Растения под напряжением электрическое поле планеты. Как растения реагируют на электричество. Устройство для стимуляции роста растений

Электризация почвы и урожай

В целях повышения продуктивности сельскохозяйственных растений человечество с давних пор обращается к почве. То, что электричество может повысить плодородие верхнего пахотного слоя земли, то есть усилить его способность формировать большой урожай, опытами учёных и практиков уже доказано давно. Но как это сделать лучше, как увязать электризацию почвы с существующими технологиями её обработки? Вот те проблемы, которые не решены до конца и сейчас. При этом нельзя забывать, что почва - объект биологический. И при неумелом вмешательстве в этот сложившийся организм, особенно столь мощным средством, каким является электричество, можно нанести ему непоправимый ущерб.

При электризации почвы видят, прежде всего, способ влияния на корневую систему растений. К настоящему времени накоплено много данных, показывающих, что слабый электрический ток, пропущенный через почву, стимулирует в растениях ростовые процессы. Но результат ли это прямого действия электричества на корневую систему, и через неё и на все растение, или итог физико-химических изменений в почве? Определённый шаг к пониманию проблемы сделали в свое время ленинградские учёные.

Проведенные ими опыты были весьма изощрёнными, ведь предстояло выяснить глубоко спрятанную истину. Брали небольшие полиэтиленовые трубки-камеры с отверстиями, в которые высаживали проростки кукурузы. Трубки заполняли питательным раствором с полным набором необходимых проросткам химических элементов. И через него с помощью инертных в химическом отношении платиновых электродов пропускали постоянный электрический ток величиной 5-7 мкА/кв. см. Объём раствора в камерах поддерживали на одном уровне, добавляя дистиллированную воду. Воздух, а он крайне нужен корням, систематически подавали (в виде пузырьков) из специальной газокамеры. За составом питательного раствора непрерывно следили датчики того или иного элемента - ионоселективные электроды. И по зарегистрированным изменениям делали вывод, что и в каком количестве поглощено корнями. Все другие каналы утечки химических элементов были перекрыты. Параллельно работал контрольный вариант, в котором всё было абсолютно таким же, за исключением одного - через раствор электрический ток не пропускали. И что же?

Не прошло и 3 часов с начала эксперимента, а разница между контрольным и электрическим вариантами уже выявилась. В последнем элементы питания поглощались корнями активнее. Но, возможно, дело не в корнях, а в ионах, которые под действием внешнего тока стали быстрее передвигаться в растворе? Для ответа на этот вопрос в одном из опытов предусмотрели измерение биопотенциалов проростков и в определённое время включали в «работу» гормоны роста. Почему? Да потому, что они без всякой дополнительной электростимуляции изменяют активность поглощения корнями ионов и биоэлектрическую характеристику растений.

По окончанию эксперимента авторами были сделаны следующие выводы: «Пропускание слабого электрического тока через питательный раствор, в который погружена корневая система проростков кукурузы, оказывает стимулирующее действие на поглощение растениями ионов калия и нитратного азота из питательного раствора». Значит, всё-таки электричество стимулирует деятельность корневой системы? Но как, через какие механизмы? Для полной убедительности в корневом эффекте электричества поставили ещё один опыт, в котором также был питательный раствор, были корни, теперь уже огурцов, измеряли также биопотенциалы. И в этом эксперименте работа корневой системы при электростимуляции улучшалась. Однако до разгадки путей её действия ещё далеко, хотя уже познано, что электрический ток оказывает на растение как прямое, так и косвенное воздействие, степень влияния которых определяется целым рядом факторов.

Тем временем исследования эффективности электризации почвы расширялись и углублялись. Сегодня их, как правило, проводят в теплицах или в условиях вегетационных опытов. Это и понятно, поскольку только так можно уйти от ошибок, которые невольно допускаются тогда, когда эксперименты ставились в полевых условиях, в которых невозможно наладить контроль за каждым отдельным фактором.

Весьма обстоятельные опыты с электризацией почвы в своё время в Ленинграде провёл научный работник В. А. Шустов. В слабо подзолистую суглинистую почву он добавил 30% перегноя и 10% песка и через эту массу перпендикулярно корневой системе между двумя стальными или угольными электродами (лучше себя показали последние) пропускал ток промышленной частоты плотностью 0,5 мА/кв. см. Урожай редиса вырос на 40-50%. А вот постоянный ток такой же плотности снизил сбор этих корнеплодов по сравнению с контролем. И лишь понижение его плотности до 0,01-0,13 мА/кв. см вызвало повышение урожая до уровня, полученного при использовании переменного тока. В чём тут причина?

Используя меченый фосфор, установили, что переменный ток выше указанных параметров благотворно влияет на поглощение растениями этого важного электрического элемента. Проявилось также и положительное действие постоянного тока. При его плотности 0,01 мА/кв. см получен урожай примерно равный тому, что был получен при применении переменного тока плотностью 0,5 мА/ кв. см. Кстати, из четырех испытываемых частот переменного тока (25, 50, 100 и 200 Гц) лучшей оказалась частота в 50 Гц. Если же растения прикрывали заземлёнными экранирующими сетками, то урожай овощных культур значительно снижался.

В Армянской НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства применяли электричество для стимуляции растений табака. Изучали широкий спектр плотностей тока, пропускаемого в поперечном сечении корнеобитаемого слоя. У переменного тока он был 0,1; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2 и 4,0 а/кв. м, у постоянного - 0,005; 0,01; 0,03; 0,05; 0,075; 0,1; 0,125 и 0,15 а/кв. м. В качестве питательного субстрата использовали смесь, состоящую на 50% из чернозёма, на 25% из перегноя и на 25% из песка. Наиболее оптимальными оказались плотности тока 2,5 а/кв. м для переменного и 0,1 а/кв. м для постоянного при непрерывной подаче электричества в течение полутора месяцев. При этом выход сухой массы табака в первом случае превышал контроль на 20, а во втором - на 36%.

