Elektrik ve manyetik alanların insan ve hayvan organizmaları üzerindeki biyolojik etkisi oldukça fazla çalışılmıştır. Bu durumda gözlemlenen etkiler, ortaya çıkarlarsa, hala net değildir ve belirlenmesi zor olduğundan, bu konu güncelliğini korumaktadır.

Gezegenimizdeki manyetik alanların ikili bir kökeni vardır - doğal ve antropojenik. Manyetik fırtınalar olarak adlandırılan doğal manyetik alanlar, Dünya'nın manyetosferinden kaynaklanır. Antropojenik manyetik rahatsızlıklar, doğal olanlardan daha küçük bir alanı kaplar, ancak tezahürleri çok daha yoğundur ve bu nedenle daha somut hasarlar getirir. Teknik aktivitenin bir sonucu olarak, bir kişi, Dünya'nın doğal manyetik alanından yüzlerce kat daha güçlü olan yapay elektromanyetik alanlar yaratır. Antropojenik radyasyon kaynakları şunlardır: güçlü radyo verici cihazlar, elektrikli araçlar, elektrik hatları.

Bazı elektromanyetik radyasyon kaynaklarının frekans aralığı ve dalga boyları

En güçlü elektromanyetik dalga uyarıcılarından biri endüstriyel frekans akımlarıdır (50 Hz). Böylece, doğrudan elektrik hattının altındaki elektrik alanının gücü, toprağın gücünü düşürme özelliği nedeniyle, hattan 100 m mesafede, yoğunluk düşerse de, toprak metre başına birkaç bin volta ulaşabilir. keskin bir şekilde metre başına birkaç on volta kadar.

Elektrik alanının biyolojik etkileri üzerine yapılan araştırmalar, halihazırda 1 kV / m'lik bir güçte, üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olduğunu buldu. gergin sistem sırayla vücuttaki endokrin aparatının ve metabolizmasının (bakır, çinko, demir ve kobalt) bozukluklarına yol açan insan, fizyolojik işlevleri bozar: kalp hızı, kan basıncı, beyin aktivitesi, metabolik süreçler ve bağışıklık aktivitesi.

1972'den beri, 10 kV / m'den daha güçlü elektrik alanlarının insanlar ve hayvanlar üzerindeki etkisinin dikkate alındığı yayınlar ortaya çıkmıştır.

Manyetik alan kuvveti akımla orantılı ve mesafeyle ters orantılı; elektrik alanının gücü voltaj (yük) ile orantılı ve mesafe ile ters orantılıdır. Bu alanların parametreleri voltaj sınıfına bağlıdır, Tasarım özellikleri ve yüksek voltajlı elektrik hatlarının geometrik boyutları. Güçlü ve genişletilmiş bir kaynağın görünümü elektromanyetik alan ekosistemin oluştuğu doğal faktörlerde bir değişikliğe yol açar. Elektrik ve manyetik alanlar insan vücudunda yüzey yüklerini ve akımlarını indükleyebilir.

Çalışmalar, bir elektrik alanın neden olduğu insan vücudundaki maksimum akımın, bir manyetik alanın neden olduğu akımdan çok daha yüksek olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, manyetik alanın zararlı etkisi, yalnızca yoğunluğu yaklaşık 200 A / m olduğunda ortaya çıkar, bu, hat fazının tellerinden 1-1.5 m mesafede gerçekleşir ve voltaj altında çalışırken yalnızca bakım personeli için tehlikelidir. . Bu durum, endüstriyel frekanslı manyetik alanların elektrik hatları altındaki insanlar ve hayvanlar üzerinde biyolojik bir etkisinin olmadığı sonucuna varmayı mümkün kılmıştır. trafik geçişi için bir engel. farklı şekiller su ve kara faunası.

AC güç hattının altında duran bir kişiye etki eden elektrik ve manyetik alanların kuvvet çizgileri

Güç iletiminin (kablo sarkması) tasarım özelliklerine dayanarak, alanın en büyük etkisi, insan büyümesi düzeyinde aşırı ve ultra yüksek voltaj hatlarının yoğunluğunun 5 - 20 olduğu açıklığın ortasında kendini gösterir. kV/m ve üzeri, gerilim sınıfına ve hat tasarımına bağlı olarak.

Tellerin askı yüksekliğinin en fazla olduğu ve mesnetlerin perdeleme etkisinin etkilediği mesnetlerde alan kuvveti en küçüktür. Elektrik hatlarının altında insanlar, hayvanlar, araçlar olabileceğinden, canlıların uzun ve kısa bir süre kalışlarının olası sonuçlarını değerlendirmek gerekir. Elektrik alanıçeşitli gerilimler

Elektrik alanlarına en duyarlı olanlar, onları yerden izole eden ayakkabılar ve ayaklı insanlardır. Hayvan toynakları da iyi bir yalıtkandır. Bu durumda indüklenen potansiyel 10 kV'a ulaşabilir ve topraklanmış bir nesneye (bir çalı dalı, bir çim bıçağı) dokunurken vücuttan geçen akım darbesi 100 - 200 μA'dır. Bu tür akım dürtüleri vücut için güvenlidir, ancak hoş olmayan duyumlar, toynakların yaz aylarında yüksek voltajlı elektrik hatlarının güzergahından kaçınmasına neden olur.

Bir elektrik alanının bir kişi üzerindeki etkisinde, vücudundan akan akımlar baskın bir rol oynar. Bu, içinde kan ve lenf dolaşımı olan organların baskın olduğu insan vücudunun yüksek iletkenliği ile belirlenir.

Şu anda, hayvanlar ve gönüllü insanlar üzerinde yapılan deneyler, iletkenliği 0.1 μA/cm ve daha düşük olan bir akım yoğunluğunun beynin işleyişini etkilemediğini ortaya koymuştur, çünkü genellikle beyinde akan impuls biyoakımları, bu tür akımların yoğunluğunu önemli ölçüde aşmaktadır. bir iletim akımı.

1 μA / cm'lik bir iletkenlik akım yoğunluğunda, bir kişinin gözünde ışık halkaları titrer, daha yüksek akım yoğunlukları, görünüme yol açan sinir ve kas hücrelerinin yanı sıra duyusal reseptörlerin uyarılmasının eşik değerlerini zaten yakalar. korku, istemsiz motor reaksiyonlar.

Önemli yoğunluktaki bir elektrik alanı bölgesinde yerden izole edilmiş nesnelere dokunan bir kişinin olması durumunda, kalp bölgesindeki akım yoğunluğu, “altta yatan” koşulların durumuna (ayakkabı tipi, toprak durumu vb.) .), ancak bu değerlere zaten ulaşabilir.

