Лекции по "Естествознанию"

1.  
   Механическая (изменение положения тела относительно др тела)
2.  
   Физическая (тепловая, электрическая, атомная, ядерная)
3.  
   Химическая
4.  
   Биологическая
5.  
   Социальная (общественная)

 
Энергия – величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода материи из одних форм в другие. Энергия характеризует способность материальных объектов совершать работу. 
 
Потенциальная энергия – энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела (природа-взаимодействие). 
 
Eп обладают: тело, поднятое относительно повер-ти Земли, вода в реках, удерживаемая плотинами. Ею обладает всякое упругое деформируемое тело. 
 
E=mgh 
 
Кинетическая энергия– энергия, которой обладает тело вследствие своего движения (природа-движение) 
 
E=mv^ 2/2 
 
Eк используют в технике. Например, энергия движущейся воды (гидроэлектростанции). 
 
Взаимопревращение: 

•  
  Вода падает с плотины (потенциальная –кинетическая)
•  
  Удар 2х упругих тел
•  
  Падение шарика на пол ( скорость растёт кинетическая энергия растёт, потенциальная уменьшается, затем наоборот)
•  
  В явлениях природы встречается и та и другая.
•  
  Также можно встретить примеры передачи энергии – (стрельба из лука - потенциальная энергия тетевы – кинетическая э. летящей стрелы).

 
 
2. Технологии лёгкой промышленности. 
 
Лёгкая промышленность – совокупность отраслей промышленного производства, производящих предметы массового потребления из различных видов сырья. 
 
Особенности: 

•  
  быстрая отдача вложенных средств
•  
  быстрая смена ассортимента выпускаемой продукции при минимуме затрат (мобильность пр-ва)

 
Виды лёгкой промышленности: 

1.  
   текстильная (хлопчато-бумажная, шерстяная, шёлковая, льняная, трикотажная, пенько-жгутовая – верёвки)швейная
2.  
   галантерейная(аксессуары)
3.  
   кожевенная
4.  
   меховая
5.  
   обувная

 
3. Сельскохозяйственные и лесные  технологии. 
 
Лесная промышленность — совокупность отраслей промышленности, заготавливающих и обрабатывающих древесину. 
 
Все производства по обработке и переработке древесины, вместе взятые, образуют лесообрабатывающую промышленность, в составе которой выделяют следующие виды промышленности: 

•  
  деревообрабатывающая промышленность 
•  
  целлюлозно-бумажная промышленность
•  
  гидролизная промышленность
•  
  лесохимическая промышленность

 
Лесные технологии: 

1.  
   выращивание леса
2.  
   заготовка
3.  
   обработка древесины
4.  
   изготовление строительных материалов
5.  
   изготовление мебели

 
Сельское хозяйство — отрасль хозяйства, направленная на обеспечение населения продовольствием и получение сырья для ряда отраслей промышленности. 
 
Отрасль является одной из важнейших, представленной практически во всех странах.  
 
С/х включает в себя следующие основные отрасли: 

•  
  Растениеводство.
•  
  Грибоводство
•  
  Животноводство

 
С/х технологии: 

1.  
   растениеводство
2.  
   животноводство 

 
4.Добывающая и перерабатывающая  промышленность. Инновации в добывающей  и перерабатывающей промышленности. 
 
Промышленность— совокупность предприятий занятых производством орудий труда, добычей сырья, материалов, топлива, производством энергии и дальнейшей обработкой продуктов, полученных в промышленности или произведённых в сельском хозяйстве — производством потребительских товаров. 
 
Промышленность состоит из двух больших групп отраслей: 

•  
  Добывающей
•  
  Обрабатывающей

 
^ Добывающая промышленность: 
 
К добывающей промышленности относятся предприятия по добыче горно-химического сырья, черных и цветных металлов, нефти, газа, угля, торфа, сланцев, соли, нерудных строительных материалов, а также гидроэлектростанции, водопроводы, предприятия лесоэксплуатации, по лову рыбы и добыче морепродуктов. 
 
5. Сущность процесса измерения. Виды измерений. Роль измерений в науке, технике. Погрешности измерений, их виды, причины возникновения. 
 
Эксперимент осуществляется с помощью наблюдений и измерений. Наблюдения заключаются в сборе и анализе фактов без каких-либо специальных приспособлений. Измерения, напротив, требуют наличия технической базы, так как приходится сравнивать объект с эталоном. Измерение - операция сравнения определяемой величины исследуемого объекта с соответствующей величиной эталона.  
 