Или вот томаты. Экспериментаторы создавали в их корнеобитаемой зоне постоянное электрическое поле. Растения развивались намного быстрее контрольных, особенно в фазу бутонизации. У них была больше площадь листовой поверхности, повысилась активность фермента пероксидазы, усиливалось дыхание. В результате прибавка урожая составила 52%, и произошло это в основном за счёт увеличения размеров плодов и их количества на одном растении.

Постоянный ток, пропускаемый через почву, благотворно влияет и на плодовые деревья. Это подметил ещё И. В. Мичурин и успешно применял его ближайший помощник И. С. Горшков, который в своей книге «Статьи по плодоводству» (Москва, Изд. Сельск. литер., 1958 г.) посвятил данному вопросу целую главу. В указанном случае плодовые деревья быстрее проходят детский (учёные говорят «ювенильный») этап развития, повышается их холодостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным факторам среды, в итоге увеличивается урожайность. Чтобы не быть голословным, приведу конкретный пример. Когда через почву, на которой росли молодые хвойные и лиственные деревья, непрерывно в течение светлого периода суток пропускали постоянный ток, в их жизни происходил целый ряд примечательных явлений. В июне-июле опытные деревья отличались более интенсивным фотосинтезом, что явилось результатом стимулирования электричеством роста биологической активности почвы, повышения скорости движения почвенных ионов, лучшего поглощения их корневыми системами растений. Более того, ток, протекающий в почве, создавал большую разность потенциалов между растениями и атмосферой. А это, как уже говорилось, фактор сам по себе благоприятный для деревьев, особенно молодых. В следующем опыте, проведённом под плёночным укрытием, при непрерывном пропускании постоянного тока фитомасса однолетних сеянцев сосны и лиственницы увеличилась на 40-42%. Если бы такой темп прироста сохранить в течение нескольких лет, то нетрудно представить, какой огромной выгодой бы это обернулось.

Интересный опыт по влиянию электрического поля между растениями и атмосферой провели учёные Института физиологии растений АН СССР. Они установили, что фотосинтез идёт тем быстрее, чем больше разность потенциалов между растениями и атмосферой. Так, например, если около растения держать отрицательный электрод и постепенно увеличивать напряжение (500, 1000, 1500, 2500 В), то интенсивность фотосинтеза будет возрастать. Если же потенциалы растения и атмосферы близки, то растение перестает поглощать углекислый газ.

Нужно отметить, что опытов по электризации почвы проведено очень много, как у нас, так и за рубежом. Установлено, что это воздействие изменяет передвижение различных видов почвенной влаги, способствует размножению ряда трудноусвояемых для растений веществ, провоцирует самые разнообразные химические реакции, в свою очередь изменяющие реакцию почвенного раствора. При электровоздействии на почву слабыми токами в ней лучше развиваются микроорганизмы. Определены и параметры электрического тока, оптимальные для разнообразных почв: от 0,02 до 0,6 мА/кв. см для постоянного тока и от 0,25 до 0,5 мА/кв. см для переменного тока. Однако на практике ток указанных параметров даже на аналогичных почвах может и не дать прибавки урожая. Это объясняется тем многообразием факторов, которые возникают при взаимодействии электричества с почвой и возделываемыми на ней растениями. В почве, принадлежащей к одной и той же классификационной категории, в каждом конкретном случае могут быть совершенно различные концентрации водорода, кальция, калия, фосфора, других элементов, могут быть несхожие условия аэрации, а, следовательно, и прохождение собственных окислительно-восстановительных процессов и т.д. Наконец, не надо забывать о постоянно изменяющихся параметрах атмосферного электричества и земного магнетизма. Многое также зависит от применяемых электродов и способ электровоздействия (постоянное, кратковременное и т.д.). Короче говоря, надо в каждом конкретном случае пробовать и подбирать, пробовать и подбирать...

Вследствие этих и ряда других причин электризация почвы, хотя и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных растений, и нередко довольно значительному, но широкого практического применения пока ещё не приобрела. Понимая это, учёные ищут новые подходы к данной проблеме. Так, предложена обработка почвы электрическим разрядом для фиксации в ней азота - одного из главных «блюд» для растений. Для этого в почве и в атмосфере создают высоковольтный маломощный непрерывный дуговой разряд переменного тока. И там, где он «работает», часть атмосферного азота переходит в нитратные формы, усвояемые растениями. Однако происходит это, конечно, на небольшом участке поля и достаточно затратно.

Более эффективен другой способ увеличения количества усвояемых форм азота в почве. Он заключается в применение кистевого электрического разряда, создаваемого непосредственно в пахотном слое. Кистевой разряд - это одна из форм газового разряда, возникающая при атмосферном давлении на металлическом остриё, к которому подведён высокий потенциал. Величина потенциала зависит от положения другого электрода и от радиуса кривизны острия. Но в любом случае он должен измеряться десятком киловольт. Тогда на кончике острия возникает кистеобразный пучок перемежающихся и быстро смешивающихся электрических искр. Такой разряд вызывает образование в почве большого количества каналов, в которые проходит значительное количество энергии и, как показали лабораторные и полевые эксперименты, способствует увеличению в почве усвояемых растениями форм азота и, как следствие, повышению урожая.

Ещё более эффективно использование при обработке почвы электрогидравлического эффекта, заключающегося в создании электрического разряда (электрической молнии) в воде. Если поместить в сосуд с водой порцию почвы и произвести в этом сосуде электрический разряд, то произойдёт дробление частиц почвы с высвобождением большого количества необходимых для растений элементов и связывание атмосферного азота. Такое воздействие электричества на свойства почвы и на воду очень благотворно сказывается на росте растений и их урожайности. Учитывая большую перспективу этого способа электризации почвы, я попробую рассказать о нем более подробно в отдельной статье.

