Augalai, maitinami planetos elektrinio lauko. Kaip augalai reaguoja į elektros energiją? Augalų augimo stimuliavimo prietaisas

Dirvožemio elektrifikavimas ir derliaus nuėmimas

Siekdama padidinti žemės ūkio augalų produktyvumą, žmonija jau seniai atsigręžė į dirvą. Ta elektra gali padidinti viršutinio ariamo žemės sluoksnio derlingumą, ty pagerinti jo gebėjimą formuotis didelis derlius, mokslininkų ir praktikų eksperimentai jau seniai pasitvirtino. Tačiau kaip tai padaryti geriau, kaip susieti dirvožemio elektrifikavimą su esamomis jo įdirbimo technologijomis? Tai problemos, kurios iki šiol nėra iki galo išspręstos. Kartu reikia nepamiršti, kad dirvožemis yra biologinis objektas. Ir netinkamai įsikišus į šį nusistovėjusį organizmą, ypač naudojant tokį galingą įrankį kaip elektra, galima jam padaryti nepataisomą žalą.

Elektrifikuodami dirvožemį, jie pirmiausia mato būdą, kaip paveikti augalų šaknų sistemą. Iki šiol sukaupta daug duomenų, rodančių, kad per dirvą praleidžiama silpna elektros srovė skatina augalų augimo procesus. Bet ar tai yra tiesioginio elektros poveikio šaknų sistemai ir per ją visam augalui rezultatas, ar tai yra fizinių ir cheminių dirvos pokyčių rezultatas? Tam tikrą žingsnį problemos supratimo link laiku žengė Leningrado mokslininkai.

Jų atlikti eksperimentai buvo labai sudėtingi, nes jie turėjo išsiaiškinti giliai paslėptą tiesą. Jie paėmė mažus polietileninius vamzdelius su skylutėmis, į kuriuos buvo pasodinti kukurūzų daigai. Vamzdeliai buvo užpildyti maistiniu tirpalu su visu sodinukams reikalingų maistinių medžiagų rinkiniu. cheminiai elementai. O per jį chemiškai inertiškų platinos elektrodų pagalba buvo praleidžiama pastovi 5-7 μA / kv. žr. Tirpalo tūris kamerose buvo palaikomas tokio paties lygio, pridedant distiliuoto vandens. Oras, kurio labai reikia šaknims, buvo sistemingai tiekiamas (burbuliukų pavidalu) iš specialios dujų kameros. Maistinės medžiagos tirpalo sudėtis buvo nuolat stebima vieno ar kito elemento jutikliais - jonų selektyviais elektrodais. Ir pagal registruotus pakitimus padarė išvadą, ką ir kokiu kiekiu įsisavino šaknys. Visi kiti cheminių elementų nutekėjimo kanalai buvo užblokuoti. Lygiagrečiai veikė valdymo variantas, kuriame viskas buvo absoliučiai vienodai, išskyrus vieną dalyką - per tirpalą nebuvo praleista elektros srovė. Ir ką?

Nuo eksperimento pradžios nepraėjo nei 3 valandos, o skirtumas tarp valdymo ir elektrinio variantų jau išaiškėjo. Pastarosiose maisto medžiagas aktyviau pasisavino šaknys. Bet, ko gero, tai ne šaknys, o jonai, kurie, veikiami išorinės srovės, tirpale pradėjo judėti greičiau? Norint atsakyti į šį klausimą, viename iš eksperimentų buvo išmatuoti sodinukų biopotencialai ir į „darbą“ tam tikru metu įtraukti augimo hormonai. Kodėl? Taip, nes be jokios papildomos elektrinės stimuliacijos jie keičia jonų įsisavinimo iš šaknų aktyvumą ir augalų bioelektrines charakteristikas.

Eksperimento pabaigoje autoriai padarė tokias išvadas: „Silpnos elektros srovės pratekėjimas per maistinį tirpalą, į kurį panardinama kukurūzų daigų šaknų sistema, skatina kalio jonų ir nitratų įsisavinimą. augalų azoto iš maistinių medžiagų tirpalo. Vadinasi, elektra juk skatina šaknų sistemos veiklą? Bet kaip, per kokius mechanizmus? Kad būtų visiškai įtikinamas elektros šaknies poveikis, buvo atliktas dar vienas eksperimentas, kuriame taip pat buvo maistinių medžiagų tirpalas, buvo šaknys, dabar agurkų, taip pat buvo išmatuoti biopotencialai. Ir šiame eksperimente šaknų sistemos darbas pagerėjo elektriniu stimuliavimu. Tačiau dar toli gražu neatskleidžiami jo veikimo būdai, nors jau žinoma, kad elektros srovė turi tiek tiesioginį, tiek netiesioginį poveikį augalui, kurio įtakos laipsnį lemia daugybė veiksnių.

Tuo tarpu dirvožemio elektrifikavimo efektyvumo tyrimai plėtėsi ir gilėjo. Šiandien jie dažniausiai atliekami šiltnamiuose arba augmenijos eksperimentų sąlygomis. Tai suprantama, nes tai yra vienintelis būdas išvengti klaidų, kurios netyčia daromos atliekant eksperimentus lauko sąlygomis kurioje neįmanoma nustatyti kiekvieno atskiro veiksnio kontrolės.

Labai išsamius dirvožemio elektrifikavimo eksperimentus Leningrade atliko mokslininkas V. A. Šustovas. Į šiek tiek podzolinį priemolio dirvožemį jis pridėjo 30% humuso ir 10% smėlio, o per šią masę statmenai šaknų sistemai tarp dviejų plieninių arba anglies elektrodų (pastarieji pasirodė geriau) praėjo pramoninio dažnio srovė, kurios tankis 0,5 mA / kv. žr. Ridikėlių derlius padidėjo 40-50%. Tačiau tokio paties tankio nuolatinė srovė sumažino šių šakniavaisių surinkimą, palyginti su kontrole. Ir tik jo tankio sumažėjimas iki 0,01–0,13 mA / kv. cm lėmė derlingumo padidėjimą iki lygio, gauto naudojant kintamąją srovę. Kokia priežastis?

Naudojant paženklintą fosforą, buvo nustatyta, kad kintamoji srovė, viršijanti nurodytus parametrus, turi teigiamą poveikį šio svarbaus augalo įsisavinimui augalams. elektrinis elementas. Taip pat buvo teigiamas nuolatinės srovės poveikis. Jo tankis 0,01 mA / kv. cm, buvo gautas derlius, maždaug lygus tam, kuris gaunamas naudojant kintamąją srovę, kurios tankis 0,5 mA / kv. žr. Beje, iš keturių išbandytų kintamosios srovės dažnių (25, 50, 100 ir 200 Hz) 50 Hz dažnis pasirodė geriausias. Jei augalai buvo padengti įžemintais tinkleliais, tada derlius daržovių pasėliaižymiai sumažėjo.

Armėnijos žemės ūkio mechanizavimo ir elektrifikavimo tyrimų institutas naudojo elektrą tabako augalų stimuliavimui. Ištyrėme platų praeinančių srovės tankių spektrą skerspjūvisšaknų sluoksnis. Kintamajai srovei jis buvo 0,1; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2 ir 4,0 a / kv. m, nuolatiniam - 0,005; 0,01; 0,03; 0,05; 0,075; 0,1; 0,125 ir 0,15 a/kv. m. Kaip maistinis substratas buvo naudojamas mišinys, sudarytas iš 50 % juodžemio, 25 % humuso ir 25 % smėlio. Srovės tankis 2,5 a/kv.m pasirodė optimaliausias. m kintamiems ir 0,1 a / kv. m pastoviai su nepertraukiamu elektros tiekimu pusantro mėnesio. Tuo pačiu metu tabako sausos masės išeiga pirmuoju atveju viršijo kontrolę 20%, o antruoju - 36%.

