Формула внутренней энергии в физике
Содержание:
Определение и формула внутренней энергии
Определение
Внутренней энергией тела (системы) называют энергию, которая связана со всеми видами движения и взаимодействия частиц, составляющих тело (систему), включая энергию взаимодействия и движения сложных частиц.
Из выше сказанного следует, что к внутренней энергии не относят кинетическую энергию движения центра масс системы и потенциальную энергию системы, вызванную действием внешних сил. Это энергия, которая зависит только от термодинамического состояния системы.
Внутреннюю энергию чаще всего обозначают буквой U. При этом бесконечно малое ее изменение станет обозначаться dU. Считается, что dU является положительной величиной, если внутренняя энергия системы растет, соответственно, внутренняя энергия отрицательна, если внутренняя энергия уменьшается.
Внутренняя энергия системы тел равна сумме внутренних энергий каждого отдельного тела плюс энергия взаимодействия между телами внутри системы.
Внутренняя энергия – функция состояния системы. Это означает, что изменение внутренней энергии системы при переходе системы из одного состояния в другое не зависит от способа перехода (вида термодинамического процесса при переходе) системы и равно разности внутренних энергий конечного и начального состояний:
$$\Delta U=U_{2}-U_{1}(1)$$Для кругового процесса полное изменение внутренней энергии системы равно нулю:
$$\oint d U=0(2)$$Для системы, на которую не действуют внешние силы и находящуюся в состоянии макроскопического покоя, внутренняя энергия – полная энергия системы.
Внутренняя энергия может быть определена только с точностью до некоторого постоянного слагаемого (U0), которое не определимо
методами термодинамики. Однако, данный факт не существенен, так как при использовании термодинамического анализа, имеют дело с изменениями
внутренней энергии, а не абсолютными ее величинами. Часто U_0 полагают равным нулю. При этом в качестве внутренней энергии рассматривают ее
составляющие, которые изменяются в предлагаемых обстоятельствах.
где CV – теплоемкость газа в изохорном процессе; cV — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе; $u_{0}=\frac{U_{0}}{m}$ – внутренняя энергия, приходящаяся на единицу массы газа при абсолютном нуле температур. Или:
$$d U=\frac{i}{2} \nu R d T(4)$$i – число степеней свободы молекулы идеального газа, v – число молей газа, R=8,31 Дж/(моль•К) – универсальная газовая постоянная.
Первое начало термодинамики
Как известно первое начало термодинамики имеет несколько формулировок. Одна из формулировок, которую предложил К.
Каратеодори говорит о существовании внутренней энергии как составляющей полной энергии системы.Она является функцией состояния,
в простых системах зависящей от объема (V), давления (p), масс веществ (m
В более привычных формулировках первого начала термодинамики, например, формулировке Гельмгольца внутренняя энергия системы вводится как физическая характеристика системы. При этом поведение системы определено законом сохранения энергии. Гельмгольц не определяет внутреннюю энергию как функцию конкретных параметров состояния системы:
$$\Delta U=Q-A(5)$$$\Delta U$ – изменение внутренней энергии в равновесном процессе, Q – количество теплоты, которое получила система в рассматриваемом процессе, A – работа, которую система совершила.
Единицы измерения внутренней энергии
Основной единицей измерения внутренней энергии в системе СИ является: [U]=Дж
Примеры решения задач
Пример
Задание. Вычислите, на какую величину изменится внутренняя энергия гелия имеющего массу 0,1 кг, если его температура увеличилась на 20С.
Решение. При решении задачи считаем гелий одноатомным идеальным газом, тогда для расчетов можно применить формулу:
$$d U=\frac{i}{2} \nu R d T(1.
{3}$ (Дж)Слишком сложно?
Формула внутренней энергии не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. Идеальный газ расширили в соответствии с законом, который изображен графиком на рис.1. от начального объема V0. При расширении объем сал равен $V=\tau V_{0}$ . Каково приращение внутренней энергии газа в заданном процессе? Коэффициент адиабаты равен $\gamma$.
Решение. Исходя из рисунка, уравнение процесса можно представить аналитически как:
Показатель адиабаты связан с числом степеней свободы газа выражением:
$$\gamma=\frac{i+2}{i}(2.2)$$Выразим число степеней свободы из (2.2):
$$i=\frac{2}{\gamma-1}$$Приращение внутренней энергии для постоянной массы газа (см. Пример 1) найдем в соответствии с формулой:
$$\Delta U=\frac{i}{2} \nu R \Delta T(2.4)$$Запишем уравнения состояний идеального газа для точек (1) и (2) рис.
{2}-1\right)$
Читать дальше: Формула времени.
Термины, которые нужно знать любому бегуну
Беговых терминов, конечно, тьма тьмущая – если все их перечислять, вместе с подробной расшифровкой, то объем текста точно потянет на Малую Беговую Энциклопедию, а может быть даже и на Большую. Действительно, терминов много – знания о беге представляют собой своеобразное дерево, где есть большое количество «ветвей» — узко специализированных направлений, например — о физиологии человека или о химическом составе полимеров, которые используются для производства кроссовок. Есть ответвления с данными о диетологии, а есть о том, как правильно тренироваться в межсезонье. Есть ветки, посвященные музыке, которую лучше всего использовать во время пробежек, а есть посвященные истории марафонов.
Мы решили остановиться на том, что называется «корнями» — на базовых знаниях, из которых растет само дерево. В этой статье постараемся перечислить основные термины и расшифруем их для вас максимально просто, доступным языком, так, чтобы, с одной стороны вам было все максимально понятно, а с другой стороны, чтобы вы всегда имели возможность, сохранив этот текст к себе в «закладки», обращаться к нему, чтобы освежить ваши знания.
Анаэробный порог (или ПАНО – порог анаэробного обмена)
ПАНО – один из ключевых параметров, от которого строятся все планы тренировок, личное значение которого должны знать все бегуны, планирующие участие в соревнованиях на длинные дистанции.
Во время занятий спортом, у любого бегуна – любителя или профессионала начинает интенсивно вырабатываться «лактат» (соль молочной кислоты). При низкой интенсивности физических нагрузок получаемый объем лактата успешно перерабатывается организмом, что позволяет продолжать тренировку или участие в забеге.
При повышении уровня физической нагрузки (повышение скорости бега, например) и повышения уровня лактата в крови начинается процесс закисления крови – она начинает все хуже и хуже играть роль доставщика кислорода к мышцам для совершения работы, организму все труднее и труднее перерабатывать увеличивающийся объем лактата.
Анаэробный порог — это уровень интенсивности нагрузки, при которой концентрация в крови лактата начинает резко повышаться и вырабатываемый объем лактата уже не может быть утилизирован организмом бегуна.
ПАНО у бегуна определяется несколькими пограничными величинами, которые устанавливаются экспериментальным путем во время специальных тестов: пульсом, скоростью (км / час) и скоростью повышения концентрации лактата мл / минута / кг веса бегуна. Также, ПАНО может рассчитываться в % от максимально возможного объема потребления кислорода (МПК) – одного из наиболее надежных показателей физической работоспособности человека. В среднем, анаэробный порог наступает в районе 65% от МПК.
Средняя концентрация лактата в крови в покое у человека 0,5 – 2,2 ммоль / 1 литр крови. В среднем, ПАНО начинается в районе 4 ммоль / 1 литр крови.
Как только вы достигаете этих величин, вы достигаете ПАНО, ваша работоспособность начинает резко падать.
С помощью специальных тренировок в силах каждого упорного бегуна отодвигать этот порог.
Аэробный порог
Порог, при определенном уровне нагрузки — значении пульса и скорости бегуна, когда лактат только начинает накапливаться в крови. В среднем, аэробный порог начинается в районе 2 ммоль / 1 литр крови или 55% от МПК.
Если вы – спортсмен, активно занимающийся спортом, если вы – любитель, регулярно участвующий в соревнованиях, то для вас у нас есть специальные дисконтные карты, которые позволяют получать существенные скидки на необходимый вам инвентарь, обувь или одежду
Ахилл / Ахиллово сухожилие
Ахилл = ахиллово сухожилие. Травмы ахилла – одни из самых распространенных, классических травм у бегунов. Место, где находится ахилл – чуть выше пятки, там, где сливаются икроножная и камбаловидная мышца. Источником травмы ахилла может быть либо незалеченный, подошвенный фасцит – воспаление мягких тканей пяточной и подошвенной части ноги, либо прямая механическая травма самого ахиллова сухожилия.
Первый признак подошвенного фасцита — непрекращающаяся боль в пяточной части ноги, а также, боль там же, при вставании после сна.
Как и любая травма, если ее не лечить с помощью профессиональных врачей, а уповать на «народные» методы и «самосовременемпройдет», фасцит постепенно может перейти на ахиллово сухожилие, что точно приведет к нешуточной проблеме с полным исключением бега в качестве физической нагрузки.
Профилактика травм — всегда лучше лечения. Профилактика любой травмы, любого отдела стопы включает в себя правильно составленный план тренировок, специальные упражнения на укрепление ахилла, разминка перед физической активностью, правильный подбор беговой обуви с помощью специальных тестов особенностей анатомического строения ваших ног, с помощью профессионалов в этой области, по необходимости – изготовление ортопедических, спортивных стелек.
Кстати, уберечь от травм, в значительной степени возможно используя специальные кремы, которые разогревают мышцы перед нагрузкой, восстанавливают их после, помогают избежать натертостей. Подробная статья про такие кремы и про то, как их использовать.
Качественно организованный тренировочный процесс – одна из основ профилактики травм.
Мы рекомендуем обращаться к нашим партнерам – компаниям, отлично зарекомендовавшим себя в организации тренировок:
Мы рекомендуем обращаться к нашим партнерам – компаниям, отлично зарекомендовавшим себя в организации тренировок:Бег с пятки/носка
Один из главных и часто обсуждаемых вопросов о технике бега у начинающих и опытных бегунов. На самом деле, однозначного и единственно верного ответа на вопрос «что лучше?», подтвержденного качественными и количественными исследованиями — нет.
Тщательный разбор видеозаписей техники лучших марафонцев, во время их выступлений на самых ответственных соревнованиях, к однозначным выводам, что лучше «с носка» или «с пятки» не приводит. Дело в том, что у каждого бегуна в силу определенных, личных физиологических и анатомических особенностей, вырабатывается своя личная техника постановки стопы – кому-то удобно бегать так, кому-то – этак. Короткие дистанции бегаются «с носка» — пятка, просто не успевает коснуться поверхности, длинные дистанции подавляющее количество бегунов преодолевают «с пятки» или ставя ногу полностью на всю поверхность стопы.
Водно-электролитный баланс
Бегуны на длинные дистанции во время тренировок или на соревнованиях, (особенно в жаркую погоду) теряют достаточно большое количество воды, которое тело выделяет в виде пота для охлаждения организма. Вместе с потом теряются и необходимые для движения и нормальной жизнедеятельности электролиты — вещества, которые отвечают за передачу нервных импульсов и они же играют важную роль в составе крови и обмене веществ человека.
Для компенсации потерь воды и электролитов, для сохранения баланса, рекомендуется во время и после занятий бегом пить «изотоники» — специальные смеси, содержащие в себе все те вещества, потерю которых необходимо компенсировать во время и после физических нагрузок. Изотоники растворяются либо в чистой, питьевой воде, либо в специальных спортивных напитках, также содержащих полезные для организма микроэлементы.
Рекомендуем вам подробную статью про то, что такое «спортивное питание», зачем оно нужно и почему оно позволяет качественно восполнять затраченную энергию и увеличивать продуктивность во время тренировок или в процессе соревнований.
Все изотоники в «Канте»
Все спортивное питание в «Канте»
Виды беговых тренировок
Для чего существуют тренировки по бегу? Для того, чтобы улучшать или сохранять вашу физическую форму, а точнее – физиологические, объективные ее параметры, выражаемые в конкретных цифрах: максимальный объем потребляемого кислорода, порог анаэробного обмена и т.д. Каждый вид тренировок развивает какое-то специфическое качество: скорость, выносливость и т.д. Опытные бегуны, составляя себе планы на период или к определенному событию, всегда обязательно включают в них все виды тренировок — в этом случае все системы организма будет развиваться гармонично.
Для планирования тренировок мы рекомендуем вам прибегать к помощи профессиональных тренеров, которые работают под крылом зарекомендовавших себя беговых школ. Самостоятельное планирование хорошо только для очень опытных бегунов.
1. Аэробные тренировки. «Длинные» тренировки
Фундамент, базовое упражнение, которое в необходимом объеме должен выполнять каждый бегун, планирующий пробегать длинные дистанции с хорошим результатом и самочувствием.
Данный вид тренировок развивает важнейшее качество – выносливость – способность бежать долго, с необходимой скоростью.
Кроме развития выносливости и физиологических изменений, бег в аэробной зоне способствует психологической настройке, адаптации нервной системы к длинной и монотонной физической нагрузке.
Интенсивность аэробных тренировок рассчитывают от ПАНО, и чаще всего она составляет 70-85% от этого значения, не больше.
Нижняя граница (60 – 70%) – зона низкой интенсивности – для разминочного бега и восстановления после соревнований или интенсивных тренировочных блоков, верхняя граница (70 — 85%) – зона умеренной интенсивности для поддержания и развития базовой выносливости. Здесь максимален жировой метаболизм, в этой зоне «худеют». Оптимальный сердечно-сосудистый режим для нетренированных бегунов и тем, у кого есть превышение веса.
«Длинные» тренировки увеличивают количество кровяных капилляров в мышцах, повышают эффективность сердечно-сосудистой системы.
В зависимости от подготовки бегуна, расстояние для длительной тренировки обычно колеблется от 10 до 50 км.
Если вы новичок и ваш пульс начинает ускоряться к большим значениям в этом режиме, даже при очень медленном беге трусцой, переходите на быстрый шаг, не стоит перенапрягать сердечно-сосудистую и нервную систему, тренировка через «черезнемогу» ничего вам не даст, кроме потери мотивации. Через некоторое количество упорных тренировок вы увидите результаты своих «прогулок» и сможете все большие и большие отрезки преодолевать бегом.
2. Темповые тренировки. Бег на определенной скорости
Беговые тренировки с равномерной интенсивностью, на определенной скорости. Обычно совершаются на значениях ниже ПАНО на 10%.
Такие тренировки — основной инструмент для достижения цели «я хочу пробежать … за такое-то время». Главная особенность «темповой» тренировки – это то, что вы бежите с той скоростью, с тем темпом, которые потом планируете применять и на ответственных стартах.
Обычно, в качестве тренировки используется не 100% калька с длины и скорости соревнований, а темп и дистанция немногим меньше, чем «оригинал». Такая тренировка требует от бегуна решимости выдерживать необходимый темп максимальное количество километров, при этом, без выхода за ПАНО.
Полезность темповых тренировок заключаются в том, что вне соревновательного контекста можно ясно понять: готовы или нет вы к тем результатам по времени, которые планируете, в каком состоянии находится ваша физическая форма, как вы себя чувствуете под такой нагрузкой? Темповые тренировки – необходимые репетиции перед реальным беговым «спектаклем».
3. «Отрезки» или «интервалы»
Основа таких тренировок — прерывистое, перемежающееся чередование двух разных режимов – быстрого бега, на пределе возможной скорости, на пределе максимального пульса, на уровне 95% ПАНО и дальнейшего восстановления в виде очень медленного бега трусцой со скоростью и пульсом
Интервальные тренировки для бегунов, лыжников и других спортсменов, специализирующихся на длинных дистанциях, нужны для развития скоростных качеств и адаптации к стрессу, когда организм работает на пределе своих возможностей.
Количество интервалов и их длительность устанавливается индивидуально, но обычно это 8-10 повторений по 100 – 400 метров крайне быстро, потом отрезки трусцой с недостаточным восстановлением перед каждым новым быстрым отрезком.
Частота интервальных тренировок не чаще 1-2 раз в неделю, так как это достаточно серьезная нагрузка на сердце.
4. Фартлек
Фартлек в переводе со шведского означает: «скоростная игра». Это разновидность интервальной циклической тренировки с постоянной сменой темпа: от анаэробного спринта до бега трусцой, от темповых отрезков — до аэробной медленной ходьбы. Отличие от «интервалов» заключается в том, что здесь нет «пилы» — быстро / медленно, фартлек позволяет в одной тренировке смешивать разные типы бега. Общим правилом является то, что интенсивность нагрузки должна находиться в диапазоне 60-80% от максимального сердечного ритма. Фартлек является одним из самых эффективных методов, развивающих сердечно-сосудистую систему. Суть его заключается в изменении скорости на отдельных участках, включениях быстрых отрезков и ускорений на отдельных участках дистанции в сочетании с более спокойной работой.
Это позволяет осваивать большие объемы нагрузки за короткое время.
5. ОФП (общая физическая подготовка)
Многие думают, что бегуны тренируются только с помощью беговых тренировок. На самом деле это не так. Для хороших результатов большое количество любителей и подавляющее количество профессионалов включают в свои тренировочные циклы упражнения ОФП, которые развивают силовую составляющую организма – способность переносить долгую физическую нагрузку на мышцы.
