Периодическая система элементов

Высшим достижением химической науки этой эпохи было создание великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодической системы элементов.

С начала 60-х гг. Менделеев читал курс органической химии в Петербургском университете и издал в 1861 г. соответствующий учебник.

В феврале 1869 г. Д. И. Мен­делеев разослал русским и иностранным коллегам свой «Опыт системы элементов, ос­нованный на их атомном весе и химическом сходстве». В 1871 г. он подытожил свои исследования в статье «Периодическая законность химических элементов». Менделеев сформу­лировал свое открытие следующим образом: «...Свойства эле­ментов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

 

Вопросы к разделу

1. Причины, вызвавшие ускорение машинного прогресса в XVIII в.

2. Развитие текстильного производства в Европе.

3. Рождение паровой энергетики и изобретатели, внесшие вклад в его развитие.

4. Дж. Уатт и его механизмы.

5. Разработки в области создания электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания.

6. С.Б. Якоби и его изобретения.

7. Достижения в области металлургии.

8. П.П. Аносов и его заслуги в области металловедения.

9. Прогресс в области машиностроения.

10. Достижения техники в области речного и морского судоходства.

11. научно-технические успехи в области наземного транспорта.

12. Развитие железнодорожного транспорта и главные изобретатели в этой области.

13. Изобретения семьи Черепановых.

14. Железнодорожный транспорт в России.

15. Вклад российских ученых в дело мостостроения.

16. Основные шаги в зарождении воздухоплавания.

17. Создание летательных аппаратов тяжелее воздуха.

18. Достижения ученых XIX в. в развитии средств связи.

19. А.П. Лодыгин. и его изобретение.

20. Основные достижения в развитии отечественного и зарубежного книгопечатания.

21. Создание и развитие бумагоделательного производства за рубежом и в России.

22. Основные достижения в области военной техники.

23. К.А Шильдер., К.И. Константинов и ракетное оружие.

24. Роль ученых XIX в. в развитии отдельных отраслей науки;

– астрономии;

– математики;

– метрологии;

– физики, механики;

25. Н.И. Лобачевский и его математика.

26. Создание новой химической науки.

27. Д.И Менделеев. и периодическая система элементов.

28. Ученые, внесшие вклад в развитие науки эволюционного естествознания.

29. Ч. Дарвин его теория.

30. Развитие физиологии и психологии.

31. Российские мореходы.

НОВЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ XIX – XX ВЕКОВ

Ядерная энергетика

Вильгельм Конрад Рентген, немецкий физик. Открыл в 1895 г. неведомое раньше излучение, впоследствии названное его именем, и исследовал его свойства. Открытие Рентгена радикально изменило представления о шкале электромагнитных волн. За фиолетовой границей оптической части спектра и даже за границей ультрафиолетовой области обнаружились области еще более коротковолнового электромагнитного излучения, примыкающего далее к гамма-диапазону.

Мария Склодовская-Кюри, французский физик и химик, одна из создателей учения о радиоактивности. Совместно с мужем – П. Кюри открыла (1898) полоний и радий. Ввела термин «радиоактивность». Разработала методы радиоактивных измерений, впервые применила радиоактивное излучение в медицинских целях.

Ядерная энергия (атомная энергия) – внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер. Ядерная энергия может использоваться в мирных целях (строительство АЭС), но может быть применена и в качестве оружия.

 

Применение лазеров

Лазер – устройство, генерирующее электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от ультрафиолета (УФ, порядка 0,1 нм) до субмиллиметрового инфракрасного (ИК) за счет вынужденного испускания или рассеяния света активной средой, помещенной в оптический резонатор. Название представляет собой аббревиатуру английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» (усиление света за счет вынужденного излучения). Первыми приборами этого типа были квантовые генераторы коротких радиоволн, получившие название мазеры (та же аббревиатура с заменой «light» на «microwave» – микроволны). В советской литературе употреблялся также термин ОКГ – «оптичский квантовый генератор».

