ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 42
Скачиваний: 0
-У У А Д Ж А Й -
4-3-6
130-66М'
С. С. БОБОВ
ФИЗИКА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Издательство «Урожай»
Минск 1966
г f o V S ЛИЧНАЯ |
i |
„Л .Н И Ч Ь С К Л Я |
t |
|
( Ь
Ъ
Бобов Сергей Сергеевич
ФИЗИКА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Редактор Г. З д а н о в и ч Художник П. Д р а ч ё в
Художественный редактор П. Б а р з д ы к о Технический редактор А. И в а ш к о Корректор Л. П о д о л ь н а я
АТ 07931. Сдано в набор І6/ІѴ 1966 г. Подп. к печати 8/ѴІІІ 1966 г. Формат 70хЮ8Ѵз2Физ. печ. л. 3,625. Уел. печ. л. 5,075. Уч.-изд. л. 4,58. Тираж 1900 экз. Зак. 1501. Цена 12 коп. Бумага тип. № 2, сорт 1.
Издательство «Урожаи» Комитета по печати при Совете Министров БССР. Минск, Инструментальный пер., И.
Типография «Красный печатник». Минск, пер. Кали нина, 10.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современная физика становится фундаментом тео ретических и экспериментальных исследований для сельскохозяйственной науки. В данной брошюре рас сказывается о том, что нового сделано нашими учены ми в этом направлении. Усилиями агрофизиков созда ется автоматизированная, с элементами дистанцион ного управления и кибернетики, сельскохозяйственная техника, основанная на применении полупроводников. С помощью таких приборов можно достаточно точно измерять и контролировать важнейшие факторы жиз недеятельности и физиологического состояния орга низма растений и животных. Применение в сельском хозяйстве радиоактивных изотопов позволило создать
радиоселекцию. С ее помощью ученые-селекционеры получают высокоурожайные сорта сельскохозяйствен ных культур. Меченые атомы помогли биологам глу боко проникнуть в познание сложных процессов жизни, в познание самых сокровенных тайн живого организма.
Читатель найдет в брошюре рассказ о том, какие новейшие приборы применяются в животноводстве, растениеводстве и при длительном хранении зерна. Она предназначена для работников сельского хозяй ства, студентов сельскохозяйственных вузов и техни кумов и всех тех, кто интересуется вопросами приме нения современной физики в сельскохозяйственном производстве.
Следует иметь в виду, что по многим затронутым автором вопросам имеются противоречивые экспери ментальные данные и противоположные точки зрения. Название брошюры несколько шире ее содержания — в ней излагаются отдельные вопросы земледелия и животноводства, в основном связанные с достижения ми агрофизики и биофизики.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В НОВОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКЕ
Технический прогресс в сельском хозяйстве заклю чается не только в создании новой техники и количе ственном росте машинно-тракторного парка, но и в со здании приборов для более глубокого изучения жиз ненных процессов, протекающих в организме растений и животных.
Резкое увеличение теплично-парниковых хозяйств выдвигает проблему создания совершенно новых по принципу работы приборов, связанных с живыми ор ганизмами. Управлять такими приборами смогут са ми растения. По их сигналам устройства должны изменять в нужном направлении физические факторы внешней среды: свет и тепло, влажность и питание
7
растений. Это позволит перейти к созданию высоко производительных автоматизированных самоуправля емых теплиц. Сельскохозяйственное производство в ближайшее время получит такую же совершенную тех нику контроля и автоматического управления, какой оснащаются промышленные предприятия.
Полупроводники составляют основной раздел фи зики твердого тела. Они обладают рядом физических свойств, которых нет у других материалов. Полупро водники очень чувствительны к изменению температу ры, освещению видимым и невидимым светом, ядерному излучению, влиянию магнитного поля и многим другим факторам внешней среды. Воздействуя на по лупроводники, они вызывают резкие изменения их свойств, особенно электрических.
Применение полупроводниковых приборов нача лось совсем недавно. Признание они получили пока только в наиболее передовых хозяйствах. Это объяс няется, очевидно, недостаточной осведомленностью специалистов сельского хозяйства о новых приборах, а также их ограниченным выпуском, не обеспечиваю щим возрастающий на них спрос.
По своему производственному назначению полу проводниковые приборы можно разделить на три группы. В первую группу входят устройства для изме рений физических свойств и состояния внешней сре ды, в которой развиваются растения. Сюда входят приборы, позволяющие измерять температуру поверх ности почвы, температуру и влажность воздуха над ней, скорость его движения в приземном слое, влаж ность почвы и испарение влаги, ее радиационный и тепловой баланс.
8
Приборы для изучения биофизического состояния сельскохозяйственных растений и животных можно от нести ко второй группе. Биофизические процессы жи вого организма являются решающими показателями для оценки ожидаемых урожаев и продуктивности жи вотных и птиц.
Полупроводниковые приборы позволяют достаточ но точно определять и контролировать важнейшие факторы жизнедеятельности и физиологического со стояния организма: температуру растений и их от дельных органов, транспирацию, освещенность, а также температуру сельскохозяйственных живот ных.
Созданы приспособления для автоматического ре гулирования и контроля условий произрастания ра стений и содержания животных, режимов хранения и перевозки продуктов сельскохозяйственного производ ства. Эта группа приборов позволяет активно вмеши ваться в изменение физических условий среды при выращивании растений в закрытом грунте, в помеще ниях для животных и птицы, при длительном хранении зерна, картофеля, овощей и продуктов животновод ства.
Особую группу составляют полупроводниковые устройства для решения задач перспективного плани рования. На основании полученной информации об ус ловиях среды, складывающихся для растений, приспо собление прогнозирует заморозки, опасность увяда ния, а также составляет программу оптимальных условий для растений в теплицах. Первые такие при боры — прогнозаторы—уже созданы Агрофизическим институтом и успешно выдержали производственную
9
проверку. Эту группу приборов можно отнести к тех нике земледелия будущего.
