Influența biologică a câmpurilor electrice și magnetice asupra organismului oamenilor și animalelor a fost studiată mult. Efectele observate, dacă apar, încă nu sunt clare și greu de definit, așa că acest subiect rămâne relevant.

Câmpurile magnetice de pe planeta noastră au o dublă origine - naturală și antropică. Câmpurile magnetice naturale, așa-numitele furtuni magnetice, își au originea în magnetosfera Pământului. Perturbațiile magnetice antropice acoperă o suprafață mai mică decât cele naturale, dar manifestarea lor este mult mai intensă și, prin urmare, aduc mai multe daune tangibile. Ca urmare a activității tehnice, o persoană creează câmpuri electromagnetice artificiale, care sunt de sute de ori mai puternice decât câmpul magnetic natural al Pământului. Sursele de radiații antropice sunt: ​​dispozitive radio de transmisie puternice, vehicule electrificate, linii electrice.

Gama de frecvențe și lungimi de undă ale unor surse de radiații electromagnetice

Unul dintre cei mai puternici agenți patogeni ai undelor electromagnetice este curenții de frecvență a puterii (50 Hz). Deci, intensitatea câmpului electric direct sub linia de alimentare poate ajunge la câteva mii de volți pe metru de sol, deși datorită proprietății de a reduce tensiunea de către sol, deja la o distanță de 100 m de linie, intensitatea scade brusc la câteva zeci de volți pe metru.

Studiile asupra efectului biologic al unui câmp electric au descoperit că, chiar și la o putere de 1 kV/m, acesta are un efect negativ asupra sistem nervos uman, care la rândul său duce la tulburări ale aparatului endocrin și ale metabolismului din organism (cupru, zinc, fier și cobalt), perturbă funcțiile fiziologice: ritmul cardiac, nivelul tensiunii arteriale, activitatea creierului, procesele metabolice și activitatea imunitară.

Din 1972, au apărut publicații în care s-a luat în considerare efectul asupra oamenilor și animalelor al câmpurilor electrice cu puteri mai mari de 10 kV/m.

Intensitatea câmpului magnetic proporțional cu curentul și invers proporțional cu distanța; intensitatea câmpului electric este proporțională cu tensiunea (sarcina) și invers proporțională cu distanța. Parametrii acestor câmpuri depind de clasa de tensiune, caracteristici de proiectareşi dimensiunile geometrice ale liniei de transport de înaltă tensiune. Apariția unei surse puternice și extinse câmp electromagnetic conduce la o schimbare a acelor factori naturali sub care s-a format ecosistemul. Câmpurile electrice și magnetice pot induce sarcini de suprafață și curenți în corpul uman.

Studiile au arătat că curentul maxim din corpul uman, indus de un câmp electric, este mult mai mare decât curentul cauzat de un câmp magnetic. Așadar, efectul nociv al câmpului magnetic se manifestă doar atunci când intensitatea acestuia este de aproximativ 200 A/m, ceea ce se întâmplă la o distanță de 1-1,5 m de firele de fază de linie și este periculos doar pentru personalul de întreținere când lucrează sub tensiune. Această împrejurare a făcut posibilă concluzia că nu există niciun efect biologic al câmpurilor magnetice de frecvență industrială asupra oamenilor și animalelor aflate sub liniile electrice. tipuri diferite fauna acvatică și terestră.

Linii de alimentare cu câmpuri electrice și magnetice care afectează o persoană care stă sub o linie de curent alternativ

Pe baza caracteristicilor de proiectare ale transmisiei de putere (sărmarea firului), cea mai mare influență a câmpului se manifestă la mijlocul travei, unde tensiunea pentru liniile de supra și ultra-înaltă tensiune la nivelul înălțimii unei persoane este de 5. - 20 kV/m și mai mare, în funcție de clasa de tensiune și proiectarea liniei.

La suporturi, unde înălțimea suspensiei firelor este cea mai mare și afectează efectul de ecranare al suporturilor, intensitatea câmpului este cea mai mică. Deoarece oamenii, animalele, transportul pot fi sub liniile electrice, devine necesar să se evalueze posibilele consecințe ale unei șederi pe termen lung și scurt a ființelor vii în câmp electric tensiuni diferite.

Cele mai sensibile la câmpurile electrice sunt ungulatele și oamenii în încălțăminte care îi izolează de pământ. Copita animalelor este, de asemenea, un bun izolator. În acest caz, potențialul indus poate ajunge la 10 kV, iar impulsul de curent prin corp atunci când atinge un obiect împământat (cremură de tufiș, fir de iarbă) este de 100-200 μA. Astfel de impulsuri de curent sunt sigure pentru organism, dar senzațiile neplăcute obligă ungulatele să evite liniile electrice de înaltă tensiune vara.

În acțiunea unui câmp electric asupra unei persoane, curenții care curg prin corpul său joacă un rol dominant. Acest lucru este determinat de conductivitatea ridicată a corpului uman, unde predomină organele cu sânge și limfa care circulă în ele.

În prezent, experimentele pe animale și pe voluntari umani au stabilit că densitatea de curent cu o conductivitate de 0,1 μA / cm și mai mică nu afectează activitatea creierului, deoarece biocurenții pulsați, care curg de obicei în creier, depășesc semnificativ densitatea de un astfel de curent de conducere.

Cu o densitate de curent de 1 μA / cm, se observă o pâlpâire a cercurilor de lumină în ochii unei persoane, densitățile de curent mai mari captează deja valorile prag de stimulare a receptorilor senzoriali, precum și celulele nervoase și musculare, ceea ce duce la apariţia de spaimă şi reacţii motorii involuntare.

În cazul unei persoane care atinge obiecte izolate de sol în zona unui câmp electric de intensitate semnificativă, densitatea curentului în zona inimii depinde foarte mult de starea condițiilor subiacente (tipul de încălțăminte, starea solului etc. .), dar poate atinge deja aceste valori.

