Taimed saavad energiat planeedi elektriväljast. Kuidas taimed elektrile reageerivad. Taimede kasvu stimuleeriv seade

Mulla elektrifitseerimine ja saagikoristus

Põllumajandustaimede tootlikkuse tõstmiseks on inimkond juba pikka aega pöördunud mulla poole. Seda, et elekter võib tõsta maa ülemise põllukihi viljakust ehk suurendada selle võimet moodustada suurt saaki, on teadlaste ja praktikute katsetega tõestatud juba pikka aega. Aga kuidas seda paremini teha, kuidas siduda mulla elektrifitseerimine selle kasvatamise olemasolevate tehnoloogiatega? Need on probleemid, mis pole siiani täielikult lahendatud. Ei tasu unustada, et muld on bioloogiline objekt. Ja selle väljakujunenud organismi asjatu sekkumisega, eriti sellise võimsa vahendiga nagu elekter, võite sellele korvamatut kahju tekitada.

Kui pinnas on elektrifitseeritud, näevad nad ennekõike võimalust taimede juurestiku mõjutamiseks. Praeguseks on kogunenud palju andmeid, mis näitavad, et mulda läbiv nõrk elektrivool stimuleerib taimede kasvuprotsesse. Kuid kas see on elektri otsene mõju juurestikule ja selle kaudu ja kogu taimele või on see füüsikalis-keemiliste muutuste tulemus mullas? Teatud sammu probleemi mõistmise suunas astusid omal ajal Leningradi teadlased.

Nende tehtud katsed olid väga keerukad, sest nad pidid välja selgitama sügavalt varjatud tõe. Võtsime väikesed aukudega polüetüleentorud, kuhu istutati maisi seemikud. Torud täideti toitelahusega, mis sisaldas täielikku komplekti seemikute jaoks vajalikke keemilisi elemente. Ja läbi selle, kasutades keemiliselt inertseid plaatina elektroode, juhiti pidev elektrivool 5-7 μA / sq. Lahuse maht kambrites hoiti samal tasemel, lisades destilleeritud vett. Õhku, mida juured hädasti vajavad, toodi süstemaatiliselt (mullide kujul) spetsiaalsest gaasikambrist. Toitelahuse koostist jälgiti pidevalt ühe või teise elemendi anduritega - ioonselektiivsete elektroodidega. Ja registreeritud muutuste järgi järeldati, mida ja millises koguses juured omastasid. Kõik muud kanalid keemiliste elementide lekkimiseks suleti. Paralleelselt töötas juhtversioon, milles kõik oli täpselt sama, kui üks välja arvata - elektrivoolu lahendusest läbi ei lastud. Ja mida?

Eksperimendi algusest pole möödunud isegi 3 tundi ning juba on selgunud ka juht- ja elektrivõimaluste erinevus. Viimases imendusid juured toitaineid aktiivsemalt. Kuid võib-olla pole need juured, vaid ioonid, mis välise voolu mõjul lahuses kiiremini liikuma hakkasid? Sellele küsimusele vastamiseks nägid nad ühes katses ette seemikute biopotentsiaalide mõõtmise ja lülitasid teatud ajal "töösse" kasvuhormoonid. Miks? Sest ilma täiendava elektrilise stimulatsioonita muudavad need ioonide juurte neeldumisaktiivsust ja taimede bioelektrilisi omadusi.

Katse lõpus tegid autorid järgmised järeldused: "Nõrga elektrivoolu juhtimine läbi toitelahuse, millesse on uputatud maisi seemikute juurestik, avaldab stimuleerivat toimet kaaliumiioonide ja nitraatlämmastiku imendumisele. taimede toitainelahus." Nii et elekter stimuleerib ju juurestiku tegevust? Aga kuidas, milliste mehhanismide kaudu? Et elektri juuremõjus täiesti veenev olla, tehti veel üks katse, kus oli ka toitelahus, olid juured, nüüd kurgi oma ja mõõdeti ka biopotentsiaale. Ja selles katses paranes juurestiku töö elektrilise stimulatsiooni ajal. Siiski on see veel kaugel selle toimimisviisidest, kuigi on juba teada, et elektrivoolul on taimele nii otsene kui ka kaudne mõju, mille mõju määravad mitmed tegurid.

Vahepeal laienesid ja süvenesid uuringud pinnase elektrifitseerimise efektiivsuse kohta. Tänapäeval tehakse neid tavaliselt kasvuhoonetes või kasvatuskatsetes. See on arusaadav, sest ainult nii saab vältida eksperimendi käigus tahtmatult tehtud vigu, mille puhul ei ole võimalik iga üksiku teguri üle kontrollida.

Teadlane V. A. Shustov viis Leningradis läbi pinnase elektrifitseerimisega väga üksikasjalikud katsed. Kergelt podsoolsesse savisesse pinnasesse lisas ta 30% huumust ja 10% liiva ning läbi selle massi, risti juurestikuga kahe teras- või süsinikelektroodi vahel (viimane näitas end paremini), läbis tööstusliku sagedusega voolu tihedusega. 0,5 mA / ruutmeetri kohta vt Redisesaak suurenes 40-50%. Kuid sama tihedusega alalisvool vähendas nende juurviljade kogumist võrreldes kontrolliga. Ja ainult selle tiheduse vähenemine 0,01–0,13 mA / ruutmeetri kohta. cm põhjustas saagise tõusu vahelduvvoolu kasutamisel saadud tasemeni. Mis on selle põhjuseks?

Märgistatud fosforit kasutades on leitud, et nendest parameetritest kõrgemad vahelduvvoolud avaldavad soodsat mõju selle olulise elektrilise elemendi neeldumisele taimede poolt. Samuti ilmnes alalisvoolu positiivne mõju. Selle tihedusega 0,01 mA / sq. cm, oli saagis ligikaudu võrdne sellega, mis saadi vahelduvvoolu kasutamisel tihedusega 0,5 mA / sq. vt Muide, neljast testitud vahelduvvoolu sagedusest (25, 50, 100 ja 200 Hz) oli parim sagedus 50 Hz. Kui taimed kaeti maandatud sõelumisvõrkudega, vähenes oluliselt köögiviljakultuuride saagikus.

Armeenia põllumajanduse mehhaniseerimise ja elektrifitseerimise uurimisinstituut kasutas tubakataimede stimuleerimiseks elektrit. Uurisime laias valikus juurekihi ristlõikes edastatud voolutihedusi. Vahelduvvoolu puhul oli see 0,1; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2 ja 4,0 a / ruutmeetrit m, konstandi jaoks - 0,005; 0,01; 0,03; 0,05; 0,075; 0,1; 0,125 ja 0,15 a / ruutmeetrit m Toitesubstraadina kasutati 50% musta pinnase, 25% huumuse ja 25% liiva segu. Kõige optimaalsemad olid voolutihedused 2,5 A / ruutmeetri kohta. m muutuva ja 0,1 a / ruutmeetri kohta. m pideva elektrivarustusega pooleteise kuu jooksul. Samal ajal ületas tubaka kuivmassi saagis esimesel juhul kontrolli 20 ja teisel juhul 36%.