Николай Геннадиевич Басов (1922–2001),российский физик, один из основоположников квантовой электроники. Труды по полупроводниковым лазерам, теории мощных импульсов твердотельных лазеров, квантовым стандартам частоты, взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом. Открыл принцип генерации и усиления излучения квантовыми системами. Разработал физические основы стандартов частоты. Автор ряда идей в области полупроводниковых квантовых генераторов.

Басов изобрел лазерный метод нагрева плазмы для термоядерного синтеза. Автор цикла исследований мощных газовых квантовых генераторов

Лазеры позволили осуществить оптическую связь и локацию, они перспективны для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

 

Кибернетика

Кибернетика(от греч. kybernetike – искусство управления), наука об управлении, связи и переработке информации. Основной объект исследования – т. н. кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем – автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Современная кибернетика состоит из ряда разделов, представляющих собой самостоятельные научные направления. Теоретическое ядро кибернетики составляют информации теория, теория алгоритмов, теория автоматов, исследование операций, теория оптимального управления, теория распознавания образов. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики – ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. 20 в. этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах – с прогрессом электронной вычислительной техники.

Норберт Винер (1894–1964), американский математик. В своем фундаментальном труде «Кибернетика» (1948) сформулировал основные ее положения.

Техническая кибернетика, отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований ─ разработка и создание автоматических и автоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и хранения информации.

 

Микроэлектроника

Микроэлектроника (интегральная электроника), область электроники, связанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов и блоков, выполненных на интегральных схемах и микроминиатюрных конструктивно-вспомогательных изделиях (разъемах, переключателях и т. д.), часто с использованием различных функциональных приборов (опто-, акусто-, криоэлектронных, ионных, тепловых и др.).

Сформировалась в нач. 60-х гг. XX в. Развивается в направлении уменьшения размеров элементов, размещаемых на поверхности или в объеме кристалла (чипа) отдельных интегральных схемах (на 1990 г. для наиболее распространенных ИС – кремниевых – эти размеры доведены до 0,2–1 мкм), повышения степени их интеграции (до 10⁷ элементов на кристалл), увеличения максимальных размеров кристалла (до 80–100 мм²).

Уменьшение размеров компонентов компьютеров (микросхем) и их удешевление привели к тому, что полная вычислительная машина могла разместиться на обычном письменном столе.

В 1973 году компанией Xerox был представлен первый персональный компьютер Alto, созданный по проекту инженера Алана Кея. В Alto впервые был применен принцип вывода программ и файлов на экран в виде «окон».

Сеймор Крей (1925–1996), один из ведущих разработчиков американской компьютерной компании «Control Data», прославившийся в 1958 году созданием первого в мире полностью транзисторного компьютера «CDC 1604», в 1972 году основал собственную компанию «Cray Research» (Миннеаполис, штат Миннесота), ориентированную на создание сверхбыстродействующих компьютеров для научных исследований. В 1976 году Крей построил суперкомпьютер «Cray-1» производивший 100 миллионов операций в секунду (такое быстродействие достигалось за счет использования огромного числа компактно размещенных интегральных схем). В том же году этот компьютер, тогда самый быстрый в мире, был продан за 7,5 миллионов долларов. В 1985 году суперкомпьютер «Cray-2» показал быстродействие 1,2 миллиарда операций в секунду. А в 1997 году суперкомпьютер «Janus» компании «Intel», установленный в Национальной лаборатории «Sandia», (Альбукерке, штат Нью-Мехико) преодолел рубеж в триллион операций в секунду.

Почти одновременно по крайней мере двум компаниям (Intel и Motorola) удалось решить задачу по преодолению нового рубежа в технологии микросхем: изготовлена кремниевая пластина площадью 300 кв. мм с минимальным линейным размером элемента, равным 0,13 мк.

