда я не стану от внешнихтел требовать чего-либо иного, чемвеличина,фигура, количество и болееили менее быстрого движения для того,чтобы объяснить возникновение вкуса,запаха и звука» (см.

:Кузнецов, Б. Т.От Галилея до Эйнштейна /Б. Т. Кузнецов. – М.: Наука, 1966. –С. 38). Выделение отдельных характеристикобъекта позволяло строить теоретическиемодели и проверять их в условиях научногоэксперимента.

Эта методологическаяконцепция, впервые сформулированнаяГалилеем в труде «Пробирные весы»,оказала решающее влияние на становлениеклассического естествознания.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея,разработал строгую научную теориюмеханики, описывающую и движение небесныхтел, и движение земных объектов однимии теми же законами. Природа рассматриваласькак сложная механическая система.

В рамках механической картины мира,разработанной И. Ньютоном и егопоследователями,сложилась дискретная (корпускулярная)модель реальности. Материя рассматриваласькак вещественнаясубстанция, состоящая из отдельныхчастиц – атомов или корпускул. Атомыабсолютно прочны, неделимы, непроницаемы,характеризуются наличием массы и веса.

Существенной характеристикой ньютоновскогомира было трехмерное пространствоевклидовой геометрии, которое абсолютнопостоянно и всегда пребывает в покое.Время представлялось как величина, независящая ни от пространства, ни отМатерии.

Движение рассматривалось как перемещениев пространстве по непрерывным траекториямв соответствии с законами механики.Считалось, что все физические процессыможно свести к перемещению материальныхточек под действием силы тяготения,которая является дальнодействующей.

Философское обоснование механическомупониманию природы дал Р. Декарт с егоконцепцией абсолютной дуальности(независимости) мышления и материи, изкоторой следовало, что мир можно описатьсовершенно объективно, без учетачеловека-наблюдателя. Этоубеждение, глубоко созвучное взглядамНьютона, на десятилетия вперед определилонаправленность развития естественныхнаук.

Итогом ньютоновскойкартины мира явился образ Вселеннойкак гигантского и полностьюдетерминированного механизма, гдесобытия и процессы являют собой цепьвзаимозависимыхпричин и следствий.

Отсюда и вера в то, что теоретическиможно точнореконструироватьлюбую прошлую ситуацию во Вселеннойили предсказать будущее сабсолютнойопределенностью. И. Р.

 Пригожинназвал эту веру в безграничнуюпредсказуемость «основополагающиммифом классической науки».

Механистический подход к описаниюприроды оказался необычайно плодотворным.

Вслед за ньютоновской механикой былисозданы гидродинамика, теория упругости,механическая теория тепла,молекулярно-кинетическая теория и целыйряд других теорий, в русле которых физикадостигла огромных успехов.

Однако былодве области, оптических и электромагнитныхявлений, которые не могли быть полностьюобъяснены в рамках механистическойкартины мира.

Разрабатывая оптику, И. Ньютон, следуялогике своего учения, считал свет потокомматериальных частиц – корпускул. Вкорпускулярной теории света И. Ньютонаутверждалось, что светящиеся телаизлучают мельчайшие частицы, которыедвижутся в согласии с законами механикии вызывают ощущение света, попадая вглаз. На базе этой теории И. Ньютономбыло дано объяснение законам отраженияи преломления света.

Наряду с механической корпускулярнойтеорией осуществлялись попытки объяснитьоптические явления принципиально инымпутем, а именно на основе волновойтеории, сформулированнойX. Гюйгенсом.

Волновая теория устанавливала аналогиюмежду распространением света и движениемволн на поверхности воды или звуковыхволн в воздухе. В ней предполагалосьналичие упругой среды, заполняющей всепространство, – светоносного эфира.

Распространение света рассматривалоськак распространение колебаний эфира:каждая отдельная точка эфира колеблетсяв вертикальном направлении, а колебаниявсех точек создают картину волны, котораяперемещается в пространстве от одногомомента времени к другому.

Главнымаргументом в пользу своей теорииX. Гюйгенс считал тотфакт, что два луча света, пересекаясь,пронизывают друг друга без каких-либопомех в точности, как два ряда волн наводе.

Согласно же корпускулярной теории,между пучками излученных частиц, каковымиявляется свет, возникали бы столкновенияили, по крайней мере, какие-либо возмущения.Исходя из волновой теории X. Гюйгенсуспешно объяснил отражение и преломлениесвета.

