Техническая коррекция цветения плодовых деревьев

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Техническая коррекция цветения плодовых деревьев

Тимохин Д.А. 1
1МБОУ "Школа-лицей" № 3 им. А.С. Макаренко г. Симферополя
Заднепровская Е.В. 1Буджуров И.М. 2
1Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Республики Крым "Эколого-биологический центр"
2Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Республики Крым Малая академия наук "Искатель"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Богатство Крыма является его климат, для которого характерно обилие солнца, тепла и света. Зима в Крыму теплая, а вот весна достаточно обманчива. Рядом с моим домом растет абрикос, и каждую весну я наблюдаю красоту цветущего дерева. Но не каждый сезон на ветвях созревал абрикос. Меня этот вопрос заинтересовал, я обратился к преподавателю кружка по «Биологии» к Елене Вадимовне, которая подсказала про особенности климата в Крыму, про фотопериодизм, строение деревьев и особый пигмент фитохром. Совместив в совокупность, все знания и проведя весной опыт на абрикосе, у меня возник следующий вопрос, а можно ли минимизировать влияние климатических особенностей на плодовые деревья.

Идея оказалась очень интересная: во-первых, необходимо изучить климатические особенности Крыма, а так же при помощи литературы исследовать какие факторы влияют на цветение у плодовых деревьев, во-вторых, провести исследование на абрикосе в период цветения, в-третьих, создать свой прототип охладителя и его испытать.

Цель работы: Изучить особенность плодовых деревьев в период развития плодовых почек, разработка конструкции и создания устройства для задержки сокодвижения при весенней оттепели.

Задачи:

Изучит в литературных источниках информацию о климатических особенностях Крыма.

Особенности фотопериодизма.

Провести практические исследования на плодовом дереве – абрикос, задержка развитие плодовых почек.

Конструкторская разработка макета.

Изготовить тестовую действующую модель технической коррекции, для практического применения.

Актуальность проекта: состоит в том, чтобы сохранить урожай в условиях весенних заморозков крымского Предгорья. Практическая реализация проекта дала возможность исследовать, изучать, создавать и применить на практике полученные знания. Сделать шаг к модернизации и инновации в исследовательской деятельности системе дополнительного образования.

Методы исследования: изучение и анализ литературы и материалов сети Internet, анализ полученных данных, эксперимент направленный на практические исследования в природе, моделирование, создание модели исследования.

Климат полуострова Крым

Представление о климате какой-либо местности можно получить за период 30-40 лет, поскольку за это время здесь случаются все возможные комбинации погодных условий: очень холодные или теплые зимы, жаркие или прохладные лета, дождливые и сухие сезоны, засухи и годы, когда атмосферных осадков выпадает в полтора – два раза больше нормы.

Богатство Крыма является его климат, для которого характерно обилие солнца, тепла и света. Благодаря, малого количества облаков и небольшого влагосодержания воздуха, Крым по продолжительности солнечного сияния занимает одно из первых мест. На климат в Крыму, наряду с радиационными факторами, влияет Черное море и Азовское моря, а тек же Крымские горы. Благодаря теплому Черному морю, зимой на побережье и южном берегу Крыма значительно теплее, чем в степной и предгорной части Крыма, так как теплое море повышает температуру воздуха и наоборот, летом море холоднее суши, поэтому понижение температуры воздуха.

На формирования климата влияют многие факторы. Первым фактором является солнечная энергия. Солнце посылает к Земле устойчивый поток лучей в форме электромагнитных волн. В Крым угол падения солнечных лучей на земную поверхность в полдень летом составляет 60-680, зимой до 22-300. Наиболее количество энергии солнечной радиации поступает на прибрежные территории в равной части, из-за малой облачности. Энергия солнечной радиации, попавшая на земную поверхность (оголенную почву, листья деревьев, траву, посевы сельскохозяйственных культур, водную гладь и т.д.), частично поглощается, а частично отражается.

Другой важный фактор формирования климата – атмосферная циркуляция, т.е. совокупность процессов переноса воздушных масс, которые связаны с распределением атмосферного давления. Зимой Крым оказывается в зоне действия северо-восточных ветров, – которые господствуют несколько дней, приносящих холодный воздух, который распространяется на равнину и предгорные районы. Летом на полуострове влияют в основном местные воздушные массы, которые формируются в условиях высокой интенсивности солнечной радиации из-за малой облачности, преобладает сухая, малооблачная жаркая погода.

В Крыму по метеорологическим элементам можно выделить три основных климатических района: 1 степной, 2 горный, 3 южнобережный. Климат степного, равнинного Крыма континентальный, умеренно теплый. Предгорье и горы – это район лесостепи. Здесь континентальность резко снижается, особенно с высотой. Осадками Крым беден, что свидетельствует о засушливом климате. Осень и зимой бывают сильные ветры, летом атмосфера спокойнее, но часто бывают грозы, град, шквалы и даже смерчи. Весной, так же как и зимой, преобладают северо-восточные ветры.

Исследования по проекту проводились как в г Симферополе, так и в Симферопольском р-оне, климат в данной местности переходный от степного к горно-лесному – его называют предгорным лесостепным. В предгорной части количество осадков возрастает до 500-600 мм/год, летние температуры понижаются. Предгорные территории широко используются в сельском хозяйстве, одно из распространенных направлений садоводство.

