Пчёлы. Тепловое излучение против активности.

Вот читаю в старой книге «… пчёлы активно реагируют на охлаждение. Прежде всего, они повышают плотность скопления, вследствие чего происходит увеличение температуры в центральной части гнезда и смежных с ней зонах. Уплотнение побуждает к активизации и увеличению тепловыделения». Что-то здесь не так растолковано. Положения не стыкуются с выводами. Какая такая активность может проявиться в плотном пчелином клубе. Слово «активно» здесь попало «не в свою тарелку». Активность – это энергичность, подвижность и т.п. Если сбиться в толпу (собраться плотно в клуб), то будучи зажатым со всех сторон проявить подвижность не будет ни какой возможности. Вы пробовали проявить активность в транспорте в «час пик», или когда толпа «выносит» вас со стадиона? То-то и оно! Зато, находясь в толпе, даже без движения, теплоты выделяется – будь здоров! Так, откуда же берётся теплота? (Где «зарыт ядерный реактор»? А, может быть, и в пчелином клубе Газпром подсуетился?)
С целью «разобраться» с вопросом, откуда берётся теплота в пчелином клубе, упомянем всуе науку физику. Опираясь на неё проще всего объяснить регулирование пчёлами температуры в гнезде в зимний период с позиции элементарных положений термодинамики. Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный перенос теплоты происходит под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры. Закономерности переноса теплоты исследует теория теплообмена (теплопередачи).
Теплота может распространяться в любых веществах и даже вакууме. Одинаково во всех веществах теплота передается теплопроводностью за счет переноса энергии микрочастицами, из которых состоит вещество. Взаимодействуя друг с другом быстро движущиеся микрочастицы, двигаясь со скоростями, пропорциональными их температуре, отдают свою энергию более медленным частицам, перенося, таким образом, теплоту из зоны с высокой в зону с более низкой температурой.
Исходя из сказанного для объяснения существования тепла в пчелином клубе, следует обратить взор в сторону теплового излучения.

Итак, что говорит наука об этом излучении? Тепловое излучение является излучением электромагнитным. (Оно возникает за счет энергии вращательного и колебательного движения атомов и молекул в составе вещества.) Тепловым излучением обладают все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля. Явно выше нуля имеет температуру тело пчелы. Тепловое излучение тела насекомого (а так же человека или животного) относится к инфракрасному (ИК) диапазону электромагнитных волн. Следует иметь в виду, что живые организмы излучают только длинные волны, а поглощать могут и длинные, и короткие волны.

Каким образом тепловое излучение тела связано с выделением теплоты? Как это происходит в пчелином клубе?
Рассмотрим случай, когда некое тело А, находится в полости Б, ограниченной непроницаемой для излучения оболочкой С.

Схема отражения тепловых волн

Рис.1. Многократное отражение тепловых волн от зеркальных стенок полости Б.

Инфракрасные э/м волны, исходящие от тела А, многократно отражаясь от внутренней поверхности оболочки С, сохраняются в пределах полости Б и частично поглощаются телом А. При идеальной отражающей поверхности оболочки система «тело А — полость Б» не будет терять энергию. Между телом А и излучением, которое заполняет полость Б, будет происходить непрерывный обмен энергией.
В случае неизменного распределения энергии для каждой длины волны, состояние такой системы будет равновесным, также будет равновесным излучение. Тепловое излучение является единственным видом равновесного излучения. Если равновесие между излучением и телом нарушится, то термодинамические процессы вернут систему в состояние равновесия. Например, если тело будет излучать больше, чем поглощает, то оно начинает терять внутреннюю энергию и его температура станет уменьшаться, что уменьшит количество излучаемой энергии. Температура тела будет падать до тех пор, пока количество излучаемой и поглощаемой этим телом энергии не придёт к равновесному состоянию.
Для существования равновесного теплового излучения необходимо выполнение трёх условий, а именно, в системе должны наблюдаться: 1) одинаковая плотность потока энергии во всех точках полости (однородность), 2) равная вероятность возможных направлений распространения излучения (изотропность), 3) направления и значения векторов напряженностей электрического и магнитного полей во всех точках полости изменяются хаотически (отсутствие поляризации).
Теперь вернёмся к клубу пчёл. Несомненно, соединение пчёл друг с другом из-за сложной конфигурации их тел не является идеально плотным, а полость внутри клуба пчёл не обладает абсолютной зеркальной отражающей поверхностью. Смотрим рисунок 2.

