ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ

Антонов И.Н.¹, Плеханова О.А.², Плеханов О.С.³

¹Доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, ²Старший преподаватель кафедры «Инженерная физика», Саратовский госагроуниверситет им. Н.И. Вавилова, ³Ведущий инженер кафедры оптики и биофотоники, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ

Аннотация

Электрофизические свойства растительных тканей зависят от влажности, плотности, содержания белков, сахара и других компонентов. Информация о микрораспределениях электрических свойств внутри растительного объекта может быть получена с помощью микроэлектродов. Получен экспериментальный материал исследований отрицательной проводимости растительных тканей, на примере влажного и сухого зерна, имеющий практическое значение.

Ключевые слова: отрицательная проводимость растительных тканей.

Antonov I.N.¹, Plekhanova O.A.², Plekhanov O.S.³

¹Professor, Doctor of Engineering Sciences, the Saratov state technical university of Yu.A. Gagarin, ²Senior lecturer «Engineering Physics» chair, the Saratov state agrouniversity of N.I. Vavilov, ³Leading engineer of the Department of optics and Biophotonics, Saratov state University. N.G. Chernyshevsky

ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF PLANT TISSUES

Abstract

Electrophysical properties of plant tissues depend on the humidity, density, content of protein, sugar and other components. Information about micro distributions of the electric properties of the object within the plant can be obtained using micro electrodes. Obtained experimental material research negative conductivity of plant tissues, for example wet and dry grain, has practical value.

Keywords: negative conductivity of plant tissues.

Экспериментальный и теоретический материал, к настоящему времени накопленный биологией, биохимией, и биофизикой свидетельствует о том, что в биологических системах при тех или иных условиях реализуются известные физические эффекты.

Изучение механизма взаимодействия физических факторов и биологических процессов позволяют отождествлять биологические явления с тем или иным физическим эффектом. Получение информации о физических константах и свойствах биообъектов, например эффект Холла, позволяет определять принадлежность вещества к полупроводникам с электронным или ионным характером проводимости.

Явление отрицательной проводимости или отрицательного сопротивления, N-образной вольтамперной характеристики характерно для структур, обладающих ВАХ, содержащей участок с отрицательной дифференциальной проводимостью. Структуры с такой характеристикой способны к преобразованию энергии источника питания постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний [1, 2]. Такие биополимеры, как желатин, яичный альбумин, гемоглобин и плазма крови человека, 10–30%-ных растворах на доионированной воде имеют N-образную ВАХ [3].

Образцы биополимеров в виде пленок 8÷10 мкм способны к генерации электрических колебаний в диапазоне частот 0,5÷910 Гц [3]. Отрицательная проводимость обнаруживается в сухих и набухших зернах пшеницы [4], в биологических и искусственных мембранах.

Электрофизические свойства растительных тканей, зависят от влажности, плотности, содержания белков, сахара и других компонентов и связаны с условиями роста и развития растений. Установление корреляционных зависимостей между ними позволит не только констатировать тот или иной факт, но и воздействовать изменением внешних условий на формирование требуемых характеристик объекта на определенных стадиях его развития. Исследование этих вопросов потребует информации о микрораспределениях электрических свойств внутри растительного объекта, которая может быть получена с помощью микроэлектродов.

На Рис.1 представлена схема включения зерна в цепь с постоянным источником тока, отрицательный потенциал подается на зерно со стороны зародышевого участка.

Рис.1. Зависимость ВАХ зерна от влажности приведена на Рис.2, здесь видно, что с изменением влажности в сторону ее уменьшения меняется подаваемое на зерно напряжение, при котором наблюдается изгиб ВАХ в отрицательном направлении.

Рис. 2. ВАХ зерна пшеницы: 1 – влажное (набухшее) зерно; 2 – сухое зерно.

Измерения проводились при нормальных условиях, кратковременно, без существенных изменений вызванных тепловым эффектом связанным с теплом, выделяемым в сопротивлении при протекании через него тока. Методика эксперимента не отличается от применяемой при исследовании диэлектрических и полупроводниковых слоев.

Особенности электрофизических характеристик и ВАХ зерна в широком диапазоне приложенных напряжений и влажности растительной среды позволяют надеяться на практическое значение приведенных исследований. Дальнейшая работа будет направлена на разработку компактного измерительного устройства.