Emax == 15 kV/m'ye (6,225 mA) karşılık gelen bir maksimum akımla, bu akımın bilinen bir kısmı kafa bölgesinden (yaklaşık 1/3) ve kafa alanından (yaklaşık 100 cm) akar, akım yoğunluğu<0,1 мкА/см, что и подтверждает допустимость принятой напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

İnsan sağlığı için sorun, dokularda indüklenen akım yoğunluğu ile dış alanın manyetik indüksiyonu arasındaki ilişkiyi belirlemektir, V. Akım yoğunluğunun hesaplanması

kesin yolunun vücut dokularındaki iletkenlik dağılımına bağlı olması gerçeğiyle karmaşıktır.

Böylece, beynin özgül iletkenliği y=0.2 cm/m ve kalp kası y=0.25 cm/m ile belirlenir. Kafanın yarıçapını 7,5 cm ve kalbin yarıçapını 6 cm olarak alırsak, her iki durumda da yR çarpımı aynıdır. Bu nedenle, kalp ve beyin çevresindeki akım yoğunluğu için bir fikir verilebilir.

Sağlık açısından güvenli olan manyetik indüksiyonun 50 veya 60 Hz frekansında yaklaşık 0,4 mT olduğu tespit edilmiştir. Manyetik alanlarda (3 ila 10 mT, f = 10 - 60 Hz), göz küresine basıldığında meydana gelenlere benzer şekilde ışık titremelerinin görünümü gözlendi.

E şiddeti büyüklüğünde bir elektrik alanı tarafından insan vücudunda indüklenen akımın yoğunluğu aşağıdaki gibi hesaplanır:

beyin ve kalp bölgeleri için farklı k katsayıları ile.

k=3-10 -3 cm/Hzm değeri.

Alman bilim adamlarına göre, test edilen erkeklerin %5'inin saç titreşiminin hissedildiği alan kuvveti 3 kV/m, test edilen erkeklerin %50'si için ise 20 kV/m'dir. Şu anda, alanın hareketinin neden olduğu duyumların herhangi bir olumsuz etki yarattığına dair bir kanıt yoktur. Akım yoğunluğunun biyolojik etki ile ilişkisi ile ilgili olarak, tabloda sunulan dört alan ayırt edilebilir.

Akım yoğunluğunun ikinci aralığı, bir kardiyak döngü mertebesinde maruz kalma sürelerini ifade eder, yani bir insan için yaklaşık 1 sn. Daha kısa maruz kalmalar için eşikler daha yüksektir. Alan kuvvetinin eşik değerini belirlemek için, laboratuvarda insanlar üzerinde 10 ila 32 kV/m'lik bir alan kuvvetinde fizyolojik çalışmalar yapılmıştır. 5 kV/m gerilimde, insanların %80'inin topraklanmış nesnelere dokunduklarında deşarj sırasında ağrı hissetmediği tespit edilmiştir. Koruyucu ekipman kullanılmadan elektrik tesisatlarında çalışırken standart olarak kabul edilen bu değerdi.

Bir kişinin elektrik alanında harcadığı izin verilen sürenin, eşikten daha fazla E kuvveti olan bağımlılığı, denklemle yaklaşık olarak hesaplanır.

Bu koşulun yerine getirilmesi, vücudun fizyolojik durumunun gün boyunca artık reaksiyonlar ve fonksiyonel veya patolojik değişiklikler olmaksızın kendi kendini iyileştirmesini sağlar.

Sovyet ve yabancı bilim adamları tarafından yürütülen elektrik ve manyetik alanların biyolojik etkilerine ilişkin çalışmaların ana sonuçlarını tanıyalım.

Elektrik alanlarının personel üzerindeki etkisi

Çalışmalar sırasında, her çalışanın ön kolunun üst kısmına entegre bir dozimetre sabitlendi. Yüksek gerilim hatlarındaki işçiler için ortalama günlük maruziyetin 1.5 kV/(m-h) ile 24 kV/(m-h) arasında değiştiği bulundu. Çok nadir durumlarda maksimum değerler not edilir. Çalışmadan elde edilen verilerden, tarlalarda maruz kalma ile insanların genel sağlığı arasında gözle görülür bir ilişki olmadığı sonucuna varılabilir.

İnsan ve hayvan kılları üzerinde elektrostatik etki

Cilt yüzeyinde hissedilen alanın etkisinin, saç üzerindeki elektrostatik kuvvetlerin etkisinden kaynaklandığı hipotezi ile bağlantılı olarak araştırma yapılmıştır. Sonuç olarak, 50 kV/m'lik bir alan kuvvetinde, deneğin özel cihazlar tarafından kaydedilen saç titreşimiyle ilişkili kaşıntı hissettiği tespit edildi.

Elektrik alanının bitkiler üzerindeki etkisi

Deneyler, 0 ila 50 kV/m'lik bir kuvvete sahip, bozulmamış bir alanda özel bir odada gerçekleştirildi. Bitkinin konfigürasyonuna ve içindeki ilk nem içeriğine bağlı olarak, 20 ila 50 kV/m'lik bir maruziyette yaprak dokusunda hafif bir hasar tespit edildi. Keskin kenarlı bitki kısımlarında doku nekrozu gözlenmiştir. 50 kV/m gerilimde düzgün yuvarlak yüzeyli kalın bitkiler zarar görmemiştir. Hasar, tepenin bitkilerin çıkıntılı kısımlarındaki bir sonucudur. En zayıf bitkilerde, maruziyetten 1-2 saat sonra hasar gözlemlendi. Daha da önemlisi, uçları çok keskin olan buğday fidelerinde, 20 kV/m gibi nispeten düşük bir gerilimde taç ve hasar görülmüştür. Bu, çalışmalarda en düşük hasar eşiğiydi.

Bitki doku hasarının en olası mekanizması termaldir. Alan gücü koronaya neden olacak kadar yüksek olduğunda ve yaprağın ucundan yüksek yoğunluklu bir korona akımı aktığında doku yaralanması meydana gelir. Yaprak dokusunun direnci üzerine aynı anda açığa çıkan ısı, nispeten hızlı bir şekilde su kaybeden, kuruyan ve büzülen dar bir hücre tabakasının ölümüne yol açar. Ancak bu işlemin bir sınırı vardır ve kurumuş bitki yüzeyi yüzdesi küçüktür.

Elektrik alanının hayvanlar üzerindeki etkisi

Araştırma iki yönde gerçekleştirildi: biyosistem düzeyindeki çalışma ve tespit edilen etkilerin eşiklerinin incelenmesi. 80 kV/m gerilimli bir tarlaya yerleştirilen tavuklar arasında ağırlık, canlılık ve düşük ölüm oranlarında artış oldu. Alan algılama eşiği evcil güvercinlerde ölçülmüştür. Güvercinlerin, düşük güçlü elektrik alanlarını tespit etmek için bir tür mekanizmaya sahip olduğu gösterilmiştir. Herhangi bir genetik değişiklik gözlenmedi. Yüksek bir elektrik alanına maruz kalan hayvanların, deney koşullarına bağlı olarak yabancı faktörlerden dolayı bir mini şok yaşayabileceği, bunun da deneklerde bir miktar endişe ve uyarılmaya yol açabileceği kaydedilmiştir.