Arba pomidorai. Eksperimentuotojai savo šaknų zonoje sukūrė nuolatinį elektrinį lauką. Augalai vystėsi daug greičiau nei kontroliniai augalai, ypač pumpuravimo fazėje. Jie turėjo daugiau ploto lapų paviršius, padidėjęs fermento peroksidazės aktyvumas, padažnėjęs kvėpavimas. Dėl to derlius padidėjo 52 proc., o tai atsitiko daugiausia dėl padidėjusio vaisių dydžio ir jų skaičiaus viename augale.

Per dirvožemį praeina nuolatinė srovė taip pat turi teigiamą poveikį vaisių medžiai. Tai pastebėjo I. V. Mičurinas ir sėkmingai pritaikė jo artimiausias padėjėjas I. S. Gorškovas, savo knygoje „Straipsniai apie vaisininkystę“ (Maskva, red. Sel'sk. lit., 1958) skyręs šiam klausimui visą skyrių. Tokiu atveju vaismedžiai greičiau išgyvena vaikišką (mokslininkai sako „jaunatvinį“) vystymosi tarpsnį, didėja jų atsparumas šalčiui ir atsparumas kitiems nepalankiems aplinkos veiksniams, dėl to didėja produktyvumas. Kad nebūtų be pagrindo, duosiu konkretus pavyzdys. Per dirvožemį, kuriame šviesiuoju paros laikotarpiu nuolat augo jauni spygliuočiai ir lapuočių medžiai, tekėjo nuolatinė srovė, jų gyvenime įvyko daugybė nuostabių reiškinių. Birželis Liepa patyrę medžiai skyrėsi intensyvesne fotosinteze, kurią lėmė elektra stimuliuojant dirvožemio biologinio aktyvumo augimą, padidinus dirvožemio jonų judėjimo greitį ir geriau pasisavinus augalų šaknų sistemas. Be to, dirvožemyje tekanti srovė sukūrė didelį potencialų skirtumą tarp augalų ir atmosferos. Ir tai, kaip jau minėta, savaime yra palankus medžiams, ypač jauniems, veiksnys. Kitame eksperimente, atliktame po plėvele, nuolat perduodant nuolatinę srovę, vienmečių pušies ir maumedžio sodinukų fitomasė padidėjo 40-42%. Jei tokį augimo tempą pavyktų išlaikyti keletą metų, tuomet nesunku įsivaizduoti, kokia didžiulė nauda iš to būtų.

Įdomų eksperimentą apie elektrinio lauko tarp augalų ir atmosferos įtaką atliko SSRS mokslų akademijos Augalų fiziologijos instituto mokslininkai. Jie nustatė, kad fotosintezė vyksta greičiau, tuo didesnis potencialus skirtumas tarp augalų ir atmosferos. Taigi, pavyzdžiui, jei laikysite neigiamą elektrodą šalia augalo ir palaipsniui didinsite įtampą (500, 1000, 1500, 2500 V), tada fotosintezės intensyvumas padidės. Jei augalo ir atmosferos potencialas yra artimas, augalas nustoja absorbuoti anglies dioksidą.

Pažymėtina, kad buvo atlikta daug dirvožemio elektrifikavimo eksperimentų tiek mūsų šalyje, tiek užsienyje. Nustatyta, kad šis poveikis keičia judėjimą Įvairios rūšys dirvos drėgmę, skatina daugelio augalams sunkiai virškinamų medžiagų dauginimąsi, provokuoja įvairiausias cheminės reakcijos o tai savo ruožtu keičia dirvožemio tirpalo reakciją. Kai elektra veikia žemę silpnomis srovėmis, joje geriau vystosi mikroorganizmai. Taip pat nustatyti įvairiems gruntams optimalūs elektros srovės parametrai: nuo 0,02 iki 0,6 mA/kv. cm nuolatinei srovei ir nuo 0,25 iki 0,5 mA / kv. žr. kintamąją srovę. Tačiau praktikoje šių parametrų srovė, net ir panašiose dirvose, gali nepadidinti derliaus. Taip yra dėl įvairių veiksnių, atsirandančių, kai elektra sąveikauja su dirvožemiu ir joje auginamais augalais. Tai pačiai klasifikacinei kategorijai priklausančiame dirvožemyje kiekvienu konkrečiu atveju gali būti visiškai skirtingos vandenilio, kalcio, kalio, fosforo ir kitų elementų koncentracijos, gali būti skirtingos aeracijos sąlygos, taigi ir savas pralaidumas. redokso procesai ir kt. Galiausiai neturėtume pamiršti apie nuolat kintančius atmosferos elektros ir žemės magnetizmo parametrus. Daug kas priklauso ir nuo naudojamų elektrodų bei elektrinio poveikio būdo (pastovios, trumpalaikės ir pan.). Trumpai tariant, kiekvienu atveju reikia bandyti ir pasirinkti, bandyti ir pasirinkti ...

Dėl šių ir daugelio kitų priežasčių dirvožemio elektrifikacija, nors ir prisideda prie žemės ūkio augalų derliaus didėjimo, ir dažnai gana reikšminga, bet plati. praktinis pritaikymas dar nepirktas. Tai supratę mokslininkai ieško naujų šios problemos būdų. Taigi, dirvą siūloma apdoroti elektros iškrova, kad joje būtų užfiksuotas azotas – vienas pagrindinių augalų „patiekalų“. Tam dirvožemyje ir atmosferoje sukuriamas aukštos įtampos mažos galios nuolatinis kintamos srovės lankinis išlydis. O ten, kur „dirba“, dalis atmosferos azoto pereina į nitratines formas, kurias pasisavina augalai. Tačiau taip, žinoma, atsitinka mažas plotas laukai ir gana brangūs.

Veiksmingesnis yra kitas būdas padidinti asimiliuojamų azoto formų kiekį dirvožemyje. Jį sudaro šepečio elektros iškrovos, sukurtos tiesiai ariamajame sluoksnyje, naudojimas. Šepečių iškrova yra dujų išleidimo forma, kuri atsiranda, kai Atmosferos slėgis ant metalinio antgalio, prie kurio prijungtas didelis potencialas. Potencialo dydis priklauso nuo kito elektrodo padėties ir antgalio kreivio spindulio. Bet bet kuriuo atveju jis turėtų būti matuojamas dešimčia kilovoltų. Tada taško gale atsiranda šepetį primenantis nutrūkstančių ir greitai besimaišančių elektros kibirkščių spindulys. Toks išmetimas sukelia formavimąsi dirvožemyje didelis skaičius kanalai, kuriais reikšminga suma energijos ir, kaip rodo laboratoriniai ir lauko eksperimentai, prisideda prie augalų absorbuojamo azoto formų padidėjimo dirvožemyje ir dėl to derliaus padidėjimo.