Või siin on tomatid. Katsetajad lõid oma juurtetsoonis püsiva elektrivälja. Taimed arenesid palju kiiremini kui kontrollid, eriti tärkamisfaasis. Neil oli suurem lehepind, suurenenud peroksüdaasi ensüümi aktiivsus ja suurenenud hingamine. Selle tulemusel oli saagikasv 52% ja see oli peamiselt tingitud viljade suuruse ja arvu suurenemisest ühel taimel.

Mulda läbival pideval voolul on viljapuudele kasulik mõju. Seda märkas I. V. Mitšurin ja seda rakendas edukalt tema lähim abiline I. S. Gorshkov, kes oma raamatus "Artikleid puuviljakasvatusest" (Moskva, Selsk. Liter. kirjastus, 1958) pühendas sellele küsimusele terve peatüki. Sel juhul läbivad viljapuud kiiremini laste (teadlaste sõnul "juveniilne") arengujärgu, suureneb nende külmakindlus ja vastupidavus muudele ebasoodsatele keskkonnateguritele, mille tulemusena suureneb saagikus. Et mitte olla alusetu, toon konkreetse näite. Kui valgel perioodil liikus pidev vool läbi pinnase, millel kasvasid noored okas- ja lehtpuud, toimus nende elus mitmeid tähelepanuväärseid nähtusi. Juunis-juulis eristas katsepuid intensiivsem fotosüntees, mis tulenes mulla bioloogilise aktiivsuse kasvu elektriga stimuleerimisest, mullaioonide liikumiskiiruse suurendamisest ja nende paremast omastamisest juurestiku poolt. taimedest. Pealegi tekitas pinnases voolav vool taimede ja atmosfääri vahel suure potentsiaalse erinevuse. Ja see, nagu juba mainitud, on puude, eriti noorte jaoks iseenesest soodne tegur. Järgmises katses, mis viidi läbi kilekatte all, alalisvoolu pideva ülekandega, suurenes üheaastaste männi- ja lehiseistikute fütomass 40-42%. Kui selline kasvutempo püsiks mitu aastat, siis pole raske ette kujutada, milline tohutu kasu sellest kujuneks.

Huvitava katse taimede ja atmosfääri vahelise elektrivälja mõju kohta viisid läbi NSVL Teaduste Akadeemia Taimefüsioloogia Instituudi teadlased. Nad leidsid, et fotosüntees kulgeb kiiremini, seda suurem on potentsiaalide erinevus taimede ja atmosfääri vahel. Näiteks kui hoiate taime lähedal negatiivset elektroodi ja suurendate järk-järgult pinget (500, 1000, 1500, 2500 V), suureneb fotosünteesi intensiivsus. Kui taime ja atmosfääri potentsiaalid on lähedased, lakkab taim süsihappegaasi absorbeerima.

Tuleb märkida, et pinnase elektrifitseerimiseks on tehtud palju katseid nii meil kui ka välismaal. Leiti, et see efekt muudab erinevat tüüpi mulla niiskuse liikumist, soodustab mitmete taimedele raskesti omastatavate ainete paljunemist, kutsub esile mitmesuguseid keemilisi reaktsioone, mis omakorda muudavad mullalahuse reaktsiooni. Elektrilöögil nõrga vooluga pinnasele arenevad mikroorganismid selles paremini. Määrati ka erinevate muldade jaoks optimaalsed elektrivoolu parameetrid: 0,02 kuni 0,6 mA / sq. cm alalisvoolu jaoks ja 0,25–0,5 mA / ruutmeetri kohta. cm vahelduvvoolu jaoks. Kuid praktikas ei pruugi nende parameetrite vool isegi sarnastel muldadel anda saagikuse kasvu. See on tingitud mitmesugustest teguritest, mis tekivad siis, kui elekter interakteerub mulla ja sellel kasvatatavate taimedega. Samasse klassifikatsioonikategooriasse kuuluvas pinnases võivad igal konkreetsel juhul olla täiesti erinevad vesiniku, kaltsiumi, kaaliumi, fosfori ja muude elementide kontsentratsioonid, võivad esineda erinevad õhutustingimused ja sellest tulenevalt ka oma redoksprotsesside läbimine. ja jne. Lõpuks ei tohi unustada atmosfääri elektri ja maamagnetismi pidevalt muutuvaid parameetreid. Palju oleneb ka kasutatavatest elektroodidest ja elektrilise kokkupuute meetodist (püsiv, lühiajaline jne). Lühidalt, igal konkreetsel juhul on vaja proovida ja valida, proovida ja valida ...

Nendel ja paljudel muudel põhjustel ei ole pinnase elektrifitseerimine, kuigi see aitab kaasa põllumajandustaimede tootlikkuse tõusule ja sageli üsna olulisel määral, veel laialdast praktilist rakendust leidnud. Seda mõistes otsivad teadlased sellele probleemile uusi lähenemisviise. Niisiis tehakse ettepanek töödelda mulda elektrilahendusega, et fikseerida selles lämmastik - üks peamisi taimede "roogasid". Selleks luuakse pinnasesse ja atmosfääri kõrgepinge väikese võimsusega pidev vahelduvvoolu kaarlahendus. Ja seal, kus see "töötab", läheb osa õhulämmastikust nitraadivormidesse, mida taimed omastavad. Kuid see juhtub loomulikult väikesel põllul ja on üsna kulukas.

Veel üks meetod lämmastiku omastatavate vormide hulga suurendamiseks mullas on tõhusam. See seisneb otse põllukihis genereeritud harja elektrilahenduse rakendamises. Harjalahendus on üks atmosfäärirõhul metalliotsal toimuva gaasilahenduse vorme, millele rakendatakse suurt potentsiaali. Potentsiaali suurus sõltub teise elektroodi asendist ja tipu kõverusraadiusest. Aga igal juhul tuleks seda mõõta kümnes kilovoldis. Siis tekib otsa otsa pintslitaoline kimp vahelduvaid ja kiiresti segunevaid elektrisädemeid. Selline heide põhjustab mullas suure hulga kanalite moodustumist, millesse liigub märkimisväärne kogus energiat ning nagu laboratoorsed ja välikatsed on näidanud, aitab see kaasa taimede poolt omastatava lämmastiku vormide suurenemisele mullas ja selle tulemusena saagikuse suurenemine.

Veelgi efektiivsem on kasutada mullaharimisel elektrohüdraulilist efekti, mis seisneb vees elektrilahenduse (elektrivälk) tekitamises. Kui paned osa mullast veega anumasse ja tekitad selles anumas elektrilahenduse, siis mullaosakesed purustatakse suure hulga taimedele vajalike elementide vabanemisega ja õhulämmastiku sidumisega. See elektri mõju mulla omadustele ja veele on taimede kasvule ja tootlikkusele väga kasulik. Arvestades selle pinnase elektrifitseerimise meetodi suurt lubadust, püüan sellest üksikasjalikumalt rääkida eraldi artiklis.

