CC BY
80
Содержание полезных элементов в семенах огурца
Группа семян Азот, % Фосфор, % Калий, % Кальций, % Хром, мг/кг Мар- ганец, мг/кг Ни- кель, мг/кг Медь, мг/кг Цинк, мг/кг Строн- ций, мг/кг
Контроль 1,37 2,2 1,88 0,77 39 0,01 33 333 368 68
Исследуемая (ВТО+1) 4,48 2,66 2,06 1,02 41 0,011 33 1478 374 67
Степень повышения количества элементов, % 227 21 9,6 32,5 5,1 10 0 43,8 1,6 -1,5
личество необходимых для развития проростков макро- и микроэлементов в семенах, подвергнутых ВТО совместно с переменным электрическим током, увеличилось в сравнении с контрольными. Данные опыта помещены в таблицу.
Из таблицы видно, что количество полезных элементов в семенах увеличивается неравномерно. Так, в наибольшей степени повысилось содержание азота, что, в свою очередь, вызвало пропорциональное увеличение количества белка в семенах, т. е. повысило ценность получаемого в дальнейшем сельскохозяйственного продукта. Незначительно выросло содержание цинка: всего на 1,6 %. Не изменилось содержание никеля и уменьшилось содержание стронция.
Таким образом, при воздействии на семена ВТО+1 увеличиваются необходимые человеку мак-ро- и микроэлементы и одновременно выводятся ненужные вещества, в том числе тяжелые металлы (стронций). Это явление подтверждает целесообразность проведения ВТО+1 с целью предпосевной стимуляции семян, усиления жизнеспособности
проростков и увеличения необходимых человеку макро- и микроэлементов в выросших растениях. Увеличение количества полезных макро- и микроэлементов передается и плодам.
Из проведенного эксперимента следует, что процесс количественного изменения макро- и микроэлементов в семенах пропорционален насыщению семян водой, которое усиливается при ВТО+1.
Выводы
При обработке семян указанным способом увеличение длины проростков и их корневой системы обусловлено увеличением в клетках обработанных семян количества необходимых для их развития макро- и микроэлементов.
Увеличение количества полезных макро- и микроэлементов в составе семян стимулирует усиление их жизнеспособности, что выражается в увеличении размеров и роста проростков, развитии их корневой системы в сравнении с контрольной партией семян.
Все это возможно при комплексном воздействии на семена ВТО+1 .
опт
УДК (633/635:537.212).001.5
В.Г. Ляпин, канд. техн. наук
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный аграрный университет»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
Расчеты параметров электротехнологического культиватора [1, 2] связаны с исследованием электромагнитного поля (ЭМП) в объеме между электродами с учетом специфики геометрии и физических свойств межэлектродного промежутка (МЭП). Для описания ЭМП необходимо иметь представление о нем и всех компонентах МЭП. Свойства этих компонентов — важнейшие характеристики, зависящие от внешних факторов, структуры, химического состава и параметров происходящих с ними электрофизических процессов. Для изменения свойств
14
компонентов МЭП необходимо воздействие на них ЭМП [3].
Растительный организм характеризуется значительной неоднородностью пассивных электрических характеристик [3] на всех структурных уровнях — клеточном (микроскопическом) и тканевом (макроскопическом), а также на уровнях отдельных органов и организма в целом, причем некоторые ткани обладают явно выраженной анизотропией. В растительных тканях (РТ) распределение электрических полей и связанных с ними электриче-
ских токов зависит от электрических свойств этих тканей.
В статье предпринята попытка представить растения в качестве объекта электроматериаловедения. Для описания электрических свойств растений использованы материалы работ [1-8].
Под электрическими свойствами растительных организмов понимают совокупность параметров, характеризующих поведение биоматериалов в электрической составляющей ЭМП. В прикладном значении наиболее часто используют следующие параметры: диэлектрическую проницаемость, диэлектрические потери, электрическую проводимость и электрическую прочность и др. Известно, что электрическое поле, действующее на биоматериал, вызывает его поляризацию (электрическую, дипольно-релаксационную, ионную), связанную с химическим и физическим строением. Степень поляризации оценивают по диэлектрической проницаемости е и тангенсу угла диэлектрических потерь tg 5. Прохождение тока по поверхности или через объем биоматериала определяется удельными поверхностным р8 и объемным ру электрическими сопротивлениями, представляющими собой обратные величины по отношению к удельным поверхностной и объемной уу проводимостям. Именно от значений е, tg 5, р8, ру зависят граничные условия, в которых можно эффективно обрабатывать растительные ткани, т. е. целенаправленно изменять их свойства посредством воздействия электрической составляющей ЭМП. Если параметры внешнего электрического поля превышают предельные для конкретного биоматериала значения, то происходит потеря электрических свойств. Поэтому для РТ также определяют электрическую прочность Епр.