Dar efektyvesnis yra elektrohidraulinio efekto panaudojimas dirbant dirvožemyje, kurį sudaro elektros išlydžio (elektros žaibo) sukūrimas vandenyje. Jei dalis dirvožemio dedama į indą su vandeniu ir šiame inde atliekama elektros iškrova, tada dirvožemio dalelės bus susmulkintos, išsiskiriant dideliam augalams reikalingų elementų kiekiui ir surišant atmosferos azotą. Toks elektros poveikis dirvožemio ir vandens savybėms turi labai teigiamą poveikį augalų augimui ir jų produktyvumui. Atsižvelgdamas į didelę šio dirvožemio elektrifikavimo būdo perspektyvą, pabandysiu apie tai išsamiau pakalbėti atskirame straipsnyje.

Kitas dirvožemio elektrifikavimo būdas yra labai kurioziškas – be išorinio srovės šaltinio. Šią kryptį kuria Kirovohrado tyrėjas IP Ivanko. Dirvožemio drėgmę jis laiko savotišku elektrolitu, kuris yra veikiamas Žemės elektromagnetinio lauko. Metalo ir elektrolito sąsajoje šiuo atveju atsiranda metalo ir dirvožemio tirpalas, atsiranda galvaninis-elektrinis efektas. Visų pirma, kai plieninė viela yra dirvožemyje, jos paviršiuje dėl redokso reakcijų susidaro katodo ir anodo zonos, o metalas palaipsniui ištirpsta. Dėl to tarpfazių ribose atsiranda potencialų skirtumas, pasiekiantis 40-50 mV. Jis taip pat susidaro tarp dviejų į dirvą nutiestų laidų. Jei laidai yra, pavyzdžiui, 4 m atstumu, tai potencialų skirtumas yra 20-40 mV, tačiau jis labai skiriasi priklausomai nuo dirvožemio drėgmės ir temperatūros, mechaninės sudėties, trąšų kiekio ir kitų veiksnių. .

Elektrovaros jėgą tarp dviejų laidų dirvožemyje autorius pavadino „agro-EMF“, jam pavyko ne tik ją išmatuoti, bet ir paaiškinti bendrus dėsningumus, pagal kuriuos ji susidaro. Būdinga tai, kad tam tikrais laikotarpiais, kaip taisyklė, keičiantis mėnulio fazėms ir keičiantis orams, galvanometro adata, kuria matuojama tarp laidų kylanti srovė, staigiai pakeičia padėtį – lydintis. panašūs reiškiniaiŽemės elektromagnetinio lauko būklės pokyčiai, perduodami į dirvos „elektrolitą“.

Remdamasis šiomis idėjomis, autorius pasiūlė sukurti elektrolizuojamus agronominius laukus. Kodėl specialus vilkikas paskirsto 2,5 mm skersmens plieninę vielą, suvyniotą iš būgno išilgai plyšio dugno iki 37 cm gylio. Po 12 m per lauko plotį operacija kartojama. Atkreipkite dėmesį, kad taip uždėta viela netrukdo atlikti įprastinius žemės ūkio darbus. Na, o prireikus plieninius laidus galima nesunkiai nuimti iš grunto, naudojant vielos matavimo išvyniojimo ir vyniojimo įrenginį.

Eksperimentais nustatyta, kad šiuo metodu ant elektrodų sukeliamas 23-35 mV „agro-emf“. Kadangi elektrodai turi skirtingą poliškumą, tarp jų per šlapias dirvožemis atsiranda uždara elektros grandinė, per kurią teka nuolatinė srovė, kurios tankis nuo 4 iki 6 μA / kv. pamatyti anodą. Ši srovė, eidama per dirvožemio tirpalą kaip per elektrolitą, palaiko derlingame sluoksnyje vykstančius elektroforezės ir elektrolizės procesus, dėl kurių būtini augalams Dirvožemio cheminės medžiagos keičiasi iš sunkiai virškinamų į lengvai virškinamų formų. Be to, veikiant elektros srovei, greičiau humifikuojasi visos augalų liekanos, piktžolių sėklos, negyvi gyvūnų organizmai, todėl didėja dirvožemio derlingumas.

Kaip matyti, šiame variante dirvožemio elektrizacija vyksta be dirbtinio energijos šaltinio, tik veikiant mūsų planetos elektromagnetinėms jėgoms.

Tuo tarpu dėl šios „neatlygintinos“ energijos eksperimentuose buvo gautas labai didelis grūdų derliaus padidėjimas - iki 7 centnerių iš hektaro. Atsižvelgiant į siūlomos elektrifikavimo technologijos paprastumą, prieinamumą ir gerą efektyvumą, šia technologija besidomintys sodininkai mėgėjai apie tai plačiau gali pasiskaityti I.P.7 straipsnyje 1985. Pristatant šią technologiją, autorius pataria dėlioti laidus. kryptimi iš šiaurės į pietus, o virš jų auginami žemės ūkio augalai iš vakarų į rytus.

Šiuo straipsniu bandžiau sudominti sodininkus mėgėjus įvairių augalų naudojimu auginimo procese, be gerai žinomų dirvožemio priežiūros technologijų, elektros technologijų. Daugumos dirvožemio elektrifikavimo metodų santykinis paprastumas, prieinamas asmenims, įgijusiems fizikos žinių, net ir pagal programą vidurinė mokykla, leidžia juos naudoti ir išbandyti beveik kiekviename sodo sklypas auginant daržoves, vaisius ir uogas, gėles-dekoratyvinius, vaistinius ir kitus augalus. Taip pat eksperimentavau su dirvožemio elektrifikavimu nuolatinė srovė praėjusio amžiaus 60-aisiais auginant vaisinių ir uoginių kultūrų sodinukus bei sodinukus. Daugumoje eksperimentų buvo pastebėtas augimo stimuliavimas, kartais labai reikšmingas, ypač auginant vyšnių ir slyvų daigus. Taigi, brangūs sodininkai mėgėjai, pabandykite kitą sezoną išbandyti dirvožemį elektrifikuojant bet kokius augalus. O jeigu jums viskas klostysis gerai ir visa tai gali pasirodyti kaip viena iš aukso kasyklų?

V. N. Šalamovas

Markevičius V.V.

Šiame darbe kreipiamės į vieną įdomiausių ir perspektyviausių tyrimų sričių – įtaką fizines sąlygas ant augalų.

Studijuodamas literatūrą šia tema sužinojau, kad profesoriui P.P.Guliajevui, naudodamas itin jautrią įrangą, pavyko nustatyti, kad bet kurį gyvą supa silpnas bioelektrinis laukas ir iki šiol tikrai žinoma: kiekviena gyva ląstelė turi savo elektrinę. Ir ląstelių potencialas nėra toks mažas.

Parsisiųsti:

Peržiūra:

FIZIKA

BIOLOGIJA

Augalai ir jų elektrinis potencialas.

Užbaigė: Markevičius V.V.

GBOU vidurinė mokykla Nr. 740 Maskva

9 klasė

Vadovė: Kozlova Violetta Vladimirovna

fizikos ir matematikos mokytoja

Maskva 2013 m

1. Įvadas

1. Aktualumas
2. Darbo tikslai ir uždaviniai
3. Tyrimo metodai
4. Darbo reikšmė

1. Studijuotos literatūros tema „Elektra gyvenime

augalai"

1. Patalpų oro jonizavimas

1. Tyrimo metodika ir technika

1. Įvairių augalų pažeidimų srovių tyrimas

1. 1 eksperimentas (su citrinomis)
2. 2 eksperimentas (su obuoliu)
3. 3 eksperimentas (su augalo lapu)

1. Elektrinio lauko įtakos sėklų dygimui tyrimas

1. Eksperimentai, skirti stebėti jonizuoto oro poveikį žirnių sėklų daigumui
2. Eksperimentai, skirti stebėti jonizuoto oro poveikį pupelių sėklų daigumui

1. išvadas

1. Išvada
2. Literatūra

1. Įvadas

„Kad ir kaip būtų stebėtini elektros reiškiniai,

būdingi neorganinėms medžiagoms, jie neina

niekaip nepalyginama su susijusiais su

gyvenimo procesai“.