Teine pinnase elektrifitseerimise viis on väga uudishimulik - ilma välise toiteallikata. Seda suunda töötab välja Kirovogradi teadlane I.P. Ivanko. Ta peab mulla niiskust omamoodi elektrolüüdiks, mis on Maa elektromagnetvälja mõju all. Metall-elektrolüüdi liidesel, antud juhul metall-pinnase lahusel, tekib galvaaniline-elektriline efekt. Eelkõige siis, kui terastraat on pinnases, tekivad selle pinnale redoksreaktsioonide tulemusena katood- ja anooditsoonid ning metall lahustub järk-järgult. Selle tulemusena tekib liideses potentsiaalide erinevus, mis ulatub 40-50 mV-ni. See moodustub ka kahe pinnasesse pandud traadi vahel. Kui juhtmed on näiteks 4 m kaugusel, siis on potentsiaalide vahe 20-40 mV, kuid varieerub suuresti sõltuvalt mulla niiskusest ja temperatuurist, selle mehaanilisest koostisest, väetiste kogusest ja muudest teguritest.

Autor nimetas pinnases kahe juhtme vahelist elektromotoorjõudu "agro-EMF", tal õnnestus mitte ainult seda mõõta, vaid ka selgitada üldisi seadusi, mille järgi see moodustub. On iseloomulik, et teatud perioodidel, kui Kuu faasid muutuvad ja ilm muutub, muudab galvanomeetri nool, mille abil mõõdetakse juhtmete vahel tekkivat voolu, järsult oma asukohta - kaasnevad muutused Maa elektromagnetvälja seisundis, mis kanduvad edasi pinnase "elektrolüüdile" ...

Nendele ideedele tuginedes tegi autor ettepaneku luua elektrolüüsitud agronoomilised põllud. Selleks jaotab spetsiaalne pilutraatkihiga veduk trumlist lahti keritud 2,5 mm läbimõõduga terastraadi piki pilu põhja 37 cm sügavusele mullapinnale. Pärast 12 m üle põllu laiuse toimingut korratakse. Pange tähele, et sel viisil asetatud traat ei sega tavalist agrotehnilist tööd. Noh, vajadusel saab terastraadid hõlpsasti pinnasest eemaldada, kasutades mõõtetraadi lahti- ja kerimise seadet.

Katsed on näidanud, et selle meetodiga indutseeritakse elektroodidele "agro-EMF" 23-35 mV. Kuna elektroodidel on erinev polaarsus, ilmub nende vahele läbi niiske pinnase suletud elektriahel, mille kaudu voolab alalisvool tihedusega 4–6 μA / sq. vaata anood. Läbides mullalahust nagu läbi elektrolüüdi, hoiab see vool viljakas kihis elektroforeesi ja elektrolüüsi protsesse, mille tõttu taimedele vajalikud mullakemikaalid kanduvad raskesti omastatavatest kergesti omastatavatesse vormidesse. Lisaks humifitseeritakse elektrivoolu mõjul kiiremini kõik taimejäänused, umbrohuseemned ja surnud loomaorganismid, mis toob kaasa mulla viljakuse tõusu.

Nagu näete, toimub selles variandis pinnase elektrifitseerimine ilma kunstliku energiaallikata, ainult meie planeedi elektromagnetiliste jõudude toimel.

Vahepeal saavutati selle "vaba" energia tõttu katsetes väga kõrge teraviljasaagi kasv - kuni 7 senti / ha. Arvestades kavandatava elektrifitseerimistehnoloogia lihtsust, kättesaadavust ja head efektiivsust, saavad sellest tehnoloogiast huvitatud amatööraednikud selle kohta lähemalt lugeda IP Ivanko artiklist "Geomagnetväljade energia kasutamine", mis avaldati ajakirjas "Mehhaniseerimine ja elektrifitseerimine". Põllumajandus" nr 7 1985. aastaks. Selle tehnoloogia juurutamisel soovitab autor paigutada juhtmed suunaga põhjast lõunasse ja nende kohal kasvatatavad põllukultuurid läänest itta.

Selle artikliga püüdsin huvitada harrastusaednikke erinevate taimede kasutamisest kasvatamise protsessis, lisaks tuntud mullahooldustehnoloogiatele, elektrotehnoloogiale. Enamiku pinnase elektrifitseerimise meetodite suhteline lihtsus, mis on isegi keskkooli õppekava raames kättesaadav ka füüsikateadmiste omandanutele, võimaldab neid kasutada ja katsetada peaaegu igal aiatükil köögiviljade, puuviljade ja puuviljade kasvatamisel. marja-, lille-, dekoratiiv-, ravim- ja muud taimed. Mulda alalisvooluga elektrifitseerimist katsetasin ka eelmise sajandi 60ndatel istikute ning puuvilja- ja marjakultuuride istikute kasvatamisel. Enamikus katsetes täheldati kasvu stimuleerimist ja mõnikord väga olulist, eriti kirsi- ja ploomiseemnete kasvatamisel. Seega, kallid harrastusaednikud, proovige tuleval hooajal saagi peal katsetada mõnda meetodit mulla elektrifitseerimiseks. Mis saab siis, kui sul läheb kõik hästi ja see kõik võib osutuda üheks kullasooneks?

V. N. Šalamov

V. V. Markevitš

Käesolevas artiklis käsitleme üht huvitavamat ja paljulubavamat uurimisvaldkonda – füüsiliste tingimuste mõju taimedele.

Selleteemalist kirjandust uurides sain teada, et ülitundlike seadmete abil sai professor P.P. Ja raku potentsiaalid pole nii väikesed.

Lae alla:

Eelvaade:

FÜÜSIKA

BIOLOOGIA

Taimed ja nende elektripotentsiaal.

Lõpetanud: V.V. Markevitš

GBOU OSH № 740 Moskva

9. klass

Pea: Kozlova Violetta Vladimirovna

füüsika ja matemaatika õpetaja

Moskva 2013

1. Sissejuhatus

1. Asjakohasus
2. Töö eesmärgid ja eesmärgid
3. Uurimismeetodid
4. Töö tähtsus

1. Õpitud kirjanduse analüüs teemal "Elekter elus

taimed"

1. Siseõhu ionisatsioon

1. Uurimismeetod ja tehnika

1. Kahjuvoolude uurimine erinevates taimedes

1. Katse nr 1 (sidruniga)
2. Katse nr 2 (õunaga)
3. Katse nr 3 (taimelehega)

1. Elektrivälja mõju uurimine seemnete idanemisele

1. Katsed ioniseeritud õhu mõju jälgimiseks herneseemnete idanemisele
2. Katsed ioniseeritud õhu mõju jälgimiseks oaseemnete idanemisele

1. järeldused

1. Järeldus
2. Kirjandus

1. Sissejuhatus

"Nii hämmastavad kui elektrilised nähtused on,

anorgaanilisele ainele omaselt nad ei lähe

pole võrrelda nendega seotud

eluprotsessid".