Сильные мышцы, эластичные связки, крепкие суставы, гибкость – все это дает ОФП и все это позволяет обходить стороной спортивные травмы и показывать отличные результаты.
ОФП для бегунов имеет свои приоритеты и особенности. Основные упражнения – это развитие мышечного корсета, укрепление стоп, мышц голени и бедер. Особого внимания заслуживают комплексы crossfit из разнообразных упражнений, которые совершаются интенсивно и непрерывно.
6. СБУ – специальные беговые упражнения
Эти упражнения похожи на ОФП, но с той лишь разницей, что все они обязательно совершаются в движении и нацелены, прежде всего, на укрепление тех специфических мышц бегуна, которые непосредственно участвуют в совершении бегового движения.
Перед любыми тренировками, связанными с повышенными нагрузками, обязательно проконсультируйтесь у спортивного врача, пройдите тесты, сделайте ЭКГ сердца.
Для качественных тренировок вам точно понадобятся:
- беговые кроссовки
- качественная беговая одежда
- если вы соберетесь заняться трейлраннингом, то без беговых рюкзаков будет сложно обойтись
- поясные сумки вам помогут взять на пробежку все необходимое: телефон, ключи, кошелек, гели, бутылку с водой и т.п.
- специальные бутылки и фляги для воды. Разного объема и цвета
- массажные мячи, роллеры, цилиндры, фитнесс-резинки, тренировочные петли – это то, что поможет вам во время ОФП-тренировок и в процессе восстановления после пробегов
- солнцезащитные очки для бега
- спортивное питание – для поддержания вашего тонуса на забегах и для восстановления после
- бандажи и тейпы помогут вам лучше и быстрее восстановиться или уберечься от травм
Время восстановления
Восстановление после беговых тренировок или соревнований не менее важно, чем сама нагрузка.
Тренировочный процесс без периодов восстановления похож на кусок резины – если его постоянно растягивать все больше и больше, не давая принять свою обычную форму, то рано или поздно даже самый эластичный материал разорвется.
Если строить свой тренировочный процесс только на тяжелых, напряженных циклах, с отсутствием специально заранее спланированных периодов восстановления и отдыха то все рано или поздно закончится травмами – физическими и моральными.
Традиционные методы восстановления, доступны каждому: достаточный сон, качественная, разнообразная еда, питье со специальными добавками – изотониками, которые восстанавливают потерянные с потом микро-элементы, растяжка после тренировок и соревнований, массаж.
Алкоголь и сауна – сомнительные восстанавливающие методы. Дело в том, что алкоголь, в том числе — пиво и сауна – обезвоживающие процедуры, в то время как организму после больших потерь жидкости, нужно как раз строго противоположное. Лучше и кружечку пива и сауну отнести на несколько дней после тренировки или соревнования, когда водно-солевой баланс уже восстановится.
Количество и методы восстановления – дело сугубо индивидуальное, как и тренировки. Основные признаки недовосстановления – плохой сон, потеря аппетита, отсутствие желания идти на тренировку и вообще – двигаться.
Для качественного восстановления после тренировок или соревнований мы рекомендуем следующее:
Ган-тайм
Производное от английского gun (пистолет) time, когда время каждого участника забега отсчитывают по времени стартового выстрела, а не по времени пересечения стартовой черты. Встречается все реже и реже с проникновением в систему организации соревнований современных технологий, позволяющих персонифицировать каждого участника с помощью специальных чипов, вклеенных в стартовый номер или укрепленных на щиколотке стартующих.
Гели
Во время тренировочного процесса и, особенно – на соревнованиях, бегуны теряют большое количество энергии. В обычной жизни такие потери восполняется едой и питьем. Но во время движения крайне неудобно поедать, скажем, кусок хорошо прожаренного мяса или порцию салата – только представьте себе, как Элиуд Кипчоге бежит с бутербродом в одной руке и с апельсином – в другой.
Кроме того, концентрация полезных веществ в обычной еде достаточно невелика – для компенсации энергозатрат, которая составляет на марафоне для любителя примерно 3500 Ккал, вам бы пришлось съесть целых 3,5 кг гречки.
Скорость усваивания организмом обычной еды также недостаточная для того, чтобы компенсировать энергетические потери, возникающие во время бега.
Именно поэтому, исходя из того, что:
А) Спортсменам надо питаться во время забегов;
Б) Необходимо, чтобы полезные вещества, содержащиеся в еде, быстро доставлялись к мышцам;
В) Необходимо, чтобы концентрация полезных веществ была высокой;
Г) Необходимо, чтобы процесс питания был удобен и не мешал бы самому бегу;
… и были изобретены «энергетические гели», которые существуют в огромном разнообразии видов, удобства упаковок и вкусов.
Есть несколько основных видов гелей, которые выделяются из всего ассортимента:
Все энергетические гели имеют специфический вкус, который может быть вам непривычен, кроме того, реакцию вашего желудочно-кишечного тракта на незнакомый продукт также трудно предугадать.
Поэтому, всегда, на ответственных стартах используйте только проверенное, заранее протестированное во время тренировочного процесса питание.
Обычно, бегуны хорошо воспринимают какой-то один бренд гелей и используют его длительное время. Мы рекомендуем выбор из следующих названий:
Гликоген
Главный источник энергии для бегунов. Сложный углевод, который состоит из соединенных в цепочку молекул глюкозы. После приема пищи, в кровь начинает поступать большое количество глюкозы, если глюкозы избыток, то организм ее «пакует», как излишки в виде гликогена в печени и мышцах. Как только уровень глюкозы в организме идет вниз, например, во время тренировки или соревнований, организм с помощью ферментов расщепляет запасенный гликоген и таким образом уровень глюкозы в организме остается в норме, а бегун получает энергию для своих подвигов.
Общий запас гликогена у взрослого человека 300-400 г.
«Горки»
Частый вид тренировок, когда есть возможность заниматься на открытом воздухе.
Забеги вверх-вниз по своей структуре нагрузки напоминают «интервалы», но в таком виде тренировок участвует гораздо большее количество мышц. Часто «горки» используют в качестве тренировочных упражнений те, кто участвует в забегах вне «асфальта»: трейлраннеры, скайраннеры и т.п.
Специальные кроссовки для трейлраннинга в «Канте»
Подробные статьи про снаряжение для трейлраннинга:
Пульс. Зоны пульса
Если вы тренируетесь без использования пульсовых зон, без контроля за частотой сокращений своего сердца — это то же самое, как ориентироваться в лесу ночью без компаса или навигатора и с завязанными глазами – бесцельно и с непредсказуемым результатом.
Человек устроен таким образом, что при разном уровне активности у него тренируется и развивается какой-то один фактор. При этом развитие этого фактора напрямую связано с таким объективным показателем, как частота сердечных сокращений (ЧСС). При одних диапазонах – зонах — показателях ЧСС тренируется выносливость, при других – физическая сила и т.
д. Соответственно, для того, чтобы построить работающий тренировочный план, где будут и тренировки на выносливость и на физическую силу и т.п. вам просто нужно выяснить – в каких «зонах», какие у вас цифровые показатели пульса?
Как определить пульсовые зоны?
Есть множество технологий «раскладки» пульсовых зон. Самая точная и объективная – та, которая получается в результате прохождения медицинского тестирования, с замером физиологических параметров с помощью анализа уровня содержания кислорода в крови. Обычно такой тест выполняется с помощью велоэргометра, на беговой дорожке или с помощью специальных упражнений, требующих максимального физического напряжения.
Сколько всего пульсовых зон и что, в какой зоне ЧСС тренируется?
Всего «пульсовых» зон пять и они раскладываются от значения ЧСС в состоянии покоя (у любителей эта цифра в районе 70 ударов, у профессионалов может и до 30 ударов опускаться) – до максимального значения – и у любителей и у профессионалов эта цифра в районе 190 — 200 — 210 ударов – быстрее сердце не может качать кровь до физиологическим причинам.
Разница между границами последующей и предыдущей пульсовой зоны составляет обычно 10 — 15%.
1. Зона очень низкой интенсивности
Используется в качестве разминки перед высокими нагрузками и для восстановления после соревнований и тяжелых тренировок.
50-60% от максимальной частоты сердечных сокращений. Тренируется общая физическая выносливость. Легкие и комфортные тренировки. Эта зона наилучшим образом подходит для тех, кто либо только начал тренироваться, либо имеет очень низкий уровень физической подготовленности.
2. Фитнес-зона
60-70% от МЧСС. Зона умеренной интенсивности для поддержания и развития базовой выносливости. Энергия вырабатывается главным образом аэробным путем. Тренинг жирового метаболизма — при тренировке в этой зоне обеспечивается мобилизация жиров, вы начинаете худеть. Оптимальная тренировочная зона для нетренированных бегунов и людей с повышенным весом. В этой зоне повышается качество мышечных волокон и плотность капилляров, развивается сердечно-сосудистая система.
Тренировка во второй зоне является неотъемлемой частью программы занятий каждого бегуна.
3. Аэробная зона
Зона большой интенсивности внутри диапазона аэробно-анаэробного перехода для развития базовой выносливости и увеличения аэробных характеристик.
70-80% от МЧСС. Оптимальная зона для тренировок на выносливость. Стимулируется развитие сети мелких капилляров в мышцах, которые обеспечивают доставку кислорода. Возрастает число и размер кровеносных сосудов, увеличивается объем легких, улучшается функциональное состояние дыхательной системы, увеличивается размер и сила сердца. При тренировках в этой пульсовой зоне начинается закисление крови лактатом.
4. Анаэробная зона
80-90% от МЧСС. Зона субмаксимальной интенсивности чуть выше диапазона аэробно-анаэробного перехода для быстрой метаболизации резервов и тренировки специфической соревновательной выносливости. Источник энергии для движения — почти полностью за счет углеводов, жиры практически не сжигаются.
Тренировки в этой зоне нужны для развития скоростной выносливости – когда вы на почти максимуме пульса можете бежать долго и с высокой скоростью.
Уровень лактата начинает резко расти, уровень ПАНО достигается именно в этой зоне. Тренировки в этой зоне нужны для улучшения показателя максимального потребления кислорода, отодвигания уровня ПАНО, для повышения уровня выносливости.
5. Максимальная зона
90-100% от МЧСС. Зона максимальной интенсивности находится выше диапазона аэробно- анаэробного перехода. В этой зоне получится находиться не больше 2-5 минут, т.к. концентрация лактата в крови будет зашкаливать. Энергообеспечение идет в основном за счет креатинфосфата и гликогена мышц.
Тренировки в этой зоне дают почувствовать – что значит «бежать на все деньги», ваш пульс приближается к 100% от МЧСС, наступает зона максимально возможной для вас нагрузки. Организм работает на пределе своих возможностей, быстро расходуя все имеющиеся запасы, система дыхания и сердечно-сосудистая система работают с максимально возможной эффективностью.
Тренировками в «максимальной» зоне занимаются профессиональные спортсмены в предсоревновательный период. Для любителей, которые хотят похудеть или просто улучшить своё здоровье, подвергать себя таким крайним нагрузкам не только не полезно, но и опасно.
Как отслеживать, что я тренируюсь в запланированной пульсовой зоне?
Для этого существуют средства объективного контроля – пульсометры, которые считывают значение ваших сердечных сокращений и передают их либо в специальные наручные, спортивные часы, либо в фитнесс-приложения, установленные в ваших смартфонах по bluetoooth – каналу связи. В часах и приложениях на смартфоне все данные вашей активности визуализируются с помощью цифр и графиков.
Часы и пульсометры в «Канте»
Подробная статья про один из самых известных брендов на рынке спортивных часов – Suunto
Каденс (ритм бега, частота шагов)
Число шагов, которые совершает бегун в минуту бега. При слишком больших значениях каденса вам нужно задуматься о технике – вы семените, очень часто ставите ноги на землю.
При малых значениях каденса вы делаете слишком большие шаги между касаниями, тем самым заставляя ваш опорно-двигательный аппарат работать с излишней нагрузкой. Идеальным каденсом, который снижает риск возникновения травм при беге, считается цифра 180, её вывел американский исследователь Джек Дэниелс в результате наблюдений за профессиональными легкоатлетами.
Кинезио-тейп
Специальные пластыри, разработанные мануальным терапевтом Кензо Касе из Японии, которые наклеиваются по линиям мускулатуры и связок с целью снятия нагрузок с мышц после травм или перед интенсивной работой. Тейпы делаются из натурального хлопка и акриловой основы, покрытой клеящимся гелем.
Кинезиотейпы в «Канте»
Компрессионные гольфы и одежда
Одежда и носки, с повышенным содержанием эластичных нитей. Плотно охватывают стопы, призваны поддерживать мышцы и вены ног в тонусе во время бега. Благодаря прилеганию стопы надежно защищаются от натертостей обувью.
Компрессионная одежда, носки и гольфы в «Канте»
Тайтсы
Сделанные из эластичных тканей разной длины (от полностью закрывающих щиколотки — до шорт) брюки.
Надеваются во время ветреной погоды, когда температура окружающей среды существенно ниже уровня комфорта, во время трейловых забегов, чтобы защитить кожу голеней и коленей от порезов о высокую траву и на длинные забеги, чтобы избежать натертостей.
Тайтсы бывают разной длины – в зависимости от вида забегов: для трейлов – более длинные, для городских забегов по асфальту – более короткие.
Все тайтсы в «Канте»
Максимальное потребление кислорода (МПК)
Один из объективных показателей уровня физической формы человека.
МПК – это то, наибольшее количество кислорода, которое человек может потребить в течение 1 минуты. Чем более у человека развита сердечно-сосудистая система, чем лучше физическая форма, тем больше кислорода – основного источника энергии для движения, он может потребить. У здорового человека, не занимающегося спортом, МПК равен 3200 – 3500 мл / мин, у тренированных бегунов этот показатель выше 5000 мл / мин. Определение МПК делается с помощью специального оборудования на велоэргометре или беговой дорожке.
«Мейджор»
От английского major – «главный». Самые престижные и самые популярные ежегодные «асфальтовые» марафоны, куда есть доступ и простым любителям. С 2006 года такие марафоны объединились в специальную серию — World Marathon Majors. В настоящее время «мейджеры» проводятся в Бостоне, Лондоне, Берлине, Чикаго и Нью-Йорке. С 2013 года в серию вступил Токийский марафон.
Победитель серии награждается денежным призом в размере 500 000 долларов США.
Эти забеги считаются особенными из-за многолетней истории и масштабов проведения. Пробежать «мейджор» мечтают практически все марафонцы, но сделать это очень непросто из-за высоких временных цензов и большого количества желающих со всего мира.
Мышцы – «двигатели» и мышцы – «стабилизаторы»
Для бега (равно, как и для любого другого вертикального движения) человек использует две группы мышц:
А) «Стабилизаторы», которые отвечают за равновесное положение частей нашего тела и фиксацию частей скелета относительно друг друга
Б) Мышцы – «двигатели», которые отвечают за основную силовую работу по перемещению нашего тела в пространстве и движению частей скелета человека относительно друг друга.
В процессе тренировок важно уделять внимание и тем и другим группам мышц – для этого существуют комплексы специальных беговых упражнений (СБУ) и ОФП – общефизической подготовки.
Ортопедические стельки
Строение стоп у всех бегунов разное, для того, чтобы компенсировать эти особенности, для того, чтобы убрать разницу между уникальными ногами и серийными кроссовками, снизить травматичность при беге и делаются специальные ортопедические стельки. Они очень показаны тем, у кого есть плоскостопие, гипо-или гипер-пронация. Изготавливаются стельки в специальных центрах, профессиональными мастерами, с использованием специального оборудования.
Подробная статья о том, как устроен процесс изготовления индивидуальных стелек в «Канте»
Пронация
Способ постановки стопы на поверхность при ходьбе или беге — один из ключевых моментов при правильном выборе кроссовок для бега. Неправильный выбор, без учета отклонения от нормального состояния может привести к проблемам с коленями или повреждению ахиллова сухожилия.
Пронация – способ, которым наша ступня приземляется, перекатывается и отталкивается от поверхности, по которой мы идем или бежим.
При соприкосновении стопы с поверхностью земли её свод, данный нам природой в виде выгнутой рессоры, становится более плоским, тем самым смягчая ударную нагрузку.
Нейтральная пронация – когда стопа ставится абсолютно плоско на поверхность, что обеспечивает оптимальное распределение нагрузки, как при приземлении после шага, так и при толчке.
Все кроссовки в «Канте» с нейтральной пронацией
Гиперпронация
При гиперопронации ступня прогибается вовнутрь, а за ней следуют суставы и щиколотка. Из-за слишком сильного прогиба ступни (фактического заваливания ее внутрь) возникает избыточное давление на внутреннюю часть стопы и ахиллово сухожилие.
Кроссовки, призванные решить проблему гиперпронации, относятся к классу «стабилизирующих» и обычно имеют характеристику «с контролем движения» (Motion Control). В отличие от «нейтральных» моделей они оснащены усиленной промежуточной подошвой (супинатором) и специальными, ярко выраженными боковыми профилями подошв кроссовок, которая даёт большее сопротивление заваливанию внутрь, компенсирует завал и возвращает стопу в нейтральное положение.
