Plik Potencjał wody Jest to darmowa energia lub zdolna do pracy, która ma określoną objętość wody. Zatem woda w górnej części wodospadu lub wodospadu ma duży potencjał wodny, który na przykład może poruszać turbinę.
Symbolem używanym w odniesieniu do potencjału wody jest duża grecka litera zwana psi, która jest zapisywana Ψ. Potencjał wodny dowolnego systemu jest mierzony w odniesieniu do potencjału wodnego czystej wody w warunkach uznanych za standardowe (ciśnienie 1 atmosfery oraz ta sama wysokość i temperatura badanej instalacji).
Czynniki określające potencjał wody to grawitacja, temperatura, ciśnienie, uwodnienie i stężenie substancji rozpuszczonych w wodzie. Czynniki te determinują tworzenie się gradientów potencjału wody i te gradienty napędzają dyfuzję wody..
W ten sposób woda przemieszcza się z miejsca o wysokim potencjale wodnym do innego o niskim potencjale wodnym. Składowymi potencjału wody są potencjał osmotyczny (stężenie substancji rozpuszczonych w wodzie), potencjał materii (adhezja wody do porowatych matryc), potencjał grawitacyjny i potencjał ciśnieniowy.
Znajomość potencjału wody jest niezbędna do zrozumienia funkcjonowania różnych zjawisk hydrologicznych i biologicznych. Obejmują one wchłanianie wody i składników odżywczych przez rośliny oraz przepływ wody w glebie..
Indeks artykułów
Potencjał wody składa się z czterech komponentów: potencjału osmotycznego, potencjału materii, potencjału grawitacyjnego i potencjału ciśnieniowego. Działanie tych składników decyduje o istnieniu gradientów potencjału wody.
Zwykle woda nie jest w stanie czystym, ponieważ zawiera rozpuszczone w niej ciała stałe (substancje rozpuszczone), takie jak sole mineralne. Potencjał osmotyczny jest określony przez stężenie substancji rozpuszczonych w roztworze.
Im większa ilość rozpuszczonych substancji, tym mniej energii swobodnej wody, to znaczy mniejszy potencjał wody. Dlatego woda próbuje ustanowić równowagę, przepływając z roztworów o niskim stężeniu substancji rozpuszczonych do roztworów o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonych..
W tym przypadku decydującym czynnikiem jest obecność uwadniającej się matrycy lub struktury materiału, to znaczy ma powinowactwo do wody. Wynika to z sił adhezji tworzonych między cząsteczkami, zwłaszcza wiązań wodorowych utworzonych między cząsteczkami wody, atomami tlenu i grupami hydroksylowymi (OH)..
Na przykład adhezja wody do glin glebowych jest przypadkiem potencjału wodnego opartego na potencjale matrycznym. Macierze te, przyciągając wodę, generują dodatni potencjał wodny, dlatego woda na zewnątrz matrycy płynie w jej kierunku i ma tendencję do pozostawania w środku, jak to ma miejsce w gąbce..
Siła grawitacji Ziemi jest w tym przypadku tą, która określa gradient potencjału, ponieważ woda będzie miała tendencję do opadania. Woda znajdująca się na określonej wysokości ma darmową energię określoną przez przyciąganie, jakie Ziemia wywiera na swoją masę..
Na przykład woda w podniesionym zbiorniku wody swobodnie przepływa przez rurę i przemieszcza się z tą energią kinetyczną (ruchem), aż dotrze do kranu..
W tym przypadku woda pod ciśnieniem ma większą energię swobodną, czyli większy potencjał wodny. Dlatego woda ta przemieszcza się z miejsca, w którym jest pod ciśnieniem, do miejsca, w którym jej nie ma, a co za tym idzie jest mniej darmowej energii (mniejszy potencjał wodny).
Na przykład, kiedy dozujemy krople za pomocą zakraplacza, naciskając gumową gałkę przykładamy ciśnienie, które dodaje energii wodzie. Dzięki tej większej darmowej energii woda wypływa na zewnątrz, gdzie ciśnienie jest niższe.