Michaelas Faradėjus

Šiame darbe kreipiamės į vieną įdomiausių ir perspektyviausių tyrimų sričių – fizinių sąlygų poveikį augalams.

Studijuodamas literatūrą šia tema sužinojau, kad profesoriui P.P.Guliajevui, naudodamas itin jautrią įrangą, pavyko nustatyti, kad bet kurį gyvą supa silpnas bioelektrinis laukas ir iki šiol tikrai žinoma: kiekviena gyva ląstelė turi savo elektrinę. Ir ląstelių potencialas nėra toks mažas. Pavyzdžiui, kai kuriuose dumbliuose jie pasiekia 0,15 V.

„Jei serijoje tam tikra tvarka surenkama 500 porų žirnelių puselių, tai finalas elektros įtampa bus 500 voltų... Gerai, kad virėjas nežino apie pavojų, kuris jam gresia ruošiant šį ypatingą patiekalą, o jo laimei, žirniai nesijungia užsakyta serija.Šis indų tyrinėtojo J. Boso teiginys pagrįstas griežtu moksliniu eksperimentu. Jis galvanometru sujungė vidinę ir išorinę žirnio dalis ir įkaitino iki 60°C. Prietaisas tuo pačiu metu parodė 0,5 V potencialų skirtumą.

Kaip tai atsitinka? Kokiu principu veikia gyvieji generatoriai ir baterijos? Maskvos gyvųjų sistemų katedros vedėjo pavaduotojas Fizikos ir technologijos institutas Fizinių ir matematikos mokslų kandidatas Eduardas Trukhanas mano, kad vienas iš svarbiausių augalų ląstelėje vykstančių procesų yra saulės energijos asimiliacijos procesas, fotosintezės procesas.

Taigi, jei tuo metu mokslininkams pavyks „ištraukti“ teigiamai ir neigiamai įkrautas daleles skirtingos pusės, tada teoriškai savo žinioje turėsime nuostabų gyvą generatorių, kurio kuras būtų vanduo ir saulės šviesa, o be energijos gamintų ir gryną deguonį.

Galbūt ateityje toks generatorius bus sukurtas. Tačiau norint įgyvendinti šią svajonę, mokslininkams teks sunkiai dirbti: reikia atrinkti daugiausiai tinkami augalai, o gal net išmokti dirbtinai pasigaminti chlorofilo grūdelius, sukurti kažkokią membraną, kuri leistų atskirti krūvius. Pasirodo, kad gyva ląstelė, kaupianti elektros energija natūraliuose kondensatoriuose - specialių ląstelių darinių, mitochondrijų, tarpląstelinėse membranose, tada panaudoja jį daugybei darbų atlikti: naujų molekulių kūrimui, traukimui į ląstelės vidų. maistinių medžiagų, savo temperatūros reguliavimas... Ir tai dar ne viskas. Elektros pagalba augalas pats atlieka daugybę operacijų: kvėpuoja, juda, auga.

Aktualumas

Jau šiandien galima teigti, kad augalų elektrinio gyvenimo tyrimas yra naudingas žemės ūkiui. I. V. Mičurinas taip pat atliko elektros srovės įtakos hibridinių sodinukų dygimui eksperimentus.

Sėklų apdorojimas prieš sėją - esminis elementasžemės ūkio technologija, leidžianti padidinti jų daigumą, o galiausiai ir augalų derlių.O tai ypač svarbu mūsų ne itin ilgos ir šiltos vasaros sąlygomis.

1. Darbo tikslai ir uždaviniai

Darbo tikslas – ištirti bioelektrinių potencialų buvimą augaluose ir ištirti elektrinio lauko įtaką sėklų daigumui.

Norint pasiekti tyrimo tikslą, būtina išspręsti šiuos dalykus užduotys :

1. Pagrindinių nuostatų, susijusių su bioelektrinių potencialų doktrina ir elektrinio lauko įtaka augalų gyvybinei veiklai, tyrimas.
2. Eksperimentų vykdymas, siekiant aptikti ir stebėti žalos sroves įvairiuose augaluose.
3. Eksperimentų atlikimas, siekiant stebėti elektrinio lauko poveikį sėklų daigumui.

1. Tyrimo metodai

Studijų tikslams pasiekti naudojami teoriniai ir praktiniai metodai. Teorinis metodas: mokslinės ir populiariosios mokslo literatūros šia tema paieška, studijavimas ir analizė. Nuo praktiniai metodai naudojami tyrimai: stebėjimas, matavimas, eksperimentavimas.

1. Darbo reikšmė

Šio darbo medžiaga gali būti naudojama fizikos ir biologijos pamokose, nes vadovėliuose šis svarbus klausimas nenagrinėjamas. O eksperimentų atlikimo metodika yra kaip medžiaga praktiniai pratimai pasirenkamasis kursas.

1. Studijuotos literatūros analizė

Augalų elektrinių savybių tyrimo istorija

Vienas iš būdingi bruožai gyvi organizmai – gebėjimas dirginti.

Čarlzas Darvinas davė svarbą augalų dirglumas. Jis studijavo išsamiai biologinės savybės vabzdžiaėdžių atstovai flora, kurie yra labai jautrūs, ir apžvelgė tyrimų rezultatus nuostabioje knygoje „Apie vabzdžiaėdžius augalus“, išleistoje 1875 m. Be to, didžiojo gamtininko dėmesį patraukė įvairūs augalų judesiai. Apibendrinant, visi tyrimai parodė, kad augalo organizmas yra nepaprastai panašus į gyvūną.

Plačiai paplitę elektrofiziologiniai metodai leido gyvūnų fiziologams pasiekti didelę pažangą šioje žinių srityje. Buvo nustatyta, kad gyvūnų organizmuose nuolat atsiranda elektros srovės(bio srovės), kurių pasiskirstymas sukelia motorines reakcijas. C. Darwinas pasiūlė, kad panašūs elektros reiškiniai vyksta ir vabzdžiaėdžių augalų lapuose, kurie pasižymi gana ryškia savybe judėti. Tačiau jis pats šios hipotezės nepatikrino. Jo prašymu 1874 metais Oksfordo universiteto fiziologas atliko eksperimentus su muselių spąstų augalu Venera.Burdanas Sandersonas. Sujungęs šio augalo lapą su galvanometru, mokslininkas pastebėjo, kad rodyklė iškart nukrypo. Tai reiškia, kad elektriniai impulsai kyla gyvame šio vabzdžiaėdžio augalo lape. Kai tyrėjas sudirgino lapus liesdamas ant jų paviršiaus esančius šerius, galvanometro adata nukrypo priešinga pusė, kaip ir eksperimente su gyvūnų raumenimis.

Vokiečių fiziologas Hermanas Munchas , kuris tęsė eksperimentus, 1876 m. priėjo prie išvados, kad Veneros muselinių spąstų lapai yra elektriškai panašūs į kai kurių gyvūnų nervus, raumenis ir elektrinius organus.

