Neigiama sėkmė mažame medyje | gamta

Neigiama sėkmė mažame medyje | gamta

Anonim

Kai inžinieriai aštuoniolikto amžiaus pradžioje statė pluoštinius variklius, kad išpumpuotų minose esančias kasyklas, jie sužinojo, kad jie negali ištraukti vandens aukščiau nei apie 9 metrus (vandens aukštis, kurį gali palaikyti sumažėjęs slėgis tarp atmosfera ir vakuumas). Medžiai užauga daug kartų aukštesni - aukščiausių raudonmedžių atveju daugiau nei 100 metrų. Tačiau jie tiekia savo lapus nuolatiniu vandens srautu. Jie pasiekia šį žygdarbį išlaikydami vandenį aukštai savo bagažinėse, kur slėgis yra daug žemesnis nei vakuume.

Image

Vaizdas: S. WALKER / GETTY

Kitur šiame numeryje Wheeleris ir Stroockas pranešė apie šio triuko dubliavimąsi: jie sukūrė mažą „sintetinį medį“, per kurio kamieno vandenį teka maždaug 10 atmosferų slėgis („TD Wheeler“ ir „AD Stroock Nature 455“, 208–212; 2008). ).

Medžiuose išgarinant vandenį iš lapų ląstelių, vadinamų kempininiu mezofilu, vanduo pakeliamas per tuščiavidurias kamieno ląsteles (kempininis mezofilas yra apatinėje šio paveikslo pusėje esantis audinys, skerspjūvis per lapą). Dėl stiprios, rišlios vandens savybės, atsakingos už galingą jo paviršiaus įtempimą, leidžia vandeniui egzistuoti esant dideliam neigiamam slėgiui. Bet net mažiausias burbulas sprogstamai išsiplėtė į vandenį ir sutrikdydamas jo tekėjimą, vadinamą kavitacija. Augalo vandens sistemos ir oro sąsaja, kurią suformuoja kempinis mezofilas, turi leisti vandeniui, bet ne dujų molekulėms, kurios sukeltų kavitaciją.

Norėdami sukurti savo medį, Wheeleris ir Stroockas naudoja hidrogelį, kuris imituoja mezofilą, laikydamas vandenį molekulinės masės porose, mažesnėse nei kitos akytos kietos medžiagos. Kaip savo atitinkamą „šaknį“ ir „lapą“, autoriai poli (hidroksietilo metakrilato) lape suformavo du 10 mikrometrų skersmens kanalų tinklus ir sujungė juos vienu kanalu, „kamienu“. Kai „šaknis“ veikia vandens šaltinis, o „lapai“ - drėgno oro srautą, vanduo teka per sistemą, varomą vien tik iš „lapų“. Bagažinėje susidaręs slėgis yra 15 kartų didesnis nei bet kurioje anksčiau praneštoje siurbimo sistemoje.

Prietaisas parodytas popieriaus 3a paveiksle (210 psl.). Jis yra vos 5 centimetrų ilgio, o tekėjimas yra šiek tiek didesnis nei 2 mikrogramai vandens per sekundę, tačiau iš tokių mažų aronijų auga galingi ąžuolai. Sintetinis medis gali būti medžio fiziologijos teorijų bandymo įtaisas, o išplėsta technologija gali būti naudojama pasyviuose siurbliuose ar aušinimo įrenginiuose - dėl garinimo „lapas“ tampa šilumos šalintuvu. Be to, didelis neigiamas slėgis gali būti naudojamas vandeniui išstumti iš net gana sauso dirvožemio, tuo pačiu filtruojant priemaišas, praleidžiant „šaknies“ hidrogelį. Šis procesas, kurį autoriai vadina „atvirkštiniu atvirkštiniu osmosu“, galėtų būti gryno vandens gavybos saulės energija sausoje ar užterštoje aplinkoje pagrindas.

Autoriai

  1. Christopher Surridge paieška:

    • Gamtos tyrimų žurnalai •
    • PubMed •
    • „Google Scholar“

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.