Bazı ülkelerde, havai elektrik hatları alanındaki alan gücü sınırlarını sınırlayan düzenleyici belgeler bulunmaktadır. İspanya'da maksimum 20 kV/m'lik bir voltaj tavsiye edilmiştir ve aynı değer şu anda Almanya'da sınır olarak kabul edilmektedir.

Elektromanyetik alanın canlı organizmalar üzerindeki etkilerine ilişkin kamu bilinci artmaya devam ediyor ve bu etkilerle ilgili bazı ilgi ve endişeler, özellikle havai elektrik hatlarının yakınında yaşayan insanlar üzerinde ilgili tıbbi araştırmaların sürdürülmesine yol açacaktır.

Dünyamız ve diğer gezegenlerin hem manyetik hem de elektrik alanları vardır. Dünyanın bir elektrik alanına sahip olduğu gerçeği yaklaşık 150 yıl önce biliniyordu. Güneş sistemindeki gezegenlerin elektrik yükü, gezegenlerin maddesinin elektrostatik indüksiyon ve iyonlaşmasının etkileri nedeniyle Güneş tarafından oluşturulur. Manyetik alan, yüklü gezegenlerin eksenel dönüşü nedeniyle oluşur. Dünyanın ve gezegenlerin ortalama manyetik alanı, negatif elektrik yükünün ortalama yüzey yoğunluğuna, eksenel dönüşün açısal hızına ve gezegenin yarıçapına bağlıdır. Bu nedenle, Dünya (ve diğer gezegenler), ışığın bir mercekten geçişine benzetilerek, bir elektrik alanı kaynağı olarak değil, bir elektrik merceği olarak düşünülmelidir.

Bu, Dünya'nın Güneş'e bir elektrik kuvveti yardımıyla bağlı olduğu, Güneş'in kendisinin bir manyetik kuvvet yardımıyla Galaksinin merkezine bağlı olduğu ve Galaksinin merkezinin merkezi küme ile bağlantılı olduğu anlamına gelir. bir elektrik kuvvetinin yardımıyla galaksiler.

Gezegenimiz elektriksel olarak yaklaşık 300.000 volta şarj edilmiş küresel bir kapasitör gibidir. İç küre - Dünya'nın yüzeyi - negatif yüklü, dış küre - iyonosfer - pozitif yüklü. Dünya'nın atmosferi bir yalıtkan görevi görür.

İyonik ve konvektif kapasitör kaçak akımları, atmosferde sürekli olarak akar ve bu da binlerce ampere ulaşır. Ancak buna rağmen kapasitör plakaları arasındaki potansiyel farkı azalmaz.

Bu, doğada, kapasitör plakalarından yük sızıntısını sürekli olarak yenileyen bir jeneratörün (G) olduğu anlamına gelir. Böyle bir jeneratör, güneş rüzgarının akışında gezegenimizle birlikte dönen Dünya'nın manyetik alanıdır.

Herhangi bir yüklü kapasitörde olduğu gibi, dünyanın kapasitöründe bir elektrik alanı vardır. Bu alanın yoğunluğu yükseklik boyunca çok düzensiz dağılmıştır: Dünya yüzeyinde maksimumdur ve yaklaşık 150 V/m'dir. Yükseklikle üstel yasaya göre yaklaşık olarak azalır ve 10 km yükseklikte Dünya yüzeyindeki değerin yaklaşık %3'ü kadardır.

Böylece, neredeyse tüm elektrik alanı, Dünya yüzeyine yakın atmosferin alt katmanında yoğunlaşmıştır. Dünyanın elektrik alan şiddeti vektörü E genellikle aşağı doğru yönlendirilir. Dünyanın elektrik alanı, herhangi bir elektrik alanı gibi, pozitif yükleri yere ve negatif yükleri bulutlara iten belirli bir F kuvveti ile yükler üzerinde hareket eder.

Bütün bunlar doğal olaylarda görülebilir. Kasırgalar, tropik fırtınalar ve birçok siklon Dünya'da sürekli öfkelenir. Örneğin, bir kasırga sırasında havanın yükselmesi, esas olarak kasırganın çevresindeki ve merkezindeki hava yoğunluğundaki farktan kaynaklanır - sadece termal kule değil. Kaldırma kuvvetinin bir kısmı (yaklaşık üçte biri), Coulomb yasasına göre Dünya'nın elektrik alanı tarafından sağlanır.

Bir fırtına sırasında okyanus, üzerinde negatif yüklerin ve Dünya'nın elektrik alanının yoğunluğunun yoğunlaştığı sivri ve kaburgalarla dolu devasa bir alandır. Bu koşullar altında buharlaşan su molekülleri, negatif yükleri kolayca yakalar ve onlarla birlikte götürür. Ve Dünya'nın elektrik alanı, Coulomb yasasına tam olarak uygun olarak, bu yükleri yukarı doğru hareket ettirerek havaya kaldırma kuvveti ekler.

Bu nedenle, Dünya'nın küresel elektrik jeneratörü, gücünün bir kısmını gezegendeki atmosferik girdapları - kasırgalar, fırtınalar, siklonlar, vb. - güçlendirmeye harcar. Ek olarak, bu tür güç tüketimi, Dünya'nın elektrik alanının büyüklüğünü hiçbir şekilde etkilemez.

Dünyanın elektrik alanı dalgalanmalara tabidir: kışın yaza göre daha güçlüdür, günlük maksimum 19 saat GMT'ye ulaşır ve ayrıca hava durumuna da bağlıdır. Ancak bu dalgalanmalar ortalama değerinin %30'unu geçmez. Bazı nadir durumlarda, belirli hava koşullarında bu alanın gücü birkaç kat artabilir.

Bir fırtına sırasında, elektrik alanı büyük ölçüde değişir ve yönü tersine çevirebilir, ancak bu, fırtına hücresinin hemen altında ve kısa bir süre için küçük bir alanda meydana gelir.

Tarım endüstrisinin yere yıkıldığı gerçeğiyle başlayalım. Sıradaki ne? Taş toplamanın zamanı geldi mi? Köylülere ve yaz sakinlerine, üretkenliği önemli ölçüde artıracak, el emeğini azaltacak, genetikte yeni yollar bulmalarını sağlayacak yenilikleri vermek için tüm yaratıcı güçleri birleştirmenin zamanı gelmedi mi? dergisi "Köy ve Yaz Sakinleri İçin" sütununun yazarları olun. Eski "Elektrik alanı ve üretkenlik" çalışmasıyla başlayacağım.