Полупроводники в основном обладают электронной проводимостью. При нагревании их возрастает число свободных электронов, направленное движение кото рых образует ток. В результате сопротивление полу проводника уменьшается. В некоторых полупровод никовых материалах изменение температуры на 1° со провождается снижением сопротивления до 4%. Если из такого полупроводника изготовить маленький стер женек или шарик и измерить его сопротивление при различных температурах, то им можно пользоваться как термометром. Подобный полупроводник называют термосопротивлением, или термистором. В полупро водниковых приборах термисторы обычно применяют ся как датчики температур.
Достаточно датчик поместить в среду, температуру которой требуется измерить, или прикоснуться им к
поверхности тела, как он примет его температуру. Та кие термометры позволяют точно измерять температу ру даже на значительном расстоянии от объектов, ве сти непрерывные записи температуры и влажности. Соединив термистор с сигнальным или командным устройством автоматической системы, получают при способления автоматического контроля температур, их сохранения или изменения по заданной программе.
На том же физическом принципе основано устрой ство и полупроводниковых измерителей влажности. Относительная влажность воздуха представляет одну из наиболее важных характеристик условий произра стания растений. Наиболее распространен при изме рениях влажности психрометр Ассмана. Однако он обладает рядом существенных недостатков. Необхо димо непосредственное участие измерителя, что неиз бежно влияет на результаты наблюдений. По показа ниям прибора влажность определяют с помощью спе
11
циальной таблицы-номограммы. Пользуясь этим уст ройством, невозможно автоматизировать наблюдения.
Все эти недостатки исключены в электропсихро метре, созданном Агрофизическим институтом. В нем два термометра обычного психрометра заменены двумя одинаковыми термисторами, один из кото рых смачивается водой. Аспирация воздуха вызывает ся вращением моторчика. Отсчеты влажности дают ся непосредственно по шкале прибора и могут непре рывно записываться.
Другое замечательное свойство полупроводников— высокая чувствительность к действию света, способ ность превращать энергию светового излучения в электрический ток — получило применение в прибо рах для измерения освещенности и в различного рода автоматических устройствах. Основной частью таких приборов является полупроводниковый фотоэлемент. При освещении чувствительной поверхности его в це пи создается фототок.
Полупроводниковые элементы могут получить ши рокое применение при автоматизации управления мик роклиматом теплиц, освещении животноводческих по мещений, искусственном продлении светового дня, ультрафиолетовом облучении животных и птицы, а также при многих производственных процессах.
Пути применения фотоэлементов ищут и механиза торы. Благодаря высокой чувствительности к дейст вию света появление или исчезновение светового луча достаточно для немедленной реакции фотоэлемента и передачи им команды исполнительному устройству. На этом принципе в автоматизации земледелия воз можно точное проведение квадратно-гнездового сева
12
и посадки растений. В системе дистанционного управ ления сельхозмашинами, работающими без водите лей, фотоэлементам может быть поручено наблюдение за их нормальной работой. В случае поломки деталей или другой неисправности машины фотоэлемент не
медленно остановит ее и даст на пульт управления сигнал о характере аварии.
В полупроводниках возможно непосредственное превращение тепловой энергии в электрическую. Если составить замкнутую цепь из двух различных полу проводников и в местах их спаев поддерживать раз
ную температуру, то в цепи появится ток. Такая пара образует термоэлемент, а при их последовательном соединении создается термобатарея. Они получают применение в малой энергетике. В сельском хозяйстве термогенераторы используются для питания электро технических и радиотехнических устройств.
13
В полупроводниках про исходят разнообразные пре вращения энергии. Возмож но явление, в некотором роде противоположное тер моэлектричеству. Проходя через термобатарею, ток охлаждает одни и нагре вает другие спаи. Полупро водниковые термобатареи превращаются в источник тепла или холода в зависи мости от направления тока. Они могут обогревать теп лицы, животноводческие по мещения и птичники. Если поместить нагревающиеся спаи батареи внутри поме щения, а охлаждающиеся— снаружи, то батарея будет обогревать помещение за счет тепла, отнятого у на ружного воздуха даже в зимнее время.
Отопление полупровод никовыми батареями позво ляет легко регулировать тепловой режим, создавать в теплицах и других про изводственных помещениях необходимый микроклимат. В случае повышения тем-
%
-ц
пературы выше заданной автомату достаточно пере ключить в батарее направление тока, как помещение начнет охлаждаться. На работу полупроводникового отопления затрачивается небольшое количество элек троэнергии, что обуславливает его высокую экономич ность.
На таком же принципе работают и полупроводни ковые холодильники, которые по расходу энергии значительно экономичнее всех существующих холо дильных установок. Они найдут применение для охлаждения молока и для сохранения спермы при искусственном осеменении животных. Полупроводни ковой холодильной камерой при перевозках скоро портящихся продуктов можно оборудовать обычную автомашину. Аккумулятор машины вполне обеспечит холодильник энергией.
Полупроводники внесут много нового в работу сельскохозяйственных машин. На тракторах и авто мобилях обычное радиаторное охлаждение можно за менить полупроводниковым термоэлектрическим ох лаждением. Пропуская небольшой ток через радиатор в виде полупроводниковой термобатареи, можно обе спечить непрерывный отвод тепла от двигателя нару жу. Такой радиатор будет небольшим, легким и дол говечным в работе, его не надо заливать водой и про гревать в зимнее время.
В этом разделе кратко рассказано о некоторых возможностях использования полупроводников в но вой сельскохозяйственной технике.