La un curent maxim corespunzător Emax == 15 kV / m (6,225 mA), o fracțiune cunoscută a acestui curent care curge prin regiunea capului (aproximativ 1/3) și zona capului (aproximativ 100 cm), densitatea curentului<0,1 мкА/см, что и подтверждает допустимость принятой напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Pentru sănătatea umană, problema este de a determina relația dintre densitatea de curent indusă în țesuturi și inducerea magnetică a câmpului extern, V. Calculul densității de curent

complicată de faptul că calea sa exactă depinde de distribuţia conductanţei y în ţesuturile corpului.

Deci, conductivitatea specifică a creierului este determinată de y = 0,2 cm / m, iar cea a mușchiului inimii y = 0,25 cm / m. Dacă raza capului este de 7,5 cm și raza inimii este de 6 cm, atunci produsul yR se dovedește a fi același în ambele cazuri. Prin urmare, se poate oferi o reprezentare pentru densitatea de curent la periferia inimii și a creierului.

S-a stabilit că inducția magnetică, sigură pentru sănătate, este de aproximativ 0,4 mT la o frecvență de 50 sau 60 Hz. În câmpurile magnetice (de la 3 la 10 mT, f = 10 - 60 Hz) s-a observat apariția pâlpâirilor luminoase, similare cu cele care apar la apăsarea globului ocular.

Densitatea curentului indus în corpul uman de un câmp electric cu o valoare de intensitate E se calculează după cum urmează:

cu diferiți coeficienți k pentru regiunea creierului și a inimii.

Valoarea lui k = 3-10 -3 cm / Hzm.

Potrivit oamenilor de știință germani, puterea câmpului la care vibrația părului este resimțită de 5% dintre bărbații testați este de 3 kV/m, iar pentru 50% dintre bărbații testați este de 20 kV/m. În prezent, nu există dovezi că senzațiile provocate de acțiunea câmpului creează vreun efect advers. În ceea ce privește relația dintre densitatea curentului și influența biologică, se pot distinge patru zone, prezentate în tabel.

Ultima zonă a valorii densității curente se referă la timpi de expunere de ordinul unui ciclu cardiac, adică aproximativ 1 s pentru o persoană Pentru expuneri mai scurte, valorile pragului sunt mai mari. Pentru a determina valoarea prag a intensității câmpului, au fost efectuate studii fiziologice pe oameni în condiții de laborator la o putere de 10 până la 32 kV/m. S-a constatat că la o tensiune de 5 kV/m, 80% dintre oameni nu simt dureri în timpul descărcărilor atunci când ating obiecte legate la pământ. Această valoare a fost adoptată ca standard atunci când lucrați în instalații electrice fără utilizarea echipamentului de protecție.

Dependența timpului permis al șederii unei persoane într-un câmp electric cu o intensitate E mai mare decât pragul este aproximată prin ecuație

Îndeplinirea acestei condiții asigură auto-recuperarea stării fiziologice a organismului în timpul zilei fără reacții reziduale și modificări funcționale sau patologice.

Să facem cunoștință cu principalele rezultate ale studiilor asupra efectelor biologice ale câmpurilor electrice și magnetice, efectuate de oameni de știință sovietici și străini.

Efectele câmpurilor electrice asupra personalului

În timpul studiilor, pe partea superioară a antebrațului fiecărui muncitor a fost atașat un dozimetru integrator. S-a constatat că expunerea medie zilnică a lucrătorilor de pe liniile de înaltă tensiune a variat de la 1,5 kV/(m-h) la 24 kV/(m-h). Valorile maxime sunt notate în cazuri foarte rare. Din datele obținute în urma studiului se poate concluziona că nu există o relație notabilă între expunerea în câmp și starea generală a sănătății umane.

Efect electrostatic asupra părului uman și animal

Cercetarea a fost realizată în legătură cu ipoteza că influența câmpului resimțit de suprafața pielii este cauzată de acțiunea forțelor electrostatice asupra părului. Ca urmare, s-a constatat că la o intensitate a câmpului de 50 kV / m, subiectul a simțit mâncărime asociată cu vibrația părului, care a fost înregistrată de dispozitive speciale.

Efectul unui câmp electric asupra plantelor

Experimentele au fost efectuate într-o cameră specială într-un câmp nedistorsionat cu o intensitate de la 0 la 50 kV/m. O ușoară deteriorare a țesutului frunzelor a fost dezvăluită la expunerea de la 20 la 50 kV / m, în funcție de configurația plantei și de conținutul inițial de umiditate din aceasta. Necroza tisulară a fost observată în părțile plantelor cu margini ascuțite. Plantele groase cu o suprafață netedă rotunjită nu au fost deteriorate la o tensiune de 50 kV / m. Deteriorarea este rezultatul coroanei pe părțile proeminente ale plantei. La cele mai slabe plante, deteriorarea a fost observată încă de la 1-2 ore după expunere. Este important ca la răsadul de grâu cu capete foarte ascuțite, coroana și deteriorarea au fost vizibile la o tensiune relativ scăzută de 20 kV / m. Acesta a fost cel mai scăzut prag pentru daune din studii.

Cel mai probabil mecanism de deteriorare a țesuturilor plantelor este termic. Deteriorarea țesutului are loc atunci când intensitatea câmpului devine suficient de mare pentru a provoca corona și un curent corona de mare densitate trece prin vârful frunzei. Căldura eliberată în acest caz asupra rezistenței țesutului frunzelor duce la moartea unui strat îngust de celule, care pierd relativ repede apă, se usucă și se micșorează. Cu toate acestea, acest proces are o limită și procentul de suprafață a plantei uscate este mic.

Efectul câmpului electric asupra animalelor

Cercetarea s-a desfășurat în două direcții: studiul la nivelul biosistemului și studiul pragurilor influențelor detectate. Printre puii plasați pe un câmp cu o tensiune de 80 kV/m s-au remarcat creșterea în greutate, viabilitatea și mortalitatea scăzută. Pragul de percepție a câmpului a fost măsurat la porumbei domestici. S-a demonstrat că porumbeii au un fel de mecanism pentru detectarea câmpurilor electrice de joasă intensitate. Nu au fost observate modificări genetice. Se observă că animalele aflate într-un câmp electric de mare intensitate pot experimenta un mini-șoc din cauza unor factori străini în funcție de condițiile experimentale, ceea ce poate duce la o anumită anxietate și excitare a subiecților.

