Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
2.93 Mб
Скачать

проверку. Эту группу приборов можно отнести к тех­ нике земледелия будущего.

Полупроводники в основном обладают электронной проводимостью. При нагревании их возрастает число свободных электронов, направленное движение кото­ рых образует ток. В результате сопротивление полу­ проводника уменьшается. В некоторых полупровод­ никовых материалах изменение температуры на 1° со­ провождается снижением сопротивления до 4%. Если из такого полупроводника изготовить маленький стер­ женек или шарик и измерить его сопротивление при различных температурах, то им можно пользоваться как термометром. Подобный полупроводник называют термосопротивлением, или термистором. В полупро­ водниковых приборах термисторы обычно применяют­ ся как датчики температур.

Достаточно датчик поместить в среду, температуру которой требуется измерить, или прикоснуться им к

поверхности тела, как он примет его температуру. Та­ кие термометры позволяют точно измерять температу­ ру даже на значительном расстоянии от объектов, ве­ сти непрерывные записи температуры и влажности. Соединив термистор с сигнальным или командным устройством автоматической системы, получают при­ способления автоматического контроля температур, их сохранения или изменения по заданной программе.

На том же физическом принципе основано устрой­ ство и полупроводниковых измерителей влажности. Относительная влажность воздуха представляет одну из наиболее важных характеристик условий произра­ стания растений. Наиболее распространен при изме­ рениях влажности психрометр Ассмана. Однако он обладает рядом существенных недостатков. Необхо­ димо непосредственное участие измерителя, что неиз­ бежно влияет на результаты наблюдений. По показа­ ниям прибора влажность определяют с помощью спе­

11

циальной таблицы-номограммы. Пользуясь этим уст­ ройством, невозможно автоматизировать наблюдения.

Все эти недостатки исключены в электропсихро­ метре, созданном Агрофизическим институтом. В нем два термометра обычного психрометра заменены двумя одинаковыми термисторами, один из кото­ рых смачивается водой. Аспирация воздуха вызывает­ ся вращением моторчика. Отсчеты влажности дают­ ся непосредственно по шкале прибора и могут непре­ рывно записываться.

Другое замечательное свойство полупроводников— высокая чувствительность к действию света, способ­ ность превращать энергию светового излучения в электрический ток — получило применение в прибо­ рах для измерения освещенности и в различного рода автоматических устройствах. Основной частью таких приборов является полупроводниковый фотоэлемент. При освещении чувствительной поверхности его в це­ пи создается фототок.

Полупроводниковые элементы могут получить ши­ рокое применение при автоматизации управления мик­ роклиматом теплиц, освещении животноводческих по­ мещений, искусственном продлении светового дня, ультрафиолетовом облучении животных и птицы, а также при многих производственных процессах.

Пути применения фотоэлементов ищут и механиза­ торы. Благодаря высокой чувствительности к дейст­ вию света появление или исчезновение светового луча достаточно для немедленной реакции фотоэлемента и передачи им команды исполнительному устройству. На этом принципе в автоматизации земледелия воз­ можно точное проведение квадратно-гнездового сева

12

и посадки растений. В системе дистанционного управ­ ления сельхозмашинами, работающими без водите­ лей, фотоэлементам может быть поручено наблюдение за их нормальной работой. В случае поломки деталей или другой неисправности машины фотоэлемент не­

медленно остановит ее и даст на пульт управления сигнал о характере аварии.

В полупроводниках возможно непосредственное превращение тепловой энергии в электрическую. Если составить замкнутую цепь из двух различных полу­ проводников и в местах их спаев поддерживать раз­

ную температуру, то в цепи появится ток. Такая пара образует термоэлемент, а при их последовательном соединении создается термобатарея. Они получают применение в малой энергетике. В сельском хозяйстве термогенераторы используются для питания электро­ технических и радиотехнических устройств.

13

В полупроводниках про­ исходят разнообразные пре­ вращения энергии. Возмож­ но явление, в некотором роде противоположное тер­ моэлектричеству. Проходя через термобатарею, ток охлаждает одни и нагре­ вает другие спаи. Полупро­ водниковые термобатареи превращаются в источник тепла или холода в зависи­ мости от направления тока. Они могут обогревать теп­ лицы, животноводческие по­ мещения и птичники. Если поместить нагревающиеся спаи батареи внутри поме­ щения, а охлаждающиеся— снаружи, то батарея будет обогревать помещение за счет тепла, отнятого у на­ ружного воздуха даже в зимнее время.

Отопление полупровод­ никовыми батареями позво­ ляет легко регулировать тепловой режим, создавать в теплицах и других про­ изводственных помещениях необходимый микроклимат. В случае повышения тем-

%

пературы выше заданной автомату достаточно пере­ ключить в батарее направление тока, как помещение начнет охлаждаться. На работу полупроводникового отопления затрачивается небольшое количество элек­ троэнергии, что обуславливает его высокую экономич­ ность.

На таком же принципе работают и полупроводни­ ковые холодильники, которые по расходу энергии значительно экономичнее всех существующих холо­ дильных установок. Они найдут применение для охлаждения молока и для сохранения спермы при искусственном осеменении животных. Полупроводни­ ковой холодильной камерой при перевозках скоро­ портящихся продуктов можно оборудовать обычную автомашину. Аккумулятор машины вполне обеспечит холодильник энергией.

Полупроводники внесут много нового в работу сельскохозяйственных машин. На тракторах и авто­ мобилях обычное радиаторное охлаждение можно за­ менить полупроводниковым термоэлектрическим ох­ лаждением. Пропуская небольшой ток через радиатор в виде полупроводниковой термобатареи, можно обе­ спечить непрерывный отвод тепла от двигателя нару­ жу. Такой радиатор будет небольшим, легким и дол­ говечным в работе, его не надо заливать водой и про­ гревать в зимнее время.