1954'te, Leningrad'daki Askeri İletişim Akademisi'nde öğrenciyken, fotosentez sürecine tutkuyla ilgi duymaya başladım ve pencere kenarında büyüyen soğanlarla ilginç bir test yaptım. Oturduğum odanın pencereleri kuzeye baktığı için ampuller güneşi almıyordu. Beş ampulden oluşan iki uzun kutuya diktim. Her iki kutu için de dünyayı aynı yerden aldı. Hiç gübrem yoktu, yani. tıpkı büyümek için aynı koşullar yaratıldı. Yukarıdan bir kutunun üzerine, yarım metre mesafede (Şekil 1), +10.000 V yüksek voltajlı doğrultucudan bir tel bağladığı metal bir plaka yerleştirdi ve bunun zeminine bir çivi çaktı. doğrultucudan "-" telini bağladığı kutu.

Bunu, kataliz teorime göre, bitki bölgesinde yüksek bir potansiyelin yaratılması, fotosentez reaksiyonunda yer alan moleküllerin dipol momentinde bir artışa yol açacak ve test günleri uzayacak şekilde yaptım. İki hafta sonra, elektrik alanı olan bir kutuda bitkilerin "alan" olmayan bir kutuya göre daha verimli geliştiğini keşfettim! On beş yıl sonra, bir uzay gemisinde bitki yetiştirmek gerektiğinde bu deney enstitüde tekrarlandı. Orada, manyetik ve elektrik alanlarından kapalı olduğu için bitkiler gelişemedi. Yapay bir elektrik alanı yaratmak gerekiyordu ve şimdi bitkiler uzay gemilerinde hayatta kalıyor. Ve betonarme bir evde ve hatta en üst katta yaşıyorsanız, evdeki bitkileriniz elektrik (ve manyetik) alanın yokluğundan muzdarip değil mi? Bir saksının zeminine bir çivi çakın ve kabloyu boya veya paslanmadan temizlenmiş bir ısıtma aküsüne bağlayın. Bu durumda bitkiniz, bitkiler ve insanlar için de çok önemli olan açık alandaki yaşam koşullarına yaklaşacaktır!

Ama denemelerim burada bitmedi. Kirovograd'da yaşarken pencere pervazına domates dikmeye karar verdim. Ancak kış o kadar çabuk geldi ki bahçedeki domates çalılarını saksılara nakletmek için zamanım olmadı. Küçük bir yaşam süreci olan donmuş bir çalıya rastladım. Onu eve getirdim, suya koydum ve... Oh, neşe! 4 gün sonra işlemin alt kısmından beyaz kökler çıktı. Saksıya diktim ve sürgünlerle büyüyünce aynı şekilde yeni fideler almaya başladım. Bütün kış pencere kenarında yetişen taze domatesleri yedim. Ama şu soru aklımı çeldi: Doğada böyle bir klonlama mümkün mü? Belki de bu şehirdeki yaşlılar bana doğruladı. Muhtemelen, ama...

Kiev'e taşındım ve aynı şekilde domates fidesi almaya çalıştım. başaramadım. Ve Kirovograd'da bu yöntemi başardığımı fark ettim çünkü orada, yaşadığım sırada su şebekesine su, Kiev'deki gibi Dinyeper'dan değil kuyulardan sağlanıyordu. Kirovograd'daki yeraltı suyu az miktarda radyoaktiviteye sahiptir. Kök sisteminin büyüme uyarıcısı rolünü oynayan şey buydu! Sonra domates filizinin tepesine aküden +1.5 V uyguladım ve "-" filizin durduğu kabı suya getirdim (Şek. 2) ve 4 gün sonra filizde kalın bir "sakal" çıktı suda! Böylece bir domatesin dallarını klonlamayı başardım.

Son zamanlarda, pencere kenarındaki bitkilerin sulanmasını izlemekten bıktım, bir folyo fiberglas şeridi ve yere büyük bir çivi yapıştırdım. Kabloları bir mikroammetreden onlara bağladım (Şek. 3). Ok hemen saptı, çünkü tenceredeki toprak nemliydi ve bakır-demir galvanik çifti çalışıyordu. Bir hafta sonra akımın nasıl düşmeye başladığını gördüm. Yani, sulama zamanıydı ... Ayrıca bitki yeni yapraklar attı! Bitkiler elektriğe bu şekilde tepki verir.

Markevich V.V.

Bu yazıda, en ilginç ve umut verici araştırma alanlarından birine - fiziksel koşulların bitkiler üzerindeki etkisine dönüyoruz.

Bu konudaki literatürü incelerken, Profesör P.P. Gulyaev'in son derece hassas ekipman kullanarak, herhangi bir canlıyı çevreleyen zayıf bir biyoelektrik alanın olduğunu belirlemeyi başardığını ve hala kesin olarak bilindiğini öğrendim: her canlı hücrenin kendi enerji santrali var. Ve hücresel potansiyeller o kadar küçük değil.

İndirmek:

Ön izleme:

FİZİK

BİYOLOJİ

Bitkiler ve elektrik potansiyelleri.

Tamamlayan: Markevich V.V.

GBOU orta okulu No. 740 Moskova

9. sınıf

Başkan: Kozlova Violetta Vladimirovna

fizik ve matematik öğretmeni

Moskova 2013

1. Tanıtım

1. alaka
2. Çalışmanın amaç ve hedefleri
3. Araştırma Yöntemleri
4. işin önemi

1. "Yaşamda elektrik" konulu çalışılan literatürün analizi

bitkiler"

1. İç mekan havasının iyonlaşması

1. Araştırma metodolojisi ve tekniği

1. Çeşitli tesislerde hasar akımlarının incelenmesi

1. Deney #1 (limonlu)
2. Deney #2 (bir elma ile)
3. Deney #3 (bir bitki yaprağı ile)

1. Bir elektrik alanının tohum çimlenmesi üzerindeki etkisinin incelenmesi

1. İyonize havanın bezelye tohumlarının çimlenmesi üzerindeki etkisini gözlemlemek için deneyler
2. Fasulye tohumlarının çimlenmesinde iyonize havanın etkisini gözlemlemek için deneyler

1. sonuçlar

1. Çözüm
2. Edebiyat

1. Tanıtım

"Elektrik fenomenleri kadar şaşırtıcı,

inorganik maddenin doğasında var, gitmezler

ilişkili olanlarla hiçbir şekilde karşılaştırılamaz.

hayat süreçleri."

Michael Faraday

Bu yazıda, en ilginç ve umut verici araştırma alanlarından birine - fiziksel koşulların bitkiler üzerindeki etkisine dönüyoruz.

Bu konudaki literatürü incelerken, Profesör P.P. Gulyaev'in son derece hassas ekipman kullanarak, zayıf bir biyoelektrik alanın herhangi bir canlıyı çevrelediğini belirlemeyi başardığını ve hala kesin olarak bilindiğini öğrendim: her canlı hücrenin kendi enerji santrali var. Ve hücresel potansiyeller o kadar küçük değil. Örneğin, bazı alglerde 0.15 V'a ulaşırlar.