Рис. 1. Климатические характеристики физико-географических районов Крыма

Климатические характеристики физико-географических р-он Крыма Таблица 1

Физико-географический

р-он

Средняя температура воздуха 0С

Безморозный период, дней

Годовое кол-во осадков, мм

Коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова

в июле

в январе

Горный Крым:

Предгорье

+22,0…+22,3

-1,5…+2,0

150-240

350-600

0,40-0,70

Зима в Крыму

Зимой над южной частью европейской территории часто устанавливается ось повышенного атмосферного давления (соединяются два максимума – Азиатский и Азорский), а над Черным морем – зона пониженного давления. Вследствие этого в Крым часто вторгаются холодный и сухой континентальный воздух умеренных широт или арктический воздух. С ним связаны резкие понижения температуры воздуха и частая повторяемость сильных северо-восточных ветров, особенно в степной и северо-восточной части горного Крыма. В зимний сезон относительно часто приходят сюда циклоны со Средиземного моря, в теплых секторах которых перемещается морской тропический воздух. По этой причине зима в Крыму всюду относительно влажная, с частым осадков и малым испарением. Частые оттепели зимой приводят к большим колебанием температуры воздуха и к неустойчивости и маломощности снежного покрова.

Средняя температура воздуха января, оС Рис. 2

Весна в Крыму

Весна протекает быстро благодаря увеличению высоты солнца продолжительности дня, уменьшению облачности из-за распространения сюда отрога Азорского антициклона и притока южного теплого воздуха. Во внутренних районах Крыма наблюдается значительное увеличение у воздуха уже от февраля к марту. Весна – наиболее сухой и ветреный сезон года. Весной часто бывают «возвраты холодов» с ночными морозами, утренними заморозками, особенно в котловинах и речных долинах предгорья, что отрицательно сказывается на раннецветущих косточковых плодовых деревьях и теплолюбивом винограде. Хотя весной Крым получает от солнца в полтора раза больше тепла, чем осенью, тем не менее, весна прохладнее осени. Это связано с большим расходом тепла весной на нагрев почвы, испарение влаги из неё, нагревание охлажденных за зиму верхних слоев воды в Азовском и Черном морях.

Средняя температура воздуха для параллели 450северной широты. Таб. 2

Месяц

Средняя температура воздуха (0С)

Месяц

весь земной шар

Восточное полушарие

Западное полушарие

Крым (Симферополь)

январь

-1,2

-5,0

+3,0

-0,7

июль

+19,9

+25,0

+15,0

+21,1

Годовая амплитуда

21,1

30,0

12,0

21,8

2. Взаимосвязь природы

Биология давно установила, растения существуют не сами по себе, а в тесной зависимости от окружающей неживой природы (климата, почв, рельефа) и от других организмов, испытывающих на себе их воздействие, должны к ним приспосабливаться. Жизнь растения в изоляции от остальной природы невозможна, поскольку только оттуда получают воздух и воду, там, добывают пишу.

Немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году предложил термин «экология». Это название образованно из двух греческих слов: «экос» - убежище, дом, местопребывание и «логос» - учение. Экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов друг с другом и со средой их обитания. В ходе эволюции любой организм приспосабливается к условиям своего бытия, стремясь достичь во всех связях с неорганической природой и др. формами жизни важных преимуществ перед иными видами существ, живущих в тех же условиях.

Особенно важное значение для растений имеют климатические факторы – свет, температура, осадки и др. Солнечный свет необходим для фотосинтеза. Температурные условия важны для роста, развития, фотосинтеза, физиологических процессов, а также обмен веществ внутри растения. Для растений важно не только общее количество тепла, но и распределение его во времени. Растения потребляют воду преимущественно в жидком состоянии в виде дождя, но и в твердой фазе снег, лед, ожеледь имеет функцию защиты. Также растения находятся в глубокой зависимости от почвы, откуда черпают влагу и питательные вещества. Они чутко реагируют на различия физических и химических свойств почвы и их изменения.

2.1. Фотопериодизм у растений. Фитохром, физиологическое значение.

Наблюдая весной за растениями, я заметил, что различные виды зацветают в разное время вегетационного периода – от ранней весны (подснежники) до осени (дубки). Наблюдая это явление, американские ученые Гарнер и Аллард еще в 1920 году установили, что главное значение для него имеет длина дня предшествующего периода, и назвали его фотопериодизмом.

Фотопериодизм – от греческого «свет», «окружность» - реакция живых организмов (растений и животных) на суточный ритм освещенности, продолжительность светового дня и соотношения между темным и светлым временем суток. В зависимости от характера фотопериодической реакции выделяют несколько групп.

Растения длинного дня, ускоряющие цветение при длинном (14-16 часовом) дне или непрерывном освещении. Сюда относятся в основном растения высоких широт (северные).

Растения короткого дня, ускоряющие цветение на коротком (10-12 часовом) дне. Сюда относятся растения низких широт (южные).

Фотопериодические нейтральные растения, не реагирующие или слабо реагирующие на длину дня. Это главным образом культурные растения южного происхождения, но перенесенные человеком в более северные условия (томат, подсолнечник, дыня)

Фотопериодическая реакция растений имеет некоторые физиологические особенности. На ее протекание влияет спектральный состав света. Переход к цветению длиннодневных видов, быстрее происходит преобладания длинноволновых «красных» лучей, и медленнее – при большем содержании коротковолновых – «синих». Развитие короткодневных растений, наоборот, ускоряется при обилии сине-фиолетовых коротковолновых лучей и замедляется при преобладании длинноволновых красных.

