- •1.1 Наука – часть общечеловеческой культуры
- •1.1.1 Наука. Гуманитарное и естественнонаучное знание
- •1.1.2 Характерные черты современной науки. Элементы научной деятельности
- •1.1.3 Научный метод. Этапы получения научного знания
- •Контрольные вопросы
- •1.2 Развитие естествознания и технологий
- •1.2.1 Научные революции
- •1.2.2 Основные черты современной научной картины мира
- •1.2.3 Тенденции и темпы развития естествознания
- •1.2.4 Естествознание и технологии
- •Контрольные вопросы
- •2.1 Механическое движение
- •2.1.1 Механическое движение и его виды
- •2.1.2 Кинематические характеристики механического движения
- •2.1.3 Динамика поступательного движения
- •2.1.4 Динамика вращательного движения
- •Основное уравнение динамики вращательного движения
- •Контрольные вопросы
- •2.2 Концепции пространства и времени
- •2.2.1 Структурные уровни организации материи
- •Современное естествознание выделяет три структурных уровня организации материи по критерию масштабности: микромир, макромир и мегамир.
- •2.2.2 Основные свойства пространства и времени
- •2.2.3 Элементы специальной теории относительности
- •2.2.4 Силы инерции и силы тяготения. Принцип эквивалентности
- •2.2.5 Элементы общей теории относительности и их экспериментальное подтверждение
- •Контрольные вопросы
- •Какие структурные уровни материи по критерию масштабности выделяет современная наука? Кратко охарактеризуйте микро-, макро- и мегамиры.
- •2.3 Принципы симметрии и законы сохранения
- •2.3.1 Понятие симметрии. Теорема Нетер
- •2.3.2 Закон сохранения импульса
- •2.3.3 Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •2.3.4 Работа, мощность, энергия
- •2.3.5 Закон сохранения энергии
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Молекулярная физика и термодинамика
- •2.4.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •2.4.2 Агрегатные состояния вещества. Идеальные газы
- •2.4.3 Внутренняя энергия тела и идеального газа
- •2.4.4 Основы равновесной термодинамики
- •2.4.5 Тепловые двигатели и их кпд. Проблема вечного двигателя
- •2.4.6 Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики
- •2.4.7 Третье начало термодинамики
- •Контрольные вопросы
- •2.5 Элементы синергетики
- •2.5.1 Понятие о самоорганизации
- •2.5.2 Изменение энтропии в открытых системах
- •2.5.3 Стационарные неравновесные состояния. Принцип Ле Шателье
- •2.5.5 Примеры самоорганизации в природе.
- •2.5.6 Переход от ламинарного течения к турбулентному течению. Динамический хаос
- •Контрольные вопросы
- •Сформулируйте расширенный вариант второго закона термодинамики для открытых систем.
- •Физические поля. Электромагнитные явления
- •2.6.2 Гравитационное поле
- •2.6.3 Электростатическое поле и его характеристики
- •2.6.4 Магнитное поле
- •2.6.5 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Ферромагнетики и их применение
- •Контрольные вопросы
- •2.7 Колебания и волны. Оптические процессы
- •2.7.1 Гармонические колебания
- •2.7.2 Волны. Упругие волны
- •2.7.3 Электромагнитные волны
- •2.7.4 Волновые свойства электромагнитного излучения к явлениям, подтверждающим волновые свойства электромагнитного излучения, относятся интерференция, дифракция и поляризация. Интерференция света
- •2.7.5 Квантовая природа электромагнитного излучения
- •Тепловое излучение
- •Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения :
- •Контрольные вопросы
- •2.8 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •2.8.1 Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения
- •2.8.2 Гипотеза де Бройля. Волны материи
- •2.8.3 Корпускулярно-волновой дуализм – универсальное свойство материи
- •2.8.4 Соотношение неопределенностей
- •2.8.5 Вероятностное описание микрообъектов
- •Контрольные вопросы
- •2.9 Строение атома и атомного ядра
- •2.9.1 Развитие представлений о строении атома
- •2.9.2 Современные представления о строении атома
- •2.9.3 Строение атомного ядра
- •2.9.4 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
- •2.9.5 Основные типы физических взаимодействий в природе
- •Элементарные частицы и их классификация. Понятие о кварках
- •Контрольные вопросы
- •3.1 Элементы современной химии
- •3.1.1 Классификация химических веществ
- •3.1.2 Типы химических связей
- •3.1.3 Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •3.1.4 Растворы
- •Контрольные вопросы
- •4.1.Элементы современной биологии
- •4.1.1 Структурные уровни организации живой материи
- •4.1.3 Процессы обмена веществ. Гомеостаз
- •4.1.4 Биологически активные молекулы
- •4.1.5 Биохимические процессы