“500 çift yarım bezelye belli bir sıraya göre bir seri halinde toplanırsa son elektrik gerilimi 500 volt olur... Aşçının bu özel yemeği hazırlarken kendisini tehdit eden tehlikeyi bilmemesi iyi olur çanak ve neyse ki onun için bezelye sıralı dizilerde bağlanmıyor.Hintli araştırmacı J. Boss'un bu açıklaması, titiz bir bilimsel deneye dayanmaktadır. Bezelyenin içini ve dışını galvanometre ile bağladı ve 60°C'ye kadar ısıttı. Cihaz aynı zamanda 0,5 V'luk bir potansiyel farkı gösterdi.

Bu nasıl olur? Canlı jeneratörler ve piller hangi prensibe göre çalışır? Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü Fizik ve Matematik Bilimleri Adayı Yaşam Sistemleri Bölüm Başkan Yardımcısı Eduard Trukhan, bir bitki hücresinde meydana gelen en önemli süreçlerden birinin güneş enerjisinin özümsenmesi süreci olduğuna inanıyor. fotosentez süreci.

Öyleyse, o anda bilim adamları, pozitif ve negatif yüklü parçacıkları farklı yönlerde "ayırmayı" başarırlarsa, o zaman teoride, yakıtı su ve güneş ışığı olacak harika bir canlı jeneratöre sahip olacağız ve enerjiye ek olarak, saf oksijen de üretecektir.

Belki gelecekte böyle bir jeneratör oluşturulacaktır. Ancak bu hayali gerçekleştirmek için bilim adamlarının çok çalışması gerekecek: en uygun bitkileri seçmeleri ve hatta klorofil tanelerini yapay olarak nasıl yapacaklarını öğrenmeleri, yükleri ayırmalarını sağlayacak bir tür zar oluşturmaları gerekecek. Doğal kapasitörlerde elektrik enerjisi depolayan canlı bir hücrenin - özel hücre oluşumlarının hücre içi zarları, mitokondri, daha sonra onu çok fazla iş yapmak için kullandığı ortaya çıktı: yeni moleküller oluşturmak, hücreye besin çekmek, kendi sıcaklığını düzenlemek .. . Ve hepsi bu değil. Elektrik yardımıyla, tesisin kendisi birçok işlem gerçekleştirir: nefes alır, hareket eder, büyür.

alaka

Bitkilerin elektriksel yaşamlarının araştırılmasının tarım için faydalı olduğu bugün bile tartışılabilir. I. V. Michurin ayrıca elektrik akımının hibrit fidelerin çimlenmesi üzerindeki etkisi üzerine deneyler yaptı.

Ekim öncesi tohum muamelesi, çimlenmelerini ve nihayetinde bitki verimini artırmanıza izin veren tarım teknolojisinin en önemli unsurudur ve bu özellikle çok uzun ve sıcak olmayan yazlarımızda önemlidir.

1. Çalışmanın amaç ve hedefleri

Çalışmanın amacı, bitkilerde biyoelektrik potansiyellerin varlığını incelemek ve bir elektrik alanının tohum çimlenmesi üzerindeki etkisini incelemektir.

Çalışmanın amacına ulaşmak için aşağıdakileri çözmek gerekir görevler :

1. Biyoelektrik potansiyeller doktrini ve bir elektrik alanının bitkilerin hayati aktivitesi üzerindeki etkisi ile ilgili ana hükümlerin incelenmesi.
2. Çeşitli tesislerde hasar akımlarını tespit etmek ve gözlemlemek için deneyler yapmak.
3. Bir elektrik alanının tohum çimlenmesi üzerindeki etkisini gözlemlemek için deneyler yapmak.

1. Araştırma Yöntemleri

Çalışmanın amaçlarını gerçekleştirmek için teorik ve pratik yöntemler kullanılır. Teorik yöntem: bu konudaki bilimsel ve popüler bilim literatürünün araştırılması, incelenmesi ve analizi. Kullanılan pratik araştırma yöntemlerinden: gözlem, ölçüm, deney.

1. işin önemi

Bu çalışmanın materyali, bu önemli konu ders kitaplarında yer almadığı için fizik ve biyoloji derslerinde kullanılabilir. Ve deney yapma metodolojisi, seçmeli bir dersin pratik dersleri için bir materyaldir.

1. İncelenen literatürün analizi

Bitkilerin elektriksel özelliklerinin araştırılmasının tarihçesi

Canlı organizmaların karakteristik özelliklerinden biri tahriş olma yeteneğidir.

Charles Darwin bitkilerin sinirliliğine büyük önem verdi. Bitki dünyasının son derece hassas olan böcek öldürücü temsilcilerinin biyolojik özelliklerini ayrıntılı olarak inceledi ve araştırmanın sonuçlarını 1875'te yayınlanan Böcekçil Bitkiler Üzerine adlı dikkat çekici kitapta özetledi. Ek olarak, büyük doğa bilimcinin dikkatini, bitkilerin çeşitli hareketlerinden çekti. Birlikte ele alındığında, tüm çalışmalar, bitki organizmasının hayvana oldukça benzer olduğunu ileri sürdü.

Elektrofizyolojik yöntemlerin yaygın kullanımı, hayvan fizyologlarının bu bilgi alanında önemli ilerlemeler elde etmelerini sağlamıştır. Hayvan organizmalarında, dağılımı motor reaksiyonlara yol açan elektrik akımlarının (biyoakımlar) sürekli olarak ortaya çıktığı bulundu. C. Darwin, oldukça belirgin bir hareket kabiliyetine sahip olan böcekçil bitkilerin yapraklarında da benzer elektriksel olayların meydana geldiğini öne sürdü. Ancak, kendisi bu hipotezi test etmedi. Onun isteği üzerine, 1874 yılında Oxford Üniversitesi'nden bir fizyolog tarafından Venüs sinek kapanı bitkisi ile deneyler yapıldı.Burdan Sanderson. Bu bitkinin yaprağını bir galvanometreye bağlayan bilim adamı, okun hemen saptığını kaydetti. Bu, bu böcek öldürücü bitkinin canlı yaprağında elektriksel uyarıların ortaya çıktığı anlamına gelir. Araştırmacı yaprakları yüzeyinde bulunan kıllara dokunarak tahriş ettiğinde, galvanometre iğnesi bir hayvanın kasıyla yapılan deneyde olduğu gibi ters yöne sapmıştır.

Alman fizyolog Hermann Munch Deneylerine devam eden , 1876 yılında Venüs sinek kapanının yapraklarının bazı hayvanların sinirlerine, kaslarına ve elektriksel organlarına elektriksel olarak benzediği sonucuna varmıştır.