Существует множество разработок, связанных с созданием аппаратной основы так называемой «электронной» книги»(E-Book), электронной газеты.

 

Освоение космоса

Космонавтика (астронавтика), совокупность отраслей науки и техники в исследовании и освоении космоса и внеземных объектов для нужд человечества с использованием космических аппаратов.

Космонавтика включает в себя теорию космических полетов; научно-технические дисциплины – конструирование ракет, двигателей, бортовых систем управления, автоматических станций и космических кораблей, научных приборов, проведение траекторных измерений, организация и снабжение орбитальных станций; медикобиологические дисциплины – создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений в человеческом организме, связанных с перегрузкой, невесомостью, радиацией; юридический аспект – международное правовое регулирование вопросов использования космического пространства и планет.

Константин Эдуардович Циолковский, русский основоположник современной космонавтики, впервые обосновал возможность использования ракет для межпланетных сообщений, указал рациональные пути развития космонавтики и ракетостроения, нашел ряд важных инженерных решений конструкции ракет и жидкостного ракетного двигателя.

Королев Сергей Павлович), российский ученый и конструктор, академик АН СССР (1958), дважды Герой Социалистического Труда.

Под руководством Королева созданы баллистические и геофизические ракеты, первые искусственные спутники Земли, спутники различного назначения («Электрон», «Молния-1», «Космос», «Зонд» и др.), космические корабли «Восток », «Восход », на которых впервые в истории совершены космический полет человека и выход человека в космос. Ленинская премия (1957).

Начало космической эры – 4 октября 1957 (запуск в СССР первого искусственного спутника Земли), первый космический полет человека – 12 апреля 1961 (Ю. А. Гагарин, СССР).

Юрий Алексеевич Гагарин, российский космонавт, летчик-космонавт СССР (1961), полковник, Герой Советского Союза (1961). 12 апреля 1961 впервые в истории человечества совершил полет в космос на космическом корабле «Восток». Участвовал в обучении и тренировке экипажей космонавтов. Погиб во время тренировочного полета на самолете. Имя Гагарина носят учебные заведения, улицы и площади многих городов мира и др. Именем Гагарина назван кратер на обратной стороне Луны.

Первая высадка людей на Луну произошла 21 июля 1969 (Н. Армстронг, Э. Олдрин, США).

Для обеспечения полетов космических аппаратов созданы космодромы, наземные службы управления, связи, обнаружения и эвакуации спускаемых аппаратов.

Байконур, космодром, расположен в Казахстане, Кзыл-Ординская обл. Основан в 1955. Имеет несколько стартовых комплексов, технических позиций и измерительных пунктов.

Авиация

Авиация (франц. aviation, от лат. avis – птица), понятие, связанное с полетами в атмосфере аппаратов тяжелее воздуха. Авиацией называют также организацию (службу), использующую для полетов эти аппараты. Различают гражданскую авиацию и военную авиацию. Основа развития технических средств авиации – ряд научных дисциплин: аэродинамика, теория двигателей и др.; основы применения – самолетовождение, тактика военно-воздушных сил и др. Практически авиация стала развиваться в начале XX в. Первый успешный полет самолета американских механиков братьев У. и О. Райт с двигателем внутреннего сгорания состоялся 17 декабря 1903. Вслед за этим в Европе, главным образом во Франции, строят самолеты А. Сантос-Дюмон, Ф. Фербер и др. В России в 1909–1914 гг. появились самолеты Я. М. Гаккеля, Д. П. Григоровича, И. И. Сикорского и др.

В семье советских авиаконструкторов выросли известные изобретатели. В их числе Н. Н. Поликарпов, создавший легендарный И-16.

Во всем мире известны самолеты гражданской авиации и военного назначения довоенные АНТ и послевоенные ТУ авиаконструктора А.Н. Туполева.

В авиационном мире получил всемирную известность И.И.Сикорский (1889–1972), российский и американский авиаконструктор и промышленник.