Rusijoje buvo naudojami elektrofiziologiniai metodaiN. K. Levakovskistirti dirglumo reiškinius in siaubinga mimoza. 1867 m. išleido knygą „Apie dirgliųjų augalų organų judėjimą“. N. K. Levakovskio eksperimentuose tuose pavyzdžiuose buvo stebimi stipriausi elektriniai signalai mimoza , kuri energingiausiai reagavo į išorinius dirgiklius. Jei kaitinant mimozą greitai žūva, tada negyvos augalo dalys neskleidžia elektrinių signalų. Autorius taip pat pastebėjo elektrinių impulsų atsiradimą kuokeliuoseerškėtis ir erškėtis, saulėgrąžos lapų lapkočiuose.Vėliau buvo nustatyta, kad

Bioelektriniai potencialai augalų ląstelėse

Augalų gyvenimas priklauso nuo drėgmės. Todėl elektriniai procesai juose labiausiai pasireiškia įprastu drėkinimo režimu ir išnyksta vytant. Taip yra dėl keitimosi krūviais tarp skysčio ir kapiliarų kraujagyslių sienelių maistinių medžiagų tirpalams tekant per augalų kapiliarus, taip pat dėl ​​jonų mainų tarp ląstelių ir procesų. aplinką. Ląstelėse sužadinami gyvybei svarbiausi elektriniai laukai.

Taigi, mes žinome, kad...

1. Vėjo pučiamos žiedadulkės turi neigiamą krūvį.‚ artėja prie dulkių dalelių krūvio per dulkių audras. Netoli žiedadulkes netenančių augalų teigiamų ir neigiamų šviesos jonų santykis labai pasikeičia, o tai turi teigiamą poveikį tolimesnis vystymas augalai.
2. Purškiant pesticidus žemės ūkyje, nustatyta, kadCheminės medžiagos, turinčios teigiamą krūvį, nusėda ant burokėlių ir obelų, o ant alyvinės - su neigiamu krūviu.
3. Vienpusis lapo apšvietimas sužadina elektrinio potencialo skirtumą tarp jo apšviestų ir neapšviestų sričių bei lapkočio, stiebo ir šaknies.Šis potencialų skirtumas išreiškia augalo reakciją į jo kūno pokyčius, susijusius su fotosintezės proceso pradžia arba sustabdymu.
4. Sėklų daigumas stiprus elektrinis laukas (pvz., šalia vainikinio elektrodo)veda į pokyčiusbesivystančių augalų stiebo aukštis ir storis bei lajos tankis. tai daugiausia vyksta dėl erdvės krūvio perskirstymo augalo kūne, veikiant išoriniam elektriniam laukui.
5. Pažeista vieta augalo audiniuose visada yra neigiamai įkrauta.santykinai nepažeisti plotai, o mirštantys augalų plotai įgauna neigiamą krūvį normaliomis sąlygomis augančių plotų atžvilgiu.
6. įkrautos sėklos auginami augalai turi santykinai didelį elektros laidumą, todėl greitai praranda įkrovą.Piktžolių sėklos savo savybėmis yra artimesnės dielektrikams ir ilgą laiką gali išlaikyti krūvį. Jis naudojamas pasėlių sėkloms atskirti nuo piktžolių ant konvejerio.
7. Didelių potencialių skirtumų augalo organizme sužadinti negalimaKadangi augalai neturi specializuoto elektrinio organo. Todėl tarp augalų nėra „mirties medžio“, kuris savo elektros energija galėtų nužudyti gyvas būtybes.

Atmosferos elektros poveikis augalams

Vienas iš būdingi bruožai mūsų planeta – nuolatinio elektrinio lauko buvimas atmosferoje. Žmogus to nepastebi. Tačiau elektrinė atmosferos būsena nėra abejinga jam ir kitoms mūsų planetoje gyvenančioms gyvoms būtybėms, įskaitant augalus. Virš Žemės 100-200 km aukštyje yra teigiamai įkrautų dalelių sluoksnis – jonosfera.
Taigi, eidamas per lauką, gatvę, aikštę, judi elektriniame lauke, įkvepi elektros krūvius..

Atmosferos elektros poveikį augalams nuo 1748 metų tyrinėjo daugelis autorių. Šiais metais Abbe Nolet pranešė apie eksperimentus, kurių metu jis elektrifikavo augalus, padėdamas juos po įkrautais elektrodais. Jis stebėjo dygimo ir augimo pagreitį. Grandieu (1879) pastebėjo, kad augalų, kurių atmosferos elektra nepaveikė, nes jie buvo patalpinti į įžemintą vielos tinklo dėžę, svoris sumažėjo 30–50%, palyginti su kontroliniais augalais.

Lemström (1902) pavedė augalus oro jonų poveikiui, pastatydamas juos po laidu su smaigaliais ir prijungdamas prie aukštos įtampos šaltinio (1 m virš žemės lygio, jonų srovė 10).-11 - 10 -12 A / cm2 ), ir jis nustatė, kad svoris ir ilgis padidėjo daugiau nei 45 % (pavyzdžiui, morkos, žirniai, kopūstai).

Tai, kad augalų augimas buvo pagreitintas atmosferoje, kurioje dirbtinai padidinta teigiamų ir neigiamų mažųjų jonų koncentracija, neseniai patvirtino Kruegeris ir jo bendradarbiai. Jie nustatė, kad avižų sėklos reagavo į teigiamus ir neigiamus jonus (koncentracija apie 10 4 jonai/cm3 ) bendras ilgis padidėja 60%, o šviežios ir sausos masės padidėjimas 25–73%. Cheminė analizė antžeminėse augalų dalyse nustatytas padidėjęs baltymų, azoto ir cukraus kiekis. Miežių atveju bendras pailgėjimas padidėjo dar labiau (apie 100%); šviežios masės padidėjimas nebuvo didelis, tačiau pastebimai padidėjo sausos masės augimas, kartu atitinkamai padidėjo baltymų, azoto ir cukraus kiekis.

Eksperimentus su augalų sėklomis taip pat atliko Vorden. Jis nustatė, kad žaliųjų pupelių ir žaliųjų žirnelių daigumas tapo anksčiau, padidėjus bet kurio poliškumo jonų lygiui. Galutinis sudygusių sėklų procentas buvo mažesnis esant neigiamai jonizacijai, palyginti su kontroline grupe; daigumas teigiamai jonizuotoje grupėje ir kontrolėje buvo toks pat. Augant daigams kontroliniai ir teigiamai jonizuoti augalai toliau augo, o neigiamai jonizuoti augalai dažniausiai nuvyto ir žuvo.