Механизм фотопериодической реакции у растений объясняют нефотосинтетическим действием света, что связано с деятельностью фитохромной системы. Фитохром был открыт в 1960 году американским физиологом Бортвиком и Хендриксом,а к 1963 году его присутствие было установлено уже у многих растений.

Фитохром – пигмент сине-зеленного цвета, существующий в двух взаимопревращающихся формах. Одна поглащает красный свет, другая – дальний красный. Поглотив свет, фитохром переходит из одной формы в другую. По химической природе это хромопротеид, т.е. белок связанный с пигментом.

У растений свет и темнота воспринимает каждая клетка. Особый пигмент – фитохром заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действием изменений светового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента к плазме клеток, но не имеет постоянной локализации и может присутствовать как в цитоплазме, так и в органеллах. С помощью фитохрома клетки растений могут как бы отсчитывать «светлое» и «темное» время, кроме того стимулирует все стороны роста клетки при вегетативном и половом размножении, регулирует двигательные реакции растений. Из выше сказанного в продолжение моего исследования я хочу рассмотреть строение стебля.

2.2. Строение и функции стебля

Стебель – удлиненный побег высших растений, служащий механической осью, также выполняет функцию проводящей и опорной базы для листьев, почек, цветков. Осуществляет транспортную функцию, передвижения воды и питательных веществ от одних органов к другим, так же в стебле откладываются в запас питательные вещества, выполняя запасающую функцию. Приложение: Рис 1.

2.3 Строение и функции вегетативных и генеративных почек

Почки - орган нарастания, возобновления и вегетативного размножения. Почки плодовых растений различаются между собой по строению и функциям, по местоположению на стебле и времени прорастания.

Вегетативная (ростовая) почка- представляет собой укороченный побег, состоящий из оси, конуса, роста зачатков листьев и кроющих почечных чешуй. Вегетативные почки меньшего размера, более удлиненные и заостренные, чем генеративные. После прорастания вегетативные почки дают побеги различной длины.

Генеративные (цветковые, плодовые) почки – содержат зачатки цветков, а у ряда пород вегетативных органов – листья и ростовых почек. В связи с этим по своему строению генеративные почки бывают простыми и смешенными (вегетативно-генеративными). Приложение: Рис 2.

2.4. Абрикос

Мое исследование посвящено, невероятно вкусному и полезному плоду – абрикосу. Изначально растение считалось сугубо южным, но чудеса селекции позволили садоводам в различных климатических условиях выращивать это дерево и получать хорошие урожаи.

Для абрикоса опасны ранние оттепели, поскольку он первым из плодовых деревьев может зацвести. А последующие похолодания губительно скажутся на урожае. Крымский климат характерен такими перепадами температур, и у меня возник вопрос, возможно ли задержать сокодвижение при весеннем оттепели. Читая литературу, консультируясь с агрономами, они подсказали, что раньше в садах использовалось: дождевание, задымление, сооружений укрытий, опрыскивание известковым раствором. Дождевание: применяется, когда температура опуститься 00С, при помощи шланга и мелкого распылителя опрыскать водой дерево, по мере замерзания воды, будет выделяться тепло. Эффективен при заморозке около – 50С, но безветренную погоду. Дымления: на участке разводятся костры по всей обрамляемой территории, костер должен тлеть и дымится, образовывая теплую дымовую завесу, смягчая отрицательное воздействие заморозков на растения, используется для больших территорий. Задымление начинают, когда столбик термометра приблизиться к 00С и продолжается до восхода солнца. Не эффективен при сильном ветре, а так же при использовании должен быть небольшой ветерок, чтобы дымовую завесу разнести по участку, а не ушел вверх в небо. Сооружений укрытий: эффективно для малой площади и молодых деревьев.

Опрыскивание известковым раствором: можно задержать запуск почек на 5-7 дней опрыскав (ствол, скелетных ветвей и побеги). Белые части дерева отражают солнечные лучи, не нагреваются и как результат – их развитие задерживается. В приложение: «Среднесуточная минимальная и максимальная температура воздуха в Крыму в разные сезоны за 10 лет с 2007 по 2017гг.». В моем исследовании, я предлагаю свой способ задержки развитие почек при помощи охлаждения ствола дерева, с представлением экспериментальной части и опытного образца.

3. Опыт № 1

Цель: Провести исследования и доказать опытным путем, что при помощи охлаждения, можно задержать развитее почек у плодового дерева - абрикоса.

Оборудование: 2 строительных мешка, губки, скотч, изоком Пл10 1 метр, пенопласт толщина 3 мл. 1 метр, крепежные веревки, пакеты для льда (с крупными шариками), 0,5 литровые пластиковые бутылки 3 шт.

Гипотеза: При понижении температуры, можно ли замедлить процесс сока движения у плодового дерева, что в последствии по влечет торможение развитие почек у плодового дерева – абрикосы?