Într-o serie de țări, există reglementări care limitează valorile limită ale intensității câmpului în zona liniilor aeriene de transport. O tensiune maximă de 20 kV/m a fost recomandată în Spania, iar aceeași valoare este acum considerată limită în Germania.

Conștientizarea publicului cu privire la efectul câmpului electromagnetic asupra organismelor vii continuă să crească, iar un anumit interes și îngrijorare cu privire la acest efect vor duce la continuarea cercetărilor medicale relevante, în special asupra persoanelor care locuiesc în apropierea liniilor electrice aeriene.

Pământul nostru și alte planete au atât câmpuri magnetice, cât și electrice. Faptul că Pământul are un câmp electric era cunoscut acum 150 de ani. Sarcina electrică a planetelor din sistemul solar este creată de Soare datorită efectelor inducției electrostatice și ionizării materiei planetare. Câmpul magnetic este generat de rotația axială a planetelor încărcate. Câmpul magnetic mediu al Pământului și al planetelor depinde de densitatea medie a suprafeței sarcinii electrice negative, de viteza unghiulară de rotație axială și de raza planetei. Prin urmare, Pământul (și alte planete), prin analogie cu trecerea luminii printr-o lentilă, ar trebui să fie considerat ca o lentilă electrică, și nu ca o sursă a unui câmp electric.

Aceasta înseamnă că Pământul este conectat la Soare prin intermediul forței electrice, Soarele însuși este conectat la centrul galaxiei prin intermediul forței magnetice, iar centrul galaxiei este conectat la condensarea centrală a galaxiilor prin intermediul forta electrica.

Planeta noastră este electric ca un condensator sferic, încărcat la aproximativ 300.000 de volți. Sfera interioară - suprafața Pământului - este încărcată negativ, sfera exterioară - ionosfera - pozitiv. Atmosfera Pământului servește drept izolator.

Curenții ionici și convectivi de scurgere a condensatorului curg în mod constant prin atmosferă, atingând multe mii de amperi. Dar, în ciuda acestui fapt, diferența de potențial dintre plăcile condensatorului nu scade.

Aceasta înseamnă că în natură există un generator (G), care completează în mod constant scurgerea sarcinilor de pe plăcile condensatorului. Un astfel de generator este câmpul magnetic al Pământului, care se rotește cu planeta noastră în fluxul vântului solar.

Ca și în cazul oricărui condensator încărcat, există un câmp electric într-un condensator terestru. Intensitatea acestui câmp este distribuită foarte neuniform pe înălțime: este maximă la suprafața Pământului și este de aproximativ 150 V/m. Odată cu înălțimea scade aproximativ conform legii exponențiale și la o altitudine de 10 km este de aproximativ 3% din valoarea de la suprafața Pământului.

Astfel, aproape tot câmpul electric este concentrat în stratul inferior al atmosferei, lângă suprafața Pământului. Vectorul forței câmpului electric al Pământului E este îndreptat în cazul general în jos. Câmpul electric al Pământului, ca orice câmp electric, acționează asupra sarcinilor cu o anumită forță F, care împinge sarcinile pozitive în jos pe pământ și sarcinile negative în sus în nori.

Toate acestea pot fi văzute în fenomenele naturale. Uraganele, furtunile tropicale și multe cicloane fac furori constant pe Pământ. De exemplu, creșterea aerului în timpul unui uragan are loc în principal datorită diferenței de densitate a aerului la periferia uraganului și în centrul acestuia - turnul de căldură, dar nu numai. O parte din lift (aproximativ o treime) este asigurată de câmpul electric al Pământului, conform legii lui Coulomb.

Oceanul în timpul unei furtuni este un câmp imens presărat cu puncte și nervuri, pe care se concentrează sarcinile negative și puterea câmpului electric al Pământului. Evaporarea moleculelor de apă în astfel de condiții captează cu ușurință sarcinile negative și le duc cu ele. Și câmpul electric al Pământului, în deplină conformitate cu legea lui Coulomb, mișcă aceste sarcini în sus, adăugând portanță aerului.

Astfel, generatorul electric global al Pământului își cheltuiește o parte din puterea pentru întărirea vârtejurilor atmosferice de pe planetă - uragane, furtuni, cicloane etc. În plus, un astfel de consum de energie nu afectează în niciun fel magnitudinea câmpului electric al Pământului. .

Câmpul electric al Pământului este supus fluctuațiilor: iarna este mai puternic decât vara, atinge maximul zilnic la ora 19:00 GMT și depinde și de starea vremii. Dar aceste fluctuații nu depășesc 30% din valoarea sa medie. În unele cazuri rare, în anumite condiții meteorologice, puterea acestui câmp poate crește de mai multe ori.

În timpul unei furtuni, câmpul electric se modifică într-o gamă largă și poate schimba direcția în sens opus, dar acest lucru se întâmplă într-o zonă mică, direct sub celula de furtună și pentru o perioadă scurtă de timp.

Pentru început, industria agricolă a fost distrusă din pământ. Ce urmeaza? Nu este timpul să strângem pietre? Nu este timpul să unim toate forțele creative pentru a oferi sătenilor și locuitorilor de vară acele noi produse care vor crește semnificativ recoltele, vor reduce munca manuală, vor găsi noi căi în genetică... Aș sugera ca cititorii revistei să fie autori ai rubricii „Pentru locuitorii de la țară și de vară”. Voi începe cu vechea mea lucrare „Câmp electric și randament”.