Однако против нее существовало одноважное возражение. Как известно, волныобтекают препятствия. А луч света,распространяясь по прямой, обтекатьпрепятствия не может. Если на пути лучасвета поместить непрозрачное тело срезкой гранью, то его тень будет иметьрезкую границу.

Однако это возражениевскоре было снято благодаря опытамГримальди. При более тонком наблюдениис использованием увеличительных линзобнаруживалось, что на границах резкихтеней можно видеть слабые участкиосвещенности в форме перемежающихсясветлых и темных полосок или ореолов.

Это явление было названо дифракциейсвета. Именно открытие дифракциисделалоX. Гюйгенсаревностным сторонником волновой теориисвета. Однако авторитет И.

 Ньютонабыл настолько высок, что корпускулярнаятеория воспринималась безоговорочно,даже несмотря на то, что на ее основенельзя было объяснить явление дифракции.

Волновая теория света была вновьвыдвинута в первые десятилетия XIXв.английским физиком Т. Юнгом ифранцузским естествоиспытателемО. Ж. Френелем. Т. Юнг дал объяснениеявлениюинтерференции, то естьпоявлению темных полосок при наложениисвета на свет.

Суть ее можно описать спомощью парадоксального утверждения:свет,добавленныйк свету, необязательно дает более сильныйсвет, но может давать более слабый идажетемноту.Причина этого заключается в том, что,согласно волновой теории, свет представляетсобой не поток материальных частиц, аколебания упругой среды, или волновоедвижение.

При наложении друг на другацепочек волн в противоположных фазах,где гребень однойволнысовмещается со впадиной другой, ониуничтожают друг друга, в результатечегопоявляются темные полосы.

Явления интерференциии дифракции могли быть объяснены тольков рамках волновой теориии не поддавались объяснению на основемеханической корпускулярной теориисвета.

Другой областью физики, где механическиемодели оказались неадекватными, былаобласть электромагнитных явлений.Эксперименты английского естествоиспытателяМ. Фарадея и теоретические работыанглийского физика Дж. К. Максвеллаокончательно разрушили представленияньютоновской физики о дискретномвеществе как единственном виде материии положили начало электромагнитнойкартине мира.

Явление электромагнетизмаоткрыл датский естествоиспытательХ. К. Эрстед, который впервыезаметил магнитное действие электрическихтоков. Продолжая исследования в этомнаправлении, М. Фарадей обнаружил,что временное изменение в магнитныхполях создает электрический ток.

Осмысливая свои эксперименты, он ввелпонятие “силовые линии”. М. Фарадей,обладавший талантом экспериментатораи богатым воображением, с классическойясностью представлял себе действиеэлектрических сил от точки к точке в ихсиловом поле.

На основе своего представленияо силовых линиях он предположил, чтосуществует глубокое родство электричестваи света, и хотел построить и экспериментальнообосновать новую оптику, в которой светрассматривался бы как колебания силовогополя.

Эта мысль была необычайно смеладля того времени, но она была достойнаисследователя, который считал, чтотолько тот находит великое, кто исследуетмаловероятное.

М. Фарадей пришел к выводу, что учениеоб электричестве и оптика взаимосвязаныи образуют единую область. Его работыстали исходным пунктом исследованийДж. К. Максвелла, заслуга которогосостоит в математической разработкеидей М. Фарадея о магнетизме иэлектричестве.

Используя высокоразвитыематематические методы, Максвелл “перевел”модель силовых линий Фарадея вматематическую формулу. Понятие “полесил” первоначально складывалось каквспомогательное математическое понятие.Дж. К.

 Максвелл придал ему физическийсмысл и стал рассматривать поле каксамостоятельную физическую реальность:«Электромагнитное поле – это тачасть пространства, которая содержитв себе иокружает тела, находящиесяв электрическом или магнитном состоянии»(Кудрявцев, П. С.Курс историифизики / П. С. Кудрявцев. –М.

: Просвещение, 1974. – С. 179). Обобщивустановленные ранее экспериментальнымпутем законы электромагнитных явлений(Кулона,Ампера,Био-Савара) и открытое М.  Фарадеемявление электромагнитной индукции,Максвелл чистоматематическим путем нашел системудифференциальных уравнений, описывающихэлектромагнитное поле.

Эта системауравнений дает в пределах своейприменимости полное описаниеэлектромагнитных явлений и представляетсобой столь же совершенную и логическистройную теорию, как и система ньютоновскоймеханики.

