7. Испарение воды листьями (транспирация)
Корни растений в тёплое время года постоянно поглощают из почвы воду и проводят её по сосудам древесины к листьям. Внутри листа вода по межклетникам проходит к устьицам и через них испаряется (этот процесс называется транспирация).
Растение при этом удаляет из организма излишнюю воду и таким образом освобождает место для поступления с помощью всасывания корнями воды с растворёнными в ней минеральными веществами.
Обрати внимание!
Испарение способствует передвижению воды в растении. Кроме того, испаряясь, вода защищает листья от перегрева солнечными лучами.
Условия, влияющие на испарение воды
Испарение зависит от окружающих условий и состояния устьиц. При разных условиях даже одно и то же растение испаряет разное количество воды. Например, в пасмурную погоду воды испаряется меньше, чем в солнечный день. При сильном сухом ветре испарение идёт сильнее, чем в тихую погоду. В жаркие дни растениям грозит опасность перегрева от солнечных лучей. При испарении же листья охлаждаются, и растение не перегревается.
У растений испарение регулируется открыванием и закрыванием устьиц. У некоторых растений устьица открыты только днём, а на ночь закрываются.
Разные растения испаряют разное количество воды. Чем крупнее листья растений, чем больше их поверхность, тем больше испаряется влаги. Так, кукуруза за сутки испаряет \(0,8\) л воды, капуста — \(1\) л, дуб — \(50\) л, а берёза — больше \(60\) л воды.
Растения, обитающие в условиях недостатка влаги, выработали различные приспособления к её излишней потере: утолщённые наружные стенки клеток кожицы листьев, восковой налёт, густые волоски. Эти приспособления не только препятствуют испарению, но и способствуют отражению солнечных лучей. Кроме того, растения, постоянно испытывающие недостаток влаги, имеют небольшие листовые пластинки.
Источники:
Пасечник В. В. Биология. 6 класс // ДРОФА.
Пономарёва И. Н., Корнилова О. А., Кучменко B. C. Биология. 6 класс // ИЦ ВЕНТАНА-ГРАФ.
Викторов В. П., Никишов А. И. Биология. Растения. Бактерии. Грибы и лишайники. 7 класс // Гуманитарный издательский центр «ВЛАДОС».
Транспирация у растений — Сайт по биологии
Что такое транспирация
Транспирация – это регулируемый физиологический процесс движения воды|воды по органам|органам растительного организма, завершающийся её потерей через испарение.
Знаете ли вы? Слово «транспирация» происходит от двух латинских слов: trans – через и spiro – дыхание, дышать, выдыхать. Дословно термин переводится как выделение пота, потение, испарина
. Чтобы понять, что такое транспирация на примитивном уровне, достаточно осознать, что жизненно необходимая для растения вода, извлечённая из земли|земли корневой системой, должна каким-то образом попасть к листьям, стеблям|стеблям и цветам.
В процессе этого движения большая|большая часть влаги теряется (испаряется), особенно при ярком свете, сухом воздухе, сильном ветре и высокой температуре.
Таким образом, под влиянием атмосферных факторов запасы воды|воды в надземных органах|органах растения постоянно расходуются и, следовательно, должны всё время пополняться за счёт новых поступлений. По мере испарения воды|воды в клетках растения возникает некая сосущая сила, которая «подтягивает» воду из соседних клеток и так по цепочке – до самых корней. Таким образом, главный «двигатель» тока|тока воды|воды от корней к листьям находится именно в верхних частях растений, которые, говоря упрощённо, работают как маленькие насосы. Если вникнуть в процесс чуть глубже, то водный обмен в жизни растений представляет собой следующую цепочку: вытягивание воды|воды из почвы корнями, подъем|подъём её к надземным органам|органам, испарение. Эти три процесса находятся в постоянном взаимодействии. В клетках корневой системы растения образуется так называемое осмотическое давление, под воздействием которого находящаяся в почве вода активно всасывается корнями.
Когда в результате появления большого количества листьев и повышения температуры окружающей среды|среды вода как бы начинает высасываться из растения самой|самой атмосферой, в сосудах растений возникает дефицит давления, передающийся вниз, к корням, и подталкивающий их к новой «работе». Как видим, корневая система растения тянет воду из почвы под воздействием двух сил – собственной, активной и пассивной, передающейся сверху, которая и вызывается транспирацией.
Какую роль выполняет транспирация в физиологии растений
Процесс транспирации играет огромную роль в жизни растений.
Прежде всего, следует понимать, что именно транспирация обеспечивает растениям защиту от перегрева. Если в яркий солнечный день мы измерим|измерим у одного и того же растения температуру здорового и увядшего листа, разница может составлять до семи градусов, причём если увядший лист на солнце может оказаться горячее|горячее, чем окружающий воздух, то температура транспирирующего листа обычно бывает на несколько градусов ниже! Это говорит о том, что проходящие в здоровом листе процессы транспирации позволяют ему самостоятельно охлаждать себя, в противном случае лист перегревается и погибает.
Важно! Транспирация является гарантом важнейшего процесса в жизнедеятельности растения – фотосинтеза, который лучше всего происходит при температуре от 20 до 25 градусов тепла. При сильном повышении температуры, в связи с разрушением хлоропластов в клетках растения, фотосинтез сильно затрудняется, поэтому не допускать подобного перегрева для растения жизненно важно.
Кроме того, движение воды|воды от корней к листьям растения, непрерывность которого обеспечивает транспирация, как бы соединяет всё|все органы|органы в единый организм, и чем сильнее транспирация, тем активнее развивается растение.
Значение транспирации состоит и в том, что у растений основные питательные вещества могут проникнуть в ткани именно с водой, поэтому чем выше продуктивность транспирации, тем быстрее надземные части растений получают растворенные|растворённые в воде минеральные и органические соединения.
Наконец, транспирация является той удивительной силой, которая может заставить воду подняться внутри растения по всей его высоте, что имеет огромное значение, например, для высокорослых деревьев, верхние листочки которых благодаря рассматриваемому процессу могут получать необходимое количество влаги и питательных веществ.
Устьичная
Сначала вода начинает испаряться с поверхности основной ткани клеток. В результате эти клетки теряют влагу, водные мениски в капиллярах вгибаются вовнутрь, поверхностное натяжение увеличивается, и дальнейший процесс испарения воды|воды затрудняется, что позволяет растению значительно экономить воду. Затем испарившаяся вода через устьичные щели выходит наружу. Пока устьица открыты, вода испаряется с листа с такой же скоростью, что и с водной поверхности, то есть диффузия через устьица очень высокая.
Дело в том, что при одной и той же площади вода быстрее испаряется через несколько небольших отверстий, расположенных на некотором расстоянии, чем через одно крупное. Даже после того как устьица закрываются наполовину, интенсивность транспирации остаётся почти такой же высокой. Но когда устьица закрываются, транспирация уменьшается в несколько раз.
Количество устьиц и их расположение у различных растений неодинаково, у одних видов они находятся только на внутренней стороне листа, у других – и сверху и снизу, однако, как видно из вышесказанного, не столько количество устьиц влияет на интенсивность испарения, сколько степень их открытости: если воды|воды в клетке много, устьице открывается, когда возникает дефицит – происходит выпрямление замыкающих клеток, ширина устьичной щели уменьшается – и устьице закрывается.
Кутикулярная
Кутикула, так же как и устьица, обладает способностью реагировать на степень насыщенности листа водой. Находящиеся на поверхности листа волоски защищают лист от движений воздуха и солнечных лучей, что позволяет сократить потери воды|воды. Когда устьица закрыты, кутикулярная транспирация особенно важна. Интенсивность этого вида транспирации зависит от толщины|толщины кутикулы (чем толще слой, тем меньше испарение). Большое значение имеет и возраст растения – на зрелых листьях водопотери составляют всего 10 % от всего процесса транспирации, в то время как на молодых могут доходить до половины. Впрочем, увеличение кутикулярной транспирации наблюдается и на слишком старых листьях, если их защитный слой повреждается от возраста, рассыхается или растрескивается.
Описание процесса транспирации
На процесс транспирации существенное влияние оказывают несколько значимых факторов.
Факторы влияющие на процесс транспирации
Как было указано выше, интенсивность транспирации определяется в первую очередь степенью насыщенности водой клеток листа растения. В свою очередь, на это состояние главное воздействие оказывают внешние условия – влажность воздуха, температура, а также количество света.
Понятно, что при сухом воздухе процессы испарения происходят более интенсивно. А вот влажность почвы действует на транспирацию обратным образом: чем суше земля, тем меньше воды|воды попадает|попадает в растение, тем больше её дефицит и, соответственно, меньше транспирация.
При повышении температуры также увеличивается транспирация. Однако, пожалуй, основной фактор, влияющий на транспирацию, – это всё|все же свет. При поглощении листовой пластиной солнечного света увеличивается температура листа и, соответственно, раскрываются устьица и повышается интенсивность транспирации.