Michael Faraday

Käesolevas artiklis käsitleme üht huvitavamat ja paljulubavamat uurimisvaldkonda – füüsiliste tingimuste mõju taimedele.

Selleteemalist kirjandust uurides sain teada, et ülitundlike seadmete abil sai professor P.P. Ja raku potentsiaalid pole nii väikesed. Näiteks mõnedes vetikates ulatuvad need pingeni 0,15 V.

“Kui jadana kogutakse kindlas järjekorras 500 paari hernepoolikuid, siis on elektri lõpppingeks 500 volti... Hea, et kokk ei tea, mis ohust teda seda erirooga valmistades ähvardab, ja tema õnneks ei ühendu herned. järjestatud seeriateks."See India teadlase J. Bossi väide põhineb rangel teaduslikul eksperimendil. Ta ühendas herne sisemise ja välimise osa galvanomeetriga ja kuumutas selle temperatuurini 60 ° C. Samal ajal näitas seade potentsiaali erinevust 0,5 V.

Kuidas see juhtub? Mis põhimõttel elavad generaatorid ja akud töötavad? Moskva Füüsika ja Tehnoloogia Instituudi elussüsteemide osakonna juhataja asetäitja, füüsika- ja matemaatikateaduste kandidaat Eduard Trukhan usub, et üks tähtsamaid protsesse taimerakus on päikeseenergia assimilatsiooniprotsess, protsess fotosünteesist.

Seega, kui teadlastel õnnestub sel hetkel positiivselt ja negatiivselt laetud osakesi eri suundades "lahti tõmmata", siis teoreetiliselt on meie käsutuses imeline elav generaator, mille kütuseks oleks vesi ja päikesevalgus ning pealegi. energiat, toodaks see ka puhast hapnikku.

Võib-olla luuakse selline generaator tulevikus. Kuid selle unistuse elluviimiseks peavad teadlased kõvasti tööd tegema: nad peavad valima välja kõige sobivamad taimed ja võib-olla isegi õppima, kuidas kunstlikult klorofülli terasid valmistada, luua mingisugused membraanid, mis võimaldaksid laenguid eraldada. Selgub, et elusrakk, mis salvestab elektrienergiat looduslikesse kondensaatoritesse - spetsiaalsete rakuvormide, mitokondrite rakusisesse membraani, kasutab seda siis paljude tööde tegemiseks: uute molekulide ehitamiseks, toitainete tõmbamiseks rakku, oma temperatuuri reguleerimiseks ... Ja see pole veel kõik. Elektri abil teeb taim ise palju toiminguid: hingab, liigub, kasvab.

Asjakohasus

Juba praegu võib väita, et taimede elektrilise eluea uurimine on põllumajandusele kasulik. Isegi IV Michurin viis läbi katseid elektrivoolu mõju kohta hübriidseemikute idanemisele.

Külvieelne seemnetöötlus on põllumajandustehnoloogia kõige olulisem element, mis võimaldab tõsta nende idanemist ja lõppkokkuvõttes taimede tootlikkust ning see on eriti oluline meie mitte väga pikal ja soojal suvel.

1. Töö eesmärgid ja eesmärgid

Käesoleva töö eesmärgiks on uurida bioelektriliste potentsiaalide esinemist taimedes ning uurida elektrivälja mõju seemnete idanemisele.

Uurimiseesmärgi saavutamiseks on vaja lahendada alljärgnevülesanded:

1. Bioelektriliste potentsiaalide doktriini ja elektrivälja mõju taimede elutegevusele käsitlevate põhisätete uurimine.
2. Katsete läbiviimine kahjustusvoolude tuvastamiseks ja jälgimiseks erinevates taimedes.
3. Katsete läbiviimine, et jälgida elektrivälja mõju seemnete idanemisele.

1. Uurimismeetodid

Uurimisülesannete täitmiseks kasutatakse teoreetilisi ja praktilisi meetodeid. Teoreetiline meetod: selleteemalise teadusliku ja populaarteadusliku kirjanduse otsimine, uurimine ja analüüs. Kasutatakse praktilisi uurimismeetodeid: vaatlus, mõõtmine, katsed.

1. Töö tähtsus

Selle töö materjali saab kasutada füüsika- ja bioloogiatundides, kuna õpikud seda olulist teemat ei käsitle. Ja katsete läbiviimise meetod - valikkursuse praktiliste tundide materjalina.

1. Uuritud kirjanduse analüüs

Taimede elektriliste omaduste uurimise ajalugu

Üks elusorganismide iseloomulikke omadusi on ärritamisvõime.

Charles Darwin pidas suurt tähtsust taimede ärrituvusele. Ta uuris üksikasjalikult taimemaailma putuktoiduliste esindajate bioloogilisi omadusi, mis on ülitundlikud, ja tutvustas uurimistöö tulemusi 1875. aastal ilmunud imelises raamatus "Putukatoidulistest taimedest". Lisaks äratasid suure loodusuurija tähelepanu mitmesugused taimede liikumised. Kokkuvõttes näitasid kõik uuringud, et taimne organism on loomaga märkimisväärselt sarnane.

Elektrofüsioloogiliste meetodite laialdane kasutamine on võimaldanud loomafüsioloogidel saavutada selles teadmistevaldkonnas märkimisväärseid edusamme. Leiti, et loomade organismides tekivad pidevalt elektrivoolud (biovoolud), mille levik põhjustab motoorseid reaktsioone. C. Darwin pakkus välja, et sarnased elektrinähtused leiavad aset ka putuktoiduliste taimede lehtedes, millel on üsna tugevalt väljendunud liikumisvõime. Ise ta aga seda hüpoteesi ei kontrollinud. Tema palvel tegi Oxfordi ülikooli füsioloog 1874. aastal katseid kärbselõksu taimega Venus.Burdan Sanderson... Ühendanud selle taime lehe galvanomeetriga, märkis teadlane, et nool kaldus kohe kõrvale. See tähendab, et selle putuktoidulise taime eluslehes tekivad elektriimpulsid. Kui uurija lehti ärritas, puudutades nende pinnal asuvaid harjaseid, kaldus galvanomeetri nõel vastupidises suunas, nagu katses looma lihasega.

Saksa füsioloog Hermann Munch , kes oma katseid jätkas, jõudis 1876. aastal järeldusele, et Venus flytrap lehed on elektromotoorselt sarnased mõne looma närvide, lihaste ja elektriorganitega.

