CC BY
40
Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Сльвейстр А.М. Використання eneMeHmie курсу теоретично)'фiзики для формування природничо-наукових знань у майбутнх учиmeлiв xiMii' i бюлогП // Ф'зико-математична освта : науковий журнал. - 2016. - Випуск 1(7). -С. 151-160.
Silveystr A. Using the course of theoretical physics for the formation of scientific knowledge at the future teachers of chemistry and biology // Physics and Mathematics Education : scientific journal. - 2016. - Issue 1 (7). - Р. 151-160.
УДК 378.016:530
А.М. Сшьвейстр
В'>нницький державний педагог'!чний ушверситет iMeMi Михайла Коцюбинського, Укра)на
ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕМЕНТ1В КУРСУ ТЕОРЕТИЧНО! Ф1ЗИКИ ДЛЯ ФОРМУВАННЯ ПРИРОДНИЧО-НАУКОВИХ ЗНАНЬ У МАЙБУТН1Х УЧИТЕЛ1В XIMII I БЮЛОГП
Постановка проблеми. Вивчення студентами xiмiчниx i бюлопчних спе^альностей деяких питань курсу xiMii передбачае опанування знань з теоретичного курсу физики. Саме теоретичну основу курсу xiMii складають таю роздти теоретично! физики як квантова мехашка та статистична физика i термодинамта. Квантова мехашка допомагае у вивченш теорп атомiв i молекул, реалiзуе теорiю xiмiчного зв'язку, розкривае природу xiмiчниx реакцм, вiдображае xвильовi властивостi електрона ^вняння Шредiнгера), дае наукове тлумачення корпускулярно-хвильового дуалiзму тощо. Курс статистично! физики i термодинамiки допомагае студентам набути знань про статистичш характеристики та закономiрностi термодинамiчниx процесiв: статистичне означення ентропп, трете начало термодинамiки (теплова теорема Нернста), характеристичш функцп та термодинамiчнi потенцiали тощо.
Ранiше зазначалося, що курс фiзики для даних спещальностей повинен бути простий i доступний, але в той час i не спрощеним, достатньо повним для вщображення сутностi фiзичниx, xiмiчниx i бiологiчниx теорiй та процеав. В курсi загально!' фiзики в основному накопичуються знання про основы фiзичнi явища, фундаментальнi дослiди, основы закони. Хоча в ньому i вивчаються елементи фiзичноí теорп, але в цтому у курсi здмснюеться так званий феноменологiчний пiдxiд, тобто робиться наголос на самi явища, показ 'х на дослiдаx, вивчення окремих закошв. Використання елементiв курсу теоретично!' фiзики допоможе студентам вияснити деяк важливi методологiчнi i свтоглядш питання фiзики та встановити взаемозв'язок фундаментальних фiзичниx теорiй у xiмiчниx i бiологiчниx науках.
Аналiз актуальних дослщжень. Фiзичнi теорií розглядаються у працях А.1. Ансельма, Г.О. Бугаенка, А.С. Василевського, 6.Ф. Венгера, Л.Д. Ландау,
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
6.М. Лiфшиця, О.В. Мельничука, В.В. Мултановського, М.1. Шута, 1.Р. Юхновського та iн.
Мета статтк теоретично обфунтувати та показати роль курсу теоретично!' фiзики для формування природничо-наукових знань у майбутшх учителiв хiмп i бюлогп.
Виклад основного матерiалу. Як зазначае ряд науковщв та авторiв пiдручникiв i поабниюв з теоретичних курсiв фiзики, що теорiя е однiею i керуючою формою знання для всiх наук. В епоху сустльного розвитку здшснюеться пiзнання людиною навколишнього свiту за рахунок науково!' теорп, яка служить для використання, примноження та передачi знань наступним поколшням.