Знаете ли вы? Чем больше хлорофилла в растении, тем сильнее свет влияет на процессы транспирации. Зелёные растения начинают испарять влагу почти в два раза больше даже при рассеянном свете.
Исходя из влияния света на движения устьиц даже выделяют три основные группы растений по суточному ходу транспирации. У первой группы ночью устьица закрыты, утром они открываются и в течение светового дня двигаются, в зависимости от наличия или отсутствия дефицита воды|воды.
Видео по теме : Транспирация у растений
Презентация по теме «Строение листа»
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:1. Из почки на побеге появляется: А) корень; Б) лист; В) новый побег 2. Промежутки между листьями на побеге называют: А) узлами; Б) междоузлиями 3. Почки, из которых образуются побеги с цветами, называют: А) вегетативными; Б) генеративными 4. Почки — это: A) зачаточный побег Б)зачаточные листья B) видоизмененный побег Г) видоизмененные листья 5. Место прикрепления листьев к побегу называют: А) узлами; Б) междоузлиями
Описание слайда:Вегетативные органы цветкового растения. Лист Цель урока: изучить особенности строение листа и выполняемые им функции Один в земле копается, Другой в свету купается. И хотя они друзья – Поменяться им нельзя. Учитель биологии МБОУ «Гвардейская школа-гимназия №3» Цимбал Моника Богуславовна
Описание слайда:Лист – боковая часть побега, которая выполняет функцию фотосинтеза Функции листа: Фотосинтез (образование органических веществ) Газообмен Испарение воды (транспирация)
Описание слайда:Строение листа Листовая пластинка Черешок Прилистники Основание листа Жилки
5 слайд
Без черешковые (сидячие) Черешковые
6 слайд
Описание слайда: 7 слайд 
Описание слайда:Листорасположение
9 слайд
Описание слайда: 11 слайд 
Закрепление изученного на уроке Какое растение из расположенных в нижнем ряду вы перенесли бы в верхний ряд вместо знака вопроса?
12 слайд
Описание слайда:Заполните схему 1 3 2 4
Описание слайда:Заполните схему Жилка – сосудисто-волокнистый пучок 1 3 2 4
14 слайд
Описание слайда:Тест 1. Чем отличается лист от других органов растения? А. боковым расположением на побеге Б. зеленой окраской В.небольшим размером 2. Какое растение имеет сложные листья? А. яблоня Б. сирень В. Тополь Г. земляника 3. Что защищает внутренние части листа А. эндосперм Б. эпидерма В. Кожура Г. чешуя 4. Через какие части листа осуществляется испарение и газообмен? А. через зеленые клетки Б. через устьица В. через эпидерму Г. через кожицу 5. Важнейшие функции, осуществляемые зеленым листом, — это испарение, ….., газообмен, листопад, запас питательных веществ. 6. Как называются листья, имеющие одну листовую пластинку? А. сложные Б. простые В. Однодольные Г. двудольные 7. Какое жилкование в листьях двудольных растений? А. дуговое Б. перистое В. Параллельное Г. простое 8. Что такое фотосинтезирующая ткань? А. устьица Б. эпидерма В. замыкающие клетки Г. мякоть листа (мезофилл) 9. Какие два типа мезофилла (мякоти листа) различают по внешнему виду и строению. А. сложный и простой Б. внешний и внутренний Г. однодольный и двудольный Д. столбчатый и губчатый 10.Как называется функция листа, обеспечивающая удаление ненужных веществ?
Тест 1. Чем отличается лист от других органов растения? А. боковым расположением на побеге Б. зеленой окраской В.небольшим размером 2. Какое растение имеет сложные листья? А. яблоня Б. сирень В. Тополь Г. земляника 3. Что защищает внутренние части листа А. эндосперм Б. эпидерма В. Кожура Г. чешуя 4. Через какие части листа осуществляется испарение и газообмен? А. через зеленые клетки Б. через устьица В. через эпидерму Г. через кожицу 5. Важнейшие функции, осуществляемые зеленым листом, — это испарение, фотосинтез, газообмен, листопад, запас питательных веществ. 6. Как называются листья, имеющие одну листовую пластинку? А. сложные Б. простые В. Однодольные Г. двудольные 7. Какое жилкование в листьях двудольных растений? А. дуговое Б. перистое В. Параллельное Г. простое 8. Что такое фотосинтезирующая ткань? А. устьица Б. эпидерма В. замыкающие клетки Г. мякоть листа (мезофилл) 9. Какие два типа мезофилла (мякоти листа) различают по внешнему виду и строению. А. сложный и простой Б. внешний и внутренний Г. однодольный и двудольный Д. столбчатый и губчатый 10.Как называется функция листа, обеспечивающая удаление ненужных веществ? транспирация
Описание слайда:Рефлексия Что мы делали сегодня на уроке? С какой целью? Каков результат нашей деятельности? Кто из вас доволен результатом своей работы? Домашнее задание 1. Изучить материал учебника 2. Творческое задание ( составьте карточку – задание для определения внешнего строения листа или кроссворд по теме)
Курс профессиональной переподготовки
Учитель биологии
Курс повышения квалификации
Курс профессиональной переподготовки
Учитель биологии и химии
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое
Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс
Выберите учебник: Все учебники
Выберите тему: Все темы
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала: ДA-012873
Похожие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Устьица, газообмен — Справочник химика 21
Эпидермис наземных частей растения, особенно листьев, пронизан множеством мельчайших щелей, называемых устьицами, через которые осуществляется газообмен между растением и атмосферой. [c.73]Кутин водоустойчив, защищает ткани листа от потери влаги и от инфекций. Через устьица происходит газообмен с окружающей средой. Размеры устьиц регулируются замыкающими клетками — специальными эпидермальными клетками, содержащими хлоропласты [c.255]
Рассматривая поверхность листьев в световом микроскопе, можно заметить, что у двудольных клетки эпидермиса имеют неправильную форму и извилистые стенки (рис. 6.3., Б), тогда как у однодольных форма их более правильная, приближающаяся к прямоугольной (рис. 6.3., В). На определенных расстояниях друг от друга на поверхности листа рассеяны особые, специализированные клетки эпидермиса, так называемые замыкающие клетки. Они всегда располагаются парами — две клетки рядом, и между ними видно отверстие это так называемое устьице (рис. 6.1. и рис. 6.3., Б и В). Замыкающие клетки имеют характерную форму, отличную от других клеток эпидермиса. Кроме того, это единственные клетки эпидермиса, в которых есть хлоропласты все прочие клетки эпидермиса бесцветны. Размеры устьичного отверстия (устьичной щели) зависят от тургесцентности замьпсающих клеток (подробнее об этом см. в гл. 13). Устьица обеспечивают газообмен при фотосинтезе и дыхании, поэтому их больще всего в эпидермисе листьев, хотя они встречаются также и на стебле. Через устьица выходят из растения наружу и па-рыводы, что составляет часть общего процесса, называемого транспирацией. [c.224]
Чтобы процесс фотосинтеза проходил непрерывно, клетки должны быть достаточно насыщены водой. В таких условиях устьица до определенной степени открыты. При этом будут происходить транспирация, газообмен, снабжение листьев в достаточной мере углекислым газом, т. е. процесс фотосинтеза пойдет нормально. [c.151]
Газообмен осуществляется через большие межклетники и устьица Содержит запасы крахмала [c.255]
Нижний эпидермис Тонкая кутикула Замыкающая клетка (содержит хлоропласты пара этих клеток контролирует раскрывание и закрывание устьиц) «Устьице (в нижнем эпидермисе их больше они обеспечивают газообмен) [c.257]
Устьица, напротив, играют важнейшую роль в газообмене между листом и воздухом это основной проводящий путь для водяного пара, СО., и кислорода. Вообще говоря, устьица могут располагаться на обеих поверхностях листа, но чаще они встречаются на нижней его поверхности, где число их колеблется в пределах от 50 до 500 на квадратный миллиметр. При максимальной частоте отдельные [c.231]
Устьице — миниатюрная пора на нижней поверхности листа, через которую происходит газообмен листа с окружающей средой и транспирация. [c.192]
