Кратко об истории изучения магнетизма - раздел Образование, КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ УЧЕБНИК С Xii В. Многие Исследователи Интересовались Направлением Стрелок Компаса Стр...
С XII в. многие исследователи интересовались направлением стрелок компаса строго по линии север — юг. Слово «полюс» (лат.
polus — ось, граница, предел чего-то) в словосочетании «географический полюс» означает точку пересечения оси вращения Земли с земной поверхностью. Поскольку ось вращения Земли меняет со временем свой наклон, то географические полюса медленно меняют свое местоположение. Южный географический полюс был открыт в 1911 г. норвежской экспедицией под руководством Р. Амундсена (1872—1925). Он находится в Антарктиде (Полярное
плато, на высоте 2800 м).
Северный географический полюс находится в центральной части Северного Ледовитого океана. Первым Северного полюса достиг в 1909 г. американец Р. Пири. Впервые в истории мореплавания советский атомный ледокол «Арктика» достиг Северного полюса 17 августа 1977 г. В XIII в. Петр Перегринус предложил метод определения полюсов магнитного тела. На шаре из магнита имеются две точки, в которых магнитная стрелка устанавливается под углом в 90°. Эти точки назвали полюсами магнитного шара. Это физическое явление (изменение горизонтального положения магнитной стрелки под определенным углом, вплоть
до 90°) называется магнитным наклонением. Оно характеризует величину магнитной силы Земли, действующей на магнитную стрелку в данном месте. На северном магнитном полюсе северный конец магнитной стрелки направлен строго вертикально вниз (притягивается южным полюсом), на южном магнитном полюсе имеет место обратная ситуация: северный конец магнитной стрелки направлен вверх.
В середине XVII в. многие исследователи полагали, что Земля является большим шарообразным магнитом. Эта идея была изложена в знаменитом труде английского врача В. Гильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земля» (1660). В этом труде утверждалось, что географические полюсы север — юг совпадают с магнитными полюсами. Однако дальнейшее изучение вопроса о совпадении географических и магнитных полюсов, которое велось в XVIII и XIX вв., показало, что данное совпадение отсутствует. Отклонение магнитной оси Земли от оси ее вращения называется магнитным склонением. В России, за период с 1829 по 1836 г. было открыто несколько магнитных обсерваторий для измерения магнитного склонения в целях развития мореплавания в суровых климатических условиях. Большую роль в проведении и организации точных магнитных измерений в России (1871 — 1878 гг.) сыграл профессор Казанского университета
И. Н. Смирнов. Работы, которые он проводил, привели к созданию первых магнитных карт России.
Английский физик М. Фарадей доказал, что силовые линии магнита исходят из его северного полюса и входят в его южный полюс. Внутри магнита направление магнитных сил противоположно направлениям внешних магнитных сил магнита.
На основании этого факта исследования установили, что южный магнитный полюс Земли находится в Северном географическом полушарии, его открыл в
1831 г. английский полярный исследователь Джон Росс, а северный магнитный полюс — в Южном географическом полушарии, его открыл в 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) на окраине антарктического материка на расстоянии 800 км от южного географического полюса. Южный магнитный полюс находится на расстоянии около 1000 км от северного географического полюса (полуостров Бутия, Канадский архипелаг).
Французский ученый Ш. Кулон (1736—1806) является одним из первых исследователей, которые пытались измерить силы магнитного взаимодействия. В
1785 г. он сформулировал закон взаимодействия между магнитными массами. Он полагал, что все большие магниты составлены из маленьких магнитов. Сформулированный им закон для магнитных сил утверждал, что сила взаимодействия между магнитными массами обратно пропорциональна расстоянию между ними. Еще годом раньше он сформулировал закон о взаимодействии между электрически заряженными телами, который также утверждал, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна расстоянию между заряженными телами. В последнем случае речь идет об известном законе Ш. Кулона: F(электр.) = K(q1q2/r2), где К электрическая постоянная, q1 и q2 — электрические заряды, r — расстояния между зарядами. Однако Ш. Кулону не был известен факт о связи электрических и магнитных сил. Этот факт был обнаружен в 1820 г. шведским ученым X. Эрстедом (1777—1851).