În 1954, când eram student la Academia Militară de Comunicații din Leningrad, am devenit pasionat de procesul de fotosinteză și am efectuat un test interesant de creștere a cepei pe un pervaz. Ferestrele camerei în care am locuit erau orientate spre nord și, prin urmare, becurile nu puteau primi soarele. Am plantat cinci bulbi în două cutii alungite. Am luat pământul în același loc pentru ambele cutii. Nu am avut îngrășăminte, adică. au fost create ca și cum aceleași condiții pentru creștere. Deasupra unei cutii deasupra, la o distanță de jumătate de metru (Fig. 1), am așezat o placă metalică, de care am atașat un fir de la un redresor de înaltă tensiune +10.000 V și am înfipt un cui în pământul acestuia. cutie, la care am conectat un fir "-" de la redresor.

Am făcut acest lucru pentru ca, conform teoriei mele despre cataliză, crearea unui potențial ridicat în zona plantelor să ducă la o creștere a momentului dipol al moleculelor care participă la reacția de fotosinteză, iar zilele de testare au trecut. În două săptămâni am descoperit că plantele cresc mai eficient într-o cutie cu câmp electric decât într-o cutie fără „câmp”! 15 ani mai târziu, acest experiment s-a repetat la institut, când a fost necesar să se realizeze cultivarea plantelor într-o navă spațială. Acolo, fiind într-un loc închis de câmpuri magnetice și electrice, plantele nu s-au putut dezvolta. Au trebuit să creeze un câmp electric artificial, iar acum plantele supraviețuiesc pe nave spațiale. Și dacă locuiești într-o casă din beton armat, și chiar și la ultimul etaj, plantele tale din casă nu suferă de lipsa unui câmp electric (și magnetic)? Înfige un cui în pământul ghiveciului și conectează firele de la acesta la o baterie de încălzire fără vopsea sau rugină. În acest caz, planta dumneavoastră se va apropia de condițiile de viață într-un spațiu deschis, ceea ce este foarte important pentru plante și pentru oameni!

Dar încercările mele nu s-au încheiat aici. Trăind în Kirovograd, am decis să cresc roșii pe pervaz. Totuși, iarna a venit atât de repede încât nu am avut timp să dezgrop tufe de roșii în grădină pentru a le transplanta în ghivece de flori. Am dat peste un tufiș înghețat cu o mică creangă vie. L-am adus acasă, l-am băgat în apă și... O, bucurie! După 4 zile, rădăcinile albe au crescut din partea inferioară a apendicelui. L-am transplantat într-o oală, iar când a crescut cu lăstari, am început să obțin răsaduri noi prin aceeași metodă. Toată iarna am mâncat roșii proaspete crescute pe pervaz. Dar m-a bântuit întrebarea: este cu adevărat posibilă o astfel de clonare în natură? Poate, vechii din acest oraș mi-au confirmat. Poate, dar...

M-am mutat la Kiev și am încercat să obțin răsaduri de roșii în același mod. Nu mi-a ieșit. Și mi-am dat seama că la Kirovograd am avut succes cu această metodă pentru că acolo, pe vremea când locuiam, apă se punea în rețeaua de alimentare cu apă din fântâni, și nu din Nipru, ca la Kiev. Apele subterane din Kirovograd au o proporție mică de radioactivitate. Acesta este ceea ce a jucat rolul unui stimulator al creșterii sistemului radicular! Apoi am aplicat +1,5 V de la baterie în vârful lăstarului de roșii, iar „-” a adus vasul în care stătea lăstarul în apă (Fig. 2), iar după 4 zile a crescut o „barbă” groasă pe lăstar. in apa! Așa am reușit să clonez lăstarii de roșii.

De curând, m-am săturat să urmăresc udarea plantelor de pe pervaz, am înfipt în pământ o fâșie de fibră de sticlă acoperită cu folie și un cui mare. Am conectat firele de la microampermetru la ele (Fig. 3). Săgeata a deviat imediat, deoarece pământul din oală era umed, iar perechea galvanică cupru-fier a funcționat. O săptămână mai târziu am văzut cum curentul a început să scadă. Așa că era timpul pentru udare... În plus, planta a aruncat frunze noi! Acesta este modul în care plantele răspund la electricitate.

V.V. Markevici

În această lucrare, ne întoarcem la unul dintre cele mai interesante și promițătoare domenii de cercetare - efectul condițiilor fizice asupra plantelor.

Studiind literatura de specialitate pe această temă, am aflat că cu ajutorul unor echipamente extrem de sensibile, profesorul P.P. Și potențialele celulare nu sunt atât de mici.

Descarca:

Previzualizare:

FIZICĂ

BIOLOGIE

Plantele și potențialul lor electric.

Completat de: V.V. Markevici

GBOU OSH № 740 Moscova

Clasa a 9-a

Șef: Kozlova Violetta Vladimirovna

profesor de fizică și matematică

Moscova 2013

1. Introducere

1. Relevanţă
2. Scopurile și obiectivele lucrării
3. Metode de cercetare
4. Semnificația muncii

1. Analiza literaturii studiate pe tema „Electricitatea în viață

plante"

1. Ionizarea aerului din interior

1. Metoda și tehnica cercetării

1. Studiul curenților de deteriorare în diverse instalații

1. Experimentul #1 (cu lămâi)
2. Experimentul # 2 (cu un măr)
3. Experimentul # 3 (cu o frunză de plantă)

1. Studiul efectului unui câmp electric asupra germinării semințelor

1. Experimente pentru a observa efectul aerului ionizat asupra germinării semințelor de mazăre
2. Experimente pentru a observa efectul aerului ionizat asupra germinării semințelor de fasole

1. concluzii

1. Concluzie
2. Literatură

1. Introducere

„Oricât de uimitoare sunt fenomenele electrice,

inerente materiei anorganice, ele nu merg

nicio comparație cu cele asociate cu

procesele vieții”.

Michael Faraday

În această lucrare, ne întoarcem la unul dintre cele mai interesante și promițătoare domenii de cercetare - efectul condițiilor fizice asupra plantelor.

Studiind literatura de specialitate pe această temă, am aflat că cu ajutorul unor echipamente extrem de sensibile, profesorul P.P. Și potențialele celulare nu sunt atât de mici. De exemplu, la unele alge ele ajung la 0,15 V.