Ход работы

Под моими окнами растет абрикос, который будет участвовать в эксперименте. Мной была выбрана скелетная ветвь абрикосы, для эксперимента, штамб плодового дерева очень объемный, так как дерево очень старое. Скелетную ветвь обмотал строительным мешком и закрепил скотчем, в верхней и нижней части ствола прикрепил скотчем губки, чтобы меньше попадала воздуха и получился вакуум для пакетов для льда. Пакеты со льдом разместил вокруг ствола и обмотал строительным мешком, пенопластом, изокомом отражателем наружу. Каждое утро и вечер я менял пакетики со льдом, которые охлаждали ветку. С 12 марта по 18 марта температура на улице поднялась до +110 и охлаждающее вещество пришлось заменить на 0,5 литровые бутылки залитые водой, которые предварительно были заморожены. Приложение Таблицы 1-4.

Пятого марта первый день эксперимента. Почки на дереве в спящем состоянии, набухания не наблюдается. Для охлаждения применяются пакеты для льда, меняю утром и вечером.

Девятого марта пятый день эксперимента. На соседних ветвях заметное набухание почек. На опытной ветви почки не увеличились в объеме. Температура на улице повысилась до + 60С, пакеты для льда заменил 0,5 л. пластмассовые бутылкой (3 шт) утром и вечером.

Двенадцатое марта восьмой день эксперимента. Почки набухли, тестовая ветвь заметное набухание почек.

Шестнадцатое марта 12 день эксперимента. Очень теплая неделя средняя температура +100С, коричневая чешуя опала красные листочки. На экспериментальной ветви, почки чуть меньшего размера.

Девятнадцатое марта 15 день эксперимента. Температура понизилась до +40 почки набухли увеличиваются в объеме. Экспериментальная ветвь отстает на несколько миллиметров, чешую не наблюдаю, красные листья покрывают почку. При смене охлаждающего элемента (бутылки не разморозились, смена охлаждающего элемента проходит раз в сутки, утром). При увеличения температуры на улице перейду на прежний режим.

Двадцать третье марта 18 день эксперимента. С 21-22 марта температура в ночное время понизилась до – 20С выпал снег, день морозный но солнечный – 1. Охлаждающие элементы не разморозились. Почки не подморожены. Набухание замедлилось.

Двадцать шестого марта 22 день эксперимента. С 23 марта температура поднялась до +7, понижение температуры до минусовой не было. По визуальному осмотру почки набухали, на опытной ветви процесс протекает медленнее.

1 апреля 2018 года у абрикоса под окном распустились почки, опытная ветвь почки в набухшем состоянии, но не распустились. Температура на улице плюсовая, средняя дневная +100С.

Эксперимент окончен, гипотеза была доказана, при охлаждении скелетной ветви произошло замедление сокодвижения, которое повлекло за собой задержку развитие почек у плодовой ветви дерева.

Так же параллельно проводился опыт на приусадебном участке по ул. Луговой г. Симферополя, где в эксперименте участвовало два плодовых дерева четырех летнего возраста. В первом дереве охлаждал штамб, у второго дерева охлаждал скелетную ветвь, одна ветвь без охлаждающего элемента, вторая ветвь с охлаждающим элементом. По истечению трех недель, скелетная ветвь не охлаждаемая зацвела, на охлаждаемой скелетной ветви почки находились в спящем режиме, у дерева с охлаждаемым штамбом наблюдалось задержка в развитие плодовых почек на 4 дня.

Выводы: В ходе эксперимента мной опытным путем было доказано, что при помощи охлаждающего элемента можно замедлить процесс сока движение у дерева. Наилучший результат, на мой взгляд показал опыт на приусадебном участке, где охлаждающий элемент был установлен у штамба, что при охлаждении можем задержать развитие почек у плодовых деревьев абрикос, сохранить урожай. Охлаждение скелетных ветвей проводилось только ради эксперимента, чтобы подтвердит или опровергнуть гипотезу. Замедлить процесс развитие генеративных почек в ходе эксперимента у скелетных ветвей удалось на 4 дня, гипотеза подтвердилась. Поэтому преступаю к созданию прототипа для технической коррекции плодовых деревьев, так как заморозки и возвратные морозу могут повлечь потерю урожая. Фото фиксация опыта в приложении.

Разработка конструкторской идеи технической коррекции для плодовых деревьев.

Для того, чтобы приступить к разработке проекта, необходимо проработать конструкцию и продумать функциональное назначение. В первой части проекта, я проводил исследования погодных явлений, температурного режима, и особенностей строения штамба все это необходимо для разработки технической части. Из полученной информации я сделал вывод, что деревья имеют биологические часы, которые способны при помощи фитохрома накапливать информацию и чем теплее зима тем раньше происходит процесс сокодвижения у плодовых деревьев. Преподаватель кружка по радиоконструированию, предложил разработать сначала макет, а на основе макета тестовую модель для плодовых деревьев. Цель конструкции - охлаждения штамба, для задержки развития генеративных почек у плодовых деревьев в начале весны, чтобы уберечь от весенних заморозков. Для конструкции необходимы были охлаждающие элементы небольшого размера. В интернет магазине на Алекс-экспрессе были заказаны охлаждающие элементы Пельтье ТЕS1-12706.

Элементы тестовой модели технической коррекции:

Охлаждающие элементы Пельтье ТЕS1-12706, полупроводниковые охлаждения пластины, напряжения:12В. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с ровными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводника. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

Модель: ТЕС1 – 12706

Размеры: 40мм х 40 мм х 3,6 мм.

Рабочий ток: 1 А.

Рабочее напряжение: от 0 V до 15.2 V.

Рабочая температура: от -300С до 700С.

Мощность охлаждения: Qcmax 50-60 Вт.