Įtaka į pastaraisiais metais stipriai pasikeitė atmosferos elektrinė būsena; įvairūs Žemės regionai ėmė skirtis vieni nuo kitų jonizuota oro būkle, kurią lemia jame esantis dulkėtumas, užterštumas dujomis ir kt. Oro elektrinis laidumas yra jautrus jo grynumo rodiklis: kuo daugiau ore pašalinių dalelių, tuo daugiau numerio ant jų nusėda jonai ir dėl to sumažėja oro elektrinis laidumas.
Taigi, Maskvoje per 1 cm 3 ore yra 4 neigiami krūviai, Sankt Peterburge - 9 tokie krūviai, Kislovodske, kur oro grynumo standartas yra 1,5 tūkst. dalelių, o Kuzbaso pietuose mišriuose priekalnių miškuose šių dalelių skaičius siekia 6 tūkstantis. Taigi kur daugiau neigiamos dalelės, ten lengviau kvėpuoti, o ten, kur yra dulkių, žmogus jų gauna mažiau, nes ant jų nusėda dulkių dalelės.
Gerai žinoma, kad šalia srauniai tekančio vandens oras gaivina ir gaivina. Jame yra daug neigiamų jonų. Dar XIX amžiuje buvo nustatyta, kad didesni vandens purslų lašeliai yra teigiamai įkrauti, o mažesni – neigiamai. Kadangi didesni lašeliai nusėda greičiau, neigiamo krūvio maži lašeliai lieka ore.
Priešingai, oro ankštose erdvėse gausu skirtingos rūšies elektromagnetiniai prietaisai yra prisotinti teigiamų jonų. Net ir gana trumpas buvimas tokioje patalpoje sukelia vangumą, mieguistumą, galvos svaigimą ir galvos skausmą.

1. Mokslinių tyrimų metodologija

Įvairių augalų pažeidimų srovių tyrimas.

1. LITERATŪRA

1. Bogdanovas K. Yu. Fizikas lankosi pas biologą. - M.: Nauka, 1986. 144 p.
2. Vorotnikovas A.A. Fizika jaunimui. - M: Derlius, 1995-121 m.
3. Katz Ts.B. Biofizika fizikos pamokose. - M: Švietimas, 1971-158 m.
4. Perelman Ya.I. Linksma fizika. - M: Mokslas, 1976-432 m.
5. Artamonovas V.I. Įdomi augalų fiziologija. – M.: Agropromizdat, 1991 m.
6. Arabadzhi V.I. Paprasto vandens mįslės.- M .: „Žinios“, 1973 m.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

Biologinis elektrinių ir magnetinių laukų poveikis žmonių ir gyvūnų organizmui buvo ištirtas gana daug. Šiuo atveju pastebėti poveikiai, jei jie atsiranda, vis tiek nėra aiškūs ir sunkiai nustatomi, todėl ši tema išlieka aktuali.

Magnetiniai laukai mūsų planetoje turi dvejopą kilmę – natūralią ir antropogeninę. Natūralūs magnetiniai laukai, vadinamosios magnetinės audros, kyla iš Žemės magnetosferos. Antropogeniniai magnetiniai trikdžiai apima mažesnį plotą nei natūralūs, tačiau jų pasireiškimas yra daug intensyvesnis, todėl atneša daugiau apčiuopiamos žalos. Dėl techninės veiklos žmogus sukuria dirbtinius elektromagnetinius laukus, kurie šimtus kartų stipresni už natūralų Žemės magnetinį lauką. Antropogeninės spinduliuotės šaltiniai yra: galingi radijo perdavimo įrenginiai, elektrifikuotos transporto priemonės, elektros linijos (2.1 pav.).

Vienas iš stipriausių elektromagnetinių bangų žadintuvų yra pramoninio dažnio srovės (50 Hz). Taigi elektrinio lauko stipris tiesiai po elektros linija gali siekti kelis tūkstančius voltų vienam metrui grunto, nors dėl grunto stiprumo mažinimo savybės jau 100 m atstumu nuo linijos intensyvumas krenta. smarkiai iki kelių dešimčių voltų vienam metrui.

Biologinio elektrinio lauko poveikio tyrimais nustatyta, kad jau esant 1 kV/m stipriui jis daro neigiamą poveikį žmogaus nervų sistemai, o tai savo ruožtu sukelia endokrininio aparato ir medžiagų apykaitos sutrikimus organizme (vario, cinko, geležies). ir kobalto), sutrikdo fiziologines funkcijas: širdies ritmą, kraujospūdį, smegenų veiklą, medžiagų apykaitos procesus ir imuninę veiklą.

Nuo 1972 m. pasirodė publikacijos, kuriose buvo svarstomas elektrinių laukų, kurių stiprumas didesnis nei 10 kV / m, poveikis žmonėms ir gyvūnams.

Magnetinio lauko stiprumas proporcingas srovei ir atvirkščiai proporcingas atstumui; elektrinio lauko stiprumas proporcingas įtampai (krūviui) ir atvirkščiai proporcingas atstumui. Šių laukų parametrai priklauso nuo aukštos įtampos perdavimo linijos įtampos klasės, konstrukcijos ypatybių ir geometrinių matmenų. Galingo ir išplėstinio elektromagnetinio lauko šaltinio atsiradimas lemia tų natūralių veiksnių, pagal kuriuos susiformavo ekosistema, pasikeitimą. Elektriniai ir magnetiniai laukai gali sukelti žmogaus kūno paviršiaus krūvius ir sroves (2.2 pav.). Tyrimai parodė,

kad elektrinio lauko indukuojama maksimali srovė žmogaus kūne yra daug didesnė už magnetinio lauko sukeliamą srovę. Taigi, žalingas poveikis Magnetinis laukas pasireiškia tik tada, kai jo intensyvumas yra apie 200 A/m, o tai vyksta 1-1,5 m atstumu nuo linijos fazės laidų ir yra pavojingas tik techninės priežiūros personalui dirbant esant įtampai. Ši aplinkybė leido daryti išvadą, kad nėra pramoninio dažnio magnetinių laukų biologinio poveikio žmonėms ir gyvūnams po elektros laidais.sausumos fauna.

Remiantis konstrukcinėmis galios perdavimo ypatybėmis (laidų nusmukimu), didžiausia lauko įtaka pasireiškia tarpatramio viduryje, kur intensyvumas super- ir itin aukštos įtampos linijoms žmogaus augimo lygyje yra 5-20 kV / m ir daugiau, priklausomai nuo įtampos klasės ir linijos konstrukcijos (1.2 pav.). Atramose, kur laidų pakabos aukštis yra didžiausias ir turi įtakos atramų ekranavimo efektas, lauko stiprumas yra mažiausias. Kadangi po elektros linijų laidais gali atsidurti žmonės, gyvūnai, transporto priemonės, atsiranda būtinybė įvertinti galimas ilgalaikio ir trumpalaikio gyvių buvimo įvairaus stiprumo elektriniame lauke pasekmes. Jautriausi elektriniams laukams yra kanopiniai gyvūnai ir žmonės su avalyne, kuri izoliuoja juos nuo žemės. Gyvūnų kanopos taip pat yra geras izoliatorius. Indukuotas potencialas šiuo atveju gali siekti 10 kV, o srovės impulsas per kūną liečiant įžemintą objektą (krūmo šaką, žolės ašmenis) yra 100-200 μA. Tokie srovės impulsai yra saugūs organizmui, tačiau nemalonūs pojūčiai verčia kanopinius vengti maršruto. aukštos įtampos elektros linijos vasaros laiku.