Возникающее вследствие осмотического дисбаланса этих двух сред избыточное гидростатическое давление внутри растительной клетки, называемое тургорным дявленвем (или просто тургором), имеет для растений жизненно важное значение. Тургор-главная сила, растягивающая клетку в период ее роста он в значительной мере ответствен также за жесткость растительных тканей (сравните ушщишй лист обезвоженного растения с упругими листьями растения, получающего достаточно воды). Кроме того, изменения тургора обусловливают те ограниченные движения, которые можно наблюдать у растений, например движения замыкающих клеток устьиц, регулирующих транспирацию и газообмен между листьями и атмосферой (рис. 19-10), подвижность ловчих органов у насекомоядных растений или листьев у растений-не-дотрог , чутко реагирующих на прикосновение. [c.166]
Устьица — это отверстия в эпидермисе, через которые происходит газообмен. Они находятся в основном на листьях, но имеются также и на стеблях. Каждое устьице окружено двумя замыкающими клетками, которые в отличие от обьга-ных эпидермальных клеток содержат хлоропласты. Замыкающие клетки контролируют величину отверстия устьица за счет изменения своей тургесцентности. Внешний вид устьиц и замыкающих клеток хорошо видны на микрофотографиях, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа (рис. 13.14). [c.119]
Важнейшая ткань листа — мезофилл, где осуществляется фотосинтез (рис. 3,17). Покрывающий лист эпидермис, клетки которого, за исключением замыкающих клеток устьиц, не содержат хлоропластов, защищает ткани листа, регулирует газообмен и транспирацию. Система разветвленных проводящих пучков необходима для снабжения тканей листа водой, минеральными и некоторыми органическими веществами и для оттока ассимилятов в другие части растения. Мезофилл обычно дифференцирован на две ткани — палисадную (столбчатую), расположенную под верхним эпидермисом, и губчатую, находящуюся в нижней стороне листа. В палисадном мезофилле клетки вытянуты перпендикулярно поверхности листа и расположены в один или несколько слоев. Клетки губчатого мезофилла связаны друг с другом более рыхло из-за больших межклетников. У большинства растений устьица находятся на нижней стороне листа, обширные межклетники губчатой паренхимы обеспечивают газообмен. Благодаря развитой системе межклетников мезофилл обладает громадной поверхностью, во много раз превышающей наружную поверхность листа. [c.99]
Газы и пары, легко проникая в ткани растений через устьица, могут непосредственно влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодейст вия уже на уровне клеточных стенок и мембран. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица, что ухудшает газообмен листьев, затрудняет поглощение света, нарушает водный режим. [c.433]
У игольчатьк листьев под эпидермой располагается плотный слой клеток гиподермы, подобных волокнам и имеющих толстые стенки. Гиподерма относится к склеренхимным (механическим) тканям (гиподермальная склеренхима). У различных хвойных эта ткань варьируется по содержанию. В эпидерме имеются многочисленные устьица (десятки и даже сотни на 1 мм ), через которые происходят газообмен и транспирация. Под устьицами у хвои слой гиподермы также прерывается. Эпидерма (вместе с гиподермой) служит механической опорой для мезофилла и других тканей листа. [c.212]
Степень ожога растений пестицидами зависит от условий окружающей среды и видовых особенностей растений. Как правило, теплая погода способствует лроявлению ожигающего действия. Днем, при усиленном газообмене и при открытых устьицах на листьях, ожоги могут быть сильнее, чем ночью, когда устьица закрыты. Чем тоньше покровные ткани растений, тем сильнее пестицид действует на растение. Более подвержены ожогам растения, произрастающие во влажных условиях. [c.41]
Накопление С1, т. е. разница между содержанием С1 у подвергавши
Урок 6. дыхание — Биология — 6 класс
Биология, 6 класс
Урок 6. Дыхание
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
- На уроке вы узнаете, как дышат организмы.
- Какое значение имеет этот процесс для растений и животных.
Тезаурус
Дыхание – это процессы поглощения кислорода, использования его в организме в химических превращениях и вывода углекислого газа в окружающую среду.
Жабры – органы водного дыхания у ракообразных, рыб и личинок земноводных животных.
Трахеи – сеть дыхательных трубочек ветвящихся внутри тела у насекомых, пауков и клещей.
Легкие – органы воздушного дыхания у человека, всех млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, большинства взрослых земноводных.
*Воздушные мешки – воздухоносные полости, соединённые с дыхательными путями, ротовой полостью или пищеводом у многих наземных позвоночных.
Чечевички – образования в виде мелких бугорков, штрихов или иной формы, служащие для газообмена в стеблях с вторичной покровной тканью – перидермой, заметны на поверхности молодых ветвей.
Устьица – поры в кожице листьев и зелёных стеблей, через которые происходит испарение воды и газообмен растений с окружающей средой.
*Межклетники – пространства между клетками в тканях организмов, заполненные межклеточным веществом.
Основная и дополнительная литература по теме урока
- Биология. 5 – 6 класс. Линия жизни / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, Г. С. Калинова, Г. Г. Швецов, З. Г. Гапонюк. – М.: Просвещение, 2018 г.
- Биология в схемах и таблицах / А.Ю. Ионцева, А.В. Торгалов.
- Введение в биологию. Неживые тела. Организмы: учеб. Для уч — ся 5 – 6 кл. общеобразоват. учеб. заведений / А. И. Никишов. —М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2012.
- Биология. Живой организм. 5 – 6 классы: учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе / Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова. – М.: Просвещение, 2013.
- Биология. Обо всем живом. 5 класс: учебник / С. Н. Ловягин, А. А. Вахрушев, А. С. Раутиан. – М.: Баласс, 2014.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Дыхание – это процесс, свойственный всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад сложных органических соединений (в первую очередь углеводов), конечными продуктам которого являются углекислый газ и вода с выделением энергии. Дыхание как физиологический процесс может быть представлено следующей схемой: С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 686 ккал. Однако процесс окисления не столь прост, как показано на схеме, а идет через ряд промежуточных этапов. Значение дыхания состоит не только в освобождении энергии, но и в том, что при постепенном распаде углеводов образуется ряд различных промежуточных соединений, которые могут служить для синтеза органических веществ, например, белков, жиров и других.
Дыхание у растений принципиально не отличается от дыхания животных, или грибов. Какой газ растения выделяют при дыхании, такой же выделяют любые другие организмы. Это углекислый газ. Дыхание идёт круглосуточно, поэтому образование углекислого газа происходит постоянно. Также постоянно в клетки растений для их нормальной жизнедеятельности должен поступать кислород. В отличие от животных, растения не имеют специальных органов дыхания. Газообмен осуществляется через отверстия в покровных тканях:
- устьица;
- чечевички.
Устьица располагаются на листьях. Каждое из них имеет клетки, способные менять тургор (наполненность водой) и закрывать устьичную щель. Устьичные щели осуществляют газообмен и испарение воды листьями.
Чечевички – это более крупные, чем устьица, щели на стеблях. Воздух также может поступать в ткани растений в растворённом виде.
Интенсивность дыхания не одинакова в разных органах. Наиболее активно дышат:
- прорастающие семена;
- распускающиеся цветы;
- растущие органы.
Корни также, как и надземные органы, дышат. Для нормального дыхания корней необходимо рыхлить почву.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Зачеркните неверные предложения в тексте.
Варианты ответов:
- Дыхание – это поступление в организм кислорода и удаление угарного газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии.
- Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов.
- Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию.
- Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания.
- В целом, растения интенсивнее дышат, чем фотосинтезируют.
Правильный вариант ответа:
Дыхание– это поступление в организм кислорода и удаление угарного газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии.- Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов.
- Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию.
- Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания.
В целом, растения интенсивнее дышат, чем фотосинтезируют.
Задание 2. Заполните таблицу.