Все кроссовки в «Канте» с гиперпронацией
Гипопронация
При гипопронации стопа наоборот – заваливается во внешнюю сторону и таким образом затрудняется естественная амортизацию стопы из-за недостаточного ее прогиба. Гипопронация – гораздо более редкое явление, чем гиперпронация, именно поэтому моделей кроссовок для гипопронаторов очень мало на рынке. Если вы – бегун с ярко выраженной гипопронацией, и вам хотелось бы повысить стабильность своей обуви, попробуйте использовать специальные ортопедические стельки, призванные решить эту проблему.
Все кроссовки в «Канте» с гипопронацией
Индекс массы тела
Величина, позволяющая оценить соответствие массы тела спортсмена и его роста и косвенно определить, является ли масса недостаточной, нормальной или избыточной. У бегунов прямая зависимость экономичности бега от индекса массы тела. Одна из возможных расчетных формул: I = m/h3, где h3 — рост в квадрате, m — вес.
Марафонская «стена»
Состояние крайней эмоциональной и физической истощенности у бегуна, полный упадок мотивации, отсутствие любого желания пробежать хотя бы еще 50 метров.
Причины «стены» — крайне высокий уровень лактата и крайне низкий уровень сахара в крови. Как избежать «стены»?:
А) Бегите дистанцию по «пульсу», отслеживайте его значение с помощью спортивных часов или приложения в смартфоне. Даже если вы бегун очень высокого уровня, помните о том, что залезание в 4-ую, а тем более – 5-ую «пульсовую» зону должно быть очень кратковременным и вам необходимо как можно быстрее вернуться к более низким значениям пульса.
Б) Обязательно пейте и ешьте до и во время длинных дистанций. 40 минут – 1 гель, каждые 30 минут – 3-4 глотка напитка с разведенным изотоником из фляжки или регулярное питье на пунктах питания – все это позволит вам сохранить уровень сахара в крови на уровне, который позволит нормально функционировать вашему телу.
Перепад (в кроссовках)
Перепад (дроп) – величина в мм — насколько пятка выше носка в кроссовке. Значение перепада подбирают в зависимости от техники постановки стопы при беге. При беге «на пятку» перепад должен быть побольше (8-10 мм), чтобы компенсировать жесткое приземление на голеностопный сустав, высокий дроп обеспечивает плавный перекат с пятки на носок.
При беге «на носок» или на середину стопы перепад может быть минимальным, обычное значение – 6-8 мм.
Перетренированность
Состояние организма (физическое, эмоциональное), которое возникает и у новичков, и у профи, когда объем и интенсивность тренировок превышает восстановительные способности организма. Основные признаки: повышение частоты пульса, которая не снижается даже через продолжительное время после окончания тренировки или соревнования, перепады настроения, депрессивное состояние, раздражительность, быстрая утомляемость даже от незначительных физических упражнений.
Плоскостопие
Один из дефектов стопы, при котором свод стопы ослаблен или имеет такую форму, при которой нога не может полноценно выполнять роль амортизатора.
Различают продольное и поперечное плоскостопия с разными степенями. Дефект этот приобретенный или врожденный, он выявляется во время специальных тестов и должен обязательно учитываться при подборе кроссовок.
Пульсометр
Пульсометр – это измерительный прибор, который регистрирует частоту сердечных сокращений.
Его еще называют монитором сердечного ритма (heart rate monitor). Это устройство, позволяющее определять пульс во время физической активности и показывать – как интенсивно бьется ваше сердце.
Обязательный элемент (ну, только если вы не Элиуд Кипчоге) для любого бегуна на длинные дистанции. Датчик-пульсометр может быть вмонтирован в спортивные часы (оптический датчик) или улавливать электромагнитные импульсы, будучи отдельным элементом. Данные с датчика передаются на спортивные часы или в специальное приложение на смартфоне по Bluetooth-радиоканалу.
Рогейн
Командный вид спорта, очень близкий по формату к спортивному ориентированию. Главная задача — за определенный промежуток времени (классически 24 часа, но бывает и 6, 8, 10, 12 часов) набрать максимальное количество очков, обнаружив контрольные пункты на местности с помощью навыков ориентирования. За каждую минуту опоздания от контрольного времени снимают по одному штрафному очку, а после 30 мин опозданий результат команды аннулируется.
Рогейн предусматривает не только высокую готовность быстро бегать и читать топографическую карту, но и думать тактически, выбирая наилучшую траекторию от одного КП до другого, что позволит быстрее пройти всю дистанцию.
Кстати, у нас есть подробная статья – «Основы ориентирования. Базовые понятия. Как пользоваться компасом?»
Спортивные напитки
Спортивные напитки это специальные, содержащие углеводы (4-8 г на 100 мл), безуглекислотные растворы солей и минералов, которые активизируют обмен веществ, повышают выносливость, а также восстанавливают солевой баланс в организме, который непременно нарушается в процессе длительной физической активности, которая может вызвать судорогу и слабость в мышцах. Желательно не экспериментировать со спортивными напитками на забегах, так как реакция вашего организма на новый, непривычный продукт может вывести из строя желудочно-кишечный тракт. Опытные бегуны тестируют новые спортивные напитки только на тренировках, а на соревнованиях употребляют только проверенные продукты.
Примеры готовых спортивных напитков: Powerade, Catorade, Aqua Minerale Active.
Вместе с тем, стоит отметить, что концентрация солей и минералов в таких напитках невысока, и мы рекомендуем растворять в них дополнительные объемы необходимых полезных добавок в виде изотоников.
Изотоники, которые можно купить в «Канте» в виде таблеток, которые надо разводить или уже в виде раствора.
Сертифицированная трасса
Трасса, параметры которой проверили независимые специалисты Международной ассоциации легкоатлетических федераций (IAAF) и Ассоциации международных марафонов и пробегов (AIMS), если речь идет про проверку марафонских дистанций. После официальной проверки, если все хорошо и трасса отвечает необходимым параметрам, организаторам выдается соответствующий сертификат (как правило, на 5 лет).
Стартовая зона
Место, откуда дается старт на соревнованиях и где заканчивают бег участники (если трасса имеет старт и финиш в одном месте). Чаще всего стартовая зона состоит из стартового коридора, с пропускной системой, чтобы в него не попали случайные люди, арки «старт-финиш», часов с указанием начала времени гонки, чиповой системы, которая считает время прохождения вами дистанции.
Темп бега
Один из ключевых параметров в беге, наравне с пульсом. Темп считается так – сколько минут бегун должен потратить на прохождение одного км дистанции. Скажем, Элиуд Кипчоге, во время установления мирового рекорда на Берлинском марафоне в 2018 году (2 : 01 : 39) пробежал дистанцию со средним темпом 2 : 53 минуты на 1 км. Для сравнения, средний темп бегуна-любителя на Московском марафоне, чтобы ему показать время быстрее 4 часов, должен быть не ниже 5 : 30 минут на 1 км. Грамотное планирование тренировочного процесса позволяет поддерживать необходимый темп во время соревнований, что приводит к желанному финишному времени.
Трейл, трейлраннинг
Бег по бездорожью, по природному рельефу — тропинкам, горам, лесам. Главное отличие трейлраннинга от кросса, для которого трассы также прокладывают вне «асфальта» — наличие определенного, необходимого перепада высот и длины дистанции – трейлы редко бывают короче 10 Км, а кроссы – наоборот.
В отличие от «асфальтового» бега трейл считается более универсальным средством тренировки, т.
к. при прохождении дистанции задействовано большее количество мышц организма — и «двигателей», и «стабилизаторов».
Т.к., и тренировки и соревнования в трейле проходят по природному рельефу с достаточно неровной поверхностью, к обуви, которая используется бегунами, для предотвращения травм голеностопа предъявляются определенные требования: она должна плотно фиксировать стопу, иметь прочную (но легкую) конструкцию, выраженный протектор подошвы, который не будет проскальзывать при движении по скользким, крутым склонам и грязи.
Кроссовки для трейлов в «Канте»
Фан-ран
Чаще всего так называют любительские забеги без цели показать высокое соревновательное время. Бегуны принимают участие в таких забегах в первую очередь с целью получить удовольствие- fun и подурачиться, а не опередить соперников. Фан-раны чаще всего похожи на карнавалы, участники осыпают друг друга красками, обливают водой. Традиционно такие забеги проводятся на дистанции, которые обычно не превышает 5-7 километров.
Классический фан-ран – «Красочный забег», который ежегодно проводится в Москве.
Чип-тайм
Время, которое засекается по «чипы» бегуна, когда он пересекает специальное устройство сначала на старте, а потом на финише. Чип-тайм еще называют «чистым» временем, т.к. учитывается только время, которое бегун действительно провел на трассе забега. Чип-тайм отличается от ган-тайма (время от старта забега до вашего финиша) на то время, которое потребовалось вам, чтобы добраться в толпе бегунов до стартовой полосы.
EPOC
После окончания тренировок или финиша на соревнованиях процесс сжигания калорий не прекращается. Жировые отложения идут в расход еще интенсивнее, чем до тренировки, так как телу необходимо восстановиться после изнурительной работы. Этот процесс восстановления организма можно назвать «дожиганием калорий», что во многом является восстановлением нескольких физиологических показателей до уровня, который был до начала тренировки.
Повышение расхода энергии происходит благодаря избыточному потреблению кислорода после нагрузки (он же – кислородный долг), что в английском языке звучит как excess post-exercise oxygen consumption (EPOC).
EPOC — степень повышения метаболизма (сжигание калорий и жира) тела после тренировки – насколько эффект от тренировки длится после ее окончания.
Если постоянно следить за показателями EPOC во время бега, то можно поймать такое значение, при котором дальнейший отдых после тренировки будет более эффективным.
Тредмилл- тест с газоанализатором
Тредмил тест – один из самых объективных тестов, дающих полное представление обо всех ключевых физиологических параметрах организма бегуна при физической нагрузке. Во время теста, под нагрузкой снимается электрокардиограмма, замеряется артериальное давление, с помощью газоанализатора определяется потребление кислорода, берется кровь для измерения концентрации лактата.
Под контролем врача функциональной диагностики человек идет / бежит по беговой дорожке (тренажеру-тредмилу) с заданной скоростью, а в это время аппараты отслеживают работу его организма и считывают данные, которые потом расшифровываются специалистами.
Тест хорош тем, что он показывает реальное состояние бегуна «в цифрах», выявляет скрытые патологии сердца, которые не проявляются в обычной жизни.
По результатам тредмил-теста бегуны получают данные о состоянии своего организма, которые можно сравнить с данными, полученными через некоторое время после тренировочных циклов и увидеть – есть ли прогресс или нет.
Знания о беговой терминологии тем хороши, что они показывают, что бег – не самое простое занятие, как кажется, но в то же время, разобравшись с основными понятиями, вы можете построить свою систему тренировок и соревнований, которая будет осознанной и сможет вести вас от одного спортивного достижения — к другому.
Мы очень рекомендуем покупать все, что связано с бегом после личного визита в магазин «Канта» и консультации с нашими профессиональными продавцами.
Если вы живете в городе, где нет наших магазинов, то это не препятствие для приобретения того, что вам необходимо. Просто, при оформлении покупки через наш Интернет-магазин, обратите внимание, что у нас есть доставка курьерами и транспортными компаниями.
Также можно воспользоваться самовывозом, если вам так удобнее.
Однако, если вы уверены в модели, если вы уверены, что указанный размер или ростовка вам на 100% подойдет, то тогда наш Интернет-магазин – к вашим услугам. При покупке через Интернет у нас возможны различные системы оплаты:
- наличными курьеру
- банковским переводом
- по карте
- с помощью рассрочки
- с помощью подарочного сертификата
Все подробности по разным формам оплаты
Новинки в «Канте»:
Также рекомендуем вам полезные статьи по «беговым» темам:
«Теория производит тем большее впечатление, чем проще ее посылки, чем различнее явления, между которыми она устанавливает связь, чем обширнее область ее применения
%PDF-1.5
%
1 0 obj /MarkInfo >
/Metadata 2 0 R
/Outlines 3 0 R
/PageLayout /OneColumn
/Pages 4 0 R
/StructTreeRoot 5 0 R
/Type /Catalog
>>
endobj
6 0 obj /Company
/CreationDate (D:20160616104333+03’00’)
/Creator
/Keywords ()
/ModDate (D:20160616104711+03’00’)
/Producer (Adobe PDF Library 11.
0)
/SourceModified (D:20160603122610)
/Subject ()
/Title
>>
endobj
2 0 obj
>
stream
2016-06-16T10:47:11+03:002016-06-16T10:43:33+03:002016-06-16T10:47:11+03:00Acrobat PDFMaker 11 для Worduuid:c16a989b-51a2-437e-9743-5e3eeb107c22uuid:965b9f36-6f24-4171-8571-f9d01a0cae12
7;}ӷ ǟkqzMm,Ученые: больше половины ваших клеток — не человеческие
- Джеймс Галлахер
- Обозреватель Би-би-си по вопросам науки
Более половины клеток в организме человека не являются человеческими, говорят ученые.
Из всех клеток в человеческом теле только 43% — это, собственно, клетки человека. Остальные — это микроскопические колонизаторы.
Понимание этой скрытой области нашего тела — человеческой микробиоты — стремительно меняет наше представление о разных болезнях — от аллергии до болезни Паркинсона.
Некоторые медики даже задаются вопросом — что значит «быть человеком», и в поиске ответа находят новые способы лечения.
«Они крайне важны для вашего здоровья, — говорит профессор Рут Лей, директор департамента микробиотических исследований в Институте Макса Планка. — Ваше тело существует не только для вас», — добавляет она.
Как бы тщательно вы ни мылись, каждый уголок и каждая складка в вашем теле в любой момент времени обильно заселена микроскопическими созданиями.
Среди них — бактерии, вирусы, грибки и археи (которые обычно по ошибке классифицируют как бактерии). Больше всего этих существ живет в темных и сумрачных глубинах нашего кишечника, куда нет доступа кислороду.
«В вас больше от микроба, чем от человека», — говорит в беседе с Би-би-си профессор Роб Найт из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Раньше исследователи думали, что на каждую человеческую клетку в организме приходится десять микроорганизмов.
«Эту оценку пересмотрели, теперь соотношение скорее один к одному, поэтому сейчас мы считаем, что, если пересчитать клетки, то каждый из нас — на 43% человек», — говорит он.
Но с точки зрения генетики мы находимся в еще более уязвимом положении.
Геном человека — полный набор генетических инструкций, который есть у каждого из нас, — состоит из 20 тысяч «инструкций», которые называют генами.
Однако если сложить все гены живущих в нас микроорганизмов, итоговая цифра будет на уровне 20 миллионов.
«У нас не один геном, гены нашей микробиоты по сути представляют собой второй геном, который дополняет работу нашего собственного», — говорит профессор Саркис Мазманян из Калифорнийского технического университета.
«Я считаю, что нас делает людьми сочетание нашей собственной ДНК и ДНК микробов в нашем кишечнике», — считает он.
Было бы наивно думать, что такое количество микробов в нашем теле никак не взаимодействует с организмом и не влияет на его работу.
Ученые исследуют роль микробиоты в пищеварении, регулировании имунной системы, защиты от болезней и выработке витаминов.
«Мы обнаруживаем, что эти крошечные организмы могут полностью преобразить наше здоровье, до недавних пор мы не могли себе этого представить», — говорит профессор Найт.
Это новый подход к миру микробов — до сих пор человечество с ними главным образом боролось.
Поле битвы с микробами
Антибиотики и вакцины — оружие человека в борьбе с такими напастями, как вирус-возбудитель оспы, палочка Коха или золотистый стаффилокок. Они спасли множество жизней.
Однако ряд исследователей обеспокоены тем, что в борьбе с вредными микробами человечество могло нанести непоправимый вред обитающим внутри человека «полезным бактериям».
«За последние 50 лет мы проделали замечательную работу по уничтожению инфекционных заболеваний, — говорит профессор Лей. — Однако в то же время мы увидели огромный и устрашающий рост аутоимунных и аллергических заболеваний».
«Задача работы с микробиотой в том, чтобы понять, каким образом ее изменения, ставшие результатом нашего успеха в борьбе с патогенами, приводят к развитию целой категории новых болезней, с которыми нам нужно будет разбираться», — считает ученый.
Состояние микробиоты связывают и с другими болезнями, например с воспалением кишечника, болезнью Паркинсона, эффективностью лекарств от рака и даже аутизмом и депрессией.
Еще один пример — ожирение. Гены и диеты, безусловно, играют здесь свою роль, но как насчет микрофлоры кишечника?
Здесь тема становится сложнее.
Если есть только бургеры и шоколад, то такая диета и повысит риск ожирения, и повлияет на то, какие микробы живут у вас в пищеварительной системе.
Многие страдающие ожирением люди не знают, что у них в кишечнике живут «плохие» бактерии, которые метаболизируют пищу таким образом, что ожирение усугубляется — но как об этом узнать?
