Реферат на тему:
Найзагальніші закони сучасної екології
Базовими для екології і всіх сучасних природничих наук є закони
збереження та перетворення енергії і маси.
ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ МАСИ. Нагадаємо, що у макросвіті (точніше, розпочинаючи
з четвертого рівня, що відповідає, як зазначено на рис. З, молекулам)
закон збереження маси є еквівалентом закону збереження речовини.
У процесах життєдіяльності, які супроводжуються найрізноманітнішими
хімічними реакціями, маса початкових і кінцевих речовин однакова,
кількість атомів хімічних елементів залишається сталою.
Порушення цього твердження було відкрите наприкінці XIX ст. французьким
фізиком А. Беккерелем у формі радіоактивного розпаду ядер важких
елементів.
Перетворення одного хімічного елемента на інший є суто фізичним явищем і
відповідає другому і третьому рівням матерії, бо спостерігається, як
відомо, під час радіоактивного розпаду ядер або внаслідок ядерних
реакцій (викликаються обстрілом ядер нейтронами або прискореними
зарядженими частинками).
На рис. показано, які саме продукти можуть виділяти нестійкі ядра атомів
(радіонуклідів). Ті з них, які були викинуті на територію України під
час катастрофи, що сталася 26 квітня 1986 р. на Чорнобильській АЕС,
випромінюють фотони великих енергій (у-кванти), швидкі електрони
((3-промені) і ядра гелію (а-частинки).
Рис. Продукти розпаду важких і нестабільних ядер
Під час викидання зарядженої частинки ядро одного елемента
перетворюється на ядро іншого. Якщо врахувати масу всіх продуктів
розпаду ядра (включаючи фотони), то й у цьому разі виконуватиметься
закон збереження маси.
Отже, природна або штучна радіоактивність є єдиним явищем в екосистемах
Землі, в якому порушується закон збереження кількості речовини
(незмінності набору атомів хімічних елементів). Усі інші процеси
(живлення, розмноження, розклад тощо) живого підпорядковуються закону
збереження речовини (атомів) і маси.
Це твердження широко застосовується як для обчислення потоків руху
(циклів) окремих елементів (С, О, N, Р, …) у великих чи малих
екосистемах, так і в усіх видах діяльності людини. Відомо, як важливо
стежити за кількістю поживних речовин у ґрунті, розраховувати масу
органічних та мінеральних добрив, яку треба внести для забезпечення
максимальної родючості поля. Нагадаємо, що міжнародною одиницею
вимірювання маси є кілограм.
ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ. Енергія (одиниця вимірювання — джоуль) є
найуніверсальнішою характеристикою інтенсивності руху (кінетична енергія
Ек) і взаємодії (потенціальна енергія Fn) всіх форм матерії.
Різні види руху і взаємодії матерії характеризуються різними видами
енергії: механічною, хімічною, електричною, ядерною, променистою тощо.
Для будь-яких процесів у живій чи неживій природі без порушень чи
винятків виконується закон збереження енергії:
Під час довільних фізичних, хімічних чи інших перетворень речовини у
замкнених системах сума всіх видів енергії залишається сталою.
Потрібно наголосити, що це формулювання беззастережно виконується лише
для замкнених систем, до яких не належать ні живі організми, ні Земля.
Тому радимо ознайомитися з наведеним далі додатковим матеріалом.
III. Для допитливих. Закон перетворення енергії
Живі істоти і цілі екосистеми не можуть існувати без обміну енергією і
речовиною з довкіллям. Вони є так званими відкритими системами. Для їх
опису застосовують закон перетворення енергії, який містить у своєму
формулюванні важливі для практичного використання поняття “нагрівання”
(зміни внутрішньої енергії тіла U) і “роботи” (А). Цей закон
формулюється так:
Якщо довільний об’єкт чи система отримає ззовні чи виділить у собі
внаслідок хімічних чи ядерних реакцій енергію Е (або кількість теплоти
0, то вона завжди дорівнюватиме сумі зміни At/ внутрішньої енергії цього
об’єкта (системи) і виконаної ним роботи А.
Це твердження можна подати стисліше у формі відомого математичного
рівняння:
Q = E = AU + A.
Всі величини, що входять у рівняння, вимірюються, очевидно, у джоулях.
Та історично склалося так, що у теплових явищах спершу запровадили і
широко використовували як одиницю вимірювання калорію (кал). Це
кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання грама дистильованої води
на один градус. Між калорією і джоулем існує таке співвідношення:
1 кал = 4,1668 Дж.
В обчисленнях часто використовуються більші теплові одиниці: кілокалорія
(1 Ккал = 1000 кал), мегакалорія (1 Мкал = 1 млн кал), гігакалорія (1
Гкал = 1 млрд кал) тощо.
Як приклад застосування закону перетворення енергії у шкільному
підручнику з фізики розглянуто роботу різних видів теплових двигунів. У
результаті спалювання в них дерева, нафтопродуктів, вугілля, газу та
інших джерел хімічної енергії, що виділяється у процесі реакцій
окислення вуглецю і водню, виділяється певна кількість теплоти Q, яку
отримує робоча речовина двигуна (водяна пара, повітря тощо). Це
нагрівання не тільки дуже підвищує її температуру, а й тиск.