фотосинтез | признак | дыхание |
Поглощаемый газ | ||
Выделяемый газ | ||
Варианты ответов:
- Во всех живых клетках
- Углекислый газ
- Кислород
- Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл
- В каких клетках происходит
- Не имеют клеточного строения
Правильный вариант:
фотосинтез | признак | дыхание |
Углекислый газ | Поглощаемый газ | Кислород |
Кислород | Выделяемый газ | Углекислый газ |
Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл | В каких клетках происходит | Во всех живых клетках |
Газообмен растений
У растений под воздействием загрязненного воздуха ослабляется фотосинтез, желтеют и опадают листья, нарушается газообмен, подавляются рост, цветение и плодоношение. Зарегистрированы случаи сильных повреждений картофеля, кукурузы, томата, сои, арахиса, фасоли, люцерны, апельсинов, винограда и других видов культивируемых растений.[ …]
Как абсолютные, так и дифференциальные измерения (1 1е, 1960) проводили при помощи инфракрасных анализаторов газов («Унор» и «15А», выпускаемых фирмами Майхак и Бекман, соответственно). Величину абсолютного обмена СОг в единицу времени рассчитывали как произведение разности концентраций СОг во входящем и выходящем воздухе и скорости обмена воздуха и выражали в мг СОг/дм2 площади листа в единицу времени.[ …]
Большинство растений поливают летом обильно, зимой — умеренно. Сильная пересушка почвы также опасна, как и избыточный полив: отмирает часть корневой системы (прежде всего молодые корни), желтеют и осыпаются листья (обычно сначала нижние). Растения, пересушенные неоднократно, постепенно ослабевают, теряют декоративность. Есть растения, которые совсем не выносят сильной пересушки и погибают сразу (плющ, азалия, хойя, циссус, хвойные, камелия, цитрусовые). Частая пересушка приносит вред и самой почве: нарушается ее структура, пористость, газообмен, она постепенно уплотняется, быстрее высыхает.[ …]
Большинство растений не может существовать без непрерывного притока кислорода к корням и вывода углекислого газа из почвы. Если изолировать почву от атмосферного воздуха, то кислород в ней израсходуется полностью через несколько суток. Следовательно, почвенный воздух обеспечивает живые организмы кислородом только при условии постоянного обмена с атмосферным воздухом. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом или аэрацией.[ …]
Сожительство растений может быть и без прижизненного обмена веществ. В этих случаях растение, живущее на другом, используя последнее только как место прикрепления, называют эпифитом. Частным случаем эпифитизма являются э п и ф и л л ы, т. е. растения, использующие в качестве опоры только листья другого растения. Эпифиты и эпифиллы могут заметно влиять на свой субстрат, затрудняя газообмен и другими путями.[ …]
Насосная функция растений может ослабляться или усиливаться в зависимости от условий внешней среды. Открытием чрезвычайной важности было установление анти-транспирационного эффекта С02. Этому явлению, которое несомненно должно иметь как положительные, так и серьезные теневые стороны, пока уделяется слишком мало внимания. Опыты с пшеницей и кукурузой показали, что при повышении концентрации С02 с 300 до 600 частей на млн. транспирация у этих культур снижалась соответственно на 5 и 20%. Оказалось также, что по увеличению эффективности использования воды в условиях дополнительной подкормки углекислотой кукуруза превосходит хлопчатник. С помощью специальной аппаратуры была установлена причина указанного явления. Оказалось, что рост концентрации С02 в воздухе вызывает снижение устьич-ной проводимости и повышает эффективность использования воды у всех растений, подвергающихся опытам (рис.2). Устьица — это маленькие отверстия на поверхности листьев, обычно около 10 мкм длиной и от 2 до 7 мкм шириной. Через них растеши осуществляют газообмен с атмосферой.[ …]
Хроническое поражение растений является результатом длительного (периодического или систематического) воздействия небольших концентраций ЙОг. Характерными здесь являются уменьшение размеров ассимиляционных органов, снижени« прироста, преждевременный листопад, прекращение плодоношения и др. Газообмен при этом нарушается в течение длительного времени.[ …]
В процессе отмирания как целых растений, так и отдельных их частей органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Количество годового спада колеблется в значительных пределах: во влажных тропических лесах он достигает 250 ц/га, в арктических тундрах — менее 10 ц/га, а в пустынях — 5—6 ц/га. На поверхности почвы органические вещества под воздействием животных, бактерий, грибов, а также физических и химических агентов разлагаются с образованием почвенного гумуса. Зольные вещества пополняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал образует так называемую лесную подстилку (в лесах) или войлок (в степях и лугах). Эти образования оказывают влияние на газообмен почвы, проницаемость осадков, на тепловой режим верхнего слоя почвы, почвенную фауну и жизнедеятельность микроорганизмов.[ …]
Потребность в кислороде корней растений удовлетворяется преимущественно за счет свободного почвенного воздуха, участвующего постоянно в газообмене между почвой и атмосферой.[ …]
Вода — это основной элемент жизни растений. Питание их изначально зависит от наличия достаточно большого количества почвенной влаги. Вода растворяет находящиеся в почве питательные соли и переводит их в форму, усвояемую растениями. Вместе с водой они всасываются корнями в виде питательных растворов и поступают в ток питательных веществ, идущих по проводящим сосудам к органам растения, которые его и используют. Образование новых клеток и вообще рост могут в конечном счете осуществляться только с помощью воды. Кактусы и прочие суккуленты населяют места, которые в течение долгого времени отличаются острой нехваткой воды. Чтобы на протяжении недель и даже месяцев, а порою даже годами переживать засуху, они запасают влагу в короткое время, когда она имеется, в своей запасающей ткани и затем очень экономно ее расходуют благодаря очень ограниченному испарению. Все суккуленты реагируют на высокую температуру и освещение не так, как другие растения — усилением транспирации, а наоборот, сокращают ее, поскольку их устьица (клетки, через которые осуществляется газообмен) глубоко погружены в ткань и открываются только ночью. Длительные периоды засухи приводят к значительной потере воды растениями. Действительно, некоторые виды безболезненно переносят сокращение своего объема до 60% от нормы. С другой стороны, тело кактуса может на 95% состоять из воды. Эти удивительные создания, легко переносящие голод и жажду, в благоприятное время должны достаточно интенсивно использовать влагу и растворенные в ней питательные вещества. Они не только должны вновь заполнить влагой свои водозапасающие органы, но и обеспечить прирост, который зависит от количества потребляемой воды и растворенных в ней питательных веществ. Немаловажную роль в жизни кактусов также играют роса и туман. Многие виды могут воспринимать эту влагу непосредственно через колючки или волоски. Большинство кактусов проходит период покоя во время нашей темной и холодной зимы. Исключение составляют южноамериканские шаровидные кактусы и различные эпифиты, некоторые из них даже зацветают зимой (шлюмбергера различные рипсалисы и родственные роды). Эти виды в состоянии покоя содержат в холоде и сухости. С конца октября — начала ноября полив сводят до минимума (за немногими исключениями). Растения, которые должны зимовать в теплых жилых комнатах или рабочих помещениях, должны получать немного воды раз в 8-10 дней.[ …]
В действительности воздушно-сухие растения мха содержат значительное количество воды. По определениям этого года воздушно-сухие растения содержали: мох Шребсра — 22%, хилокомиум — 18% воды. Это количество составляет более ’А части воды растений при полном насыщении. Видимых признаков завядания растений мха при этом содержании воды не обнаруживалось. Возможно, что газообмен при таких условиях продолжал совершаться, тем более, что истинное количество воды в живых тканях выше общего содержания ее в растении. Как известно, семена при такой влажности обнаруживают заметное дыхание.[ …]
Закрытые днем устьица препятствуют газообмену и поступлению в растение ССЬ, что затрудняет фотосинтез. Как адаптация к этому ряд видов суккулентов поглощают ССЬ ночью
ОБМЕН ГАЗОВ В ЛИСТЬЯХ И ИСПАРЕНИЕ ВОДЫ
- Какой процес происходит при дыхании?
- Как происходит газообмен в листьях?
- В каких клетках растения происходит испарение воды?
- Как влияют погодные условия на испарение?
- Каково значение испарения для растения?
В воздухе имеется 21% кислорода, 0,03-0,032% углекислого газа, 78,08% азота и 0,98% инертных газов. Откуда взялась энергия, выделяемая при соединении сахаров с кислородом?
Дыхание осуществляется непрерывно, и днём, и ночью. Все органы растения дышат. А фотосинтез происходит только в светлое время.
Значит, в светлое время происходят два противоположных процесса. Первый — фотосинтез, второй — Дыхание. При фотосинтезе из неорганических веществ образуются органические с использованием энергии солнечного света. А при дыхании кислород расщепляет органические вещества. При этом выделяется энергия. Например, выделение энергии можно наблюдать при прорастании семян. Это энергия солнца. Наряду с углекислым газом, растения поглощают из окружающего воздуха кислород, он необходим для дыхания.
Чтобы сравнить фотосинтез и дыхание, заполните след ую- щую таблицу.
Таблица 8.
| Вопросы | Фотосинтез | Дыхание |
| 1. В какое время суток происходит?2. Какой газ поглощается?3. Какой газ выделяется? 4. В каком случае образуется органическое вещество и в каком случае расщепляется? |
Поместите маленькую веточку растения с листьями в колбу, не срезая её с растения (рис. 99 а). После этого закупорьте отверстие колбы ватой. Через некоторое время на стенках колбы появятся капельки воды.
Опыты, показывающие испарение растением воды. Откуда появились капельки воды в колбе?
Они появились при испарении листьев. Можно даже определить количество воды, испарившейся растением. Срезав веточку какого-либо растения, поместите её в небольшой сосуд с водой. Поверх воды в сосуде налейте немного растительного масла (Рис. 99 б). Оно покроет воду и предотвратит испарение воды через отверстие сосуда. Затем поставьте сосуд с водой на одну чашу весов, а на другую поставьте такой же сосуд с водой, но без растения. Спустя сутки количество воды в сосуде с растением уменьшится. Сосуд с растением поднимется выше на весах. Чтобы уравновесить весы, необходимо воспользоваться гирьками для весов. Вес гирек покажет количество воды, испарённой листьями срезанной веточки за одни сутки.
Вода испаряется с верхней поверхности листьев. Пар образовавшейся воды, двигаясь в пространстве между клетками, направляется к устьицам и выводится через них наружу. В молодых листьях испарение происходит более интенсивно.
У различных растений испарение происходит по-разному. Например, листья кукурузы за одни сутки могут испарить около 800 г воды, капусты — 1 л, берёзы — более 60 л.
Количество испарения зависит от условий. Например, в тени происходит меньше испарения, чем на солнечной стороне. В сухую ветренную погоду испарение ускоряется, в отличие от прохладной погоды. Потому что внешние условия влияют на состояние устьиц. При наличии влаги устьица открыты и днём, и ночью. Испарение происходит непрерывно. При дефиците воды устьица некоторых растений закрываются даже днём. В результате прекращается выделение паров воды в воздух. В благоприятных условиях устьица снова открываются.