- •5.1 Естественнонаучные проблемы энергетики
- •5.1.1 Энергетические потребности человечества и природные энергоресурсы
- •5.1.2 Преобразование энергии и эффективность энергосистем
- •5.1.3 Повышение эффективности энергосистем
- •5.1.4 Альтернативные источники энергии
- •Использование энергии ветра и геотермальных источников
- •5.1.5 Понятие о ядерной энергетике
- •Контрольные вопросы
- •5.2 Традиционные и новые материалы
- •5.2.1 Традиционные материалы с новыми свойствами
- •5.2.2 Полимерные материалы
- •5.2.3 Синтетические ткани
- •5.2.4 Сохранение и замена материалов
- •5.2.5 Полупроводники
- •5.2.6 Высокотемпературные сверхпроводники
- •5.2.7 Тонкопленочные материалы для накопителей информации
- •5.2.8 Оптические материалы
- •5.2.9 Материалы с необычными свойствами
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Перспективные технологии
- •5.3.1 Технологии хранения и передачи информации
- •5.3.2 Микро- и нанотехнологии
- •5.3.3 Лазерные технологии
- •Спонтанное и вынужденное излучение
- •Свойства лазерного излучения
- •5.3.4 Современные биотехнологии. Генная инженерия
- •5.3.5 Естественнонаучные проблемы сохранения окружающей среды
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а (справочное) Перечень ключевых слов
5.1.4 Альтернативные источники энергии
Гидроисточники
В связи с ограниченными запасами природных энергоресурсов и проблемой сохранения окружающей среды все больший интерес представляют источники энергии, образующейся не за счет процесса горения. К таким источникам энергии относятся вода, Солнце, ветер, геотермальные источники, ядерное топливо.
В гидроисточниках потенциальная энергия воды превращается в электроэнергию на гидроэлектростанциях, где с помощью плотины поднимается уровень речной воды, или на приливных электростанциях, использующих энергию приливов и отливов.
Принцип работы гидроэлектростанций основан на превращении потенциальной энергии воды в кинетическую энергию вращения турбины, связанной с генератором. Генератор на основе явления электромагнитной индукции превращает кинетическую энергию вращения турбины в электроэнергию. Для работы таких установок необходим большой перепад уровней воды. Одна из первых гидроэлектростанций, использующих естественный перепад уровней реки, была построена на Ниагаре. На современных гидроэлектростанциях возводятся громадные плотины, повышающие уровень воды и создающие водохранилища.
Гидроэлектростанции, строительство которых широко развернулось как в нашей стране, так и за рубежом после Второй мировой войны, внесли существенный вклад в увеличение энергоресурсов. В России построено более 100 гидроэлектростанций, одними из мощнейших являются наши Красноярская ГЭС (6000 МВт) и Саяно-Шушенская ГЭС (6400 МВт). Однако с течением времени выяснилось, что мощные гидроэлектростанции, построенные на равнинных реках, приводят к нарушению экологического баланса (затопление больших площадей, вывод из сельскохозяйственного оборота плодородных земель, изменение климата и т.д.). События на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 г. показали, что нарушение технологических регламентов, непонимание требований к режиму эксплуатации ведут к тяжелым катастрофам. Восстановление гидроэлектростанции или экологического равновесия требует громадных финансовых затрат. Очевидно, гидроэнергетика перспективна только в случае использования естественного перепада уровня воды (например, на горных реках). В то же время основные потребители электроэнергии сосредоточены в основном не в горных районах, а передача электроэнергии на большие расстояния сопряжена с большими потерями.
Приливные электростанции преобразуют энергию морских приливов и отливов в электроэнергию. Приливные электростанции построены во Франции, России и Китае. Выработка электроэнергии на них не требует топлива и ее себестоимость относительно невысока, такие электростанции наносят минимальный ущерб окружающей среде. Однако стоимость сооружения приливных электростанций больше стоимости строительства гидроэлектростанции той же мощности, поэтому в настоящее время доля вырабатываемой приливными электростанциями электроэнергии невелика.
Необычная гидроэлектростанция – ледниковая ГЭС – работает в Гренландии. Турбина ледниковой ГЭС приводится в движение водой, поступающей из водохранилища, расположенного у подножия большого ледника. Летом ледник подтаивает, талая вода стекает в водохранилище. Зимой ледник нарастает за счет снега, а запасов воды, накопившихся летом, хватает на всю зиму.