„Dacă se adună 500 de perechi de jumătăți de mazăre într-o anumită ordine într-o serie, atunci tensiunea electrică finală va fi de 500 de volți... Bine că bucătarul nu știe de pericolul care îl amenință atunci când pregătește acest preparat special, și din fericire pentru el, mazărea nu se conectează în serii ordonate."Această afirmație a cercetătorului indian J. Boss se bazează pe un experiment științific riguros. A conectat părțile interioare și exterioare ale mazărei cu un galvanometru și a încălzit-o la 60 ° C. În același timp, dispozitivul a arătat o diferență de potențial de 0,5 V.

Cum se întâmplă asta? Pe ce principiu funcționează generatoarele vii și bateriile? Eduard Trukhan, candidat la științe fizice și matematice, șef adjunct al Departamentului de sisteme vii la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, consideră că unul dintre cele mai importante procese din celula vegetală este procesul de asimilare a energiei solare, procesul a fotosintezei.

Deci, dacă în acel moment oamenii de știință reușesc să „desparte” particulele încărcate pozitiv și negativ în direcții diferite, atunci, teoretic, vom avea la dispoziție un minunat generator viu, pentru care apa și lumina soarelui ar servi drept combustibil și, în plus energie, ar produce și oxigen pur.

Poate că un astfel de generator va fi creat în viitor. Dar pentru a realiza acest vis, oamenii de știință vor trebui să muncească din greu: trebuie să selecteze cele mai potrivite plante și poate chiar să învețe cum să producă boabe de clorofilă în mod artificial, să creeze un fel de membrane care să permită separarea sarcinilor. Se pare că o celulă vie, care stochează energie electrică în condensatori naturali - membranele intracelulare ale formațiunilor celulare speciale, mitocondriile, o folosește apoi pentru a efectua multe lucrări: construirea de noi molecule, atragerea nutrienților în celulă, reglarea propriei temperaturi ... Și asta nu este tot. Cu ajutorul electricității, planta în sine efectuează multe operații: respiră, se mișcă, crește.

Relevanţă

Deja astăzi se poate susține că studiul vieții electrice a plantelor este benefic pentru agricultură. Chiar și IV Michurin a efectuat experimente cu privire la efectul curentului electric asupra germinării răsadurilor hibride.

Tratarea semințelor preînsămânțate este cel mai important element al tehnologiei agricole, permițând creșterea germinării acestora și, în cele din urmă, a productivității plantelor, iar acest lucru este deosebit de important în vara noastră nu foarte lungă și caldă.

1. Scopurile și obiectivele lucrării

Scopul acestei lucrări este de a studia prezența potențialelor bioelectrice în plante și de a studia efectul unui câmp electric asupra germinării semințelor.

Pentru atingerea scopului cercetării, este necesar să se rezolve următoarele sarcini :

1. Studiul principalelor prevederi privind doctrina potențialelor bioelectrice și influența unui câmp electric asupra activității vitale a plantelor.
2. Efectuarea de experimente pentru detectarea și observarea curenților de deteriorare în diferite plante.
3. Efectuarea de experimente pentru observarea efectului unui câmp electric asupra germinării semințelor.

1. Metode de cercetare

Pentru îndeplinirea sarcinilor de cercetare se folosesc metode teoretice și practice. Metoda teoretică: căutarea, studiul și analiza literaturii științifice și populare pe această temă. Se folosesc metode practice de cercetare: observatie, masurare, experimente.

1. Semnificația muncii

Materialul acestei lucrări poate fi folosit în lecțiile de fizică și biologie, deoarece manualele nu acoperă această problemă importantă. Și metoda de efectuare a experimentelor - ca material pentru lecțiile practice ale cursului opțional.

1. Analiza literaturii studiate

Istoria cercetării proprietăților electrice ale plantelor

Una dintre trăsăturile caracteristice ale organismelor vii este capacitatea de a irita.

Charles Darwin acorda o mare importanță iritabilității plantelor. El a studiat în detaliu caracteristicile biologice ale reprezentanților insectivore din lumea plantelor, care sunt foarte sensibili, și a prezentat rezultatele cercetării în minunata carte „Despre plantele insectivore”, publicată în 1875. În plus, diverse mișcări ale plantelor au atras atenția marelui naturalist. Luate împreună, toate studiile au sugerat că organismul vegetal este remarcabil de asemănător cu animalul.

Utilizarea pe scară largă a metodelor electrofiziologice a permis fiziologilor animalelor să realizeze progrese semnificative în acest domeniu de cunoaștere. S-a constatat că în organismele animalelor apar constant curenți electrici (biocurenți), a căror răspândire duce la reacții motorii. C. Darwin a sugerat că fenomene electrice similare au loc și în frunzele plantelor insectivore, care au o capacitate de mișcare destul de pronunțată. Cu toate acestea, el însuși nu a testat această ipoteză. La cererea sa, experimente cu planta Venus flytrap au fost efectuate în 1874 de către un fiziolog de la Universitatea din Oxford.Burdan Sanderson... După ce a conectat o frunză a acestei plante la un galvanometru, omul de știință a remarcat că săgeata a deviat imediat. Aceasta înseamnă că impulsurile electrice apar în frunza vie a acestei plante insectivore. Când cercetătorul a iritat frunzele atingând perii aflați pe suprafața acestora, acul galvanometrului s-a deviat în sens invers, ca în experimentul cu mușchiul animalului.

fiziolog german Hermann Munch , care și-a continuat experimentele, în 1876 a ajuns la concluzia că frunzele capcanei de muște Venus sunt similare electromotor cu nervii, mușchii și organele electrice ale unor animale.