С достаточной для практических целей точностью величину е допускается определять как отношение емкости С электрического конденсатора, между обкладками которого находится биоматериал, к емкости того же конденсатора при С0 в воздушном объеме, т. е. е = С / С0.
По величине е все биоматериалы условно подразделяют на группы: неполярные 1,8 < е < 2,3, малополярные 2,3 < е < 3,0, полярные 3,0 < е < 4,0 и сильнополярные е > 4,0. Условность разделения заключается в том, что электрические свойства биоматериалов зависят от внешних факторов: температуры, влажности, степени ионизации окружающей среды, напряженности электрического поля, силы тока и др. При стандартизованных измерениях е частота ЭМП составляет 103 Гц, температура 20 °С, относительная влажность воздуха 60 %. Образец биоматериала имеет форму диска диаметром 100 мм.
У биоматериалов е определяется дипольной электронной и резонансной поляризациями и зависит от значения полярности. При изменении температуры биоматериалов е изменяется неодинако-
во. У слабополярных биоматериалов с увеличением температуры значение е убывает почти равномерно, однако при температурах перехода в новое физическое состояние уменьшение е усиливается, отчего кривая е = ф(Т) приобретает ступенчатую форму. С увеличением частоты электрического поля у большинства биоматериалов е незначительно снижается.
Диэлектрические потери е' — это энергия, которая рассеивается, диссипирует, в диэлектрике при прохождении через него электрического тока. Диссипация внешней энергии сопровождается нагревом РТ : е' = е tg 5.
Величина е' определяется значением tg 5, которое составляет от 0,3 для электропроводящих тканей до 10-4 для непроводящих. У РТ е' определяется двумя физическими признаками: электрической проводимостью (сквозным током) и дипольно-ре-лаксационной поляризацией (током замедленной поляризации). Значение е' завивит от химической и физической структуры, фазового, агрегатного и физического состояния биоматериала.
Большинство РТ обладает высокими электрическими сопротивлениями, и по этому показателю относится к полупроводникам и диэлектрикам. У всех РТ в меньшей или большей степени отмечается электрическая проводимость, которая описывается тремя механизмами — электронным, ионным и биполярным. Электропроводность РТ в большинстве случаев носит ионный характер. Количественно электропроводность характеризуется удельной объемной проводимостью уу куба размером 1 х 1 х 1 м, причем постоянный ток проходит через куб между двумя противоположными гранями:
Ту = I / (Е
где I — сила тока, А; Е — напряженность ЭМП, В/м; Б—
2
площадь поперечного сечения, м .
В прикладных целях электропроводность РТ характеризуют величиной, обратной проводимости по физическому смыслу, а именно удельным объемным электрическим сопротивлением ру. Значение ру для РТ изменяется в широких пределах: от 10-3 до 1018 Омм. Также используют величину р8 — удельное поверхностное электрическое сопротивление (сопротивление между противоположными сторонами единичного квадрата со стороной 1 м на поверхности образца), измеряемое в омах. Значения р8 в значительной мере зависят от условий измерения. При 20 °С и относительной влажности воздуха 60 % значения р8 для биоматериалов составляют от 10-1 до 1016 Ом. В сухой атмосфере и при отсутствии загрязнений р8 может значительно превышать ру. Так как вода является сильнополярной жидкостью (е = 81; ру = 10.. .102 Омм), то ее сорбция биоматериалами даже в весьма малых количествах приводит к резкому увеличению электропроводности.
15
По удельному объемному электрическому сопротивлению ру все РТ делят на три группы: диэлектрики свыше 108 Омм, полупроводники — 102.108 Омм, проводники проводящие — 10-2.102 Омм и высо-копроводящие — 10-6.10-2 Омм.