В 1834 году французский физик-любитель Жан Пельтье обнаружил, что пропускание тока приводит к появлению температурного градиента на спае двух разных металлов.

П<0; отрицательный коэффициент Пельтье.

Электроны с высокой энергией движутся справа налево.

Тепловой поток и электрический ток имеют противоположные направление.

Для увеличения площади охлаждающих и нагревательных пластин полупроводниковых охладителей, применены алюминиевые радиаторы, при этом у нагревательных платин площадь увеличена в 1,5 раз для эффективного охлаждения.

ХН-W3001 Температура контроллер цифровой светодиодный термометр 12В.

Принципы работы: цифровой термоконтроллер формирует выходной сигнал управления исполнительным оборудованием по данным подключенного датчика температуры. Подключенный термодатчик измеряет текущий уровень температуры контролируемого объекта или среды. Полученное значение сравнивается с заданной в настройках величиной установки. При отличии текущего значения от заданного цифровой сигнал контроллера регулирует работу нагревателя или охладителя для повышения или понижения температуры.

Размеры: 60 мм х 45 мм х 31мм

Напряжение: 12 V.

Диапазон измерения температуры: -500С до 1100С.

Погрешность: 0,10С.

Выход ёмкости: 8 А.

Мощность: 120 W

А ккумуляторная батарея Great Power PG 12-7 классифицируется как необслуживаемая. Обладает низким внутренним сопротивление и характеризуется небольшой величиной саморазряда. Конструкция батареи герметизирована (технология AGM) и имеет клапанную регулировку. Используется в качестве источника постоянного тока в установках бесперебойного электропитания.

Напряжение: 12 В;

Емкость, Ач: 7,2;

Длина, ширина, высота в мм: 151 х 65 х 94;

Тип клейма: зажим на 7 мм;

20 часовой разряд (конечное направление 1,8 В/эл): 7,2 А.ч;

Максимальный ток разряда: 135 А (5с);

Внутреннее сопротивление: 22 мОм;

Температура эксплуатации: - 150С до – 500С;

Циклический режим: 14,3 -14,5 В;

Максимальный ток заряда: не более 2,16 А;

Буферный режим 13,4 – 13,6 В.

Положительный и Отрицательный заряд: намазного типа в коррозионноустойчивом свинцовокальциевом сплаве.

Клапан: односторонний, срабатывает при избыточном давлении.

Сепаратор: стекловолокно.

Электролит: обездвиженная серная кислота (технологии AGM).

Вывод полюсного борна: 100% непроницаемый для глаза и электролита.

Фетр (фр. feutre – «войлок»; англ. Felt) – тонкий войлок, нетканый текстильный материал вяленной шерсти, который обладает уникальной низкой теплопроводностью и достаточно хорошо пропускает воздух. Изготавливается обычно в виде полотнищ, которые имеют различную толщину, в зависимости от назначения. Толщина: 0,4 мм.

Армированная пластмассовая сетка – это прочный надежный каркас, который придает прочность и устойчивость конструкции под внешней нагрузкой.

Алюминиевая фольга – металлическая «бумага», тонкий и гибкий металлический лист. Необходима для отражения от поверхности солнечных лучей, чтобы не нагревался предмет.

Губка из ПВХ – соответствует для всех применений сэндвича составных, превосходные возможности термоизоляции.

Термопаста – слой теплопроводящего состава между охлаждаемой поверхностью и отводящим тепло устройством. Применяется в электронике для теплоотвода от компонентов силовых цепей и уменьшения градиента температур внутри блоков. Главное требование при применении термопасте – минимальная толщина ее слоя, заполняются мельчайшие углубления в поверхностях и способствуют появлению однородной среды для распространения тепла, в некоторых случаях зависят от материала отводящего тепло устройства и охлаждаемой поверхности.

Утеплитель самоклеющийся поролоновый для окон – обеспечивает надежную защиту от проникновения холодного воздуха, герметичность.

Опыт № 2

Цель исследования: Определить потребляемый ток во время работы охлаждающего элемента Пельтье, при помощи блока питания.

Оборудование: Охлаждающий элемент Пельтье ТЕS1-12706, блок питания 220 ÷ 12V; теплоотводящее устройство (радиаторы).

Место исследования: кабинет кружка радиоконструирования МАН г. Симферополя.

Ход работы

На кружке радиоконструирования совместно с преподавателем был разработан макет конструкции охладителя для плодовых деревьев. В ходе разработки макета продумывались, какие детали необходимы для тестовой действующей модели. Для конструкции необходимы были охлаждающие элементы небольшого размера, в интернет магазине на Алекс-экспрессе были заказаны охлаждающие элементы Пельтье ТЕS1-12706 в количестве 21 шт. В инструкции к элементам указан диапазон потребляемого тока, поэтому необходимо выяснить потребления тока для каждого охлаждающего элемента Пельтье. Перед экспериментом я протестировал охлаждающий элемент Пельтье и выяснил, с какой стороны происходит охлаждение, а с какой элемент нагревается для правильного измерения. В дальнейшем исследовании понадобился блок питания и теплоотводящее устройство, для того чтобы охлаждать нагревающую сторону охлаждающей стороны элемента Пельтье во время проведения опыта. Во время эксперимента была собранна цепь, результаты можно увидеть в таблице 5 в приложении.

Смеха цепи измерение потребления элементов Пельтье.

Схема измерение нагрева и охлаждения элемента Пельтье.

