«Электрофизика» пчелы.

Законы статики колонии пчёл.

Речь пойдёт об электрических параметрах пчелы.

Известно, что материя имеет полевую природу. Известно так же, что абсолютно всё состоит из элементарных частиц. Живая природа не является исключением.

Пчёлы – существа «электрозависимые». Электричество пчёл является составной частью экоэнергосистемы растение – насекомое. О растениях можно почитать ««Электрическая жизнь» высших растений». Существование в электромагнитном поле растений и пчёл предполагает наличие у них функционального электрического «механизма». (Электрические отношения пчёл и растений в процессе опыления рассматривается отдельно.) Внутренние органы и системы пчёл (как у любого живого организма) имеют тонкую взаимосвязанную электрическую настройку (напряжённость, частота э/м волн и импульсов и пр.). Внешний покров обладает более «суровыми» характеристиками. Он амортизирует электрический (как и термический, и механический) «удар» внешней среды на организм. Внешнее электрическое поле пчелы в основном обусловлено свойствами покрова тела (об этом прочитаем «Электрофизические свойства покрова пчёл»).

Электрический заряд пчелы

Пчела, обладая способностью поляризации, несёт на себе электрический заряд. В «Этологии медоносной пчелы» Е.К. Еськова находим следующие данные. В летний период при относительной влажности в 70-80% заряд пчёл в спокойном состоянии варьирует от -1,8±0,5·10(-12) Кл до +2,9±0,5·10(-12) Кл. При покидании пчелой улья рано утром, она несёт заряд –0,45 пКл. Тем не менее, нельзя данные показатели воспринимать как пограничные состояния. Величина заряда зависит от разных факторов: двигательной активности и функциональных обязанностей пчелы, свойств опорного материала, относительной влажности воздуха, атмосферного давления. Например, величина отрицательного заряда, передвигающейся по воску пчелы –11,4±1,8 пКл. Повышение влажности до 90 % уменьшало заряд более чем в 10 раз. При такой обстановке после передвижения пчелы по воску её заряд имел положи­тельную полярность и составлял 0,6 ± 0,2 пКл. Максимальная величина заряда зафиксированного у пчёл-сигнальщиц доходит до +80 пКл, но в среднем составляет +45,2±4,3 пКл.

Наглядная схема распределения зарядов на теле пчелы имеется в посту «Электростатика и пчела».

Электризация пчелы

Электрический заряд пчела получает разными «способами». Такая способность заложена свойством поляризации покрова пчелы. Элементарно заряд можно приобрести на основе трибоэффекта. Например, при передвижении по наэлектризованной поверхности (восковым сотам) или во время полёта. (Электризация от трения крыльев о воздух относительно не велика. Например, при аэрировании воздуха напряжённость поля возле пчелы составляет всего 0,52 ±0,10 В/см). Особенно эффективна «подзарядка» покрова пчелы сорбцией ионов воздушной среды.

Пчёлы пьют воду

Летящая пчела и передвигающаяся по диэлектрику получают электрические заряды разными способами.

В любом из указанных случаев решающее влияние на формирование величины заряда оказывает плотность ионного тока (а не продолжительность полёта или скорость), которая зависит от атмосферных показателей, гелио и гео активности. Полярность заряда определяется зоной токовой среды. Например, на открытом пространстве течёт положительный ионный ток, под покровом леса – отрицательный. Соответственно пролетая над лугом или полем, пчела будет заряжаться положительно, а двигаясь в лесу – отрицательно. (Не исключено, что пчела в полёте способна нести заряды с полярностью обоих знаков. На спинке будет концентрироваться положительный, а на брюшке и ножках – отрицательный заряд. Пчела в этом случае будет иметь электрический дипольный момент поперёк оси тела.) Вместе с накоплением электрических зарядов происходит и процесс их «утечки». Скорость «потери заряда» зависит опять же от электропроводимости изолирующих материалов и атмосферы. Понижение давления и повышение влажности ускоряет «потерю заряда».