Профессор Найт провел эксперимент: подопытными выступили мыши, выращенные в идеальных санитарных условиях. С рождения они ни разу не вступали в контакт с микробами.
«Нам удалось показать, что, если взять худых и тучных людей и пересадить бактерии из их кала мышам, то мыши жиреют или становятся худыми в зависимости от того, чьи бактерии им пересадили», — говорит Найт.
Когда мышам, получившим бактерии от страдающих ожирением людей добавляли бактерий от худых, мыши начинали худеть.
«Это довольно удивительно, правда? Теперь вопрос в том, каким образом всё это можно применить к человеку», — говорит Найт.
На применение микробов в качестве лекарств сегодня возлагают большие надежды в медицине.
Залежи информации
В кембриджширском Институте Сенгера я встречаюсь с доктором Тревором Лоли, который пытается вырастить в лабораторных условиях полные микробиоты как здоровых, так и больных людей.
«У больных, например, могут отсутствовать некоторые микробы. Задача в том, чтобы вернуть их в организм», — говорит он.
Как утверждает Лоли, сегодня появляется все больше свидетельств того, что восстановление микробиоты больного может привести к ремиссии, например, в случае с язвенным колитом.
«Я думаю, что для большинства болезней, которые мы изучаем, вскоре придумают конкретные смеси микробов, где-то 10 или 15, которые будут давать пациентам», — уверен ученый.
Лечение микробами как сфера медицины находится на ранних этапах развития, но ученые думают, что вскоре регулярный мониторинг состояния микробиоты станет частью повседневной рутины, что даст нам огромное количество информации о нашем здоровье.
«Удивительно думать, что в каждой чайной ложке нашего кала содержится больше генетической информации о микробах, чем может уместиться на тонне DVD-дисков,» — говорит ученый.
«Каждый раз, когда вы, так сказать, сбрасываете эти данные, они попросту смываются без следа», — добавляет он.
«Мы видим решение так: в недалеком будущем, каждый раз, когда вы будете смывать унитаз, он будет делать что-то вроде моментального анализа и сообщать вам, хорошая у вас динамика, или не очень. Я считаю, что это всё преобразит», — уверен исследователь.
11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача — физика
Теплообмен, удельная теплоемкость и теплоемкость
В предыдущем разделе мы узнали, что температура пропорциональна средней кинетической энергии атомов и молекул в веществе, и что средняя внутренняя кинетическая энергия вещества тем выше, чем выше температура вещества.
Если два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта (то есть объекта с более высокой температурой) к более холодному (с более низкой температурой) объекту, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. .При равенстве температур нетто-теплопередачи, поскольку количество тепла, передаваемого от одного объекта к другому, равно количеству возвращенного тепла. Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Эксперименты показывают, что тепло, передаваемое веществу или от него, зависит от трех факторов: изменения температуры вещества, массы вещества и определенных физических свойств, связанных с фазой вещества.
Уравнение теплопередачи Q равно
Q = mcΔT, Q = mcΔT,11,7
, где м — масса вещества, а Δ T — изменение его температуры в единицах Цельсия или Кельвина.
Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ° C ° C).Изменение температуры (ΔTΔT) одинаково в кельвинах и градусах Цельсия (но не в градусах Фаренгейта). Удельная теплоемкость тесно связана с понятием теплоемкости. Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на 1,00 ° C ° C. В форме уравнения теплоемкость C составляет C = mcC = mc, где m — масса, а c — удельная теплоемкость. Обратите внимание, что теплоемкость такая же, как и удельная теплоемкость, но без какой-либо зависимости от массы.Следовательно, два объекта, состоящие из одного и того же материала, но с разной массой, будут иметь разную теплоемкость.
Это связано с тем, что теплоемкость — это свойство объекта, а удельная теплоемкость — это свойство любого объекта , изготовленного из того же материала.
Значения удельной теплоемкости необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. В таблице 11.2 приведены значения удельной теплоемкости для некоторых веществ в качестве справочной информации. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, а это означает, что для повышения температуры 1 кг воды требуется в пять раз больше тепла, чем для повышения температуры 1 кг стекла тем же способом. количество градусов.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] [OL] [AL] Объясните, что эта формула работает только тогда, когда фаза вещества не меняется. Передача тепловой энергии, тепла и фазовый переход будут рассмотрены позже в этой главе.
Предупреждение о заблуждении
Единицами измерения удельной теплоемкости являются Дж / (кг ° C⋅ ° C) и Дж / (кг K).
Однако градусы Цельсия и Кельвина не всегда взаимозаменяемы. В формуле для удельной теплоемкости используется разница температур, а не абсолютная температура.Это причина того, что градусы Цельсия могут использоваться вместо Кельвина.
| Вещества | Удельная теплоемкость ( c ) |
|---|---|
| Твердые вещества | Дж / (кг ° C⋅ ° C) |
| Алюминий | 900 |
| Асбест | 800 |
| Бетон, гранит (средний) | 840 |
| Медь | 387 |
| Стекло | 840 |
| Золото | 129 |
| Тело человека (среднее) | 3500 |
| Лед (средний) | 2090 |
| Чугун, сталь | 452 |
| Свинец | 128 |
| Серебро | 235 |
| Дерево | 1700 |
| Жидкости | |
| Бензол | 1740 |
| этанол | 2450 |
| Глицерин | 2410 |
| Меркурий | 139 |
| Вода | 4186 |
| Газы (при постоянном давлении 1 атм) | |
| Воздух (сухой) | 1015 |
| Аммиак | 2190 |
| Двуокись углерода | 833 |
| Азот | 1040 |
| Кислород | 913 |
| Пар | 2020 |
Таблица 11.
2 Удельная теплоемкость различных веществ.
Snap Lab
Изменение температуры земли и воды
Что нагревается быстрее, земля или вода? Вы ответите на этот вопрос, проведя измерения для изучения различий в удельной теплоемкости.
- Открытое пламя — соберите все распущенные волосы и одежду перед тем, как зажечь открытое пламя. Следуйте всем инструкциям учителя о том, как зажечь пламя. Никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра. Знайте расположение противопожарного оборудования в лаборатории.
- Песок или грунт
- Вода
- Духовка или тепловая лампа
- Две маленькие баночки
- Два термометра
Инструкции
Процедура
- Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить равные массы, используя на 50 процентов больше воды по объему. )
- Нагрейте оба вещества (с помощью духовки или нагревательной лампы) в течение одинакового времени.
- Запишите конечные температуры двух масс.
- Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
- Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.
)Проверка захвата
Потребовалось больше времени, чтобы нагреть воду или песок / почву до той же температуры? Какой образец остыл дольше? Что этот эксперимент говорит нам о том, как удельная теплоемкость воды по сравнению с удельной теплотой земли?
- Песок / почва нагревается и остывает дольше.Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
- Песок / почва нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.
- Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
- Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.
Проводимость, конвекция и излучение
Всякий раз, когда есть разница температур, происходит передача тепла. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.
Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.
Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее.
Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.
Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать отвод тепла, чтобы чувствовать себя более комфортно.Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем ткани, такие как толстый шерстяной свитер, которые замедляют отвод тепла от нашего тела зимой.
Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его на холоднее.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] [OL] [AL] Спросите учащихся, какая сейчас температура в классе. Спросите их, все ли предметы в комнате имеют одинаковую температуру. Как только это будет установлено, попросите их положить руку на стол или на металлический предмет. Стало холоднее? Почему? Если их стол изготовлен из ламината Formica, тогда они будут чувствовать прохладу в руке, потому что ламинат является хорошим проводником тепла и отводит тепло из рук, создавая ощущение «холода» из-за тепла, покидающего тело.
Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.
На рисунке 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле.
Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит множество столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.
Рис. 11.4 Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этом рисунке частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.
Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Такой тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.
Советы для успеха
В обиходе термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердый материал, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.
При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри шара разной температуры, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться.
Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.
Иногда мы контролируем температуру в доме или в себе, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичной изоляцией защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.
Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол.
Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.
Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим частям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.
Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и больше энергии).
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] [OL] Электромагнитные волны также часто называют электромагнитными волнами. Мы по-разному воспринимаем электромагнитные волны разной частоты. Так же, как мы можем видеть одни частоты как видимый свет, мы воспринимаем некоторые другие как тепло.
Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.
Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности.
Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.
Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)
Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный цвет поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый.
Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Попросите учащихся привести примеры теплопроводности, конвекции и излучения.
Виртуальная физика
Формы и изменения энергии
В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого нужно перетащить объект на пьедестал и затем удерживать рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете в режиме реального времени наблюдать, как быстро он нагревается или охлаждается.
Теперь попробуем передать тепло между объектами.
Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?
Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.
Проверка захвата
Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?
- Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
- Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
- Кирпич занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
- Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.Поддержка учителя
Поддержка учителя
Попросите учащихся учесть различия в результатах интерактивных упражнений при использовании разных материалов.Например, спросите их, было бы изменение температуры больше или меньше, если бы кирпич был заменен железным блоком той же массы, что и кирпич.
Попросите студентов рассмотреть одинаковые массы металлов, алюминия, золота и меди. После того, как они заявят, больше или меньше изменение температуры для каждого металла, попросите их обратиться к Таблице 11.2 и проверить, верны ли их прогнозы.
1.4 Теплопередача, удельная теплоемкость и калориметрия — University Physics Volume 2
Задачи обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объяснять явления, связанные с теплом как формой передачи энергии
- Решение проблем, связанных с теплопередачей
В предыдущих главах мы видели, что энергия — одно из фундаментальных понятий физики. Тепло — это тип передачи энергии, который вызывается разницей температур и может изменять температуру объекта. Как мы узнали ранее в этой главе, теплопередача — это движение энергии от одного места или материала к другому в результате разницы температур. Теплообмен является основой таких повседневных действий, как отопление и приготовление пищи, а также многих производственных процессов.
Он также составляет основу тем, которые будут рассмотрены в оставшейся части этой главы.
Мы также вводим понятие внутренней энергии, которая может быть увеличена или уменьшена за счет теплопередачи.Мы обсуждаем другой способ изменить внутреннюю энергию системы, а именно выполнение работы над ней. Таким образом, мы начинаем изучение взаимосвязи тепла и работы, которая лежит в основе двигателей и холодильников и является центральной темой (и источником названия) термодинамики.
Внутренняя энергия и тепло
Тепловая система имеет внутренней энергии (также называемой тепловой энергией ) , которая является суммой механических энергий ее молекул. Внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре.Как мы видели ранее в этой главе, если два объекта с разной температурой приводят в контакт друг с другом, энергия передается от более горячего объекта к более холодному, пока тела не достигнут теплового равновесия (то есть они имеют одинаковую температуру).
Ни один из объектов не совершает никакой работы, потому что никакая сила не действует на расстоянии (как мы обсуждали в разделе Работа и кинетическая энергия). Эти наблюдения показывают, что тепло — это энергия, спонтанно передаваемая из-за разницы температур. На рисунке 1.9 показан пример теплопередачи.
Значение слова «тепло» в физике отличается от его обычного значения. Например, в разговоре мы можем сказать, что «жара была невыносимой», но в физике мы бы сказали, что температура была высокой.
Тепло — это форма потока энергии, а температура — нет. Между прочим, люди более чувствительны к тепловому потоку , чем к температуре.
Поскольку тепло — это форма энергии, в системе СИ единицей измерения является джоуль (Дж). Другой распространенной единицей энергии, часто используемой для тепла, является калория (кал), определяемая как энергия, необходимая для изменения температуры на единицу.00 г воды на 1,00 ° С1,00 ° С, а именно от 14,5 ° С14,5 ° С до 15,5 ° С15,5 ° С, поскольку существует небольшая температурная зависимость. Также обычно используется килокалория (ккал), которая представляет собой энергию, необходимую для изменения температуры 1,00 кг воды на 1,00 ° С1,00 ° C. Так как масса чаще всего указывается в килограммах, то килокалория удобна. Как ни странно, пищевые калории (иногда называемые «большими калориями», сокращенно Cal) на самом деле являются килокалориями, что нелегко определить по маркировке упаковки.
Механический эквивалент тепла
Также можно изменять температуру вещества, выполняя работу, которая передает энергию в систему или из нее.
Это понимание помогло установить, что тепло — это форма энергии. Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) провел множество экспериментов, чтобы установить механический эквивалент тепла — работы, необходимой для получения тех же эффектов, что и теплопередача . В единицах, используемых для этих двух величин, эквивалентность равна
Мы считаем, что это уравнение представляет преобразование между двумя единицами энергии. (Другие числа, которые вы можете увидеть, относятся к калориям, определенным для температурных диапазонов, отличных от 14,5 ° C от 14,5 ° C до 15,5 ° C 15,5 ° C.)
На рис. 1.10 показана одна из самых известных экспериментальных установок Джоуля для демонстрации того, что работа и тепло могут производить одни и те же эффекты, и измерения механического эквивалента тепла. Это помогло установить принцип сохранения энергии. Гравитационная потенциальная энергия ( U ) была преобразована в кинетическую энергию ( K ), а затем рандомизирована по вязкости и турбулентности в увеличенную среднюю кинетическую энергию атомов и молекул в системе, что привело к увеличению температуры.
Вклад Джоуля в термодинамику был настолько значительным, что в его честь была названа единица энергии в системе СИ.
Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи дает тот же результат, что и увеличение ее за счет выполнения работы.Следовательно, хотя система имеет четко определенную внутреннюю энергию, мы не можем сказать, что она имеет определенное «теплосодержание» или «рабочее содержание». Четко определенная величина, которая зависит только от текущего состояния системы, а не от истории этой системы, называется переменной состояния . Температура и внутренняя энергия являются переменными состояния.
Подводя итог этому абзацу, тепло и работа не являются переменными состояния .
Между прочим, увеличение внутренней энергии системы не обязательно увеличивает ее температуру.Как мы увидим в следующем разделе, температура не меняется, когда вещество переходит из одной фазы в другую. Примером может служить таяние льда, которое может быть достигнуто путем добавления тепла или выполнения работы трения, например, когда кубик льда трется о шероховатую поверхность.
Изменение температуры и теплоемкость
Мы отметили, что теплопередача часто вызывает изменение температуры. Эксперименты показывают, что без фазового перехода и без какой-либо работы с системой или с ее помощью передаваемое тепло обычно прямо пропорционально изменению температуры и массы системы в хорошем приближении.(Ниже мы покажем, как действовать в ситуациях, когда приближение неверно.) Константа пропорциональности зависит от вещества и его фазы, которая может быть газом, жидкостью или твердым телом.
Мы опускаем обсуждение четвертой фазы, плазмы, потому что, хотя это наиболее распространенная фаза во Вселенной, она редка и недолговечна на Земле.
Мы можем понять экспериментальные факты, заметив, что передаваемое тепло — это изменение внутренней энергии, которая представляет собой полную энергию молекул.В типичных условиях полная кинетическая энергия молекул KtotalKtotal является постоянной долей внутренней энергии (по причинам и с исключениями, которые мы увидим в следующей главе). Средняя кинетическая энергия молекулы KaveKave пропорциональна абсолютной температуре. Следовательно, изменение внутренней энергии системы обычно пропорционально изменению температуры и количеству молекул, N . Математически ΔU∝ΔKtotal = NKave∝NΔTΔU∝ΔKtotal = NKave∝NΔT Зависимость от вещества в значительной степени является результатом различных масс атомов и молекул.Мы рассматриваем его теплоемкость с точки зрения его массы, но, как мы увидим в следующей главе, в некоторых случаях теплоемкость на молекулу одинакова для разных веществ.
Зависимость от вещества и фазы также является результатом различий в потенциальной энергии, связанной с взаимодействиями между атомами и молекулами.
Теплопередача и изменение температуры
Практическое приближение взаимосвязи между теплопередачей и изменением температуры:
, где Q — обозначение теплопередачи («количество тепла»), м — масса вещества, а ΔTΔT — изменение температуры.Обозначение c обозначает удельную теплоемкость (также называемую « удельная теплоемкость ») и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость численно равна количеству тепла, необходимому для изменения температуры 1,001,00 кг массы на 1,00 ° С1,00 ° С. Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ — Дж / (кг × К) Дж / (кг × К) или Дж / (кг × ° C) Дж / (кг × ° C). (Напомним, что изменение температуры ΔTΔT одинаково в кельвинах и градусах Цельсия.
)
Значения удельной теплоемкости обычно необходимо измерять, потому что нет простого способа их точно рассчитать.В таблице 1.3 приведены типичные значения удельной теплоемкости для различных веществ. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в 10 раз больше, чем у железа, что означает, что для повышения температуры воды на определенное количество тепла требуется в пять раз больше тепла, чем у стекла, и в 10 раз больше. столько, сколько по железу. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.