Выводы: Вследствие это эксперимента, я выяснил что охлаждающие элементы Пельтье потребляю ток от 1,01А до 1,05А, эти данные нужны для того, чтобы рассчитать потребления тока тестовой модели охладителя, и определиться с выбором блока питания на модель.

5.1 Опыт № 2

В процессе создания тестовой модели, я столкнулся с тем, что охлаждающие элементы Пельтье потребляют достаточно много энергии, а тестовая модель должна долго работать. Преподаватель предложил элементы соединить последовательно, чтобы уменьшить потребление тока в тестовой действующей модели охладителя для плодовых деревьев. При помощи первой части исследований мной было определенно, что каждый охлаждающий элемент Пельтье потребляет от 1,01А до 1,05А, для тестовой модели мне необходимо 6 элементов охлаждающих элементов Пельтье. Значит эти 6 элементов, будут потреблять 6A/ч.

Цель: Уменьшить потребление тока, соединив две охлаждающие элементы Пельтье последовательно.

Оборудование: 2 элемента Пельтье, блок питания, мультиметр.

Ход работы

Для исследования я взял соединенные последовательно два охлаждающих элемента Пельтье и подсоединил к блоку питания. За 0,50 секунд охлаждающие элементы Пельтье по степенно стали охлаждаться, мультиметр показывал 0,5 Ампер.

Что составляет 500 милиампер, значит 6 шт – 1,5 ампер, если соединить охлаждающие плиты Пельтье по две штуки последовательно, ток уменьшается, что позволить экономить заряд батареи, увеличить продолжительность работы без подзарядки.

Схема соединения элементов Пельтье

Выводы: В ходе проведенных экспериментов, мной были исследованы охлаждающие элементы Пельтье, в ходе практической части определил потребления тока каждого элемента. При разработке тестовой модели потребовались дополнительные исследования, которые были необходимы для уменьшения потребления тока. Проведенные исследования в отношении охлаждающих элементов Пельтье, которые были соединены последовательно дали положительный результат уменьшения напряжения до 6V на 1 пластину, что позволит сэкономить заряд батареи на тестовой действующей модели.

Принципиальное виденье действующей тестовой модели технической коррекции для плодовых деревьев.

Макет модели

Перед тем как преступить к разработке тестовой модели изделия, преподаватель предложил сначала разработать макет модели продумать, где и как будут размещаться детали, и какие детали необходимы для тестовой модели конструкции. Первое что необходимо было изучить в литературных источниках, взаимосвязь природных факторов на плодовые деревья во время их цветения. Я выяснил, что пигмент - фитохром, который заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света, влияет на работу клеток их вегетативное размножение. Так как полуостров Крым обладает обилием солнечного света и в зимний период, из практических наблюдений я сделал вывод, что зимы в Крыму теплые, но весна очень прохладная, поэтому плодовые деревья, которые цветут, ранней весной каждый год во время цветения подвергаются заморозкам.

Поэтому я хотел разработать при помощи преподавателя тестовый прибор, который минимизирует влияние окружающей природы на цветущее плодовое дерево.

Приступил к изготовлению макета будущей модели конструкции. Первоначально на бумаге были разработаны несколько вариантов чертежей макета в которых продумывались размещения элементов их взаимосвязь, функциональность и способы крепления. На чертеже изображены: охлаждающие элементы Пельтье - 8 шт. жёлтый, кулер – 1 шт. синий и голубой, цифровой термоконтроллер – 2 шт. зелёный и красный, аккумулятор – 1 шт. бардовый, термодатчики – 2 шт. серый.

Экспериментальная схема макета. Рис. 4

Макет состоит из 8 шт. охлаждающих элементов Пельтье, 2 шт. цефровых термоконтроллеров, армированная сетка для жесткости конструкции, утеплителя с фольгой, самоклеющего поролонового утеплителя для окон, который создает герметичность в верхней и нижней части конструкции, чтобы холодный воздух не выходил наружу и минимизировать наружное влияние на температуру внутри конструкции. С боков макета зафиксирована липучка для фиксации макета вокруг штамба.

При создании макета я столкнулся с проблемой закрепления элементов Пельтье. Мной был разработан способ крепления элементов Пельтье на гибкой термоизоляционном материале (фетр).

Действующая тестовая модель технической коррекции.

Принцип работы охладителя заключается в том, что затормозить на некоторое время сокодвижение (преимущественно у плодовых деревьев «абрикос»), во- время ранней весны, чтобы уберечь от весенних заморозков, которые губительно влияют на развитие генеративных почек.

Конструкция состоит из фетра, между которым проложена волоконная армированная сетка для жесткости конструкции и, чтобы фетр не растягивался. На внутренний и наружный слой наклеена фольга, для отражения тепла с наружи, и большей отдачи от охлаждающих элементов внутри. По концам конструкции прошиты фиксирующие элементы, которые позволяют закрепить конструкцию вокруг штамба. В два ряда вырезаны отверстия для охлаждающих элементов Пельтье в количестве 6 штук. Отдельно были изготовлены 6 штук алюминиевых радиаторов, которые закреплены стягивающими винтами, термопаста нанесена между элементами Пельтье и радиаторами для лучшей тепло проводности. Верхнею и нижнею часть конструкции проклеил губкой ПВХ толщиной 4 мм, для герметичности конструкции и защиты от внешнего воздействия температуры. Для поддержки автономности конструкции используется аккумулятор на 12V, емкостью 8 А.ч. который поместил в пластмассовую герметичную емкость. На передней панели выведены блоки управления регуляторов температуры и выключатель, а так же разъем для зарядки аккумулятора.