Испарение имеет огромное значение в жизни растений. Если происходит испарение, растение не высыхает и хорошо сохраняется. При испарении листья немного освежаются, сохраняется определённая температура, растение, не перегреваясь, продолжает фотосинтез.
Какая связь имеется между испарением воды листьями и всасыванием её корнями?
Испарение воды растением способствует движению воды вверх, потому что уменьшение воды в растении стимулирует всасывание её корнями. Вместе с током воды к органам растения поступают минеральные и питательные вещества.
Испарение воды зависит от величины поверхности листа. Испарение воды листьями способствует всасыванию воды корнями и доставке её к стеблю и листьям.
Комментарии
Дыхательная система человека — это ряд органов, ответственных за поглощение кислорода и выброс углекислого газа. Первичными органами дыхательной системы являются легких, , которые осуществляют этот обмен газами, когда мы дышим.
Легкие работают с системой кровообращения , чтобы доставлять кровь, обогащенную кислородом, ко всем клеткам организма. Затем кровь собирает углекислый газ и другие продукты жизнедеятельности и транспортирует их обратно в легкие, где они выкачиваются из организма, когда мы выдыхаем, согласно Американской ассоциации легких .
Человеческое тело нуждается в кислороде, чтобы поддерживать себя. По данным Национального института неврологических нарушений и инсульта Национального института неврологических расстройств и инсульта , клетки мозга умирают примерно через пять минут без кислорода, что может привести к повреждению мозга и в конечном итоге к смерти. [ Вздох! 11 Удивительные факты о дыхательной системе ]
У людей среднее дыхание или частота дыхания в основном зависят от возраста. Согласно нормам Stanford Children’s Health , нормальное дыхание новорожденного составляет около 40–60 раз в минуту и может замедляться до 30–40 раз в минуту, когда ребенок спит.Согласно данным Европейского респираторного общества , средняя частота дыхания в покое для взрослых составляет от 12 до 16 вдохов в минуту и от 40 до 60 вдохов в минуту во время тренировки.
Части дыхательной системы
Когда мы дышим, кислород поступает в нос или рот и проходит через пазухи, которые являются полыми пространствами в черепе, которые помогают регулировать температуру и влажность воздуха, которым мы дышим.
Из пазухи воздух проходит через трахею, также называемую дыхательной трубкой, и попадает в бронхи, которые являются двумя трубками, которые несут воздух в каждое легкое (каждая называется бронхом).Бронхи выстланы крошечными волосками, называемыми ресничками, которые движутся взад и вперед, неся слизь вверх и наружу. Слизь — это липкая жидкость , которая собирает пыль, микробы и другие вещества, которые проникли в легкие и которые мы выбрасываем, когда чихаем и кашляем.
Бронхи снова разделились, чтобы нести воздух в доли каждого легкого. Согласно данным Американской ассоциации легких , в правом легком три доли, а в левом — только две.Доли заполнены маленькими губчатыми мешочками, называемыми альвеолами, в которых происходит обмен кислорода и углекислого газа.
Из трахеи воздух поступает в бронхи, которые разделяются и достигают трех долей правого легкого и двух долей левого легкого. (Фото предоставлено: Shutterstock)Альвеолярные стенки чрезвычайно тонкие (около 0,2 микрометра) и состоят из одного слоя тканей, называемых эпителиальными клетками, и крошечных кровеносных сосудов, называемых легочными капиллярами.Кровь в капиллярах поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Затем насыщенная кислородом кровь попадает в легочную вену. Эта вена переносит кровь, обогащенную кислородом, к левой стороне сердца, где она перекачивается во все части тела. Углекислый газ, оставшийся после крови, попадает в альвеолы и выводится из нас с выдохом.
Диафрагма, куполообразная мышца в нижней части легких, контролирует дыхание и отделяет полость грудной клетки от брюшной полости.Когда воздух всасывается, диафрагма сжимается и опускается вниз на , освобождая пространство для легких, чтобы заполниться воздухом и расширить Во время выдоха диафрагма расширяется и сжимает легкие, вытесняя воздух.
Инфографика о дыхательной системе. Нажмите на изображение, чтобы увеличить. (Фото предоставлено: Росс Торо, автор Livescience)Заболевания дыхательной системы
Заболевания и состояния дыхательной системы делятся на две категории: инфекции, такие как гриппа , бактериальная пневмония и вирус респираторного вируса энтеровируса, и хронические заболевания, такие как астма и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).По словам доктора Нила Чейссона, который практикует легочную медицину в клинике Кливленда, мало что можно сделать для вирусных инфекций, кроме как дать им возможность идти своим чередом. « Антибиотики не эффективны в лечении вирусов , и лучшее, что можно сделать, это просто отдохнуть», — сказал он.
Для большинства здоровых людей наиболее распространенным респираторным заболеванием, с которым они могут столкнуться, является инфекция, по словам доктора Мэтью Экслайна, пульмонолога и специалиста по интенсивной терапии в медицинском центре Wexner Университета штата Огайо.Кашель является первым симптомом, возможно, сопровождающимся лихорадкой. [ Грубая наука о кашле и чихании ]
«Однако кашель может быть признаком хронических респираторных заболеваний, таких как астма, хронический бронхит или эмфизема», — сказал он. «При хронических заболеваниях легких большинство респираторных заболеваний сопровождается одышкой, первоначально при физической нагрузке, такой как ходьба на значительное расстояние или подъем по лестнице».
Астма — это хроническое воспаление дыхательных путей легких, которое вызывает кашель, хрипы, стеснение в груди или затрудненное дыхание, по словам Тони Уиндерс, президента сети аллергии и астмы.Эти признаки и симптомы могут быть хуже, когда человек подвергается воздействию их триггеров, которые могут включать загрязнение воздуха, табачный дым, заводской пар, чистящие растворители, инфекции, пыльцу, продукты, холодный воздух, физические упражнения, химикаты и лекарства. По данным CDC, более 25 миллионов человек (или 1 из 13 взрослых и 1 из 12 детей) в Соединенных Штатах страдают астмой.
Кашель обычно является первым признаком респираторной инфекции. (Фото предоставлено: Shutterstock)ХОБЛ , иногда называемый хроническим бронхитом или эмфиземой, — это хроническое и прогрессирующее заболевание, при котором воздушный поток в легкие и из легких уменьшается, затрудняя дыхание.Со временем дыхательные пути в легких воспаляются и уплотняются, что затрудняет избавление от углекислого газа, согласно данным Американской ассоциации легких . По мере прогрессирования заболевания у пациентов возникает одышка, и это может ограничивать активность. Более 15 миллионов американцев страдают от ХОБЛ, в соответствии с CDC .
Рак легкого часто ассоциируется с курением, но болезнь также может повлиять на некурящих. Это второй по распространенности рак у мужчин и женщин, опережающий рак простаты и молочной железы, соответственно.По оценкам Американского онкологического общества , в 2019 году будет зарегистрировано около 228 150 новых случаев рака легких (116 440 у мужчин и 111 710 у женщин) и около 142 670 смертей от рака легких (76 650 у мужчин и 66 020 у женщин) в Соединенных Штатах. ,
Дополнительные ресурсы:
Эта статья была обновлена 23 августа 2019 года автором Live Science Сарой Деруин.
,ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Теплообменник — это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть однофазными или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находятся в непосредственном контакте. Устройства, использующие источники энергии, такие как стержни ядерного топлива или нагреватели, обычно не рассматриваются в качестве теплообменников, хотя многие принципы, используемые в их конструкции, являются одинаковыми.
Чтобы обсудить теплообменники, необходимо предусмотреть некоторую форму категоризации.Есть два подхода, которые обычно принимаются. Первый рассматривает конфигурацию потока в теплообменнике, а второй основан на классификации типа оборудования, в основном по конструкции. Оба рассматриваются здесь.
Классификация теплообменников по конфигурации потока
Существует четыре основных конфигурации потока:
На рисунке 1 показан идеализированный противоточный теплообменник, в котором две жидкости текут параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.Этот тип организации потока позволяет максимально изменять температуру обеих жидкостей и поэтому является наиболее эффективным (где КПД — это количество фактически переданного тепла по сравнению с теоретическим максимальным количеством тепла, которое может быть передано).
Рис. 1. Противоток.
В теплообменниках с прямоточным потоком потоки текут параллельно друг другу и в том же направлении, как показано на фиг.2. Это менее эффективно, чем противоточное течение, но обеспечивает более равномерную температуру стенок.
Рисунок 2. Поток тока.
Теплообменники с поперечным потоком являются промежуточными по эффективности между противотоком и теплообменниками с параллельным потоком. В этих единицах потоки текут под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Перекрестный поток.