Venemaal kasutati elektrofüsioloogilisi meetodeidN.K. Levakovskiuurida ärrituvuse nähtusi häbematutes mimoosides. 1867. aastal avaldas ta raamatu pealkirjaga "Ärritatud taimeorganite liikumisest". N.K. Levakovski katsetes täheldati nendes proovides kõige tugevamaid elektrilisi signaale mimoos mis vastas kõige jõulisemalt välistele stiimulitele. Kui mimoos hukkub kiiresti kuumutamisel, siis surnud taimeosad ei tooda elektrilisi signaale. Autor jälgis ka elektriimpulsside ilmnemist tolmukatesohakas ja ohakas, päikesepuu lehevartes.Hiljem leiti, et

Bioelektrilised potentsiaalid taimerakkudes

Taime elu on seotud niiskusega. Seetõttu avalduvad neis toimuvad elektrilised protsessid kõige täielikumalt normaalsel niisutusrežiimil ja nõrgenevad närbumise ajal. See on tingitud laengute vahetusest vedeliku ja kapillaarsoonte seinte vahel toitainete lahuste voolamisel läbi taimede kapillaaride, samuti ioonivahetuse protsessidest rakkude ja keskkonna vahel. Elu jaoks kõige olulisem on rakkudes ergastuvad elektriväljad.

Niisiis, me teame, et...

1. Tuule poolt kantud õietolm on negatiivselt laetud‚Mõõdult läheneb tolmuosakeste laengule tolmutormide ajal. Õietolmu kaotavate taimede läheduses muutub positiivsete ja negatiivsete valgusioonide suhe järsult, mis mõjutab soodsalt taimede edasist arengut.
2. Põllumajanduses pestitsiidide pihustamise praktikas on leitud, etpositiivse laenguga kemikaalid ladestuvad suuremal määral peedile ja õunapuudele ning negatiivse laenguga kemikaalid sirelitele.
3. Lehe ühepoolne valgustus ergastab elektripotentsiaalide erinevuse selle valgustatud ja valgustamata alade ning varre, varre ja juure vahel.See potentsiaalne erinevus väljendab taime reaktsiooni muutustele tema kehas, mis on seotud fotosünteesi protsessi alguse või lõppemisega.
4. Seemnete idanemine tugevas elektriväljas(nt koroonaelektroodi lähedal)viib muutusteniarenevate taimede varre kõrgus ja jämedus ning võra tihedus. see toimub peamiselt tänu ruumilaengu ümberjaotumisele taimeorganismis välise elektrivälja mõjul.
5. Kahjustatud koht taimekudedes on alati negatiivselt laetudsuhteliselt terved alad ning taimede surevad alad omandavad normaalsetes tingimustes kasvavate alade suhtes negatiivse laengu.
6. Kultuurtaimede laetud seemned on suhteliselt kõrge elektrijuhtivusega ja kaotavad seetõttu kiiresti oma laengu.Umbrohuseemned on oma omadustelt dielektrikutele lähemal ja võivad pikka aega säilitada laengut. Seda kasutatakse põllukultuuride seemnete eraldamiseks umbrohust konveieril.
7. Märkimisväärseid potentsiaalseid erinevusi taimeorganismis ei saa erutadaKuna taimedel pole spetsiaalset elektriorganit. Seetõttu ei leidu taimede seas "surmapuud", mis võiks oma elektrijõuga elusolendeid tappa.

Atmosfäärielektri mõju taimedele

Üks meie planeedi iseloomulikke tunnuseid on pideva elektrivälja olemasolu atmosfääris. Inimene ei pane teda tähele. Kuid atmosfääri elektriline olek ei ole tema ja teiste meie planeedil elavate elusolendite, sealhulgas taimede, suhtes ükskõikne. Maa kohal 100-200 km kõrgusel asub positiivselt laetud osakeste kiht – ionosfäär.
See tähendab, et kui kõnnid mööda põldu, tänavat, parki, liigud elektriväljas, hingad sisse elektrilaenguid.

Atmosfäärielektri mõju taimedele on alates 1748. aastast uurinud paljud autorid. Sel aastal teatas abt Nolet katsetest, mille käigus ta elektrifitseeris taimi, asetades need laetud elektroodide alla. Ta jälgis idanemise ja kasvu kiirenemist. Grandieu (1879) täheldas, et taimed, mis ei puutunud kokku atmosfäärielektriga, kuna olid paigutatud traatvõrgust maandatud kasti, näitasid kontrolltaimedega võrreldes 30–50% kaalulangust.

Lemström (1902) paljastas taimed õhuioonide mõjule, asetades need juhtme alla, varustatud punktidega ja ühendatud kõrgepingeallikaga (1 m maapinnast, ioonvool 10-11 - 10 -12 A / cm2 ) ja ta leidis, et kaal ja pikkus suurenesid rohkem kui 45% (nt porgand, hernes, kapsas).

Asjaolu, et taimede kasv kiirenes atmosfääris, kus positiivsete ja negatiivsete väikeste ioonide kontsentratsioon oli kunstlikult suurendatud, kinnitasid hiljuti Krueger ja tema kaastöötajad. Nad leidsid, et kaera seemned reageerisid nii positiivsetele kui ka negatiivsetele ioonidele (kontsentratsioon umbes 10 4 iooni / cm3 ) kogupikkuse suurenemine 60% ja värske ja kuivmassi kasv 25-73%. Taimede õhust osade keemiline analüüs näitas valgu-, lämmastiku- ja suhkrusisalduse suurenemist. Odra puhul oli kogupikenemine veelgi suurem (umbes 100%); värske massi kasv ei olnud suur, küll aga oli märgatav kuivkaalu tõus, millega kaasnes vastav valgu-, lämmastiku- ja suhkrusisalduse tõus.

Taimeseemnetega tegi katseid ka Warden. Ta leidis, et roheliste ubade ja roheliste herneste idanemine muutus varasemaks, kuna kummagi polaarsusega ioonide tase suurenes. Idanenud seemnete lõplik protsent oli negatiivse ionisatsiooni korral kontrollrühmaga võrreldes madalam; idanemine positiivselt ioniseeritud rühmas ja kontrollrühmas oli sama. Seemikute kasvades jätkasid kontroll- ja positiivselt ioniseeritud taimed kasvu, samas kui negatiivselt ioniseeritud taimed enamasti närbuvad ja hukkuvad.