Весьма любопытен другой способ электризации почвы - без внешнего источника тока. Это направление развивает кировоградский исследователь И. П. Иванько. Он рассматривает почвенную влагу как своеобразный электролит, находящийся под воздействием электромагнитного поля Земли. На границе раздела металл-электролит, в данном случае металлопочвенный раствор, возникает гальвано-электрический эффект. В частности, при нахождении в почве стального провода на его поверхности в результате окислительно-восстановительных реакций образуются катодные и анодные зоны, происходит постепенное растворение металла. В итоге на межфазных границах возникает разность потенциалов, достигающая 40-50 мВ. Образуется она и между двумя проводами, уложенными в почве. Если провода находятся, например, на расстоянии 4 м, то разность потенциалов составляет 20-40 мВ, но сильно изменяется в зависимости от влажности и температуры почвы, её механического состава, количества удобрений и других факторов.

Электродвижущую силу между двумя проводами в почве автор назвал «агро-ЭДС», ему удалось не только её измерить, но и объяснить общие закономерности, по которым она образуется. Характерно, что в определённые периоды, как правило, при смене фаз Луны и изменении погоды, стрелка гальванометра, при помощи которого замеряют возникающий между проводами ток, резко меняет положение - сказывается сопровождающие подобные явления перемены в состоянии электромагнитного поля Земли, передающиеся почвенному «электролиту».

Исходя из этих представлений, автор предложил создавать электролизуемые агрономические поля. Для чего специальный тракторный агрегат щелевателем-проводоукладчиком распределяет сматываемый с барабана стальной провод диаметром 2,5 мм по дну щели на глубину 37 см. Пройдя гон, тракторист включает гидросистему на подъём, рабочий орган выглубляется из почвы, а провод обрубается на высоте 25 см от поверхности почвы. Через 12 м по ширине поля операция повторяется. Заметим, что размещенная таким образом проволока не мешает проведению обычных агротехнических работ. Ну, а если потребуется, то стальные проводки легко удалить из почвы при помощи узла размотки и намотки мерной проволоки.

Экспериментами установлено, что при таком способе на электродах наводится «агро-ЭДС» величиной 23-35 мВ. Поскольку электроды имеют разную полярность, между ними через влажную почву возникает замкнутая электрическая цепь, по которой течёт постоянный ток плотностью от 4 до 6 мкА/кв. см анода. Проходя через почвенный раствор как через электролит, этот ток поддерживает в плодородном слое процессы электрофореза и электролиза, благодаря чему необходимые растениям химические вещества почвы переходят из трудноусвояемых в легкоусвояемые формы. Кроме того, под воздействием электрического тока все растительные остатки, семена сорняков, отмершие животные организмы быстрее гумифицируются, что ведёт к росту плодородия почвы.

Как видно, в данном варианте электризация почвы возникает без искусственного источника энергии, лишь в результате действия электромагнитных сил нашей планеты.

Между тем за счёт этой «даровой» энергии в экспериментах получена весьма высокая прибавка урожая зерна - до 7 ц/га. Учитывая простоту, доступность и неплохую эффективность предложенной технологии электризации, садоводы-любители, заинтересовавшиеся этой технологией, могут прочесть о ней более подробно в статье И. П. Иванько «Использование энергии геомагнитных полей», опубликованной в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства» № 7 за 1985 г. При внедрении указанной технологии автор советует располагать проволоки в направлении с севера на юг, а возделываемые над ними сельскохозяйственные растения с запада на восток.

Данной статьей я попытался заинтересовать садоводов-любителей в применении в процессе возделывания различных растений помимо известных технологий ухода за почвой электротехнологии. Относительная простота большинства способов электризации почвы, доступная для лиц, получивших знания по физике даже в объёме программы средней школы, делает возможным их применение и проверку практически на каждом садовом участке при выращивании овощей, плодовых и ягодных, цветочно-декоративных, лекарственных и других растений. Я тоже экспериментировал с электризацией почвы постоянным током в 60-е годы прошлого века при выращивании сеянцев и саженцев плодовых и ягодных культур. В большинстве опытов наблюдалась стимуляция роста, причем, иногда очень значительная, особенно при выращивании сеянцев вишни и сливы. Так что, уважаемые садоводы-любители, попробуйте проверить какой-нибудь способ электризации почвы в предстоящем сезоне на какой-либо культуре. А вдруг у вас всё получится хорошо, и всё это может оказаться одной из золотых жил?

В. Н. Шаламов

Маркевич В.В.

В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических условий на растения.

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле окружает любое живое и еще точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. И клеточные потенциалы не так уж малы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

ФИЗИКА

БИОЛОГИЯ

Растения и их электрический потенциал.

Выполнил: Маркевич В.В.

ГБОУ ООШ № 740 г. Москва

9 класс

Руководитель: Козлова Виолетта Владимировна

учитель физики и математики

г. Москва 2013

1. Введение

1. Актуальность
2. Цели и задачи работы
3. Методы исследования
4. Значимость работы

1. Анализ изученной литературы по теме «Электричество в жизни

растений»

1. Ионизация воздуха в помещении

1. Методика и техника исследования

1. Исследование токов повреждения у различных растений

1. Эксперимент №1 (с лимонами)
2. Эксперимент №2 (с яблоком)
3. Эксперимент №3 (с листом растения)

1. Исследование влияния электрического поля на прорастание семян

1. Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян гороха
2. Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян бобов

1. Выводы

1. Заключение
2. Литература

1. Введение

«Как ни удивительны электрические явления,

присущие неорганической материи, они не идут

ни в какое сравнение с теми, которые связаны с

жизненными процессами».