Istnieje wiele metod pomiaru potencjału wody, niektóre są odpowiednie dla gleby, inne dla tkanek, dla mechanicznych układów hydraulicznych i inne. Potencjał wody jest równoważny jednostkom ciśnienia i jest mierzony w atmosferach, barach, paskalach lub psi (funtach na cal kwadratowy)..
Oto kilka z tych metod:
Jeśli chcesz zmierzyć potencjał wodny liścia rośliny, możesz użyć komory ciśnieniowej lub pompy Scholander. Składa się z hermetycznej komory, w której umieszczony jest cały liść (blaszka z ogonkiem).
Następnie ciśnienie wewnątrz komory zwiększa się poprzez wprowadzenie sprężonego gazu, mierząc ciśnienie, które jest osiągane za pomocą manometru. Ciśnienie gazu na liściu rośnie, do tego stopnia, że zawarta w nim woda wypływa przez tkankę naczyniową ogonka..
Ciśnienie wskazywane przez manometr, gdy woda opuszcza liść, odpowiada potencjałowi wody liścia..
Istnieje kilka możliwości pomiaru potencjału wody za pomocą specjalnych przyrządów zwanych sondami ciśnieniowymi. Przeznaczone są do pomiaru potencjału wodnego gleby, głównie w oparciu o potencjał materii.
Na przykład istnieją sondy cyfrowe, które działają na zasadzie wprowadzenia do gleby porowatej matrycy ceramicznej połączonej z czujnikiem wilgotności. Ta ceramika jest uwadniana wraz z wodą znajdującą się w glebie, aż do osiągnięcia równowagi między potencjałem wody w macierzy ceramicznej a potencjałem wodnym gleby..
Następnie czujnik określa wilgotność ceramiki i szacuje potencjał wodny gruntu.
Istnieją również sondy zdolne do pomiaru potencjału wody w tkankach roślin, takich jak łodyga rośliny. Model składa się z bardzo cienkiej rurki z cienką końcówką (rurki mikropilarnej), która jest wprowadzana do tkanki.
Po wniknięciu do żywej tkanki roztwór zawarty w komórkach podąża za gradientem potencjałów określonym przez ciśnienie zawarte w łodydze i jest wprowadzany do mikropylu. Gdy ciecz z trzpienia wpadnie do rurki, wypycha zawarty w niej olej, który aktywuje sondę ciśnieniową lub manometr, który przypisuje wartość odpowiadającą potencjałowi wody
Aby zmierzyć potencjał wody w oparciu o potencjał osmotyczny, można określić zmiany masy tkanki zanurzonej w roztworach o różnych stężeniach substancji rozpuszczonej. W tym celu przygotowuje się serię probówek, każda ze znanym rosnącym stężeniem substancji rozpuszczonej, na przykład sacharozy (cukru)..
Oznacza to, że jeśli w każdej z 5 probówek znajduje się 10 cm3 wody, do pierwszej dodaje się 1 mg sacharozy, do drugiej 2 mg, a więc do 5 mg w ostatniej. Dlatego mamy rosnącą baterię stężeń sacharozy.
Następnie z tkanki, której potencjał wodny ma być określony (np. Kawałki ziemniaków) wycina się 5 odcinków o jednakowej i znanej wadze. Następnie w każdej probówce umieszcza się wycinek i po 2 godzinach wycinki tkanki usuwa się i waży..
Oczekuje się, że niektóre kawałki stracą na wadze z powodu utraty wody, inne przybierają na wadze, ponieważ wchłonęły wodę, a inne utrzymają wagę.
Te, które utraciły wodę, znajdowały się w roztworze, w którym stężenie sacharozy było większe niż stężenie substancji rozpuszczonych w tkance. Dlatego woda przepływała zgodnie z gradientem potencjału osmotycznego od najwyższego do najniższego stężenia, a tkanka traciła wodę i masę..