Удельная теплота газов зависит от того, что поддерживается постоянным во время нагрева — обычно от объема или давления.В таблице первое значение удельной теплоемкости для каждого газа измерено при постоянном объеме, а второе (в скобках) измерено при постоянном давлении. Мы вернемся к этой теме в главе, посвященной кинетической теории газов.
| Вещества | Удельная теплоемкость ( c ) | |
|---|---|---|
| Твердые вещества | Дж / (кг · ° C) Дж / (кг · ° C) | ккал / (кг · ° C) [2] ккал / (кг · ° C) [2] |
| Алюминий | 900 | 0. 215 |
| Асбест | 800 | 0,19 |
| Бетон, гранит (средний) | 840 | 0,20 |
| Медь | 387 | 0,0924 |
| Стекло | 840 | 0,20 |
| Золото | 129 | 0,0308 |
| Человеческое тело (в среднем при 37 ° C37 ° C) | 3500 | 0,83 |
| Лед (в среднем, от −50 ° C до 0 ° C от −50 ° C до 0 ° C) | 2090 | 0. 50 |
| Чугун, сталь | 452 | 0,108 |
| Свинец | 128 | 0,0305 |
| Серебро | 235 | 0,0562 |
| Дерево | 1700 | 0,40 |
| Жидкости | ||
| Бензол | 1740 | 0,415 |
| Этанол | 2450 | 0,586 |
| Глицерин | 2410 | 0. 576 |
| Меркурий | 139 | 0,0333 |
| Вода (15,0 ° C) (15,0 ° C) | 4186 | 1.000 |
| Газы [3] | ||
| Воздух (сухой) | 721 (1015) | 0,172 (0,242) |
| Аммиак | 1670 (2190) | 0,399 (0,523) |
| Двуокись углерода | 638 (833) | 0,152 (0. 199) |
| Азот | 739 (1040) | 0,177 (0,248) |
| Кислород | 651 (913) | 0,156 (0,218) |
| Пар (100 ° C) (100 ° C) | 1520 (2020) | 0,363 (0,482) |
Значения в скобках представляют собой удельную теплоемкость при постоянном давлении 1,00 атм.Обычно удельная теплоемкость также зависит от температуры. Таким образом, точное определение c для вещества должно быть дано в терминах бесконечно малого изменения температуры. Для этого отметим, что c = 1mΔQΔTc = 1mΔQΔT, и заменим ΔΔ на d :
За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая при нормальных температурах.Поэтому мы обычно принимаем удельную теплоемкость постоянными и равными значениям, указанным в таблице.
Пример 1.5
Расчет необходимого тепла
Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите и 0,250 л воды в ней нагреваются с 20,0 ° C20,0 ° C до 80,0 ° C80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?Стратегия
Можно предположить, что кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.
Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.3.Решение
- Рассчитайте разницу температур: ΔT = Tf − Ti = 60,0 ° C. ΔT = Tf − Ti = 60,0 ° C.
- Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м3 и 31000 кг / м3, 1 л воды имеет массу 1 кг, а массу 0.250 л воды mw = 0,250 кг mw = 0,250 кг.
- Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1.3: Qw = mwcwΔT = (0,250 кг) (4186Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 62,8 кДж. Qw = mwcwΔT = (0,250 кг) (4186Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 62,8 кДж.
- Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1.3:
QAl = mA1cA1ΔT = (0,500 кг) (900Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 27,0 кДж. QAl = mA1cA1ΔT = (0,500 кг) (900Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 27,0 кДж.
- Найдите общее переданное тепло: QTotal = QW + QAl = 89.8 кДж.QTotal = QW + QAl = 89,8 кДж.
QAl = mA1cA1ΔT = (0,500 кг) (900Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 27,0 кДж.Значение
В этом примере тепло, передаваемое воде, больше, чем в алюминиевой кастрюле. Хотя вес кастрюли в два раза больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла, чем для алюминиевого поддона.Пример 1.6 иллюстрирует повышение температуры, вызванное работой. (Результат такой же, как если бы такое же количество энергии было добавлено с помощью паяльной лампы, а не механически.)
Пример 1.6
Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом
Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала (рисунок 1.
11). Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Поскольку масса грузовика намного больше, чем масса тормозного материала, поглощающего энергию, повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло от тормозов передавалось в окружающую среду; Другими словами, тормоза могут перегреться.Фигура 1.11 Дымящиеся тормоза тормозного грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.
Рассчитайте повышение температуры 10 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг · ° C 800 Дж / кг · ° C, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося на 75,0 м (при вертикальном перемещении ) с постоянной скоростью.
Стратегия
Мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, приравниваем ее к увеличению внутренней энергии тормозов, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.
Решение
Сначала мы рассчитаем изменение потенциальной энергии гравитации при спуске грузовика: Mgh = (10,000 кг) (9,80 м / с2) (75,0 м) = 7,35 × 106 Дж. Mgh = (10 000 кг) (9,80 м / с2) (75,0 м) = 7,35 × 106 Дж.Поскольку кинетическая энергия грузовика не изменяется, закон сохранения энергии говорит нам, что потерянная потенциальная энергия рассеивается, и мы предполагаем, что 10% ее передается внутренней энергии тормозов, поэтому принимаем Q = Mgh / 10Q = Mgh / 10. Затем мы рассчитываем изменение температуры от переданного тепла, используя
, где м — масса тормозного материала.Вставьте указанные значения, чтобы найти
ΔT = 7,35 × 105 Дж (10 кг) (800 Дж / кг ° C) = 92 ° C. ΔT = 7,35 × 105 Дж (10 кг) (800 Дж / кг ° C) = 92 ° C.Значение
Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, приведет к очень сильному повышению температуры тормозного материала, поэтому этот метод непрактичен.
Вместо этого грузовик использовал бы технику торможения двигателем. Другая идея лежит в основе новейшей технологии гибридных и электрических автомобилей, в которой механическая энергия (кинетическая и гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию в аккумуляторе. Этот процесс называется рекуперативным торможением.В задачах общего типа объекты с разными температурами контактируют друг с другом, но изолированы от всего остального, и им позволяют прийти в равновесие. Контейнер, который предотвращает передачу тепла внутрь или наружу, называется калориметром, а использование калориметра для измерения (обычно теплоемкости или удельной теплоемкости) называется калориметрией.
Мы будем использовать термин «проблема калориметрии» для обозначения любой проблемы, в которой рассматриваемые объекты термически изолированы от своего окружения.Важная идея при решении задач калориметрии состоит в том, что во время теплообмена между объектами, изолированными от их окружения, тепло, полученное более холодным объектом, должно равняться теплу, теряемому более горячим объектом, из-за сохранения энергии:
Qcold + Qhot = 0, Qcold + Qhot = 0.
1.6
Мы выражаем эту идею, записывая, что сумма тепла равна нулю, потому что полученное тепло обычно считается положительным; тепло потеряно, отрицательное.
Пример 1,7
Расчет конечной температуры в калориметрии
Допустим вы наливаете 0.250 кг воды 20,0–20,0 ° C (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, при температуре 150–150 ° C. Предположим, что теплопередача не происходит ни к чему другому: кастрюля кладется на изолирующую подкладку, и передача тепла воздуху игнорируется в течение короткого времени, необходимого для достижения равновесия. Таким образом, это проблема калориметрии, даже если изолирующий контейнер не указан. Также предположим, что выкипает незначительное количество воды. Какова температура, при которой вода и поддон достигают теплового равновесия?Стратегия
Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.
Теплопередача восстанавливает тепловое равновесие при соприкосновении воды и поддона; она останавливается, когда достигается тепловое равновесие между поддоном и водой. Тепло, теряемое кастрюлей, равно теплу, полученному водой — это основной принцип калориметрии.Решение
- Используйте уравнение теплопередачи Q = mcΔTQ = mcΔT, чтобы выразить тепло, потерянное алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечную температуру: Qhot = mA1cA1 (Tf − 150 ° C).Qhot = mA1cA1 (Tf − 150 ° C).
- Выразите тепло, получаемое водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Qcold = mwcw (Tf — 20,0 ° C) .Qcold = mwcw (Tf — 20,0 ° C).
- Обратите внимание, что Qhot <0Qhot <0 и Qcold> 0Qcold> 0 и что, как указано выше, они должны в сумме равняться нулю:
Qcold + Qhot = 0Qcold = −Qhotmwcw (Tf − 20,0 ° C) = — mA1cA1 (Tf − 150 ° C) . Qcold + Qhot = 0Qcold = −Qhotmwcw (Tf − 20,0 ° C) = — mA1cA1 (Tf − 150 ° C) ).
- Поместите все термины, содержащие TfTf, в левую часть, а все остальные термины — в правую.Решение для Tf, Tf,
Tf = mA1cA1 (150 ° C) + mwcw (20,0 ° C) mA1cA1 + mwcw, Tf = mA1cA1 (150 ° C) + mwcw (20,0 ° C) mA1cA1 + mwcw, и вставьте числовые значения: Tf = (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) (150 ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) (20,0 ° C) (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) + (0,250 кг ) (4186 Дж / кг ° C) = 59,1 ° C. Tf = (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) (150 ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) (20,0 ° C) (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) = 59,1 ° C.
Qcold + Qhot = 0Qcold = −Qhotmwcw (Tf − 20,0 ° C) = — mA1cA1 (Tf − 150 ° C) ).Значение
Почему конечная температура намного ближе к 20,0 ° C20,0 ° C, чем к 150 ° C150 ° C? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает меньшее изменение температуры при данной теплопередаче.Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры.
Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).Проверьте свое понимание 1.3
Проверьте свое понимание Если 25 кДж необходимо для повышения температуры породы с 25 ° C до 30 ° C, с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева породы с 45 ° C до 50 ° C, от 45 ° C до 50 ° C ?
Пример 1.8
Температурно-зависимая теплоемкость
При низких температурах удельная теплоемкость твердых тел обычно пропорциональна T3T3. Первое понимание этого поведения было связано с голландским физиком Питером Дебаем, который в 1912 году рассмотрел атомные колебания с помощью квантовой теории, которую Макс Планк недавно использовал для излучения. Например, хорошее приближение для удельной теплоемкости соли NaCl составляет c = 3,33 × 104 Дж / кг · K (T321K) 3.
c = 3,33 × 104 Дж · кг · K (T321K) 3. Постоянная 321 K называется температурой Дебая NaCl, ΘD, ΘD, и формула хорошо работает, когда T <0.04ΘD.T <0,04ΘD. Используя эту формулу, сколько тепла необходимо, чтобы поднять температуру 24,0 г NaCl с 5 K до 15 K?Решение
Поскольку теплоемкость зависит от температуры, нам нужно использовать уравнениеМы решаем это уравнение для Q , интегрируя обе части: Q = m∫T1T2cdT.Q = m∫T1T2cdT.
Затем подставляем данные значения и вычисляем интеграл:
Q = (0,024 кг) ∫T1T23,33 × 10–6Джкг · K (T321K) 3dT = (6,04 × 10−4JK4) T4 | 5K15K = 0,302J.Q = (0,024 кг) ∫T1T23.33 × 10–6Джкг · K (T321K) 3dT = (6,04 × 10–4JK4) T4 | 5K15K = 0,302Дж.Значение
Если бы мы использовали уравнение Q = mcΔTQ = mcΔT и удельную теплоемкость соли при комнатной температуре, 880 Дж / кг · K, 880 Дж / кг · K, мы получили бы совсем другое значение.Метаболизм и потеря веса: как вы сжигаете калории
Метаболизм и потеря веса: как сжигать калории
Узнайте, как метаболизм влияет на вес, правду о медленном метаболизме и о том, как сжигать больше калорий.
Вы, наверное, слышали, что люди винят свой вес в медленном метаболизме, но что это значит? Действительно ли виноват метаболизм? И если да, то можно ли ускорить метаболизм, чтобы сжигать больше калорий?
Это правда, что метаболизм зависит от веса.Но вопреки распространенному мнению, медленный метаболизм редко бывает причиной лишнего веса.
Хотя ваш метаболизм влияет на основные потребности вашего тела в энергии, то, сколько вы едите и пьете, а также какая физическая активность, в конечном итоге, определяют ваш вес.
Метаболизм: преобразование пищи в энергию
Метаболизм — это процесс, с помощью которого ваше тело превращает то, что вы едите и пьете, в энергию. Во время этого сложного процесса калории в пище и напитках объединяются с кислородом, чтобы высвободить энергию, необходимую вашему организму для функционирования.
Даже когда вы находитесь в состоянии покоя, вашему телу нужна энергия для всех его «скрытых» функций, таких как дыхание, циркуляция крови, регулировка уровня гормонов, а также рост и восстановление клеток.
Количество калорий, которые ваше тело использует для выполнения этих основных функций, известно как ваш основной уровень метаболизма — то, что вы могли бы назвать метаболизмом.
Несколько факторов определяют ваш индивидуальный базальный метаболизм, в том числе:
- Размер и телосложение вашего тела. Люди большего размера или с большей мышечной массой сжигают больше калорий даже в состоянии покоя.
- Ваш пол. У мужчин обычно меньше жира и больше мышц, чем у женщин того же возраста и веса, что означает, что мужчины сжигают больше калорий.
- Ваш возраст. По мере того, как вы становитесь старше, количество мышц имеет тенденцию к уменьшению, и на долю жира приходится большая часть вашего веса, что замедляет сжигание калорий.
Энергетические потребности для основных функций вашего тела остаются довольно постоянными, и их нелегко изменить.
В дополнение к вашей основной скорости метаболизма, два других фактора определяют, сколько калорий ваше тело сжигает каждый день:
- Пищевая промышленность (термогенез). Переваривание, усвоение, транспортировка и хранение потребляемой вами пищи также требует калорий. Около 10 процентов калорий из углеводов и белков, которые вы потребляете, используются во время переваривания и усвоения пищи и питательных веществ.
- Физическая активность. Физическая активность и упражнения — например, игра в теннис, прогулка в магазин, погоня за собакой и любое другое движение — составляют остальную часть калорий, которые ваше тело сжигает каждый день. Физическая активность, безусловно, является самым изменчивым из факторов, определяющих, сколько калорий вы сжигаете каждый день.
Переваривание, усвоение, транспортировка и хранение потребляемой вами пищи также требует калорий. Около 10 процентов калорий из углеводов и белков, которые вы потребляете, используются во время переваривания и усвоения пищи и питательных веществ. Ученые называют деятельность, которую вы делаете в течение всего дня, которая не является преднамеренной физической нагрузкой, не является термогенезом (NEAT). Это занятие включает в себя прогулки из комнаты в комнату, такие занятия, как садоводство и даже ерзание. NEAT составляет от 100 до 800 калорий, используемых ежедневно.
Метаболизм и вес
Может возникнуть соблазн обвинить свой метаболизм в увеличении веса. Но поскольку метаболизм — это естественный процесс, в вашем организме есть множество механизмов, которые регулируют его в соответствии с вашими индивидуальными потребностями.
Только в редких случаях вы получаете чрезмерную прибавку в весе из-за медицинских проблем, замедляющих метаболизм, таких как синдром Кушинга или недостаточная активность щитовидной железы (гипотиреоз).
К сожалению, набор веса — сложный процесс. Скорее всего, это сочетание генетической структуры, гормонального контроля, состава диеты и влияния окружающей среды на ваш образ жизни, включая сон, физическую активность и стресс.
Все эти факторы приводят к дисбалансу в уравнении энергии.Вы набираете вес, когда съедаете больше калорий, чем сжигаете, или сжигаете меньше калорий, чем едите.
Хотя это правда, что некоторые люди, кажется, могут похудеть быстрее и легче, чем другие, все худеют, когда сжигают больше калорий, чем едят.
Чтобы похудеть, вам нужно создать дефицит энергии, потребляя меньше калорий или увеличивая количество калорий, которые вы сжигаете за счет физической активности, или и то, и другое.
Более пристальный взгляд на физическую активность и обмен веществ
Хотя у вас нет особого контроля над скоростью вашего основного метаболизма, вы можете контролировать, сколько калорий вы сжигаете за счет своего уровня физической активности.Чем больше вы активны, тем больше калорий сжигаете. На самом деле, некоторые люди с быстрым метаболизмом, вероятно, просто более активны — и, возможно, больше ерзают, — чем другие.
Аэробные упражнения являются наиболее эффективным способом сжигания калорий и включают такие виды деятельности, как ходьба, езда на велосипеде и плавание. В качестве общей цели включите в свой распорядок дня не менее 30 минут физической активности.
Если вы хотите похудеть или достичь определенных целей в фитнесе, вам может потребоваться еще больше времени, которое вы тратите на физическую активность.
Если вы не можете выделить время для более продолжительной тренировки, попробуйте 10-минутные периоды активности в течение дня. Помните, чем активнее вы будете, тем больше пользы.
Специалисты также рекомендуют упражнения для силовых тренировок, такие как тяжелая атлетика, не реже двух раз в неделю. Силовые тренировки важны, потому что они помогают нарастить мышцы. Мышечная ткань сжигает больше калорий, чем жировая ткань.
Любое дополнительное движение помогает сжигать калории. Ищите способы ходить и передвигаться на несколько минут больше каждый день, чем накануне.Чаще подниматься по лестнице и парковаться подальше от магазина — это простые способы сжечь больше калорий. Даже такие занятия, как садоводство, мытье машины и работа по дому, сжигают калории и способствуют снижению веса.