Из уравнений следовал важнейший выводо возможности самостоятельногосуществования поля, не “привязанного”к электрическим зарядам. В дифференциальныхуравнениях Максвелла вихри электрическогои магнитного полей определяютсяпроизводными по времени не от своих, аот чужих полей: электрическое – отмагнитного и, наоборот, магнитное –от электрического.

Поэтому если меняетсясо временем магнитное поле, то существуети переменное электрическое поле, котороев свою очередь ведет к изменениюмагнитного поля.

В результате происходитпостоянное изменение векторовнапряженности электрического и магнитногополей, то есть возникает переменноеэлектромагнитное поле, которое уже непривязано к заряду, а отрывается отнего, самостоятельно существуя ираспространяясь в пространстве.Вычисленная им скорость распространенияэлектромагнитного поля оказалась равнаскорости света.

Исходя из этого, Максвеллсмог заключить, что световые волныпредставляют собой электромагнитныеволны. Единая сущность света иэлектричества, которую М. Фарадейпредположил в 1845 г., а Дж. К. Максвеллтеоретически обосновал в 1862 г., былаэкспериментально подтвержденанемецким физиком Г. Герцем в 1888 г.

В экспериментах Г.Герца в результате искровых разрядовмежду двумя заряженными шарами появлялисьэлектромагнитные волны. Когда они падалина круговой проволочный виток, тосоздавали в нем токи, о появлении которыхсвидетельствовали искры, проскакивающиечерез разрыв. Г.

 Герц успешно провелотражение этих волн и их интерференцию,то есть те явления, которые характерныдля световых волн, а затем измерил длинуэлектромагнитных волн.Зная частоту колебаний, он смог подсчитатьскорость распространения электромагнитныхволн, которая оказалась равна скоростисвета.

Это прямо подтвердило гипотезуМаксвелла.

После экспериментов Г. Герца в физикеокончательно утвердилось понятие поляне в качестве вспомогательнойматематической конструкции, а какобъективно существующей физическойреальности. Был открыт качественноновый, своеобразный вид материи.

Итак, к концу ХIХ в. физикапришла к выводу, что материя существуетв двух видах: дискретного вещества инепрерывного поля.

 Вещество и поле различаются каккорпускулярные и волновые сущности:вещество дискретно и состоит из атомов,а поле непрерывно.

 Вещество и поле различаются по своимфизическим характеристикам: частицывещества обладают массой покоя, а поле –нет.

 Вещество и поле различаются по степенипроницаемости: вещество мало проницаемо,а поле, наоборот, полностью проницаемо.

 Скорость распространения поля равнаскорости света, а скорость движениячастиц вещества меньше нее на многопорядков.

В результате революционных открытий вфизике в конце прошлого и начале нынешнегостолетий обнаружилось, что физическаяреальность едина и нет пропасти междувеществом и полем: поле, подобно веществу,обладает корпускулярными свойствами,а частицы вещества, подобно полю, –волновыми.

Источник: https://studfile.net/preview/3963372/page:6/

Урок 27. второе рождение атомистики — Естествознание — 10 класс — Российская электронная школа

Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества

Естествознание, 10 класс

Урок 27. Второе рождение атомистики

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: «Судьба» атомистики в средневековье. Предпосылки развития атомистических идей в период становления классического естествознания.

корпускулярных теорий понятий Р. Декарта, П. Гассенди, Р. Бойля и И. Ньютона. Объяснение свойств веществ в рамках корпускулярных теорий.

Соотнесение развития атомистических идей в XVII веке с социокультурным контекстом.

Глоссарий по теме:

Атомистика (атомизм) – учение о прерывистом строении материи, состоящей из отдельных, чрезвычайно малых частиц.

Натурфилософия – философия природы, умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в ее целостности.

Корпускулярные теории – умозрительные (натурфилософские) концепции, объясняющие все явления природы формой и механическим движением мельчайших частиц – корпускул.

Корпускула (от лат. corpusculum – тельце) – частица материи в классической физике. Схоластика – средневековая европейская религиозная философия, характеризующаяся соединением христианского (католического) богословия и логики Аристотеля.

Алхимия – совокупность мистико-натурфилософских учений, направленных на поиски «философского камня» — средства, способного превращать неблагородные металлы в золото и серебро, а также обеспечивать вечную молодость и излечивать все болезни.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 131-133.

2. Савинкина Е.В. История химии. Элективный курс: Учебное пособие / Е.В. Савинкина, Г.П. Логинов, С.С. Плоткин. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – С. 19-23.