Майкл Фарадей

В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических условий на растения.

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле окружает любое живое и еще точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. И клеточные потенциалы не так уж малы. Например, у некоторых водорослей они достигают 0,15 В.

«Если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то конечное электрическое напряжение составит 500 вольт… Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо, и к счастью для него, горошины не соединяются в упорядоченные серии». Это высказывание индийского исследователя Дж. Босса базируется на строгом научном эксперименте. Он соединял внутренние и внешние части горошины с гальванометром и нагревал до 60°С. Прибор при этом показывал разность потенциалов 0,5 В.

Каким образом это происходит? На каком принципе работают живые генераторы и батареи? Заместитель заведующего кафедрой живых систем Московского физико-технического института кандидат физико-математических наук Эдуард Трухан считает, что один из самых главных процессов, протекающих в клетке растения, - процесс усвоения солнечной энергии, процесс фотосинтеза.

Так что, если в тот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, мы получим в свое распоряжение замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород.

Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты ученым придется немало потрудиться: нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изготавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды. Оказывается, живая клетка, запасая электрическую энергию в природных конденсаторах – внутриклеточных мембранах особых клеточных образований, митохондрий, потом использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры… И это еще не все. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется, растет.

Актуальность

Уже сегодня можно утверждать: изучение электрической жизни растений несет пользу сельскому хозяйству. Еще И. В. Мичурин проводил опыты по влиянию электрического тока на прорастание гибридных сеянцев.

Предпосевная обработка семян – важнейший элемент агротехники, позволяющий повышать их всхожесть, а в конечном итоге – урожайность растений.А это особенно важно в условиях нашего не очень длинного и теплого лета.

1. Цели и задачи работы

Целью работы является исследование наличия биоэлектрических потенциалов у растений и исследование влияния электрического поля на прорастание семян.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи :

1. Изучение основных положений, касающихся учения о биоэлектрических потенциалах и влияния электрического поля на жизнедеятельность растений.
2. Проведение экспериментов по обнаружению и наблюдению токов повреждения у различных растений.
3. Проведение экспериментов по наблюдению влияния электрического поля на прорастание семян.

1. Методы исследования

Для выполнения задач исследования используется теоретический и практический методы. Теоретический метод: поиск, изучение и анализ научной и научно-популярной литературы по данному вопросу. Из практических методов исследования используется: наблюдение, измерение, проведение экспериментов.

1. Значимость работы

Материал данной работы может быть использован на уроках физики и биологии, так как в учебниках этот важный вопрос не освещается. А методика проведения экспериментов – как материал для практических занятий элективного курса.

1. Анализ изученной литературы

История исследования электрических свойств растений

Один из характерных признаков живых организмов – способность к раздражению.

Чарльз Дарвин придавал важное значение раздражимости растений. Он детально изучил биологические особенности насекомоядных представителей растительного мира, отличающихся высокой чувствительностью, и результаты исследований изложил в замечательной книге «О насекомоядных растениях», вышедшей в свет в 1875 году. Кроме того, внимание великого натуралиста привлекли различные движения растений. В совокупности все исследования наводили на мысль, что растительный организм удивительно схож с животным.

Широкое использование электрофизиологических методов позволило физиологам животных достичь значительного прогресса в этой области знаний. Было установлено, что в организмах животных постоянно возникают электрические токи (биотоки), распространение которых и приводит к двигательным реакциям. Ч. Дарвин предположил, что сходные электрические явления имеют место и в листьях насекомоядных растений, обладающих довольно сильно выраженной способностью к движению. Однако сам он не проверял эту гипотезу. По его просьбе эксперименты с растением Венерина мухоловка были проведены в 1874 году физиологом Оксфордского университета Бурданом Сандерсоном . Подсоединив лист этого растения к гальванометру, ученый отметил, что стрелка тотчас же отклонилась. Значит, в живом листе этого насекомоядного растения возникают электрические импульсы. Когда исследователь вызвал раздражение листьев, прикоснувшись к расположенным на их поверхности щетинкам, стрелка гальванометра отклонилась в противоположную сторону, как в опыте с мышцей животного.

Немецкий физиолог Герман Мунк , продолживший опыты, в 1876 году пришел к заключению, что листья венериной мухоловки в электромоторном отношении подобны нервам, мускулам и электрическим органам некоторых животных.

В России электрофизиологические методы были использованы Н. К. Леваковским для изучения явлений раздражимости у стыдливой мимозы. В 1867 году он опубликовал книгу под названием «О движении раздражимых органов растений». В экспериментах Н. К. Леваковского самые сильные электрические сигналы наблюдались в тех экземплярах мимозы , которые наиболее энергично отвечали на внешние раздражители. Если мимозу быстро убить нагреванием, то мертвые части растения не вырабатывают электрических сигналов. Возникновение электрических импульсов автор наблюдал также в тычинках бодяка и чертополоха, в черешках листьев росянки. Впоследствии было установлено, что

Биоэлектрические потенциалы в клетках растений

Жизнь растений связана с влагой. Поэтому электрические процессы в них наиболее полно проявляются при нормальном режиме увлажнения и затухают при увядании. Это связано с обменом зарядами между жидкостью и стенками капиллярных сосудов при протекании питательных растворов по капиллярам растений, а также с процессами обмена ионами между клетками и окружающей средой. Важнейшие для жизнедеятельности электрические поля возбуждаются в клетках.