Нет волшебной пули
Не обращайте внимания на пищевые добавки для сжигания калорий или похудания. Продукты, которые утверждают, что ускоряют ваш метаболизм, часто вызывают больше шумихи, чем помогают, а некоторые из них могут вызывать нежелательные или даже опасные побочные эффекты.
Производители диетических добавок не требуются U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, чтобы доказать, что их продукты безопасны или эффективны, поэтому относитесь к этим продуктам с осторожностью. Всегда сообщайте своим врачам о любых добавках, которые вы принимаете.
Нет простого способа похудеть. В основе похудения по-прежнему лежат физические нагрузки и диета. Потребляйте меньше калорий, чем сжигаете, и вы худеете.
Диетические рекомендации для американцев рекомендуют сокращать калорийность на 500-700 калорий в день, чтобы сбросить от 1 до 1,5 фунтов (0,1 кг).От 5 до 0,7 килограмма) в неделю. Если вы можете добавить немного физической активности в свой день, вы достигнете своих целей по снижению веса еще быстрее.
Получите самую свежую информацию о здоровье от экспертов клиники Мэйо.
Зарегистрируйтесь бесплатно и будьте в курсе достижений в области исследований, советов по здоровью и актуальных тем, касающихся здоровья, таких как COVID-19, а также опыта в области управления здоровьем.
Узнайте больше об использовании данных Mayo Clinic. Чтобы предоставить вам наиболее актуальную и полезную информацию и понять, какие
информация полезна, мы можем объединить вашу электронную почту и информацию об использовании веб-сайта с
другая имеющаяся у нас информация о вас. Если вы пациент клиники Мэйо, это может
включать защищенную медицинскую информацию.Если мы объединим эту информацию с вашими защищенными
информация о здоровье, мы будем рассматривать всю эту информацию как защищенную
информацию и будет использовать или раскрывать эту информацию только в соответствии с нашим уведомлением о
политика конфиденциальности.
Вы можете отказаться от рассылки по электронной почте в любое время, нажав на
ссылку для отказа от подписки в электронном письме.
Подписаться!
Спасибо за подписку
Наш электронный информационный бюллетень Housecall будет держать вас в курсе самой последней информации о здоровье.
Извините, что-то пошло не так с вашей подпиской
Повторите попытку через пару минут
Повторить
10 ноября 2020 г.
Показать ссылки- Anthanont P, et al.Предсказывает ли базальный уровень метаболизма прибавку в весе? Американский журнал клинического питания. 2016; 104: 959.
- Goldman L, et al., Eds. Ожирение. В: Медицина Гольдмана-Сесила. 25-е изд. Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс Эльзевир; 2016. https://www.clinicalkey.com. Проверено 3 августа 2017 г.
- Похудение. Центры по контролю и профилактике заболеваний. https://www.cdc.gov/healthyweight/losing_weight/index.html. По состоянию на 7 июня 2017 г.
- Lam YY, et al. Косвенная калориметрия: незаменимый инструмент для понимания и прогнозирования ожирения.Европейский журнал клинического питания. 2017; 71: 318.
- Брей GA. Этиология и естественное течение ожирения. https://www.uptodate.com/contents/search. Проверено 7 августа 2017 г.
- 2015-2020 диетические рекомендации для американцев. Министерство здравоохранения и социальных служб США и Министерство сельского хозяйства США. https://health.gov/dietaryguidelines/2015/guidelines. По состоянию на 7 июня 2017 г.
- Рекомендации по физической активности для американцев, 2008 г. Министерство здравоохранения и социальных служб США.https://health.gov/paguidelines/guidelines/. Проверено 8 августа 2017 г.
- Что такое избыточный вес и ожирение у взрослых. Национальный институт диабета, болезней органов пищеварения и почек. https://www.niddk.nih.gov/health-information/weight-management/adult-overweight-obesity. Проверено 8 августа 2017 г.
- Брей GA. Ожирение у взрослых: роль физической активности и упражнений. https://www.uptodate.com/contents/search. Проверено 7 августа 2017 г.
- Ожирение у взрослых, профилактика и лечение.Блумингтон, Миннесота: Институт улучшения клинических систем. https://www.icsi.org/guidelines__more/catalog_guidelines_and_more/catalog_guidelines/catalog_endocrine_guidelines/obesity__adults/. По состоянию на 7 июня 2017 г.
- Остерегайтесь продуктов, способствующих чудодейственной потере веса. Управление по контролю за продуктами и лекарствами. https://www.fda.gov/ForConsumers/ConsumerUpdates/ucm246742.htm. Проверено 7 августа 2017 г.
- Литин С.Ц. (заключение эксперта). Клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, 9 августа 2017 г.
https://health.gov/dietaryguidelines/2015/guidelines. По состоянию на 7 июня 2017 г.
Управление по контролю за продуктами и лекарствами. https://www.fda.gov/ForConsumers/ConsumerUpdates/ucm246742.htm. Проверено 7 августа 2017 г..
Внутренние часы вашего тела и их влияние на ваше общее состояние здоровья
Хотя есть определенные области тела, такие как сердце, которые в некоторой степени могут управлять своими собственными функциями, есть веские доказательства того, что биологические часы играют роль играет важную роль в контроле многих из этих колебаний (например, уровня сахара в крови) в течение 24 часов.
НАРУШЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ЧАСОВ ТЕЛА
Некоторые из лучших знаний о роли, которую биологические часы играют в нашем здоровье, получены в тех случаях, когда цикл не синхронизирован.Это может происходить по разным причинам, и мы только начинаем разбираться в них более подробно.
Иногда мы сами делаем то, что нарушает наш нормальный ритм, например, летим в далекий часовой пояс. Иногда играют роль другие факторы (например, гены или биология).
Jet Lag
Полеты над страной в условиях «красных глаз» — яркий пример того, как мы можем нарушить наши собственные часы, и гораздо более экстремальный пример, чем ритуал перехода вперед / назад во многих частях страны. .S.
При смене часовых поясов мы чувствуем себя дезориентированными, туманными и сонными в неподходящее время дня, потому что после смены часовых поясов наши биологические часы говорят нам, что это один раз, а внешняя среда говорит нам, что это другой. Фактически, смену часовых поясов можно рассматривать как один из видов нарушения циркадного ритма. Его можно лечить, просто позволяя телу приспособиться к новому времени, хотя может потребоваться несколько дней, чтобы внешние сигналы (свет) помогли внутренним часам догнать или вернуться в новый цикл.
Посменная работа
Посменная работа — еще один пример того, как мы можем выйти из цикла, и это тоже может со временем перерасти в нарушение циркадного ритма.
Люди, работающие в ночную смену, не только плохо спят (сонливость на работе или бессонница в течение дня), но и другие системы в их организме также могут ощущать эти эффекты — и они могут быть хроническими. Не совсем ясно, почему существует эта связь, но могут иметь место увеличение веса или метаболические изменения.Эти явления подчеркивают, как определенное поведение или образ жизни могут влиять на часы тела, но есть и другие факторы, такие как генетика и химия тела.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
Взаимодействие часов сложное, и их влияние на различные системы организма сложно, но мы начинаем больше понимать, как работают часы работают и влияют на каждую систему тела, от сердца до настроения.
Поскольку биологические часы на самом деле являются биологической сущностью, с ними могут что-то пойти не так, что может быть связано не столько с образом жизни или окружающей средой, сколько с механизмами самих часов. Например, связь часов и диабета — это нечто большее, чем просто изменение цикла сна, хотя сон может иметь значение.
Те же гены, которые контролируют рецепторы гормона сна мелатонина, участвуют в высвобождении инсулина, что также может играть роль в риске диабета.Когда гены рецепторов мелатонина имеют мутации, которые нарушают связь между биологическими часами и высвобождением инсулина, люди имеют значительно более высокий риск развития диабета.
Ваша пищеварительная система (для детей)
Итак, вы сидите за обедом, наслаждаетесь пиццей с курицей-гриль и несколькими дольками апельсина. Когда вы закончите, вы делаете последний глоток молока, вытираете рот и отправляетесь на следующее занятие. Через несколько минут вы думаете о столице Орегона или своем проекте научной выставки.Вы совершенно забыли о той пицце, которую только что съели. Но он все еще у вас в желудке — вроде научного эксперимента, который происходит постоянно!
Рот запускает все движения
Ваша пищеварительная система (скажем: dye-JES-tiv) система начала работать еще до того, как вы откусили первый кусок пиццы.
А пищеварительная система будет занята работой над пережеванным обедом в течение следующих нескольких часов, а иногда и дней, в зависимости от того, что вы съели.Этот процесс, называемый пищеварение , позволяет вашему организму получать необходимые ему питательные вещества и энергию из пищи, которую вы едите. Итак, давайте выясним, что происходит с этой пиццей, апельсином и молоком.
Еще до еды, когда вы чувствуете запах вкусной еды, видите ее или думаете о ней, начинается пищеварение. Слюна (скажем: suh-LYE-vuh), или слюна, начинает образовываться во рту.
Когда вы все же едите, слюна немного расщепляет химические вещества, содержащиеся в пище, что помогает сделать пищу мягкой и удобной для проглатывания.Ваш язык помогает, толкая пищу, пока вы жуете ее зубами. Когда вы будете готовы глотать, язык проталкивает крошечный кусочек размятой пищи, называемый болюсом (скажем: BO-luss), по направлению к задней части горла и в отверстие пищевода, вторую часть пищевода.
пищеварительный тракт.
На пути вниз
Пищевод (скажем: ih-SOF-eh-guss) похож на эластичную трубку длиной около 10 дюймов (25 сантиметров). Он перемещает пищу из задней стенки глотки в желудок.Но также в задней части горла находится дыхательное горло, которое позволяет воздуху входить и выходить из вашего тела. Когда вы проглатываете небольшой шарик из размятой пищи или жидкости, специальный клапан, называемый надгортанником (скажем: ep-ih-GLOT-iss), опускается через отверстие вашего дыхательного горла, чтобы убедиться, что пища попадает в пищевод, а не в пищевод. трахея.
Если вы когда-либо выпивали что-то слишком быстро, начинали кашлять и слышали, как кто-то сказал, что ваш напиток «пошел неправильным путем», этот человек имел в виду, что он попал вам в трахею по ошибке.Это происходит, когда надгортанник не успевает плюхнуться, и вы непроизвольно (не задумываясь) кашляете, чтобы очистить дыхательное горло.
Как только пища попадает в пищевод, она не попадает прямо в желудок.
Вместо этого мышцы стенок пищевода движутся волнообразно, чтобы медленно выдавливать пищу через пищевод. Это занимает около 2–3 секунд.
Увидимся в животе
Ваш желудок, прикрепленный к концу пищевода, представляет собой эластичный мешок в форме буквы J.У него три важных должности:
- для хранения съеденной еды
- , чтобы превратить пищу в жидкую смесь
- , чтобы медленно вывести эту жидкую смесь в тонкий кишечник
Желудок подобен миксеру, взбивая и смешивая вместе все маленькие шарики пищи, которые спускались по пищеводу, на более мелкие и мелкие кусочки. Он делает это с помощью сильных мышц стенок желудка и желудочных (скажем: ГАЗ-трик) соков, которые также поступают из стенок желудка.Помимо расщепления пищи, желудочный сок также помогает убивать бактерии, которые могут находиться в съеденной пище.
Вперед в тонкий кишечник!
22 фута совсем не маленькие
Тонкая кишка (скажем: in-TESS-tin) — это длинная трубка, имеющая в диаметре от 1,5 до 2 дюймов (примерно от 3,5 до 5 сантиметров), и она упакована внутри вас под вашим животом.
Если вы растянете тонкий кишечник взрослого, он будет около 22 футов в длину (6,7 метра) — это как 22 блокнота, выстроенных в ряд, все подряд!
Тонкая кишка еще больше расщепляет пищевую смесь, поэтому ваше тело может усвоить все витамины, минералы, белки, углеводы и жиры.Курица-гриль в вашей пицце полна белков — и немного жира — и тонкий кишечник может помочь извлечь их с небольшой помощью трех друзей: поджелудочной железы (скажем: PAN-kree-uss), печени и желчного пузыря.
Эти органы отправляют разные соки в первую часть тонкой кишки. Эти соки помогают переваривать пищу и позволяют организму усваивать питательные вещества. Поджелудочная железа вырабатывает соки, которые помогают организму переваривать жиры и белки. Сок из печени, называемый желчью, помогает всасывать жиры в кровоток.А желчный пузырь служит складом для желчи, храня ее до тех пор, пока она не понадобится организму.
Ваша пища может находиться в тонком кишечнике до 4 часов и превратиться в очень жидкую водянистую смесь.
Это время хорошо проведено, потому что в конце пути питательные вещества из вашей пиццы, апельсина и молока могут перейти из кишечника в кровь. Попадая в кровь, ваше тело становится ближе к тому, чтобы получить пользу от сложных углеводов в корочке пиццы, витамина С в апельсине, белка в курице и кальция в молоке.
Следующая остановка для этих питательных веществ: печень! А оставшиеся отходы — части пищи, которые ваше тело не может использовать — попадают в толстую кишку.
Любите свою печень
Богатая питательными веществами кровь поступает прямо в печень для обработки. Печень отфильтровывает вредные вещества или отходы, превращая часть отходов в желчь. Печень даже помогает выяснить, сколько питательных веществ поступит в остальную часть тела, а сколько останется в запасах. Например, печень хранит определенные витамины и сахар, который организм использует для получения энергии.
Это одна толстая кишка
Толстый кишечник, имеющий в диаметре 3 или 4 дюйма (примерно от 7 до 10 сантиметров), толще тонкого, и это почти последняя остановка в пищеварительном тракте.
Как и тонкий кишечник, он упакован в тело, и его длина составит 5 футов (около 1,5 метра), если вы его разложите.
В толстой кишке есть крошечная трубка с закрытым концом, называемая приложением (скажем: uh-PEN-dix). Это часть пищеварительного тракта, но, похоже, она ничего не делает, хотя может вызвать большие проблемы, потому что иногда заражается и ее необходимо удалить.
Как мы уже упоминали, после того, как из пищевой смеси удаляется большая часть питательных веществ, остаются отходы — то, что ваше тело не может использовать. Этот материал необходимо вывести из организма. Вы можете догадаться, где это в конечном итоге? Ну вот подсказка: тухнет при флеше.
Перед тем, как уйти, он проходит через часть толстой кишки, называемую толстой кишкой (скажем: CO-lun), где тело получает последний шанс впитать воду и некоторые минералы в кровь.По мере того, как вода покидает отходы, то, что остается, становится все труднее и труднее, пока оно не станет твердым.
Ага, это какашки (также называемые стулом или дефекацией).
Толстая кишка выталкивает фекалии в прямую кишку (скажем: REK-tum), самую последнюю остановку в пищеварительном тракте. Твердые отходы остаются здесь до тех пор, пока вы не будете готовы пойти в туалет. Когда вы идете в ванную, вы избавляетесь от этих твердых отходов, проталкивая их через анус (скажем: AY-nus).Мы говорили о флеше!
Dig that Digestive System
Вы можете помочь своей пищеварительной системе, выпивая воду и соблюдая здоровую диету, включающую продукты, богатые клетчаткой. Продукты с высоким содержанием клетчатки, такие как фрукты, овощи и цельнозерновые, облегчают прохождение фекалий через ваш организм.
Пищеварительная система — довольно важная часть вашего тела. Без него вы не смогли бы получить питательные вещества, необходимые для правильного роста и сохранения здоровья. И в следующий раз, когда вы сядете обедать, вы будете знать, куда идет ваша еда — от начала до конца!
Как работает сердце и качает кровь через человеческое тело
Сердце — удивительный орган.
Он перекачивает кислород и богатую питательными веществами кровь по всему телу для поддержания жизни. Эта электростанция размером с кулак бьет (расширяется и сжимается) 100000 раз в день, перекачивая пять или шесть литров крови каждую минуту, или около 2000 галлонов в день.
Ваше сердце является ключевой частью вашей сердечно-сосудистой системы, которая также включает в себя все ваши кровеносные сосуды, по которым кровь идет от сердца к телу, а затем обратно к сердцу.
Как кровь проходит через сердце?
Когда сердце бьется, оно перекачивает кровь через систему кровеносных сосудов, называемую кровеносной системой.Сосуды представляют собой эластичные мышечные трубки, по которым кровь течет во все части тела.
Кровь необходима. Помимо переноса свежего кислорода из легких и питательных веществ в ткани организма, он также выводит из тканей отходы жизнедеятельности организма, в том числе углекислый газ. Это необходимо для поддержания жизни и укрепления здоровья всех частей тела.
Существует три основных типа кровеносных сосудов:
- Артерии. Они начинаются с аорты, большой артерии, выходящей из сердца.Артерии несут богатую кислородом кровь от сердца ко всем тканям тела. Они несколько раз ветвятся, становясь все меньше и меньше по мере того, как переносят кровь дальше от сердца в органы.