Розширюючись, ця речовина виконує певну роботу А, надаючи механічний рух
колесам (наземний транспорт), ротору електрогенератора (теплові
електростанції) тощо.
На жаль, жодна з теплових машин не може перетворити всю енергію палива
на корисну роботу. Серед багатьох характеристик теплових двигунів
(компактність, надійність, термін експлуатації тощо) найважливішою є
коефіцієнт корисної дії (ККД, позначається к), який визначається
відношенням корисної роботи А до виділеної паливом енергії Е:
к=А/Е(%).
Історія вдосконалення машин насамперед є історією гонитви за вищим
коефіцієнтом корисної дії двигунів. Якщо у паровиків усіх видів він так
і не перевищив кількох процентів, то у паровій турбіні досяг ЗО %. Дещо
вищий коефіцієнт корисної дії бензинових автомобільних чи авіаційних
двигунів, а в останніх моделях дизелів він досяг 42 %. Спроби створити
двигун з кераміки (на сьогодні ще безуспішні) мають на меті підвищити
ККД до 50 % і більше.
Висока температура в циліндрах двигунів і неповне спалювання пального
спричинюють викидання з нього групи шкідливих для довкілля речовин:
сполук азоту, вуглецю та ін. Не так вимоги екологів, як надмірне
отруєння повітря у великих містах з мільйонами автомобілів змусили
конструкторів вдосконалити двигуни і обладнати їх каталітичними
пристроями (з використанням платини та інших цінних металів) для
ліквідації шкідливих речовин у викидах автомобілів. Слід визнати, що це
дало певні позитивні результати, хоча до справді “чистого” автомобіля ще
далеко.
Зазначимо, що рух до такої мети останніми роками помітно прискорився.
Існують цілком ефективні моделі електромобілів (звісно, недешеві), машин
з поєднанням бензинового двигуна, акумуляторів і поєднаних з колесами
електродвигунів, автомобілів на “паливних елементах”, що безпосередньо
перетворюють хімічну енергію пального в електрику та ін. Окремі міста у
розвинених країнах встановлюють зони, в які є доступ лише
електромобілям, а Данія з 2010 р. збирається обходитися без транспорту,
в якому використовуються традиційні види палива. Можна передбачити, що
поступове вичерпання нафти і газу обов’язково спричинить перехід всього
транспорту з бензину і солярки на інші види палива.
Вся біосфера Землі — грандіозний споживач енергії. Живі організми для
росту, розмноження, руху використовують енергію. Це означає, що закон,
записаний рівнянням, однаково застосовується як для бактерії чи
водорості, так і для людини. М’язи є тим основним пристроєм, що був
“винайдений” еволюцією для якнайефективнішого перетворення спожитої
хімічної енергії Е на механічну роботу А в тілі тварин. Кожному відомі
функції і можливості власних м’язів.
Наше тіло теж є своєрідною тепловою машиною; воно використовує енергію і
спожиту їжу на оновлення чи ремонт усіх своїх складових, а також на рух,
виконання роботи. Дослідження фізіологів засвідчили, що ККД різних груп
м’язів у тілі людини неоднаковий і залежить від складності виконавчого
органу. Як наслідок, результуючий ККД рук, які можуть здійснювати
нескінченну кількість варіантів точних рухів, значно нижчий, аніж м’язів
стегон, завданням яких є прості скорочення і розслаблення для
одноманітного руху ніг. Оскільки їх ККД досягає ЗО %, то слід визнати,
що енергобіомеханіка нашого тіла видається непоганою на тлі створених
людиною теплових машин.
Із сказаного випливає, що для ефективнішого виконання дуже важкої
фізичної роботи, запобігання надмірному перегріванню тіла і передчасній
втомі доцільно використовувати наші великі м’язи з максимальним ККД.
Наприклад, перекопуючи город, навантажувати ноги, а не руки і верхню
частину тулуба.
Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология: Учеб, для вузов. — М.: ЮНИТИ,
1998.
Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй P. C. Основи екологічних знань. —
К.: Либідь, 2000.
Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй P. C. Основи загальної екології:
Підруч. — К.: Либідь, 1993.
Введение в экологию / Ю. А. Казанский, И. И. Кришев, Н. С. Работнов и
др. — М.: ИздАТ, 1992.
Дерій С. І., Ілюха В. О. Екологія. — К.: Вид-во фітосоціолог. центру,
1998.
Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища:
Навч. посіб. — К.: Знання, 2000.
Екологія людини: Підруч. для вищ. навч. закл. / О. М. Микитюк, О. З.
Злотін, В. М. Бровдій та ін. — X.: Ранок, 1998.
Злобін Ю. А. Основи екології. — К.: Лібра, 1998.
КолотилоД. М. Екологія і соціологія: Навч. посіб. — К.: КНЕУ, 1999.
Крисаченко В. С. Людина і біосфера: основи екологічної антропології:
Підручник. — К.: Заповіт, 1998.
Кучерявий В. 77. Екологія. — Львів.: Світ, 2000.
Новиков Ю. В. Природа и человек. — М., 1990.
Обитая экология: Учеб, для вузов / Авт.-сост. А. С. Степановских. — М.:
ЮНИТИ-ДАНА, 2000.
Петров К. М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учеб.
пособие для вузов. — 2-е изд., стер. — СПб.: Химия, 1998.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
