Фотосинтез, пистолет, яйца, хлеб и газировка
Пистолет (газовый), это не только оружие для поражения цели. У него есть одна общая с человеком черта — выпускать диоксид углерода (он же углекислый газ, двуокись углерода, угольный ангидрид, а также сухой лед в твердом состоянии). Люди не пришли к окончательному выводу об оптимальном количестве углекислого газа: одни считают, что его надо много и без него невозможно существование человека, другие утверждают, что чем его меньше, тем лучше.
Кто рассудит их спор?
В настоящее время приборы для измерения концентрации углекислого газа еще не сильно распространены, но они стали ближе по цене и доставаемости. Необходимо сделать использование прибора потребностью, чтобы он был не просто игрушкой, а играл активную роль в каждом помещении, и наряду с привычным термометром стал необходимым средством обеспечения высокого качества жизни.
Впереди огромное поле деятельности для исследователей, медиков, электронщиков, программистов и других специалистов по созданию продвинутой i-вентиляции (по простому — с мозгами).
В статье показаны примеры практического использования измерителя уровня углекислого газа МТ8057: изучение фотосинтеза растений и дыхания яиц, исследование обстановки в офисе, и выяснение причины, почему Маяковский пытался искоренить все заседания.
Измеритель испытал шок под дулом пистолета и у стакана газировки, побывал на кухне, в ведре с картофелем и пакете с хлебом, опускался в погреб и прокатился в автомобиле.
Статья получилась объемная и для улучшения восприятия разбита на три части.
- Часть 1: фотосинтез, все живое дышит, шоковые измерения.
- Часть 2: вентиляция помещений, вред собраний, преимущество двух приборов для проведения экспериментов.
- Часть 3: графики, калибровка, разбор прибора, принцип работы.
Судя по показаниям приборов, больному значительно лучше, его кардиограмма уже выпрямилась
Как и все живые организмы, растения круглосуточно дышат, поглощая кислород, а выделяя углекислый газ и воду. При появлении солнечного света в листьях растений начинается фотосинтез: реакция углекислого газа из воздуха и воды, в результате которой образуются углеводы для питания растения, и выделяется кислород. Скорость образования кислорода при фотосинтезе выше, чем скорость его поглощения при дыхании. Поэтому днем (на свету) растения преимущественно вырабатывают кислород, а ночью его поглощают, выделяя углекислый газ.
Чтобы растение питалось углеводородной пищей и лучше росло в условиях короткой продолжительности светового дня, применяют искусственное освещение, оптимально подбирая его спектр и интенсивность для лучшего фотосинтеза.
Для проверки теории была собрана компьютеризированная установка, в которой две предварительно политые водой фиалки вместе с детектором углекислого газа (высота подставки под прибором 85 мм) были помещены в герметичный светопрозрачный контейнер 360х250х130 мм. Вдохновителем эксперимента был инженер-электрик, а ныне пенсионер Дэвид Латимер со своей традесканцией.
Результат эксперимента — график концентрации углекислого газа при фотосинтезе. Хотя днем нарисовано Солнце, на протяжении всех суток небо было облачным.
Расшифровка графика.
10.12.14
18:17 начало эксперимента при концентрации углекислого газа 552 ppm. Контейнер установлен на первом этаже западного окна здания.
11.12.14
08:03 восход Солнца.
8:20 максимальная концентрация 1779 ppm.
14:40 минимальная концентрация 625 ppm.
15:10 заход Солнца.
12.12.14
8:04 восход Солнца.
8:50 максимальная концентрация 1623 ppm.
13:43 минимальная концентрация 1256 ppm.
15:10 заход Солнца.
20:37 при концентрации 1435 ppm включена искусственная подсветка — лампа накаливания мощностью 100 Вт (из старых запасов).
20:51 максимальная концентрация 1447 ppm.
13.12.14
3:00 Подсветка отключена, минимальная концентрация 293 ppm.
8:05 восход Солнца
11:50 максимальная концентрация 1202 ppm.
Концентрация после восхода Солнца увеличивалась дольше, чем в предыдущие сутки. Соответственно, фотосинтез от солнечного света начался также позже. Возможно, на жизнедеятельности фиалок сказались:
— изменение суточного ритма (ночная жизнь от лампы);
— большое количество кислорода, выделившегося в ночное время;
— увеличение ночной температуры с привычных 22-х до 31 градуса от лампы искусственного освещения;
— выделение токсичных веществ из пластикового контейнера при нагреве от лампы накаливания.
Значение максимальной концентрации ниже предыдущих суток, так как ночью при искусственном освещении вырабатывался кислород.
12:37 минимальная концентрация 1144 ppm достигнута раньше, чем в предыдущие сутки, т. е. фотосинтез и соответственно, выработка кислорода в этот день продолжались недолго.
15:10 заход Солнца.
14.12.14
8:06 восход Солнца.
8:31 максимальная концентрация 2139 ppm.
14:05 минимальная концентрация 1972 ppm.
15:10 заход Солнца.
15:27 при концентрации 2004 ppm дочка потребовала прекратить «убийство цветка» и эксперимент был прекращен в целях спасения растений, т. к. “кардиограмма” стала выпрямляться — наклон падающей части кривой уменьшился, а последующий рост концентрации углекислого газа замедлился.
С момента запуска установки до завершения опыта концентрация углекислого газа увеличилась в 4 раза. Возможно, что цветок не погибал, а лишь уходил в зону комфортной для себя повышенной концентрации углекислого газа.
Листья, вплотную соприкасавшиеся с верхней крышкой контейнера “закисли” (видно в приложенном фотоальбоме) от отсутствия воздушной прослойки и невозможности дышать, или от перегрева при работе лампы подсветки.