Исследования Ш. Кулона положили начало изучению ряда важных проблем
электричества и магнетизма: является ли Земля магнитным шаром, как утверждал еще В. Гильберт? существуют ли магнитные заряды? как осуществляется действие электрических сил и магнитных сил в пространстве? имеют ли электрические и магнитные силы единую физическую природу? В частности, изучение Земли как магнитного шара показало, что многие геологические породы
не обладают свойством намагничивания, т. е. не приобретают
свойства магнита. Причем некоторые из земных пород, такие как гипс, каменная соль, свинец и ряд других, при их намагничивании во внешнем магнитном поле не усиливают это магнитное поле, а, наоборот, ослабляют его. Таким образом, подобные породы противоположны по магнитным свойствам так называемым ферромагнитам.
Ферромагниты— (лат. ferrum — железо) — вещества, которые при их намагничивании во внешнем магнитном поле усиливают данное магнитное поле. Это обстоятельство вызвало сомнение в представлении о Земле в форме шарообразного магнита. Другим обстоятельством, усиливающим это сомнение, было открытие факта утрачивания ферромагнитами магнитных свойств при температурах свыше (+100° С): железо — 780° С, магнетит — 580° С и другие. Эти температурные точки для ферромагнитов называются обобщенно точкой Кюри: П. Кюри (1859—1906) сформулировал этот закон в 80-х годах XIX в.
Идея Ш. Кулона о магнитных частицах, обладающих обоими магнитными полюсами, сходна с гипотезой о существовании частицы, названной «монополь Дирака»,т. е. частицы, обладающей только одним магнитным полюсом, аналогичным электрическому заряду. П. Дирак — один из создателей квантовой механики. В слове «монополь» соединены два слова греческого происхождения: моно — один, поль — полюс.
Электрические монополи существуют. Это положительно и отрицательно заряженные частицы. Магнитные монополи до сих пор не обнаружены, хотя существуют как электрические, так и магнитные диполи (два полюса): два точечных электрических заряда, расположенных на расстоянии, равных по величине и противоположные по знаку, а также магнитный диполь (равные по величине магнитные противоположные заряды, находящиеся на условно одинаковом расстоянии). Исследование магнетизма обнаружило тесную связь его
с электрическими явлениями, но лишь физическая теория электромагнитного взаимодействия, созданная в 60-х годах XIX в., дала более ясное понимание природы магнитных явлений на Земле. Уже в начале ХХ в. в этой области появилось две теории: а) электрическая и б) теория, которая связывает магнетизм Земли со структурой пород,составляющих земную кору, обладающих свойством намагничивания. Эти теории существуют и в настоящее время.
Первая утверждает, что электрические токи, возникающие внутри Земли, создают ее магнитное поле. Эти токи были названы вихревыми. Вторая теория считает, что магнитные свойства Земли, ее магнитосфера обусловлены строением образующих ее геологических пород. Речь идет о так называемых доменах— это группы атомов, образующие области, где их магнитные моменты ориентированы
в одном направлении.
Все темы данного раздела:
Лихин А. Ф.
Концепции современного естествознания : учеб. — М ТК Велби, Изд-во Проспект, 2006. - 264 с.
ISBN 5-482-00415-5
В учебнике рассмотрены основные концепции современного естествознани
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебник
Подписано в печать 01.09.05. Формат 60 х 90 1/16 Печать офсетная. Печ. л. 16,5. Тираж
3000 экз. Заказ № 13.
000 «ТК Велби» 107120, г. Москва, Хлебников пер., д. 7
Главные черты научных знаний
А. Новизна. Б. Незавершенность. В. Объективность. Д. Согласованность и целостность. Е. Внутренняя непротиворечивость и внешняя оправданность. Ж. Операциональность. 3. Общедоступность
Роль науки в обществе
Крупномасштабное и многостороннее влияние науки на современное общество наиболее полно проявилось в научно-технической революции (НТР), которая началась с середины прошлого века и продолжается сего
Дискуссия о роли науки в развитии культуры
Начиная с эпохи Возрождения, многие деятели культуры, науки и философии связывали совершенствование природы человека, его общественной сущности с наукой: только любовь к истине,
научный
Теоретические и эмпирические науки
По методам, используемым в науках, принято делить науки на теоретические и эмпирические.