- Капилляры. Это маленькие тонкие кровеносные сосуды, соединяющие артерии и вены. Их тонкие стенки позволяют кислороду, питательным веществам, двуокиси углерода и другим отходам проходить в клетки нашего органа и из них.
- Вены. Это кровеносные сосуды, по которым кровь возвращается к сердцу; эта кровь имеет более низкое содержание кислорода и богата продуктами жизнедеятельности, которые должны выводиться из организма или выводиться из него.По мере приближения к сердцу вены становятся все больше и больше. Верхняя полая вена — это большая вена, по которой кровь идет от головы и рук к сердцу, а нижняя полая вена переносит кровь из брюшной полости и ног в сердце.
Эта обширная система кровеносных сосудов — артерий, вен и капилляров — имеет длину более 60 000 миль. Этого времени хватит, чтобы облететь мир более чем дважды!
Где твое сердце и как оно выглядит?
Сердце находится под грудной клеткой, немного левее грудины (грудины) и между легкими.
Глядя на внешнюю часть сердца, можно увидеть, что сердце состоит из мышц. Сильные мышечные стенки сокращаются (сжимаются), перекачивая кровь по всему телу. На поверхности сердца расположены коронарные артерии, которые поставляют богатую кислородом кровь к самой сердечной мышце. Основные кровеносные сосуды, которые входят в сердце, — это верхняя полая вена, нижняя полая вена и легочные вены. Легочная артерия выходит из сердца и переносит бедную кислородом кровь в легкие.Аорта выходит и несет богатую кислородом кровь к остальному телу.
Внутри сердце представляет собой четырехкамерный полый орган. Он разделен на левую и правую стороны мышечной стенкой, называемой перегородкой.
Правая и левая стороны сердца делятся на две верхние камеры, называемые предсердиями, которые принимают кровь из вен, и две нижние камеры, называемые желудочками, которые перекачивают кровь в артерии.
Предсердия и желудочки работают вместе, сокращаясь и расслабляясь, выкачивая кровь из сердца.Когда кровь покидает каждую камеру сердца, она проходит через клапан. Внутри сердца четыре сердечных клапана:
- Митральный клапан
- Трехстворчатый клапан
- Аортальный клапан
- Легочный клапан
Трикуспидальный и митральный клапаны расположены между предсердиями и желудочками. Аортальный и легочный клапаны расположены между желудочками и основными кровеносными сосудами, выходящими из сердца.
Сердечные клапаны работают так же, как односторонние клапаны в водопроводе вашего дома.Они не дают крови течь в неправильном направлении.
Каждый клапан имеет набор створок, называемых створками или створками. Митральный клапан имеет две створки; у остальных — три.
Листочки прикреплены к кольцу из жесткой волокнистой ткани, называемой кольцом, и поддерживаются ею. Кольцо помогает поддерживать правильную форму клапана.
Створки митрального и трехстворчатого клапанов также поддерживаются прочными волокнистыми нитями, называемыми сухожилиями хорды. Они похожи на струны, поддерживающие парашют.Они простираются от створок клапана до мелких мышц, называемых сосочковыми мышцами, которые являются частью внутренних стенок желудочков.
Как кровь течет через сердце?
Правая и левая стороны сердца работают вместе. Схема, описанная ниже, повторяется снова и снова, заставляя кровь непрерывно течь к сердцу, легким и телу.
Правая сторона сердца
- Кровь попадает в сердце через две большие вены, нижнюю и верхнюю полую вену, выводя бедную кислородом кровь из тела в правое предсердие.
- По мере сокращения предсердия кровь течет из правого предсердия в правый желудочек через открытый трехстворчатый клапан.
- Когда желудочек заполнен, трехстворчатый клапан закрывается. Это предотвращает обратный ток крови в предсердия при сокращении желудочка.
- По мере сокращения желудочка кровь покидает сердце через легочный клапан в легочную артерию и легкие, где она насыщается кислородом, а затем возвращается в левое предсердие через легочные вены.
Это предотвращает обратный ток крови в предсердия при сокращении желудочка.Левая сторона сердца
- Легочные вены выводят богатую кислородом кровь из легких в левое предсердие сердца.
- По мере сокращения предсердия кровь течет из левого предсердия в левый желудочек через открытый митральный клапан.
- Когда желудочек заполнен, митральный клапан закрывается. Это предотвращает обратный ток крови в предсердие при сокращении желудочка.
- По мере сокращения желудочка кровь покидает сердце через аортальный клапан в аорту и к телу.
Как кровь течет в легких?
Как только кровь проходит через легочный клапан, она попадает в ваши легкие. Это называется малым кровообращением. От легочного клапана кровь по легочной артерии попадает в крошечные капиллярные сосуды в легких.
Здесь кислород проходит из крошечных воздушных мешочков в легких через стенки капилляров в кровь. В то же время углекислый газ, продукт метаболизма, переходит из крови в воздушные мешочки.Углекислый газ покидает тело при выдохе. Как только кровь насыщается кислородом, она возвращается в левое предсердие по легочным венам.
Что такое коронарные артерии сердца?
Как и все органы, ваше сердце состоит из тканей, которым необходим кислород и питательные вещества. Хотя его покои полны крови, сердце не получает питания от этой крови. Сердце получает кровоснабжение из сети артерий, называемых коронарными артериями.
Две основные коронарные артерии ответвляются от аорты около точки, где встречаются аорта и левый желудочек:
- Правая коронарная артерия снабжает кровью правое предсердие и правый желудочек.Он разветвляется на заднюю нисходящую артерию, которая снабжает кровью нижнюю часть левого желудочка и заднюю часть перегородки.
- Левая главная коронарная артерия разветвляется на огибающую артерию и левую переднюю нисходящую артерию. Огибающая артерия снабжает кровью левое предсердие, боковые и задние стороны левого желудочка, а левая передняя нисходящая артерия снабжает кровью переднюю и нижнюю часть левого желудочка и переднюю часть перегородки.
Огибающая артерия снабжает кровью левое предсердие, боковые и задние стороны левого желудочка, а левая передняя нисходящая артерия снабжает кровью переднюю и нижнюю часть левого желудочка и переднюю часть перегородки.Эти артерии и их ветви снабжают кровью все части сердечной мышцы.
Ишемическая болезнь сердца возникает, когда бляшки накапливаются в коронарных артериях и не позволяют сердцу получать необходимую обогащенную кровь. Если это произойдет, сеть крошечных кровеносных сосудов в сердце, которые обычно не открыты, называемые коллатеральными сосудами, может увеличиться и стать активными. Это позволяет крови течь по заблокированной артерии к сердечной мышце, защищая сердечную ткань от повреждений.
Как бьется сердце?
Предсердия и желудочки работают вместе, попеременно сокращаясь и расслабляясь, перекачивая кровь через сердце.Электрическая система сердца — это источник энергии, который делает это возможным.
Ваше сердцебиение запускается электрическими импульсами, которые проходят через сердце по особому пути.
- Импульс начинается в небольшом пучке специализированных клеток, называемом узлом SA (синоатриальный узел), расположенным в правом предсердии. Этот узел известен как естественный кардиостимулятор сердца. Электрическая активность распространяется по стенкам предсердий и заставляет их сокращаться.
- Группа клеток в центре сердца между предсердиями и желудочками, АВ-узел (атриовентрикулярный узел) похож на ворота, которые замедляют электрический сигнал, прежде чем он попадет в желудочки.Эта задержка дает предсердиям время для сокращения до сокращения желудочков.
- Сеть Гиса-Пуркинье — это путь волокон, который посылает импульс мышечным стенкам желудочков, заставляя их сокращаться.
В состоянии покоя нормальное сердце сокращается от 50 до 90 раз в минуту. Упражнения, эмоции, жар и некоторые лекарства могут вызвать учащение сердцебиения, иногда более 100 ударов в минуту.
Устойчивость атмосферы — атмосферные процессы и явления
Элисон Ньюджент и Дэвид ДеКу
Цели обучения
К концу этой главы вы должны уметь:
- Интерпретировать стабильность на основе значений адиабатического градиента в сухой и влажной среде
- Понять, как устойчивость соотносится с вертикальным движением атмосферы
- Опишите и различите множество линий на диаграмме Skew-T log-P
- Найдите LCL, области CAPE и CIN и тропопаузу на диаграмме Skew-T log-P
Когда вы думаете о слове «стабильный», вы обычно думаете об объекте, который вряд ли изменится, или о чем-то сбалансированном. Противоположное верно для чего-то «нестабильного». Неустойчивый объект со временем может упасть или поменять положение. То же самое и с облаками. Когда вы видите пушистое кучевое облако, вы можете заметить, что оно меняет форму каждую минуту. Такие облака находятся в состоянии постоянного изменения и, таким образом, представляют атмосферу в нестабильном состоянии.
Идеальное кучевое облако к западу от Волшебного острова (фото Сары Уильямсон). Неустойчивость атмосферы — это понятие, тесно связанное с грозами, развитием кучевых облаков и вертикальным движением. Чтобы визуализировать концепцию устойчивости , вы можете представить себе валун, сидящий на дне каньона, окруженный крутыми холмами, как показано на рисунке ниже синим кружком. Если бы вы были достаточно сильны, чтобы толкнуть валун из исходного положения на полпути вверх по одному из холмов, он откатился бы вниз, как только вы отпустите его.
Несмотря на то, что на валун действует сила и вызывается начальное смещение, он вернется в исходное положение, а чистое смещение будет равно нулю.Чтобы визуализировать концепцию нестабильности , представьте тот же валун на вершине холма (красный кружок внизу). Если бы вы могли немного толкнуть валун в любом направлении, он начал бы катиться вниз и ускоряться от исходного положения. Однако, если бы тот же валун был помещен на ровную поверхность (зеленый кружок ниже), и вы должны были толкнуть его, он изменит положение, но останется в своем новом положении. Это пример нейтральной стабильности .
Каждая из этих концепций может быть применена к движению частиц воздуха в атмосфере.Тема стабильности в атмосферной науке важна, потому что образование облаков тесно связано со стабильностью или нестабильностью в атмосфере. В этой главе мы свяжем эти концепции с плавучестью частиц воздуха и научимся использовать термодинамические диаграммы для визуализации движения.
Обсуждая стабильность в атмосферных науках, мы обычно думаем о частицах воздуха или воображаемых пузырьках воздуха, которые могут свободно расширяться и сжиматься, но не смешиваются с окружающим их воздухом и не распадаются на части.Ключевой частью информации является то, что движение воздушных частиц в атмосфере можно оценить как адиабатический процесс. Адиабатические процессы не имеют теплообмена и являются обратимыми.
Представьте, что у вас есть кусок воздуха на поверхности Земли. Воздушный пакет имеет ту же температуру и давление, что и окружающий воздух, который мы будем называть окружающей средой. Если бы вы подняли пакет с воздухом, он оказался бы в месте, где давление окружающего воздуха ниже, потому что мы знаем, что давление уменьшается с высотой.Поскольку давление окружающего воздуха снаружи посылки ниже, чем давление внутри посылки, молекулы воздуха внутри посылки будут эффективно толкаться наружу на стенки посылки и адиабатически расширяться.
Молекулы воздуха внутри посылки должны использовать часть своей собственной энергии для расширения стенок воздушной посылки, поэтому температура внутри посылки снижается по мере уменьшения внутренней энергии. Подводя итог, можно сказать, что поднимающиеся частицы воздуха расширяются и охлаждаются адиабатически, не обмениваясь теплом с окружающей средой.
А теперь представьте, что вы перемещаете ту же посылку с воздухом обратно на поверхность Земли. Воздушный пакет перемещается в среду с более высоким давлением воздуха. Более высокое давление окружающей среды будет толкать стенки посылки внутрь, вызывая их сжатие и повышая внутреннюю температуру.
Процесс является адиабатическим, поэтому, опять же, теплообмен с окружающей средой не происходит. Однако изменения температуры в воздушной посылке все же могут происходить, но не из-за перемешивания, а из-за изменений внутренней энергии воздушной посылки.
Сухая адиабатическая скорость Пока воздушный пакет является ненасыщенным (относительная влажность <100%), скорость изменения его температуры будет постоянной.
Снижение температуры с высотой называется периодом отклонения , и хотя температура снижается с высотой, оно определяется как положительное, потому что это период отклонения . Напомним из главы 3, что скорость адиабатического градиента , Γ d , равна 9.8 К · км -1 = 9,8 ° C · км -1 . Это падение температуры связано с адиабатическим расширением и уменьшением внутренней энергии.
Вернемся к теме стабильности атмосферы. Стабильность в атмосфере относится к состоянию равновесия. Как обсуждалось в примере с валуном на холме или в долине, некоторое начальное движение приводило к большему (нестабильность), меньшему (стабильность) или отсутствию изменений (нейтральное).При некотором начальном изменении высоты посылки с воздухом, если воздух находится в стабильном равновесии, посылка будет иметь тенденцию возвращаться в исходное положение после того, как она будет вынуждена подняться или опускаться.
В нестабильном равновесии воздушная посылка будет ускоряться от своего исходного положения после того, как ее толкнут. Движение может быть восходящим или нисходящим, но обычно нестабильная атмосфера способствует вертикальным движениям. Наконец, в нейтральном равновесии некоторое начальное изменение высоты посылки воздуха не приведет к дополнительному перемещению.
Как узнать, будет ли воздушная посылка стабильной после первоначального перемещения? Стабильность определяется путем сравнения температуры поднимающегося или опускающегося воздушного пучка с температурой окружающего воздуха. Представьте себе следующее: в какой-то момент у воздушной посылки такие же температура и давление, как и у окружающей среды. Если поднять воздушную посылку на некоторое расстояние, ее температура упадет на 9,8 К · км -1 , что соответствует скорости сухого адиабатического градиента.Если воздушная посылка холоднее окружающей среды в ее новом положении, она будет иметь более высокую плотность и будет иметь тенденцию опускаться в исходное положение.
В этом случае воздух стабилен, потому что вертикальному движению препятствует. Если поднимающийся воздух теплее и менее плотен, чем окружающий воздух, он будет продолжать подниматься, пока не достигнет нового равновесия, при котором его температура будет соответствовать температуре окружающей среды. В этом случае из-за усиления начального изменения посылка будет нестабильной. Чтобы выяснить, является ли воздушный пакет нестабильным или нет, мы должны знать температуру поднимающегося воздуха и окружающей среды на разных высотах.
Один из способов сделать это на практике — использовать метеозонд. Мы можем получить вертикальный профиль градиента окружающей среды, выпустив радиозонд, прикрепленный к метеозонду. Радиозонд отправляет обратно данные о температуре, влажности, ветре и местоположении, которые отображаются на термодинамической диаграмме. Этот вертикальный график температуры и других переменных известен как зондирование , .
Стабильность в сухом состоянии Если пакет с воздухом сухой, то есть ненасыщенный, стабилизация относительно проста.
Атмосфера, в которой градиент окружающей среды такой же, как и скорость сухого адиабатического градиента, что означает, что температура в окружающей среде также падает на 9,8 К · км -1 , будет считаться нейтрально стабильной. После некоторого начального вертикального смещения температура воздушной посылки всегда будет такой же, как и в окружающей среде, поэтому дальнейших изменений положения не ожидается.
Если градиент окружающей среды меньше, чем скорость адиабатического градиента в сухом состоянии, некоторое начальное вертикальное смещение воздушной посылки приведет к тому, что воздушная посылка будет либо холоднее, чем окружающая среда (если она поднята), либо теплее окружающей среды (если толкать вниз) .Это связано с тем, что при поднятии температура воздушной посылки упадет больше, чем температура окружающей среды. Это стабильная ситуация для пакета с сухим воздухом и типичный сценарий в атмосфере. Глобальная средняя скорость градиента тропосферы для составляет 6,5 тыс.
Км -1 , что является стабильным для работы без подъема.
Наконец, если погрешность окружающей среды больше, чем скорость адиабатического градиента в сухом состоянии, некоторое начальное вертикальное смещение воздушной посылки приведет к тому, что воздушная посылка будет либо теплее, чем окружающая среда (если ее поднимают), либо холоднее, чем окружающая среда (если толкать ее). вниз).Это связано с тем, что при поднятии температура воздушной посылки упадет меньше, чем температура окружающей среды. Это нестабильная ситуация для посылки с сухим воздухом.
В целом для посылок с сухим воздухом верно следующее.
Скорость адиабатической задержки влажности С добавлением влаги все усложняется. В главе 4 мы узнали, что насыщенность воздушной посылки зависит в первую очередь от ее температуры и, конечно же, от содержания влаги.График зависимости Клаузиуса-Клапейрона показывает нам, что при одинаковом количестве влаги воздух с большей вероятностью будет насыщен при более низкой температуре.
Мы знаем, что при подъеме посылки с воздухом ее температура падает в соответствии с величиной адиабатического градиента в сухом состоянии. Так что же происходит, когда воздушный пакет становится достаточно холодным, чтобы воздух стал насыщенным по отношению к водяному пару? Короткий ответ заключается в том, что если он продолжает охлаждаться, водяной пар конденсируется в жидкую воду, образуя облако.