М.В. Мщкевич [4, с. 5] зазначае: <ш дослiду, експерименту, ми черпаемо крихти наших знань i дослiдом перевiряемо теоретичнi висновки i припущення. Одначе без теорп нам просто шчого було б перевiряти, нi застосовувати на практицк Теорiя свого роду мозок фiзики, як, втiм, i будь-яко' iншоí науки. 1' завдання - коротко i ясно записати (сформулювати) те, що продиктував експеримент, i зробити це так, щоб одразу стали виднi всi наслщки, щоб було зрозумiло, яких деталей не вистачае, як новi дослщи необхщш».
В.В. Мултановський у поабнику [6, с. 6-7] наводить три функцп теорп:
1. Використання наявних знань людиною в практичнш дiяльностi. Практика висувае багато задач, розв'язання яких не мютиться у накопичених емтричних фактах, хоча 'х дуже багато i вони рiзноманiтнi. Теорiя мiстить в собi вiдповiдь на будь-яку задачу, яка взноситься до област и застосування.
2. Примноження, здобуток знань. Проведення експериментальних дослщжень, як тiсно пов'язанi з теорiею.
3. Передача, накопичених людством, знань наступним поколшням. Знання цтеспрямовано передаються при навчаннi пiд час викладення теорп в тому чи шшому навчальному курск
Вивчаючи курси загально' хiмií, фiзичноí i коло'дно' хiмií, студенти знайомляться з теорiею хiмiчного зв'язку i будовою молекул на основi теорп Шредiнгера. Деякi розрахунки абсолютних значень ентропп i сталих рiвноваги проводяться на основi постулату Планка та ш. [8, с. 3]. Ми розглянемо ттьки деяк висновки, до яких приводить викладання деяких питань теоретично' фiзики для формування фундаментальних знань та природничо-науково' картини св^у у майбутнiх учителiв хiмií i бюлогп.
Розглядаючи деяк елементи квантово' механiки в кура загально' фiзики, ми звертаемо увагу студенлв на те, що закони руху мтрочастинок встановлюються квантовою мехашкою. Квантова механiка дозволяе зрозумiти i розрахувати будь-якi явища на атомно-молекулярному рiвнi, починаючи з будови електронних оболонок атомiв, процесiв випромiнювання i поглинання свiтла атомами i закшчуючи властивостями атомiв i молекул, 'х хiмiчними взаемодiями. На вiдмiну вщ координатно-iмпульсного способу задання стану в класичшй механiцi, в квантовш механiцi стан задаеться деякою функ^ею просторових координат i часу. Цю функ^ю називають хвильовою i позначають у/(х, у, х,г). Тобто, замiсть рiвняння Ньютона, яке часто використовуеться в якост основного закону для визначення стану конкретних систем, застосовують рiвняння Шредшгера [8, с. 10-11]. Наприклад, так як електрон виявляе властивост хвил^ то його стан в атомi можна описати за допомогою хвильово' функцп , яка знаходиться iз розв'язку рiвняння Шредiнгера:
гк^Л = Н¥(г, t), (1)
д
/?2
де Н - оператор повноУ енергií (гамтьтошан), який дорiвнюe: Н =--V2 + и(х,у,г).
2т
т ду = -—V 2у +и (х, у, х V, (2)
дг 2т У ^
^2 д2 д2 д2 п , И
де V =—-н---н--- - оператор Лапласа; п = — - стала Планка; т - маса
дх ду дх 2п
мтрочастинки; и(х,у,X) - потенцiальна енергiя м^рочастинки; х,у,х - координати мтрочастинки.
Рiвняння (1) i (2) представляють загальне рiвняння Шредiнгера. Основною
особливютю загального рiвняння Шредiнгера е наявшсть уявноУ одиницi перед
ду п .... . ду пох1дною -. Внасл1док уявност1, коеф|Ц1ент перед - у загальному р1внянн1
дг дг
Шредiнгера, будучи рiвнянням першого порядку за часом, може мати перюдичш розв'язки [3, с. 25].
У 1927 роц були отримаш точнi розв'язки рiвняння Шредiнгера для атома водню (Пдрогену). Данi розв'язки дають можливiсть з'ясувати поняття атомноУ орбiталi, квантових чисел i квантування енерпУ, якi е фундаментальними поняттями у сучасшй теорп валентностi. Звертаемо увагу студентiв, що рiвняння Шредiнгера для електрона в атомi водню буде мати вигляд:
V 2у + ^ (Е + и (х, у, х ))у = 0, (3)
п
, ч е2
де Е - величина енергií для будь-якого певного значення у; и(х,у, х) =---
г
потен^альна енерпя електрона; г - вщстань мiж частинками (електроном i протоном).
Для багатоелектронних атомiв користуються наближеними розв'язками рiвняння Шредiнгера, як забезпечили об^рунтування квантових чисел. Таким чином, хвильова функ^я, що описуе рух електрона, залежить вщ трьох квантових чисел: п, I, т. Щоб ця функцiя була скшченна, неперервна i однозначна, вс квантовi числа повиннi бути цтими [8, с. 18]. Звертаемо увагу майбутшх учителiв хiмií i бюлогп на те, що iснуе четверте квантове число - спiнове ^, але воно не входить до рiвняння Шредiнгера.
При розглядi даного питання важливо звернути увагу студенев ще й на те, що енерпя частинки, для якоУ справедливi закони квантовоУ механiки може приймати ттьки ряд строго певних значень, як характеризуються цiлим коефiцiентом п . У цьому випадку говоримо, що енерпя електрона, який рухаеться вщносно ядра, квантуеться. При цьому параметр п може бути ототожнений з головним квантовим числом атома в теорп Бора:
Е = - ^ ^ - (4)
И п
Так як енерпя електрона в атомi водню визначаеться головним квантовим числом п i не залежить вщ шших квантових чисел, то може бути дектька сташв електрона з однаковою енерпею. Таю стани називаються виродженими. Виродження зникае пщ дiею на електрон в атомi зовнiшнього електричного i магнiтного полiв [7, с. 45; 8, с. 19]. Введення головного квантового числа i передбачення про квантування енергп е одним iз основних постула^в теорiУ Бора. В квантовш механiцi це положення служить необхщною умовою для розв'язку радiальноУ частини хвильового рiвняння
Шредшгера [8, с. 18].
Як зазначалося вище, рiвняння Шредшгера дае можливють з'ясування поняття атомно' орбiталi. Одноелектроннi хвильовi функцп для атома водню часто називають атомними орб^алями. Вони описують просторовий розподт електронно' густини навколо ядра. Стан атома або молекули, коли ва електрони знаходяться на найнижчому допустимому рiвнi, називаеться основним або незбудженим [8, с. 18]. Також необхщно зазначити, що кожнш орбiталi вiдповiдае певний набiр квантових чисел; для атомiв залишаеться справедливим принцип Паул^ на кожнiй орбiталi може перебувати не бiльше двох електрожв з протилежно напрямленими спшами полiв [7, с. 89].
Користуючись кантовими пщходами, ми можемо довести принцип Паул^ який говорить, що два електрони не можуть перебувати в одному квантовому стаж. Для цього ми скористаемося антисиметричною хвильовою функщею. Як вщомо, що симетрiя або антисиметрiя залежить вщ природи частинок. Т частинки, спiн в яких натвцтий, називаються фермiонами i описуються антисиметричними хвильовими функцiями. Електрон як частинка взноситься до фермюжв. Антисиметрична хвильова функцiя для двох частинок:
¥ф,к (Г , Г2 ) = Щ )Рк (Г2 ) " Щ (Г2 )<Рк (Г ) . (5)
Припустимо, що два фермiони (електрони) перебувають в одному квантовому стаж, наприклад /'-му, то 'х хвильова функ^я буде мати вигляд:
^ Г2 ) = Щ (ГХ Щ (Г2 ) - Щ (г2 Щг (А ) = 0 . (6)
З виразу (6) видно, що (= 0) за означенням такого стану не кнуе. Отже, немае двох фермiонiв, як б могли перебувати в одному квантовому стаж.
У вище названих курсах хiмií важливе значення для майбутжх учителiв хiмií i бюлогп також мають мiсце елементи статистично' фiзики i термодинамiки. В кура <^зична i коло'дна хiмiя» пщ час розгляду роздiлiв «Основи термодинамти», «Термохiмiя», «Хiмiчна рiвновага», «Фазова рiвновага i фiзико-хiмiчний аналiз» студенти розглядають рiвняння Гiббса-Гельмгольца, закони термодинамiки (статистичний характер другого закону термодинамти), оборотж i необоротнi процеси, термодинамiчнi характеристичж функцп (внутрiшня енергiя, ентропiя, втьна енергiя, ентальпiя) i потенцiали (термодинамiчний потенцiал Гiббса, великий термодинамiчний потен^ал Гiббса) та у курсi «Загальна хiмiя» в роздiлi «Енергетика i направленiсть хiмiчних процесiв» мають мкце питання, пов'язанi з термодинамiчними характеристичними функ^ями та потенцiалами.
Як приклад, розглянемо поняття ентропп, яке мае широке значення для хiмiчних i бiологiчних процесiв. Наголошуемо, що дане поняття е виключно статистичним поняттям, осктьки визначаеться логарифмом числа мтростажв, що реалiзують рiвноважний стан:
£ = к1п Ж, (7)
де к - стала Больцмана; Ж = ^^ - число мтростажв в об'емi фазового простору.
к"
Дуже важливо вщзначити, що поняття ентропп строго можна ввести лише для iзольованоl' макроскотчно' системи, що перебувае в станi термодинамiчноí рiвноваги. Таким чином, поняття ентропп е виключно статистичним поняттям, тобто таким, яке можна застосовувати лише для систем, що складаються з дуже великого числа частинок. Так як число можливих рiвноважних мтростажв Ж завжди бтьше одиниц^ то i ентротя системи теж завжди додатна (Ж> 1, то £ > 0).
Звертаемо увагу студентiв i на те, що ентропiя е мiрою шформацп i мiрою хаосу в системк Якщо шформа^я про систему (координати та проекцп iмпульсiв вах частинок системи будуть вiдомi з максимально можливою точнiстю) буде максимально можливою, то ентропiя системи буде мЫмальною. I навпаки, якщо шформащя про систему (координати та проекцп iмпульсiв всiх частинок системи будуть вiдомi з меншою точнiстю) буде мЫмально можливою, то ентропiя системи буде максимальною. Таким чином, зростання ентропп призводить до зменшення шформацп про мiкростан системи, при цьому максимальна ентротя вiдповiдае мiнiмальнiй шформацп.
При зростанш ентропií невизначенiсть координат та проекцш iмпульсiв частинок системи збтьшуеться, фазова точка системи може рухатись в бтьшому за величиною об'емi фазового простору АГ, тобто хаос в системi при цьому зростае.
На основi ктьюсних спiввiдношень можна показати, що ентротя е мiрою хаосу в системк Для цього можна скористатися виразом статичного штегралу г для щеального газу, що знаходиться в об'емi V i мiстить N частинок та виразом, який дае визначення вшьноУ енергп системи ^ :
^ = -0]а г. (8)
Псля деяких математичних перетворень отримаемо вираз для вшьно!' енергп:
( 3 Л
F = - NkT
V 3 ( Irnnk J2
ln--h — ln T + ln
N 2
v h2
+1
2
v J
Маючи вираз для втьно'| eHepriï системи, легко знайти ентропiю системи:
(9)
ÔF
S = -— = Nk ÔT
( з л
V 3 ln — + -ln T + ln
N 2
2rnnk J2 5
^ 2'JUHk | 2
v"J + 2
J
(10)
Вираз (10) дшсно демонструе зв'язок ентропп з мiрою хаосу, оскiльки з цieï формули видно, що ентротя зростае, коли зростае об'ем V (збтьшуються невизначеност координат частинок), а також коли зростае температура системи T (збтьшуються невизначеност проекцм iмпульсiв частинок). З виразу (10) видно, що ентротя е величиною адитивною (осктьки ентротя у цш формулi пропорцiйна числу
N
частинок N, а концентращя газу — залишаеться постмною).
Студентам наголошуемо, ентропiя виступае як критерм напряму процесу i як критерм рiвноваги, що мае важливе значення для хiмiчних i бюлопчних систем. 1з пiдвищенням температури ентротя зростае тому що збтьшуеться хаотичшсть рухiв. Зростання ентропiï спостерiгаеться при плавлены i сублiмацiï кристалу, при кипшш рiдини, тому що в цих процесах зменшуеться упорядкованiсть системи. З тдвищенням температури посилюеться рух частинок, послаблюються зв'язки мiж атомами в молекулах, вщбуваеться ïx дезштегращя (реакцiï розкладання) [2, с. 44]. Чим бтьша ентропiя, тим стшшша система. Це стосуеться не ттьки xiмiчниx процесiв, але й уах iншиx.
Щодо бiологiчниx об'ектiв, то це е вщкрил системи. Кожний живий об'ект бере з навколишнього середовища поживнi речовини, кисень тощо, якi мають низьку величину ентропп, i вщдае в середовище продукти розкладання - речовини з бтьш високими величинами ентропп. Отже, живий оргашзм не можна розглядати як iзольовану систему, а ттьки в едност з навколишнiм середовищем. Якщо оргашзм iзолювати вiд середовища, то вщбуватимуться тiльки процеси, якi
супроводжуватимуться зростанням ентропп, i органiзм загине [2, с. 50].
Незалежно вщ того, мютить iзольована система в собi живий органiзм чи в нш його немае, в окремих частинах ц|еУ системи може зменшуватися ентропiя, а в окремих - збтьшуватися. Це не суперечить другому закону термодинамти. У цiлому ентротя системи буде сталою для оборотних процеав, або збiльшуватиметься - для необоротних. Також необхщно зазначити, що живий оргажзм не перебувае в рiвновазi з середовищем [2, с. 50].
Зпдно з статистичним означенням (6) ентротя буде максимальною в рiвноважному стаж, а це значить, що в будь-якому нерiвноважному стаж ентротя буде меншою, жж в стаж термодинамiчноl' рiвноваги. У зв'язку з тим, що замкнута система спонтанно, в силу теплового руху, приходить до рiвноважного стану, то ентротя нерiвноважних систем у процес встановлення рiвноваги зростае. Таким чином, ми пщводимо студенев до визначення закону зростання ентропп: для вах замкнутих систем, як реалiзуються в природ^ ентропiя нiколи не зменшуеться - вона або зростае, або, в граничному випадку, залишаеться постшною. У вiдповiдностi з цим, ва процеси, якi вiдбуваються з макроскотчними тiлами, прийнято подiляти на необоротн i оборотнi. Студентам акцентуемо увагу, якщо ентротя в ходi якогось процесу збер^аеться сталою, то процес е оборотним, якщо зростае - процес необоротний. Зрозумто, що повжстю оборотний процес е фiзичною iдеалiзацiею. Всi реальнi процеси в природi можуть бути оборотними лише з ^ею чи iншою точнiстю.
Розглядаючи другий принцип термодинамти, студентам наголошуемо, що це загальний закон природи, дiя якого поширюеться на рiзнi системи. Незважаючи на його рiзнi формулювання, ва вони вважаються рiвноцiнними. Другий принцип термодинамiки мае статистичний характер i застосовуеться тiльки для систем, як складаються з велико' кшькосл частинок. Статистичний характер другого принципу термодинамти випливае iз зв'язку з ентротею, яка як функ^я стану системи мае статистичний змкт.
Тенденцiя до зростання ентропп визначае напрямок вах рiзномaнiтних процесiв в природк Вони протiкaють так, що повна ентротя системи збтьшуеться. Це е закон зростання ентропп i вш доповнюе закон збереження енергп. Закон зростання ентропп вказуе напрямок потоку тепла або певно' хiмiчноí реакцп, вiн визначае, куди рухатися молекулам стиснутого газу при наявност втьного простору [4, с. 75].
На вщмшу вiд першого принципу термодинамти, який мае однакову форму запису, як для оборотних процеав, так для необоротних - другий принцип термодинамти мае рiзнi форми запису:
- для оборотних процеав:
- для необоротних процеав:
- об'еднаний:
ёБ = Ц-; (11)
ёБ ; (12)
Т
ёБ > ^, (13)
Т
де знак рiвностi вщповщае оборотнiм процесам, знак нерiвностi - необоротним.
Звертаемо увагу студенлв на те, що в оборотних процесах другий закон термодинамти виступае як закон юнування й збереження ентропп, для необоротних -це закон юнування й зростання ентропп.
Важливим для студентiв буде i те, що на вщмшу вщ першого закону термодинамти, який стосуеться будь-яких малих i великих систем, другий закон, який мае статистичний характер, не можна застосовувати до м^росистем i до процеав космiчного масштабу. Неприпустима абсолютизацiя та екстраполя^я другого закону на Всесвiт привели до хибноУ гiпотези про скшченшсть Всесвiту, що суперечить даним науки [2, с. 50-51].
Переходячи до систем великого розмiру, ми наштовхуемося на межi застосування другого принципу термодинам^и. Всi знання про термодинамiчнi рiвноважнi стани i про наближення ентропп до максимуму справедливi для обмежених систем. Виникають сумнiви в тому, чи застосовш цi закономiрностi до протяжних систем, а тим бтьше до нескiнченного Всесвiту.
.... w
З закону зростання ентропп сл1дуе, якщо в початковий момент часу 1зольована система перебувала в нерiвноважному станi, то найбтьш iмовiрним результатом в наступний момент часу буде перехщ в бтьш рiвноважний стан з бiльшою ентротею. Отже, вважаючи Всесвiт iзольованою системою, можна повторити висновок, зроблений Р. Клаузiусом в 1865 роц^ що Всесв^ прямуе до стану термодинамiчноУ рiвноваги, тобто прямуе до стану, в якому зникнуть будь-як тепловi потоки iнтенсивних величин, зникне життя.
Критику щеТ теорп дав Ф. Енгельс в «^алектиц природи» [5, с. 362-363]. Критика Ф. Енгельса базуеться на тому, що Всесв^ не можна вважати iзольованою системою i не можна застосовувати закон збереження ентропп.
На завершення розглянутого питання звертаемо увагу студенев на те, що теоретична i експериментальна физика довела статистичний характер другого начала термодинамти, яке було абсолютизоване Клаузiусом.
Для хiмiчних процесiв важливе значення мае втьна енергiя системи. Дане поняття у статисичшй фнзи^ i термодинамiцi ми вводимо, користуючись виразом (8), а бiльш детально розглядаемо при виченш термодинамiчних характеристичних функцм. Пiд вiльною енергiею розум^ть ту частину енергп, яку можна перевести в корисну роботу. Вираз для втьноУ енергп можна представити у виглядк
F = U -TS. (14)
Продифиренцюювавши вираз (14)
dF = dU - TdS - SdT (15)
та скориставшись виразом основноУ термодинамiчноУ тотожност
TdS = dU + SW (16)
i видтивши iз роботи SW роботу по розширенню газу
n
SW = pdV + £ 7 Ada (17)
i=1
n
(штрих у сумi £ 7 Ada означае, що з неУ виключено роботу, пов'язану з розширенням
i=1
газу, тобто цей вираз включае роботу всiх сил, ^м сил тиску) пiсля деяких математичних перетворень отримаемо:
n
dF = -SdT - pdV - £ 7 Ada ■ (18)
i=1
Розглянувши iзотермiчний процес, коли T = const, маемо:
n
- (dF\ = pdV + £ 7 Ada = SW . (19)
i=1
З цiеУ формули можемо зробити висновок, що в оборотних ^вноважних)
процесах зменшення втьно'|' енергп дорiвнюe максимально кориснiй po6oTi. Тобто, в iзотермiчних процесах робота виконуеться системою не за рахунок зменшення внутршньоУ енергй' U, а за рахунок зменшення втьно'|' енергп системи F. В iзотермiчних процесах втьна енергiя вiдiграе таку ж роль як i внутршня енергiя при адiабатичних процесах. Пщ час хiмiчних реакцiй, як правило, единою формою роботи е робота розширення. Але для ряду процеав характеры й iншi форми роботи - робота збтьшення поверхнi, електрична робота в гальвашчному елементi тощо [2, с. 45].
Для необоротних процеав
n
dF < -SdT - pdV - £ 7 Ada ■ (20)
i=i
Якщо мае мiсце довiльний iзотермiчний процес, то
n
- {dF\ < pdV + £ 7 Ada =SW . (21)
i=i
Це означае, що зменшення вiльноï енергп визначае максимальну iзотермiчну роботу системи.
Якщо в системi пiдтримувати постмну температуру, об'ем й iншi зовшшш параметри a, то dF < 0. Вiдповiдно в таких умовах втьна енергiя або стала, або зменшуеться до тих тр, поки система не перейде в стан термодинамiчноï рiвноваги. В стаж стмко'|' рiвноваги вiльна енерпя бути мати мiнiмальне значення. Все це зумовлюе широке застосування ^е' характеристично' функцiï для вивчення хiмiчних реакцiй в рiдкому середовищi, електрохiмiчних явищах, фазових переходах тощо. Як ттьки вiльна енергiя системи досягае екстремального значення, реак^я або процес переходу речовини з одного агрегатного стану в шший припиняеться. Автори [1, с. 92] зазначають, що математичне дослщження цих питань дозволяе знайти практично важливi закономiрностi, наприклад, рiвноважне вiдношення мас речовин, що реагують i т.д.
Важливим е те, що в довтьних процесах втьна енергiя безперервно зменшуеться, а там, де довтьний процес утруднений, його виникненню сприяе людина. Як приклад, можна навести використання енергп природного палива, яка з хiмiчноï форми перетворюеться в теплову.
Висновки. Ми розглянули деяк приклади використання елеменлв теоретично' фiзики на заняттях iз загального курсу фiзики у майбутшх учителiв хiмiï i бюлогп. Використання елементiв теоретично' фiзики на заняттях сприяе оволодшню основними законами теорп, якi сформульованi мовою математики та зробити вщповщш висновки, що ведуть до збагачення природничо-науковими знаннями, розвивають мислення студенев та штенсифтують навчальний процес. Такий тдхщ дозволяе доповнити вивчення матерiальноï структури, що складае теоретичну базу хiмiчних i бюлопчних процесiв.
Список використаних джерел
1. Василевский А.С. Статистическая физика и термодинамика: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов /А.С. Василевский, В.В. Мултановский. - М.: Просвещение, 1985. - 256 с.
2. Каданер Л.И. Физическая и коллоидная химия /Л.И. Каданер. - 2-е изд., перераб. и доп. - К.: Вища школа, 1983. - 287 с.
3. Квантова мехашка (Конспект лекцш): Поабник для студенев вищих навчальних педагопчних закладiв осв^и /Автори-укладачи А.Ф. Недибалюк, А.М. Стьвейстр, В.1. Солоненко. - Вшниця: ТОВ Фiрма «Планер», 2008. - 90 с.
4. Линднер Г. Картины современной физики / Г. Линднер. Пер. с нем. Ю.Г. Рудого. Предисл. Н.В. Мицкевича. - М.: «Мир», 1977. - 272 с.
5. Маркс К. Сочинения: Издания второе. Т. 20 / К. Маркс, Ф. Энгельс. - М.: Госполитиздат, 1961. - 827 с.
6. Мултановский В.В. Курс теоретической физики. Том 1. Классическая механика. Основы специальной теории относительности. Релятивистская механика / В.В. Мултановский. - М.: Просвещение, 1988. - 304 с.
7. Романова Н.В. Загальна та неоргашчна хiмiя. Пщручник для студенлв вищих навчальних закладiв /Н.В. Романова. - КиУв; 1рпшь: ВТФ «Перун», 1988. - 480 с.
8. Стромберг А.Г. Физическая химия: Учеб. пособие для вузов / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. Под ред. А.Г. Стромберга. - М.: Высшая школа, 1073. - 480 с.
Анотаця. Сльвейстр А.М. Використання елемент'в курсу теоретичноУ фiзики для формування природничо-наукових знань у майбутшх учител'ю х/'мГУ i б'юлог'и.
У cmammiрозглядаються питання пов'язаш з використанням елемент'в курсу теоретичноi фiзики nid час вивчення дисципл'ши «Ф'яика» у майбутшх учител'в xiMi'i i б'юлогП. Теоретично обфунтовуеться та вказуеться роль курсу теоретичноi фiзики для формування природничо-наукових знань у майбутшх учител'в xiMii i б'юлогП. Звертаеться увага на висновки, до яких призводить викладання деяких питань теоретичноi фiзики для формування природничо-науково)' картини свту у студент'!в нефiзичних спец'юльностей педагог'1чних ушверситет'!в. Такий п'дх'1д до вивчення курсу фiзики допоможе студентам вияснити деяк важливi методолог'чш i свтоглядн питання фiзики та встановити взаемозв'язок фундаментальних фiзичних теорiй у х'1м'1чних i бiологiчних процесах.
Ключов'1 слова: теоретична фiзика, курс фiзики, природничо-науковi знання, наукова картина св'>ту, теорИ, процеси.
Аннотация. Сильвейстр А. Н. Использование элементов курса теоретической физики для формирования естественнонаучных знаний у будущих учителей химии и биологии.
В статье рассматриваются вопросы, связанные с использованием элементов курса теоретической физики при изучении дисциплины «Физика» в будущих учителей химии и биологии. Теоретически обосновывается и указывается роль курса теоретической физики для формирования естественнонаучных знаний у будущих учителей химии и биологии. Обращается внимание на выводы, к которым приводит преподавания некоторых вопросов теоретической физики для формирования естественнонаучной картины мира у студентов нефизических специальностей педагогических. Такой подход к изучению курса физики поможет студентам выяснить некоторые важные методологические и мировоззренческие вопросы физики и установить взаимосвязь фундаментальных физических теорий в химических и биологических процессах.
Ключевые слова: теоретическая физика, курс физики, естественнонаучные знания, научная картина мира, теории, процессы.
Abstract. Silveystr A. Using the course of theoretical physics for the formation of scientific knowledge at the future teachers of chemistry and biology.
This article discusses issues related to the use of elements of theoretical physics
course in the study course "Physics" at the future teachers of chemistry and biology. Theoretically substantiated and indicate the role of theoretical physics course for the formation of scientific knowledge at the future teachers of chemistry and biology. Attention is drawn to the conclusions, which leads teaching some of the issues of theoretical physics for the formation of natural scientific picture of the world at students of pedagogical specialties nonphysical. This approach to the study of physics course will help students to find out some important methodological and philosophical problems of physics and to establish the relationship of fundamental physical theories in chemical and biological processes.
Keywords: theoretical physics, physics course, natural sciences, scientific picture of the world, theory, processes.
