Влияние температуры и водородного показателя pH электроактивированной воды на скорость её поглощения семенами Текст научной статьи по специальности «Физика»

Опиев Олег Иванович - инженер ЗАО «Нефтяная компания «Калмпетрол» (г. Элиста). Тел. 8(84722) 3-55-81.

Information about the authors Bogomyagkih Vladimir Alekseevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the department of tractors and cars, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 43-6-51.

Seriogin Alexander Anatolievich - Candidate of Technical Sciences, professor of the department of theoretical and applied mechanics, prorector of study, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8 (86359) 42-1-76.

Opiev Oleg Ivanovitch - engineer of “Oil company “Kalmpetrol” (Elista).

Phone: 8(84722) 35-5-81.

УДК 631.172:633.1

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ pH

ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ НА СКОРОСТЬ ЕЁ ПОГЛОЩЕНИЯ

СЕМЕНАМИ

© 2010 г. Н.В. Ксенз, Е.А. Кияшко

Представлен анализ взаимодействия семени зерновых культур с электроактивиро-ванной водой с позиций основополагающих понятий термодинамики, в котором семя выступает в качестве системы, а в роли окружающей среды - электроактивированная вода.

Ключевые слова: электроактивированная вода, градиент, водородный показатель, нормаль, единичный вектор, обобщенный потенциал.

It is presented an analysis of interaction of cereal seeds with electroactive water in position of basic knowledge of thermodynamics, in which a seed is like a system and surroundings is electroactive water.

Key words: electroactive water, gradient, hydrogen showing, normal, single vector, common potential.

Если принять, что семя - это такая система, которая обладает тепловой, механической, массовой и электрической степенями свободы, т.е. при взаимодействии семени с окружающей средой совершается термическая, механическая, массовая и электрическая работа, то, согласно первому закону термодинамики, теплота, подведенная к телу, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение работы, т.е.

dQ = dU + dA, (1)

где dQ - значение приращения теплоты;

dU и dA - значения приращения внутренней энергии и работы соответственно.

Исходя из этого, при взаимодействии семени с нагретой электроактивированной водой с определенным значением водородного показателя pH в семени может произойти изменение величины внутренней энергии. Это, в свою очередь, должно привести к возбуждению семени и к интенсификации биохимических процессов в нем.

Нами предпринята попытка проанализировать взаимодействие семени с элек-троактивированной водой с позиций основополагающих понятий термодинамики.

В качестве системы выступает семя, а электроактивированная вода - в роли окружающей среды. В основе концепции лежит изменение свойств (обобщенных координат) семени под воздействием движущей силы (обобщенный потенциал) [1, 2].

Причиной появления движущейся силы является градиент обобщенного потенциала (температуры, давления, химического и электрического потенциалов). В нашем случае движущей силой являются градиент температуры и градиент электрического потенциала. Температурный градиент обусловлен температурой семени и электроактивированной воды, а градиент электрического потенциала - поверхностным электрическим потенциалом семени и

электрическим потенциалом электроакти-вированной воды.

Рассмотрим общие принципы взаимодействия семени с теплой (^ = 40 °С ) электроактивированной водой с различным значением водородного показателя

(pH > 7,0 и pH < 7,0).

Для этого проведем к разделяющей поверхности между взаимодействующими семенем и электроактивированной водой нормаль п в той или иной её точке ^^ ——

г , считая, что единичный вектор N ,

V )п

задающий положительное направление нормали, обращён своим концом наружу от семени, т.е. в сторону воды (рис. 1).

Ґ—Л

Рис.1. Направление положительной нормали n в некоторой точке

r

V Jn

разделяющей поверхности между семенем и электроактивированной водой

-^

Скалярная проекция Pr V p гра-

nm

—

диента V p на нормаль n в любой её m

точке определяется -------------

Pr V p = nm

равенством -

Vp

m

cos ß

(2)

—^

где В - угол между векторами V р и

т

—

N.