Пчела генерирует электрическое поле

Обладая способностью нести достаточно большой заряд (по сравнению с объёмом своего тела), пчела способна не только генерировать вокруг себя электрическое поле, но и воспринимать, а соответственно и учитывать влияние внешних как электрического, так и магнитного полей. Восприятие электрических полей пчела­ми связано с воздействием электромеханических сил электрического поля на механорецепторные органы (смотреть по ссылке выше «Электрофизические свойства покрова пчёл»).

Достаточно подробно вопрос восприятия пчёлами электрических полей освещён Е.К. Еськовым в «Этологии медоносной пчелы». Пчёлы воспринимают электрические поля механорецепторными органами, реагирующими на смещение: трихоидными и антенными сенсиллами. Под воздействием э/поля низкой частоты происходит отклонение волосков сенсилл, регистрируемое, как предполагается, джонстоновыми органами. Изменение частоты поля слабо влияет на амплитуду колебаний волоска (с максимумом на частотах 10 — 80 Гц и уменьшением в 1,2 — 1,5 раза на частоте 500 Гц). Основное воздействие на смещение волоска оказывает заряд и напряжённость поля, при этом имеет значение величина угла между вектором напряжённости и продольной осью волоска, а так же расстояние до электрода. Напряжённость 200 — 250 В/см вызывает отклонение волоска на 1° у изолированной пчелы в однородном поле. Неоднородное электрическое поле или сближение в электрическом поле двух пчел вызывает такое же его отклонение при меньшей напряженности поля (70 — 100 В/см), то есть порог чувствительности двух пчёл в три раза выше. Семья пчёл способна воспринимать напряжённость 4 – 5 В/см. Антенны пчёл реагируют и на быстрые изменения напряженности электрического поля.

Взаимодействие пчелы с э/м полем приземной атмосферы

Электрическое поле пчела воспринимает как «грубую» материю. Особенно активно пчёлы реагируют на постоянное э/поле. На переменное поле с аналогичными показателями пчела откликается не столь остро. Взаимодействуя с электрическим полем, пчела вынуждена прикладывать определённую энергию для преодоления механических нагрузок (так называемых пондеромоторных сил), вызванных этим полем. Рассмотрим некоторые отношения.

Пчела ощущает силу Лоренца

Начнём с самого малого, с силы Лоренца. На пчёл имеет максимальное воздействие только магнитная составляющая силы Лоренца. Пчела сталкивается с ней о время полёта. Однако надо заметить, что это влияние имеет мизерную величину. Под действием магнитной силы искривляется траектория движущейся пчелы. Направление действия этой силы изменяется в зависимости от полярности заряда, несущего пчелой. На отрицательно заряженную пчелу сила Лоренца (по правилу левой руки) действует слева, а на положительно заряженную – справа.

Статические взаимодействия между пчелой и природой

Посмотрим на силу электростатического взаимодействия. Она в основном имеет значение при контакте пчёл на крайне малом расстоянии (в клубе или рое). Активные действия заряженной пчелы порождает в окружающем пространстве колебания напряжённости электростатического поля, поэтому около зимнего или роевого клуба сильно махать крыльями не стоит. Электростатика связана и с трибоэлектричеством пчелы. Кое-что об этом можно почитать здесь: «Электрофизические свойства покрова пчёл» (активная ссылка выше) и «Электрическая «красота» сот».

Пыльца рада электростатике пчелы

Возьмём силу зеркального отображения. Эта сила возникает при контакте пчелы с субстратом: сотами, прилётной доской, цветком, роем и прочим. Суть такого электрического взаимодействия заключается в притяжении пчелой зарядов равных по величине и обратных по знаку. Ярким примером такого взаимодействия является притяжение и удержание пчелой пыльцы. (Подробнее об этом прочитаем в статье «Роль электричества в процессе опыления».)