Rusya'da elektrofizyolojik yöntemler kullanılmıştır.N.K. Levakovskyutangaç mimozada sinirlilik fenomenini incelemek. 1867'de "Bitkilerin Sinirli Organlarının Hareketi Üzerine" adlı bir kitap yayınladı. N. K. Levakovsky'nin deneylerinde, bu örneklerde en güçlü elektrik sinyalleri gözlendi. mimoza , dış uyaranlara en enerjik tepki veren. Bir mimoza ısıtma ile çabucak öldürülürse, bitkinin ölü kısımları elektrik sinyalleri üretmez. Yazar ayrıca organlarındaki elektriksel uyarıların ortaya çıkışını da gözlemledi.devedikeni ve devedikeni, sundew yapraklarının yaprak saplarında.Daha sonra bulundu ki

Bitki hücrelerinde biyoelektrik potansiyeller

Bitki ömrü neme bağlıdır. Bu nedenle, içlerindeki elektriksel işlemler, normal nemlendirme modunda en iyi şekilde kendini gösterir ve solma sırasında solmaya başlar. Bu, bitkilerin kılcal damarlarından besin çözeltilerinin akışı sırasında sıvı ve kılcal damarların duvarları arasındaki yük değişimi ve ayrıca hücreler ve çevre arasındaki iyon değişimi süreçleri ile ilişkilidir. Yaşam için en önemli olan elektrik alanları hücrelerde uyarılır.

Yani, biliyoruz ki...

1. Rüzgarla savrulan polen negatif bir yüke sahiptir.‚ toz fırtınaları sırasında toz parçacıklarının yükünün büyüklüğüne yaklaşıyor. Polen kaybeden bitkilerin yakınında, pozitif ve negatif ışık iyonları arasındaki oran çarpıcı biçimde değişir ve bu da bitkilerin daha da gelişmesini olumlu yönde etkiler.
2. Tarımda pestisit püskürtme uygulamasında,pozitif yüklü kimyasallar, pancar ve elma ağacı üzerinde, leylak üzerinde - negatif bir yük ile daha fazla biriktirilir.
3. Bir yaprağın tek taraflı aydınlatması, aydınlatılmış ve aydınlatılmamış alanları ile yaprak sapı, gövde ve kök arasında bir elektrik potansiyeli farkını harekete geçirir.Bu potansiyel fark, bitkinin fotosentez sürecinin başlaması veya durmasıyla bağlantılı olarak vücudundaki değişikliklere tepkisini ifade eder.
4. Güçlü bir elektrik alanında tohumların çimlenmesi(örneğin korona elektrotunun yanında)değişime yol açarGelişmekte olan bitkilerin gövde yüksekliği ve kalınlığı ve taç yoğunluğu. bu, esas olarak, uzay yükünün harici bir elektrik alanının etkisi altında bitki gövdesindeki yeniden dağılım nedeniyle oluşur.
5. Bitki dokularında hasarlı bir yer her zaman negatif yüklüdür.nispeten hasarsız alanlar ve bitkilerin ölmekte olan alanları, normal koşullarda büyüyen alanlara göre negatif bir yük alır.
6. Ekili bitkilerin yüklü tohumları nispeten yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir ve bu nedenle yüklerini hızla kaybederler.Yabani ot tohumları, özellikleri bakımından dielektriklere daha yakındır ve uzun süre yüklerini koruyabilirler. Bu, konveyördeki mahsul tohumlarını yabani otlardan ayırmak için kullanılır.
7. Bitki organizmasındaki önemli potansiyel farklılıklar uyarılamazÇünkü bitkilerin özel bir elektrik organı yoktur. Dolayısıyla bitkiler arasında elektrik gücüyle canlıları öldürebilecek bir "ölüm ağacı" yoktur.

Atmosferik elektriğin bitkiler üzerindeki etkisi

Gezegenimizin karakteristik özelliklerinden biri, atmosferde sabit bir elektrik alanının varlığıdır. Kişi bunu fark etmez. Ancak atmosferin elektriksel durumu, ona ve bitkiler de dahil olmak üzere gezegenimizde yaşayan diğer canlılara kayıtsız değildir. 100-200 km yükseklikte, Dünya'nın üzerinde, pozitif yüklü parçacıklardan oluşan bir katman var - iyonosfer.
Yani, bir tarlada, caddede, meydanda yürüdüğünüzde, bir elektrik alanında hareket edersiniz, elektrik yüklerini içinize çekersiniz..

Atmosferik elektriğin bitkiler üzerindeki etkisi, 1748'den beri birçok yazar tarafından incelenmiştir. Bu yıl Abbe Nolet, bitkileri yüklü elektrotların altına yerleştirerek elektriklendirdiği deneyler bildirdi. Çimlenme ve büyümenin hızlandığını gözlemledi. Grandieu (1879), atmosferik elektrikten etkilenmeyen bitkilerin, topraklanmış bir tel örgü kutuya yerleştirildiklerinde, kontrol tesislerine kıyasla %30 ila %50 oranında bir ağırlık azalması gösterdiğini gözlemledi.

Lemström (1902), bitkileri hava iyonlarının etkisine maruz bıraktı, onları sivri uçlarla donatılmış ve yüksek bir voltaj kaynağına bağlı bir telin altına yerleştirdi (yer seviyesinden 1 m yukarıda, iyon akımı 10-11 - 10 -12A/cm2 ) ve ağırlıkta ve uzunlukta %45'ten fazla bir artış buldu (örneğin havuç, bezelye, lahana).

Yapay olarak artan pozitif ve negatif küçük iyon konsantrasyonuna sahip bir atmosferde bitki büyümesinin hızlandırıldığı gerçeği, yakın zamanda Krueger ve işbirlikçileri tarafından doğrulandı. Yulaf tohumlarının hem pozitif hem de negatif iyonlara tepki verdiğini buldular (yaklaşık 10 4 iyon/cm3 ) toplam boyda %60, yaş ve kuru ağırlıkta %25-73 oranında artış. Bitkilerin toprak üstü kısımlarının kimyasal analizi, protein, azot ve şeker içeriğinde bir artış olduğunu ortaya çıkardı. Arpa durumunda, toplam uzamada daha da büyük bir artış (yaklaşık %100) olmuştur; taze ağırlıktaki artış büyük değildi, ancak protein, azot ve şeker içeriğinde karşılık gelen bir artışın eşlik ettiği kuru ağırlıkta gözle görülür bir artış vardı.

Bitki tohumları ile deneyler de Vorden tarafından yapılmıştır. Yeşil fasulye ve yeşil bezelyenin çimlenmesinin, her iki polaritedeki iyon seviyesindeki artışla daha erken olduğunu buldu. Negatif iyonizasyon ile çimlenen tohumların son yüzdesi kontrol grubuna göre daha düşüktü; pozitif iyonize grup ve kontrolde çimlenme aynıydı. Fideler büyüdükçe, kontrol ve pozitif iyonize bitkiler büyümeye devam ederken, negatif iyonize bitkiler çoğunlukla solup öldü.