3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. ред. В.А. Володин.–М.: Аванта+, 2000.–С. 220.

4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия/Глав. ред. В.А. Володин.–М.: Аванта+, 2000.– С. 20-22.

Открытые электронные ресурсы по теме урока

Левченков С.И. Краткий очерк истории химии: Учебное пособие для студентов химфака РГУ. URL: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch_3.html#Top_1

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Зародившаяся ещё в классический период Древней Греции атомистика Левкиппа-Демокрита в дальнейшем не получила широкого распространения за исключением эпикурейской школы. Интерес к атомистическим теориям постепенно угас, а в натурфилософии утвердилось аристотелевское учение о первоматерии и элементарных качествах.

В отличие от античного мировоззрения, с точки зрения которого началом всего является природа, в средневековье реальностью, определяющей всё сущее, был Бог, что предопределило направление развития философской и научной мысли на многие столетия.

В период Средних веков, характеризующихся господством Церкви и теологически-текстовым характером познавательной деятельности, интерес к природе отодвинулся на периферию научного познания, а в представлениях о природе утвердились идеи Аристотеля, авторитет которого был непререкаем.

Только в период позднего средневековья, характеризующегося сменой мировоззренческих установок, когда господствовавший столетия теоцентризм, стал сменяться антропоцентризмом, возобновляется интерес к природе, что было связано с изменившимися представлениями человека о его взаимосвязи с природой.

Эпоха Возрождения с её гимном индивидуальности, пафосом человека как активного начала по отношению к природе заново открыла античные натуралистические труды и возродила интерес к естественнонаучным идеям и исследованиям.

На излёте средневековья, ознаменованного такими событиями как Реформация и религиозные войны, Великие географические открытия и освоение новых земель, развитие мануфактур и утверждение новых экономических отношений, успехи технических ремесел и начало формирования экспериментальной науки, происходят глубокие изменения в экономической, политической, социальной и культурной жизни общества. Многообразие, сложность и противоречивость культурных феноменов эпохи, ориентированной на развитие человеческой индивидуальности, сопровождающееся расцветом художественных школ, становлением национальных литератур, развитием философской и научной мысли, создало уникальные условия, результатом которых явилась интеллектуальная революция XVI – XVII вв.

К периоду XVI – XVII вв. относят возникновение классической науки и становление механической картины мира, тогда же идеи атомизма получают дальнейшее развитие в корпускулярных теориях, становление которых явилось важным этапом в развитии научных представлений о строении вещества.

Развивая корпускулярные теории, учёные того времени пытались ответить на вопросы: из чего состоит материальный мир и как состав веществ влияет на их свойства.

Традиционное объяснение происхождения свойств веществ, предлагаемое как схоластикой, так и алхимической традицией, больше не отвечала уровню развития научных знаний. Первая объясняла свойства веществ через качества первоначал, опираясь на аристотелевское учение об элементах.

Вторая описывала свойства веществ в рамках «трех принципов» (сера, ртуть, земля), которым соответствовали начала горючести, летучести, растворимости.

В XVII в. существовало уже большое разнообразие корпускулярных теорий. Рассмотрим некоторые из них.

Согласно представлениям французского философа и ученого Рене Декарта (1596-1650), сотворенная творцом непрерывная материя, обладающая протяжённостью и движением, заполняет всю Вселенную.

«Вихри» движущейся материи образуют мельчайшие частицы – корпускулы, которые различаются величиной, формой и характером своего движения. В зависимости от этих характеристик Декарт описывал три вида частиц: корпускулы огня, земли и воздуха.

Так как материя непрерывна, движение её частиц возможно по замкнутым линиям. Движение частиц материи сводится к перемене места – перемещению, изменению положения корпускул относительно друг друга. Все изменения в природе можно рассматривать как непосредственное столкновение корпускул и их пространственное перемещение.

Другой французский философ и математик Пьер Гассенди (1592–1655), разделявший атомистическое учение Эпикура, рассматривал атом как физически неделимое мельчайшее плотное тело, обладающее определенной формой, тяжестью и внутренним стремлением к движению.

Число атомов и их форм конечно и постоянно, поэтому количество материи постоянно.

Обладающие величиной и формой атомы, непрерывно двигаясь в пустоте и сталкиваясь, могут соединяться друг с другом в качественно новые образования, «молекулы», из которых и состоят тела.