În Rusia s-au folosit metode electrofiziologiceN.K. Levakovskypentru a studia fenomenele de iritabilitate la mimoza timidă. În 1867 a publicat o carte intitulată „Despre mișcarea organelor plantelor iritabile”. În experimentele lui N.K. Levakovsky, cele mai puternice semnale electrice au fost observate la acele specimene mimoza care răspundea cel mai viguros la stimulii externi. Dacă mimoza este ucisă rapid prin încălzire, atunci părțile moarte ale plantei nu produc semnale electrice. Autorul a observat și apariția impulsurilor electrice în stamineciulin și ciulin, în tulpinile de frunze de roză.Ulterior s-a constatat că

Potențialele bioelectrice în celulele vegetale

Viața plantelor este asociată cu umiditatea. Prin urmare, procesele electrice din ele se manifestă cel mai pe deplin în modul normal de umidificare și se atenuează în timpul ofilării. Acest lucru se datorează schimbului de sarcini între lichid și pereții vaselor capilare în timpul fluxului de soluții nutritive prin capilarele plantelor, precum și proceselor de schimb de ioni dintre celule și mediu. Cel mai important pentru viață, câmpurile electrice sunt excitate în celule.

Deci, știm că...

1. Polenul transportat de vânt este încărcat negativ‚Se apropie ca dimensiune de încărcarea particulelor de praf în timpul furtunilor de praf. În apropierea plantelor care pierd polen, raportul dintre ionii de lumină pozitivi și negativi se modifică brusc, ceea ce afectează favorabil dezvoltarea ulterioară a plantelor.
2. În practica pulverizării pesticidelor în agricultură, s-a constatat căsubstanțele chimice cu sarcină pozitivă sunt depuse într-o măsură mai mare pe sfeclă și meri, iar substanțele chimice cu sarcină negativă se depun pe liliac.
3. Iluminarea unilaterală a unei frunze excită o diferență de potențial electric între zonele sale iluminate și neluminate și pețiol, tulpină și rădăcină.Această diferență de potențial exprimă răspunsul plantei la schimbările din corpul său asociate cu începutul sau terminarea procesului de fotosinteză.
4. Germinarea semințelor într-un câmp electric puternic(de exemplu, lângă electrodul corona)duce la schimbareînălțimea și grosimea tulpinii și densitatea coroanei plantelor în curs de dezvoltare. aceasta se produce în principal datorită redistribuirii în organismul vegetal sub influența câmpului electric extern al sarcinii spațiale.
5. Locul deteriorat din țesuturile plantelor este întotdeauna încărcat negativzone relativ intacte, iar zonele de moarte ale plantelor capătă o sarcină negativă în raport cu zonele care cresc în condiții normale.
6. Semințele încărcate ale plantelor cultivate au o conductivitate electrică relativ ridicată și, prin urmare, își pierd rapid încărcarea.Semințele de buruieni sunt mai apropiate în proprietățile lor de dielectrici și pot păstra o încărcare mult timp. Acesta este folosit pentru a separa semințele de recoltă de buruieni pe transportor.
7. Diferențele semnificative de potențial în organismul vegetal nu pot fi excitatePentru că plantele nu au un organ electric specializat. Prin urmare, nu există „copac al morții” printre plante, care ar putea ucide ființele vii cu puterea sa electrică.

Efectul electricității atmosferice asupra plantelor

Una dintre trăsăturile caracteristice ale planetei noastre este prezența unui câmp electric constant în atmosferă. Persoana nu-l observă. Dar starea electrică a atmosferei nu este indiferentă lui și altor ființe vii care locuiesc pe planeta noastră, inclusiv plantele. Deasupra Pământului, la o altitudine de 100-200 km, există un strat de particule încărcate pozitiv - ionosfera.
Aceasta înseamnă că atunci când mergi de-a lungul unui câmp, stradă, parc, te miști într-un câmp electric, inhalezi sarcini electrice.

Influența electricității atmosferice asupra plantelor a fost studiată încă din 1748 de mulți autori. Anul acesta starețul Nolet a relatat despre experimente în care a electrificat plantele punându-le sub electrozi încărcați. El a observat accelerarea germinării și a creșterii. Grandieu (1879) a observat că plantele care nu au fost expuse la electricitatea atmosferică deoarece au fost plasate într-o cutie de plasă de sârmă împământată au prezentat o reducere a greutății de 30-50% față de plantele martor.

Lemström (1902) a expus plantele la acțiunea ionilor de aer, plasându-le sub un fir, echipat cu puncte și conectat la o sursă de înaltă tensiune (1 m deasupra nivelului solului, curent ionic 10).-11 - 10 -12 A / cm 2 ), și a constatat o creștere în greutate și lungime de peste 45% (de exemplu, morcovi, mazăre, varză).

Faptul că creșterea plantelor a fost accelerată într-o atmosferă cu o concentrație crescută artificial de ioni mici pozitivi și negativi a fost confirmat recent de Krueger și colegii săi. Ei au descoperit că semințele de ovăz au reacționat la ioni pozitivi și negativi (concentrație de aproximativ 10 4 ioni/cm 3 ) o creștere cu 60% a lungimii totale și o creștere a greutății proaspete și uscate de 25-73%. Analiza chimică a părților aeriene ale plantelor a relevat o creștere a conținutului de proteine, azot și zahăr. În cazul orzului, a avut o creștere și mai mare (cu aproximativ 100%) a elongării totale; creșterea în greutate proaspătă nu a fost mare, dar a existat o creștere marcată a greutății uscate, care a fost însoțită de creșteri corespunzătoare ale proteinelor, azotului și zahărului.

De asemenea, Warden a efectuat experimente cu semințe de plante. El a descoperit că germinarea fasolei verzi și a mazării verzi a devenit mai devreme odată cu creșterea nivelului de ioni de ambele polarități. Procentul final de semințe germinate a fost mai mic cu ionizare negativă comparativ cu lotul martor; germinația în grupul ionizat pozitiv și în grupul martor a fost aceeași. Pe măsură ce răsadurile au crescut, plantele martor și ionizate pozitiv au continuat să crească, în timp ce plantele ionizate negativ se ofilesc și mor.