Wręcz przeciwnie, tkanka, która nabrała wody i masy, znajdowała się w roztworze o niższym stężeniu sacharozy niż stężenie substancji rozpuszczonych w tkance. W tym przypadku gradient potencjału osmotycznego sprzyjał wnikaniu wody do tkanki..
Wreszcie w tym przypadku, w którym tkanka zachowała swój pierwotny ciężar, wywnioskowano, że stężenie, w którym została znaleziona, ma takie samo stężenie substancji rozpuszczonej. Dlatego to stężenie będzie odpowiadać potencjałowi wody badanej tkanki..
Drzewo o wysokości 30 m musi transportować wodę z ziemi do ostatniego liścia, a odbywa się to za pośrednictwem układu naczyniowego. Ten system to wyspecjalizowana tkanka zbudowana z martwych komórek, które przypominają bardzo cienkie rurki..
Transport jest możliwy dzięki różnicom w potencjale wody, który jest generowany między atmosferą a liściem, który z kolei jest przekazywany do układu naczyniowego. Liść traci wodę w stanie gazowym ze względu na wyższe stężenie w nim pary wodnej (wyższy potencjał wodny) w porównaniu z otoczeniem (niższy potencjał wodny).
Utrata pary wytwarza podciśnienie lub zasysanie, które wypycha wodę z naczyń układu naczyniowego w kierunku blaszki liściowej. To zasysanie jest przenoszone ze szkła do szkła, aż dociera do korzenia, gdzie komórki i przestrzenie międzykomórkowe są osadzone w wodzie wchłoniętej z gleby..
Woda z gleby przenika do korzenia ze względu na różnicę w potencjale osmotycznym między wodą w komórkach naskórka korzenia a wodą w glebie. Dzieje się tak, ponieważ komórki korzeni zawierają substancje rozpuszczone w większym stężeniu niż woda glebowa..
Wiele roślin w suchym środowisku zatrzymuje wodę wytwarzającą śluz (lepką substancję), która jest przechowywana w ich wakuolach. Cząsteczki te zatrzymują wodę, zmniejszając jej energię swobodną (niski potencjał wody), w tym przypadku decydujący jest składnik materii potencjału wody..
W przypadku instalacji wodociągowej opartej na zbiorniku podwyższonym jest on napełniany wodą ze względu na wpływ potencjału ciśnieniowego. Firma, która dostarcza wodę, wywiera na nią nacisk za pomocą pomp hydraulicznych i tym samym pokonuje siłę grawitacji, aby dotrzeć do zbiornika..
Gdy zbiornik jest pełny, woda jest z niego rozprowadzana dzięki potencjalnej różnicy między wodą zmagazynowaną w zbiorniku a odpływami wody w domu. Otwarcie kranu ustala grawitacyjny gradient potencjału między wodą w kranie a zbiornikiem..
Dlatego woda w zbiorniku ma większą energię swobodną (większy potencjał wodny) i opada głównie pod wpływem siły grawitacji..
Głównym składnikiem potencjału wodnego gleby jest potencjał materii, biorąc pod uwagę siłę adhezji, która jest ustalona między iłami a wodą. Z drugiej strony, potencjał grawitacji wpływa na pionowy gradient przemieszczania się wody w glebie..
Wiele procesów zachodzących w glebie zależy od energii swobodnej wody zawartej w glebie, czyli od jej potencjału wodnego. Wśród tych procesów jest odżywianie i transpiracja roślin, infiltracja wody deszczowej i odparowanie wody z gleby..
W rolnictwie ważne jest określenie potencjału wodnego gleby w celu prawidłowego nawadniania i nawożenia. Jeśli potencjał materii gleby jest bardzo wysoki, woda pozostanie przyczepiona do glin i nie będzie dostępna do wchłaniania przez rośliny..
Jeszcze bez komentarzy