В зависимости от напряженности электрического поля, в котором находятся РТ, превыщающей Епр, различают пробои нескольких видов: электрический, электромеханический, тепловой и электрохимический или от действия газовых разрядов. Электромеханический пробой возникает в МЭП или на участке деформирования биоматериала. С учетом возможного нагрева РТ в МЭП и усилия их прижатия, возрастающего за счет кулоновского притяжения, разрушение РТ может произойти еще до его электронного пробоя. В целом при оценке электрической прочности РТ необходимо учитывать их сложный состав, включающий мембраны, воздухоносные полости, внутреннее содержимое клеток и др. Если они имеют повышенные диэлектрические характеристики, то при электротехно-логической обработке такие РТ сохраняют высокую электрическую прочность. В других случаях РТ с хорошими диэлектрическими свойствами, находясь в составе другого материала или в сильном ЭМП, так или иначе потеряют их.
Повышение эффективности электротехнологий возможно при совмещенном воздействии физических факторов, так как это существенно уменьшает электрическую прочность биоматериала. Пористость биоматериалов повышает их диэлектрические свойства, но при сорбции влаги из воздуха и скоплении ее в имеющихся порах диэлектрические свойства снижаются. Поглощенная влага резко изменяет все электрические характеристики. При измерениях проникновение проводящими электро-
дами сквозь эпидермис в глубинные структуры РТ уменьшает эти сопротивления.
Значения е, tg 5, р8, ру, определяющие граничные условия, в которых РТ можно эффективно обрабатывать, измеряют цифровыми измерителями им-митанса MIC-4070D, Е7-22 и др. В работе [8] приведены некоторые экспериментальные данные РТ для частот изменения ЭМП до 104 Гц.
Список литературы
1. Ляпин, В.Г. Оборудование и энергосберегающая электротехнология борьбы с нежелательной растительностью / В.Г. Ляпин. — Новосибирск: Новосиб. ГАУ, 2000. — 106 с.
2. Ляпин, В.Г. Оборудование и энергосберегающая электротехнология борьбы с нежелательной растительностью в приложениях / В.Г. Ляпин. — Новосибирск: Новосиб. ГАУ, 2000. — 240 с.
3. Ляпин, В.Г. Структурно-функциональные изменения сорных растений при их повреждении электрическим током / В.Г. Ляпин, А.В. Боженков, В.Ф. Котяшкина. Под общ. ред. В.Г. Ляпина. — Новосибирск: Новосиб. ГАУ, 2001. — 127 с.
4. Биофизика для инженерных специальностей: учеб. пособие для вузов / С.П. Вихров, В.О. Самойлов, Н.В. Гри-венная [и др.]; под ред. С.П. Вихрова и В.О. Самойлова. — М.: Горячая линия — Телеком, 2006. — 460 с.
5. Потапов, А.А. Деформационная поляризация: Поиск оптимальных моделей / А.А. Потапов. — Новосибирск: Наука, 2004. — 511 с.
6. Баньков, В.И. Низкочастотные импульсные сложно-модулированные электромагнитные поля в медицине и биологии (экспериментальные исследования) / В.И. Баньков, Н.П. Макарова, Э.К. Николаев. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 1992. — 100 с.
7. Крыжановский, В.К. Электрические свойства полимерных материалов / В.К. Крыжановский // Все материалы. Энциклопедический справочник, 2006, № 2. — С. 20-25.
8. Ляпин, В.Г. Исследование электрических свойств растений / В.Г. Ляпин // Инженерно-техническое обеспечение технологических процессов в агропромышленном комплексе Сибири: сб. науч. тр. / РАСХН. Сиб. отд-ние. — Новосибирск: ГНУ СибИМЭ, 2007. — С. 126-136.
УДК 631.53.027.33.001.5
Л.В. Навроцкая, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СЕМЯН В ПРОЦЕССЕ ИХ ВОДОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Усиление стимуляционных процессов в семенах может быть достигнуто путем воздействия на семена водотермической обработки (поочередное омыва-ние семян водой контрастных температур) с одновременным пропусканием переменного электрического тока (ВТО+1).
При таком комплексном воздействии на семена наблюдаются процессы электроосмоса влаги в них,
в результате чего увеличивается количество поглощаемой ими воды не только за один цикл обработки, но и за весь период обработки ВТО+1. Увеличение количества тепловой энергии, поглощаемой при этом семенами, ведет к интенсивной стимуляции роста и развития проростков обработанных семян.
Количество поглощаемой семенами тепловой энергии можно оценить по росту температуры се-