Son yıllarda atmosferin elektriksel durumunda güçlü bir değişiklik oldu; Dünyanın farklı bölgeleri, toz içeriği, gaz kirliliği vb. nedeniyle havanın iyonize durumunda birbirinden farklı olmaya başladı. Havanın elektriksel iletkenliği, saflığının hassas bir göstergesidir: Havada ne kadar fazla yabancı parçacık olursa, üzerlerine o kadar fazla iyon yerleşir ve sonuç olarak havanın elektriksel iletkenliği azalır.
Yani, Moskova'da 1 cm 3 hava 4 negatif yük içerir, St. Petersburg'da - hava saflığı standardının 1.5 bin parçacık olduğu Kislovodsk'ta bu tür 9 yükler ve Kuzbass'ın güneyinde eteklerin karışık ormanlarında bu parçacıkların sayısı 6'ya ulaşır. bin. Bu, daha fazla negatif parçacığın olduğu yerde nefes almanın daha kolay olduğu ve tozun olduğu yerde, toz parçacıkları üzerlerine yerleştiği için bir kişinin daha az aldığı anlamına gelir.
Hızlı akan suyun yanında havanın canlandırıcı ve canlandırıcı olduğu iyi bilinir. Birçok negatif iyon içerir. 19. yüzyılda, su sıçramalarındaki daha büyük damlacıkların pozitif yüklü, daha küçük damlacıkların ise negatif yüklü olduğu belirlendi. Daha büyük damlacıklar daha hızlı çökeldiğinden, negatif yüklü küçük damlacıklar havada kalır.
Aksine, çeşitli elektromanyetik cihazların bol olduğu sıkışık odalarda hava pozitif iyonlarla doyurulur. Böyle bir odada nispeten kısa kalmak bile uyuşukluk, uyuşukluk, baş dönmesi ve baş ağrısına neden olur.

1. araştırma metodolojisi

Çeşitli tesislerde hasar akımlarının incelenmesi.

1. EDEBİYAT

1. Bogdanov K. Yu. Bir biyoloğu ziyaret eden bir fizikçi. - E.: Nauka, 1986. 144 s.
2. Vorotnikov A.A. Gençler için fizik. - M: Hasat, 1995-121'ler.
3. Katz Ts.B. Fizik derslerinde biyofizik. - M: Aydınlanma, 1971-158'ler.
4. Perelman Ya.I. Eğlenceli fizik. - M: Bilim, 1976-432'ler.
5. Artamonov V.I. İlginç bitki fizyolojisi. – M.: Agropromizdat, 1991.
6. Arabadzhi V.I. Düz su bilmeceleri.- M.: "Bilgi", 1973.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

Dünya gezegeni olarak adlandırılan gök cismi, Dünya'nın doğal elektrik alanını yaratan bir elektrik yüküne sahiptir. Bir elektrik alanının özelliklerinden biri potansiyeldir ve Dünya'nın elektrik alanı da potansiyel ile karakterize edilir. Doğal elektrik alanına ek olarak, Dünya gezegeninin doğal bir doğru elektrik akımı (DC) olduğu da söylenebilir. Dünyanın potansiyel gradyanı, yüzeyinden iyonosfere dağılmıştır. Statik elektrik için iyi havalarda, atmosferin elektrik alanı, Dünya yüzeyinin yakınında metre başına yaklaşık 150 volttur (V/m), ancak bu değer, yükseklikle 1 V/m'ye ve daha azına (30 km'de) katlanarak düşer. Gradyandaki azalmanın nedeni, diğer şeylerin yanı sıra, atmosferin iletkenliğinin artmasıdır.

Örneğin naylon giysiler gibi mükemmel bir yalıtkan olan iyi bir yalıtkandan yapılmış giysiler giyerseniz ve giysilerin yüzeyinde herhangi bir metal nesne yokken sadece lastik ayakkabılar kullanırsanız, o zaman yüzey arasındaki potansiyel farkı ölçebilirsiniz. topraktan ve başın tepesinden. Her metre 150 volt olduğundan, o zaman 170 cm yükseklikte, tepede yüzeye göre 1,7x150 = 255 voltluk bir potansiyel fark olacaktır. Kafanıza metal bir tava koyarsanız, üzerinde bir yüzey yükü birikir. Bu yük toplamanın nedeni, naylon giysilerin iyi bir yalıtkan olması, ayakkabıların ise kauçuk olmasıdır. Topraklama, yani dünya yüzeyi ile iletken bir temas yoktur. Kendi üzerinde elektrik yükü biriktirmemek için "topraklamak" gerekir. Aynı şekilde nesneler, nesneler, binalar ve yapılar, özellikle yüksek binalar, atmosferik elektrik biriktirme yeteneğine sahiptir. Bu, istenmeyen sonuçlara yol açabilir, çünkü biriken herhangi bir şarj, gazlarda elektrik akımına ve kıvılcım bozulmasına neden olabilir. Bu tür elektrostatik boşalmalar elektronik aksamları tahrip edebilir ve özellikle yanıcı maddeler için yangınlara neden olabilir.

Atmosferik elektrik yüklerini biriktirmemek için, üst noktayı alt (toprak) elektrik iletkenine bağlamak yeterlidir ve alan büyükse, topraklama bir kafes, bir devre şeklinde yapılır, ancak, aslında, "Faraday kafesi" denen şeyi kullanırlar.

Atmosferik elektriğin özellikleri

Dünya negatif yüklüdür ve 500.000 Coulomb (C) elektrik yüküne eşit bir yüke sahiptir. Pozitif yüklü iyonosfer ile Dünya yüzeyi arasındaki voltajı düşünürsek, potansiyel fark 300.000 volt (300 kV) arasındadır. Ayrıca 1350 Amper (A) düzeyinde bir doğru elektrik akımı vardır ve Dünya atmosferinin direnci yaklaşık 220 ohm'dur. Bu, Güneş'in aktivitesi tarafından yeniden üretilen yaklaşık 400 megawatt (MW) güç çıkışı sağlar. Bu güç, gök gürültülü fırtınalara neden olan alt katmanların yanı sıra Dünya'nın iyonosferini de etkiler. Dünya atmosferinde depolanan ve depolanan elektrik enerjisi yaklaşık 150 gigajoule (GJ)'dir.

Dünya-İyonosfer sistemi, 1.8 farad kapasitansı olan dev bir kapasitör gibi davranır. Dünyanın yüzey alanının muazzam büyüklüğü göz önüne alındığında, 1 metrekare yüzey başına sadece 1 nC elektrik yükü vardır.