Итак‚ нам известно‚ что…

1. Несомая ветром цветочная пыльца имеет отрицательный заряд ‚ приближающийся по величине к заряду пылинок при пылевых бурях. Вблизи теряющих пыльцу растений резко изменяется соотношение между положительными и отрицательными легкими ионами‚ что благоприятно сказывается на дальнейшем развитии растений.
2. В практике распыления ядохимикатов в сельском хозяйстве выяснено‚ что на свеклу и яблоню в большей мере осаждаются химикаты с положительным зарядом‚ на сирень - с отрицательным.
3. Одностороннее освещение листа возбуждает электрическую разность потенциалов между освещенными и неосвещенными его участками и черешком‚ стеблем и корнем. Эта разность потенциалов выражает реакцию растения на изменения в его организме‚ связанные с началом или прекращением процесса фотосинтеза.
4. Прорастание семян в сильном электрическом поле (например‚ вблизи коронирующего электрода) приводит к изменениям высоты и толщины стебля и густоты кроны развивающихся растений. происходит это в основном благодаря перераспределению в организме растения под влиянием внешнего электрического поля объемного заряда.
5. Поврежденное место в тканях растений всегда заряжается отрицательно относительно неповрежденных участков‚ а отмирающие участки растений приобретают отрицательный заряд по отношению к участкам‚ растущим в нормальных условиях.
6. Заряженные семена культурных растений имеют сравнительно высокую электропроводность и поэтому быстро теряют заряд. Семена сорняков ближе по своим свойствам к диэлектрикам и могут сохранять заряд длительное время. Это используется для отделения на конвейере семян культурных растений от сорняков.
7. Значительные разности потенциалов в организме растений возбуждаться не могут ‚ поскольку растения не имеют специализированного электрического органа. Поэтому среди растений не существует «древа смерти»‚ которое могло бы убивать живые существа своей электрической мощностью.

Влияние атмосферного электричества на растения

Одна из характерных особенностей нашей планеты – наличие постоянного электрического поля в атмосфере. Человек не замечает его. Но электрическое состояние атмосферы не безразлично для него и других живых существ, населяющих нашу планету, включая растения. Над Землей на высоте 100-200 км, существует прослойка из положительно заряженных частиц – ионосфера.
Значит, когда идешь по полю, улице, скверу, то движешься в электрическом поле, вдыхаешь электрические заряды .

Влияние атмосферного электричества на растения исследовалось с 1748 года многими авторами. В этом году аббат Нолет сообщал об экспериментах, в которых он электризовал растения, поместив их под заряженные электроды. Он наблюдал ускорение прорастания и роста. Грандиеу (1879) наблюдал, что растения, которые не подвергались влиянию атмосферного электричества, так как были помещены в проволочный сеточный заземленный ящик, показали уменьшение веса на 30 – 50% по сравнению с контрольными растениями.

Лемстрем (1902) подвергал растения действию ионов воздуха, располагая их под проволокой, снабженной остриями и подключенной к источнику высокого напряжения (1 м над уровнем земли, ток ионов 10 -11 – 10 -12 А/см 2 ), и он нашел увеличение в весе и длине больше, чем на 45% (например, морковь, горох, капуста).

Тот факт, что рост растений ускорялся в атмосфере с искусственно увеличенной концентрацией положительных и отрицательных малых ионов недавно подтвердился Круегером и его сотрудниками. Они нашли, что семена овса реагировали на положительные, а также отрицательные ионы (концентрация около 10 4 ионов/см 3 ) увеличением на 60% общей длины и увеличением свежего и сухого веса на 25-73%. Химический анализ надземных частей растений обнаружил увеличение содержание протеина, азота и сахара. В случае ячменя имело еще большее увеличение (приблизительно на 100%) в общем удлинении; увеличение в свежем весе не было большим, но существовало заметное увеличение в сухом весе, которое сопровождалось соответствующим увеличением содержания протеина, азота и сахара.

Эксперименты с семенами растений также проводил Ворден. Он нашел, что прорастание зеленых бобов и зеленого горошка становилось более ранним при увеличении уровня ионов любой полярности. Конечное процентное отношение проросших семян было более низким при отрицательной ионизации по сравнению с контрольной группой; прорастание в положительно ионизированной группе и контрольной было одинаковым. По мере роста сеянцев контрольные и положительно ионизированные растения продолжали свой рост, в то время как растения, подвергавшиеся отрицательной ионизации, в большинстве чахли и погибали.

Влияние в последние годы произошло сильное изменение электрического состояния атмосферы; различные районы Земли стали отличаться друг от друга по ионизированному состоянию воздуха, которое обусловлено его запыленностью, загазованностью и т.д. Электрическая проводимость воздуха – чуткий индикатор его чистоты: чем больше в воздухе посторонних частиц, тем больше число ионов оседает на них и, следовательно, меньше становится электропроводимость воздуха.
Так, в Москве в 1 см 3 воздуха содержится 4 отрицательных заряда, в Санкт-Петербурге – 9 таких зарядов, в Кисловодске, где эталон чистоты воздуха – 1,5 тыс. частиц, а на юге Кузбасса в смешанных лесах предгорья количество этих частиц доходит до 6 тысяч. Значит, где больше отрицательных частиц, там легче дышится, а где пыль – человеку достается их меньше, так как пылинки оседают на них.
Хорошо известно, что возле быстро текущей воды воздух освежает и бодрит. В нем много отрицательных ионов. Еще в XIX веке было определено, что более крупные капли в брызгах воды заряжены положительно, а капли поменьше – отрицательно. Поскольку большие капли оседают быстрее, в воздухе остаются отрицательно заряженные маленькие капельки.
Наоборот, воздух в тесных помещениях с обилием разного рода электромагнитных приборов насыщен положительными ионами. Даже сравнительно непродолжительное нахождение в таком помещении приводит к заторможенности, сонливости, головокружениям и головным болям.

1. Методика проведения исследования

Исследование токов повреждения у различных растений.