Слово «теория»заимствовано из древнегреческого языка и означает
«мыслимое
Фундаментальные и прикладные науки
С учетом результата вклада отдельных наук в развитие научного познания все науки подразделяются на фундаментальные и прикладные науки. Первые сильно влияют на наш образ мыслей,втор
Понятие естественно-научной картины мира
В основе современной научной картины мира лежит положение о реальности предмета изучения науки. «Для ученого, — писал В. И. Вернадский (1863—1945),
— очевидно, поскольку он работает и мысл
Античная наука
Строго говоря, развитие научного метода связано не только с культурой и цивилизацией Древней Греции. В древних цивилизациях Вавилона, Египта, Китая
и Индии происходило развитие ма-
Развитие науки в период Средневековья (V-XIV вв. н. э.)
В Средние века в Западной Европе прочно установилась власть церкви в государстве. Этот период обычно называется периодом господства церкви над наукой. Такое понимание не является полностью адекватн
Возрождение
Это переходный период от эпохи Средневековья к эпохе Нового времени. Для эпохи Возрождения характерны критика религии, вера в творческие способности человека, обоснование которой мыслители этого пе
Развитие естествознания и науки в России
Развитие естествознания, науки в России тесно связано с реформаторской деятельностью Петра I. Реформы Петра I — это своеобразный переворот в истории культуры России. Реформам Петра I нужны были нов
Понятие детерминизма
В основе механической физической картины мира лежит гипотеза о существовании атомов, а также принцип детерминизма. Исходным физическим понятием в этой картине мира является вещество, локализованное
Механика Галилея
Во времена молодости Галилея признанным авторитетом в науке считался Аристотель. Поэтому от Галилея требовали соответствия его физических идей принципам физики, учению Аристотеля о природе. Галилей
Физическая теория И. Ньютона
Ньютон (1646—1727) родился в год смерти Галилея. Его научная деятельность была тесно связана с Лондонским Королевским обществом, сообществом талантливых людей, объединенных общим интересом к познан
Ньютона
Спустя семь лет после выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона молодой религиозный деятель Ричард Бэнтли (1662—1742) написал письмо великому физику, в котором попросил его
Механическая картина мира
Популяризация идей механики И. Ньютона связана с именем французского философа Вольтера (1694—1778). При его активном содействии работа Ньютона
«Математические начала натуральной философии»
Исследование электрической силы
Исследованием этой проблемы занималось много ученых. Б. Франклину (1706— 1790) — одному из авторов Декларации независимости США (1776) и Конституции США (1787) — принадлежит несколько плодотворных
Понятие физического поля
М. Фарадей вошел в науку исключительно благодаря таланту и усердию в самообразовании. Выходец из бедной семьи, он работал в переплетной мастерской, где познакомился с трудами ученых, философов. Изв
Теория электромагнитных сил Д. Максвелла
Подобно И. Ньютону Д. Максвелл придал всем результатам исследований электрических и магнитных сил теоретическую форму. Произошло это в 70-х годах XIX в. Он сформулировал свою теорию на основе закон
Электромагнитная картина мира
Теория Д. Максвелла была воспринята некоторыми учеными с большим сомнением. Например, Г. Гельмгольц (1821—1894) придерживался точки зрения, согласно которой электричество является «невесомым флюидо
Энергия
Термин «энергия»в буквальном переводе с древнегреческого языка означает деятельный. Считается, что в язык науки он введен англичанином Я. Юнгом (1733—1829), одним из основоположни-
Периодически действующую машину, единственным результатом которой было бы поднятие груза за счет охлаждения теплового резервуара.
«Вечный двигатель» первого рода — это периодически действующая машина,
имеющая неиссякаемую внутреннюю энергию, которую можно использовать в виде механического движения рабочего тела (меха
Энтропия
Для уточнения физического содержания второго закона термодинамики
Клаузиус ввел понятие энтропии. Энтропия означает
в переводе с латинского языка поворот, превращение.
Основные следствия термодинамики XIX в.