Dünyanın elektrosferi deniz seviyesinden yaklaşık 60 km yüksekliğe kadar uzanır. Serbest iyonların çok olduğu ve kürenin bu kısmına iyonosfer adı verilen üst katmanlarda, serbest yük taşıyıcıları bulunduğundan iletkenlik maksimumdur. İyonosferdeki potansiyelin seviyeli olduğu söylenebilir, çünkü bu küre esasen bir elektrik akımı iletkeni olarak kabul edildiğinden, gazlarda akımlar ve içinde bir transfer akımı vardır. Serbest iyonların kaynağı Güneş'in radyoaktivitesidir. Güneş'ten ve uzaydan gelen yüklü parçacıkların akışı, gaz moleküllerindeki elektronları "yok eder" ve bu da iyonlaşmaya yol açar. Deniz yüzeyinden ne kadar yüksekse, atmosferin iletkenliği o kadar düşük olur. Deniz yüzeyinde havanın elektriksel iletkenliği yaklaşık 10 -14 Siemens/m (S/m)'dir, ancak irtifa arttıkça hızla artar ve 35 km yükseklikte zaten 10 -11 S/m'dir. Bu yükseklikte, hava yoğunluğu deniz yüzeyindekinin sadece %1'i kadardır. Ayrıca, artan yükseklikle, iletkenlik düzensiz bir şekilde değişir, çünkü Dünya'nın manyetik alanı ve Güneş'ten gelen foton akışları etkilenir. Bu, deniz seviyesinden 35 km'nin üzerindeki elektrosferin iletkenliğinin, günün saatine (foton akışı) ve coğrafi konuma (Dünya'nın manyetik alanı) bağlı olarak tekdüze olmadığı anlamına gelir.

Deniz seviyesinde, kuru havada bulunan iki düz paralel elektrot (arasındaki mesafe 1 metredir) arasında elektriksel bir arıza meydana gelmesi için 3000 kV/m alan kuvveti gereklidir. Bu elektrotlar deniz seviyesinden 10 km yüksekliğe yükseltilirse, bu yoğunluğun sadece %3'ü gereklidir, yani 90 kV/m yeterlidir. Elektrotlar, aralarındaki mesafe 1 mm olacak şekilde bir araya getirilirse, 1000 kat daha düşük bir arıza voltajı, yani 3 kV (deniz seviyesi) ve 9 V (10 km yükseklikte) gerekir.

Dünyanın yüzeyindeki (deniz seviyesi) elektrik alan gücünün doğal değeri, yaklaşık 150 V/m'dir, bu, 1 mm'lik bir boşlukta bile elektrotlar arasında bir bozulma için gerekli değerlerden çok daha azdır. (3 kV/m gereklidir).

Dünyanın elektrik alanının potansiyeli nereden geliyor?

Yukarıda bahsedildiği gibi, Dünya, bir plakası Dünya'nın yüzeyi olan bir kapasitördür ve süper kapasitörün diğer plakası iyonosfer bölgesidir. Dünyanın yüzeyinde, yük negatiftir ve iyonosferin arkasında pozitiftir. Dünyanın yüzeyi gibi, iyonosfer de bir iletkendir ve aralarındaki atmosferik tabaka tek tip olmayan bir gaz dielektriktir. İyonosferin pozitif yükü kozmik radyasyon nedeniyle oluşur, ancak Dünya'nın yüzeyini negatif bir yükle ne şarj eder?

Netlik için, geleneksel bir elektrik kondansatörünün nasıl şarj edildiğini hatırlamak gerekir. Bir akım kaynağına giden bir elektrik devresine dahildir ve plakalardaki maksimum voltaj değerine kadar şarj edilir. Dünya gibi bir kapasitör için benzer bir şey olur. Aynı şekilde, belirli bir kaynağın yanması, akım akışı ve plakalarda zıt yükler oluşması gerekir. Genellikle gök gürültülü fırtınaların eşlik ettiği şimşekleri düşünün. Bu yıldırımlar, Dünya'yı şarj eden aynı elektrik devresidir.

Dünya'nın yüzeyini negatif bir yük ile yükleyen kaynak olan Dünya'nın yüzeyine çarpan yıldırımdır. Yıldırım yaklaşık 1800 amperlik bir akıma sahiptir ve günlük fırtına ve şimşek sayısı 300'den fazladır. Bir gök gürültülü bulutun bir polaritesi vardır. Yaklaşık -20°C hava sıcaklığında yaklaşık 6-7 km yükseklikteki üst kısmı pozitif, alt kısmı ise 0° ila -10°C hava sıcaklığında 3-4 km yükseklikte pozitif yüklüdür. negatif yüklüdür. Gök gürültüsü bulutunun alt kısmının yükü, Dünya yüzeyiyle 20-100 milyon voltluk bir potansiyel fark yaratmak için yeterlidir. Yıldırım yükü genellikle 20-30 Coulomb (C) elektriktir. Yıldırım, bulutlar arasında ve bulutlar ile Dünya'nın yüzeyi arasında düşer. Her yeniden şarj yaklaşık 5 saniye sürer, bu nedenle bu sırayla yıldırım deşarjları meydana gelebilir, ancak bu 5 saniye sonra mutlaka bir deşarj olacağı anlamına gelmez.

Şimşek

Yıldırım şeklindeki atmosferik deşarj oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Her durumda, bu, gazların parçalanması için gerekli koşullara, yani hava moleküllerinin iyonlaşmasına ulaşıldığında ortaya çıkan gazlardaki elektrik akımı olgusudur. En merak edilen şey, Dünya atmosferinin, Dünya yüzeyini negatif olarak yükleyen sürekli bir dinamo gibi davranmasıdır. Her bir yıldırım deşarjı, Dünya yüzeyinin negatif yüklerden yoksun olması koşuluyla, deşarj için gerekli potansiyel farkı (gaz iyonizasyonu) sağlar.

Yıldırım yere düşer düşmez negatif yük yüzeye akar, ancak bundan sonra gök gürültüsü bulutunun alt kısmı boşalır ve potansiyeli değişir, pozitif olur. Sonra ters bir akım meydana gelir ve Dünya'nın yüzeyine düşen fazla yük yukarı doğru hareket ederek gök gürültüsü bulutunu yeniden şarj eder. Bundan sonra işlem tekrarlanabilir, ancak daha düşük elektrik voltajı ve akımı değerleri ile. Bu, gazların iyonlaşması, gerekli potansiyel fark ve aşırı negatif elektrik yükü için koşullar olduğu sürece gerçekleşir.

Özetle, yıldırımın adım adım düştüğünü söyleyebiliriz, böylece akımın gazlarda aktığı ve yön değiştirdiği bir elektrik devresi oluşturur. Her bir yıldırım şarjı yaklaşık 5 saniye sürer ve yalnızca bunun için gerekli koşullar (arıza voltajı ve gaz iyonizasyonu) mevcut olduğunda vurur. Yıldırımın başlangıcı ile sonu arasındaki voltaj yaklaşık 100 milyon volt olabilir ve ortalama akım yaklaşık 1800 amperdir. Tepe akımı 10.000 amperden fazla ulaşır ve aktarılan yük 20-30 Coulom elektriktir.