В промышленных теплообменниках часто встречаются гибриды вышеуказанных типов потока. Примерами этого являются комбинированные теплообменники с противотоком и противотоком и многопроходные теплообменники.(См., Например, рисунок 4.)
Рис. 4. Поперечный / встречный поток.
Классификация теплообменников по конструкции
В этом разделе теплообменники классифицируются в основном по их конструкции, Garland (1990) (см. Рисунок 5). Первый уровень классификации заключается в разделении типов теплообменников на рекуперативные или регенеративные. Рекуперативный теплообменник имеет отдельные пути потока для каждой жидкости, и жидкости текут одновременно через теплообменник, обмениваясь теплом через стену, разделяющую пути потока.Регенеративный теплообменник имеет единственный путь потока, через который попеременно проходят горячие и холодные жидкости.
Рисунок 5. Классификации теплообменников.
Регенеративные теплообменники
В регенеративном теплообменнике путь потока обычно состоит из матрицы, которая нагревается, когда через нее проходит горячая жидкость (это называется «горячим ударом»). Это тепло затем передается холодной жидкости, когда она протекает через матрицу («холодный удар»).Регенеративные теплообменники иногда называют емкостными теплообменниками . Хороший обзор регенераторов предоставлен Walker (1982).
Регенераторы в основном используются в системах рекуперации тепла газ / газ на электростанциях и в других энергоемких отраслях промышленности. Два основных типа регенератора: статический и динамический. Оба типа регенераторов являются переходными в работе, и если в их конструкции не уделяется большое внимание, обычно происходит перекрестное загрязнение горячего и холодного потоков.Однако использование регенераторов в будущем, вероятно, возрастет, поскольку предпринимаются попытки повысить энергоэффективность и рекуперировать более низкосортное тепло. Однако, поскольку регенеративные теплообменники, как правило, используются для специализированных применений, рекуперативные теплообменники встречаются чаще.
Рекуперативные теплообменники
Существует много типов рекуперативных теплообменников, которые можно сгруппировать в непрямой контакт, прямой контакт и специальные. Непрямые контактные теплообменники разделяют теплообменные жидкости, используя трубки или пластины и т. Д., Прямые контактные теплообменники не разделяют жидкости, обменивающиеся теплом, и фактически зависят от жидкостей, находящихся в тесном контакте.
В этом разделе кратко описаны некоторые из наиболее распространенных типов теплообменников, и они расположены в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 5.
В этом типе пары разделены стенкой, обычно металлической. Примерами этого являются трубчатые теплообменники, см. Рисунок 6, и пластинчатые теплообменники, см. Рисунок 7.
Трубчатые теплообменники очень популярны благодаря гибкости, которую конструктор должен учитывать в широком диапазоне давлений и температур.Трубчатые теплообменники можно подразделить на ряд категорий, из которых кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным.
Кожухотрубный теплообменник состоит из нескольких трубок, установленных внутри цилиндрической оболочки. Рисунок 8 иллюстрирует типичную единицу, которая может быть найдена на нефтехимическом заводе. Две жидкости могут обмениваться теплом, одна жидкость течет по внешней стороне труб, а вторая жидкость течет по трубам. Жидкости могут быть однофазными или двухфазными и могут протекать параллельно или поперечно / противоточно.Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей:
Фронтальный конец — это место, где жидкость попадает в трубку теплообменника.
Задний конец — это место, где жидкость в трубке покидает теплообменник или возвращается в передний коллектор в теплообменниках с несколькими проходами в трубе.
Пучок трубок — состоит из трубок, листов трубок, перегородок, рулевых тяг и т. Д. Для удержания пучка вместе.
Оболочка — содержит трубный пучок.
Популярность кожухотрубных теплообменников привела к разработке стандарта для их назначения и использования. Это стандарт Ассоциации производителей трубчатых теплообменников (TEMA). Как правило, кожухотрубные теплообменники изготавливаются из металла, но для специальных применений (например, с применением сильных кислот фармацевтических препаратов) могут использоваться другие материалы, такие как графит, пластик и стекло. Также нормально, чтобы трубки были прямыми, но в некоторых криогенных применениях используются спиральные или Hampson катушки .Простая форма кожухотрубного теплообменника — это двухтрубный теплообменник. Этот теплообменник состоит из одной или нескольких трубок, содержащихся в большей трубе. В самой сложной форме между многотрубной двойной трубой и кожухотрубным теплообменником мало различий. Однако двухтрубные теплообменники, как правило, имеют модульную конструкцию, поэтому несколько узлов могут быть скреплены болтами вместе для достижения требуемой нагрузки. Книга Е.А.Д. Сондерс [Saunders (1988)] дает хороший обзор трубчатых теплообменников.
Другие типы трубчатых теплообменников включают в себя:
Печи — рабочая жидкость проходит через печь в трубах с прямыми или спиральными намотками, и нагрев осуществляется горелками или электрическими нагревателями.
Трубы в пластине — в основном они используются для рекуперации тепла и кондиционирования воздуха. Трубки обычно монтируются в какой-либо форме воздуховода, а пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.
с электрическим подогревом — в этом случае жидкость обычно протекает за пределами труб с электрическим подогревом (см. Джоулев нагрев).
с воздушным охлаждением Теплообменники состоят из пучка труб, системы вентилятора и несущей конструкции. Трубы могут иметь ребра различного типа, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности на стороне воздуха. Воздух либо всасывается через трубки вентилятором, установленным над пучком (индуцированная тяга), либо продувается через трубки вентилятором, установленным под пучком (принудительная тяга). Они, как правило, используются в местах, где существуют проблемы с получением достаточного количества охлаждающей воды.
Тепловые трубки, сосуды с перемешиванием и графитовые блочные теплообменники могут рассматриваться как трубчатые или могут быть помещены под Рекуперативные «Специальные». Тепловая труба состоит из трубы, фитильного материала и рабочей жидкости. Рабочая жидкость поглощает тепло, испаряется и проходит к другому концу тепловой трубы, где она конденсируется и выделяет тепло. Затем жидкость с помощью капиллярного воздействия возвращается к горячему концу тепловой трубы для повторного испарения. Взволнованные сосуды в основном используются для нагрева вязких жидкостей.Они состоят из сосуда с трубками внутри и мешалки, такой как пропеллер или винтовая ленточная крыльчатка. Трубки переносят горячую жидкость, а мешалка вводится для обеспечения равномерного нагрева холодной жидкости. Углеродные теплообменники обычно используются, когда агрессивные жидкости необходимо нагревать или охлаждать. Они состоят из твердых углеродных блоков, в которых просверлены отверстия для прохода жидкостей. Затем блоки крепятся болтами вместе с коллекторами для формирования теплообменника.
Пластинчатые теплообменники разделяют жидкости, обменивающиеся теплом, посредством пластин.Они обычно имеют улучшенные поверхности, такие как ребра или тиснение, и могут быть скреплены болтами, спаяны или сварены. Пластинчатые теплообменники в основном используются в криогенной и пищевой промышленности. Однако из-за их высокого отношения площади поверхности к объему, низкого запаса жидкостей и их способности обрабатывать более двух пар, они также начинают использоваться в химической промышленности.
Пластинчатые и каркасные теплообменники состоят из двух прямоугольных концевых элементов, которые удерживают вместе несколько рельефных прямоугольных пластин с отверстиями в углу для прохода жидкостей.Каждая из пластин разделена прокладкой, которая герметизирует пластины и обеспечивает поток жидкости между пластинами, см. Рисунок 9. Этот тип теплообменника широко используется в пищевой промышленности, поскольку его легко разбирать для очистки. Если утечка в окружающую среду является проблемой, можно сварить две пластины вместе, чтобы жидкость, протекающая между сварными пластинами, не могла протекать. Однако, поскольку все еще присутствуют некоторые прокладки, все еще возможна утечка. Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают утечку, паяя все пластины вместе, а затем приваривая к входному и выходному отверстиям.
Рисунок 6. Классификация трубчатых теплообменников.
Рисунок 7. Классификация пластинчатых теплообменников.
Рисунок 8. Кожухотрубный теплообменник.
Рис. 9. Пластинчато-рамный теплообменник.
Пластинчато-ребристые теплообменники состоят из ребер или распорок, расположенных между параллельными пластинами. Ребра могут быть расположены так, чтобы обеспечить любую комбинацию поперечного или параллельного потока между соседними пластинами. Также возможно пропускать до 12 потоков жидкости через один теплообменник путем тщательного расположения коллекторов.Они обычно изготавливаются из алюминия или нержавеющей стали и спаяны вместе. Их основное использование в сжижении газа из-за их способности работать при близких температурных подходах.
Теплообменники Lamella в некоторых отношениях аналогичны кожуху и трубе. Прямоугольные трубки с закругленными углами сложены близко друг к другу, образуя пучок, который помещается внутрь оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, а жидкость течет параллельно через зазоры между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются большие проходы для потока.