Атомистические идеи Гассенди оказали влияние на формирование «корпускулярной философии» английского ученого и одного из основателей Лондонского королевского общества Роберта Бойля (1627–1691). Согласно его теории существует протяженная, непроницаемая и прерывистая «всеобщая материя», приводимая в движение творцом.

Эта материя состоит из мельчайших «первичных частиц» — корпускул, отличающихся друг от друга формой, размерами и характером движения. Корпускулы, объединяясь друг с другом, способны образовывать устойчивые структуры – «корпускулярные кластеры». Из этих кластеров и образуются тела. Корпускулярные кластеры также различаются формой, размером, структурой и характером движения.

Эти геометрические и механические характеристики кластеров, образующих тела, и будут определять свойства, которыми эти тела будут обладать. Все изменения свойств веществ обусловлены изменением их внутренней структуры. Происходит либо внутренняя перестройка кластеров, либо одни кластеры объединяются с другими, либо происходит частичное их разрушение. Следует также отметить, что Р.

Бойль впервые попытался сформулировать определение химического элемента как неразложимого тела.

Значительный вклад в развитие корпускулярной теории внес английский ученый и создатель классической механики Исаак Ньютон (1643–1727).

Во многом разделяя «корпускулярную философию» Бойля, он ввел понятие о «межчастичных силах», а также рассматривал массу первичных частиц как их важную характеристику. Вселенная Ньютона представляет собой абсолютное пространство, в котором с течением времени движутся атомы.

Эти мельчайшие частицы обладают абсолютной твердостью и тяжестью. Атомы неделимы и неизменны, между ними через пустое пространство действуют межчастичные силы (притяжение и отталкивание).

Сталкиваясь, эти неизменные частицы под действием сил притяжения и отталкивания по-разному соединяются и образуют все многообразие веществ мира. Причиной изменения свойств веществ является движение атомов, которые могут изменять взаимное расположение в пространстве, что приводит к изменению вещества.

С позиций утвердившегося механицизма корпускулярные теории объясняли устройство материального мира и происхождение свойств веществ. Согласно корпускулярным теориям материя представляет собой совокупность мельчайших частиц (корпускул), движение которых подчиняется законам механики.

Свойства тел объяснялись исходя из геометрических и механических характеристик частиц, их образующих. Становление корпускулярных теорий – один из важных этапов в развитии не только атомной теории, но и науки в целом, явился результатом сложного, нелинейного развития научной мысли.

Создание корпускулярных концепций происходило в сложную и противоречивую эпоху, которая характеризуется многообразием противоположных тенденций в развитии культуры.

Общая характеристика социально-политической и экономической истории Западной Европы XVII века определяется глобальными изменениями в торговле, производстве и социальной структуре общества.

Освоение новых земель сопровождалось возникновением нового европейского экономико-политического мира, развитие которого характеризуется противоречивыми тенденциями, социальными потрясениями и войнами.

Приведем лишь некоторые важнейшие исторические события XVII века.

Англия XVII века. Эпоха Стюартов.1640 г. – начало английской буржуазной революции.1649 г. – казнь Карла I.1653–1658 гг. – протекторат Оливера Кромвеля.1660г. – реставрация монархии.1688 г. – «Славная революция».1689 г. – «Билль о правах».Франция XVII века. Укрепление абсолютизма.1618–1648 гг. – Тридцатилетняя война.1624–1642 гг. – деятельность Ришелье.1648–1653 гг. – Фронда.1661–1715 гг. – правление Людовика XIV.
Голландия XVII века. Золотой век Республики Соединённых провинций.1609 г. – независимость Голландии.1652–1654 гг., 1665–1667 гг.1672–1674 гг. – англо-голландские войны.1667–1668 гг., 1672–1679 гг., 1687–1697 гг. – франко-голландские войны.

Общая характеристика западноевропейской культуры XVII века определяется многообразием, сложностью и противоречивостью своих феноменов. Становление европейских национальных культур сопровождалось формированием самобытных национальных литератур, художественных школ и музыкальных традиций.

Развитие философских концепций об обществе и методологии научного познания, сопровождалось возникновением свободных научных объединений и становлением экспериментального естествознания.

Происходившие в тот период институализация науки и учреждение научных академий, поддерживаемых государством, способствовало становлению классического естествознания и росту технических изобретений.

Интерес к природе распространяется на все элементы культуры и находит свое отражение в искусстве, литературе, философии. Сформированная классической физикой механистическая картина мира претендует на всеобщность и универсальность.