^ Прямые измерения: Определяемая величина сравнивается с единицей измерения непосредственно с помощью измерительного прибора. 
 
Косвенные измерения: Определяемая величина вычисляется по формуле, включающей результат прямых измерений. Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями. Погрешности бывают: 

1.  
   Систематические (возникают в каждом измерении, каждый раз одна и та же ошибка; от неё можно избавиться, если устранить причину её возникновения)
2.  
   Случайные (непредсказуемым образом возникают в каком-либо из измерений; избавиться невозможно, можно лишь уменьшить, производя многократные измерения одной и той же величины)
3.  
   Приборные (обусловлены конструктивной особенностью измерительного узла прибора; избавиться невозможно, но можно увеличить точность измерений, если будет выбран более точный прибор)
4.  
   Грубые (человеческий фактор – промахи)

 
6.Использование достижений естественных  наук в приборостроении. Приборостроение. 
 
Приборостроение — отрасль науки и техники, являющаяся отраслью машиностроения, разрабатывающая и производящая средства измерения, обработки и представления информации, автоматические и автоматизированные системы управления. Основным направлением развития приборостроения является измерительная техника, состоящая из методов и приборов измерения механических, электрических, магнитных, тепловых, оптических и других физических величин. Измерительные приборы совместно с автоматическими управляющими и с исполнительными устройствами образуют техническую базу автоматизированных систем управления технологическими процессами. 
 
Виды измерительных приборов 

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

 
В России, до 1929 года, приборостроение было развито слабо, и было представлено всего несколькими небольшими предприятиями по выпуску термометров, манометров, весов и других простых устройств. Промышленное развитие отрасли началось в 1929—1932 годах вместе с процессами индустриализации в РСФСР. 
 
7. Звуковые волны. Инфразвук, гиперзвук, ультразвук и его применение в технике и технологиях. 
 
Звук— упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения. 
 
Инфразвук — упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц. 
 
Гиперзвук — упругие волны с частотами от 109 до 1012—1018Гц. По физической природе гиперзвук не отличается от звуковых и ультразвуковых волн. Гиперзвук часто представляют как поток квазичастиц — фононов. 
 
Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц.  
 
Применение ультразвука в технике: 

•  
  бурение сверхпрочных горных пород, 
•  
  ультразвуковая гравировка

 
8. Строительные материалы. Технологии  производства строительных материалов. 
 
Строительные материалы — материалы для возведения зданий и сооружений. 
 
Кирпич. 

1.  
   ^ Красный кирпич

 
Характеристики: прочность, водостойкость, морозоустойчивость. 
 
 
 
Стандарт: 250*120*65мм(одинарный),250*120*88(полуторный),250*120*140(двойной) 
Технологии обжига:  
 
1) формование  
 
2)сушка  
 
3) обжег  

2.  
   ^ Силикатный кирпич

 
Песок+известь+вода формируются будущие кирпичи и отправляются в автоклавы. 
При t=170-200 и давлении 7-10 атмосфере происходит пропаривание, после цемент + песок + щебень + вода 
 
^ Уголь – коксовый уголь 
 
Крекинг и ректификация нефти. (разложение её по фракциям) 
 
9. Простые машины (рычаг, блок, наклонная плоскость, клин). Строительные машины. 
 
^ Простые машины – приспособления, которые изменяют величину или направление приложенных к телу сил. 
 
Золотое правило механики: Выигрывая в силе, проигрываем в расстоянии, т.е. произведение силы на перемещение (работу) есть величина постоянная. Простые машины не изменяют величину производимой над телом работы. 

1.  
   Рычаг – тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки (оси вращения), проходящей через это тело.

•  
  Даёт выигрыш в силе.

2.  
   Неподвижный блок 
   Его действие аналогично действию рычага с равными плечами.

•  
  Изменяет направление силы, не изменяя её величину

3.  
   Подвижный блок. 
   Его действие аналогично действию рычага с плечами. 
   Условие равновесия:F1=F2/2

•  
  Даёт выигрыш в силе в 2 раза

4.  
   Наклонная плоскость 
   Fскатывающая =mgh/l=mgsina 
   Fперпендикулярная наклонной плоскости = mgb/l=mgcosa где b катет прямоугольного треугольника
5.  
   Клин – 2 одинаковые наклонные плоскости, основания которых соприкасаются.