Influența în ultimii ani a fost o schimbare puternică a stării electrice a atmosferei; diferite regiuni ale Pământului au început să difere unele de altele în starea ionizată a aerului, care se datorează prafului, conținutului de gaz etc. Conductivitatea electrică a aerului este un indicator sensibil al purității sale: cu cât sunt mai multe particule străine în aer, cu atât mai mulți ioni se stabilesc pe ele și, prin urmare, conductivitatea electrică a aerului devine mai mică.
Deci, la Moscova în 1 cm 3 aerul conține 4 sarcini negative, în Sankt Petersburg - 9 astfel de sarcini, în Kislovodsk, unde standardul de puritate a aerului este de 1,5 mii de particule, iar în sudul Kuzbass, în pădurile mixte de la poalele dealurilor, numărul acestor particule ajunge la 6. mie. Aceasta înseamnă că, acolo unde există mai multe particule negative, este mai ușor să respirați, iar acolo unde există praf, o persoană primește mai puțin din ele, deoarece particulele de praf se depun pe ele.
Este bine cunoscut faptul că în apropierea apei care curge rapid aerul împrospătează și revigorează. Conține mulți ioni negativi. În secolul al XIX-lea, s-a stabilit că picăturile mai mari din stropii de apă sunt încărcate pozitiv, iar picăturile mai mici sunt încărcate negativ. Pe măsură ce picăturile mari se depun mai repede, picăturile mici încărcate negativ rămân în aer.
Dimpotrivă, aerul din spațiile închise cu o abundență de tot felul de dispozitive electromagnetice este saturat cu ioni pozitivi. Chiar și o ședere relativ scurtă într-o astfel de cameră duce la letargie, somnolență, amețeli și dureri de cap.

1. Metodologia de cercetare

Studiul curenților de deteriorare în diverse instalații.

1. LITERATURĂ

1. Bogdanov K. Yu. Fizician în vizită la un biolog. - M .: Nauka, 1986.144 p.
2. A.A. Vorotnikov Fizica pentru tineri. - M: Harvest, 1995-121s.
3. Katz Ts.B. Biofizica in lectiile de fizica. - M: Educație, anii 1971-158.
4. Perelman Ya.I. Fizica distractivă. - M: Știință, 1976-432s.
5. Artamonov V.I. Fiziologia plantelor distractive. - M .: Agropromizdat, 1991.
6. Arabadzhi V.I., Enigmele apei de câmpie.- M .: „Cunoaștere”, 1973.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

Corpul ceresc, numit planeta Pământ, are o sarcină electrică, care creează câmpul electric natural al Pământului. Una dintre caracteristicile unui câmp electric este potențialul, iar câmpul electric al pământului este caracterizat și de potențial. Se mai poate spune că, pe lângă câmpul electric natural, există și un curent electric direct natural (DC) al planetei Pământ. Gradientul potențialului Pământului este distribuit de la suprafața sa către ionosferă. Pe vreme bună pentru electricitatea statică, câmpul electric al atmosferei este de aproximativ 150 volți pe metru (V/m) lângă suprafața Pământului, dar această valoare scade exponențial odată cu creșterea altitudinii la 1 V/m sau mai puțin (la o altitudine de 30 V/m). km). Motivul scăderii gradientului este, printre altele, o creștere a conductivității atmosferei.

Dacă purtați haine dintr-un izolator bun, care este un dielectric excelent, de exemplu, haine din nailon, și utilizați exclusiv pantofi de cauciuc și nu aveți niciun obiect metalic pe suprafața hainelor, atunci diferența de potențial dintre sol și se poate măsura coroana capului. Deoarece fiecare metru are 150 volți, atunci cu o creștere de 170 cm, va exista o diferență de potențial de 1,7x150 = 255 volți în partea superioară a capului față de suprafață. Dacă puneți o tigaie de metal pe cap, atunci se va acumula o sarcină de suprafață pe ea. Motivul pentru această colectare de taxe este că îmbrăcămintea din nailon este un bun izolator și pantofi de cauciuc. Împământare, adică nu există un contact conductiv cu pământul. Pentru a nu acumula sarcini electrice pe sine, este necesar să „împământați”. De asemenea, obiectele, lucrurile, clădirile și structurile, în special cele înalte, sunt capabile să acumuleze electricitate atmosferică. Acest lucru poate duce la consecințe neplăcute, deoarece orice sarcină acumulată poate provoca curent electric și spargerea scânteilor în gaze. Astfel de descărcări electrostatice pot deteriora electronicele și pot provoca incendii, în special pentru substanțele inflamabile.

Pentru a nu acumula sarcini de electricitate atmosferică, este suficient să conectați punctul superior cu conductorul electric inferior (la pământ), iar dacă aria este mare, atunci împământarea se realizează sub forma unei celule, a unui circuit, dar, de fapt, se folosește ceea ce se numește „cușcă Faraday”.

Caracteristicile electricității atmosferice

Pământul este încărcat negativ și are o sarcină egală cu 500.000 Coulombs (C) de sarcină electrică. Diferența de potențial este între 300.000 de volți (300 kV) dacă luăm în considerare tensiunea dintre ionosfera încărcată pozitiv și suprafața pământului. Există și un curent continuu de electricitate, de ordinul a 1350 Amperi (A), iar rezistența atmosferei Pământului este de aproximativ 220 ohmi. Aceasta oferă o putere de ieșire de aproximativ 400 de megawați (MW), care este regenerată de activitatea soarelui. Această putere afectează ionosfera Pământului, precum și straturile inferioare, ceea ce provoacă furtuni. Energia electrică care este stocată și stocată în atmosfera pământului este de aproximativ 150 gigajouli (GJ).

Sistemul Pământ-Ionosferă acționează ca un condensator gigant cu o capacitate de 1,8 Faradi. Având în vedere dimensiunea enormă a suprafeței Pământului, există doar 1 nC de sarcină electrică pe 1 metru pătrat de suprafață.