Резюме теоретической части. Атомистические идеи практически не получили своего развития в средневековье. В средневековой натурфилософии утвердилось аристотелевское учение о первоматерии и элементарных качествах.

Возрождение интереса к атомистике, почти забытой средневековой научно-философской мыслью, было обусловленного глубокими изменениями, произошедшими в экономической, политической, социальной и культурной жизни западноевропейского общества к XVI – XVII вв.

Античные атомистические идеи получили дальнейшее развитие в корпускулярных теориях, становление которых явилось важным этапом в развитии научных представлений о строении вещества в XVI – XVII веках.Корпускулярные теории описывали материальный мир как совокупность огромного множества мельчайших частиц – корпускул, движущихся по законам механики.

Геометрическими и механическими характеристиками частиц, образующих тела, объяснялись их свойства.Корпускулярные концепции П.Гассенди, Р.Бойля и И.

Ньютона, хотя и не имели экспериментального подтверждения в виду объективных причин, оказали определяющее влияние на развитие научных представлений о строении вещества, предложив идею, объяснять свойства веществ их микроструктурой.Становление корпускулярных теорий XVII века было обусловлено не только проблемами научного поиска, но и целым рядом экстранаучных факторов (политических, экономических, эстетических, исторических, культурных и т.д.).

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Укажите верные утверждения:

Утверждения

Источник: https://resh.edu.ru/subject/lesson/5467/conspect/

Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества

Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества

Концепция атомизма

Развитие и основные положения механицизма

Основные положения строения вещества, нашли свое выражение в конкуренции двух систем: непрерывности (континуальности) — методика континуальная и прерывной (дискретной) – методика дискретная.

Теории по взаимодействию материальных предметов имеют с ними тесную связь. Они реализовались как механизм близкодействия (имеется в виду перемещение от одной точки к другой) и способ дальнодействия (передача элементов без наличия физической среды).

Исаак Ньютон впервые разработал и представил концепцию прерывности. Его подход, определил исходное положение атомизма. Его основа – признание дальнодействующих сил и величин.

Согласно системе атомизма, любая материя, без исключения, обладает дискретным (прерывистым) строением. Другими словами – она состоит из простых частиц (атомов).

Данная система, для понимания процессов происходящих в природе, является важнейшей за всю историю развития физики.

Вплоть до конца XIX столетия, согласно теории предполагали, что все физические вещества состоят из отдельных, взаимодействующих между собой, неделимых частиц. Однако, электроны — это «атомы» электричества, а фотоны являются «атомами» света.

Концепция атомизма

Впервые данная концепция была сформирована в древней Греции (V век до нашей эры). Ученый Левкип, его сторонник Демокрит, а впоследствии мыслитель Эпикур успешно записали ее в поэме «О природе простых вещей».

Этот труд был написан римским философом и поэтом Лукрецием Кара, жившим в первом веке до нашей эры.

До сегодняшнего дня теория остается умозаключительной, несмотря на то, что ряд ученых смогли подтвердить ее фактическим путем: броуновское движение, закон Авагадро и т.п.

Большинство ведущих ученых (физиков и химиков), вплоть до прошлого столетия, не верили в ее действительность и опровергали существование атомов. Аргументом выступали результаты и расчеты, соответствующий с кинетической гипотезой газов, давали несколько иное понятие для молекул (мельчайших частиц).

Экспериментально, реальное наличие элементов подтвердил французский химик Жан Перрен. Сделал он такой вывод по результатам эксперимента броуновского движения. Таким образом, можно выделить несколько видов атомизма, возникающие с различными периодами развития физики:

  • натурфилософский — древность;
  • Механический – с 17 по 18 века;
  • Химический – 19 век;
  • Физический – современный.

По последним полученным данным, молекула это наименьшая частица любого физического вещества. Она обладает определенными химическими свойствами и состоит из атомов. Те в свою очередь, связаны между собой химическими связями.

Число содержания атом в одной молекуле сильно разнится от случая к случаю. Оно варьируется от двух (кислород, хлорид калия и т.п.) до нескольких тысяч (белки, гормоны, витамины). Молекулы инертных газов имеют название – «одноатомные».

Развитие и основные положения механицизма

С древних времен, естествознание определяло отношения человечества к природе. На протяжении истории, его значение увеличивалось, начиная с того момента, как ряд научных гипотез стали подтверждаться экспериментальным путем. Главные философские течения всегда базировались неопровержимых фактах и физических учений.

Следующее становление физики (в частности теории электромагнетизма, квантовой механики и закона относительности) вынудило тщательно пересмотреть философские направления.