Неравновесное тепловое отражение.

Рис. 2 Неравновесное тепловое излучение в пчелином клубе.

Это означает, что тепловое излучение в пчелином клубе не будет равновесным. Причём таковым оно будет в центральной части клуба, там, где располагается полость, а вот среди основной массы пчёл клуба тепловое излучение будет стремиться к максимально идеальному варианту (рисунок 3).

Схема. Тепловое излучение в клубе пчёл

Рис. 3 Тепловое излучение между пчёлами.

Понятно что, идеальных условий в природе не существует, но обстановку к такому порядку вещей можно приблизить. Этим вопросом пчёлы занимаются толково. В частности, в зависимости от внешней температуры пчёлы варьируют плотность клуба. С понижением температуры клуб сжимается, при повышении — плотность клуба уменьшается. С повышением плотности клуба повышается степень его отражающих свойств. Тем самым одновременно и однородность, и изотропность клуба пчёл приближаются к максимально возможным значениям.
Вместе с тем, следует понимать, что из-за низкой теплопроводности хитина теплоотдача тела пчелы — небольшая. Поэтому когда идёт речь о плотности клуба, то «во главу угла» ставится представление именно об очень тесном соединении пчёл («плечо в плечо»). Дополнительно следует учитывать, что величина поглощения теплового излучения зависит от соотношения температур среды и тел пчёл, площади их взаимодействия, ориентации этих площадей и прочего. Например, для коротковолнового излучения имеет значение и цвет поверхности. Любое изменение температуры тела (достаточно 0,1 градус) приводит к изменению мощности теплового излучения с поверхности тела.
Так как идеально скомпоновать клуб нельзя — невозможно «подогнать» физическое строение организма пчел под нужные формы, то потери энергии будут, и этот дефицит следует чем-то постоянно замещать. Такой недостаток можно восполнить из другого источника. Пчёлы делают это за счёт пищи (мёда), преобразуя один вид энергии в другой (химическую в тепловую). При хороших условиях в улье (оптимальные ширина улочек, состояние сот, размещение клуба, вентиляция и пр.) потребность в мёде будет небольшой. Отсутствие приемлемых условий для зимовки потребует увеличения запасов корма. Если бы тепловое излучение отсутствовало, то даже непрерывное поглощение мёда не спасло бы пчёл от гибели.
Теперь несколько слов о поляризации (третье условие). При уплотнении клуба однозначно напряженность электрического и магнитного полей (поляризация) должна отсутствовать. Иначе клуб пчёл будет представлять собой «индукционную катушку», что в итоге приведёт к возникновению тока в ней. Дополнительно этому процессу будет способствовать появление влажности в улье. При выделении теплоты начинается процесс конденсации влаги. Влага тонкой плёнкой будет покрывать пчёл в клубе. Граница раздела сред всегда выступает источником энергии. При малом количестве влаги образуется ионной слой проводимости. При определённых внешних условиях такая обстановка в улье может привести к слёту пчёл.
Наоборот, при формировании в улье повышенной влажности, что бывает при плохой вентиляции, процесс получения тепла от теплового излучения сводится на «нет», так как влага будет сильно понижать температуру клуба. В результате, пчёлы вынуждены будут усиленно восполнять энергию за счёт поглощения пищи (мёда), а фактически получать тепло за счёт химической реакции. Как следствие, для поддержания оптимальной температуры своего тела пчёлы обособляются по медовым ячейкам, клуб распадается. При невозможности использования теплового излучения семья пчёл погибает. Этому одновременно способствует порча (плесень, закисание) мёда из-за высокой влажности в улье.
В холодный период времени в клубе именно за счёт теплового излучения обеспечивается комфортный для жизни пчёл температурный режим. Поведение пчёл в клубе нельзя объяснять абстрактной «активностью». Их биологическая жизнь протекает в соответствии с существующими элементарными (обычными) физическими законами.
Опубликовано Новиковым С.Н. © //www.maymed.ru , 2014.

Вы можете оставить комментарий.


Выскажите своё мнение