1. ЛИТЕРАТУРА

1. Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: Наука, 1986. 144 с.
2. Воротников А.А. Физика – юным. – М: Харвест, 1995-121с.
3. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М: Просвещение, 1971-158с.
4. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М: Наука, 1976-432с.
5. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991.
6. Арабаджи В. И. Загадки простой воды.- М.: «Знание», 1973.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных достаточно много исследова­лось. Наблюдаемые при этом эффекты, если они и возника­ют, до сих пор не ясны и трудно поддаются определению, поэтому эта тема остается по-прежнему актуальной.

Магнитные поля на нашей планете имеют двоякое проис­хождение- естественное и антропогенное. Естественные маг­нитные поля, так называемые магнитные бури, зарождаются в магнитосфере Земли. Антропогенные магнитные возмуще­ния охватывают меньшую территорию, чем природные, зато их проявление значительно интенсивнее, а следовательно, приносит и более ощутимый ущерб. В результате технической деятельности человек создает искусственные электромагнит­ные поля, которые в сотни раз сильнее естественного магнит­ного поля Земли. Источниками антропогенных излучений являются: мощные радиопередающие устройства, электрифици­рованные транспортные средства, линии электропередачи (рис. 2.1).

Один из наиболее сильных возбудителей электромагнит­ных волн-токи промышленной частоты (50 Гц). Так, на­пряженность электрического поля непосредственно под лини­ей электропередачи может достигать нескольких тысяч вольт на метр почвы, хотя из-за свойства снижения напряженности почвой уже при удалении от линии на 100 м напряженность резко падает до нескольких десятков вольт на метр.

Исследования биологического воздействия электрического поля обнаружили, что уже при напряженности 1 кВ/м оно оказывает неблагоприятное влияние на нервную систему чело­века, что в свою очередь ведет к нарушениям эндокринного аппарата и обмена веществ в организме (меди, цинка, желе­за и кобальта), нарушает физиологические функции: ритм сердечных сокращений, уровень кровяного давления, актив­ность мозга, ход обменных процессов и иммунную актив­ность.

Начиная с 1972 г. появились публикации, в которых рас­сматривалось влияние на людей и животных электрических полей с величинами напряженности более 10 кВ/м.

Напряженность магнитного поля пропорциональна току и обратно пропорциональна расстоянию; напряженность электрического поля пропорциональна напряжению (заряду) и обратно пропорциональна расстоянию. Парамегры этих по­лей зависят от класса напряжения, конструктивных особен­ностей и геометрических размеров высоковольтной ЛЭП. По­явление мощного и протяженного источника электромагнит­ного поля приводит к изменению тех естественных факторов, при которых сформировалась экосистема. Электрические и магнитные поля могут индуцировать поверхностные заряды и токи в теле человека (рис. 2.2). Исследования показали,

что максимальный ток в теле человека, индуцированный этектрическим полем, намного выше, чем ток, вызванный магнитным полем. Так, вредное воздействие магнитного поля проявляется лишь при его напряженности около 200 А/м.чго бывает на расстоянии 1-1,5 м от проводов фазы линии и опасно только для обслуживающего персонала при работах под напряжением. Это обстоятельство позволило сделать вы^-вод об отсутствии биологического влияния магнитных полей промышленной частоты на людей и животных, находящихся под ЛЭП Таким образом, электрическое поле ЛЭП является главным биологически действенным фактором протяженной электропередачи, который может оказаться барьером на пу­ти миграции движения разных видов водной и сухопутной фауны.

Исходя из конструктивных особенностей электропередачи (провисания провода) наибольшее влияние поля проявляет­ся в середине пролета, где напряженность для линий сверх- и ультравысокого напряжения на уровне роста человека со­ставляет 5-20 кВ/м и выше в зависимости от класса напря­жения и конструкции линии (рис. 1.2). У опор, где высота подвеса проводов наибольшая и сказывается экранирующее влияние опор, напряженность поля наименьшая. Так как под проводами ЛЭП могут находиться люди, животные, тран­спорт, то возникает необходимость оценки возможных пос­ледствий длительного и кратковременного пребывания живых существ в электрическом поле различной напряженности. Наиболее чувствительны к электрическим полям копытные животные и человек в обуви, изолирующей его от земли. Копыто животных также является хорошим изолятором. На­веденный потенциал в этом случае может достигать 10 кВ, а импульс тока через организм при касании к заземленно­му предмету (ветке куста, травинке) 100-200 мкА. Такие импульсы тока безопасны для организма, но неприятные ощущения заставляют копытных животных избегать трассы высоковольтных ЛЭП в летнее время .

В действии электрического поля на человека доминирую­щую роль играют протекающие через его тело токи. Это оп­ределяется высокой проводимостью тела человека, где преоб­ладают органы с циркулирующей в них кровью и лимфой. В настоящее время экспериментами на животных и людях-добровольцах установлено, что плотность тока проводимо­стью 0,1 мкА/см 2 и ниже не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, обычно протекающие в мозгу, сущест­венно превышают плотность такого тока проводимости. При />1 мкА/см 2 в глазах человека наблюдается мелькание све­товых кругов, более высокие плотности токов уже захватыва­ют пороговые значения стимуляции сенсорных рецепторов, а также нервных и мышечных клеток, что ведет к появлению испуга, непроизвольным двигательным реакциям. В случае касания человека к изолированным от земли объектам в зо­не электрического поля значительной интенсивности, плот­ность тока в зоне сердца сильно зависит от состояния «под­стилающих» условий (вида обуви, состояния почвы и т. д.), но уже может достигать этих величин. При максимальном токе, соответствующемЕтах ==l5 кВ/м (6,225 мА); известной доле этого тока, втекающе­го через область головы (около 1/3), и площади головы (около 100 см 2) плотность токаj <0,1 мкА/см 2 , что и под­тверждает допустимость принятой в СССР напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Для здоровья человека проблема состоит в определении связи между плотностью тока, наведенного в тканях, и маг­нитной индукцией внешнего поля, В. Вычисление плотности тока

осложняется тем, что его точный путь зависит от распределе­ния проводимости у в тканях тела.