Veikiant elektriniam laukui žmogų, jo kūnu tekančios srovės atlieka dominuojantį vaidmenį. Tai lemia didelis žmogaus organizmo laidumas, kuriame vyrauja organai, kuriuose cirkuliuoja kraujas ir limfa. Šiuo metu eksperimentai su gyvūnais ir savanoriais parodė, kad srovės tankis, kurio laidumas yra 0,1 μA/cm 2 ir mažesnis, neturi įtakos smegenų veiklai, nes paprastai smegenyse tekančios impulsinės biosrovės gerokai viršija tokia laidumo srovė. Esant />1 μA/cm2, žmogaus akyse mirga šviesos apskritimai, didesnis srovės tankis jau užfiksuoja jutimo receptorių, taip pat nervų ir raumenų ląstelių stimuliavimo ribines vertes, todėl atsiranda išgąstis, nevalingos motorinės reakcijos. Žmogui liečiant objektus, izoliuotus nuo žemės didelio intensyvumo elektrinio lauko zonoje, srovės tankis širdies zonoje labai priklauso nuo „pagrindinių“ sąlygų (avalynės tipo, dirvožemio būklės ir kt.) .), bet jau gali pasiekti šias vertes. Esant maksimaliai srovei, atitinkančiai etah==l5 kV/m (6,225 mA); žinoma šios srovės dalis, tekanti per galvos sritį (apie 1/3), ir galvos plotas (apie 100 cm 2) srovės tankis j<0,1 мкА/см 2 , что и под­тверждает допустимость принятой в СССР напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Žmonių sveikatai problema yra nustatyti ryšį tarp audiniuose indukuoto srovės tankio ir išorinio lauko magnetinės indukcijos, IN. Srovės tankio apskaičiavimas

komplikuojasi tuo, kad tikslus jo kelias priklauso nuo laidumo y pasiskirstymo kūno audiniuose.

Taigi specifinį smegenų laidumą lemia =0,2 cm/m, o širdies raumens ==0,25 cm/m. Jei paimtume galvos spindulį 7,5 cm, o širdies - 6 cm, tada gaminys  R pasirodo, kad abiem atvejais. Todėl galima pateikti vieną idėją apie srovės tankį širdies ir smegenų periferijoje.

Nustatyta, kad sveikatai saugi magnetinė indukcija yra apie 0,4 mT esant 50 arba 60 Hz dažniui. Magnetiniuose laukuose (nuo 3 iki 10 mT; f\u003d 10–60 Hz), buvo pastebėti šviesos mirgėjimai, panašūs į tuos, kurie atsiranda spaudžiant akies obuolį.

Srovės, kurią žmogaus kūne indukuoja elektrinis laukas, kurio intensyvumas yra didelis, tankis E, paskaičiuota taip:

su skirtingais koeficientais k smegenų ir širdies sričiai. Reikšmė k=3  10 -3 cm/Hzm. Vokiečių mokslininkų teigimu, lauko stiprumas, kuriam esant plaukų vibraciją jaučia 5% tirtų vyrų, yra 3 kV/m, o 50% tirtų vyrų – 20 kV/m. Šiuo metu nėra įrodymų, kad pojūčiai, kuriuos sukelia lauko veikimas, sukurtų kokį nors neigiamą poveikį. Atsižvelgiant į srovės tankio ryšį su biologine įtaka, galima išskirti keturias sritis, pateiktas lentelėje. 2.1

Pastarasis srovės tankio diapazonas reiškia ekspozicijos laiką vieno širdies ciklo eilės tvarka, t. y. maždaug 1 s žmogui. Trumpesnio poveikio slenksčiai yra aukštesni. Lauko stiprumo slenkstinei reikšmei nustatyti laboratorijoje buvo atlikti fiziologiniai žmogaus tyrimai, kai lauko stiprumas nuo 10 iki 32 kV/m. Nustatyta, kad esant 5 kV/m įtampai 80 proc.

2.1 lentelė

žmonės nepatiria skausmo iškrovų metu, kai liečia įžemintus objektus. Būtent ši vertė buvo priimta kaip standartas dirbant elektros įrenginiuose nenaudojant apsauginių priemonių. Leidžiamo žmogaus buvimo elektriniame lauke laiko priklausomybė nuo intensyvumo E daugiau nei slenkstis apytiksliai apskaičiuojamas pagal lygtį

Šios sąlygos įvykdymas užtikrina organizmo fiziologinės būklės savaiminį išgydymą per dieną be liekamųjų reakcijų ir funkcinių ar patologinių pakitimų.

Susipažinkime su pagrindiniais sovietų ir užsienio mokslininkų atliktų elektrinių ir magnetinių laukų biologinio poveikio tyrimų rezultatais.

Dangaus kūnas, vadinamas Žemės planeta, turi elektrinį krūvį, kuris sukuria natūralų Žemės elektrinį lauką. Viena iš elektrinio lauko charakteristikų yra potencialas, o Žemės elektrinis laukas taip pat pasižymi potencialu. Taip pat galima sakyti, kad be natūralaus elektrinio lauko yra ir natūrali nuolatinė Žemės planetos elektros srovė (DC). Žemės potencialo gradientas pasiskirsto nuo jos paviršiaus iki jonosferos. Esant palankiam orui statinei elektrai, atmosferos elektrinis laukas yra maždaug 150 voltų vienam metrui (V/m) netoli Žemės paviršiaus, tačiau ši vertė eksponentiškai sumažėja iki 1 V/m ir mažiau (esant 30 km). Gradiento sumažėjimo priežastis, be kita ko, yra atmosferos laidumo padidėjimas.

Jei dėvite drabužius, pagamintus iš gero izoliatoriaus, kuris yra puikus dielektrikas, pavyzdžiui, nailoninius drabužius, ir naudojate tik guminius batus, o ant drabužių paviršiaus neturite metalinių daiktų, galite išmatuoti potencialų skirtumą tarp paviršiaus. žemės ir galvos vainiko. Kadangi kiekvienas skaitiklis yra 150 voltų, tada, kai aukštis yra 170 cm, karūnoje bus 1,7x150 = 255 voltų potencialų skirtumas paviršiaus atžvilgiu. Jei ant galvos užsidėsite metalinę keptuvę, ant jos susikaups paviršiaus krūvis. Šio mokesčio rinkimo priežastis yra ta, kad nailoniniai drabužiai yra geras izoliatorius, o batai yra guminiai. Įžeminimas, tai yra, nėra laidžio kontakto su žemės paviršiumi. Kad ant savęs nesikauptų elektros krūviai, reikia „įžeminti“. Taip pat daiktai, daiktai, pastatai ir statiniai, ypač daugiaaukščiai, gali akumuliuoti atmosferos elektrą. Tai gali sukelti nemalonių pasekmių, nes bet koks susikaupęs krūvis gali sukelti elektros srovę ir kibirkšties skilimą dujose. Tokios elektrostatinės iškrovos gali sunaikinti elektroniką ir sukelti gaisrus, ypač degių medžiagų atveju.

Kad nesikauptų atmosferos elektros krūviai, pakanka viršutinį tašką prijungti prie apatinio (įžeminimo) elektros laidininko, o jei plotas didelis, tada įžeminimas atliekamas narvelio, grandinės pavidalu, bet, iš tikrųjų jie naudoja vadinamąjį „Faradėjaus narvą“.

Atmosferos elektros charakteristikos

Žemė yra neigiamai įkrauta ir jos elektros krūvis lygus 500 000 kulonų (C). Potencialų skirtumas yra nuo 300 000 voltų (300 kV), jei atsižvelgsime į įtampą tarp teigiamai įkrautos jonosferos ir Žemės paviršiaus. Taip pat yra nuolatinė elektros srovė, kurios galia yra 1350 amperų (A), o Žemės atmosferos varža yra apie 220 omų. Taip gaunama maždaug 400 megavatų (MW) galia, kuri atsinaujina veikiant Saulei. Ši galia veikia Žemės jonosferą ir apatinius sluoksnius, o tai sukelia perkūnijas. Žemės atmosferoje sukaupta ir sukaupta elektros energija yra apie 150 gigadžaulių (GJ).