Искусственное освещение нарушило жизненный ритм растения.
Увеличение концентрации углекислого газа (восходящие части графика) во все сутки примерно одинаково, даже в ночь с искусственной подсветкой, когда увеличение концентрации разбито на два этапа.
Интересен диапазон колебаний концентрации углекислого газа. Сравнить бы его с тем, который в банке у Латимера. Он сообщал, что опыт удался не у всех. Может быть, помимо состава почвы, наличия воды и типа растения, играет роль момент закрытия банки — суточная фаза жизни растения и соотношение углекислого газ/кислород в этот момент? Возможно, что Латимер дыхнул в банку перед герметизацией, а другие нет. У растений ведь все непросто — Джозеф Пристли доказал, что растения поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород, а Карл Шееле не смог этого подтвердить. Все дело в том, что Шееле любил работать по ночам, при тусклом свете свечи.
Если в одном месте убыло, значит в другом прибыло
Хлорофилл, находящийся в листьях большинства растений, имеет спектр поглощения, с основными максимумами на 429, 453, 660 и 642 нм (0,642 мкм). Хорошая картинка на эту тему в статье “Хлорофилл a”.
Поглощая полноцветный солнечный свет, хлорофилл пиками своего поглощения уменьшает синюю и красную составляющие, в результате чего преимущественно отражается середина видимого светового диапазона и лист приобретает зеленую расцветку. У разных растений соотношение поглощений на пиках различно, поэтому и меняются оттенки зеленого. Осенью поглощение прекращается, и листья окрашиваются в другие цвета.
Отсюда возникают требования к лампам подсветки — их спектр излучения должен быть максимально близок к спектру поглощения конкретного растения. В большинстве случаев наиболее эффективны источники света, излучающие в диапазонах синего и красного цветов. С лампой зеленого цвета урожая не получится.
Итоги.
1. Фотосинтез происходит даже при облачной погоде, но с Солнцем он эффективней.
2. Точки излома на графике изменения концентрации углекислого газа примерно совпадают со временем восхода/захода Солнца (если не было ночной жизни при искусственном освещении), что говорит о высокой эффективности преобразования солнечной энергии.
3. Прибор можно использовать для подбора оптимальных параметров искусственного освещения.
4. Говорят, что некоторые растения, пример сансевиерия, ночью вырабатывает кислород. Надо бы проверить этот тещин язык на щучий хвост.
5. Растения живут по солнечному времени, максимально используя энергию света. И никакие распоряжения о летнем и зимнем времени им не указ.
Все тайное становится явным совершенно не вовремя
Из холодильника помимо колбасы и сыра постоянно пропадает кислород. Под подозрение попали яйца.
Опыт подтвердил догадку — они дышат, что было зафиксировано в 07:27 по выделяемому углекислому газу.
Таким образом, по концентрации углекислого газа можно определить степень свежести яиц. Для бытового применения это не очень удобно, а для научных целей вполне применимо.
Как оказалось, дышит и буханка хлеба (на фоне было 580 ppm). Это дрожжи, пережившие печь хлебозавода?
В незакрытом ведре с картофелем уровень составил 657 ppm при фоновом значении 582 ppm.
Также проводилось измерение в погребе с зимними запасами картофеля, но опыт не удался, так как за время подготовки через входной люк “набежал” свежий воздух и быстро привел показания в норму. По уму желательно оставить измеритель на сутки в закрытом погребе наедине с записывающим компьютером.
На кухне, за время приготовления еды уровень углекислого газа повышается, даже если кухня оснащена естественной системой вентиляции. Перед началом приготовления пищи на газовой плите, концентрация углекислого газа в помещении составляла 660 ppm, после завершения, примерно через час — 1865 ppm.
Может быть поэтому женщины живут дольше мужчин (если версия о необходимости углекислого газа верна)?
Стакан полностью пуст.
Пессимист: все выпили.
Оптимист: еще не наливали!
Испытание газировкой, как и стрельба из пистолета, оказались шоковыми для прибора. Значение конечной концентрации и скорость ее изменения достигают таких величин, что прибор не показывает процесс роста и уходит в запредельное состояние, демонстрируя надпись “Hi” (> 3000 ppm). Поэтому было решено отказаться от предполагаемого опыта “уксус — сода”, понятно, что углекислота выделяется там в огромном количестве. Для таких измерений нужен прибор с другим диапазоном работы.
По этой же причине данным прибором невозможно измерить концентрацию углекислого газа непосредственно в выдыхаемом человеком воздухе, сифоне для приготовления газированных напитков, углекислотном огнетушителе.
Из шести выстрелов, произведенных на испытательном стенде (фотография в начале статьи), прибор лишь однажды показал промежуточное значение быстро возрастающего параметра.
Из эксперимента можно оценить скорость реакции датчика на значительное воздействие. На время реакции влияют количество отверстий в корпусе прибора, расположение датчика и скорость диффузии газа через его фильтры.
Видео процессов можно посмотреть в фильмах:
1. Измеритель СО2 и газировка.
2. Измеритель СО2 и пневматик.
При подготовке к съемке фильма со стрельбой из пистолета была зафиксирована утечка газа через дуло. Таким образом, измеритель можно использовать для обнаружения начала утечки из устройств, содержащих углекислый газ — газовое оружие, огнетушители и т. д.
Множество фотографий — инструкция по работе с прибором и его основные технические характеристики, результаты измерений, печатная плата и графики работы приведены в альбоме “Измеритель углекислого газа”.
Продолжение следует…
Автор: Kidar