Основные положения термодинамики Клаузиуса были теоретически обоснованы. Дж. Максвелл доказал с учетом кинетической энергии молекул идеального газа, что из равновесного состояния идеального газа не
Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн — физик-теоретик и крупный общественный деятель. О нем часто говорят, как об ученом, «обвенчанном» с Вселенной, пытавшемся разгадать информацию «тайных послов» Вселенной. К «тайным
Опыт Морли - Майкельсона
Когда А. Эйнштейну было всего два года, американский исследователь А.
Майкельсон (офицер ВМФ США, затем профессор
прикладных наук) провел эксперимент, идея которого была предло
Преобразования Лоренца
В 1892 г. два физика независимо друг от друга (ирландский физик Фитцджеральд и голландский физик Лоренц) предложили математическое решение, которое сохраняло идею существования эфира и примеряло ре
Специальная теория относительности (СТО)
В основе СТО лежат два принципа или постулата, которые не объясняют, почему должно происходить именно таким образом, а не иначе. Однако построенная на их принятии теория позволяет точно описывать с
Релятивистская механика
Принципы СТО А. Эйнштейн применил к результатам исследования законов механического движения, теплового излучения и движения электромагнитных волн. Это привело к созданию ре-
лятивистско
Математическая теория пространства
В поисках преодоления недостатков СТО А. Эйнштейн обратился к результатам исследования пространства математиками. Первой математической теорией пространства является евклидова геометрия. До начала
Рис, 4. Система координат Гаусса для искривленной поверхности
В этой системе координат масштаб измерения по каждой
Геометрия Б. Римана
Б. Риман обобщил метод построения геометрии Гаусса с двух измерений на произвольное число измерений. Здесь речь идет об абстрактных математических построениях без привычных евклидовых треугольников
ОТО основывается на двух принципах или постулатах
1. Принцип относительности.
2. Принцип эквивалентности тяжелой и инертной масс тела. Первый принцип утверждает, что законы физики должны
иметь один и тот же вид не только в инерци
Следствия ОТО
1. Свет в искривленном пространстве-времени не может распространяться с одной и той же скоростью, как требовала СТО. Вблизи источника силы тяготения
он распространяется медленнее, чем вдал
Сегодня известно пять сил физического взаимодействия
Гравитация (лат. gravitas — тяжесть), электромагнитные силы, сильные, слабые и глюонные (англ. qlue — клей). Первые две изучались в классической науке. Силы сильного взаимодей
Гипотеза М. Планка
М. Планк, изучая проблему теплового излучения, выдвинул в 1900 г. гипотезу, согласно которой механизм «траты» энергии в природе осуществляется минимальными порциями в минимальные единицы времени. И
Резерфорда.
Первый постулат(постулат стационарного состояния атома). Согласно ему, в атоме разрешено стационарное состояние, при котором электрон может находиться на определенной орбите (энерг
Квантовая механика
Поиск математического представления законов движения частиц в атоме связан с деятельностью физиков Э. Шредингера и В. Гейзенберга. Уравнение Э. Шредингера(1887—1961). Он из
Современная квантовая теория
Кратко о событиях в физике, которые способствовали развитию квантовой теории как нового этапа развития квантовой механики.
Первой частицей, с которой началось создание квантовой механики,
В СССР в 1954 г., затем в Великобритании — в 1956 г.
Нейтронное излучение губительно для всего живого. Попадая свободно в ткани организма, нейтроны вызывают разрушение ядер атомов химических элементов,
из которых он состоит. Способность нейт
Нейтронной модели атома
Эту модель предложили в 1932 г. советские физики Д. Иваненко, Е. Гапон и немецкий физик В. Гейзенберг. Согласно этой модели ядро атома состоит из протонов и нейтронов, за исключением ядра водорода,
Что объяснила протонно-нейтронная модель атома
1. Альфа-излучение,как поток ядер гелия (Не), состоящих из двух протонов и двух нейтронов, происходит из ядер атомов. В ядре есть протоны и нейтроны, которые в силу энергетических
Модели объяснения сил физического взаимодействия в атоме
В первой половине прошлого века не было известно, что протон инейтрон имеют сложные строения. Первоначально речь шла опопытках объяснить устойчивость и целостность
Нейтроны удерживаются в ядре в результате обмена некоей средней
частицей.Впоследствии эту частицу назвали мезоном(греч. mesoc — средний).