Viimaste aastate mõju on olnud atmosfääri elektrilise oleku tugev muutus; Maa eri piirkonnad hakkasid üksteisest erinema õhu ioniseeritud oleku poolest, mis on tingitud selle tolmususest, gaasisisaldusest jne. Õhu elektrijuhtivus on selle puhtuse tundlik näitaja: mida rohkem on õhus võõrosakesi, seda rohkem ioone sadestub neile ja seetõttu väheneb õhu elektrijuhtivus.
Niisiis, Moskvas 1 cm 3 õhk sisaldab 4 negatiivset laengut, Peterburis - 9 sellist laengut, Kislovodskis, kus õhu puhtuse standard on 1,5 tuhat osakest, ja Kuzbassi lõunaosas jalami segametsades ulatub nende osakeste arv 6-ni. tuhat. See tähendab, et seal, kus on rohkem negatiivseid osakesi, on kergem hingata ja seal, kus on tolmu, saab inimene neid vähem, kuna tolmuosakesed sadestuvad neile.
On hästi teada, et kiiresti voolava vee läheduses õhk värskendab ja kosutab. See sisaldab palju negatiivseid ioone. Veel 19. sajandil tehti kindlaks, et suuremad tilgad veepritsmetes on positiivselt laetud ja väiksemad tilgad negatiivselt. Kuna suured tilgad settivad kiiremini, jäävad negatiivselt laetud väikesed tilgad õhku.
Vastupidi, õhk suletud ruumides, kus on palju igasuguseid elektromagnetilisi seadmeid, on positiivsete ioonidega küllastunud. Isegi suhteliselt lühike viibimine sellises ruumis põhjustab letargiat, uimasust, pearinglust ja peavalu.

1. Uurimistöö metoodika

Kahjuvoolude uurimine erinevates taimedes.

1. KIRJANDUS

1. Bogdanov K. Yu. Füüsik külastab bioloogi. - M .: Nauka, 1986.144 lk.
2. A. A. Vorotnikov Füüsika noortele. - M: Harvest, 1995-121s.
3. Katz Ts.B. Biofüüsika füüsikatundides. - M: Haridus, 1971-158s.
4. Perelman Ya.I. Meelelahutuslik füüsika. - M: Teadus, 1976-432s.
5. Artamonov V.I. Meelelahutuslik taimefüsioloogia. - M .: Agropromizdat, 1991.
6. Arabadzhi V.I., Tavalise vee mõistatused.- M .: "Teadmised", 1973.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

Elektri- ja magnetväljade bioloogilist mõju inimeste ja loomade organismile on palju uuritud. Täheldatud mõjud, kui need ilmnevad, ei ole ikka veel selged ja neid on raske määratleda, seega jääb see teema aktuaalseks.

Meie planeedi magnetväljadel on kaks päritolu – looduslik ja inimtekkeline. Looduslikud magnetväljad, nn magnettormid, saavad alguse Maa magnetosfäärist. Inimtekkelised magnethäired hõlmavad väiksemat ala kui looduslikud, kuid nende avaldumine on palju intensiivsem ja toob seetõttu kaasa rohkem käegakatsutavat kahju. Tehnilise tegevuse tulemusena tekitab inimene kunstlikke elektromagnetvälju, mis on sadu kordi tugevamad kui Maa loomulik magnetväli. Inimtekkelise kiirguse allikad on võimsad raadiosaateseadmed, elektrifitseeritud sõidukid, elektriliinid (joonis 2.1).

Üks võimsamaid elektromagnetlainete patogeene on tööstusliku sagedusega (50 Hz) voolud. Seega võib otse elektriliini all oleva elektrivälja tugevus ulatuda mitme tuhande voltini pinnase meetri kohta, kuigi pinnase pingete vähendamise omaduse tõttu langeb intensiivsus juba 100 m kaugusel liinist. järsult kuni mitukümmend volti meetri kohta.

Elektrivälja bioloogilist mõju uurides on leitud, et isegi tugevusel 1 kV/m avaldab see kahjulikku mõju inimese närvisüsteemile, mis omakorda põhjustab endokriinse aparatuuri ja ainevahetuse häireid organismis (vask). , tsink, raud ja koobalt), häirib füsioloogilisi funktsioone: südame löögisagedust, vererõhku, ajutegevust, ainevahetusprotsesse ja immuuntegevust.

Alates 1972. aastast on ilmunud väljaandeid, milles on käsitletud üle 10 kV/m tugevusega elektriväljade mõju inimestele ja loomadele.

Magnetvälja tugevus on võrdeline vooluga ja pöördvõrdeline kaugusega; elektrivälja tugevus on võrdeline pingega (laenguga) ja pöördvõrdeline kaugusega. Nende väljade parameetrid sõltuvad kõrgepinge ülekandeliini pingeklassist, konstruktsiooniomadustest ja geomeetrilistest mõõtmetest. Elektromagnetvälja võimsa ja laiendatud allika tekkimine toob kaasa muutuse nendes looduslikes tegurites, mille mõjul ökosüsteem tekkis. Elektri- ja magnetväljad võivad inimkehas esile kutsuda pinnalaenguid ja voolusid (joonis 2.2). Uuringud on näidanud,

et elektrivälja poolt indutseeritud maksimaalne vool inimkehas on palju suurem kui magnetvälja tekitatud vool. Seega ilmneb magnetvälja kahjulik mõju ainult siis, kui selle intensiivsus on umbes 200 A / m, mis toimub liini faasijuhtmetest 1-1,5 m kaugusel ja on pinge all töötamisel ohtlik ainult teeninduspersonalile. See asjaolu võimaldas teha järelduse tööstusliku sagedusega magnetväljade bioloogilise mõju puudumise kohta inimestele ja loomadele elektriliinide all. Seega on elektriliini elektriväli pikendatud jõuülekande peamine bioloogiliselt efektiivne tegur. , mis võib osutuda takistuseks erinevat tüüpi vee- ja maismaaloomastiku liikumisel.

Lähtuvalt jõuülekande konstruktsioonilistest iseärasustest (traadi longus) avaldub välja suurim mõju sildeava keskel, kus üli- ja ülikõrgepingeliinide pinge inimese kõrguse tasemel on 5. -20 kV / m ja rohkem, sõltuvalt pingeklassist ja liini konstruktsioonist (joonis 1.2). Tugede juures, kus juhtmete vedrustuse kõrgus on suurim ja mõjub tugede varjestusefekt, on väljatugevus väikseim. Kuna elektriliinide all võivad olla inimesed, loomad, transport, on vaja hinnata elusolendite pikaajalise ja lühiajalise viibimise võimalikke tagajärgi erineva tugevusega elektriväljas. Kõige tundlikumad elektriväljade suhtes on sõralised ja inimesed jalanõudes, mis isoleerivad neid maapinnast. Loomade sõrg on ka hea isolaator. Sel juhul võib indutseeritud potentsiaal ulatuda 10 kV-ni ja keha läbiv vooluimpulss, kui see puudutab maandatud objekti (põõsa oks, rohulible), on 100-200 μA. Sellised vooluimpulsid on organismile ohutud, kuid ebameeldivad aistingud sunnivad sõralisi suvel kõrgepingeliine vältima.