Спиральные пластинчатые теплообменники формируются путем намотки двух плоских параллельных пластин вместе для формирования катушки. Затем концы уплотняются прокладками или привариваются. Они в основном используются с вязкими, сильно загрязненными жидкостями или жидкостями, содержащими частицы или волокна.
Теплообменник этой категории не использует теплообменную поверхность, поэтому он часто дешевле непрямых теплообменников.Однако, чтобы использовать теплообменник с прямым контактом с двумя жидкостями, они должны быть несмешиваемыми, или, если предполагается использовать одну жидкость, она должна претерпеть изменение фазы. (См. Прямая теплопередача контакта.)
Наиболее легко узнаваемой формой теплообменника с прямым контактом является градирня с естественной тягой, имеющаяся на многих электростанциях. Эти блоки состоят из большой приблизительно цилиндрической оболочки (обычно более 100 м в высоту) и упаковки снизу для увеличения площади поверхности. Охлаждаемая вода распыляется сверху на набивку, в то время как воздух поступает через дно набивки и вверх через колонну благодаря естественной плавучести.Основная проблема с этой и другими типами градирен с прямым контактом заключается в постоянной необходимости подачи охлаждающей воды за счет испарения.
Конденсаторы прямого контакта иногда используются вместо трубчатых конденсаторов из-за их низких капитальных и эксплуатационных затрат. Существует множество вариаций прямого контакта конденсатора. В своей простейшей форме охлаждающая жидкость распыляется с верхней части сосуда над паром, поступающим со стороны сосуда. Конденсат и охлаждающая жидкость затем собираются на дне.Большая площадь поверхности, достигаемая распылением, гарантирует, что они являются весьма эффективными теплообменниками.
Паровой впрыск используется для нагрева жидкостей в резервуарах или трубопроводах. Пар способствует передаче тепла за счет турбулентности, создаваемой впрыском, и передает тепло путем конденсации. Обычно не делается никаких попыток собрать конденсат.
Прямой нагрев в основном используется в сушилках, где влажное твердое вещество сушат, пропуская его через поток горячего воздуха. Другой формой прямого нагрева является погруженное горение.Это было разработано главным образом для концентрации и кристаллизации агрессивных растворов. Жидкость испаряется пламенем и выхлопными газами, направленными вниз в жидкость, которая удерживается в некоторой форме резервуара.
Воздухоохладитель с мокрой поверхностью в некоторых отношениях аналогичен теплообменнику с воздушным охлаждением. Однако в этом типе устройства вода разбрызгивается по трубам, а вентилятор всасывает воздух и воду вниз по пучку труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выпускается в атмосферу.
Сменные поверхностные теплообменники состоят из сосуда с рубашкой, через который проходит жидкость, и вращающегося скребка, который непрерывно удаляет отложения с внутренних стенок сосуда. Эти агрегаты используются в пищевой и фармацевтической промышленности, где отложения образуются на нагретых стенках сосуда с рубашкой.
Статические регенераторы или регенераторы с неподвижным слоем не имеют движущихся частей, кроме клапанов. В этом случае горячий газ проходит через матрицу в течение фиксированного периода времени, по истечении которого происходит переворот, горячий газ отключается, и холодный газ проходит через матрицу.Основная проблема с этим типом устройства заключается в том, что как горячий, так и холодный поток являются прерывистыми. Для преодоления этого и обеспечения непрерывной работы требуются по меньшей мере два статических регенератора или может быть использован роторный регенератор.
Во вращающемся регенераторе цилиндрическая фасонная упаковка вращается вокруг оси цилиндра между парой газовых уплотнений. Горячий и холодный газ протекает одновременно через воздуховоды с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающееся уплотнение (См. Регенеративные теплообменники.)
Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.
(1)Это уравнение вычисляет количество тепла, передаваемого через область dA, где T h и T c — локальные температуры горячей и холодной жидкости, α — локальный коэффициент теплопередачи, а dA — локальная инкрементная площадь, на которой α основан. Для плоской стены
(2)где Вт — толщина стенки, а Вт — ее теплопроводность.
Для однофазного потока через стенку α для каждого из потоков является функцией Re и Pr. Когда происходит конденсация или кипение, α также может зависеть от разности температур. Как только коэффициент теплопередачи для каждого потока и стенки известен, тогда общий коэффициент теплопередачи U определяется как
(3)где сопротивление стенке r w определяется как 1 / α w . Общая скорость теплопередачи между горячей и холодной жидкостями определяется как
(4)Это уравнение для постоянных температур и коэффициентов теплопередачи.В большинстве теплообменников это не так, и поэтому используется другая форма уравнения
(5)где — общая тепловая нагрузка, U — средний общий коэффициент теплопередачи, а ΔT M — средняя разность температур. Расчет ΔT M и снятие предположения о постоянном коэффициенте теплопередачи описаны в разделе Разница в средней температуре.
Расчет U и ΔT M требует информации о типе теплообменника, геометрии (например,например, размер проходов в пластине или диаметр трубы), ориентация потока, чистый противоток или поперечный поток и т. д. Затем можно рассчитать общую нагрузку, используя предполагаемое значение AT, и сравнить с требуемой нагрузкой. Затем можно внести изменения в предполагаемую геометрию, и U, ΔT M и пересчитать, чтобы в конечном итоге выполнить итерацию к решению, которое равно требуемой обязанности. Однако при выполнении термического анализа следует также проверять на каждой итерации, чтобы допустимый перепад давления не превышался.Компьютерные программы, такие как TASC от HTFS (Heat Transfer и Fluid Flow Service), выполняют эти вычисления автоматически и оптимизируют проект.
Механические соображения
Все типы теплообменников должны подвергаться определенной форме механического проектирования. Любой теплообменник, работающий при давлении выше атмосферного, должен проектироваться в соответствии с местным указанным кодом конструкции сосуда под давлением , таким как ASME VIII (Американское общество инженеров-механиков) или BS 5500 (британский стандарт).Эти коды определяют требования к сосуду под давлением, но они не касаются каких-либо специфических особенностей конкретного типа теплообменника. В некоторых случаях существуют специальные стандарты для определенных типов теплообменников. Два из них перечислены ниже, но в целом отдельные производители определяют свои собственные стандарты.
ССЫЛКИ
Garland, W. J. (1990) Private Communication.
Walker, G. (1982) Промышленные теплообменники-A Базовое руководство , Издательство Hemisphere.
Rohsenow, W.M. и Hartnett, J.P. (1973) Справочник по теплопередаче , Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (75)
-9
Saunders, E. A. D. (1988) Теплообменники — выбор, проектирование и строительство, Longman Scientific and Technical. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (89)
-5
Ассоциация производителей трубчатых теплообменников(1988) (TEMA), седьмое издание. Кожухотрубные теплообменники .
Американский институт нефти (API) 661: Теплообменники с воздушным охлаждением для нефтяной промышленности .
Выбросы парниковых газов: причины и источники
За борьбой с глобальным потеплением и изменением климата стоит рост парниковых газов в нашей атмосфере. Парниковый газ — это любое газообразное соединение в атмосфере, способное поглощать инфракрасное излучение, задерживая и удерживая тепло в атмосфере. Увеличивая тепло в атмосфере, парниковые газы ответственны за парниковый эффект, который в конечном итоге приводит к глобальному потеплению.
Солнечная радиация и «парниковый эффект»
Глобальное потепление не является новой концепцией в науке.Основы этого явления были разработаны Сванте Аррениусом более 18 лет назад в 1896 году. Его статья, опубликованная в «Философском журнале» и «Журнале науки», была первой, в которой количественно оценили вклад углекислого газа в то, что ученые теперь называют «теплицей». эффект «.
Парниковый эффект возникает из-за того, что Солнце бомбардирует Землю огромным количеством радиации, которая поражает атмосферу Земли в форме видимого света, а также ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК) и других типов излучения, которые невидимы для человеческого глаза. ,Около 30 процентов радиации, падающей на Землю, отражается обратно в космос облаками, льдом и другими отражающими поверхностями. По данным НАСА, оставшиеся 70 процентов поглощаются океанами, землей и атмосферой.
Когда они поглощают излучение и нагреваются, океаны, земля и атмосфера выделяют тепло в виде инфракрасного теплового излучения, которое выходит из атмосферы в космос. По данным НАСА, баланс между входящим и исходящим излучением поддерживает общую среднюю температуру Земли на уровне около 59 градусов по Фаренгейту (15 градусов по Цельсию).
Этот обмен входящей и исходящей радиацией, которая согревает Землю, называется парниковым эффектом, потому что теплица работает почти так же. Поступающее ультрафиолетовое излучение легко проходит через стеклянные стены теплицы и поглощается растениями и твердыми поверхностями внутри. Однако слабое ИК-излучение с трудом проходит сквозь стеклянные стены и задерживается внутри, нагревая теплицу.