В этом разделе кратко рассказано о некоторых возможностях использования полупроводников в но­ вой сельскохозяйственной технике.

ФИЗИКА В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

Растения и свет

К. А. Тимирязев с присущим ему талантом на ру­ беже двух последних столетий создал увлекательную картину жизни растительного мира нашей планеты, сделал смелую попытку раскрыть тайны процессов, протекающих в зеленом листе. «Едва ли какой процесс, совершающийся на поверхности Земли, заслуживает в такой степени всеобщего внимания, как тот, еще да­ леко не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает луч солнца»1, — писал великий русский естествоиспытатель.

Трудами К- А. Тимирязева закончился первый1

1 К. А. Тимирязев. Солнце, жизнь и хлорофилл. М., Сельхозгиз, 1956.

16

период развития физиологии растений, раскрывший основные стороны их жизнедеятельности. Вслед за этим начался новый этап выяснения внутренней орга­ низации и энергетики жизненных явлений в организме растений. «Мы переживаем период, когда физиология растений уделяет все большее внимание изучению внутренней организации процессов жизнедеятельно­ сти. На этой основе возникают основные прин­ ципы практического управления деятельностью расте­ ний»1, — говорит академик А. Л. Курсанов.

Успехи физиологии на новом этапе ее развития до­ стигнуты с помощью точных наук, особенно физики, которая вооружает биологию теоретическими и экспе­ риментальными методами проникновения в тайны жи­ вых организмов.

Фотосинтез и дыхание являются важнейшими про­ цессами жизнедеятельности растений. При дыхании они выделяют углекислоту, которая ранее была свя­ зана ими при фотосинтезе. В наше время к этому про­ цессу приковано внимание ученых всего мира.

Покорение фотосинтеза воле человека диктуется быстрым ростом населения земного шара, требующим резкого увеличения производства сельскохозяйствен­ ных продуктов.

Какие выгоды получит человечество, овладев уп­ равлением фотосинтеза? Как показали исследования, в условиях обычных посевов растения используют на фотосинтез в среднем 1—1,5% энергии, приносимой солнечными лучами на поверхность листьев. Профес-

1 А. Л. Курсанов. Внутренняя организация физиологических процессов у растений. Сб. «Глазами ученого». Изд-во АН СССР, 1963.

17

• Л .'ТУаЛИЧНАЯ

II

ч-ч-ТЕХНИЧЕСКАЯ

 

... 6.і,іот£ка сест»

сор А. А. Ничипорович показал, что растения спо­ собны освоить до 28% лучистой энергии. Возникает вопрос, почему так неохотно они используют солнеч­ ный свет? Оказалось, что в усвоении солнечной энер­ гии они не получают достаточной помощи от окру­ жающей среды.

Интенсивность протекания фотосинтеза зависит от количества влаги, углекислого газа, усвояемых удоб­ рений и других факторов. Улучшая условия внешней среды и активно воздействуя на использование расте­ ниями света, тепла, влаги и воздуха, можно создавать более благоприятные условия для фотосинтеза и, в ко­ нечном счете, получать более высокие урожаи.

Свет в жизни растений является прежде всего источником энергии для фотосинтеза. Он существенно влияет на рост и формирование растений, обуславли­ вает прохождение ими световой стадии развития. Свет, использованный растениями, определяется не только его количеством и составом, но и условиями, при которых он действует.

Энергия солнечного луча имеет сложный по биоло­ гическому действию состав, отдельные ее области не­ одинаково влияют на жизнь растений. Видимый свет, к которому чувствителен наш глаз, образует сравни­ тельно небольшой диапазон световых волн с длинами от 380 до 780 ммк. Длинами волн видимого света оп­ ределяется различная окраска лучей. За фиолетовой частью спектра расположена обширная область уль­

трафиолетовых лучей.

Красная часть спектра переходит в область инфра­ красного излучения, вызывающего тепловое действие. Зеленый лист поглощает лучи с длинами волн от 295

18

до 2500 ммк. Современной физикой установлено, что свет излучается и поглощается телами квантами—све­ товыми фотонами. Их энергия растет с уменьшением длины волн излучения и с увеличением — убывает. Фотонной природой света определяются все проявле­ ния взаимодействия света и вещества, все процессы жизнедеятельности организмов.

Современная квантовая физика помогла биологам понять, как при фотосинтезе взаимодействует свет с растениями. Световые фотоны, проникая в зеленый лист растений, с помощью пигмента хлорофилла раз­ лагают молекулы воды, разрывая связи между кисло­ родом и водородом. После некоторых превращений лист выделяет в атмосферу кислород воды, обеспечи­ вая дыхание растениям, животным и человеку. В сложном процессе фотосинтеза энергия поглощенных хлорофиллом световых фотонов превращается в энер­ гию химических связей всего комплекса продуктов зеленого растения.

Прошло почти двести лет с тех пор, как начали изучать фотосинтез растений и открыли одну из ос­ новных его сторон — способность к образованию сво­ бодного кислорода.

Позднее биологи пришли к выводу, что в фотосин­ тезе участвует свет, углекислота и вода. Однако только в наше время науке удалось близко подойти к выяс­ нению, как из углекислоты и воды с участием хлоро-, филла зеленого листа растения и света образуются при фотосинтезе органические вещества и свободный кислород.

В разгадке тайн зеленых растений большая роль принадлежит меченым атомам и квантово-статистиче­

19

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