 
F=F*l/S=F/2sina 
 
Строительные машины: кран, трактор, грейдер, бетономешалка. 
 
Все машины, применяемые для производства строительно-монтажных работ, делятся на машины строительные и машиныдорожные. К дорожным относятся грунтосмесители, фрезы, нарезчики швов, распределители дорожных смесей, асфальтоукладчики, профилировщики оснований, автогудронаторы. 
Отдельную группу составляют машины ручные, пневматические и электрические, т. е. механизированный инструмент. 
 
^ 10. Классы точности измерительных приборов. Абсолютные и относительные погрешности. Измерительные технологии. ^ Цифра класса точности прибора показывает величину относительной ошибки в процентах при отклонении стрелки прибора до последнего деления шкалы. Обозначения класса точности могут иметь вид заглавных букв латинского алфавита, римских цифр и арабских цифр с добавлением условных знаков. Для повышения точности измерений применяют различные приспособления, такие как нониусы и микрометрические винты. 
 
^ Абсолютная погрешность - погрешность, выраженная в единицах измерения и равная разности измеренного и действительного значения измеряемой величины 
 
ДX=|Х-Хсреднеарифметическое| 
 
Относительная погрешность - отношение абсолютной погрешности (т.е. разности истинного значения и измеренного) к тому значению, которое принимается за истинное. Является безразмерной величиной либо измеряется в процентах 
 
E= ДX/Хсреднеарифметич.*100% 
 
Измерительные технологии. 
 
Современные технические средства позволяют определить минимальное расстояние, примерно равное 10 в -18 степени, максимальное 10 в 26 степени. 
 
Для измерения электрических и неэлектрических величин (температура, давление, скорость, движение) использую электроизмерительные приборы. По своему назначению они классифицируются на: 

•  
  Амперметры и миллиамперметры – измерители силы тока
•  
  Вольтметры и милливольтметры – измерители напряжения
•  
  Ваттметры – приборы-измерители электрической мощности
•  
  Счётчики электрической энергии – измерители электроэнергии
•  
  Омметры – приборы для измерения частоты переменного тока
•  
  Приборы ля измерения ёмкости

 
Основная характеристика: чувствительность – опр. отношением линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины. Цена деления прибора – величина, обратная. 
11. Промышленная переработка топлива (коксование угля, крекинг нефти, переработка нефти методом ректификации). 
 
Промышленная переработка топлива (коксование угля, крекинг нефти, переработка нефти методом ректификации). 
 
^ Топливо – материалы, служащие источником энергии. Бываетприродное (нефть, природный газ, горючи торф, древесина) иискусственное (кокс, моторное топливо, генераторные газы). 
 
^ Коксование угля. 
 
Берётся сырьё природный уголь. Его загружают в камеры без доступа воздуха и нагревают до t=900-1050. Это приводит к его термическому разложению с образованием летучих продуктов (каменно-угольная смола, аммиачная вода, коксовый газ) и твёрдого остатка угля. 
 
Применение: в доменном процессе выплавки чугуна, как топливо, как восстановитель железной руды. 
 
^ Крекинг нефти. 
 
Высококипящая нефтяная фракция. Катализатор, модифицированный алюмно-силикат созд. T=500-600 и 5* в 6 степени (8*10 в 6 степени) В результате в реакторе молекулы углеводов расширяются на более мелкие молекулы. 
 
^ Переработка нефти методом ректификации 
 
Работа нефтеперерабатывающего завода. 
 
Предварительно очищенную нефть подвергают атмосферной или вакуумной перегонке на фракции с определёнными интервалами температур кипения. 
 
Перегонку проводят в ректификацонных колоннах непрерывного действия. 
 
12. Тепловая машина. Цикл Карно. Паровая машина. Использование тепловых машин в технике и технологиях. 
 
Тепловая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа. 
 
Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла, называется тепловой машиной. 
 
Идеальная тепловая машина — машина, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны. Работа идеальной машины описывается циклом Карно. 
 
^ Цикл Карно - идеальный термодинамический цикл. 
 
Тепловая машина Карно обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. 
 
^ Описание цикла Карно. Пусть тепловая машина состоит изнагревателя с температурой TH, холодильника с температурой TX и рабочего тела. 
 
Цикл Карно состоит из четырёх стадий: