Изотермические упражнения: что это такое и зачем нужны

Изометрические, изотонические и изодинамические упражнения

 

Изометрика – это полноценная система статических упражнений. Программа представляет собой набор физических нагрузок длительностью в 5-20 секунд, при которых затрачивается максимальное усилие для противодействия сопротивления тренажера или партнера по занятию. В ходе упражнений задействованные мышцы находятся в напряжении, но при этом не меняют свою длину, как это происходит при изотонических упражнениях. Таким образом, нет движения в суставах, что часто бывает ограничено или невозможно для спортсменов после травм или людей, с ограниченными физическими возможностями, заболеваниями, нарушениями опорно-двигательного аппарата. Методика позволяет быстрое наращивание мышечной массы.

Изометрические упражнения на практике доказали свою эффективность и имеют ряд достоинств:

Организм для начала занятия практически не требует традиционного разогрева.

При достижении той же эффективности, что и при обычных тренировках, изотоническая программа менее утомительна для мышц и не требует длительного отдыха для восстановления организма.

Изотонические упражнения можно проводить регулярно с высокой периодикой.

Главным достоинством, которое имеют комплексы данного вида, является возможность эффективного воздействия на конкретную группу мышц, без дополнительной нагрузки на другие системы органов.

Базовыми примерами изометрических упражнений являются жим, тяга, приседания, работа с тренажерами с противовесом.

Изодинамические упражнения – подразумевают силовую нагрузку на организм человека, которая оказывается не столько системами гирь и навесных тяжестей, сколько собственной массой тела.

В современной интерпретации такие упражнения предполагают наличие тренажеров и специальной инвентарной базы для достижения максимальных показателей.

Изометрические и изодинамические упражнения в целом взаимосвязаны в ряде случаев в полноценную комплексную программу реабилитации или промежуточного подготовительного этапа спортсмена в период посттравматического восстановления или в виду ограниченных физических возможностей любого пациента.

Центр реабилитации и спортивной подготовки «ПИК ФОРМЫ» предоставляет возможность получить квалифицированную поддержку и помощь в проведении занятий различных уровней сложности. Изометрические и изодинамические упражнения являются оптимальным решением для людей с рядом заболеваний или ослабленным мышечным тонусом, возрастных ограничений по факту нет. Программа занятий для каждого посетителя центра подбирается в соответствии с его потребностями и пожеланиями.

 

Изотонические и изодинамические упражнения

Изотонические упражнения предполагают интенсивную работу мышечной системы на всю возможную их длину и растяжение. Комплексы направлены на улучшение эластичности и тонуса организма, повышают пластичность, помогают развивать и разрабатывать после травм сухожилья, отдельные группы мышц. Изотонические упражнения благотворно влияют на сердечнососудистую систему. Комплексы упражнений данного вида часто используются в омолаживающих программах.

Изотонические и изодинамические упражнения в комплексе обеспечивают достижение хорошего эффекта в короткие сроки, и при этом исключается риск быстрого наращивания мышечной массы. Именно поэтому он является базой для женских программ, профессиональных спортсменов ряда направлений.

Центр реабилитации и спортивной подготовки «ПИК ФОРМЫ» предлагает уникальные программы, в которых изотонические и изодинамические упражнения гармонично комбинируются с элементами изометрических программ для достижения максимально быстрого эффекта физической формы.

Что такое изометрические упражнения и для чего они нужны

Что такое изометрические упражнения

Изометрические упражнения — это движения, при которых вы сокращаете мышцу или группу мышц и удерживаете их в одном и том же положении на протяжении всего упражнения. Другими словами, ваша мышца напряжена, но не расширяется и не сжимается. Это статические способ задействовать желаемую мышцу или группу мышц. Самый классический пример такого упражнения — планка.

Изометрия тренирует мышечную выносливость или вашу способность удерживать мышцу сокращенной в течение длительного периода времени, делает мышцы сильнее и выносливее, но при этом не наращивает их объем. Благодаря тому, что в процессе задействована нервная система, которая налаживает связи между разными группами мышц и заставляет их работать согласованно, у вас улучшаются координация движений и чувство баланса. То есть ваши шансы упасть или споткнуться во время бега, танцев или на скользком асфальте значительно снижаются.

Вообще практически в каждом упражнении есть момент, когда оно переходит в изометрическое. Например, при выполнении приседания, когда вы оказываетесь в самом нижнем положении и замираете буквально на секунду, — это и есть изометрический промежуток. Его можно продлить — задержаться в этом моменте чуть дольше, и вы получите полноценное изометрическое упражнение. 

Основное их преимущество в том, что за короткий промежуток времени вы успеваете нагрузить практически все тело, и для этого не требуется ни много места, ни специального дополнительного оборудования. Именно поэтому изометрические упражнения идеально подходят для тех, у кого ограниченное пространство для тренировок или у кого мало времени и постоянно приходится выкраивать время для тренировок.

Кроме того, по данным клиники Майо, изометрические упражнения часто назначают как способ профилактики или облегчения артрита и восстановление после травм вращательной манжеты плеча.

читайте также

Примеры изометрических упражнений 

Статическая тренировка для всего тела

Статические упражнения для рельефного тела

24 изометрических упражнения для ног

10-минутная изометрическая тренировка для всего тела

Подписывайся на нашу страничку в Instagram и не пропускай самые полезные видеоматериалы от Beauty HUB!

читайте также

Топ-12 изометрических упражнений для живота (ФОТО)

Изометрические упражнения, которые также называют статическими, направлены на проработку мышечного каркаса тела, увеличение силовых способностей и выносливости организма без интенсивной физической нагрузки.

Мы подобрали для вас 10 эффективных статических упражнений на пресс, которые помогут вам подтянуть живот, избавиться от проблемных зон в средней части тела, улучшить осанку, комплексно проработать мышцы кора.

Статическая тренировка на пресс (первый раунд)

Для выполнения статических упражнений вам просто нужно остановиться в заданном положении и удерживать его в течение определенного количества времени. Смотрите также первый вариант статической тренировки на пресс.

Изометрические упражнения эффективно проработают мышцы живота и пресса, глубокие стабилизационные мышцы, мышцы спины. Отдельные представленные упражнения дополнительно включают в работу мышцы ягодиц, ног, плечевого пояса и рук.

Как выполнять тренировку:

1. Для начального уровня. Схема выполнения упражнений: 20 секунд работаем, 10 секунд отдыхаем. Сначала идет первый раунд: выполняйте последовательно 9 упражнений. Затем идет второй раунд: выполняйте последовательно следующие 9 упражнений. Между раундами отдых 2 минуты. Общее время выполнения тренировки (двух раундов) составит 10 минут. Видео на youtube с таймером 20 сек / 10 сек.
2. Для среднего уровня. Схема выполнения упражнений: 30 секунд работаем, 15 секунд отдыхаем. Сначала идет первый раунд: выполняйте последовательно 9 упражнений. Затем идет второй раунд: выполняйте последовательно следующие 9 упражнений. Между раундами отдых 2 минуты. Общее время выполнения тренировки (двух раундов) составит 15 минут. Видео на youtube с таймером 30 сек / 15 сек.
3. Для продвинутого уровня. Схема выполнения упражнений: 40 секунд работаем, 20 секунд отдыхаем. Сначала идет первый раунд: выполняйте последовательно 9 упражнений. Затем идет второй раунд: выполняйте последовательно следующие 9 упражнений. Между раундами отдых 1-2 минуты. Общее время выполнения тренировки (двух раундов) составит 20 минут. Видео на youtube с таймером 40 сек / 20 сек.
4. Для супер-продвинутого уровня. Схема выполнения упражнений: 50 секунд работаем, 10 секунд отдыхаем. Сначала идет первый раунд: выполняйте последовательно 9 упражнений. Затем идет второй раунд: выполняйте последовательно следующие 9 упражнений. Между раундами отдых 1-2 минуты. Общее время выполнения тренировки (двух раундов) составит 20 минут. Видео на youtube с таймером 50 сек / 10 сек.

Для выполнения тренировки по времени, вам понадобится таймер. Рекомендуем скачать мобильное приложение Timer Tabata, где можно задать любые необходимые интервалы. Также посмотрите подборку мобильных приложений с таймерами для тренировок. Или можно включить видео на Youtube по ссылкам выше.

Первый раунд статических упражнений:

1. Скручивание с вытягиванием рук
2. Альпинист (правая нога)
3. Альпинист (левая нога)
4. Подъем ног с опорой на предплечье
5. Скручивание в боковой планке (правая нога)
6. Скручивание в боковой планке (левая нога)
7. Гиперэкстензия с руками за головой
8. Статический «дворник» (правая сторона)
9. Статический «дворник» (левая сторона)

1. Скручивание с вытягиванием рук

В чем польза: Это несложное статическое упражнение на пресс позволяет укрепить мышцы кора и спины, задействует не только верхнюю, но и нижнюю часть пресса.

Как выполнять: Для выполнения упражнения лягте на гимнастический коврик. Ноги согните в коленях и упритесь ногами в пол, разместив стопы на небольшом расстоянии от ягодиц. Выпрямите руки вперед, кончики пальцев располагаются около согнутых коленей. Лопатки должны оторваться от пола. Не поднимайте корпус слишком высоко. Проследите, чтобы спина плотно прилегала к полу в области поясницы, не напрягайте шею.

Как упростить: Упростить упражнение можно, если скрестить руки на груди, а не вытягивать их вперед.

2. Альпинист

В чем польза: Второе упражнение из статической тренировки на пресс прокачивает не только мышцы спины и живота, но также плечевой пояс, руки и мышечные группы ног. Таким образом, во время упражнения будет задействовано все тело.

Как выполнять: Статическая вариация упражнения “Альпинист” подразумевает планку с опорой на прямые руки и носок одной ноги. Неопорная конечность согнута в колене и подтянута к груди. Важно удерживать спину в прямом положении и напрячь живот. Голова смотрит перед собой, то есть в пол. Не забудьте повторить на другую сторону.

Как упростить: Это статическое упражнение на пресс можно упростить, если подтянутую к груди ногу опустить на носок.

3. Подъем ног с опорой на предплечье

В чем польза: Действенное упражнение на пресс, которое позволяет проработать все мышцы, включая такую проблемную зону как нижняя часть живота.

Как выполнять: Чтобы выполнить упражнение, лягте на спину, в качестве опоры используя локти. Кисти и предплечья располагаются на полу, спина прямая, пресс напряжен. Старайтесь не напрягать шею. Прямые ноги поднимите над полом на небольшую высоту высоту. Не забудьте натянуть носочки.

Как упростить: Облегчить упражнение во время занятия можно за счет изменения высоты подъема ног – чем выше подняты ноги, тем легче будет выполнять упражнение. Или можно сделать колени мягкими, это также упростит упражнение.

4. Скручивание в боковой планке

В чем польза: Данное изометрическое упражнение будет сложным не только для новичков, но и для тех, кто давно тренируется. Упражнение рассчитано на проработку всего тела, но основная нагрузка придется на пресс.

Как выполнять: Примите позицию боковой планки с упором на локоть. Согните ближнюю к полу ногу и руку, занеся ее за голову, в противоход. Далее подтяните согнутое колено и согнутый локоть неопорных конечностей к груди, будто вы делаете скручивание. Проследите за положением спины во время тренировки, голова смотрит в пол. Не забудьте повторить на другую сторону.

Как упростить: Упростить упражнение можно, если выключить из работы нижнюю часть тела – опустите ногу на пол, локоть просто наклоняется к полу.

5. Гиперэкстензия с руками за головой

В чем польза: Это статическое упражнение акцентировано нагружает поясничный отдел и укрепляет мышцы позвоночника, а также помогает поработать над осанкой и укреплением мышц кора в целом. Дополнительно включаются в работу ягодицы и задняя поверхность бедра.

Как выполнять: Примите положение лежа вниз животом на гимнастическом коврике, заведите согнутые руки за голову. Поднимите вверх бедра и корпус, стараясь оторвать от пола грудь. Вес перенесите на среднюю часть тела, нагрузку распределяйте равномерно по позвоночному столбу, чтобы не перегрузить поясницу.

Как упростить: Не поднимайте вверх ноги, от пола отрывается только верхняя часть тела.

6. Статический «дворник»

В чем польза: Основная нагрузка упражнения приходится на пресс, в том числе косые мышцы и нижняя часть живота. Также будут задействованы мышечные группы спины, ягодиц и ног.

Как выполнять: Упражнение подразумевает положение лежа на спине. Руки выпрямите в стороны под прямым углом относительно корпуса. Голова располагается прямо, не рекомендуется ее поворачивать во время занятия. Прямые ноги с натянутыми на себя носками наклоните в сторону и удерживайте под углом в 45 градусов. Не забудьте повторить на другую сторону, чтобы были задействованы косые мышцы обеих сторон.

Как упростить: Чтобы уменьшить нагрузку во время тренировки, согните ноги в коленях.

Сделайте перерыв на 1-2 минуты, затем переходите ко второй части программы.

Статическая тренировка на пресс (второй раунд)

Статические упражнения допускаются даже при ограниченных физических нагрузках, но обязательно проконсультируйтесь со специалистом перед началом занятий. Не забывайте, что для достижения результата вам потребуются регулярные тренировки, соблюдение режима сна и правильного питания.

Второй раунд статических упражнений:

1. Супермен в планке на локтях (правая нога)
2. Супермен в планке на локтях (левая нога)
3. Складка руки к стопам
4. Широкая планка
5. Уголок с согнутыми ногами (правая нога согнута)
6. Уголок с согнутыми ногами (левая нога согнута)
7. Гиперэкстензия с разведенными руками
8. Планка на четвереньках с касанием рук (правая рука)
9. Планка на четвереньках с касанием рук (левая рука)

1. Супермен в планке на локтях

В чем польза: Изометрическое упражнение задействует мышцы кора, спины и плечевого пояса. Нагрузка распределяется также на мышечные группы ног. Это супер-упражнение для комплексной работы всего тела!

Как выполнять: Стартовая позиция упражнения – классическая вариация планки с упором на локти и носки. Спина выпрямлена, живот втянут, голова смотрит перед собой. Оставаясь в этом положении, поднимите одну ногу и руку в противоход, выпрямив их. Для равномерной проработки мышц выполните упражнение на обе стороны, то есть смените опорные конечности.

Как упростить: Отрывайте от пола только ногу, оба предплечья остаются на полу.

2. Складка руки к стопам

В чем польза: Основная нагрузка этого статического упражнения приходится на мышцы пресса, которые будут буквально гореть. Дополнительно прорабатывается спина.

Как выполнять: Стандартная вариация складки выполняется из положения лежа на спине. Вытяните ноги,  направьте прямые руки вверх. Из этой позиции выполните складку, пытаясь дотянуться кончиками пальцев рук до голеностопов. Во время выполнения упражнения не перенапрягайте шею, чтобы избежать дискомфорта в шейном отделе на следующий день. На полу должна располагаться только поясница, лопатки подняты.

Как упростить: Снизить нагрузку во время занятия можно, если смягчить колени или согнуть ноги под прямым углом.

3. Широкая планка

В чем польза: Это изометрическое упражнение позволяет прокачать пресс и подтянуть живот. Статическая нагрузка упражнения приходится также на мышечные группы спины и плечевого пояса.

Как выполнять: Начальная позиция занятия – вариация планки с опорой на прямые руки и носочки. Из этого положения сместите руки вперед максимально далеко, чтобы вам было удобно удерживать собственный вес. Ноги сохраняют свое положение, оставаясь прямыми. Голова также смотрит перед собой, спина ровная, а пресс в напряженном состоянии.

Как упростить: Упростить упражнение можно посредством смещения рук ближе к себе в стандартное положение планки на руках.

4. Уголок с согнутыми ногами

В чем польза: Упражнение на пресс задействует также мышечные группы спины, что позволяет укрепить корпус. Статическая нагрузка приходится на руки и ноги.

Как выполнять: Стартовая позиция тренировки – сидя на коврике. Отклоните корпус немного назад, руки вытянуты перед собой. Одна нога полностью выпрямлена и поднята невысоко над полом. Другая нога согнута в колене и также находится на весу. Голова смотрит перед собой, не напрягайте сильно шею. Втяните живот. Не забудьте повторить на противоположную сторону.

Как упростить: Облегчить это изометрическое упражнение можно, если смягчить колено вытянутой ноги или немного ее согнуть.

5. Гиперэкстензия с разведенными руками

В чем польза: Это несложное и очень полезное статическое упражнение нагружает спину и поясничный отдел, помогая избавиться от складок на спине, улучшить осанку, укрепить мышечный корсет.

Как выполнять: Примите положение лежа вниз животом на гимнастическом коврике, разведите прямые руки в противоположные стороны. Поднимите корпус вверх, стараясь оторвать от пола грудь. В отличие от гиперэкстензии в первом круге, в этом варианте ноги остаются лежать на полу, что облегчает выполнение упражнения. Продвинутые занимающиеся могут оторвать бедра от пола.

Как упростить: Можно вытянуть руки вдоль тела, а не разводить их в противоположную сторону, что сильно облегчит это изометрическое упражнение для кора.

6. Планка на четвереньках с касанием рук

В чем польза: Заключительное упражнение нашей тренировки воздействует комплексно на все тело. Большая часть нагрузки приходится на плечевой пояс, мышцы кора и ног. Будут гореть мышцы всего тела!

Как выполнять: Для того чтобы выполнить это изометрическое упражнение, встаньте в планку на четвереньках. То есть опереться требуется на прямые руки, расположив их под плечами, и согнутые под углом в 90 градусов ноги, которые стоят на носочках. Колени должны располагаться под бедрами. Из этой позиции переложите одну руку на противоположное плечо. Не задирайте таз и не поднимайте колени слишком высоко от уровня пола. Повторите на другую руку, сделав завершающий подход.

Как упростить: Оставайтесь в положении на четвереньках, без отрыва руки от пола.

5 причин заняться изометрическими тренировками:

1. Таким тренировкам легко следовать, при этом статические упражнения не менее эффективны по нагрузке по сравнению с изнурительными динамическими тренировками.
2. Помимо укрепления мышц, статические упражнения также способствуют укреплению связок, сухожилий, суставов и позвоночного столба.
3. Изометрические тренировки очень «экономичны»: они занимают меньше времени и затрачивают меньше сил.
4. При соблюдении техники упражнений риск травмирования сводится к минимуму, в отличии от силовых и кардио-упражнений.
5. Для тренировки вам не потребуется дополнительный инвентарь и много места в комнате.

Выполняйте предложенную программу статических упражнений 3 раза в неделю, в остальные дни можно выполнять другие тренировки:

Изометрические упражнения I Как выполнять?

Изометрические упражнения – это так называемый «статический» тренинг. Суть его состоит в том, чтобы некоторый промежуток времени выполнять противодействие сопротивлению того или иного объекта. Этот метод также эффективен для  увеличения силы и выносливости. Изометрические упражнения отлично укрепляют мышцы. Хорошим примером служит упражнение «планка». Статический тренинг такого вида часто включают в программы по силовому тренингу и йоге, а также при подготовке военных. Особенность изометрических упражнений в том, что вы просто напрягаете мышцы без изменения их длины, суставы при этом не двигаются.

«Некоторые люди с тонкими ногами сильнее, чем люди с толстыми. Почему? Потому что сила лежит в сухожилиях, в тех невидимых твердых тканях, которые уступают по плотности только костям. Без сухожилий человек превратился бы в студень. Но сухожилия надо тренировать. На моем опыте можно убедиться, что не обязательно крупный мужчина должен быть сильным, а человек скромного сложения – обязательно слабым».

— это слова одного из родоначальников изометрических упражнений Александра Засса («Удивительный Самсон, «Железный Самсон»). Этот человек с детства не отличался выдающимися физическими данными, но верил, что сила атлетов далеко не в мышцах, а в сухожилиях. На основе этого убеждения он разработал программу по их укреплению и достиг небывалых результатов. С весом в 63 килограмма он рвал цепи, которые выдерживали нагрузку 800кг, с легкостью поднимал коня. В настоящее время ученые связывают этот феномен с биохимическими процессами в организме в совокупности с силой духа.

---

Преимущества изометрических упражнений

1) Экономия времени в отличие от стандартной силовой или аэробной тренировки. Одно занятие обычно длится не дольше 15 минут.

2) Не требует использования дополнительного оборудования.

3) Не требует особенных условий, тренировки можно проводить в любом месте и в любое время.

4) Упражнения направлены на развитие натуральной естественной человеческой силы и укрепления сухожилий.

5) Разнообразие упражнений позволяет подготовить спортсмена к любому роду деятельности, при этом подходят они для любых целей, начиная от реабилитации после травмы и заканчивая развитием сверхсилы при подготовке к соревнованиям.

6) Минимизирован риск получения травмы.

7) За тренировку можно прокачать абсолютно все группы мышц.

8) Все энергозатраты при занятии уходят лишь на напряжение, что позволяет достичь максимального уровня силы и при этом не устать.

Как и в любых методиках, и в этой есть исключения и вероятность нанести себе вред. В данном случае необходимо:

• соблюдать правильную технику выполнения
• следить за артериальным давлением (людям с повышенным АД некоторые упражнения запрещены)
• важен настрой, только тогда можно добиться реальных результатов.

---

Рекомендации по правильному выполнению

• Перед началом каждой тренировки необходимо сделать качественную разминку. Особое внимание стоит уделить тем группам мышц, на которые будет направлена большая часть нагрузки.
• Каждое упражнение выполняется на вдохе. Начинайте с минимальной силы и постепенно доводите до максимума. Прислушивайтесь к своему телу, не суетитесь, считайте удары сердца.
• В изометрических упражнениях отсутствуют рывки, усилие в занятиях проходят постепенно. Не используйте выкручивание суставов, пробуйте биомеханические движения и позиции.
• Каждое выполнение занимает 6-8 секунд, при этом в пиковой фазе мышцы находятся 3-4 секунды.
• Тренировка длится 15-20 минут, используется 2-3 подхода в каждом упражнении. Правильно используйте мышечный баланс.
• Использовать изометрические упражнения можно хоть каждый день, они не дадут вероятности возникновения перетренированности, да и восстанавливается организм гораздо быстрее, чем после силовых занятий.

---

Комплекс изометрических упражнений

1) Для спины

---

Облокотитесь спиной к стене. Ноги немного согнуты, пятки не соприкасаются с  вертикальной поверхностью, руки согнуты в локтях. Положение должно быть устойчивым. Работа идет на напряжение широчайших мышц спины. Давите локтями в стену.

---

2) Для бицепса

---

Можно подобрать любую поверхность. Например, стол. Сядьте так, чтобы удобно было согнутыми руками упереться под него. Сожмите руки в кулаки, выпрямите спину, лицевой стороной кулаков тяните стол вверх (при этом его поверхность неподвижна), зафиксируйте напряжение.

---

3) Для дельт

---

Возьмите аксессуар в виде цепи, трости, веревки и т.д. Опустите его ниже пупка слегка согнутыми руками, широко разведите кисти, пытайтесь усилием разорвать цепь.

---

4) Для пресса

---

В положении стоя, сделайте стандартное скручивание с максимальным напряжением мышц.

---

5) V – стабилизатор

---

Сядьте на коврик, ноги немного согнуты, стопы на полу. Спина ровная, перпендикулярно полу. Постепенно отклоняйтесь назад, пока наклон позвоночника не будет 45 градусов относительно пола.

---

6) Полуприсед с вытягиванием рук

---

Ноги чуть согнуты в коленях, центр тяжести приходится на пятки, таз отводится назад, руки ровные, параллельно позвоночнику. Голова строго между руками.

---

Заключение

Правильная эффективная работа – это понимание своего тела, это творческий процесс, целая наука! Сочетайте методики, пробуйте новые упражнения, развивайте силу и выносливость, укрепляйте суставы и сухожилия. Следите за результатами и записывайте свой прогресс. Не создавайте кумиров, не равняйтесь ни на кого, вы сами можете больше, чем любой другой, сила внутри вас! Поверьте в себя и начинайте раскрывать свой потенциал! Да, будут спады и падения, но если есть цель, то вы обязательно ее добьетесь.

Метод изометрических напряжений. Изометрические (статические) упражнения

Большое распространение в последние годы получили изометрические, или, как их еще называют, статические, упражнения. Они отличаются от динамических упражнений тем, что при их выполнении мышца напрягается не укорачиваясь, т. е. силовые напряжения, в том числе и максимальные, не сопровождаются движением.

Практически это происходит, например, при «выжимании» или «поднимании» неподвижно закрепленной штанги. Основное преимущество изометрических упражнений заключается в том, что они позволяют несколько сократить время, отводимое на силовую подготовку.

Изометрические упражнения выполняются как с использованием специальных снарядов, так и без них, Очень распространены парные изометрические упражнения, а также упражнения, в которых спортсмен прилагает усилия к частям своего тела (например, растягивание в стороны сцепленных рук). Зная принципы метода изометрических напряжений, тренер и спортсмен могут легко составить большое количество упражнений, воздействующих на необходимые группы мышц.

В спортивной практике применяются изометрические напряжения продолжительностью от 5 до 10 сек. Степень усилия может быть различна—от 60% максимального и выше. Большинство специалистов рекомендует применять в занятиях максимальные или близкие к ним усилия.

Изометрические упражнения особенно полезны в тех видах спорта, в которых элемент статики содержится в специализируемом упражнении. Например, во всех видах борьбы многие моменты связаны со статическими напряжениями (защитные действия, удержания в опасном положении и т. п.). Поэтому в тренировке борца изометрические упражнения весьма полезны, тем более что он может использовать особенности метода изометрических напряжений для тренировки в позах, характерных для проведения соответствующих приемов борьбы.

Разумеется, с помощью изометрических упражнений нельзя полностью решить вопрос силовой подготовки. Они не могут заменить динамических упражнений, а могут и должны только дополнять их.

В зарубежной методической литературе особое внимание уделяется так называемым промежуточным напряжениям — медленным движениям с 2—5-секундными остановками в промежуточных положениях.

Изометрические упражнения особенно распространены среди спортсменов США. Один из ведущих спортивных теоретиков США, известный тренер по плаванию Д. Каунсилмен в 1963 г. обобщил взгляды американских теоретиков и практиков на изометрические упражнения и разработал общие принципы изометрической тренировки:

1. Перед тем как приступить к выполнению изометрических упражнений, следует обязательно проделать 2–3-минутную разминку из 5–6 упражнений, выполняемых с большой амплитудой движений и с возрастающей интенсивностью.

2. Каждое статическое напряжение должно длиться не более 5–6 с, при постепенном нарастании усилия вплоть до максимального в течение последних 3 с.

3. Нагрузки в процессе занятий должны увеличиваться по мере повышения уровня физической подготовленности и развития силовых качеств.

4. Прирост силы обеспечивается выполнением минимального числа повторений с максимальными усилиями.

5. Для сохранения достигнутого уровня развития силы необходимо регулярно выполнять изометрические упражнения.

6. При выполнении изометрических упражнений, особенно на первом этапе занятий, недопустимы перенапряжения.

 

Рис. 16. «Изоджим» — универсальное приспособление
для изометрических упражнений

Упражнения, рекомендуемые Д. Каунсилменом (см. Изометрические упражнения для различных видов спорта), выполняются на  стандартном станке, известном под названием «изоджим», который состоит из деревянной площадки размером 130 х 90 см, двух металлических вертикальных стоек высотой 225 см и расположенной между ними горизонтальной металлической перекладины, которую можно закрепить на любой высоте (рис. 16).

См. также:

Вайцеховский С. М. Книга тренера. М.: Физкультура и спорт, 1971. С. 152-154.

Изометрические упражнения для зверской силы

Система ✅изометрических упражнений представляет собой эффективный тренировочный комплекс, направленный на увеличение физической силы. Пик его популярности уже давно прошел и на сегодняшний день мало кто практикует подобные тренировки, хотя было проведено множество исследований, доказавших их действенность.

Популярность изометрических тренировок постепенно снова возвращается, что обусловлено большим количеством положительных сторон подобных практик. Принцип работы изометрических упражнений заключается в чередовании состояний, в которых находятся мышечные волокна: они поочередно сжимаются и удлиняются. Основным отличием от тренировок другого типа является сохранение положения и длины суставов, которые не задействуются во время выполнения упражнений.

Изометрические упражнения для женщин и мужчин

• Комплекс изометрических упражнений
• Эффективность
• Преимущества и недостатки

На сегодняшний день существуют различные комплексы изометрических упражнений, но они объединены следующими общими особенностями:

• Проработка и развитие не мышечных групп, а сухожилий, поскольку по теории Александра Засса, основоположника и главного популяризатора данной системы, именно от них зависит физическая сила человека.
• Главной особенностью является комбинированное сочетание максимальных усилий и короткого времени выполнения упражнений, в зависимости от подготовки конкретного человека оно может составлять от 4 до 12 секунд.

Принцип работы изометрических упражнений заключается в чередовании состояний, в которых находятся мышечные волокна: они поочередно сжимаются и удлиняются.

Подписывайтесь на наш аккаунт в INSTAGRAM!

Основным отличием от тренировок другого типа является сохранение положения и длины суставов, которые не задействуются во время выполнения упражнений.

Во время совершения подобных движений, сжатию подлежат также и кровеносные сосуды, обеспечивающие мышечную массу кислородным питанием, благодаря этому ускоряется работа на клеточном уровне, при этом, расход энергии значительно ниже, чем во время выполнения различных динамичных упражнений. Это позволяет обеспечивать направленный расход энергии, которая уходит на напряжение: именно поэтому развитие всех мышечных групп во время подобных тренировок происходит значительно быстрее.

Комплекс изометрических упражнений

• Перед началом выполнения изометрических упражнений необходимо ознакомиться с основными правилами, которые приводятся ниже:
• Началу тренировки предшествует общая разминка, которая разогреет тело и подготовит его к предстоящим нагрузкам.
• Особое внимание необходимо уделить именно тем мышечным группам, которые будут задействованы при выполнении упражнений.
• Все упражнения, вне зависимости от их типа, должны выполняться на вдохе.
• Все рывковые движения должны быть полностью исключены, увеличение нагрузки должно носить постепенный характер.
• Новичкам и людям с низким уровнем физической подготовки на выполнение отводится не более 3-6 секунд, максимальное усиление осуществляется только на протяжении 2-3 секунд.
• Общая продолжительность комплексной тренировки занимает около 15-20 минут.
• Каждое упражнение требует совершения 2-3 подходов.

Комплекс для женщин

Изометрические упражнения фактически никогда не используются в качестве самостоятельной меры для борьбы с лишними килограммами, поскольку их эффективность в этом направлении слишком мала.

Однако с их помощью получится слегка откорректировать фигуру, сделав тело более подтянутым и привлекательным.

Более подробное описание такого комплекса приводится ниже:

1. Необходимо сесть на стул, взяться руками за его спинку и попытаться потянуть ее вниз, как будто пытаясь поднять себя вместе с сиденьем. Во время выполнения необходимо следить за положением ступней: они должны быть плотно прижаты к поверхности пола, поднятие их вверх не допускается, поскольку это снизит эффективность тренировки. На начальном этапе можно вести отсчет до 3, после чего расслабить тело и мышцы. Постепенно физическая форма и выносливость будут подстроены под подобные нагрузки, и счет можно будет вести уже до 20. Выполнение подобного упражнения направлено сразу на все важные для женщины части тела: грудь, ягодицы и ноги.
2. Упражнение, направленное на улучшение состояния бедер, можно выполнять лежа в постели. Для этого необходимо занять положение на спине, а правую ногу положить поверх левой. Пока одна конечность придавливают другую к постели, вторая должна пытаться оказаться поднятой вверх. Поочередно положение ног нужно менять.
3. Упражнение, направленное на уменьшение объема талии, также выполняется в постели. Для этого руки убираются за голову, после чего нужно попытаться принять сидячее положение без помощи с их стороны. Можно несколько раз ложиться обратно и повторять попытки.
4. Упражнение, направленное на улучшение состояния шеи, особенно если кожа на ней отличается дряблостью, также выполняется в постели и при этом является довольно простым. Нужно просто лежать на спине и стараться изо всех сил вдавливать свою голову в подушку.
5. Руки необходимо убрать за спину, соединить ладони и с силой вжать их друг в друга. Голову во время выполнения потребуется запрокинуть назад, а плечи и спину распрямить и поддерживать в таком состоянии. Это позволит повысить привлекательность осанки и развить выносливость спины для более длительного поддержания ее в прямом положении. Скорость получения положительного результата зависит от периодичности и длительности выполнения.
6. Необходимо встать напротив стены, выдерживая дистанцию около половины метра. Вытянутые руки разводятся в стороны, ладони упираются в поверхность стены.
7. Находясь в таком положении, нужно совершать попытки свести руки друг с другом, при этом требуется следить за состоянием ног: ступни должны быть плотно прижаты к полу и сохранять неподвижность. Выполнение упражнения направлено на улучшение состояния груди, но параллельно оно прорабатывает и руки. Находясь на таком же расстоянии от стены, нужно опуститься на колени и упереться в ее поверхность широко расставленными друг от друга руками. Правую ногу необходимо поднять вперед таким способом, чтобы ее голень и вытянутая ступня имели параллельное положение относительно поверхности пола, продержаться в такое позе нужно около 6 секунд, после чего повторить эти же манипуляции с левой ногой. При этом, нога не должна иметь контактов с поверхностью стены. Регулярное выполнение подобного упражнения позволит получить красивый и привлекательный живот.
8. Для повышения внешней привлекательности ляжек нужно занять такое же исходное положение, как и при выполнении предыдущего упражнения. Правая нога поднимается коленом вперед, после чего ее нужно прижать к своей груди, продержаться в такой позе около 6 секунд и положить ногу на табурет или иную подставку, которая предварительно ставится около стены. Руки в это время поднимаются и тянутся максимально вверх. После этого потребуется повторить подобные манипуляции, только задействовав правую ногу.

Комплекс для мужчин  

Предложенный ниже комплекс может выполняться любым человеком, но в первую очередь он рассчитан именно на мужчин:

1. Необходимо встать в дверном проеме и упереться предплечьями в его косяки, после чего требуется совершать попытки выпрямления и раздвигания рук.
2. Для выполнения следующего упражнения необходимо выпрямить спину и в стоячем положении подогнуть одну ногу в области колена. Щиколотка крепко охватывается рукой, при этом нужно стараться тянуть ногу в низ, чтобы опустить ее, преодолевая сопротивление силы держащей руки. Подобные действия поочередно выполняются с правой и левой ногой.
3. Теперь нужно сесть на стул, а руки убрать за его спинку. Для выполнения требуется пытаться совершить наклон вперед, создавая при этом дополнительное сопротивление руками. В такой позе требуется находиться около 6 секунд, после чего следует минутный перерыв и новое повторение.
4. Следующее упражнение выполняется также в сидячей позе. В исходном положении нужно сделать наклон вперед и взяться руками за оби передние ножки стула. Далее необходимо тянуться руками вверх, будто бы пытаясь поднять стул с самим собой, что создаст сильное напряжение в мышцах.
5. Руки убираются назад и кладутся на шею, после чего нужно пытаться наклонить голову вперед, одновременно создавая сопротивление шейными мышцами.

Эффективность

Эффективность изометрических упражнений на сегодняшний день не ставится под сомнение ни одним специалистом. Работа сухожилий активизируется и начинает приносить первые положительные плоды уже после первых проведенных занятий такого типа, если были соблюдены все основные правила.

Важно соблюдать также и  систематичность тренировок, не допуская значительных перерывов, тогда уже через несколько месяцев будет обретена способность поднимать гораздо более тяжелые объекты или совершать различные силовые действия, которые ранее считались недоступными.

Особенно эффективность ощутят спортсмены, занимающиеся различными единоборствамипоскольку укрепление сухожилий будет способствовать увеличению их физической силы, но общая масса тела сохранится прежней.

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Преимущества и недостатки

Основные преимущества изометрических тренировок приводятся ниже:

• Экономия времени, которой способствует выполнение изометрических упражнений. Ежедневные тренировки длятся недолго, при этом не требуется длительная подготовка для перехода мышц в рабочий режим.
• Отсутствие чувства усталости, после которого требуется длительный отдых как самому занимающемуся человеку, так и отдельно его мышцам. Это способствует увеличению периодичности тренировок и более скорому достижению желаемого результата.
• Отсутствие необходимости приобретать дополнительный инвентарь. Возможность направлять все силы на развитие определенных частей тела или групп мышц, которые нуждаются в этом больше всего.
• Простота техники выполнения, многие упражнения можно делать даже в общественных местах, что останется незаметным для окружающих людей явлением.
• Высокая степень эффективности и гарантированный результат.
• Возможность выполнения даже людьми без подготовки или находящимися в плохой физической форме, при этом, вероятность получения травм или каких-либо повреждений сведена к минимуму.

Единственный недостаток заключается в освоении правильной техники: она является несложной, но постигается со временем. При грубом нарушении основных правил возможен побочный эффект, который проявляется в виде скачков артериального давления.опубликовано econet.ru.

Задайте вопрос по теме статьи здесь

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Что такое изометрические упражнения: примеры, техника выполнения

Сегодня выглядеть стройными подтянутыми, спортивными желают практически все. Избыточный вес одолевает малоподвижных людей, ведущих сидячий образ жизни, некачественные продукты и плохая экологическая ситуация вызывают множество патологий. Исправить ситуацию поможет только правильный рацион, а также умеренная физическая активность. Отличным решением могут стать изометрические упражнения, это надежный, действенный метод тренировать мускулы без их растягивания при статическом (неподвижном) положении суставов. Давайте более подробно разберемся, какие упражнения можно считать таковыми, в чем их преимущества, а заодно ознакомимся с комплексами от разных прославленных атлетов.

Изометрические упражнения для развития силы: в чем суть

Современные начинающие спортсмены зачастую даже не догадываются, что еще в древних монастырях Шаолиня практиковалась статическая нагрузка, тренирующая силу, выносливость. Так воины учились часами стоять или сидеть на одном месте без движения, ничем себя не выдавая, а потом стремительно нападать при потребности, не скрипя суставами, словно не смазанными дверными петлями. Однако особую популярность изометрические упражнения приобрели во второй половине двадцатого века, после того как средства массовой информации повсеместно разнесли сообщения о спортивных успехах тех, кто их практиковал. Сегодня такого рода комплексы в тренировках применяют легко- и тяжелоатлеты, велосипедисты, гребцы, лыжники и другие спортсмены.

Изометрическими называются те упражнения, которые обеспечивают физическую нагрузку на мускулы, при полном обездвиживании сустава, а также сохранении длины самой мышцы. Именно из-за этого изометрические техники имеют второе имя – статические.

Что это такое и как работает

Применяются такого рода упражнения с определенными целями. Они помогают довольно быстро преодолеть так называемые мертвые точки, при этом весомо тренируя силу. Глубинную суть этой гимнастики можно обозначить следующим образом: на протяжении непродолжительного временного отрезка (5-12 секунд) нужно приложить максимальное усилие для того, чтобы удержать на месте или противодействовать какому-либо объекту.

Фактически, в отличие от тренировок динамического типа, которые принципиально важно повторять определенное количество раз, совершенно иные приоритеты. Тут играет роль не количество повторений или подходов, а продолжительность удерживания своего тела в определенном положении (позиции). Осознанное ощущение своего тела тоже имеет коренную роль в изометрических тренировках. Более подробно о том, какие мускулы тренируются при подобной гимнастике, как это работает, можно прочитать в статье о оздоровительных тренировках от доктора Борщевского.

Преимущества выполнения изометрических упражнений

У каждого вида спорта имеются разные полезные качества, которые подходят разным группам атлетов. Именно потому одни занимаются бегом, другие гиревым спортом или пилатес, а третьи выбирают для себя изометрические упражнения в домашних условиях или в спортивном зале. Какие же преимущества есть конкретно у статических нагрузок?

• Первое, что высоко оценивают все поклонники изометрии – это существенная экономия личного времени. Нужно всего пару минут, чтобы включить мускулатуру в работу.
• Мышцы во время статических упражнений не устают настолько сильно, как при динамических нагрузках. Потому им не нужно после часовой тренировки сутки или больше, чтобы восстановиться. При этом, если не давать им нужного отдыха, то увеличения силы или выносливости, как и увеличение объема, остается под большим вопросом.
• Тренироваться по вышеозначенной причине можно намного чаще.
• Положительным качеством можно назвать также возможность изолированно прокачать как раз те мускулы, что нуждаются в этом в настоящее время, не затрагивая другие.
• Обычные динамические упражнения на самом деле дают секундное напряжение на мускулы. То есть, за пару часов вы получите не больше 2-5 минут полезных нагрузок. Изометрические тренировки позволяют дать нагрузку на более продолжительный отрезок времени.

Многие считают, что динамическая нагрузка полезнее, так как мышечные ткани, кожа и прочие части тела и ткани лучше снабжаются кислородом и питательными веществами. Действительно, при выполнении изометрических упражнений сосуды сжимаются, не давая достаточному количеству кислорода попасть на «место назначения». Клеткам тканей приходится трудиться с двойным усилием, но расходовать выработанную энергию на движение им не нужно. Потому вся нерастраченная энергетическая волна направляется на напряжение, а мускулы растут в разы быстрее.

Виды изометрических упражнений и методы их выполнения

Когда с определением и пониманием того, как именно это работает, а также, какую пользу может принести, остается выяснить, как на практике нужно заниматься. Основными считаются тяга, жим, а также присед. Уже выполняя только их можно добиться весомых результатов. Но обычно добавляют еще поднятие плеч и подъем на носочки. Все изометрические упражнения можно условно разделить на три основные подгруппы.

1. Изометрические-статические. Они направлены на развитие мускульного напряжения в чистом виде. К примеру, когда вы противодействуете усилию, преодолеть которое невозможно.
2. С отягощением. При этом выполняются движения с периодическими остановками. Как раз в моменты обездвиживания создается то самое необходимое напряжение мышц.
3. С максимально возможным отягощением. Это своего рода комбинация изометрическо-динамических движений, при которых они останавливаются с самой эффективной фазе движения, а положение фиксируется.

При помощи подобных нагрузок можно добиться нужного эффекта статического напряжения мускулов. Обычно таким образом опытные атлеты прокачивают мышцы, которые в обычном режиме остаются незадействованными, потому серьезно отстают в развитии. Для таких занятий специально был разработан тренажер – рама с закрепленной трубкой. Однако можно обойтись без него, используя при этом произвольный предмет, имеющий жесткое крепление.

Комплекс упражнений Боба Хоффмана

Еще в начале прошлого века знаменитый тренер написал книгу, называющуюся «Одна минута каждый день для выносливости, силы и здоровья». В ней он собрал ровно двенадцать статических упражнений, которые не требуют дополнительно оборудования. В качестве статического предмета тут рекомендуется применять обычную дверную раму. Как вариант, можно просто опираться на стену. Довольно всего 1-2 минут, чтобы упражнение считалось выполненным.

• Встаньте лицом к двери, голову держите прямо, спина ровная. Руки чуть присогнуты в локтях, упираются в верхнюю перекладину. Давите ладонями о косяк на протяжении нужного времени.
• Слегка присядьте, не убирая руки с верхней перекладины. Теперь усилие должно быть направлено вверх, а не вперед, руки при этом прямые.
• Приподнимитесь на носочках, по возможности повыше. Зафиксируйте положение на шесть секунд. Вернитесь в исходное положение.
• Встаньте спиной к стене, упершись в нее затылком, руки установите на пояс, ноги на ширине плеч. Голову не закидывать, для удобства можно подложить свернутое полотенце. Давите на стену затылком как можно дольше.
• Повернитесь к стенке лицом, переложив что-о мягкое под лоб. Повторите давление в таком положении. Важно не сгибать спину и не крутить шеей.
• Соедините руки перед грудью. Можно сцепить пальцы в замок для удобства. Давите одной ладошкой на другую с максимальным усилием.
• Повторите тоже самое, только соединив руки лишь в области пальцев.
• Встаньте лицом к дверному проему, упритесь ладонями о боковые планки или наличники, если они есть. С усилием надавите на косяк и зафиксируйте положение.
• Повторите первое упражнение, однако выполняйте его поочередно правой и левой рукой.
• Закрепите любой предмет на раме, а потом тяните его вниз обеими руками.
• Сядьте на пол, ступнями обопритесь о вертикальные части косяка. Меняя угол, давите с усилием.

Сильно перетруждаться не нужно. Достаточно 5-6 секунд, чтобы ощутить напряжение, а также получить эффект от упражнения. Этот комплекс спокойно можно использовать как отдельно, так и вместе силовыми или кардиотренировками. Многие бодибилдеры и культуристы применяют его, как дополнительные занятия на досуге.

Система изометрических упражнений Самсона

Другое название такого комплекс – методика борца и атлета Александра Засса, который носил прозвище Железный Самсон. Он считал, что сила кроется не в мускулах, а в сухожилиях, причем был во многом прав. Потому он с легкостью побеждал противников на ринге, завязывал кокетливые бантики из железной арматуры и гнул подковы и гвозди, словно ватные. Его оригинальная система упражнений изометрического типа подразумевает применение специальных цепей с крючками и ручками на концах.

• Установите ноги шире плеч, перенесите вес на левую ногу, руку с той же стороны выпрямите вдоль корпуса, зажав в ней один конце цепи. Правой полусогнутой рукой тяните другой кончик цепи. Смените положение, повторите то же в другую сторону.
• Возьмите цепь за концы так, чтобы они были на ширине плеч или даже немного шире. Поднимите их над головой. Тянуть нужно с равным усилием в разные стороны так, чтобы работали не только мускулы рук, но также грудины, а заодно и широчайшие мышцы спины.
• Растягивайте цепь перед грудью, при этом тянуть нужно в разные стороны, то есть руки должны перекрещиваться.
• * Проведите цепь за спиной, как раз в области лопаток. Тяните ее полусогнутыми руками, чтобы напрягать в основном трицепсы. Прорабатываются заодно мускулы груди и брюшного пресса.
• Обмотайте цепь вокруг груди. Стоя ровно, не прогибаясь, старайтесь разорвать свои импровизированные оковы.
• Прикрепите цепи петлями к стопам, а проще всего, станьте на цепь, протянув ее под ступнями, осанка прямая, руки вытянуты вдоль корпуса. Тяните цепь вверх, напрягая руки и трапеции.
• Возьмите цепь «по диагонали», то есть одну руку поднимите, а вторую опустите. Растягивайте ее нужное время, а потом сменить месторасположение конечностей, повторите упражнение снова.
• Выставив одну ногу чуть вперед, зацепите на стопе цепь или просто наступите на нее, навалившись всем весом. Тяните инвентарь вверх согнутой в локте рукой, ладонь должна «смотреть» тоже вверх.
• Слегка присядьте, согнув ноги и широко раздвинув колени. Растягивайте цепь на бедре сперва одной, а потом другой ноги.
• Один конец цепи закрепите на шее, а на второй наступите ногой. Тяните изо всех сил. Смените ногу и повторите упражнение.
• Сделайте упор лежа, протянув цепь через шею и держа ее концы руками. Старайтесь максимально растянуть ее вверх.
• Закрепите цепь петлей на стопе, согните ногу в колене, растягивайте ее вверх рукой, стараясь давить ногой вниз.

Вариаций подобных упражнений можно самостоятельно придумать очень много. Сам легендарный атлет, который спокойно носил на плечах лошадь, говорил, что можно компоновать их по собственному разумению, в зависимости от того, какие мускулы требуется прокачать.

Изометрические упражнения Брюса Ли

Знаменитый мастер боевых искусств, несмотря на долговечность своей карьеры, умудрился использовать много разных методик и тренингов. Он использовал не только кунг-фу, но также статические упражнения. Повторить их сможет любой желающий. Для этого комплекса понадобится рама с перекладиной, которую вы не сможете сдвинуть с места или приподнять. Это может быть просто планка в дверном проеме, а может и штанга в тренажере с чрезмерным весом.

• Стойте прямо, перекладина чуть ниже вытянутых вверх рук. Упритесь руками и создайте максимальное напряжение, не округляя спину и не сгибая коленей.
• Опустите перекладину на уровне подбородка. Давите на нее снизу согнутыми руками, захватив ее прямым хватом.
• Установите планку чуть выше уровня плеч, встаньте под ней, можно упереться в нее руками, а потом давить на нее плечами, поднявшись на носочки.
• Перекладину ставите ниже уровня талии, приблизительно на уровне бедер. Захватывайте ее руками и тяните вверх.
• Планка должны быть размещена на таком уровне, чтобы в горизонтальном приседе она была как раз на уровне плеч. Давите на нее снизу, можно помогать себе руками.
• Планку или гриф штанги нужно установить на уровне немного ниже колен, как для обычной становой тяги. Тяните его вверх нужное время.
• Присядьте в четверть-присед, обопритесь о перекладину, поставленную на соответствующую для ваших плеч высоту.

Все эти упражнения нужно делать с мыслью, что вы вот справитесь с задачей и оторвете от земли воображаемую штангу. Сам Брюс Ли после таких упражнений делал «Лягушку», что можно посоветовать всем. Повисните на турнике всем весом, а потом подтягивайте ноги десяток-другой раз, в зависимости от изначальной физической подготовленности.

Изометрическая «Волевая гимнастика» А. К. Анохина: комплекс упражнений

Киевский доктор, активный пропагандист спорта и здорового образа жизни, сам являющийся атлетом, создал собственный комплекс упражнений, который тоже использовался знаменитым силачом Железным Самсоном Зассом, а также полководцем Котовским. Вдох всегда производите через нос, а выдох через рот, Александр Константинович считал это важным фактором.

• Основная стойка: спина прямая, ноги на ширине плеч. Руки поднимите в стороны, сожмите ладони в кулак, поверните внутренней частью к себе. На вдохе начинайте с усилием, будто вам противодействует большой вес, притягивать их к плечам. Коснувшись кожи, на выдохе разверните кулаки и выполните обратное движение. Сперва работают бицепсы, а затем трицепсы.
• В том же положение поднимите руки перед собой и вверх. На вдохе начинайте медленно сводить руки, будто что-то сжимаете, на выдохе снова разводите их вверх и в стороны.
• Ложитесь на спину на горизонтальную жесткую поверхность, заложите руки за голову. Для удобства, можете сцепить их в замок. Не двигая туловище, только за счет мускулов бедра, ягодиц и пресса поднимайте ногу, а потом снова ее опускайте. Повторите другой ногой.
• Встаньте лицом к спинке стула, положите на него руки. Пятки поставьте вместе, носки разведите в стороны. Выполняйте приседание очень медленно, пока не коснетесь ягодицами пяток. Также медленно на выдохе встаньте.
• Из того же исходного положения, держась за спинку стульчика, медленно поднимайтесь на носочки, а потом опускайтесь обратно.
• Также стоя возле стула, сведите пятки вместе. На вдохе приподнимите носки, стараясь потянуть их как можно выше, а на выдохе опустите на поверхность.
• Ноги поставьте на ширине плеч, стопы повернуты наружу. Поднимите руки в стороны, кулаки сжаты, повернуты кверху внутренней частью. Медленно поднимайте руки, делайте вдох, потом опускайте, после чего делайте выдох.
• Поочередно сгибайте и разгибайте руки в локтях, находясь в том же положении, будто вы качаете бицепс гантелями.
• Поднимите одну руку вверх, а вторую к плечу. Медленно с усилием меняйте положение рук.
• Разведите руки в стороны в том же положении. Медленно опускайте и поднимайте кисти, кулаки не разжимать.
• Выполняйте отжимания из упора лежа, при этом старясь основную нагрузку возложить на трицепсы.
• Повернитесь на спину, руки скрестите на груди, ноги разведите на ширину плеч, пятками упритесь в пол. Приподнимитесь слегка, задействовав мускулы брюшного пресса и спины, опуститесь в исходную позицию.

Учитывайте, что в варианте упражнений Анохина должен присутствовать некоторая доля артистизма. Ведь работать нам придется с воображаемым весом, которое нет на самом деле. Просто представьте себе тяжелые гири, которые вы опускаете и поднимаете, тогда будет легче определиться с нагрузкой.

Общие правила выполнения изометрических упражнений

С комплексами, в принципе, все предельно ясно. Достаточно соблюдать технику выполнения изометрических упражнений, чтобы добиться успеха. Однако существует ряд советов, которым не помешало бы следовать, чтобы занятия стали максимально эффективными.

• Концентрируйте внимание на тренируемой группе мышц или определённом мускуле. Не рассеивайтесь, старайтесь думать только об этом, отрешившись от всего остального.
• Желательно делать все упражнения перед зеркалом без мешковатой одежды (в идеале шорты и майка или топ для женщин). То, что вы будете видеть, как работают мускулы, поможет их более качественно прокачать.
• Все движения статических упражнений должны выполняться с максимальным напряжением, на которое вы способны.
• Не нужно делать упор на количество подходов или повторений. На самом деле, тут играет роль «качество», то есть техника и приложенное усилие.
• Обязательно обращайте внимание на дыхание. Оно должно быть плавным, таким же медленным, как ваши упражнения.
• Заниматься рекомендуется дважды в день, утром и вечером. По десять минут на каждую тренировку вполне достаточно.
• Не забывайте, что любая физкультура будет эффективной только при комплексном подходе. В первую очередь это касается рациона. Если вы будете тоннами поглощать фастфуд, конфеты и тортики, то хороших результатов не получите. Поэтому сделайте свое питание сбалансированным, тогда все будет так, как нужно.

После завершения тренировки профессиональные спортсмены рекомендуют принять душ, а потом очень тщательно растереть тело жестким полотенцем. Это позволит «разогнать» кровь после статических усилий, обеспечив снабжение кислородом всех органов и тканей тела.

Изотермические процессы — Колледж физики

Explanation:

В этом вопросе нам рассказывают о процессе, в котором газ претерпевает различные изменения в условиях. На основе этой информации нас просят найти истинное утверждение о работе, выполняемой газом в этом процессе.

В начальной точке мы можем определить газ как имеющий начальное давление и объем как.

Во-первых, нам говорят, что газ подвергается изотермическому расширению, чтобы утроить его объем.Напомним, что изотермический процесс — это процесс, при котором температура газа не изменяется. Более того, поскольку мы имеем дело с идеальным газом, мы можем видеть из уравнения идеального газа, что постоянная температура означает, что изменение объема должно сопровождаться изменением давления. Поскольку объем увеличивается в три раза, мы знаем, что давление должно уменьшаться в три раза. Таким образом, сразу после того, как изотермическое расширение закончится, газ будет иметь давление и объем.

Затем нам говорят, что газ подвергается изобарическому сжатию до своего первоначального объема. Таким образом, мы знаем из этого, что давление не изменится, но объем вернется к исходному значению. Следовательно, как только изобарическое сжатие подойдет к завершению, газ будет иметь давление и объем.

Наконец, нам говорят, что последний процесс — это изохорическое увеличение давления до его исходного значения. Изохорический означает, что объем не изменяется в этом процессе.Следовательно, теперь газ вернется к своему первоначальному давлению и объему.

Если бы мы показали это на графике зависимости давления от объема, это выглядело бы следующим образом.

Помните, что любая работа давления и объема, выполняемая газом, — это площадь под кривой графика зависимости давления от объема. Для циклического процесса, как в этой задаче, работа, выполняемая газом, будет областью на изображении выше.

Для этой задачи нам не нужно рассчитывать точный объем проделанной работы.Вместо этого мы можем получить приблизительную оценку, сначала осознав, что структура, показанная на приведенной выше диаграмме, близка к форме прямоугольного треугольника, но она немного меньше. Таким образом, если мы можем использовать левую и нижнюю стороны изображения выше, чтобы вычислить площадь, которая будет заключена в прямоугольный треугольник, мы можем сделать вывод, что работа, проделанная в этой задаче, будет немного меньше расчетной площади.

Площадь треугольника следующая.

Итак, для изображения, показанного выше, длина дна равна, а длина стороны равна.Используя эти значения, можно вычислить площадь прямоугольного треугольника.

Наконец, поскольку это представляет собой площадь прямоугольного треугольника, мы знаем, что фактически проделанная работа меньше указанной. Следовательно, правильный ответ:

12.E: Термодинамические процессы (упражнения) — Chemistry LibreTexts

Это домашние упражнения, сопровождающие текстовую карту, созданную Oxtoby et al. Для «Принципов современной химии». Дополнительные банки вопросов по общей химии можно найти для других текстовых карт, и получить доступ к ним можно здесь.

Q1A

Образец газа \ (\ ce {O_2} \) находится под внешним давлением 17 атм и содержится в баллоне объемом 50 л. Газ охлаждается, и его объем равен 25 л. Вычислите количество проделано на газ \ (\ ce {O_2} \).

Решение

\ [\ begin {align *} w & = — P \ Delta V \ nonumber \\ [5pt] & = -P_ {ext} (V_2-V_1) \\ [5pt] & = — 17atm \ (25 \, L-50 \, L) = 425 \, L \ атм \\ [5pt] & = 425 \ атм \ L \ (101.325 \ dfrac {J} {atm \ L}) \\ [5pt] & = 43, 063 \, J \\ [5pt] & = 43.06 \, кДж \ end {align *} \ nonumber \]

Q1B

Система, содержащая газообразный кислород, нагревается при постоянном давлении 40,0 атм, так что ее объем увеличивается с 177 л до 458 л. Выразите объем работы, проделанной системой, в килоджоулях.

Решение

Формула для работы от расширения газа при постоянном давлении

\ [w = -P_ {ext} \ Delta V \ nonumber \]

\ [ш = -40 \; атм \ раз (458 \; L — 177 \; L) = -11240 \; L \; банкомат \ nonumber \]

Перевести из L атм в джоули

\ [- 11240 \; L \; атм \ раз 101.325 \; \ dfrac {J} {L \ atm} = -1138893 \; J \ nonumber \]

Преобразуйте Дж в кДж и округлите, чтобы получить окончательный ответ

\ [-1138893 \; J \ times \ dfrac {1 \; кДж} {1000 \; J} = — 1140 \; кДж \ nonumber \]

\ [ш = -1140 \; кДж \ nonumber \]

2 квартал

Газовая смесь внутри одного из цилиндров самолета расширяется против постоянного внешнего давления 5,00 атм из-за увеличения высоты от начального объема 500 мл (в конце такта сжатия) до конечного объема 1200 мл. .Вычислите работу, совершаемую над газовой смесью во время этого процесса, и выразите ее в Джоулях.

Решение

$$ w = — (5,00 \ атм) (1200 \ мл — 500 \ мл) (\ dfrac {1 \ L} {1000 мл}) (101,3 \ dfrac {J} {L \ times atm}) = -354,55 Дж \]

3 квартал

Следующие события основаны на реальных событиях . Мяснику из местного китайского ресторана необходимо разморозить большой кусок говядины, который весит \ (50 \, фунт \) и в настоящее время находится на уровне \ (0 ^ {\ circ} C \). 2} = 338,724 Дж \ nonumber \]

Оттуда, поскольку тепло не теряется, оно переносится на каждую каплю. Следовательно, количество раз, которое ему нужно бросить мясо, определяется простым делением:

\ [141747,5 Дж \ div {338,724 Дж} = 418,474 капель \ nonumber \]

Таким образом, необходимое количество капель составляет около 419.

Abstract: Вычислить теплоту из \ (Q = mC_ {p} \ Delta {T} \) и \ (Q = V = mg \ Delta {h} \). Разделите два.

4 квартал

Предположим, у вас есть мяч \ ((C_p = 0.{\ circ} C \ end {align} \ nonumber \]

Q7A

Правило Дюлонга и Пети показывает, что молярные теплоемкости большинства металлических элементов группируются вокруг определенного значения «X» \ (\ dfrac {J} {K \ mol} \) при температуре 25 ^o C. показаны молярные теплоемкости металлов рения, серебра, свинца, вольфрама, меди, молибдена и гафния (при условии, что соответствующие удельные теплоемкости этих металлов равны 0,14 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \), 0,23 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \), 0.13 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \), 0,13 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \), 0,39 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \), 0,25 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \) и 0,14 \ (\ dfrac {J} {K \ g} \)) найдите значение «X». (подсказка: возьмите среднее значение рассчитанной молярной теплоемкости и округлите значение до ближайшего целого числа).

Решение

Чтобы сначала найти молярную теплоемкость каждого металла, умножьте молярную массу каждого металла на их удельную теплоемкость:

Молярная теплоемкость:

\ (Re = 0.14 \ dfrac {J} {K \ g} \ times186.207 \ dfrac {g} {mol} = 26,068 \ dfrac {J} {K \ mol} \) \ (Ag = 0,23 \ dfrac {J} {K \ g} \ times 107.868 \ dfrac {g} {mol} = 24.809 \ dfrac {J} {K \ mol} \) \ (Pb = 0.13 \ dfrac {J} {K \ g} \ times 207.2 \ dfrac {g} {mol} = 26,936 \ dfrac {J} {K \ mol} \)

рассчитать среднюю молярную теплоемкость:

Средняя молярная теплоемкость = \ (\ dfrac {(26. 068 \ dfrac {J} {K \ mol} + 24.809 \ dfrac {J} {K \ mol} + 26.936 \ dfrac {J} {K \ mol} + 23,899 \ dfrac {J} {K \ mol} + 24,7829 \ dfrac {J} {K \ mol} + 23,99 \ dfrac {J} {K \ mol} + 24.988 \ dfrac {J} {K \ mol})} {7} = 25,068 \ dfrac {J} {K \ mol} \)

\ (W = 0,13 \ dfrac {J} {K \ g} \ times 183,84 \ dfrac {g} {mol} = 23,899 \ dfrac {J} {K \ mol} \)
\ (Cu = 0,39 \ dfrac { J} {K \ g} \ times 63,546 \ dfrac {g} {mol} = 24,7829 \ dfrac {J} {K \ mol} \)
\ (Mo = 0,25 \ dfrac {J} {K \ g} \ times 95.96 \ dfrac {g} {mol} = 23.99 \ dfrac {J} {K \ mol} \)
\ (Hf = 0.14 \ dfrac {J} {K \ g} \ times 178.49 \ dfrac {g} {mol} = 24,988 \ dfrac {J} {K \ mol} \)

Q7B

Удельная теплоемкость металлов алюминия, висмута, меди, свинца и серебра при 25 ° C равна 0.900, 0,123, 0,386, 0,128 и 0,233 \ (\ dfrac {J} {g \ K} \). Рассчитайте молярную теплоемкость этих металлов. Согласно правилу Дюлонга и Пети, молярные теплоемкости металлических элементов, подобных этим, составляют примерно 25 \ (\ dfrac {J} {K \ mol} \).

Решение

Умножьте каждую из удельных теплоемкостей на соответствующую молярную массу, чтобы получить их молярные теплоемкости.

Алюминий:

\ [0,900 \ dfrac {J} {g \ K} \ times 26.98 \ dfrac {g} {mol} = 24.3 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

висмут:

\ [0.123 \ dfrac {J} {g \ K} \ times 208.98 \ dfrac {g} {mol} = 25.7 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

Медь:

\ [0.386 \ dfrac {J} {g \ K} \ times 63.55 \ dfrac {g} {mol} = 24.5 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

Вывод:

\ [0,128 \ dfrac {J} {g \ K} \ times 207.2 \ dfrac {g} {mol} = 26,5 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

Серебро:

\ [0.223 \ dfrac {J} {g \ K} \ times 107.87 \ dfrac {g} {mol} = 25.1 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

Q9

Неизвестный объем воды плотно закрывается в контейнере, подходящем для микроволновой печи при комнатной температуре, прежде чем он помещается в ледяную баню, где он охлаждается учеником.

1. Во время процесса охлаждения в ледяной ванне укажите, являются ли (\ (\ Delta U \)), Q и W системы отрицательными, нулевыми или положительными. Объясните свои рассуждения.
2. После охлаждения ученик решает, что вода кажется слишком холодной, поэтому его помещают в микроволновую печь, где емкость с водой снова нагревается до комнатной температуры. Каковы новые признаки (\ (\ Delta U \)), Q и W во время процесса нагрева? Объясните свои рассуждения.
3. Теперь определите знаки ((\ (\ Delta U \)) ₁ + (\ (\ Delta U \)) ₂ ), (Q ₁ + Q ₂ ) и ( W ₁ + W ₂ ), где это возможно, предполагая, что процесс охлаждения был этапом 1, а процесс нагрева — этапом 2.

Решение

1. W — ноль , Q — отрицательное значение , а (\ (\ Delta U \)) — отрицательное значение . Работа на этом этапе равна нулю, потому что ни объем, ни давление в емкости не меняются. Поскольку вода холоднее, чем до того, как тепло покинуло систему, это отрицательно; и поскольку (\ (\ Delta U \)) = Q + W и W = 0, то (\ (\ Delta U \)) = Q , что отрицательно, поэтому (\ (\ Delta U \)) отрицательный.
2. W — ноль , Q — положительный , а (\ (\ Delta U \)) — положительный. Работа на этом этапе равна нулю, потому что ни объем, ни давление в емкости не меняются. Поскольку вода горячее, чем до того, как тепло поступило в систему, это положительно, и поскольку (\ (\ Delta U \)) = Q + W и W = 0, то (\ (\ Delta U \) ) = Q , что положительно, поэтому (\ (\ Delta U \)) положительно.
3. Поскольку W было равно нулю для обоих процессов выше ( W ₁ + W ₂ ) равно нулю . ((\ (\ Delta U \)) ₁ + (\ (\ Delta U \)) ₂ ) = (Q ₁ + Q ₂ ), где они оба равны ноль .

Если вода охлаждается от комнатной до более низкой температуры, а затем нагревается до комнатной температуры, не будет ((\ (\ Delta U \)) ₁ + (\ (\ Delta U \) ) ₂ ) быть 0? Q — единственный фактор, фактически изменяющийся здесь, и q (от нагрева до охлаждения) = -q (от охлаждения до нагрева), при условии, что изменение t такое же.Таким образом, и ((\ (\ Delta U \)) ₁ + (\ (\ Delta U \)) ₂ ) и q должны быть 0.

Q11

Ваш партнер по лаборатории поместил образец неизвестного горячего металла весом 40,0 г, который первоначально имеет температуру 130,0 ° C, в 100,0 г воды с исходной температурой 50,0 ° C. Температурный зонд показывает, что равновесие достигается при 60,15 ° C. Используя удельную теплоемкость воды 4,18 \ (\ dfrac {J} {K} \), вычислите удельную теплоемкость неизвестного металла.

Решение

Представьте себе две подсистемы: металл и воду. Если смешать горячий металл и холодную воду в хорошо изолированном контейнере (который предотвращает утечки тепла), то тепло, поглощаемое системой, будет равно нулю. Поскольку система представляет собой сумму двух подсистем:

\ [q_ {sys} = 0 = q_ {металл} + q_ {вода} \ nonumber \]

Для обеих подсистем количество полученного тепла равно удельной теплоемкости, умноженной на массу, умноженную на изменение температуры:

\ [q_ {металл} + q_ {вода} = m_ {вода} C_ {s, вода} \ Delta \; T_ {металл} \ = 0 \ nonumber \]

Решение для удельной теплоемкости металла:

\ [c_ {s, metal} = \ dfrac {-m_ {вода} c_ {s, water} \ Delta \; T_ {вода}} {m_ {metal} \ Delta \; T_ {metal}} = \ dfrac {-100. {\ circ} C} = 1,52 \ dfrac {J} {K \ g} \ nonumber \]

Совет: не переводите градусы Цельсия в Кельвины. Шкалы Кельвина и Цельсия отличаются только расположением нулевых точек. Изменение температуры в градусах Цельсия такое же изменение температуры в градусах Кельвина.

Q11

Допустим, у вас 34,5 грамма горячего металла, температура которого изначально составляет 75 ° C, и вы помещаете этот металл в 64,0 грамма воды с исходной температурой 25 ° C. Если два объекта достигают теплового равновесия при 39 ° C, какова удельная теплоемкость металла, когда удельная теплоемкость воды равна \ (4.18 \ dfrac {J} {K \ g} \).

Решение

Формула, используемая для решения этого вопроса: \ [m_1c_1 \ Delta T_1 = -m_2c_2 \ Delta T_2 \ nonumber \]

Подставьте известные значения и решите для \ (c_1 \)

\ ((34.15 \; g) (c_1) (36 ° C) = — (64 \; g) (4.18 \; \ dfrac {J} {K \ g}) (- 14 ° C) \)

\ (c_1 = 3.02 \; \ dfrac {J} {K \ g} \)

Q12

Образец алюминия 10,00 г при 60,0 ° C и образец 30,0 г меди при температуре -20.0 ° C одновременно бросали в 50,0 г воды при температуре 25,0 ° C. Какова будет конечная температура системы, состоящей из двух металлических образцов и воды? Предполагая, что эта система полностью изолирована от окружающей среды. Используйте приведенную ниже информацию для своих расчетов.

• \ (c_ {s (Al)} = 0,900 Дж / (К • г) \)
• \ (c_ {s (Cu)} = 0,385 Дж / (К • г) \)
• \ (c_ {s (H_2 O)} = 4,184 Дж / (К • г) \)

Решение

Поскольку наша система изолирована, тепловая энергия, теряемая одним компонентом, передается другим компонентам.

\ [q_1 = -q_2 \ nonumber \]

, что эквивалентно

\ [C_1 ∆T = -C_2 ∆T \ nonumber \]

Отметив, что

\ [C = m C_s \ nonumber \]

Чтобы избежать сложности обработки трех компонентов, мы можем использовать тот факт, что температура является функцией состояния; мы упростим наши вычисления, выбрав другой путь для достижения нашего конечного состояния.

Мы можем сделать это в два этапа:

Не обращайте внимания на образец алюминия и рассматривайте медь и воду как единственные компоненты нашей системы.После определения температуры равновесия мы добавляем образец алюминия в систему воды и меди, тем самым достигая того же конечного состояния.

Это тот же ответ, который мы получили раньше. Это должно иметь интуитивный смысл, потому что независимо от того, какой путь мы выбираем, мы получаем в нашей системе точно такое же количество тепловой энергии.

Шаг 1

\ [m_ {Cu} × C_ {s (Cu)} × (T_f-T_ {i (Cu)}) = — m_ {H_2O} C_ {s (H_2 O)} (T_f-T_ {i (H_2 O )}) \ nonumber \]

\ [30.0 \, г × 0,385 \, Дж / (° C • g) × (T_f + 20 ° C) = — 50,0 \, g × 4,184 \, Дж / (° C • g) × (T_f-25,0 ° C) \ nonumber \]

Решение для \ (T_f \) для системы меди и воды дает нам

\ [T_f = 22,6 ° C \ nonumber \]

Шаг 2

\ [C _ {(Cu + H_2 O)} × (T_f-T_ {i (Cu + H_2 O)}) = — m_ {Al} × C_ {s (Al)} × (T_f-T_ {i (Al )}) \ nonumber \]

Отметив, что

\ [C _ {(Cu + H_2 O)} = m_ {H_2O} × C_ {s (H_2 O)} + m_ {Cu} × C_ {s (Cu)} \ nonumber \]

Объединение двух уравнений и вставка значений дает нам

\ [[(30.0 \, г × 0,385 \, Дж / (° C • g)) + (50,0 \, g × 4,184 \, Дж / (° C • g))] × (T_f-22,6 ° C) = -10,0 \, g × 0,900 \, Дж / (K • g) × (T_f-60 ° C) \ nonumber \]

Решение для \ (T_f \):

\ [T_f = 24,1 ° C \ nonumber \]

Это конечная температура всей системы.

Альтернативный подход

Мы также можем выбрать путь, по которому сначала добавим алюминий, а затем медь. Опять же, температура — это функция состояния, и выбор другого пути не повлияет на окончательный ответ.Мы также показываем расчет для этого пути для завершения.

Шаг 1

\ [m_ {Cu} × C_ {s (Al)} × (T_f-T_ {i (Al)}) = — m _ {(H_2 O)} × C_ {s (H_2 O)} × (T_f-T_ {i (H_2 O)}) \ nonumber \]

\ [10. 0 \, g × 0.900 \, Дж / (° C • g) × (T_f + 20 ° C) = — 50.0 \, g × 4.184 \, Дж / (° C • g) × (T_f-25.0 ° C) \ nonumber \]

Решение для \ (T_f \) для системы алюминия и воды дает нам

\ [T_f = 26,4 ° C \ nonumber \]

Шаг 2

\ [[(m _ {(H_2 O)} × C_ {s (H_2O)}) + (m_ {Al} × C_ {s (Al)})]] × (T_f-T_ {i (Al + H_2 O )}) = — m_ {Al} × C_ {s (Cu)} × (T_f-T_ {i (Cu)}) \ nonumber \]

Вставка номеров,

\ [[(10.0 \, г × 0,900 \, Дж / (° C • g)) + (50,0 \, g × 4,184 \, Дж / (° C • g)] × (T_f-26,4 ° C) = — 30,0 \, г × 0,385 \, Дж / (К • г) × (T_f + 20 ° C) \ nonumber \]

Решение для \ (T_f \)

\ [T_f = 24,1 ° C \ nonumber \]

Q15A

Рассчитано количество тепла, необходимое для плавления 3,00 г льда, и тепла, необходимого для изменения температуры воды с 0 ° C до 100 ° C. Какова пропорциональность тепла, необходимого для таяния льда, по сравнению с теплом, необходимым для изменения температуры воды с 0 ° C до 100 ° C? Использовать значения из Таблицы S2 и для расчетов принять \ (\ Delta H_ {f} \) = 334 Дж г ^-1 ? Почему тепло положительно, а не отрицательно?

Решение

Сначала определим количество тепла, необходимое для таяния льда:

\ (q = m \ Delta H_ {f} \)

\ (q = 1,002 \ Дж \)

Затем определим количество тепла, необходимое для повышения температуры воды на 100 ° C:

\ (q = mC_s \ Delta {T} \)

\ (q = 1,254 \ Дж \)

Таким образом, пропорциональность была определена как 4: 5

Тепло положительное, потому что требуется тепло.Тепло необходимо, чтобы при плавлении состояния переходили из твердого в жидкое, а затем из жидкого в газообразное при повышении температуры от 0 до 100 градусов Цельсия.

Q15B

Наблюдение XVIII века гласит, что тепло, которое подняло определенную массу воды от точки замерзания до точки кипения, равно четырем третям тепла, необходимого для плавления той же массы льда. Используя теорию, лежащую в основе наблюдения, оцените количество тепла, необходимое для плавления 10 г льда, знайте, что теплоемкость воды равна 4.{o} C) \]

$$ q_ {1} = 4180Дж = 4,18 кДж \]

Пусть для плавления 10 г льда требуется тепло q2:

$$ q_ {1} = \ dfrac {4} {3} q_ {2} \]

$$ q_ {2} = \ dfrac {3} {4} q_ {1} \]

$$ q_ {2} = \ dfrac {3} {4} (4,18 кДж) = 3,135 кДж \]

Q17

На день рождения родители Джона подарили ему сжимаемую печь, наполненную 0,250 моль аргона. Если он установит эту сжимаемую печь на 1,00 атм и 273 К и позволит ей сжаться от постоянного внешнего давления 0.100 атм, пока давление газа не достигнет 10,00 атм, а температура не достигнет 400 К, какова работа, совершаемая с газом, изменение внутренней энергии и тепло, поглощаемое газом?

Решение

Используя закон идеального газа \ (PV = nRT \), мы видим, что:

\ [V_o = \ dfrac {n \ R \ T_o} {P_o} \ nonumber \]

\ [V_f = \ dfrac {n \ R \ T_f} {P_f} \ nonumber \]

** n = 0,25 моль, R = 0,082 \ (\ dfrac {atm \ L} {mol \ K} \) Po = 1 атм, Pf = 10 атм To = 273K Tf = 400K **

, где \ (V_o \) и \ (V_f \) представляют начальный и конечный объем камеры.Теперь давление внутри камеры явно меняется, но за пределами камеры давление остается постоянным, поэтому с точки зрения окружающей среды:

\ [W = -P (V_f — V_o) \ nonumber \]

где \ (P \) представляет постоянное внешнее давление. Теперь подставив в V _f и V _o , мы увидим, что мы решили для работы. Теперь для любого термодинамического процесса:

\ [\ Delta {U} = \ dfrac {3} {2} n \ R (T_f — T_o) \ nonumber \]

Таким образом, включение этих значений позволяет нам найти ∆U.Теперь, что касается тепла, мы просто вычитаем W из ∆U по первому закону термодинамики.

** Первый закон термодинамики: полная энергия изолированной системы постоянна, энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но не может быть создана или разрушена. **

Q19

Возьмем 4 моля идеального одноатомного газа, находящегося в процессе расширения. Первоначально газ подавали под давлением 5,00 атм и температурой 30 ° C. Сначала газ подвергается изотермическому расширению, пока его объем не увеличится вдвое.{-1}) (303.15 \, K) \ ln (2) = 6988 \, J = Q \]

Изохорный процесс

$$ W = 0 \]

$$ \ Delta U = Q \]

Сначала найдите начальное давление этого процесса.

Используйте идеальный закон, чтобы связать давление с объемом. PV = nRT, в котором P обратно пропорционально V.

Таким образом, когда объем увеличивается вдвое, давление уменьшается вдвое, так что \ (P_f = 2.50 \, атм \). Теперь найдите конечную температуру этого процесса.

Еще раз свяжите P с T, используя закон идеального газа.Обнаружено, что T прямо пропорциональна P. Таким образом, если давление уменьшается вдвое с 2,50 атм, температура также должна быть уменьшена вдвое с 303,15 К.

\ (\ dfrac {1} {2} (303,15 КБ) = 151,58 КБ \)

\ [Q = nC_v \ Delta T = (4,00 моль) (\ dfrac {3} {2}) (8,314 \ dfrac {J} {K \ mol}) (- 151,58K) = — 7561J = \ Delta U \ ]

Процессы	ΔU	Q	Вт
Изотермический	0	6988J	6988J
Изохорный	-7561J	-7561J	0

Q20

Устройство настроено таким образом, что идеальный газ высвобождается в вакууме, открыв запорный кран, следовательно, позволяя ей свободно расширяться (I. е., внешняя сила не применяется). Вычислите \ (\ Delta {U} \) системы и докажите, что процесс свободного расширения является адиабатическим, т.е. без теплопередачи.

Решение

$$ \ Delta U = \ dfrac {3} {2} nR \ Delta T $$

Поскольку расширение изотермическое, т.е. происходит без изменения температуры:

$$ \ Delta T = 0 $$

Следовательно,

$$ \ Delta U = 0 $$

и

$$ \ Delta U = q_p + w $$

Поскольку внешняя сила, приложенная к газу, равна нулю, работа, совершаемая газом, равна нулю.

Следовательно,

$$ 0 = q_p + 0 $$

$$ q_p = 0 $$

Это доказывает, что процесс адиабатический.

Q21

Сосуд емкостью 150 л содержит 8,00 моль неона при 270 К, сжатый адиабатически, так что нет ни увеличения, ни потери тепла, и необратимо до тех пор, пока конечная температура не достигнет 470 К. Рассчитайте изменение внутренней энергии, добавленное тепло на газ, и проделанные работы на газе.

Решение

Поскольку Ne представляет собой одноатомный идеальный газ и объем сосуда остается постоянным, теплоемкость \ (Ne \) может быть выражена как:

$$ C_ {p} = \ dfrac {3} {2} \ times R = \ dfrac {3} {2} \ times 8.314 \ dfrac {J} {K \ cdot mol} = 12.47 \ dfrac {J} {K \ cdot mol} \]

$$ \ Delta U = nC_ {p} \ Delta T \]

$$ \ Delta U = 8.00 \ times 12.47 \ dfrac {J} {K \ cdot mol} \ times (470-2700) \; К = 19952 \; J = 20,0 \; кДж \]

Поскольку сосуд сжимается адиабатически, тепло не добавляется, поэтому \ (q = 0 \)

$$ \ Delta U = q + w \]

$$ 20,0 \; кДж = 0 + w \]

$$ w = 20,0 \; кДж \]

Q22

Газ расширяется при постоянном внешнем давлении 3.00 атм, пока его объем не увеличится на 9,00 до 15,00 л. Во время этого процесса он поглощает 800 Дж тепла из окружающей среды.

1. Вычислить изменение энергии газа, \ (\ Delta U \)
2. Вычислите работу, w , проделанную с газом в необратимом адиабатическом ( q = 0) процессе, соединяющем одно и то же начальное и конечное состояния.

Решение

a) $$ \ Delta U = q + w \]

\ [\ Delta U = 800J + — ((3.00 атм) (15,00 л — 9,00 л) (101,3 \ dfrac {J} {L \ atm})) = -1023,4 Дж \]

б) $$ q = 0 \]

\ [\ Delta U = w \]

$$ \ Delta U = — ((3,00 атм) (15,00 л — 9,00 л) (101,3 \ dfrac {J} {L \ atm})) = -1823,4 Дж \]

Q23

Используя теорему о равнораспределении энергии, вычислите удельную теплоемкость при постоянном давлении \ (C_p \) при 25ºC и 1 атм для \ (O_2 \) и \ (CO \). Сравните рассчитанные значения с экспериментальными данными \ ((O_2 = 29.36, CO = 29,1) \) и таким образом вычислить процент от экспериментального значения, который является результатом колебательных движений. Ответ: Процент \ (C_p \) из-за колебательных движений составляет 0,897% для \ (O_2 \) _{и 0,141% для \ (CO \).}

Решение

Теорема о равнораспределении утверждает, что каждая степень свободы в молекуле дает ½ RT молярной внутренней энергии газа. Чтобы решить эту проблему, необходимо определить количество степеней свободы \ (DOF \) в каждой молекуле.

\ (O_2 \) — линейная двухатомная частица, поэтому она имеет 3 поступательные степени свободы и 2 вращательные степени свободы. Поскольку \ (CO \) — линейная молекула, она также имеет 3 поступательные и 2 вращательные степени свободы. Молекулы находятся при комнатной температуре. Таким образом, предполагается, что в связи нет никакой вибрации (кроме нулевой энергии).

Низкий процент \ (C_p \) из-за колебательных мод в обеих молекулах указывает на то, что колебательное движение чрезвычайно мало и им можно пренебречь.

\ [DOF ({O_2}) = {f_t} + {f_r} = 3 + 2 = 5 \ nonumber \]

\ [DOF (CO) = {f_t} + {f_r} = 3 + 2 = 5 \ nonumber \]

Используя уравнение

\ [U = \ left (DOF \ right) \ cdot \ left (\ dfrac {1} {2} RT \ right) \ nonumber \]

найти внутреннюю энергию каждой газовой молекулы.

\ [U \ left (O_2 \ right) = \ left (5 \ right) \ cdot \ left (\ dfrac {1} {2} RT \ right) \ nonumber \]

Поскольку \ (O_2 \) и \ (CO \) имеют одинаковые степени свободы,

\ [U \ left (O_2 \ right) = U \ left (CO \ right) = \ dfrac {5} {2} RT \ nonumber \]

Внутренняя энергия связана с \ (C_v \) на

\ [C_v = \ left (\ dfrac {\ partial U} {\ partial T} \ right) = \ left (\ dfrac {\ partial \ dfrac {5} {2} RT} {\ partial T} \ right ») = \ dfrac {5} {2} R \ nonumber \]

\ (C_v \) связано с \ (C_p \) на

\ [C_p = C_v + R = \ dfrac {5} {2} R + R = \ dfrac {7} {2} R = \ dfrac {7} {2} \ times 8.314 \ dfrac {J} {mol \ K} = 29,099 \ dfrac {J} {mol \ K} \ nonumber \]

Процент экспериментального значения, полученного в результате вибрационного движения, представляет собой разницу между расчетным и экспериментальным значением в процентах от экспериментального значения.

\ [\% вибраций \, движение (O_2) = \ dfrac {экспериментальный \, значение — вычисленное \, значение} {экспериментальное \, значение} \ times 100 = \ dfrac {29.36 — 29.099} {29.099} \ times 100 = 0,897 \% \ nonumber \]

\ [\% вибраций \, движение (CO) = \ dfrac {экспериментальный \, значение — вычисленное \, значение} {экспериментальное \, значение} \ times 100 = \ dfrac {29.14 — 29,099} {29,099} \ times 100 = 0,141 \% \ nonumber \]

Q23

Используя классическую теорему о равнораспределении, вычислите значение \ (C_p \) при 298K и 1 атм для \ (HF _ {(g)} \) и \ (F_ {2 (g)} \) _, , предполагая, что их давление постоянно. Затем сравните свой расчет с экспериментальными значениями \ (29.13 \ dfrac {J} {K \ mol} \) и \ (31.30 \ dfrac {J} {K \ mol} \) соответственно. Какой процент измеренного значения возникает из-за колебательных движений?

Решение

Двухатомные молекулы обладают в общей сложности 6 степенями свободы:

• 3 градуса в поступательном движении
• 2 градуса при вращении перемещении
• 1 градус в их колебательных движениях движениях

$$ 6.11 \ для \ F_ {2 (g)} = 0,735R \]

Различия связаны с тем, что некоторые квантованные уровни энергии недоступны при определенных температурах, в данном случае при комнатной температуре. Это означает, что \ (HF _ {(g)} \) внесло только 0,004R из его экспериментального значения \ (29,13 \ dfrac {J} {K \ mol} \) ^{в колебательную степень свободы, которая составляет 0,014%. \ (F_ {2 (g)} \) вносит 0,265R его экспериментального значения \ (31,30 \ dfrac {J} {K \ mol} \), что составляет 0,847%.}

Каждая поступательная и вращательная степень свободы вносит вклад \ (\ dfrac {R} {2} \) в теплоемкость газа, в то время как каждая колебательная степень свободы вносит вклад в \ (\ dfrac {2R} {2} \) (= Р).Следовательно, расчетная теплоемкость \ ((C_v) \) при постоянном объеме составляет:

$$ C_v = 3 \ times (\ dfrac {R} {2}) + 2 \ times (\ dfrac {R} {2}) + 1 \ times (\ dfrac {2R} {2}) = 7 (\ dfrac {R} {2}) $$

Поскольку вопрос заключается в теплоемкости этих газов, находящихся под постоянным давлением, результат умножается на дополнительный \ (\ dfrac {2R} {2} \), поскольку объем может изменяться, чтобы поддерживать давление. постоянный. Следовательно:

$$ C_v = (\ dfrac {2R} {2}) + (\ dfrac {7R} {2}) = \ dfrac {9R} {2} $$

$$ R = 8.3145 \ dfrac {J} {K \ mol} $$

$$ C_p = \ dfrac {9 (8. 3145 \ dfrac {J} {K \ mol})} {2} = 37.41 \ dfrac {J} {K \ mol} $$

Это расчетное значение для обоих газов. Поскольку экспериментальные значения были \ (29.13 \ dfrac {J} {K \ mol} \) для \ (HF _ {(g)} \) и \ (31.30 \ dfrac {J} {K \ mol} \) ^{для \ (F_ {2 (g)} \), расхождения между расчетами составили:}

$$ 8,28 \ для \ HF _ {(g)} = 0,996R $$

Q25

1. Рассчитайте изменение энтальпии, когда образец цинка весом 69 граммов нагревается от 753 K до 927 K при постоянном давлении 1 атм.oC} \)

   \ (q = 69 \ раз 0,39 \ раз 174 = 4682,34 \ J = 4,56 \ кДж \)

   б)

   \ (q = nC_p \ Delta T \)

   \ (n = 3 \)

   \ (\ Delta T = 258-204 = 54 \ K \)

   \ (C_p = 132,42 \)

   \ (q = 3 \ раз 132,42 \ раз 54 = 21452,04 \ J = 21,4504 \ кДж \)

   Q31

   Каково изменение энтальпии при испарении 8,19 грамма этана (\ (\ ce {C_2H_6} \)) при нормальной температуре кипения и \ (\ ce {\ Delta H_ {vap}} = 14.72 \ \ dfrac {kJ} {mol} \).

   Решение

   Сначала переведем граммы этана в моль:

   \ [(8.19 \; \ cancel {g \; C_ {2} H_ {6}}) \ left (\ dfrac {1 \: mol} {30.07 \: \ cancel {g \; C_ {2} H_ { 6}}} \ right) = 0,272 \; моль \ nonumber \]

   Этот шаг предназначен для сопоставления единиц количества этана с единицами в заданном значении \ (\ ce {\ Delta H_ {vap}} \).

   Тогда, учитывая \ (\ ce {\ Delta H_ {vap}} \),

   \ [(0.272 \; \ cancel {mol \; C_ {2} H_ {6}}) \ left (\ dfrac {14.72 \: кДж} {1 \: \ cancel {mol \; C_ {3} H_ {8}}} \ вправо) = 4,004 \; кДж \ nonumber \]

   \ (\ ce {\ Delta H} = 4,004 \; кДж \)

   Это значение представляет собой изменение энтальпии или термодинамической энергии, когда указанное количество этана подвергается указанной выше реакции.

   Q33

   Теплоемкость \ (C_p \) льда составляет \ (38 \ dfrac {J} {K \ mol} \) ^{, а \ (C_p \) _{воды составляет \ (75 \ dfrac {J} {K \ mol} } \). 24,0 г кубика льда при температуре -15 o ° C помещают в 120 г воды комнатной температуры (25 ° ° C).{o} C \]}}

   Q35

   Определите изменение энтальпии \ (\ left (\ ce {\ Delta} {H} \ right) \) для следующей химической реакции

   \ (\ ce {4NH_ {3 (g)} + 5O_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 4NO _ {(g)} + 6H_2O _ {(g)}} \)

   при том, что:

   \ (\ ce {O_ {2 (g)} + N_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 2NO _ {(g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (+ 180,5 \ \ dfrac {kJ} {mol} \)

   \ (\ ce {2H_2O _ {(g)} \ rightleftharpoons 2H_ {2 \, (g)} + O_ {2 \, (g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (+ 483.64 \ \ dfrac {кДж} {mol} \)

   \ (\ ce {3H_ {2 (g)} + N_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 2NH_ {3 (g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (- 92.22 \ \ dfrac {kJ} {mol} \).

   Решение

   Используя закон Гесса, мы можем получить \ (\ ce {\ Delta} {H} \) для

   \ (\ ce {4NH_ {3 (g)} + 5O_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 4NO _ {(g)} + 6H_2O _ {(g)}} \)

   , добавляя и изменяя другие приведенные уравнения до тех пор, пока они не будут напоминать уравнение выше.

   \ (\ ce \ left ({O_ {2 (g)} + N_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 2NO _ {(g)}} \ right) \ times \ left (2 \ right) \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (+ 180.5 \ \ dfrac {kJ} {mol} \ times \ left (2 \ right) \)

   \ (\ ce \ left ({2H_2O _ {(g)} \ rightleftharpoons 2H_ {2 \, (g)} + O_ {2 \, (g)}} \ right) \ times \ left (-3 \ right) \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (+ 483.64 \ \ dfrac {kJ} {mol} \ left (-3 \ right) \)

   \ (\ ce \ left ({3H_ {2 (g)} + N_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 2NH_ {3 (g)}} \ right) \ times \ left (-2 \ right) \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (- 92.22 \ \ dfrac {kJ} {mol} \ times \ left (-2 \ right) \)

   Вышеупомянутые модификации упрощают до

   \ (\ ce {2O_ {2 (g)} + 2N_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 4NO _ {(g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (+ 361 . 0 \ \ dfrac {кДж} {mol} \)

   \ (\ ce {6H_ {2 \, (g)} + 3O_ {2 \, (g)} \ rightleftharpoons 6H_2O _ {(g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (- 1450.92 \ \ dfrac {кДж} {mol} \)

   \ (\ ce {4NH_ {3 \, (g)} \ rightleftharpoons 6H_ {2 \, (g)} + 2N_ {2 \, (g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (184.4 \ \ dfrac {kJ} {mol} \)

   Виды, общие для обеих сторон, могут быть исключены.

   \ (\ ce {2O_ {2 (g)} + \ require {cancel} \ cancel {2N_ {2 (g)}} \ rightleftharpoons 4NO _ {(g)}} \) \ (\ ce {\ Delta} { H} \) = \ (+ 361.0 \ \ dfrac {кДж} {mol} \)

   \ (\ ce {\ require {cancel} \ cancel {6H_ {2 \, (g)}} + 3O_ {2 \, (g)} \ rightleftharpoons 6H_2O _ {(g)}} \) \ (\ ce { \ Delta} {H} \) = \ (- 1450.92 \ \ dfrac {kJ} {mol} \)

   \ (\ ce {4NH_ {3 \, (g)} \ rightleftharpoons \ require {cancel} \ cancel {6H_ {2 \, (g)}} + \ cancel {2N_ {2 \, (g)}}} \) \ (\ ce {\ Delta} {H} \) = \ (184.4 \ \ dfrac {kJ} {mol} \)

   Наконец, после добавления оставшихся образцов и изменения энтальпии, которое происходит с ними, мы имеем:

   \ (\ ce {4NH_ {3 (g)} + 5O_ {2 (g)} \ rightleftharpoons 4NO _ {(g)} + 6H_2O _ {(g)}} \) с \ (\ ce {\ Delta} {H } \) = \ (- 905.5 \ \ dfrac {кДж} {mol} \)

   Q37

   \ (\ Delta H \) из \ (C_6H_ {6 (g)} \) от \ (C_6H_ {6 (l)} \) до его газообразной формы составляет \ (+ 33.9 \ dfrac {kJ} {mol} \ ). Какое из этих двух веществ поглощает больше тепла при сжигании 10 фунтов вещества? Какое из этих двух веществ требует меньше энергии при конденсации в твердую форму?

   Решение

   Задача состоит в том, что ∆H превращения C ₆ H _{6 (г)} в C ₆ H _{6 (l)} является положительным и, следовательно, является эндотермическим процессом.Следовательно, десять фунтов C ₆ H _{6 (г)} содержат больше энтальпии, чем 10 фунтов C ₆ H _{6 (л)} . Поскольку при сжигании они производят углекислый газ и воду, их продукты имеют одинаковый конечный уровень энергии. o = q_v = \ dfrac {-1420 \, кДж} {10 / (1.о / 2 \).

Следствием условия постоянного объема является то, что выделяемое тепло соответствует \ (q_v \) и, следовательно, изменению внутренней энергии \ (ΔU_ {sys} \), а не \ (ΔH_ {sys} \) при постоянном условия давления.

\ [\ Delta U_ {sys} = q_v \ nonumber \]

Это происходит из определения энтальпии

\ [H_ {sys} = U_ {sys} + PV \ nonumber \]

и соответствующее изменение

\ [\ Delta H_ {sys} = \ Delta U_ {sys} + \ Delta (PV) \ nonumber \]

или с помощью цепного правила

\ [\ Delta H_ {sys} = \ Delta U_ {sys} + \ cancelto {0} {P \ Delta V} + V \ Delta P \ label {Изменение в бомбе} \ nonumber \]

, что упрощается до

\ [\ Delta H_ {sys} = \ Delta U_ {sys} + V \ Delta P \ nonumber \]

Если принять закон идеального газа для газов

\ [PV = nRT \ nonumber \]

или

\ [\ Delta P = \ dfrac {\ Delta n R T} {V} \ nonumber \]

, подставив это в уравнение для изменения энтальпии, вы получите изменение энтальпии при постоянном объеме с точки зрения изменения числа молей

\ [ΔH_ {sys} = \ Delta U_ {sys} + Δn_gRT \ nonumber \]

или

\ [ΔH_ {sys} = q_v + Δn_gRT \ nonumber \]

где \ (Δn_g \) — изменение количества молей газов в реакции.

Q49

Двуокись углерода (\ (CO_2 \)) является обычным побочным продуктом сгорания ископаемого топлива. Оцените стандартную энтальпию образования (\ (\ Delta H_f \)) диоксида углерода при 25 ° C, используя таблицу T1.

Решение

Сначала напишите уравнение:

\ [C _ {(s)} + O_ {2 (g)} \ rightarrow CO_ {2 (g)} \ nonumber \]

Энтальпии связи в Таблице T3 позволяют нам рассчитать \ (\ Delta H ° \), потому что образуются 2 C = O и 2 C-O связи:

\ (\ Delta H ° \) ≈ 2 моль (-192.0 кДж моль ^-1 ) + 2 моль (-85,5) = -555 кДж

Затем нам нужно написать уравнения для «разделения» атомов из стандартного состояния на отдельные атомы. Каждая атомизация имеет энтальпию, указанную в Таблице T1:

.

\ [C _ {(s)} \ rightarrow C _ {(g)} \ nonumber \] \ (\ Delta H ° \) = 1 моль (716,7 кДж моль ^-1 ) = 716,7 кДж

\ [O_ {2 (g)} \ rightarrow 2O _ {(g)} \ nonumber \] \ (\ Delta H ° \) = 2 моль (249,2 кДж моль ^-1 ) = 498,4 кДж

Объедините результаты всех трех уравнений, чтобы вычислить \ (\ Delta H_f \) 1 моль CO ₂ :

-555 кДж + 716.7 кДж + 498,4 кДж = 660,1 кДж

Это решение должно быть таким же, если найти стандартную энтальпию образования с помощью таблицы T1, которая составит -393,5 кДж на один моль CO ₂ . Поскольку этот вопрос не ясен, лучше, если студенты, отвечающие на этот вопрос, просто воспользуются Таблицей T1, в которой будет просто использована стандартная теплота образования, а затем сумма продуктов минус сумма реагентов = ответ. Таким образом, ответ будет -393,5 кДж.

Q51

Учитывая приведенную ниже таблицу средних энтальпий связи, оцените изменение энтальпии \ (\ Delta H ° \) для следующей реакции:

\ [2H_2 (g) + O_2 (g) \ rightarrow 2H_2O (l) \ nonumber \]

Облигация	Энтальпия связи (кДж / моль)
\ (H-H \)	\ (436 \)
\ (H-O \)	\ (463 \)
\ (O = O \)	\ (498 \)

Решение

Чтобы вычислить полное изменение энтальпии реакции, мы используем закон Гесса.Таким образом, общая энтальпия образования равна сумме энтальпии образования реагентов и энтальпии образования продуктов.

Шаг 1. \ (\ Delta H_1 \) = энтальпии связи \ (2H_2 (г) + O_2 (г) \)

= \ (2 (H-H) + (O = O) \)

= \ (2 (436) \; кДж / моль + 498 \; кДж / моль \)

= \ (+ 1370 \; кДж / моль \)

Шаг 2. \ (\ Delta H_2 \) = энтальпии связи \ (2H_2O (l) \)

= \ (2 \ раз 2 (Н-О) \)

= \ (4 (463) \; кДж / моль \)

= \ (- 1852 \; кДж / моль \)

Шаг 3.\ (\ Delta H ° \) = \ (\ Delta H_1 \) + \ (\ Delta H_2 \)

= \ (1370 \; кДж / моль — 1852 \; кДж / моль \)

= \ (- 482 \; кДж / моль \)

Примечание на шаге 1, \ (\ Delta H_1 \) положительно, потому что процесс разрыва связей на отдельные атомы всегда эндотермический процесс, а на шаге 2 \ (\ Delta H_2 \) — это отрицательный, потому что процесс создания связей из отдельных атомов всегда экзотермический процесс.{-1} (298 КБ))} \ nonumber \]

\ [\ dfrac {P_ {2}} {P_ {1}} = 0,86 \ nonumber \]

Q63

Используя модель гармонического осциллятора, вычислите относительную населенность первого энергетического состояния и основного состояния в \ (278.15K \) для \ (H_ {2} \). Силовая постоянная для \ (H_ {2} \) равна \ (510 \ dfrac {N} {m} \)

Решение

Прежде чем приступать к решению этого уравнения, необходимо уяснить некоторые моменты.Во-первых, вопрос задает «относительную населенность» первого энергетического состояния при данной температуре (\ (278.15K \)) до энергетического состояния при \ (0K \). Напомним, что энергетические состояния — это, по сути, способ сказать, что каждое химическое вещество (молекула, атом и т. Д.) Может «иметь» определенное (дискретное) количество энергии. Каждое из этих значений является «состоянием», и состояние с наименьшим значением может считаться «основным состоянием», а все вышеперечисленные состояния являются «возбужденными состояниями». Также напомним, что состояниям можно давать имена по квантовым числам; я.{- \ varepsilon_ {n} / k_ {b} T} \)

Где C — константа, n — квантовое число (уровень энергии), \ (k_ {b} \) — постоянная Больцмана, T — температура, а \ (\ varepsilon \) — энергия молекулы, которую можно определить. как таковой:

\ (\ varepsilon_ {n} = \ left (n + \ dfrac {1} {2} \ right) hv \)

\ (hv = \ dfrac {h} {2 \ pi} \ sqrt {\ dfrac {k} {\ mu}} \)

n, как уже было показано, является квантовым числом. \ (hv \) в уравнении для \ (\ varepsilon \) определяется как произведение постоянной Планка (\ (h \)), деленной на \ (2 \ pi \), и \ (\ sqrt {\ dfrac {k } {\ mu}} \), где k — силовая постоянная, заданная в задаче, а \ (\ mu \) — приведенная масса , которую можно рассчитать следующим образом:

\ (\ mu = \ dfrac {m_ {1} m_ {2}} {m_ {1} + m_ {2}} \)

Где \ (m \) — это масса каждого из атомов.{x} \) и решите.

Q69

Контейнер вмещает 2 л газа при давлении 5,00 атм и шар, плавающий в 10 л NaOH. Когда объем газа увеличивается до 20 л, шар переворачивается вверх дном. Этот поворот вызван повышением температуры NaOH после расширения газа. Предполагая, что тепло не теряется, плотность NaOH составляет 2,13 г / см ³ , а удельная теплоемкость составляет 4,184 Дж / г K, рассчитайте повышение температуры NaOH.

Решение

«Работа», выполненная шаром по повороту, равна отрицательному значению работы, которую поглощает газ.

w = — (- P (V ₂ -V ₁ ))

w = — (- 5 атм) (20-2) L

w = 90 атм л (101,325 Дж / 1 атм л)

w = 9119,25 Дж

Работа, выполняемая мячом с помощью NaOH (чтобы повернуть мяч), коррелирует с повышением температуры NaOH на 10 л.

10 л NaOH (1000 мл / 1 л) = 10000 мл = 10000 см ³ (2,13 г / см ³ ) = 21300 г NaOH

q = mC _p ΔT

ΔT = (q NaOH) / (Удельная теплоемкость NaOH * г NaOH)

ΔT = (9119.25 Дж) / (4,184 Дж / кг · г) (21300 г)

ΔT = 0,102 K, полученный NaOH для поворота шара

Q69

Часть газа в поршне расширяется против постоянного давления 1,2 атм из объема от 3 до 18 л. {- 1} = 1459 \; J \ nonumber \]

Теперь подключите тепло, передаваемое к температуре, увеличенной через удельную теплоемкость \ (c_ {sp} \) через

\ [q = m c_ {sp} \ Delta T \ nonumber \]

\ [\ Delta T = \ dfrac {q} {m c_ {sp}} \ nonumber \]

\ [\ Delta T = \ dfrac {1459 \; J} {(150 \; g) (4.{-1})} = 2,325 \; К \ nonumber \]

Так как начальная температура 25 ° = 298 К, ​​значит,

\ [T_ {f} = 298 \; К + 2.325 \; К \ nonumber \]

\ [T_ {f} = 300,325 \; K = 27,325 ° C \ nonumber \]

5.E: Второй закон (упражнения)

Q5.1

Каков минимальный объем работы, необходимый для отвода 10,0 Дж энергии из морозильной камеры при -10,0 ° C, передачи энергии в комнату с температурой 22,4 ° C?

Q5.2

Рассмотрим изотермическое обратимое расширение 1.00 моль одноатомного идеального газа (C _V = 3/2 R) от 10,0 л до 25,0 л при 298 К. Вычислить \ (q \), \ (w \), \ (\ Delta U \), \ (\ Delta H \) и \ (\ Delta S \) для расширения.

Q5.3

Рассмотрим изобарическое обратимое расширение 1,00 моль одноатомного идеального газа (C _p = 5/2 R) с 10,0 л до 25,0 л при 1,00 атм. Вычислите \ (q \), \ (w \), \ (\ Delta U \), \ (\ Delta H \) и \ (\ Delta S \) для расширения.

Q5.4

Рассмотрим изохорное обратимое повышение температуры на 1.00 моль одноатомного идеального газа (C _V = 3/2 R) ° C, занимая 25,0 л от 298 K до 345 K. Вычислить \ (q \), \ (w \), \ (\ Delta U \), \ (\ Delta H \) и \ (\ Delta S \) для этого процесса.

Q5.5

Рассмотрим адиабатическое расширение 1,00 моль одноатомного идеального газа (C _V = 3/2 R) от 10,0 л при 273 K до конечного объема 45,0 л. Вычислить \ (\ Delta T \), \ (q \), \ (w \), \ (\ Delta U \), \ (\ Delta H \) и \ (\ Delta S \) для расширения.

Q5.6

15.0 г льда (\ (\ Delta H_ {fus} = 6. o \)) для следующих реакций при 298 К.

1. \ (CH_3CH_2OH (l) + 3 O_2 (g) \ rightarrow 2 CO_2 (g) + 3 H_2O (l) \)
2. \ (C_ {12} H_ {22} O_ {11} (s) + 12 O_2 \ rightarrow 12 CO_2 (g) + 11 H_2O (l) \)
3. \ (2 POCl_3 (l) \ rightarrow 2 PCl_3 (l) + O_2 (g) \)
4. \ (2 KBr (т) + Cl2 (г) \ вправо 2 KCl (т) + Br_2 (л) \)
5. \ (SiH_4 (г) + 2 Cl (г) \ rightarrow SiCl_4 (l) + 2 H_2 (г) \)

5.10

1.00 моль идеального газа проходит циклический процесс, состоящий из трех этапов:

1. Изотермическое расширение от V ₁ до V ₂ при T ₁
2. Изохорный нагрев от, T ₁ до T ₂ при V ₂
3. Адиабатическое сжатие от V ₂ до V ₁

1. Изобразите процесс на V-T диаграмме.
2. Найдите \ (q \), \ (w \), \ (\ Delta U \) и \ (\ Delta S \) для каждой ноги. (Если хотите, можете найти и \ (\ Delta H \)!)
3. Используйте тот факт, что \ (\ Delta S \) для всего цикла должен быть равен нулю (энтропия является функцией состояния и все…), определите взаимосвязь между V ₁ и V ₂ в терминах C _v , Т ₁ и Т ₂ .

5.11

2,00 моля одноатомного идеального газа (C _V = 3/2 R) первоначально создают давление 1.00 атм при 300,0 К. Газ проходит следующие три этапа, все из которых обратимы:

1. изотермическое сжатие до конечного давления 2,00 атм,
2. Повышение изобарической температуры до конечной температуры 400,0 К и
3. Возврат в исходное состояние по пути, в котором

\ [p = a + bT \]

где \ (a \) и \ (b \) — константы. Нарисуйте цикл на графике давления-температуры и вычислите \ (\ Delta U \) и \ (\ Delta S \) для каждого участка.Являются ли \ (\ Delta U \) и \ (\ Delta S \) нулем для суммы трех ветвей?

Q5.

12

Кусок железа 10,0 г (C = 0,443 Дж / г ° C) первоначально при 97,6 ° C помещается в 50,0 г воды (C = 4,184 Дж / г ° C) первоначально при 22,3 ° C в изолированном контейнере. Затем системе дают прийти в тепловое равновесие. Предполагая отсутствие теплового потока в окружающую среду или из нее, вычислите

1. конечная температура металла и воды
2. изменение энтропии металла
3. изменение энтропии для воды
4. изменение энтропии для Вселенной

Q5.3 \]

выдерживает при низких температурах, рассчитайте молярную энтропию вещества при 12,0 К.

Адиабатические, изотермические, изобарические и изохорические процессы

Калькулятор комбинированного закона газа — отличный инструмент для решения проблем, связанных с наиболее распространенными превращениями газов . Прочтите об изобарических, изохорных, изотермических и адиабатических процессах идеальных газов и о том, как они могут выполнять работу или выделять / поглощать тепло. Проверьте точные значения для реальных газов и забудьте о трудностях с термодинамическими упражнениями!

Что такое термодинамические процессы? Формула комбинированного закона газа

Идеальный газ можно описать несколькими параметрами, такими как давление p , объем V , температура T и количество частиц n .Они соотносятся с уравнением: p * V = n * R * T , где R обозначает постоянную идеального газа и равняется 8,3144598 Дж / (моль * K) .

Во время любого процесса по крайней мере два из этих свойств изменяются , которые могут быть скомпилированы в формулу закона комбинированного газа: p * V / T = k , где k — постоянная величина.

Из всех преобразований мы можем выделить несколько, которые охватывают подавляющее большинство примеров из повседневной жизни, или их можно рассматривать как хорошие приближения. В этом калькуляторе комбинированного закона газа мы рассматриваем процессы, в которых количество частиц постоянно, поэтому мы можем представить газ в закрытом контейнере. Это:

• изохорный процесс,
• изобарный процесс,
• изотермический процесс,
• адиабатический процесс.

Первый закон термодинамики

Внутренняя энергия U — это сумма всех видов энергии, присутствующих в системе. Довольно сложно оценить точное значение внутренней энергии, но можно найти изменения тепловой энергии ΔU , которые описываются первым законом термодинамики: ΔU = Q - W , где Q обозначает поглощенное тепло , а Вт — это работа, выполненная газом .Изменение внутренней энергии пропорционально изменению температуры ΔT и типу газа согласно следующему уравнению: ΔU = Cv * n * ΔT , где Cv — молярная теплоемкость при постоянном объеме. Для идеального газа принимает значения:

.

• 3/2 * R для одноатомного газа,
• 5/2 * R для двухатомного газа,
• 3 * R для газов с более сложными молекулами.

В реальных газах эти параметры отличаются от теоретических, но они уже есть в нашем калькуляторе термодинамических процессов.Общая формула для работы, совершаемой газом, выражается как: ∫p (V) dV , если мы рассмотрим давление как функцию объема . Хотя в целом это нетривиально, вы можете проверить, насколько упрощается формула для процессов, упомянутых ниже.

Изохорный процесс

Во время этого перехода объем является постоянным параметром , так что исходные свойства p₁ , T₁ изменяются на p₂ , T₂ следующим образом: p₁ / T₁ = p₂ / T₂ .Неизменность объема означает, что газ не выполняет никакой работы. и тепло, поглощаемое газом, в точности совпадает с изменением внутренней энергии: ΔU = Q = Cv * n * ΔT . Этот процесс можно визуализировать для газа, хранящегося в жестком контейнере, но способного обмениваться теплом с окружающей средой. Закон Гей-Люссака соответствует этому термодинамическому процессу.

Изобарический процесс

Предполагается, что давление является постоянным параметром газа во время этого перехода.Следовательно, исходные параметры V₁ , T₁ преобразуются в V₂ , T₂ со следующей формой формулы комбинированного закона газов: V₁ / T₁ = V₂ / T₂ . В связи с тем, что давление неизменно, формула для работы, совершаемой газом, имеет вид: W = p * ΔV . Однако тепло можно рассчитать как: Q = ΔU + W = Cv * n * ΔT + p * ΔV = Cp * n * ΔT . Cp известен как молярная теплоемкость при постоянном давлении, а для идеального газа Cv связано с , так что Cp = Cv + R .Закон Чарльза связан с этим переходом.

Изотермический процесс

Постоянным параметром в этом переходе является температура , так что начальные свойства p₁ , V₁ изменяются на p₂ , V₂ , а корреляция составляет: p₁ * V₁ = p₂ * V₂ . В представленном примере мы видим, что, согласно уравнению идеального газа, давление является следующей функцией объема: p (V) = n * R * T / V = ​​A / V , где A — постоянная на протяжении всего процесса.Общее выражение для работы, совершаемой газом, можно оценить как: W = n * R * T * ln (V₂ / V₁) , где ln состояния для натурального логарифма данного числа. Из-за постоянства температуры начальная энергия не меняется на , что подразумевает равенство: Q = W . Можно сказать, что все тепло, поглощаемое газом, преобразуется в работу, совершаемую им, но, с другой стороны, на практике этот переход, как известно, очень медленный, . Закон Бойля описывает термодинамические процессы такого рода.

Адиабатический процесс

При этом переходе изменяются все три параметра, но одновременно газ не обменивается теплом с окружающей средой . Справедлива следующая формула: p₁ * V₁ γ = p₂ * V₂ γ , где γ = Cp / Cv известно как отношение теплоемкости . Работа, совершаемая газом, противоположна его первоначальному изменению внутренней энергии W = -ΔU . Этот процесс описывает переходы, которые быстро прогрессируют , и у газа нет времени для поглощения или выделения тепла.

Расчетный пример

Предположим, вы хотите найти изменение внутренней энергии, поглощенное тепло и работу, выполняемую азотом, хранящимся внутри гибкого контейнера объемом 0,5 м³ при атмосферном давлении и температуре 250 K, который нагревается до 300 K. В этом случае мы рассматриваем изобарический процесс.

• Рассчитайте окончательный объем: V₂ = V₁ * T₂ / T₁ = 0,5 м³ * 300 K / 250 K = 0,6 м³ ,

• Определите количество молекул: n = p * V₁ / (R * T₁) = 101.325 кПа * 0,5 м³ / (8,314 Дж / (моль * K) * 250 K) = 24,375 моль ,

• Найдите теплоемкость азота Cv , которая равна 20,814 Дж / (моль * K) (для идеального двухатомного газа она должна быть равна 20,786 Дж / (моль * K) ),

• Расчетное изменение внутренней энергии: ΔU = 20,814 Дж / (моль * K) * 24,375 моль * 50 K = 25,367 кДж ,

• Определите работу, выполняемую газом: W = 101,325 кПа * 0,1 м³ = 10.133 кДж ,

• И оцените тепло, поглощаемое азотом: Q = 25,367 кДж + 10,133 кДж = 35,500 кДж

Вы всегда можете сэкономить время и воспользоваться нашим комбинированным калькулятором газового закона!

Цикл Карно

Это один из циклов, который представляет модель идеального двигателя с максимально возможным КПД в смысле термодинамических законов. Он состоит из двух адиабатических и двух изотермических процессов. Этот двигатель забирает тепло из горячего резервуара, преобразует его в работу, а остальное тепло отдает холодному.С помощью этого калькулятора комбинированного закона газа вы можете разработать любой термодинамический цикл и выяснить, как это изменение влияет на выходную эффективность!

Первый закон термодинамики и некоторые простые процессы

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите процессы простой тепловой машины.
• Объясните различия между простыми термодинамическими процессами — изобарными, изохорными, изотермическими и адиабатическими.
• Рассчитайте общую работу, выполненную в циклическом термодинамическом процессе.

Рис. 1. Начиная с промышленной революции, люди обуздали власть, используя первый закон термодинамики, еще до того, как мы полностью его поняли. Эта фотография паровой машины на заводе Турбиния датируется 1911 годом, всего через 61 год после первого явного утверждения первого закона термодинамики Рудольфом Клаузиусом. (кредит: общественное достояние; автор неизвестен)

Рисунок 2.Схематическое изображение тепловой машины, управляемой, конечно, первым законом термодинамики.

Одна из самых важных вещей, которые мы можем сделать с теплопередачей, — это использовать ее для работы за нас. Такое устройство называется тепловой машиной . Автомобильные двигатели и паровые турбины, вырабатывающие электричество, являются примерами тепловых двигателей. На рисунке 2 схематически показано, как первый закон термодинамики применяется к типичному тепловому двигателю.

Невозможно разработать систему, в которой Q _out = 0, то есть в которой не происходит передачи тепла в окружающую среду.

Рис. 3. (a) Передача тепла газу в баллоне увеличивает внутреннюю энергию газа, создавая более высокое давление и температуру. (b) Сила, действующая на подвижный цилиндр, действительно работает, когда газ расширяется. Давление и температура газа снижаются, когда он расширяется, указывая на то, что внутренняя энергия газа уменьшилась в результате выполнения работы. (c) Передача тепла в окружающую среду дополнительно снижает давление в газе, так что поршень может быть более легко возвращен в исходное положение.

На приведенных выше иллюстрациях показан один из способов работы теплопередачи. При сгорании топлива происходит передача тепла газу в цилиндре, что увеличивает давление газа и, следовательно, силу, которую он оказывает на подвижный поршень. Газ действительно воздействует на внешний мир, поскольку эта сила перемещает поршень на некоторое расстояние. Передача тепла в баллон с газом приводит к тому, что работа выполняется. Чтобы повторить этот процесс, поршень необходимо вернуть в исходную точку. Теперь происходит передача тепла от газа к окружающей среде, так что его давление уменьшается, и окружающая среда оказывает силу, толкающую поршень назад на некоторое расстояние.Варианты этого процесса ежедневно используются в сотнях миллионов тепловых машин. Мы подробно рассмотрим тепловые двигатели в следующем разделе. В этом разделе мы рассмотрим некоторые из более простых процессов, лежащих в основе тепловых двигателей.

PV Диаграммы и их связь с работой, выполняемой на газе

Процесс, при котором газ действует на поршень при постоянном давлении, называется изобарическим процессом . Поскольку давление постоянно, прилагаемая сила постоянна, а выполненная работа определяется как P Δ V .

Рис. 4. Изобарическое расширение газа требует теплопередачи для поддержания постоянного давления. Поскольку давление постоянно, проделанная работа составит P Δ V .

Вт = Fd . См. Символы, показанные на рисунке 4. Теперь F = PA , следовательно, W = PAd.

Поскольку объем цилиндра равен его площади поперечного сечения A, умноженной на его длину d , мы видим, что Ad = Δ V , изменение объема; таким образом, W = P Δ V (изобарный процесс).

Обратите внимание, что если Δ V положительно, тогда W положительно, что означает, что работа выполняется с помощью газа во внешнем мире.

(Обратите внимание, что давление, задействованное в этой работе, которую мы назвали P , является давлением газа внутри резервуара. Если мы назовем давление вне резервуара P _ext , расширяющийся газ будет работая против внешнего давления; следовательно, проделанная работа будет равна W = — P _ext Δ V (изобарический процесс).Многие тексты используют это определение работы, а не определение, основанное на внутреннем давлении, в качестве основы Первого закона термодинамики. Это определение меняет правила знаков для работы и приводит к формулировке первого закона, который принимает следующий вид: Δ U = Q + W .)

Неудивительно, что W = P Δ V , поскольку мы уже отметили в нашей работе с жидкостями, что давление — это тип потенциальной энергии на единицу объема, и что давление фактически имеет единицы энергии, деленные на объем.Мы также отметили в нашем обсуждении закона идеального газа, что PV имеет единицы энергии. В этом случае часть энергии, связанной с давлением, становится работой.

На рисунке 5 показан график зависимости давления от объема (то есть диаграмма PV для изобарического процесса. На рисунке видно, что проделанная работа находится под графиком. Это свойство диаграмм PV очень полезно и широко применимо: работа, выполняемая системой или системой при переходе из одного состояния в другое, равна площади под кривой на диаграмме PV .

Рис. 5. График зависимости давления от объема для процесса с постоянным давлением или изобарического процесса, такого как показанный на рис. 4. Площадь под кривой равна работе, выполняемой газом, поскольку Вт = P Δ В .

Рис. 6. (a) Диаграмма PV , на которой изменяется как давление, так и объем. Работа, проделанная для каждого интервала, — это среднее давление, умноженное на изменение объема, или площадь под кривой за этот интервал. Таким образом, общая площадь под кривой равна общей проделанной работе.(b) Работа должна быть проделана в системе, чтобы следовать обратному пути. Это интерпретируется как отрицательная область под кривой.

Мы можем увидеть, к чему это ведет, рассмотрев рисунок 6a, который показывает более общий процесс, в котором изменяются и давление, и объем. Площадь под кривой точно аппроксимируется путем разделения ее на полосы, каждая из которых имеет среднее постоянное давление P _{i (средн.)} . Выполненная работа составляет W _i = P _{i (средн.)} Δ V _i для каждой полосы, а общая проделанная работа представляет собой сумму W _и .Таким образом, общая проделанная работа — это общая площадь под кривой. Если путь перевернут, как показано на рисунке 6b, значит работа в системе выполняется. Площадь под кривой в этом случае отрицательная, потому что Δ V отрицательно.

Диаграммы

PV ясно показывают, что выполненная работа зависит от пройденного пути, а не только от конечных точек . Эта зависимость от пути видна на рисунке 7a, где при переходе от A к C по пути через точку B выполняется больше работы, чем по пути через точку D.Вертикальные траектории, где объем постоянен, называются изохорическими процессами . Поскольку объем постоянный, Δ V = 0, и в изохорическом процессе не выполняется никакой работы. Теперь, если система следует циклическому пути ABCDA, как показано на рисунке 7b, то общая проделанная работа — это область внутри цикла. Отрицательная область ниже пути CD вычитается, оставляя только область внутри прямоугольника. Фактически, работа, выполняемая в любом циклическом процессе (тот, который возвращается к своей начальной точке), представляет собой область внутри цикла, который он формирует на диаграмме PV , как показано на рисунке 7c для общего циклического процесса.Обратите внимание, что цикл должен быть пройден по часовой стрелке, чтобы работа была положительной, то есть, чтобы был чистый выход работы.

Рис. 7. (a) Работа, выполняемая при переходе от A к C, зависит от пути. Работа больше для пути ABC, чем для пути ADC, потому что первый находится под более высоким давлением. В обоих случаях проделанная работа — это область под дорожкой. Эта область больше для пути ABC. (b) Общая работа, проделанная в циклическом процессе ABCDA, является областью внутри цикла, поскольку отрицательная область ниже CD вычитается, оставляя только область внутри прямоугольника.(Значения, указанные для давления и изменения объема, предназначены для использования в приведенном ниже примере.) (C) Площадь внутри любого замкнутого контура — это работа, выполняемая в циклическом процессе. Если петля проходит по часовой стрелке, значение W положительно — это работа, выполняемая во внешней среде. Если петля перемещается в направлении против часовой стрелки, значение W отрицательное — это работа, которая выполняется в системе.

Пример 1. Общая работа, выполненная в циклическом процессе, равна площади внутри замкнутого контура на диаграмме

PV

Рассчитайте общую работу, выполненную в циклическом процессе ABCDA, показанном на рисунке 7b, с помощью следующих двух методов, чтобы убедиться, что работа равна площади внутри замкнутого контура на диаграмме PV .(Возьмите данные на рисунке, чтобы быть точными до трех значащих цифр.)

1. Рассчитайте работу, проделанную на каждом участке пути, и сложите эти значения, чтобы получить общую работу.
2. Вычислить площадь внутри прямоугольника ABCDA.

Стратегия

Чтобы найти работу по любому пути на диаграмме PV , вы используете тот факт, что работа — это давление, умноженное на изменение объема, или Вт = P Δ V . Итак, в части 1 это значение вычисляется для каждого отрезка пути вокруг замкнутого контура.3 \ right) = — 100 \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]

Опять же, поскольку путь DA изохорный, Δ V _DA = 0, и поэтому W _DA = 0. Сейчас всего работ

[латекс] \ begin {array} {lll} W & = & W _ {\ text {AB}} + W _ {\ text {BC}} + W _ {\ text {CD}} + W _ {\ text {DA}} \ \\ text {} & = & 750 \ text {J} +0+ \ left (-100 \ text {J} \ right) + 0 = 650 \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]

Решение для части 2

Площадь внутри прямоугольника равна его высоте, умноженной на ширину, или

[латекс] \ begin {array} {lll} \ text {area} & = & \ left (P _ {\ text {AB}} — P _ {\ text {CD}} \ right) \ Delta {V} \\ \ text {} & = & \ left [\ left (1.3 \ right) \\\ text {} & = & 650 \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]

Таким образом, площадь = 650 Дж = Вт .

Обсуждение

В результате, как и ожидалось, площадь внутри замкнутого контура равна проделанной работе. Площадь часто легче вычислить, чем работу, проделанную на каждом пути. Также удобно визуализировать области внутри различных кривых на диаграммах PV , чтобы увидеть, какие процессы могут произвести больше всего работы. Напомним, что работа может производиться системой или системой, в зависимости от знака W .Положительный результат W — это работа, выполняемая системой во внешней среде; отрицательный Вт представляет работу, выполненную окружающей средой в системе.

На рисунке 8a показаны два других важных процесса на диаграмме PV . Для сравнения оба показаны, начиная с одной и той же точки A. Верхняя кривая, заканчивающаяся в точке B, соответствует изотермическому процессу , то есть процессу, в котором температура поддерживается постоянной. Если газ ведет себя как идеальный газ, как это часто бывает, и если фазового перехода не происходит, то PV = nRT . 2 = \ frac {3} {2} kT \\ [/ latex].2 = \ frac {3} {2} NkT \\ [/ latex], (одноатомный идеальный газ), где N — количество атомов в газе. Это соотношение означает, что внутренняя энергия идеального одноатомного газа постоянна во время изотермического процесса, то есть Δ U = 0. Если внутренняя энергия не изменяется, то чистая передача тепла газу должна равняться чистой работе, совершаемой газом. То есть, поскольку Δ U = Q — W = 0 здесь, Q = W . У нас должно быть достаточно теплообмена, чтобы заменить проделанную работу.Изотермический процесс по своей природе медленный, потому что теплопередача происходит непрерывно, чтобы постоянно поддерживать постоянную температуру газа, и он должен распространяться по газу, чтобы не было горячих или холодных областей.

На рисунке 8a также показана кривая AC для адиабатического процесса , определяемого как процесс, в котором отсутствует теплопередача, то есть Q = 0. Процессы, которые являются почти адиабатическими, могут быть достигнуты либо путем использования эффективная изоляция или выполнение процесса настолько быстро, что остается мало времени для передачи тепла.Температура должна снижаться во время адиабатического процесса, поскольку работа выполняется за счет внутренней энергии: [латекс] U = \ frac {3} {2} NkT \\ [/ latex].

(Вы могли заметить, что газ, выпущенный до атмосферного давления из баллона под давлением, значительно холоднее, чем газ в баллоне.) Фактически, поскольку Q = 0, Δ U = — W для адиабатического процесс. Более низкая температура приводит к более низкому давлению по пути, так что кривая AC ниже кривой AB, и выполняется меньше работы.Если бы по пути ABCA можно было бы пройти через охлаждение газа от B до C при постоянном объеме (изохорически), рис. 8b, то получился бы чистый выход работы.

Рис. 8. (a) Верхняя кривая — изотермический процесс (Δ T = 0), тогда как нижняя кривая — адиабатический процесс ( Q = 0). Оба начинаются из одной и той же точки A, но изотермический процесс выполняет больше работы, чем адиабатический, потому что происходит передача тепла в газ, чтобы поддерживать его температуру постоянной. Это поддерживает давление на изотермическом пути выше, чем на адиабатическом, что приводит к увеличению объема работы.Таким образом, адиабатический путь заканчивается более низкими давлением и температурой в точке C, даже если конечный объем такой же, как и для изотермического процесса. (b) Цикл ABCA производит чистый выход работы.

Обратимые процессы

И изотермические, и адиабатические процессы, показанные на рисунке 8, в принципе обратимы. Обратимый процесс — это процесс, в котором и система, и ее окружение могут вернуться точно в то состояние, в котором они находились, следуя обратному пути.Обратные изотермические и адиабатические пути — BA и CA соответственно. Реальные макроскопические процессы никогда не могут быть полностью обратимы. В предыдущих примерах наша система представляет собой газ (как на рисунке 4), а ее окружение — поршень, цилиндр и остальная часть Вселенной. Если есть какие-либо механизмы рассеивания энергии, такие как трение или турбулентность, то передача тепла в окружающую среду происходит в любом направлении поршня. Так, например, если следовать по пути BA и есть трение, то газ вернется в исходное состояние, а окружающая среда — нет — он будет нагрет в обоих направлениях.Обратимость требует, чтобы направление теплопередачи было обратным для обратного пути. Поскольку полностью устранить диссипативные механизмы невозможно, реальные процессы не могут быть обратимыми.

Должны быть причины, по которым реальные макроскопические процессы не могут быть обратимы. Мы можем представить, как они движутся в обратном направлении. Например, передача тепла происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не наоборот. Тем не менее, это не нарушило бы первый закон термодинамики. Фактически, все спонтанные процессы, такие как лопание пузырей, никогда не идут вспять.Есть второй термодинамический закон, запрещающий им двигаться в обратном направлении. Изучая этот закон, мы узнаем кое-что о природе, а также обнаружим, что такой закон ограничивает эффективность тепловых двигателей. Мы обнаружим, что тепловые двигатели с максимально возможной теоретической эффективностью должны использовать обратимые процессы, и даже они не могут преобразовать всю теплопередачу в выполнение работы. В таблице 1 приведены более простые термодинамические процессы и их определения.

Таблица 1.Резюме простых термодинамических процессов
Изобарический	Постоянное давление	W = P Δ V
Изохорный	Постоянный объем	Вт = 0
Изотермический	Постоянная температура	Q = Вт
Адиабатический	Нет теплопередачи	Q = 0

Исследования PhET: состояния вещества

Посмотрите, как различные типы молекул образуют твердое тело, жидкость или газ.Добавьте или уберите огонь и наблюдайте за изменением фазы. Измените температуру или объем контейнера и посмотрите график зависимости давления от температуры в реальном времени. Свяжите потенциал взаимодействия с силами между молекулами.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

• Одним из важных следствий первого закона термодинамики является то, что машины можно использовать для выполнения работы, которую раньше люди выполняли вручную или с помощью внешних источников энергии, таких как проточная вода или тепло Солнца.Машина, которая использует теплопередачу для работы, известна как тепловой двигатель.
• Есть несколько простых процессов, используемых в тепловых двигателях, которые вытекают из первого закона термодинамики. Среди них изобарический, изохорный, изотермический и адиабатический процессы.
• Эти процессы отличаются друг от друга в зависимости от того, как они влияют на давление, объем, температуру и теплопередачу.
• Если работа выполняется во внешней среде, работа ( W ) будет иметь положительное значение.Если проделанная работа выполняется с системой теплового двигателя, работа ( Вт, ) будет иметь отрицательное значение.
• Некоторые термодинамические процессы, включая изотермические и адиабатические процессы, теоретически обратимы; то есть и термодинамическая система, и окружающая среда могут быть возвращены в исходное состояние. Однако из-за потери энергии из-за второго закона термодинамики полная обратимость на практике не работает.

Концептуальные вопросы

1. Много усилий, времени и денег было потрачено на поиски так называемого вечного двигателя, который определяется как гипотетическая машина, которая работает или производит полезную работу неограниченное время, и / или гипотетическая машина, которая производит больше работы или энергии, чем потребляет.Объясните в терминах тепловых двигателей и первого закона термодинамики, почему или почему не может быть построена такая машина.
2. Один из методов преобразования теплопередачи в выполнение работы заключается в передаче тепла газу, который расширяется, выполняя работу с поршнем, как показано на рисунке ниже. (а) Преобразуется ли теплопередача непосредственно в изобарический процесс или сначала происходит другая форма? Поясните свой ответ. б) А как насчет изотермического процесса? (c) Как насчет адиабатического процесса (когда теплопередача произошла до адиабатического процесса)?
   
3. Имеет ли смысл предыдущий вопрос для изохорного процесса? Поясните свой ответ.
4. Обычно мы говорим, что Δ U = 0 для изотермического процесса. Предполагает ли это, что фазового перехода не происходит? Поясните свой ответ.
5. Температура быстро расширяющегося газа понижается. Объясните почему с точки зрения первого закона термодинамики. (Подсказка: подумайте, работает ли газ и происходит ли быстрая теплопередача в газ за счет теплопроводности.)
6. Какой циклический процесс, представленный двумя замкнутыми контурами, ABCFA и ABDEA, на диаграмме PV на рисунке ниже, дает наибольшую чистую работу? Этот процесс также требует наименьших затрат труда, чтобы вернуть его в точку А? Объясните свои ответы.

   Рис. 11. Два циклических процесса, показанные на диаграмме PV , начинаются и возвращают систему к условиям в точке A, но они идут разными путями и производят разный объем работы.

7. Реальный процесс может быть почти адиабатическим, если он происходит за очень короткое время. Как короткий промежуток времени помогает процессу быть адиабатическим?
8. Маловероятно, что процесс может быть изотермическим, если это не очень медленный процесс. Объяснить, почему. Верно ли то же самое для изобарных и изохорных процессов? Поясните свой ответ.

Задачи и упражнения

1. Автомобильная шина содержит 0,0380 м ³ воздуха при давлении 2,20 × 10 ⁵ Н / м ² (около 32 фунтов на кв. Дюйм). Насколько больше внутренней энергии у этого газа, чем у того же объема при нулевом манометрическом давлении (что эквивалентно нормальному атмосферному давлению)?
2. Игрушечный воздушный шар, наполненный гелием, имеет манометрическое давление 0,200 атм и объем 10,0 л. Насколько больше внутренняя энергия гелия в воздушном шаре, чем она была бы при нулевом манометрическом давлении?
3. Пар для привода старомодного паровоза подается при постоянном избыточном давлении, равном 1.75 × 10 ⁶ Н / м ² (около 250 фунтов на кв. Дюйм) к поршню с радиусом 0,200 м. (a) Вычислив P Δ V , найдите работу, совершаемую паром, когда поршень перемещается на 0,800 м. Обратите внимание, что это чистый выходной сигнал работы, поскольку используется манометрическое давление. (b) Теперь найдите объем работы, вычислив прилагаемую силу, умноженную на пройденное расстояние. Ответ такой же, как в части (а)?
4. Шинный насос с ручным приводом имеет поршень диаметром 2,50 см и максимальным ходом 30.0 см. (a) Сколько работы вы выполняете за один ход, если среднее манометрическое давление составляет 2,40 × 10 ⁵ Н / м ² (около 35 фунтов на кв. дюйм)? б) Какую среднюю силу вы прикладываете к поршню, пренебрегая трением и силой тяжести?
5. Рассчитайте полезную мощность теплового двигателя по пути ABCDA на рисунке ниже.
   
6. Какова чистая производительность тепловой машины, которая следует по пути ABDA на рисунке выше с прямой линией от B до D? Почему результат работы меньше, чем для пути ABCDA? Ясно покажите, как вы следуете шагам, указанным в Стратегиях решения проблем термодинамики.
7. Необоснованные результаты. Что не так с утверждением, что циклический тепловой двигатель выполняет 4,00 кДж работы при вложении 24,0 кДж теплопередачи, а 16,0 кДж теплопередачи в окружающую среду?
8. (a) Циклический тепловой двигатель, работающий в диапазоне температур от 450ºC до 150ºC, производит 4,00 МДж работы при передаче тепла в двигатель 5,00 МДж. Сколько тепла передается в окружающую среду? б) Что неразумного в двигателе? (c) Какая посылка необоснованна?
9. Создайте свою проблему. Рассмотрим бензиновый двигатель автомобиля. Постройте задачу, в которой вы вычисляете максимальную эффективность, которую может иметь этот двигатель. Среди факторов, которые следует учитывать, — эффективные горячие и холодные пластовые температуры. Сравните рассчитанный КПД с фактическим КПД автомобильных двигателей.
10. Создайте свою проблему. Представьте себе поездку в горы на машине. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете общую эффективность автомобиля для поездки как отношение полученной кинетической и потенциальной энергии к потребляемому топливу.Сравните этот КПД с термодинамическим КПД, указанным для бензиновых двигателей, и обсудите, почему термодинамический КПД намного выше. Среди факторов, которые следует учитывать, — увеличение высоты и скорости, масса автомобиля, пройденное расстояние и типичная экономия топлива.

Глоссарий

тепловая машина: машина, которая использует теплопередачу для работы

изобарный процесс: процесс постоянного давления, в котором газ действительно работает

изохорный процесс: процесс постоянного объема

изотермический процесс: процесс с постоянной температурой

адиабатический процесс: процесс, в котором не происходит теплопередача

обратимый процесс: процесс, в котором как тепловая машина, так и внешняя среда теоретически могут быть возвращены в исходное состояние

Избранные решения проблем и упражнения

1.6,77 × 10 ³ Дж

3. (а) W = P Δ V = 1,76 × 10 ⁵ Дж; (б) W = Fd = 1,76 × 10 ⁵ J. Да, ответ тот же.

5. Вт = 4,5 × 10 ³ Дж

7. Вт не равно разнице между подводимой и тепловой мощностью.

Изотермические упражнения — Мельдоний в современном спорте

Популярность изометрических упражнений легко объясняется их эффективностью.Суть этого направления в том, что накачанная группа мышц на короткое время (около 6-12 секунд) подвергается максимальному усилию для противодействия сопротивлению предмета.

Преимущества изометрических упражнений

Эффективность изометрических упражнений — идеальное соотношение цены и качества. С минимальными затратами времени, места и необходимого оборудования вы сможете прокачать каждую группу мышц и добиться желаемого результата. Если составить общий список преимуществ, выделяющих обсуждаемый тип упражнений, он будет выглядеть так:

Экономьте ресурсы времени.

Сокращение периода отдыха, необходимого для роста силы и мышечной массы.
Возможность большей периодичности тренировок.
Концентрация на группе мышц, наиболее нуждающейся в качественной нагрузке.
Экономия времени проявляется в том, что при изометрических упражнениях включение мышц в работу занимает несколько минут, чего невозможно добиться при обычной изотонико-динамической тренировке. В обычном режиме для того, чтобы дать необходимую нагрузку какой-либо группе мышц за несколько минут, обычно требуется не менее 1-2 часов.

Благодаря тому, что изометрическая тренировка длится непродолжительное время, мышцы, получая необходимую нагрузку, не устают так сильно, как в условиях обычных тренировок. Это значительно сокращает продолжительность периода отдыха после тренировки. За счет того, что время отдыха группы мышц сокращается, появляется возможность увеличить частоту нагрузок и, соответственно, скорость достижения желаемого результата, ведь степень прироста силы и мышечной массы не уступает стандартному обучению.

Это связано с тем, что при выполнении изометрических упражнений минимальные затраты уходят на выполнение движения. В связи с тем, что клетки, обеспечивающие мышцы кислородом, сжимаются, что способствует большему напряжению мышц и повышению эффективности от упражнений.

Кроме того, изометрические упражнения можно применять таким образом, чтобы, по словам спортсмена, нагрузка принимала наиболее необходимая группа мышц. Это очень удобно, когда нет желания ждать окончания периода восстановления одной группы, чтобы заняться другой.

Разновидности изометрических упражнений
Направление изометрических упражнений классифицируется в зависимости от характера упражнения. В этом дивизионе есть три основные группы:

Упражнения с отягощением.

Упражнения с максимально возможными отягощениями.
Изометрическо-статический вид упражнений представляет собой комплекс упражнений в чистом виде, в котором максимальное мышечное напряжение достигается за счет противодействия сопротивлению, которое невозможно преодолеть. Упражнения с отягощением отличаются от статических тем, что в процессе их выполнения остановки выполняются на короткий промежуток времени (несколько секунд) с целью создания дополнительного изометрического напряжения.

Начальная фаза упражнения с максимально возможным отягощением более изотонически-динамическая, чем изометрическая. В этом случае, когда дело касается основной фазы, упражнения полностью принимают изометрическо-статический характер за счет остановки упражнения.

Система упражнений Samson

Полная комплексная система изометрических упражнений была разработана Александром Ивановичем Зассом, известным как Железный Самсон. Упражнения по системе Самсона помогают преодолеть застойные и мертвые точки в тренировке различных групп мышц.Давайте подробнее рассмотрим каждое упражнение, указав задействованные в нем мышцы.

Упражнение 1
Необходимо поднять цепь на уровень груди в согнутых руках и попытаться растянуть ее с мышечной силой. Это упражнение специально работает с широчайшими мышцами спины, задними дельтовидными мышцами и трицепсами.

Упражнение 2
Поднимите цепь за головой до уровня головы и попытайтесь ее растянуть. Влияет на группу трицепсов.

Упражнение 3
Такая же цепочка на вытянутых руках поднимается над головой.Также необходимо, как и прежде, попробовать его растянуть. Упражнение направлено на увеличение силы широчайших мышц спины.

Упражнение 4
Руки с цепью заведите за спину. Попробуйте растянуть цепь, двигая вперед руки. Упражнение направлено на развитие силы груди, трицепсов и дельтовидных мышц.

Упражнение 5
После выдоха нужно обмотать цепочку вокруг тела. Затем, вдыхая, попробуйте растянуть цепь за счет напряжения грудных и широчайших мышц.

Упражнение 6
Удерживая один конец цепи внизу с вытянутой левой рукой, попробуйте растянуть его согнутой правой рукой. Затем смените владельца. Упражнение развивает силу бицепсов и трицепсов рук.

Упражнение 7
Необходимо встать в середину цепи. Затем, взявшись за его концы, попробуйте растянуть напрягающиеся мышцы.

Упражнение 8
Приняв исходное положение, аналогичное упражнению 7, но с прижатыми локтями к корпусу, усилием бицепса попытайтесь растянуть цепь.

Решено: рассмотрите следующий цикл в упражнениях, которые …

Рассмотрим следующий цикл в следующих упражнениях:

Изотермическое расширение: Один моль идеального одноатомный газ, удерживаемый поршнем в объеме 1,00 м3, является первоначально в равновесии с тепловым резервуаром при температуре 300 К. Газу дают возможность изотермически расшириться до объема 3,00 м3 и работает, как это делает.

Адиабатическое расширение: Затем газ термически изолированы путем обертывания поршня изоляционным материалом.Газ позволяет адиабатически расширяться, пока не остынет до температура 200 К.

Изотермическое сжатие: Затем подается газ в тепловом контакте с тепловым резервуаром при 200 К и работа сделана на нем изотермически сжать до объема 1,84 м3.

Адиабатическое сжатие: Наконец, газ снова изолируется термически и проводится работа по его сжатию до достижения температуры 300 К и объема 1,00 м3 снова.

1. Рассчитайте значения DU, Q и W для каждого частей образца Цикла Карно. Воспользуйтесь первым законом, Закон идеального газа и уравнения, специфичные для адиабатических и изотермические процессы. Покажите свои расчеты, а затем подведите итоги приводит к пустым изображениям ниже.

a) Изотермическое расширение (от A до B)
DU _______________ Q ________________ W ____________

b) Адиабатическое расширение (от B до C)
DU _______________ Q ________________ W ____________

c) Изотермическое сжатие (от C до D)
DU _______________ Q ________________ W ____________

d) Адиабатическое сжатие (от D до A)

ДУ _______________ Q ________________ W ____________

2.