Вычисления этой частицы показали, что она должна быть по массе в 200 раз
Три группы.
Первая группа называется фотонной.Она представлена фотонами-квантами электромагнитного взаимодействия. К этой группе относят и гипотетическую частицу гравитон, обеспечивающую грави
Модели и концепции происхождения Вселенной
Существующие модели и концепции происхождения Вселенной можно разделить на три группы: концепции классической науки, концепции как космологические следствия теории относительности и концепции, осно
Ольберсом в 1826 г.
Космогонические идеи звездообразования В. Гершеля и Д. Джинса получили дальнейшее развитие с созданием квантовой механики, открытием законов микромира. Особый интерес был проявлен к выяснению проце
Релятивистские модели Вселенной
В 1917 г. А. Эйнштейн построил модель Вселенной. В этой модели для преодоления гравитационной неустойчивости Вселенной использовалась космологическая сила отталкивания, получившая название лямбда-п
Галактик означает расширение пространства, следовательно, в прошлом
было уменьшение объема и плотности вещества.Первоначальную плотность вещества Леметр назвал протоатомом с плотностью 1093 г/см3, из которого Богом
был создан мир. Из этой
Галактика Млечный Путь
Наша Галактика, Млечный Путь, имеет спиралеобразную форму: при рассмотрении ее сбоку она имеет вид диска с утолщением в центре, сверху — вид спирали, образованной двумя рукавами, расходящимися из я
Солнечная система
Солнечная система представляет собой систему «звезда — планеты». В нашей Галактике приблизительно 200 млрд звезд, среди которых, как полагают специалисты, некоторые звезды имеют планеты. В Солнечну
Планета Земля -третья планета Солнечной системы
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн км. Земля имеет форму сфероида — сжатый силами тяготения эллипсоид. Масса Земли — 6 · 1024
кг. Средняя плотность — 5,5 г/см3. Сре
Концепции и теории происхождения и эволюции Земли
Абсолютная геохронологическая шкала.В этой шкале речь идет о концептуальном представлении знаний о нашей планете на основе развития ряда гипотез и учений. Кратко об истории возникн
Теория литосферных плит
В 1912 г. немецкий геофизик А. Вегенер (1880—1930) привел геологические и географические доказательства о существовании единого материка в историческом прошлом Земли. До него, еще в XIX в., высказы
Гипотезы образования Земли
В научной литературе речь идет в основном о двух конкурирующих гипотезах: гетерогенной и гомогенной.Гетерогенной гепотезой утверждается, что в протопланетном диске первоначально пр
Концепция происхождения Луны
Луна — спутник Земли. Масса ее составляет 1/81,3 массы Земли. Это обстоятельство является необычным. У всех других планет Солнечной системы, имеющих спутники, за исключением Плутона, отношение масс
Климат Земли
Термин «климат»имеет греческое происхождение и буквально означает наклон. Древние греки правильно оценили значение наклона угла, под которым лучи Солнца достигают поверхности Земли
Наукой о живых системах является биология
Длительное время биология была описательной наукой. Начиная со второй половины прошлого века, она создала значительный теоретический и экспериментальный задел, который позволяет ей по-новому рассмо
В структурно-организационном плане живое существенно отличается от неживых систем.