Без силы Кулона пчела ни куда не денется

Наконец мы «добрались до Кулона». Так как сила Кулона определяется как произведение заряда и напряженности поля, то поведение пчелы будет находиться в прямой зависимости от проводимости среды и изменений напряжённости геомагнитного поля. Как указывалось выше, полярность и величина заряда пчелы зависят от токовой среды и атмосферных показателей. Поэтому сила Кулона будет поддерживать в полёте пчелу, несущую отрицательный заряд и прижимать к земле пчелу с положительным зарядом. Особенно заметно давление кулоновской силы при повышении напряжённости перед грозой – заметно медленнее летят пчёлы, и изменении напряжённости поля во время магнитных бурь – кроме повышения механического сопротивления у пчёл нарушается ориентация.

Пчела не любит нестабильность

Самую большую неприятность для пчёл при преодолении расстояния представляют собой силы обусловленные неоднородностью электромагнитного поля. Сведения о таких состояниях можно найти в статьях «Электричество приземной атмосферы», «Электромагнитное поле Земли». Резкая неоднородность поля возникает вблизи больших водоёмов, над холмами, разломами земной коры, в районе линий электропередач, над геометрическими объектами (строения, вышки и т.п.) и прочим. В таких местах вектор напряжённости поля сначала ослабляется, а затем на вершине сильно концентрируется, в результате в этом месте пчела неожиданно для себя как бы «сталкивается со шлагбаумом», что вызывает «опрокидывающий эффект». Места с такими свойствами она вынуждена облетать стороной.

Пчела приспосабливается к электрострикции

Пожалуй, уместно будет вспомнить и про электрострикцию. Под воздействием электрического поля происходит деформация диэлектрика. То есть э/поле заставляет пчелу изменять размеры тела. Внешнее э/поле, воздействуя на диполи молекул или ионов, заставляет атомы и молекулы диэлектрика смещаться, порождая электрострикцию. Изменение размера диэлектрика пропорционально квадрату напряжённости поля.

«Пчела в электричестве», как «рыба в воде»

В цифровых показателях (возьмём опять же у Е.К. Еськова) восприятие пчёлами электрического поля можно увидеть и в следующем виде. Пчелиная семья примерно в 14 тыс. особей проявляет максимальную чувствительность к э/полю на частоте 500 Гц при напряжённости 4 – 5 В/см. С увеличением и уменьшением частоты реакция пчёл снижается. На частоте 10 Гц порог чувствительности проявляется при 8 – 11 В/см, а на частоте 5 кГц потребуется напряжённость 47 – 72 В/см. С повышением напряжённости до 100 – 150 В/см пчёлы выходят из гнезда. Одна пчела не реагирует на напряжённость и при 500 В/см. Увеличение численности пчёл в семье повышает порог чувствительности к изменению напряжённости э/поля. При таких реакциях сразу напрашивается вывод, что между пчёлами как минимум действует сила электростатического взаимодействия и сила Кулона.

Способность пчелы нести на себе электрический заряд имеет практическую пользу в защите гнезда от электромагнитного поля. Точнее, от облучения природным электрическим полем (магнитное поле присутствует всегда). Клуб пчёл с зарядом образует электрическую оболочку, так называемую «клетку Фарадея», которая экранирует окружаемое пчёлами пространство. Тем самым в гнезде повышается защита расплода и матки от проницающих улей электрических силовых линий электромагнитного поля Земли. Во время роения пчёлы, двигаясь по различным орбитам вокруг матки, защищают её от облучения в полёте.

Отдельный разговор будет идти о магнетите пчёл.

Изменение тонкого электромагнитного фона пчелиной колонии нарушает её жизнедеятельность. Влияние э/поля на пчёл разнообразно (смотреть «Электричество и жизнь пчёл», «Пчёлы и магнитное поле Земли»). Серия статей ««Электрические фокусы» пчёл» призвана раскрыть электрические зависимости и взаимодействия в жизнедеятельности пчёл.

Опубликовано Новиковым С.Н. © http://www.maymed.ru , 2012.

Вы можете оставить комментарий.


2 комментария to “«Электрофизика» пчелы.”

  1. pchelowood:

    Да, тут всё серьёзно.

Выскажите своё мнение