Так, удельную проводимость мозга определяют =0,2 см/м, а сердечной мышцы==0,25 см/м. Если принять радиус головы 7,5 см, а сердца 6 см, то произведение R по­лучается одинаковым в обоих случаях. Поэтому можно да­вать одно представление для плотности тока на периферии сердца и мозга.

Определено, что безопасная для здоровья магнитная ин­дукция составляет около 0,4 мТл при частоте 50 или 60 Гц. В магнитных полях (от 3 до 10 мТл; f =10-60 Гц) наблю­далось возникновение световых мерцаний, аналогичных тем, которые возникают при надавливании на глазное яблоко.

Плотность тока, индуцированного в теле человека элект­рическим полем с величиной напряженности Е, вычисляется таким образом:

с различными коэффициентами k для области мозга и серд­ца. Значениеk =3  10 -3 см/Гцм. По данным ученых ФРГ напряженость поля, при которой вибрацию волос ощущают 5% испытуемых мужчин, составляет 3 кВ/м и для 50% муж­чин, подвергшихся испытаниям, она равна 20 кВ/м. В насто­ящее время отсутствуют данные о том, что ощущения, выз­ванные действием поля, создают какое-либо неблагоприятное влияние. Что касается связи плотности тока с биологическим влиянием, то можно выделить четыре области, представлен­ные в табл. 2.1

Последняя область значения плотности тока относится к временам воздействия порядка одного сердечного цикла, т. е. приблизительно 1 с для человека Для более коротких экс­позиций пороговые значения выше. Для определения порогового значения напряженности по­ля были выполнены физиологические исследования на людях в лабораторных условиях при напряженности от 10 до 32 кВ/м. Установлено, что при напряженности 5 кВ/м 80%

Таблица 2.1

людей не испытывают болевых ощущений при разрядах в случае касания заземленных предметов. Именно эта величи­на была принята в качестве нормативной при работах в электроустановках без применения средств защиты. Зависи­мость допустимого времени пребывания человека в электри­ческом поле с напряженностью Е более порогового аппрокси­мируется уравнением

Выполнение этого условия обеспечивает самовосстановле­ние физиологического состояния организма в течение суток без остаточных реакций и функциональных или патологичес­ких изменений.

Ознакомимся с основными результатами исследований биологических влияний электрических и магнитных полей, проведенных советскими и зарубежными учеными .

Небесное тело, именуемое планета Земля, имеет электрический заряд, который создает естественное электрическое поле Земли. Одна из характеристик электрического поля - это потенциал, и электрическое поле Земли также характеризуется потенциалом. Также можно сказать, что кроме естественного электрического поля имеется и естественный постоянный электрический ток (DC) планеты Земля. Градиент потенциала Земли распределяется от ее поверхности до ионосферы. В хорошую для статического электричества погоду электрическое поле атмосферы составляет приблизительно 150 вольт на метр (В/м) вблизи поверхности Земли, но эта величина падает экспоненциально с увеличением высоты до 1 В/м и меньше (на высоте 30 км). Причиной снижения градиента является в том числе и рост проводимости атмосферы.

Если надеть одежду из хорошего изолятора, являющегося отличным диэлектриком, например одежда из нейлона, а обувь использовать исключительно резиновую, при этом не иметь на поверхности одежды никаких металлических предметов, тогда между поверхностью земли и макушкой головы можно померить разность потенциалов. Так как каждый метр составляет 150 Вольт, то при росте 170 см, на макушке будет относительно поверхности разность потенциалов в 1,7x150=255 Вольт. Если на голову надеть металлическую кастрюлю, то на ней соберется поверхностный заряд. Причина такого собирания заряда в том, что одежда из нейлона является хорошим изолятором, а обувь резиновая. Заземление, то есть проводящий контакт с поверхностью земли отсутствует. Для того, чтобы не накапливать на себе электрические заряды, необходимо «заземляться». Точно также предметы, вещи, здания и сооружения, особенно высотные, способны накапливать атмосферное электричество. Это может привести к неприятным последствиям, так как любой накопленный заряд может стать причиной электрического тока и искрового пробоя в газах. Такие электростатические разряды могут вывести из строя электронику и быть причиной пожаров, особенно для легковоспламеняющихся веществ.

Чтобы не копить заряды атмосферного электричества достаточно соединить верхнюю точку с нижней (земля) электрическим проводником, а если площадь является большой, то заземление выполняют в виде клетки, контура, но, по сути, используют то, что именуется «клетка Фарадея».

Характеристики атмосферного электричества

Земля заряжена отрицательно, и имеет заряд равный 500000 Кулонам (Кл) электрического заряда. Разность потенциалов составляет величину от 300000 Вольт (300 кВ), если рассматривать напряжение между положительно заряженной ионосферой и поверхностью Земли. Также существует постоянный ток электричества, величиной порядка 1350 Ампер (А), и сопротивление атмосферы Земли составляет около 220 Ом. Это дает выходную мощность приблизительно 400 мегаватт (МВт), которая регенерируется деятельностью Солнца. Эта мощность влияет на ионосферу Земли, а также на более низкие слои, что вызывает грозы. Электрическая энергия, которая хранится и запасается в земной атмосфере составляет около 150 гигаджоулей (ГДж).