Схема технической коррекции цветения плодовых деревьев.

Заключение

Подводя итоги моего проекта, я бы хотел сказать, что работу, которую я провел вмести с преподавателями, была познавательной, увлекательной и поучительной. Во-первых, климатическая особенность Крыма характеризуется обилием солнца, тепла и света. Центральная часть Крыма характерна континентальному климату. У нас жаркое лето, ветреная и холодная зима, весна и осень переменчивы. В своих исследованиях я выяснил, что деревья имеют фитохром – пигмент, который отвечает за спектральный состав света и деревья просыпаются и происходит процесс сокодвижения, который способствует цветению. А так как весна переменчива и кратковременное похолодание может существенно повлиять на будущий урожай, как абрикос, так и других плодовых деревьев. Цветы и завязи абрикоса, значительно поврежденные заморозком, осыпаются с деревьев. Распустившие цветы абрикос могут переносить более низкие температуры, если они распустились в холодную погоду, чем те, что распустились в теплую. Самым уязвимым для заморозков является завязи плодов. Меня заинтересовал вопрос, а можно ли эти природные явления минимизировать.

Совместно с преподавателем по радиоконструированию был разработан макет охлаждающего устройство. На практике весной был испытан способ задержки цветения абрикоса, во время весенних заморозков, чтобы сохранить большее количество завязи и увеличить урожайность. Произведены исследования охлаждающих элементов Пельтье, полученные данные использовал для создания действующей модели охлаждающего устройства. В процессе работы над конструкцией возникла потребность уменьшить потребление мощности элементов Пельтье, чтобы увеличить время работы зарядного аккумулятора. Опытным путем элементы Пельтье соединенные последовательно и протестированы при помощи блока питания дали положительный результат. В ходе работы были и неудачи, которые были решены не без помощи руководителя. Это действующая тестовая модель охлаждающего прибора.

Я считаю, что разработанная действующая тестовая модель охлаждающего прибора, для любителей садоводов будет незаменимой. Каждый садовод мечтает об обильном урожае. Так как это опытный экспериментальный образец по себестоимости не дешевый и при положительном результате необходимо удешевить разработку.

ЛИТЕРАТУРА

Анатас Шишков «В помощь радиолюбителю».;

Бастанов В.Г. 300 практических советов. – М.: Моск. рабочий, 1992. -382 с.;

Богданович Б.М., Ваксер Э.Б. Краткий радиотехнический справочник. – Минск: Издательство «Беларусь», 1976. – 335 с.;

Борисов В.Г. Юный радиолюбитель, изд. 5-е, пер. и доп., - М., «Энергия», 1972. – 472 с.;

География Крыма: Учеб. Пособие для учащихся общеобразоват. учеб. Задедений / Л.А. Багрова, В.А. Боков, Н.В. Багров. – К.: Лыбидь, 2001.- 304 с.

Курдюмов Н.И. Умный сад в подробностях/ Н.И. Курдюмов. – Изд. 2-е, доп. И перераб. – Ростов н/Д: Издательский дом «Владис», М.: РИПОЛ Классик, 2008. – 288с.;

Сидоров И.Н. Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера. – СПб.: Лениздат, 1996.-352с.;

Сметанин Б.М. Техническое творчество. – М.: Изд. ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1955. – 527 с.;

Детская энциклопедия [Т.4] Растения и животные /ред. Коллегия: Петерсон М.Р. и др. – 3-е изд., испр.- М.: Педагогика, 1973. – 432, c.: ил.;

Детская энциклопедия [Т.6] Сельское хозяйство /ред. Коллегия: Петерсон М.Р. и др. – 3-е изд., испр.- М.: Педагогика, 1973. – 448, c.: ил.;

Элементарный учебник физики: Учеб. Пособие. В.3т. Т.1 Механика. Тепло. Молекулярная физика / под ред. Г.С. Ландсберга. – 14-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. -612с.;

Яновская О.В. Справочник школьника по физике с решение задач. 7-11 классы. – СПб.: Издательский дом «Литера», 2017. – 256с.;

http://www.leoton.ua/great-power-pg127.php;

https://gazetasadovod.ru;

https://yagodka.club;

https://7dach.ru/Exspert/kak-zaschitit-rasteniya-ot-vozvratnyh-zamorozkov-15662.html.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Среднесуточные, минимальные и максимальные температуры воздуха в Крыму в разные сезоны (°C) за период 2007-2017гг.

 

Средне-

сут.