Произведение этой скалярной проек-

——

ции на единичный вектор N дает векторную проекцию того же градиента на нормаль:

—

—

—

Рг V р N = Рг V р . (3)

пт пт

Если разбить разделяющую поверхность на малые участки I с опорными точ-

п

ками

то можно принять, что на

г

V J

множестве всех точек і -го участка значения всякого скалярного или векторного поля одинаковы и равны его значению в опорной точке. Это позволяет заменить множество точек, образующих разделяющую поверхность, множеством малых участков с опорными точками. При этом можно считать, что каждый участок имеет вполне определённое значение того или

I \п

иного поля, например Р \г. I ,

ті'

—

V Р т

п

г

і

п

и т.д. (4)

—— ——

Р V Р г г т I V У п V у

Из вышеизложенного вытекает, что самопроизвольный перенос т -ой обобщённой координаты от электроактивиро-ванной воды к семени через I -ый участок, разделяющий их поверхности, возникает лишь при условии, что на этом участке градиент т -го обобщённого потенциала отличается от нуля и линия градиента пересекает участок. Оба эти требования выполняются, если

— —

Р V Р г т п

V J

п

ф 0.

(5)

Как только величина п

___ _ X Л

Р V Р

—

г

г.

приобретает

нулевое

т I

п V У

значение, движущая сила для самопроизвольного переноса данной обобщённой координаты через I -ый участок исчезает. Таким образом, совокупность равенств типа

— —

Р V Р гт п

—

г

і

V J

п

0

(6)

служит критерием отсутствия самопроизвольного переноса т -ой обобщенной координаты от одного объекта к другому.

В данном случае эти общие принципы реализуются в виде градиентов температуры и электрического потенциала, т.е. процесс поглощения электроактивирован-ной воды семенем осуществляется за счёт термодиффузии и электродиффузии. Поэтому интенсивность потока воды через оболочку семени, согласно закону Фика, равна:

Г

А(р

АХ

(7)

где JD - масса воды, переносимой в единицу времени через единицу площади поверхности семени перпендикулярно к этой поверхности;

ЛР

- градиент плотности (ЛР) молекул воды на расстоянии ЛХ;

D - коэффициент диффузии;

ЛТ

---- - градиент температуры воды через

ЛХ

оболочку семени;

X - коэффициент теплопроводности;

Л(р

АХ

градиент электрического потен-

циала воды через оболочку семени;

у - коэффициент электропроводности.

Кроме этого, необходимо было выяснить, какой вид (католит или анолит) элек-троактивированной воды быстрее поглощается семенем. Скорость поглощения определялась по следующему выражению:

(8)

т - т

1

где т} - масса семени до замачивания; т - масса семени после замачивания; Т - время замачивания.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунке 2.

Анализ этих зависимостей показывает, что с повышением температуры элек-

троактивированной воды с 25 °С до

40 °С скорость водопоглощения увели-

% _ %

чилась с 0,17-

до 0,18-

для ано-

мин

лита и с 0,2

%

мин

до 0,29

мин

%

для като-

мин

лита. Кроме этого, полярность заряда также влияет на скорость водопоглощения.

Так, для положительного заряда ионов католита (1) скорость при

^ = 40 °С равна 0,29--------, а для отрица-

мин

тельного заряда ионов анолита (2) скорость

%

равна 0,18------, т.е. в 1,6 раза меньше.

мин

%

У,

%

мин

+і °С

Рис. 2. Зависимость скорости водопоглощения электроактивированной воды

семенами пшеницы:

1 - католит; 2 - анолит

Таким образом, на основании теоретических предположений и экспериментальных исследований можно сделать следующий вывод: водопоглощение электро-

активированной воды семенами пшеницы определяется не только градиентом концентрации молекул, но и термическим и электрическим градиентами.

Литература

1. Булатов, Н. Термодинамика необратимых физико-химических процессов [Текст] / Н.К. Булатов, А.Б. Лундин. - М.: Химия, 1984. - 334 с.

2. Вейник, А.И. Техническая термодинамика и основы теплопередачи [Текст] / А.И. Вейник. - М.: Металлургиздат, 1956.- 448 с.

Сведения об авторах:

Ксенз Николай Васильевич - д-р техн. наук, профессор кафедры «Физика» АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Тел. 8(86359) 43-7-94.

Кияшко Елена Александровна - аспирант кафедры «Физика» Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359) 43-1-39.

Information about the authors Ksenz Nikolay Vasilievich - Doctor of Technical Sciences, professor of the department of physics, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd).

Phone: 8 (86359) 43-7-94.

Kiyashko Yelena Alexandrovna - post-graduate student of the department of physics, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd).

Phone: 8 (86359) 43-1-39.