«Механицизм» — это ключевое учение, которое имеет особую значимость в физике. Его суть в том, что физический мир подобен гигантскому механизму. Части этого механизма находятся в постоянном взаимодействие между собой.

Концепция функционирует, не давая каких-либо сбоев или ошибок. Примером является регулярность в чередовании прилива и отлива, солнечных затмений, лунных затмений и движение планет. Безостановочно движущаяся материя, передвижение которой зависит от давления сил – является частями этого эксперимента.

База механицизма – материя в качестве телесной и вещественной субстанции. Согласно учению Аристотеля, все материя состоит из четырех первоэлементов. Это огонь, вода, воздух и земля. Под первоэлементами подразумеваются некие сущности, наделенными качествами, которые воспринимаются органами чувств как вышеуказанные элементы.

В общих чертах, механизм подразумевает, то что реальность – это настолько сложная машина, что она способна управлять всеми объектами минуя время и пространство. А поскольку, все человечество есть не что иное, как одна из частей физической природа, то оно должно быть научно объяснимо с помощью понятия движения, математики и материи.

Квантовая теория строения атомов

Широкий раздел квантовой механики, способный объяснить разнообразие характеристики мельчайших частиц физического вещества, имеет название квантовая теория строения атома.

К основоположникам относят французского исследователя Л. де Бройль, австрийский ученый (химик-теоретик) Э. Шредингер и немецкий знаменитый физик В. Гейзенберг. Они доказали, то что у мельчайших частиц есть ряд дополнительных особенностей. Тем самым они установили характер современного атомизма в привычном виде.

Формула для расчета принципа неопределенности Гейзенберга:

, где:

– является неопределенностью положения координаты;

– обозначает погрешность измерения скорости.

Л. де Бройль, тот что смог объяснить Квантово-механическую природу всех видов материи, смог так же сделать вывод, что волновые свойства являются различными проявлениями одного и того же материального образования.

Ранее, классическая механика, не предполагала возможности дифракции нейтрона, протона, электрона, а все экспериментальные сведения только подтвердили гипотезу и смогли выявить новый метод, помогающий понять процессы микромира.

В 1911 году Резерфорд провел ряд научных экспериментов, которые смогли доказать наличие существования атомного ядра.

При изучении, ученый решил воспользоваться зондированием атома посредством б-частиц, которое возникает в результате распада радия, полония и еще некоторых элементов.

Им было установлено то, что элементы имели положительный заряд, который равнялся по модулю удвоенному заряду электронов, т. е. . Из этого следует, что кг. Данное значение почти в 7300 раз превосходит массу электрона.

Позже, в результате новых экспериментов, было выявлено, что б-частицы являются атомами элемента «гелий». Этими частицами Резерфорд начал «атаку» веществ имеющих большую массу.

По причине недостаточной массивности электроды не могут изменить траекторию б-частиц. Однако, рассеяние способно вызвать исключительно положительно заряженная атомная часть.

В следствии чего, по данной теории есть возможность определить характер разделения массы внутри атома и положительного заряда.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/atomizm-mehanicizm-kvantovaya-teoriya-stroeniya-veshestva/

Концепция атомизма

Концепция атомизма, впервые сформированная древнегреческим ученым Левкиппом в V в. до н. э., успешно развитая его сторонником Демокритом и затем древнегреческим мыслителем-материалистом Эпикуром (341—270 до н. э.

), была запечатленная в известной поэме «О природе простых вещей». Данная работа написана римским поэтом и философом Лукрецием Кара (I в. до н. э.

), но и вплоть до нашего столетия оставалась умозрительной теорией, хотя и подтвержденной определенными экспериментальными фактами (например, законом Авогадро, броуновским движением и др.).

Многие ведущие химики и физики даже в конце прошлого столетия не верили в действительность существования атомов. К тому же многие научные результаты и рассчитанные в соответствии с кинетической гипотезой газообразных веществ данные утверждали совершенно иное понятие для мельчайших частиц — молекул.

Реальное наличие этих элементов было окончательно и экспериментально подтверждено в 1906 г. опытами французского химика Жана Перрена по исследованию закономерностей броуновского движения. В результате возможно выделить основные виды атомизма, которые возникли вместе с историческими периодами в развитии физики:

  • натурфилософский атомизм древности;
  • механический атомизм 17—18 вв.;
  • химический атомизм. 19 в.;
  • физический современный атомизм.