Минимальная. суточная

Максимальная

суточная

Январь

3,2

0,8

6,0

Февраль

2,0

-0,5

5,1

Март

4,9

2,2

8,0

Апрель

10,3

7,1

14,0

Май

14,9

11,7

18,4

Июнь

19,0

15,9

22,7

Июль

22,9

19,7

26,6

Август

23,4

20,1

27,2

Сентябрь

18,0

14,8

21,6

Октябрь

13,0

10,0

16,6

Ноябрь

7,2

4,6

10,2

Декабрь

4,3

1,9

6,9

Внутреннее строение стебля рис. 1

Строение почек рис. 2

График температуры на улице в марте 2018 года Таблица 3

to

Понедельник

05.03.18

Вторник

06.03.18

Среда

07.03.18

Четверг

08.03.18

Пятниц

09.03.18

Суббота

10.03.18

Воскресенье

11.03.18

День

+50

+90

+ 100

+160

+60

+80

+60

Ночь

-60

-10

+ 60

+40

+10

+50

+50

 

солнечно

облачность

дождь

солнечно

пасмурно

пасмурно

облачность

to

Понедельник

12.03.18

Вторник

13.03.18

Среда

14.03.18

Четверг

15.03.18

Пятниц

16.03.18

Суббота

17.03.18

Воскресенье

18.03.18

День

+100

+140

+110

+110

+120

+140

+150

Ночь

+30

+70

+ 50

+40

+30

+40

+20

 

солнечно

солнечно

солнечно

солнечно

пасмурно

солнечно

солнечно

to

Понедельник

19.03.18

Вторник

20.03.18

Среда

21.03.18

Четверг

22.03.18

Пятниц

23.03.18

Суббота

24.03.18

Воскресенье

25.03.18

День

+40

+70

+60

-10

+70

+60

+70

Ночь

+10

+20

-20

-10

+00

+20

+20

 

пасмурно

дождь

солнечно

снег

пасмурно

солн.

солнечно

Тестовый замер почек на ветвях Таблица 4

 

05.03

09.03

12.03

16.03

19.03

23.03

26.03

Ветвь не охлаждаемая

0,1 мл

0,2 мл

0,3 мл

0,4 мл

0,5 мл

0,6 мл

0,7 мл

Ветвь охлажденная

0,1 мл

0,1 мл

0,2 мл

0,2 мл

0,3 мл

0,4 мл

0,4 мл

Потребления тока в элементах Пельтье Таблица 5

№ п/п

U (B) БП

U(B) подкл. наг.

I(A) нагрузка

1

12

5,34

1,01

2

12,12

4,01

1,04

3

12,11

5,60

1,02

4

12,12

4,30

1,04

5

12,12

4,40

1,03

6

12,12

4,31

1,05

7

12,14

3,88

1,05

8

12,12

4,40

1,05

9

12,13

4,60

1,03

10

12,13

4,90

1,05

11

12,13

3,90

1,04

12

12,13

3,45

1,04

13

12,13

3,73

1,03

14

12,13

4,40

1,01

15

12,12

5,40

1,04

16

12,11

3,97

1,03

17

12,11

4,85

1,03

18

12,12

3,75

1,04

19

12,12

3,62

1,04

20

12,12

3,41

1,03

21

12,12

3,59

1,03

Готовый макет конструкции.

   

Конструкция технической коррекции цветения плодовых деревьев

Спецификация элементной базы

Наименование

Кол-во

Цена за 1 шт

Цена

Пельтье охлаждающая плита ТЕS1-12706

6 шт

297,48

1784,88

ХН-W3001 Температура контроллер цифровой светодиодный термометр 12В

2 шт

259,89

519,78

Полупроводниковые пластины из алюминия

3 шт

100,00

300,00

Аккумуляторная батарея Great Power PG 12-7 (7Aч 12B, AGM-GEL)

1 шт

1600,00

1600,00

Ферт

1 метр

599,00

599,00

Армированная пластмассовая сетка

1 метр

50,00

50,00

Губка ПВХ

50 см

100,00

100,00

Термопаста серого цвета

1 шт

200,00

200,00

Выключатель

1 шт

54,00

54,00

Пластмассовый контейнер

1шт

89,00

89,00

Хомут червячный

2 шт

30,00

60,00

Утеплитель самоклеющийся для окон поролоновый.

1 шт

20,00

20,00

Клейма

12 шт

10,00

120,00

Разъемы для подключения

4 шт

10,00

40,00

Итого:

 

3 419,37

5 491.66

Фото фиксация проекта

Материалы для проведения опыта.

Пакет со льдом Жестяная емкость

   
   
   
   

Пятое марта первый день эксперимента

Тестовая ветвь Ветви абрикоса

   

Девятого марта пятый день эксперимента.

Тестовая ветвь Ветви абрикоса

   

Двенадцатое марта восьмой день эксперимента.

Тестовая ветвь Ветви абрикоса

   

Шестнадцатое марта 12 день эксперимента

Тестовая ветвь Ветви абрикосы

   

Девятнадцатое марта 15 день эксперимента

Тестовая ветвь Ветви абрикосы

   

Двадцать третьего марта 18 день эксперимента выпал снег, температура опустилась ниже 00С

Тестовая ветвь Ветви абрикосы

   

Двадцать шестого марта 22 день эксперимента

Тестовая ветвь Ветви абрикосы

   

1 апреля

Тестовая ветвь Ветви абрикосы

   

Опыт на приусадебном участке по ул. Луговой г. Симферополя.

Два дерева четырех летних.

     

ФОТОФИКСАЦИЯ

Элементы тестовой модели технической коррекции

О
хлаждающие элементы Пельтье

Термоконтроллер XH-W3001

А
ккумулятор

Алюминиевые пластины

Термопаста

Хомуты

Замеры элементов Пельтье

 
   
   
   

Радиаторы

 
   

Установка эл. Пельтье в конструкция

Нанесегие термопасты на эл. Пельтье для улучшения теплопроводимости

Крепления радиаторов на эл. Пельтье

Внутрений вид конструкции после закреплений радиаторов

Просмотров работы: 21