Когда водяной пар конденсируется, он переходит из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой энергией.Энергия никогда не создается и не разрушается, особенно при фазовых переходах, так что же происходит со всей этой избыточной энергией? Энергия выделяется в виде скрытого тепла. Скрытая теплота конденсации приблизительно равна 2,5 * 10 6 Дж · кг -1 , что означает, что на каждый килограмм водяного пара, который конденсируется с образованием жидкой воды, выделяется 2,5 * 10 6 джоулей энергии. .
Это имеет большие последствия для градиента воздушной посылки и отличает сухую адиабатическую градиентную скорость от влажной адиабатической градиентной скорости.
Поскольку скрытая теплота добавляется в процессе конденсации, она частично компенсирует адиабатическое охлаждение от расширения. Из-за этого воздушный пакет больше не будет охлаждаться с сухой адиабатической скоростью, а будет охлаждаться с меньшей скоростью, известной как влажная адиабатическая скорость . Подводя итог, посылка будет охлаждаться с адиабатической скоростью в сухом состоянии до тех пор, пока не станет насыщенной, после чего она не будет остывать так быстро из-за конденсации. Влажная адиабатическая скорость немного меняется в зависимости от температуры, но для простоты в этом классе мы будем считать ее постоянной: Γ m = 4.5 К · км -1 = 4,5 ° C · км -1
Воздействие влаги изменяет скорость движения воздушной посылки и, следовательно, влияет на стабильность. Тем не менее, концепции остаются прежними, и мы по-прежнему сравниваем температуру воздуха в пакете с температурой окружающей среды.
У нас есть только одна дополнительная проблема, о которой нужно беспокоиться — нам нужно знать, сухая или влажная воздушная посылка. Ниже приведены некоторые определения, в которых учитываются как сухие, так и влажные адиабатические градиенты.
Атмосфера считается абсолютно стабильной , если градиент окружающей среды меньше, чем влажный адиабатический градиент. Это означает, что поднимающийся воздушный пакет всегда будет охлаждаться быстрее, чем окружающая среда, даже после того, как достигнет насыщения.Если воздушный пакет холоднее на всех уровнях, он не сможет подняться даже после того, как станет насыщенным (когда скрытый нагрев будет противодействовать некоторому охлаждению).
Атмосфера считается абсолютно нестабильной , если погрешность окружающей среды больше, чем скорость адиабатической погрешности в сухом состоянии.
Это означает, что поднимающийся воздушный пакет всегда будет охлаждаться медленнее, чем окружающая среда, даже если он ненасыщен. Это означает, что он будет теплее (и менее плотным), чем окружающая среда, и ему будет позволено подняться.
Атмосфера считается условно нестабильной , если погрешность окружающей среды находится между влажной и сухой адиабатической погрешностями. Это означает, что плавучесть (способность воздушной посылки подниматься) зависит от того, насыщена она или нет. В условно нестабильной атмосфере частицы воздуха будут сопротивляться вертикальному движению, когда они ненасыщены, потому что они будут охлаждаться быстрее, чем окружающая среда, при сухой адиабатической градиентной скорости. Однако, если его заставляют подниматься и он может стать насыщенным, он остынет с влажной адиабатической скоростью.В этом случае он будет охлаждаться медленнее, чем окружающая среда, станет теплее окружающей среды и будет подниматься.
Гавайская коробка фокусировки
Атмосфера вокруг Гавайев почти всегда условно нестабильна, а это означает, что погрешность в окружающей среде находится где-то между адиабатической погрешностью в сухой и влажной среде.
По этой причине на Гавайях почти всегда наблюдаются конвективные облака. Конвективные облака — это облака, края которых неровные и кумулистые, как у цветной капусты. Облака конвективны, потому что атмосфера устойчива при сухом подъеме и нестабильна при подъеме влаги.Как только воздух насыщается, возникает нестабильность и начинается вертикальное движение. Это особенно часто бывает, когда над нашими горными островами поднимается воздух. Принудительный подъем с местности создает облака и дождь прямо над горами! С научной точки зрения, первоначальный подъем стабильного низкого уровня сухого воздуха землей заставляет воздух адиабатически расширяться и достигать насыщения, в результате чего среда становится нестабильной для подъема влаги, и в результате возникает конвекция.
Существует много различных типов термодинамических диаграмм, но основным из них, который мы обсудим, являются диаграммы Skew-T Log-P, названные так потому, что изотермы (линии равной температуры, T) на диаграмме наклонены (перекошены), а изобары (линии равного давления, P) на диаграмме находятся в логическом пространстве.
Здесь мы сосредоточимся на том, как читать и использовать диаграммы Skew-T Log-P (часто сокращенные до диаграммы Skew-T) для определения плавучести и атмосферной устойчивости участка.
Зондирование радиозонда с аэростата, представленное здесь, было запущено из Лихуэ на острове Кауаи (см. Верхний левый угол, обозначенный как «
PHLI Lihue»).Вы можете увидеть вертикальный профиль температуры окружающей среды (T) в виде черной зубчатой линии справа. Температура точки росы (T d ) с высотой отображается черной зубчатой линией слева. Хотя поначалу этот рисунок может показаться сложным для чтения, мы рассмотрим его вместе. По горизонтальной оси отложена температура в ° C, при этом температура увеличивается вправо.
По вертикальной оси отложено давление воздуха в гПа, убывающее с высотой, поэтому более высокие значения относятся к верхней части диаграммы.Когда линии T и T d расположены близко друг к другу, окружающая среда имеет высокую относительную влажность, а воздух ближе к насыщению. В этом конкретном звучании у поверхности много влаги, но она высыхает на средних уровнях.
Воздушные шары с радиозондами запускаются дважды в день (00Z и 12Z) из многих мест по всему миру. Широта и долгота для станции указаны в верхней части списка справа, где широта станции (SLAT) задана как 21,99 градуса северной широты, а SLON равна -159.34 градуса з.д. Высота станции SELV — 30 м. Время и дата зондирования указаны в левом нижнем углу, а в правом нижнем углу написано «Университет Вайоминга», потому что в этом конкретном примере Университет Вайоминга является организацией, которая собрала и заархивировала набор данных. Вы можете найти результаты зондирования для других мест и дат на этом веб-сайте: http://weather.
uwyo.edu/upperair/sounding.html.
Давайте пройдемся по строкам одну за другой.
Изобары (горизонтальные, линии постоянного давления) и изотермы (наклонные, линии постоянной температуры) (CC BY-NC-SA 4.0).Горизонтальные линии на Skew-T представляют собой изобары или линии равного давления воздуха. Обычно вы видите их в гПа, но линии на рисунке выше указаны в кПа. По мере приближения к верхнему краю диаграммы изобары имеют большее пространство, потому что они логарифмичны с высотой. Сплошные равномерно расположенные линии, которые наклонены вверх и вправо, представляют собой изотермы или линии равной температуры (T). Это позволяет отображать на диаграмме более низкие температуры.
Изогуммы (наклонные пунктирные линии), линии постоянного соотношения смешивания (CC BY-NC-SA 4.0). Пунктирные линии, которые идут вверх и вправо, представляют собой изогуммы или линии с постоянным соотношением компонентов смеси. Обычно они выражаются в единицах г · кг –1 . Если вы используете Skew-T, где эти линии не обозначены пунктиром и не имеют цветовую кодировку, помните, что они расположены ближе друг к другу, чем изотермы, и более крутые.
Они также не совпадают с отметками температуры на оси абсцисс.
Равномерно расположенные изогнутые сплошные линии, идущие снизу справа вверх слева, являются сухими адиабатами и отображают скорость сухого адиабатического градиента (9,8 К · км -1 ). Скорость сухого адиабатического градиента считается постоянной, но здесь вы можете видеть, что при больших изменениях температуры и давления она немного меняется. Не беспокойтесь об этих вариациях — мы по-прежнему считаем их константой. Сухие опорные линии адиабатического градиента также называют линиями постоянной потенциальной температуры (θ). Сухие адиабаты всегда вогнуты вверх справа налево.
Влажные реперные линии адиабатического градиента. (CC BY-NC-SA 4.0). Неровные пунктирные линии, изгибающиеся вверх и влево, представляют собой влажные адиабаты. Скорость адиабатического градиента влажности изменяется в зависимости от температуры и влажности, но близка к скорости адиабатического градиента в сухом состоянии на больших высотах из-за низких температур и небольшого содержания влаги.
Эти линии параллельны сухим адиабатам выше на диаграмме Skew-T Log-P. Это также линии постоянной эквивалентной потенциальной температуры (θ e ).
Вот полная диаграмма Skew-T Log-P. Все линии в сочетании выглядят запутанными и сложными, но каждая представляет собой постоянное изменение одной переменной.
Давайте посмотрим на еще одно зондирование реального воздушного шара. На этот раз запущен из Хило во время урагана Лейн.
Зондирование воздушного шара было запущено из Хило, когда ураган-лейн обрушился на Большой остров. Зондирование было получено из раздела «Верхние аэрологические зондирования» на веб-сайте Погода Университета Вайоминга: http: // weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html. (Авторское право 2018 г., Департамент атмосферных наук Университета Вайоминга, используется с разрешения.) На этой диаграмме Skew-T присутствуют все те же линии.
Горизонтальные синие линии — это изобары, наклонные синие линии — изотермы, наклонные фиолетовые линии — это изомы, зеленые линии — это сухие адиабаты, а синие изогнутые линии — влажные адиабаты. Черные линии T (справа) и T d (слева) расположены близко друг к другу и иногда перекрываются в самых низких 500 гПа атмосферы, потому что нижние уровни невероятно влажные, а глубокий слой облаков простирается до высоты почти 6 км.
Определение уровня конденсации при подъеме (LCL)
При нанесении зондирования на диаграмму Skew-T у вас может быть набор данных, аналогичный приведенному ниже примеру. У вас, вероятно, будут давление, температура (T) и температура точки росы (T d ) с высотой.
Образцы атмосферных данных для нанесения на T-образные диаграммы (CC BY-NC-SA 4.0). Чтобы построить график зондирования, проще всего начать с определения уровня давления, а затем перейти вправо, чтобы построить график температуры и температуры точки росы.
Обратите особое внимание на то, что изотермы имеют перекос. Вращайте ось в уме, когда строите график температуры и точки росы. После того, как вы нанесете на график все свои температуры и точки росы, у вас будет вертикальный профиль температуры и влажности атмосферы.
Теперь, когда мы построили график зондирования, полезно знать, как поднимающийся воздушный пакет будет вести себя в этой среде. Атмосфера стабильна, нестабильна или условно нестабильна? Мы можем определить это, оценив скорость, с которой поднимающийся участок будет охлаждаться, и проведя его путь вверх.Поднимающийся воздушный поток будет охлаждаться с адиабатическим градиентом сухого воздуха до насыщения, после чего он будет охлаждаться с адиабатическим градиентом влажности. Как узнать, когда посылка будет насыщена? Сначала нам нужно найти подъемный уровень конденсации (LCL) .
Уровень конденсации при подъеме (LCL) — это уровень, при котором водяной пар в воздушном пакете, который поднимается адиабатически всухую, будет насыщен.
Чтобы определить LCL, начните с поверхности (или ближайшего к поверхности уровня давления, обычно 1000 гПа) и нанесите на график температуру и температуру точки росы. В случае приведенного выше примера уровень поверхностного давления должен быть повышенным с P surf = 90 кПа или 900 гПа, T = 30 ° C и T d = -10 ° C. Сначала представьте, что воздушный пакет имеет ту же температуру и температуру точки росы, что и окружающая среда.Вначале он будет охлаждаться с адиабатическим градиентом при повышении температуры. Во-первых, проследите за температурой поверхности вверх по сухой адиабате. По всей вероятности, температура не будет находиться прямо вдоль отмеченной линии сухой адиабаты, как в примере, поэтому проследите линию вверх, параллельную сухой адиабате. Точно так же начните с точки росы на вашей поверхности и следуйте по изохуме (линия постоянного соотношения смешивания) вверх, потому что содержание влаги в воздушном пакете не изменяется при сухом подъеме.
Проведите эти линии вверх, пока они не пересекутся.Это пересечение даст вам уровень подъема уровня конденсации (LCL).
В этом примере температура поверхности и температура точки росы хорошо согласуются с линией изогума и сухой адиабаты, но обычно этого не происходит с реальным зондированием. Однако процедура будет такой же.LCL отмечает приблизительную высоту нижней границы облаков для конвективных облаков (кучевого типа), когда поднимающийся воздух сначала становится насыщенным.
После адиабатического подъема воздушной посылки до LCL она становится насыщенной. Как мы знаем, пакет с насыщенным воздухом охлаждается с меньшим влажным адиабатическим градиентом . От LCL проследуйте вверх по линии, параллельной влажной адиабате, чтобы получить приблизительную скорость отклонения вашей посылки при ее подъеме.
В показанных ранее примерах зондирования из Хило и Лихуэ эта же линия нанесена светло-серым цветом от поверхности на всем протяжении атмосферы.Он показывает температуру, которую должен был бы иметь земной участок при прохождении через тропосферу.
По мере того, как вы отслеживаете адиабатический рост температуры воздуха в посылке, точка, в которой она пересекает профиль температуры окружающей среды (где ваша посылка становится теплее, чем окружающая среда), называется уровнем свободной конвекции или LFC .
По мере того, как вы продолжаете следовать по пути воздушной посылки вверх влажно адиабатически от LFC, точка, где она снова пересекает зону зондирования (точка, где ваша посылка становится холоднее, чем ее окружающая среда), называется уровнем равновесия ( EL ).
Правило Норманда для температуры влажного термометра Вы можете оценить температуру поверхности по влажному термометру, продвинувшись на один шаг дальше в примере LCL.
Правило Норманда используется для расчета температуры по влажному термометру на основе температуры воздуха и температуры точки росы. Температура по влажному термометру всегда находится между точкой росы и температурой по сухому термометру (T d ≤ T w ≤ T). Чтобы найти температуру по влажному термометру на диаграмме Skew- T Log- P , проследите поверхность T вверх по сухой адиабате и поверхность T d вверх по изохуме.Как только что было объяснено, они встречаются в LCL. Затем вернитесь на поверхность по влажной адиабате. В месте пересечения влажной адиабаты с поверхностью находится значение температуры по влажному термометру.
КЕЙП И КИН
«Положительная область» между траекторией посылки и температурным профилем окружающей среды, проведенная между LFC и EL (где участок теплее окружающей среды) дает меру доступной потенциальной энергии конвективной доступной потенциальной энергии или CAPE , выражено в Дж · кг –1 .
Это оценка выталкивающей энергии посылки, которая может служить средством оценки силы любой возможной конвекции. CAPE также может предоставить оценку максимальной интенсивности восходящего ветра во время грозы.
w max — расчетное максимальное вертикальное перемещение в результате CAPE.
Конвективное ингибирование или CIN по существу является отрицательным CAPE, также в Дж · кг –1 . Это отрицательная область между траекторией посылки и кривой температуры окружающей среды, где посылка холоднее окружающей среды.Чем больше значение CIN, тем больше отрицательная энергия плавучести, которая действует против CAPE. CIN иногда действует как «крышка» конвекции. Если у вас большой CAPE, но также большой CIN, ваш CAPE может не быть полностью реализован как плавучая энергия, и у вас может не быть конвекции. Однако, если ваша посылка может пробить крышку, то есть подниматься и нагреваться по сравнению с окружающей средой, конвекция может быть сильной.
На рисунке ниже показано расположение LFC и EL, а также заштрихованы как положительные, так и отрицательные области между трактом посылки и профилем температуры окружающей среды.
Показаны положения LFC и EL при вертикальном зондировании, найденные как положительные и отрицательные области между траекторией участка и профилем температуры окружающей среды (общественное достояние).В показанных ранее зондированиях Lihue и Hilo значения CAPE и CIN даны в Дж · кг –1 в столбце с правой стороны. Обратите внимание, что CIN записывается как «CINS» и обозначается как отрицательное значение.
Определение тропопаузы
Напомним, что стандартная температура уменьшается с высотой в тропосфере, но становится изотермической с высотой в тропопаузе и увеличивается с высотой в стратосфере.Обладая этими знаниями, местоположение тропопаузы, определяемое уровнем ее давления, может быть определено путем изучения нанесенного на график зондирования. В верхней части вашего зондирования найдите, где температурный профиль становится изотермическим (параллельно вашим наклонным изотермам) или для инверсии (где температура увеличивается с высотой, которая будет наклонена вправо больше, чем ваши изотермы).
Основа изотермического слоя в вашем зондировании — тропопауза.
Есть много вещей, которые мы можем узнать об атмосфере из диаграмм Skew-T Log-P. Здесь мы рассказали только об основах, которые помогут вам начать работу.
Глава 5: Вопросы для рассмотрения
- Перетащите термины в их правильное положение на приведенной ниже диаграмме стабильности атмосферы:
- Что означает подъемный уровень конденсации (LCL)? Как его найти на диаграмме Skew-T?
- Что такое CAPE? Как его найти на диаграмме Skew-T?
Ответы на избранные практические вопросы:
.