Все живые организмы являются сложными системами и имеют свойственные только им структурные и организационные особенности. Они имеют клеточное строение, исключая вирусы, обмен веществ. Они способны
Уровни организационной сложности живых систем
Живые системы или организмы существуют в виде огромного многообразия одноклеточных и многоклеточных организмов. Живое вещество,как утверждал
В. И. Вернадский, есть самая м
Единство химического состава всего живого
В состав всех живых тел входят те же химические элементы, что и в неживые тела. Однако их соотношение различно. Основными химическими элементами живых тел являются водород, углерод, кислород, азот,
Единство органического строения
Все живые системы состоят из макромолекул нескольких органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров (липидов).Углеводы и жиры играют важную роль в живых сис
Генетический код
Генетический код— это свойственная всем живым организмам единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов (см. р
Клеточное строение
Все живые организмы состоят из одной или большого множества клеток. Клетки — это функциональные единицы живого, способные к самовоспроизведению. Термин «клетка», или «ячейка», принадлежит английско
Хромосомы
Хромосомы— это комплексы, образованные одной молекулой ДНК, а не всем полимером ДНК, с белками гистонами или негистонами. Во время деления клетки хромосомы видны в световой микроск
Правила хромосом
1. Правило постоянства числа хромосом — соматические клетки организма каждого вида имеют строго определенное число хромосом (у человека — 46, у кошки — 38, у мушки дрозофилы — 8, у собаки — 78, у к
Существенные свойства деления клеток организмов
В 1879 г. два немецких исследователя — Т. Бовери (1862—1916) и В. Флемминг (1843—1905) — описали деление клетки на две идентичные клетки. Это деление получило название митоза(
Генетика и геном человека
Генетика(греч. genos — происхождение) — наука, изучающая механизм и закономерности наследственности и изменчивости организмов.
Большую роль в развитии генетики сыгр
Клонирование
Успехи генетики позволили уточнить такие понятия, как генная инженерия,
мутантный ген и клонирование.
Генная инженерия— технология или совокупность методов для це
Определение жизни
Общая масса всех живых организмов на Земле равна около 3,6 · 1012 т, что составляет всего лишь около 0,02% от массы всех неживых тел или косного вещества, по терминологии В. Вернадского. С учетом и
Концепции происхождения жизни
Существует несколько концепций происхождения жизни:
А — концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле.
Б — панспермия (от греч. pan — все, sperma — семя) — ж
Концепции биологической эволюции
Термин «эволюция» (лат. evolutio — развертывание) в науке о живом представляет фундаментальное понятие для объяснения возникновения и развития всего живого. Эволюция подразу
Антропогенез
Проблема происхождения человека (антропогенез) — одна из сложнейших проблем естествознания. У многих древних народов южной Азии и Африки существовали предания о происхождении человека от обезьян (о
Дриопитек — провал — древние люди — новые люди.
Эта схема не имела сведений об австралопитеках. Немецкий ученый Э. Геккель высказал идею, что между обезьянами и древними людьми должна быть стадия, когда возникло существо, у которого человеческие
О прогнозах развития естествознания
В прогнозах развития естествознания особое значение придается следующим направления: 1) дальнейшее развитие достижений естествознания прошлого века;
2) создание новых теорий и эксперимента
Нанотехнология
Нано (греч. nano — карлик) — приставка, обозначающая миллиардную долю единицы измерения (1 нм — 10-9 м). Это технология создания микротел и их систем на основе расположения атомов. Как извес
Исследование человеческого мозга
Цефализация(греч. kephale — голова) — концепция, согласно которой эволюция жизни на Земле является направленным процессом, повышением роли головного мозга, центральной нервн
Генетика
Двадцать первый век часто называют веком биологии, генетики. Успехи генетики прошлого века вселяют как надежды, так
и опасения этического, правового и научного характера. Генетики говор
Долголетие
Человек не только биологическое, но и социальное, духовное существо, способное к осознанию своего положения в мире. Исследователей давно интересует проблема биологического долголетия, здоровья и во
Биоэтика
Отношение человека ко всему живому, включая самого себя, составляет основу биоэтики, исследующей нравственные аспекты отношения человека к живым существам, например к эмбрионам человека, лишенным ж
Энергетика
Сторонники традиционной энергетики, основанной на нефти, газе и угле, связывают большие надежды с добычей этих ресурсов со дна Мирового океана. В настоящее время ведется добыча нефти с глубины боле
Направления изучения происхождения жизни
В настоящее время исследователи проявляют большой интерес к двум объектам. К Европе,спутнику Юпитера, открыт в 1610 г. Г. Галилеем. Он находится на расстоянии 671 тыс. км. Его диам
Правовые аспекты развития естествознания в XXI в.
Появившийся в начале настоящего века термин «прозрачность человека»выражает обеспокоенность общественности многих стран о возможности использования достижений естествознания в разв
Новости и инфо для студентов