Elektrivälja mõjul inimesele mängivad domineerivat rolli tema keha läbivad voolud. Selle määrab inimese keha kõrge juhtivus, kus ülekaalus on elundid, milles ringleb veri ja lümf. Praegu on loomade ja vabatahtlikega tehtud katsed kindlaks teinud, et voolutihedus juhtivusega 0,1 μA / cm 2 ja alla selle ei mõjuta aju tööd, kuna tavaliselt ajus voolavad impulss-biovoolud ületavad oluliselt tihedust. sellisest juhtivusvoolust. /> 1 μA / cm 2 juures täheldatakse inimese silmis heledate ringide virvendamist, suurem voolutihedus haarab juba sensoorsete retseptorite, aga ka närvi- ja lihasrakkude stimuleerimise läviväärtusi, mis viib ehmatuse ja tahtmatute motoorsete reaktsioonide ilmnemine. Kui inimene puudutab olulise intensiivsusega elektrivälja piirkonnas maapinnast eraldatud esemeid, sõltub voolutihedus südame piirkonnas tugevalt selle aluseks olevatest tingimustest (jalatsite tüüp, pinnase seisund jne). .), kuid see võib juba nende väärtusteni jõuda. Maksimaalse voolu juures, mis vastab Etah== 15 kV/m (6,225 mA); teadaolev osa sellest voolust, mis läbib pea piirkonda (umbes 1/3) ja pea pindala (umbes 100 cm 2) voolutihedusega j<0,1 мкА/см 2 , что и под­тверждает допустимость принятой в СССР напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Inimese tervise jaoks on probleemiks kudedes indutseeritud voolu tiheduse ja välisvälja magnetilise induktsiooni vahelise seose kindlaksmääramine, V. Voolutiheduse arvutamine

keerulisemaks asjaolu, et selle täpne tee sõltub juhtivuse y jaotumisest keha kudedes.

Niisiis, aju erijuhtivus määratakse  = 0,2 cm / m ja südamelihase == 0,25 cm / m. Kui võtame pea raadiuseks 7,5 cm ja südame raadiuseks 6 cm, siis korrutis  R osutub mõlemal juhul samaks. Seetõttu võib südame ja aju perifeeria voolutiheduse kohta anda ühe esituse.

On kindlaks tehtud, et tervisele ohutu magnetinduktsioon on umbes 0,4 mT sagedusel 50 või 60 Hz. Magnetväljades (3 kuni 10 mT; f= 10–60 Hz), täheldati valguse värelusi, mis on sarnased silmamunale vajutamisel tekkivatega.

Tugevuse väärtusega elektrivälja poolt inimkehas indutseeritud voolu tihedus E, arvutatakse järgmiselt:

erinevate koefitsientidega k aju ja südame piirkonna jaoks. Tähendus k=3  10 -3 cm / Hzm. Saksa teadlaste sõnul on väljatugevus, mille juures juuste vibratsiooni tunneb 5% testitud meestest, 3 kV / m ja 50% katsete läbinud meeste puhul on see võrdne 20 kV / m. Praegu puuduvad tõendid selle kohta, et välja tegevusest põhjustatud aistingud avaldaksid negatiivset mõju. Voolutiheduse ja bioloogilise mõju vahelise seose osas saab eristada nelja valdkonda, mis on esitatud tabelis. 2.1

Voolutiheduse väärtuse viimane ala viitab ühe südametsükli suurusjärgus olevatele kokkupuuteaegadele, s.o ligikaudu 1 s inimese kohta Lühema kokkupuute korral on läviväärtused kõrgemad. Väljatugevuse läviväärtuse määramiseks viidi inimestel läbi füsioloogilised uuringud laboritingimustes tugevusel 10 kuni 32 kV/m. Leiti, et pingel 5 kV / m 80%

Tabel 2.1

inimesed ei koge maandatud esemete puudutamisel tühjenemise ajal valulikke aistinguid. Just see väärtus võeti standardiks elektripaigaldistes töötamisel ilma kaitsevahendeid kasutamata. Inimese elektriväljas viibimise lubatud aja sõltuvus intensiivsusega E rohkem kui lävi on ligikaudne võrrand

Selle tingimuse täitmine tagab keha füsioloogilise seisundi iseenesliku taastumise päeva jooksul ilma jääkreaktsioonide ja funktsionaalsete või patoloogiliste muutusteta.

Tutvume Nõukogude ja välismaiste teadlaste elektri- ja magnetvälja bioloogiliste mõjude uuringute peamiste tulemustega.

Taevakehal, mida nimetatakse planeediks Maa, on elektrilaeng, mis loob Maa loomuliku elektrivälja. Elektrivälja üks tunnuseid on potentsiaal ja ka maa elektrivälja iseloomustab potentsiaal. Võib ka öelda, et lisaks loomulikule elektriväljale on olemas ka planeedi Maa loomulik alalisvool (DC). Maa potentsiaali gradient jaotub selle pinnalt ionosfäärini. Staatilise elektri jaoks hea ilmaga on atmosfääri elektriväli Maa pinna lähedal ligikaudu 150 volti meetri kohta (V / m), kuid see väärtus väheneb eksponentsiaalselt, kui kõrgus tõuseb 1 V / m või alla selle (kõrgusel 30 km). Gradiendi vähenemise põhjuseks on muuhulgas atmosfääri juhtivuse suurenemine.

Kui kannate riideid, mis on valmistatud heast isolaatorist, mis on suurepärane dielektrik, näiteks nailonist riideid, ja kasutate eranditult kummist jalanõusid ning riiete pinnal ei ole metallesemeid, siis saab mõõta potentsiaali erinevust maapind ja pea võra. Kuna iga meeter on 150 volti, siis 170 cm tõusuga tekib pea ülaosas pinna suhtes potentsiaalide erinevus 1,7x150 = 255 volti. Kui paned pähe metallpanni, siis koguneb sellele pinnalaeng. Selle laengukogumise põhjuseks on see, et nailonist riided on hea isolaator ja kummist kingad. Maandus, see tähendab, et puudub juhtiv kontakt maapinnaga. Et mitte elektrilaenguid enda peale koguneda, on vaja "maanida". Samuti on esemed, asjad, hooned ja rajatised, eriti kõrghooned, võimelised akumuleerima atmosfääri elektrit. See võib kaasa tuua ebameeldivaid tagajärgi, kuna igasugune kogunenud laeng võib põhjustada elektrivoolu ja gaaside sädemete purunemist. Sellised elektrostaatilised lahendused võivad kahjustada elektroonikat ja põhjustada tulekahjusid, eriti tuleohtlike ainete puhul.

Et mitte koguneda atmosfääri elektri laenguid, piisab ülemise punkti ühendamisest alumise (maandus) elektrijuhiga ja kui pindala on suur, siis maandus tehakse raku, vooluringi kujul, kuid tegelikult kasutatakse seda, mida nimetatakse "Faraday puuriks".

Atmosfääri elektri omadused

Maa on negatiivselt laetud ja selle laeng on võrdne 500 000 kuloni (C) elektrilaenguga. Potentsiaalide erinevus on 300 000 volti (300 kV) vahel, kui arvestada pinget positiivselt laetud ionosfääri ja maapinna vahel. Samuti on olemas elektri alalisvool, suurusjärgus 1350 amprit (A), ja Maa atmosfääri takistus on umbes 220 oomi. See annab väljundvõimsuseks ligikaudu 400 megavatti (MW), mis taastub päikese aktiivsuse toimel. See jõud mõjutab nii Maa ionosfääri kui ka alumisi kihte, mis põhjustab äikesetorme. Maa atmosfääris salvestatav ja salvestatud elektrienergia on umbes 150 gigadžauli (GJ).