Как парниковые газы влияют на глобальное потепление
Газы в атмосфере, которые поглощают радиацию, известны как «парниковые газы» (иногда сокращенно ПГ), потому что они в значительной степени ответственны за парниковый эффект.Парниковый эффект, в свою очередь, является одной из основных причин глобального потепления. По данным Агентства по охране окружающей среды (EPA), наиболее значительными парниковыми газами являются водяной пар (H2O), диоксид углерода (CO2), метан (Ch5) и закись азота (N2O). «Хотя кислород (O2) является вторым наиболее распространенным газом в нашей атмосфере, O2 не поглощает тепловое инфракрасное излучение», — сказал Майкл Дейли, доцент кафедры экологических наук в Lasell College в Массачусетсе.
Хотя некоторые утверждают, что глобальное потепление является естественным процессом и что всегда присутствовали парниковые газы, количество газов в атмосфере взлетело в недавнюю историю.До промышленной революции содержание СО2 в атмосфере колебалось между примерно 180 частями на миллион (ч / млн) во время ледникового периода и 280 ч / млн во время межледниковых теплых периодов. Однако после промышленной революции количество СО2 увеличилось в 100 раз быстрее, чем увеличение, когда закончился последний ледниковый период, согласно данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).
Фторированные газы, то есть газы, в которые был добавлен элементный фтор, включая гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы, образуются в ходе промышленных процессов и также считаются парниковыми газами.Хотя они присутствуют в очень малых концентрациях, они очень эффективно задерживают тепло, что делает их газами с высоким потенциалом глобального потепления (GWP).
Хлорфторуглероды (ХФУ), когда-то использовавшиеся в качестве хладагентов и аэрозольных пропеллентов до тех пор, пока они не будут прекращены международным соглашением, также являются парниковыми газами.
Существуют три фактора, влияющих на степень влияния любого парникового газа на глобальное потепление:
- Его содержание в атмосфере.
- Как долго он остается в атмосфере.
- Его потенциал глобального потепления.
Двуокись углерода оказывает значительное влияние на глобальное потепление отчасти из-за его обилия в атмосфере. По данным EPA, в 2016 году выбросы парниковых газов в США составили 6 511 миллионов метрических тонн (7 177 миллионов тонн) эквивалентов углекислого газа, что составило 81 процент всех антропогенных парниковых газов, что на 2,5 процента меньше, чем годом ранее. Кроме того, CO2 остается в атмосфере в течение тысяч лет.
Однако метан в 21 раз эффективнее поглощает радиацию, чем CO2, что дает ему более высокий рейтинг ПГП, даже если он остается в атмосфере всего около 10 лет, согласно EPA.
Источники парниковых газов
Некоторые парниковые газы, такие как метан, производятся в сельском хозяйстве, включая навоз скота. Другие, такие как CO2, в основном являются результатом естественных процессов, таких как дыхание и сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и газ.
Вторая причина выброса CO2 — вырубка лесов, согласно исследованию, опубликованному Университетом Дьюка. Когда деревья убивают для производства товаров или тепла, они выделяют углерод, который обычно сохраняется для фотосинтеза.По данным Глобальной оценки лесных ресурсов 2010 года, этот процесс выбрасывает в атмосферу почти миллиард тонн углерода в год.
Лесоводство и другие методы землепользования могут компенсировать некоторые из этих выбросов парниковых газов, согласно EPA.
«Пересадка помогает уменьшить накопление углекислого газа в атмосфере, так как растущие деревья выделяют углекислый газ посредством фотосинтеза», — сказал Дейли в интервью Live Science. «Однако леса не могут изолировать весь углекислый газ, который мы выбрасываем в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, и сокращение выбросов ископаемого топлива все еще необходимо, чтобы избежать накопления в атмосфере».«
Во всем мире выпуск парниковых газов вызывает серьезную обеспокоенность. Со времени начала промышленной революции до 2009 года уровни CO2 в атмосфере увеличились почти на 38 процентов, а уровни метана увеличились на 148 процентов, по данным НАСА. и большая часть этого роста произошла за последние 50 лет. Из-за глобального потепления 2016 год стал самым теплым за всю историю наблюдений, а с 2018 годом он станет четвертым самым теплым, 20 из самых жарких за всю историю наблюдений наступили после 1998 года. По данным Всемирной Метеорологической Организации.
«Потепление, которое мы наблюдаем, влияет на атмосферную циркуляцию, которая влияет на характер осадков во всем мире», — сказал Джозеф Верн, доцент кафедры геологии и планетологии в Университете Питтсбурга. «Это приведет к большим экологическим изменениям и вызовам для людей во всем мире».
Будущее нашей планеты
Если нынешние тенденции сохранятся, ученые, правительственные чиновники и растущее число граждан опасаются, что худшие последствия глобального потепления — экстремальные погодные условия, повышение уровня моря, вымирание растений и животных, подкисление океана, значительные изменения климата и беспрецедентные социальные потрясения — будут неизбежны.
В ответ на проблемы, вызванные глобальным потеплением парниковых газов, правительство США разработало план действий в области климата в 2013 году. А в апреле 2016 года представители 73 стран подписали Парижское соглашение, международный пакт по борьбе с изменением климата, инвестируя в устойчивое будущее с низким уровнем выбросов углерода, согласно Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН). США были включены в число стран, которые согласились с соглашением в 2016 году, но начали процедуру выхода из Парижского соглашения в июне 2017 года.
Согласно EPA, выбросы парниковых газов в 2016 году были на 12 процентов ниже, чем в 2005 году, отчасти из-за значительного снижения сжигания ископаемого топлива в результате перехода на природный газ из угля. Более теплые зимние условия в те годы также снизили потребность многих домов и предприятий в повышении температуры.
Исследователи по всему миру продолжают работать над поиском путей снижения выбросов парниковых газов и смягчения их последствий. По словам Дины Лич, доцента биологических и экологических наук в Университете Лонгвуда в Вирджинии, одно из потенциальных решений, которые изучают ученые, — это высасывать двуокись углерода из атмосферы и закапывать ее под землей на неопределенное время.
«То, что мы можем сделать, это минимизировать количество углерода, которое мы там накапливаем, и, как следствие, минимизировать изменение температуры», — сказал Лич. «Однако окно действия быстро закрывается».
Дополнительные ресурсы :
Эта статья была обновлена 3 января 2019 года участником Live Science Рэйчел Росс.
,сгорания | химическая реакция | Британика
Горение , химическая реакция между веществами, обычно включающими кислород и обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в форме пламени. Скорость или скорость, с которой реагенты объединяются, высока, отчасти из-за характера самой химической реакции и отчасти потому, что генерируется больше энергии, чем может попасть в окружающую среду, в результате чего температура реагентов повышается ускорить реакцию еще больше.Знакомый пример — зажженная спичка. Когда происходит спичка, трение нагревает головку до температуры, при которой химические вещества реагируют и выделяют больше тепла, чем могут попасть в воздух, и они горят пламенем. Если ветер уносит тепло или химические вещества становятся влажными, а трение не повышает температуру в достаточной степени, спичка исчезает. При правильном зажигании тепло от пламени повышает температуру ближайшего слоя спички и кислорода в воздухе, прилегающем к нему, а древесина и кислород реагируют в реакции горения.Когда достигается равновесие между общими тепловыми энергиями реагентов и общими тепловыми энергиями продуктов (включая фактическое тепло и излучаемый свет), сгорание прекращается. Пламя имеет определенную композицию и сложную структуру; они, как говорят, являются мультиформными и способны существовать при довольно низких температурах, а также при чрезвычайно высоких температурах. Испускание света в пламени происходит из-за присутствия возбужденных частиц и, как правило, заряженных атомов и молекул и электронов.
сгорание Огонь в результате сгорания топлива. Einar Helland BergerГорение охватывает большое разнообразие явлений с широким применением в промышленности, науках, профессиях и быту, а применение основано на знаниях физики, химии и механики; их взаимосвязь становится особенно очевидной при лечении распространения пламени.
В общих чертах, сгорание является одной из наиболее важных химических реакций и может считаться кульминационным этапом окисления определенных видов веществ.Хотя когда-то считалось, что окисление представляет собой просто сочетание кислорода с каким-либо соединением или элементом, значение этого слова было расширено, чтобы включить любую реакцию, в которой атомы теряют электроны, тем самым становясь окисленными. Как уже указывалось, в любом процессе окисления окислитель забирает электроны из окисляемого вещества, тем самым сам становясь восстановленным (получая электроны). Любое вещество вообще может быть окислителем. Но эти определения, достаточно четкие, когда они применяются к атомной структуре для объяснения химических реакций, не так однозначно применимы к горению, которое остается, вообще говоря, типом химической реакции с участием кислорода в качестве окислителя, но осложняется тем фактом, что процесс включает другие виды реакций, а также тот факт, что он идет необычайно быстрыми темпами.Кроме того, большинство пламен имеют в своей структуре участок, в котором вместо окисления происходят реакции восстановления. Тем не менее, основным событием в горении часто является сочетание горючего материала с кислородом.
,
Leave A Comment