Система «Земля-Ионосфера» действует как гигантский конденсатор, емкость которого составляет 1,8 Фарад. Учитывая громадный размер площади поверхности Земли, на 1 квадратный метр поверхности приходится всего лишь 1 нКл электрического заряда.

Электросфера Земли простирается от уровня моря на высоту около 60 км. В верхних слоях, там где много свободных ионов и эта часть сферы называется ионосферой, проводимость максимальная, так как есть свободные носители зарядов. Потенциал в ионосфере можно сказать выровнен, так как эта сфера по сути считается проводником электрического тока, в ней существуют токи в газах и ток переноса. Источником свободных ионов является радиоактивность Солнца. Поток заряженных частиц, идущих от Солнца и из космоса «выбивает» электроны из молекул газа, что приводит к ионизации. Чем выше от поверхности моря, тем меньше проводимость атмосферы. У поверхности моря электропроводность воздуха составляет порядка 10 -14 Сименс/м (См/м), но она быстро растет по мере увеличения высоты, и на высоте 35 км составляет уже 10 -11 См/м. На такой высоте плотность воздуха составляет всего 1% от той, что у поверхности моря. Дальше, с ростом высоты проводимость меняется неоднородно, потому как оказывает влияние магнитное поле Земли и потоки фотонов от Солнца. Это значит, что проводимость электросферы выше 35 км от уровня моря неоднородна, зависит от времени суток (поток фотонов) и от географического места (магнитное поле Земли).

Для того, чтобы произошел электрический пробой между двумя плоскими параллельными электродами (расстояние между которыми 1 метр), которые находятся на уровне поверхности моря, при сухом воздухе, необходима напряженность поля в размере 3000 кВ/м. Если же эти электроды поднять на высоту 10 км от уровня моря, то потребуется всего лишь 3% от такой напряженности, то есть достаточно 90 кВ/м. Если же электроды сблизить так, что расстояние между ними будет 1 мм, тогда потребуется в 1000 раз меньшее напряжение для пробоя, то есть 3 кВ (уровень моря) и 9 В (на высоте 10 км).

Естественная величина напряженности электрического поля Земли у ее поверхности (уровень моря) составляет порядка 150 В/м, что гораздо меньше значений необходимых для пробоя между электродами даже в промежутке 1 мм (требуется 3 кВ/м).

Откуда берется потенциал электрического поля Земли?

Как было уже выше сказано, Земля представляет собой конденсатор, одна обкладка которого поверхность Земли, а другая обкладка суперконденсатора - это область ионосферы. На поверхности Земли заряд отрицательный, а за ионосферой - положительный. Также как и поверхность Земли, ионосфера также является проводником, а слой атмосферы между ними представляет собой неоднородный газовый диэлектрик. Положительный заряд ионосферы образуется за счет космического излучения, но что же заряжает поверхность Земли отрицательным зарядом?

Для наглядности необходимо вспомнить, как заряжается обычный электротехнический конденсатор. Его включают в электрическую цепь к источнику тока, и он заряжается до максимального значения напряжения на обкладках. Для такого конденсатора как Земля, происходит нечто подобное. Точно также должен включатся некий источник, протекать ток, и на обкладках образуются разноименные заряды. Вспомните про молнии, которые обычно сопровождаются грозами. Эти молнии и есть та самая электрическая цепь, которая заряжает Землю.

Именно молнии, бьющие на поверхность, Земли являются тем источником, которые заряжают поверхность Земли отрицательным зарядом. Молния имеет ток порядка 1800 Ампер, а количество гроз и молний за сутки более 300. Грозовое облако имеет полярность. Верхняя ее часть на высоте примерно 6-7 км при температуре воздуха около -20°С заряжена положительно, а нижняя часть на высоте 3-4 км при температуре воздуха от 0° до -10°С отрицательно. Заряда нижней части грозового облака хватает, чтобы создать разность потенциалов с поверхностью Земли в 20-100 миллионов вольт. Заряд молнии обычно составляет порядка 20-30 Кулон (Кл) электричества. Молнии бьют разрядами между тучами и между тучами и поверхностью Земли. Для каждой перезарядки требуется около 5 секунд, поэтому с такой очередностью могут идти разряды молний, но это еще не значит, что через 5 секунд обязательно произойдет разряд.

Молнии

Атмосферный разряд в виде молнии имеет довольно сложную структуру. Во всяком случае - это явление электрического тока в газах , которое происходит при достижении необходимых условий для газового пробоя, то есть ионизации молекул воздуха. Самое любопытное, что атмосфера Земли действует как непрерывная динамомашина, которая заряжает поверхность Земли отрицательно. Каждый разряд молнии бьет при условии, что поверхность Земли лишена отрицательных зарядов, что обеспечивает необходимую разность потенциала для разряда (газовой ионизации).

Как только молния ударяет в землю, отрицательный заряд перетекает на поверхность, но после этого нижняя часть грозового облака оказывается разряженной и ее потенциал меняется, он становится положительным. Далее происходит обратный ток и избыток заряда, попавший на поверхность Земли, движется вверх, заряжая грозовую тучу вновь. После этого процесс может повториться снова, но с меньшими значениями электрического напряжения и тока. Так происходит до тех пор, пока существуют условия для ионизации газов, необходимая разность потенциалов и избыток отрицательного электрического заряда.

Подытожив можно сказать, что молния бьет ступенчато, тем самым создавая электрическую цепь по которой течет ток в газах, чередуясь по направлению. Каждая перезарядка молнии длится около 5 секунд и бьет, только когда для этого существуют необходимые условия (пробойное напряжение и ионизация газов). Напряжение между началом и концом молнии может составлять порядка 100 млн. Вольт, а средняя величина тока около 1800 Ампер. Величина тока в пике достигает более 10000 Ампер, а переносимый заряд равен 20-30 Кулонам электричества.