Фотосинтез, пистолет, яйца, хлеб и газировка
Пистолет (пневматический), 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, брожение.
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 бы�� 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 потре��овала 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 санс��виерия, 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 количеств��. 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 — пневматическое 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”.
Ссылка на приобретение, программы для подключения к компьютеру, описание и технические характеристики детектора углекислого газа МТ8057.
←сюда туда→