Сикорский родился в России, с 1908 строил самолеты, в т. ч. первые в мире
4-х моторные самолеты «Русский витязь» и «Илья Муромец». В 1919 эмигрировал в США (в 1923 основал фирму), где под его руководством созданы пассажирские и военные самолеты и вертолеты.

С середины 20-х гг. в самолетостроении начали использовать дуралюмин (первые советские цельнометаллические самолеты построены А. Н. Туполевым в 1924–1925); к середине 30-х гг. произошел окончательный переход от биплана к моноплану. В конце 30-х гг. появился реактивный двигатель. В СССР первый полет на самолете с жидкостным ракетным двигателем бвл осуществлен в 1942. С начала 50-х гг. реактивные самолеты стали использовать и в гражданской авиации (в СССР Ту-104, 1955), широко развивалось вертолетостроение, в ВВС появились сверхзвуковые самолеты. К началу 90-х гг. серийные самолеты достигли скорости 3000–3500 км/ч, потолка свыше 30 км и дальности до 15 000 км.

 Непревзойденные самолеты конструкции Павла Осиповича Сухого, истребители, разработанные под руководством А. И. Микояна и М. И. Гуревича создали надежный щит в обороне Российского государства

Гордостью советского и российского авиастроения являются известные конструкторы Сергей Владимирович Илюшин, конструктор знаменитых вертолетов Николай Ильич Камов и многие другие ученые.

 

Квантовая механика

19 декабря 1900 г. формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения абсолютно черного тела на заседании Берлинского физического общества доложил М. Планк. Этот день по праву называют днем рождения квантовой теории. Изменения, начало которым он положил, явились поистине революционными. Их масштабы прекрасно понимал и сам Планк, писавший о кванте действия (так он называл множитель h, численное значение которого им было найдено, известный теперь как «постоянная Планка»).

Благодаря работам Планка и других исследователей была создана квантовая механика (волновая механика) – теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц в заданных внешних полях; один из основных разделов квантовой теории. Квантовая механика впервые позволила описать структуру атомов и понять их спектры, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов и т. д. Т. к. свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием образующих их частиц, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений.

Так, квантовая механика позволила понять многие свойства твердых тел, объяснить явления сверхпроводимости, ферромагнетизма, сверхтекучести и многое др.; квантовомеханические законы лежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и т. д. В отличие от классической теории, все частицы выступают в квантовой механике как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга.

 

Телевидение

Телевидение – область науки, техники и культуры, связанная с передачей на расстояние изображений подвижных объектов при помощи радиоэлектронных устройств. В телевидении принят принцип последовательной передачи элементов изображения (выдвинут в конце XIX в. португальским ученым
А. ди Пайва и независимо от него российским ученым П. И. Бахметьевым), согласно которому в пункте передачи производят преобразование элементов изображения в последовательность электрических сигналов (анализ изображения) с последующей передачей этих сигналов по каналам связи в пункт приема, где осуществляют их обратное преобразование (синтез изображения). До 30-х гг. XX в. телевидение развивалось по пути использования для анализа и синтеза оптико-механических устройств (начало их разработки положил немецкий инженер П. Г. Нипков в 1884). В середине 30-х гг. появились первые системы электронного телевидения (прообразы современных), в которых эти операции стали осуществляться с помощью телевизионной передающей трубки и кинескопа. Развитие современных систем телевидения связано с повышением четкости изображения (телевидение повышенной и высокой четкости), увеличением помехоустойчивости (кабельное телевидение) и дальности действий (спутниковое телевидение). С середины 80-х гг. ведется разработка систем цифрового телевидения.

Телевидение – одно из наиболее массовых средств распространения информации (политической, культурной, познавательной, учебной, рекламной); оно применяется также в научных, организационных, технических и др. прикладных целях, напр., в промышленности и на транспорте (диспетчеризация, контроль), при космических и ядерных исследованиях, в медицине.