Electrosfera Pământului se extinde de la nivelul mării până la o altitudine de aproximativ 60 km. În straturile superioare, unde sunt mulți ioni liberi și această parte a sferei se numește ionosferă, conductivitatea este maximă, deoarece există purtători de sarcină liberi. Se poate spune că potențialul din ionosferă este nivelat, deoarece această sferă este considerată în esență un conductor de curent electric, există curenți în gaze și un curent de transfer în ea. Sursa ionilor liberi este radioactivitatea soarelui. Un flux de particule încărcate care vine de la Soare și spațiu „elimină” electronii din moleculele de gaz, ceea ce duce la ionizare. Cu cât este mai mare de la suprafața mării, cu atât conductivitatea atmosferei este mai mică. La suprafața mării, conductivitatea electrică a aerului este de aproximativ 10 -14 Siemens / m (S / m), dar crește rapid odată cu creșterea altitudinii, iar la o altitudine de 35 km este deja de 10 -11 S / m. La această altitudine, densitatea aerului este de doar 1% din cea de la suprafața mării. În plus, odată cu creșterea altitudinii, conductivitatea se modifică neomogen, deoarece influențează câmpul magnetic al Pământului și fluxurile de fotoni de la Soare. Aceasta înseamnă că conductivitatea electrosferei peste 35 km de nivelul mării este neuniformă, în funcție de momentul zilei (fluxul fotonic) și de locația geografică (câmpul magnetic al Pământului).

Pentru ca o defecțiune electrică să apară între doi electrozi paraleli plati (distanța dintre care este de 1 metru), care se află la nivelul mării, în aer uscat, este necesară o intensitate a câmpului de 3000 kV/m. Dacă acești electrozi sunt ridicați la o înălțime de 10 km față de nivelul mării, atunci va fi necesar doar 3% din această intensitate, adică 90 kV / m este suficient. Dacă electrozii sunt reuniți astfel încât distanța dintre ei să fie de 1 mm, atunci este necesară o tensiune de 1000 de ori mai mică pentru defecțiune, adică 3 kV (nivelul mării) și 9 V (la o altitudine de 10 km).

Valoarea naturală a intensității câmpului electric al Pământului la suprafața sa (nivelul mării) este de aproximativ 150 V / m, ceea ce este mult mai mic decât valorile necesare pentru defalcarea între electrozi chiar și într-un interval de 1 mm (3 kV). / m este necesar).

De unde vine potențialul câmpului electric al Pământului?

După cum am menționat mai sus, Pământul este un condensator, dintre care o placă este suprafața Pământului, iar cealaltă placă a unui supercondensator este regiunea ionosferei. Pe suprafața Pământului, sarcina este negativă, iar în spatele ionosferei, este pozitivă. La fel ca suprafața Pământului, ionosfera este, de asemenea, un conductor, iar stratul de atmosferă dintre ele este un gaz dielectric neomogen. Sarcina pozitivă a ionosferei se formează din cauza radiației cosmice, dar ce încarcă suprafața Pământului cu o sarcină negativă?

Pentru claritate, trebuie să vă amintiți cum este încărcat un condensator electric convențional. Este inclus într-un circuit electric la o sursă de curent și este încărcat la tensiunea maximă de pe plăci. Pentru un condensator precum Pământul, se întâmplă ceva similar. În același mod, o anumită sursă trebuie să pornească, trebuie să curgă un curent și pe plăci se formează sarcini opuse. Gândiți-vă la fulgere, care sunt de obicei însoțite de furtuni. Aceste fulgere sunt chiar circuitul electric care încarcă Pământul.

Fulgerul care lovește suprafața Pământului este sursa care încarcă suprafața Pământului cu o sarcină negativă. Fulgerul are un curent de aproximativ 1800 de amperi, iar numărul de furtuni și fulgere pe zi este mai mare de 300. Un nor de tunete are polaritate. Partea sa superioară la o altitudine de aproximativ 6-7 km la o temperatură a aerului de aproximativ -20 ° C este încărcată pozitiv, iar partea inferioară la o altitudine de 3-4 km la o temperatură a aerului de la 0 ° la -10 ° C este încărcat negativ. Încărcarea din partea de jos a norului de tunete este suficientă pentru a crea o diferență de potențial cu suprafața Pământului de 20-100 de milioane de volți. O sarcină de fulger este de obicei de ordinul a 20-30 Coulomb (C) de electricitate. Fulgerul lovește descărcări între nori și între nori și suprafața Pământului. Fiecare reîncărcare durează aproximativ 5 secunde, astfel încât fulgerele pot apărea cu această ordine, dar asta nu înseamnă că o descărcare va avea loc neapărat în 5 secunde.

Fulger

Descărcarea atmosferică sub formă de fulger are o structură destul de complexă. În orice caz, acesta este fenomenul curentului electric în gaze, care apare atunci când sunt îndeplinite condițiile necesare pentru descompunerea gazului, adică ionizarea moleculelor de aer. Cel mai curios este că atmosfera Pământului acționează ca un dinam continuu care încarcă negativ suprafața Pământului. Fiecare fulger lovește cu condiția ca suprafața Pământului să fie lipsită de sarcini negative, ceea ce asigură diferența de potențial necesară pentru descărcare (ionizarea gazului).

De îndată ce fulgerul lovește pământul, sarcina negativă curge la suprafață, dar după aceea partea inferioară a norului de tunete este descărcată și potențialul său se modifică, devine pozitivă. În plus, există un curent invers și sarcina în exces care a căzut pe suprafața Pământului se mișcă în sus, încărcând din nou norul de tunete. După aceea, procesul poate fi repetat din nou, dar cu valori mai mici ale tensiunii și curentului electric. Acest lucru se întâmplă atâta timp cât există condiții pentru ionizarea gazelor, diferența de potențial necesară și un exces de sarcină electrică negativă.

Rezumând, putem spune că fulgerul lovește în trepte, creând astfel un circuit electric prin care curentul curge în gaze, alternând în direcție. Fiecare reîncărcare fulger durează aproximativ 5 secunde și lovește doar atunci când există condițiile necesare pentru aceasta (tensiune de defectare și ionizarea gazelor). Tensiunea dintre începutul și sfârșitul fulgerului poate fi de aproximativ 100 de milioane de volți, iar curentul mediu este de aproximativ 1800 de amperi. Curentul de vârf atinge mai mult de 10.000 de amperi, iar sarcina transferată este de 20-30 de coulombi de electricitate.