Maa-ionosfääri süsteem toimib nagu hiiglaslik kondensaator, mille mahtuvus on 1,8 Farad. Arvestades Maa pindala tohutut suurust, on 1 pinna ruutmeetri kohta ainult 1 nC elektrilaengut.

Maa elektrosfäär ulatub merepinnast umbes 60 km kõrgusele. Ülemistes kihtides, kus on palju vabu ioone ja seda sfääri osa nimetatakse ionosfääriks, on juhtivus maksimaalne, kuna seal on vabu laengukandjaid. Potentsiaali ionosfääris võib öelda, et see on tasandatud, kuna seda sfääri peetakse sisuliselt elektrivoolu juhiks, gaasides on voolud ja selles ülekandevool. Vabade ioonide allikaks on päikese radioaktiivsus. Päikeselt ja kosmosest tulev laetud osakeste voog "lööb" elektronid gaasimolekulidest välja, mis viib ionisatsioonini. Mida kõrgemal merepinnast, seda madalam on atmosfääri juhtivus. Merepinnal on õhu elektrijuhtivus umbes 10–14 Siemensi / m (S / m), kuid see kasvab kiiresti kõrguse suurenedes ja 35 km kõrgusel on see juba 10–11 S / m. Sellel kõrgusel on õhu tihedus vaid 1% merepinna tihedusest. Veelgi enam, kõrguse kasvades muutub juhtivus ebahomogeenselt, kuna mõjutavad Maa magnetväli ja Päikesest lähtuvate footonite vood. See tähendab, et elektrosfääri juhtivus merepinnast kõrgemal kui 35 km on ebaühtlane, olenevalt kellaajast (fotonivoog) ja geograafilisest asukohast (Maa magnetväli).

Elektrilise rikke tekkimiseks kahe lameda paralleelse elektroodi vahel (vahemaa on 1 meeter), mis asuvad merepinnal, kuivas õhus on vaja väljatugevust 3000 kV / m. Kui need elektroodid tõstetakse merepinnast 10 km kõrgusele, on vaja ainult 3% sellest intensiivsusest, see tähendab, et piisab 90 kV / m. Kui elektroodid viia kokku nii, et nende vaheline kaugus on 1 mm, on purunemiseks vaja 1000 korda vähem pinget, see tähendab 3 kV (merepinnal) ja 9 V (10 km kõrgusel).

Maa elektrivälja tugevuse loomulik väärtus selle pinnal (merepinnal) on umbes 150 V / m, mis on palju väiksem väärtustest, mis on vajalikud elektroodide vaheliseks purunemiseks isegi 1 mm (3 kV) intervalliga. / m on nõutav).

Kust pärineb Maa elektrivälja potentsiaal?

Nagu eespool mainitud, on Maa kondensaator, mille üks plaat on Maa pind ja teine ​​superkondensaatori plaat on ionosfääri piirkond. Maa pinnal on laeng negatiivne ja ionosfääri taga positiivne. Nii nagu Maa pind, on ka ionosfäär juht ja nendevaheline atmosfäärikiht on ebahomogeenne gaasidielektrik. Ionosfääri positiivne laeng tekib kosmilise kiirguse toimel, aga mis laeb Maa pinda negatiivse laenguga?

Selguse huvides peate meeles pidama, kuidas tavalist elektrikondensaatorit laaditakse. See on kaasatud vooluallika elektriahelasse ja see on laetud plaatidel oleva maksimaalse pingeni. Sellise kondensaatoriga nagu Maa juhtub midagi sarnast. Samamoodi peab sisse lülituma teatud allikas, voolama vool ja plaatidele tekivad vastupidised laengud. Mõelge välgule, millega tavaliselt kaasnevad äikesetormid. Need välgud on just see elektriahel, mis laeb Maad.

Just Maa pinda tabav välk on allikas, mis laeb Maa pinda negatiivse laenguga. Välgu vool on umbes 1800 amprit ning äikesetormide ja välkude arv ööpäevas on üle 300. Äikesepilvel on polaarsus. Selle ülemine osa umbes 6-7 km kõrgusel õhutemperatuuril umbes -20 ° C on positiivselt laetud ja selle alumine osa 3-4 km kõrgusel õhutemperatuuril 0 ° kuni -10 ° C on negatiivselt laetud. Äikesepilve põhja laengust piisab, et tekitada Maa pinnaga 20-100 miljonivoldine potentsiaalide erinevus. Välklaeng on tavaliselt suurusjärgus 20-30 kuloni (C) elektrienergiat. Välk tabab heidet pilvede vahel ning pilvede ja Maa pinna vahel. Iga laadimine võtab aega umbes 5 sekundit, nii et selle järjekorra korral võib välgulööke tekkida, kuid see ei tähenda, et tühjenemine toimub tingimata 5 sekundiga.

Välk

Atmosfäärilahendus välgu kujul on üsna keerulise struktuuriga. Igal juhul on tegemist gaaside elektrivoolu nähtusega, mis tekib gaasi lagunemiseks vajalike tingimuste saavutamisel, see tähendab õhumolekulide ioniseerumisel. Kõige kummalisem on see, et Maa atmosfäär toimib nagu pidev dünamo, mis laeb Maa pinda negatiivselt. Iga välgulöök tabab seda tingimusel, et Maa pinnal puuduvad negatiivsed laengud, mis tagab tühjenemiseks (gaasiionisatsiooni) vajaliku potentsiaalide erinevuse.

Kohe, kui välk maapinda lööb, voolab negatiivne laeng maapinnale, kuid pärast seda äikesepilve alumine osa tühjendub ja selle potentsiaal muutub, muutub see positiivseks. Edasi toimub pöördvool ja Maa pinnale langenud liigne laeng liigub ülespoole, laadides taas äikesepilve. Pärast seda saab protsessi uuesti korrata, kuid madalamate elektripinge ja voolu väärtustega. See juhtub seni, kuni on olemas tingimused gaaside ioniseerimiseks, vajalik potentsiaalide erinevus ja negatiivne elektrilaeng.

Kokkuvõttes võib öelda, et välk lööb astmeliselt, luues seeläbi elektriahela, mille kaudu vool liigub gaasides, muutudes suunas. Iga välgu laadimine kestab umbes 5 sekundit ja lööb ainult siis, kui selleks on olemas vajalikud tingimused (läbilöögipinge ja gaaside ionisatsioon). Välgu alguse ja lõpu vaheline pinge võib olla umbes 100 miljonit volti ja keskmine vool on umbes 1800 amprit. Tippvool ulatub üle 10 000 amprini ja ülekantav laeng on 20-30 kuloni elektrit.