На сегодняшний день молекула представляет собой наименьшую частицу физического вещества, которая обладает его ключевыми химическими характеристиками и состоит из атомов, соединенных между собой прочными химическими связями.

Количество атомов в одной молекуле составляет от двух ($O_2, H_2, HF, KCI$) до тысяч (некоторые гормоны, витамины и белки). Молекулы инертных газов называются одноатомными элементами.

Развитие и основные положения механицизма

Естествознание с древних времен устанавливало отношение общества к природе, и его значение все более увеличивалось с тех пор, как положения важнейших научных гипотез стали многократно подтверждаться экспериментально. Главные философские течения базировались на физическом учении и неопровержимых фактах.

Однако дальнейшее становление физики и прежде всего формирование теории электромагнетизма, закона относительности и квантовой механики вызвали прямую необходимость тщательного пересмотра философских направлений.

Замечание 2

Одно из ключевых учений — имеющее особое значение, получило в науке название «механицизм.» Суть данного течения возможно сформулировать следующим образом: физический мир является гигантским механизмом, части которого непосредственно взаимодействуют между собой.

Такая концепция функционирует без ошибок и сбоев, о чем говорит регулярность чередования отливов и приливов, движение планет, предсказуемость лунных и солнечных затмений. Части такого инструмента — это бесконечно движущаяся материя, передвижение которой обусловлено давлением сил.

Базой механицизма выступает материя в качестве некоторой вещественной и телесной субстанции. Аристотель выстраивал материю из «четырех элементов» — воды, земли, огня и воздуха, но не из настоящих, а из таких сущностей, которые наделены качествами, воспринимаемые посредством человеческих органов чувств в четырех реальных аналогах указанных «элементов».

Таким образом, механицизм предполагает, что реальность — это только сложная комплексная машина, которая управляет объектами во времени и пространстве. Так как общество составляет огромную часть физической природы, все человеческое должно быть научно объяснимо через понятие движения, материи и математики.

Квантовая теория строения атомов

Определение 1

Квантовая гипотеза строения атома — это обширный раздел квантовой механики, который объясняет разнообразие характеристик мельчайших частиц физического вещества.

Ее основоположниками являются австрийский химик-теоретик Э. Шредингер, французский исследователь Л. де Бройль и немецкий физик В. Гейзенберг, которые доказали наличие у микрочастиц ряда дополнительных особенностей, которые устанавливали общий характер современного атомизма в виде корпускулярно-волновой природы элементов.

Принцип неопределенности Гейзенберга можно описать так:

$\Delta x m \Delta v = \frac {h}{2}$, где:

  • $\Delta x$ — это неопределенность положения координаты;
  • $\Delta v$ — это погрешность измерения скорости.

То, что волновые свойства — это различные проявления одного материального образования смог объяснить Л. де Бройль, который объяснил квантово-механическую природу у всех видов материи. Классическая механика ранее не допускала возможность дифракции протона, электрона, нейтрона, а экспериментальные сведения только подтвердили гипотезу и выявили новый метод для понимания процессов микромира.

Абсолютно другими оказались и характеристики предметов современной атомистики. Принятые в классических учениях понятия, которые толковали положение частицы в пространстве и ее перемещения, теряют теперь всякий смысл.

В классической физике траектория движения элементов давала возможность детально описать путь, поэтому данное явление можно представить в виде линии.

В современном атомизме элементарные частицы не имеют траектории: можно только определить область пространства, в котором имеется конкретная возможность обнаружить частицу.

В 1911 г. Резерфорд провел исключительные научные эксперименты, которые доказали существование ядра атома.

Для изучения атома ученый использовал его зондирование посредством б-частиц, возникающих при распаде полония, радия и некоторых других элементов.

Было установлено, что эти элементы обладают положительным зарядом, который равен по модулю удвоенному заряду электрона $q =+2e$, то есть: $ma = 6,62 • 10{-27}$ кг, что приблизительно в 7300 раз больше массы самого электрона.

Позже было обнаружено, что $б$-частицы являются ядрами атомов гелия. Этими частицами Резерфорд атаковал атомы более тяжелых веществ.

вследствие своей малой массы электроды не способны изменить траекторию $б$-частицы, так как их рассеяние может вызвать только положительно заряженная часть атома.

Таким образом, по данной теории возможно определить характер разделения положительного заряда и массы внутри атома.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/atomizm_mehanicizm_kvantovaya_teoriya_stroeniya_veschestva/

Booksm
Добавить комментарий