Žemės ir jonosferos sistema veikia kaip milžiniškas kondensatorius, kurio talpa yra 1,8 faradų. Atsižvelgiant į didžiulį Žemės paviršiaus plotą, 1 kvadratiniam metrui paviršiaus tenka tik 1 nC elektros krūvio.

Žemės elektrosfera tęsiasi nuo jūros lygio iki maždaug 60 km aukščio. Viršutiniuose sluoksniuose, kur yra daug laisvųjų jonų ir ši sferos dalis vadinama jonosfera, laidumas yra didžiausias, nes yra laisvųjų krūvininkų. Galima sakyti, kad potencialas jonosferoje yra išlygintas, nes ši sfera iš esmės laikoma elektros srovės laidininku, dujose yra srovės ir joje yra perdavimo srovė. Laisvųjų jonų šaltinis yra Saulės radioaktyvumas. Įkrautų dalelių srautas, ateinantis iš Saulės ir iš kosmoso, „išmuša“ elektronus iš dujų molekulių, o tai sukelia jonizaciją. Kuo aukščiau nuo jūros paviršiaus, tuo mažesnis atmosferos laidumas. Jūros paviršiuje oro elektrinis laidumas yra apie 10 -14 Siemens/m (S/m), tačiau didėjant aukščiui jis sparčiai didėja, o 35 km aukštyje jau 10 -11 S/m. Šiame aukštyje oro tankis yra tik 1% jūros paviršiaus tankio. Be to, didėjant aukščiui, laidumas kinta netolygiai, nes įtakoja Žemės magnetinis laukas ir Saulės fotonų srautai. Tai reiškia, kad aukščiau 35 km nuo jūros lygio esančios elektrosferos laidumas yra netolygus, priklausomai nuo paros laiko (fotonų srauto) ir geografinės padėties (Žemės magnetinio lauko).

Kad elektros gedimas įvyktų tarp dviejų plokščių lygiagrečių elektrodų (atstumas tarp kurių yra 1 metras), kurie yra jūros lygyje, sausame ore, reikalingas 3000 kV / m lauko stiprumas. Jei šie elektrodai yra pakelti į 10 km aukštį virš jūros lygio, tada reikia tik 3% šio intensyvumo, tai yra, pakanka 90 kV / m. Jei elektrodai sujungiami taip, kad atstumas tarp jų būtų 1 mm, tada reikalinga 1000 kartų mažesnė gedimo įtampa, tai yra 3 kV (jūros lygis) ir 9 V (10 km aukštyje).

Natūrali Žemės elektrinio lauko stiprumo vertė jos paviršiuje (jūros lygyje) yra apie 150 V/m, o tai yra daug mažesnė už dydžius, reikalingus gedimui tarp elektrodų net esant 1 mm (3 kV/m) tarpui. būtina).

Iš kur atsiranda Žemės elektrinio lauko potencialas?

Kaip minėta aukščiau, Žemė yra kondensatorius, kurio viena plokštė yra Žemės paviršius, o kita superkondensatoriaus plokštė yra jonosferos sritis. Žemės paviršiuje krūvis yra neigiamas, o už jonosferos – teigiamas. Kaip ir Žemės paviršius, jonosfera taip pat yra laidininkas, o atmosferos sluoksnis tarp jų yra netolygus dujų dielektrikas. Teigiamas jonosferos krūvis susidaro dėl kosminės spinduliuotės, bet kas įkrauna Žemės paviršių neigiamu krūviu?

Siekiant aiškumo, būtina prisiminti, kaip įkraunamas įprastas elektrinis kondensatorius. Jis įtrauktas į elektros grandinę su srovės šaltiniu ir įkraunamas iki maksimalios įtampos vertės ant plokštelių. Tokiam kondensatoriui kaip Žemė atsitinka kažkas panašaus. Lygiai taip pat turėtų įsijungti tam tikras šaltinis, tekėti srovė ir ant plokštelių susidaryti priešingi krūviai. Pagalvokite apie žaibus, kuriuos dažniausiai lydi perkūnija. Šie žaibai yra ta pati elektros grandinė, kuri įkrauna Žemę.

Būtent į Žemės paviršių trenkęs žaibas yra šaltinis, įkraunantis Žemės paviršių neigiamu krūviu. Žaibo srovė yra apie 1800 amperų, ​​o perkūnijos ir žaibų skaičius per dieną yra daugiau nei 300. Perkūnijos debesis turi poliškumą. Jo viršutinė dalis apie 6-7 km aukštyje esant apie -20°C oro temperatūrai yra teigiamai įkrauta, o apatinė dalis 3-4 km aukštyje, kai oro temperatūra nuo 0° iki -10°C. yra neigiamai įkrautas. Apatinės griaustinio debesies dalies krūvio pakanka, kad susidarytų 20-100 milijonų voltų potencialų skirtumas su Žemės paviršiumi. Žaibo įkrova paprastai yra 20–30 kulonų (C) elektros energijos. Žaibas trenkia tarp debesų ir tarp debesų bei Žemės paviršiaus. Kiekvienas įkrovimas trunka apie 5 sekundes, todėl tokia seka gali įvykti žaibo iškrovos, tačiau tai nereiškia, kad po 5 sekundžių būtinai įvyks iškrova.

Žaibas

Atmosferos išlydis žaibo pavidalu turi gana sudėtingą struktūrą. Bet kokiu atveju tai yra elektros srovės reiškinys dujose, atsirandantis, kai pasiekiamos reikiamos sąlygos dujoms suskaidyti, tai yra oro molekulių jonizacija. Įdomiausia yra tai, kad Žemės atmosfera veikia kaip nuolatinis dinamas, kuris neigiamai įkrauna Žemės paviršių. Kiekvienas žaibo išlydis trenkia su sąlyga, kad Žemės paviršiuje nėra neigiamų krūvių, o tai suteikia reikiamą potencialų skirtumą išlydžiui (dujų jonizacijai).

Kai tik žaibas trenkia į žemę, neigiamas krūvis išteka į paviršių, tačiau po to apatinė griaustinio debesies dalis išsikrauna ir jos potencialas pasikeičia, tampa teigiamas. Tada atsiranda atvirkštinė srovė ir perteklinis krūvis, nukritęs ant Žemės paviršiaus, juda aukštyn, vėl įkraudamas perkūnijos debesį. Po to procesas gali būti kartojamas dar kartą, tačiau esant mažesnėms elektros įtampos ir srovės vertėms. Tai vyksta tol, kol yra sąlygos dujų jonizacijai, reikalingas potencialų skirtumas ir neigiamo elektros krūvio perteklius.

Apibendrinant galima teigti, kad žaibas trenkia žingsniais, taip sukurdamas elektros grandinę, per kurią srovė teka dujomis, besikeičiančiomis kryptimi. Kiekvienas žaibo įkrovimas trunka apie 5 sekundes ir trenkia tik tada, kai tam yra būtinos sąlygos (gedimo įtampa ir dujų jonizacija). Įtampa tarp žaibo pradžios ir pabaigos gali būti apie 100 milijonų voltų, o vidutinė srovė – apie 1800 amperų. Didžiausia srovė siekia daugiau nei 10 000 amperų, ​​o perduodamas įkrovimas yra 20–30 kulonų elektros energijos.