معلومة

تنفس بخار الماء


يتكون الهواء الطبيعي من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ، مع وجود القليل من الماء وما إلى ذلك.

تخيل الآن إزاحة كل الغازات باستثناء الأكسجين ببخار الماء. لا أعني بخار الماء البخار الساخن أو الضباب. فقط مياه غازية.

والسؤال هل هو نافع أم ضار للإنسان ، وإلى أي مدى؟ وبافتراض أنها ليست قاتلة ، في أي ظروف يمكن أن تكون مفيدة؟

الشيء الوحيد الذي أتساءل عنه على وجه الخصوص هو تطبيقات الغوص العميق والارتفاعات العالية. إن عدم وجود / محتوى منخفض من النيتروجين في خليط الهواء الصناعي سيساعد على تجنب مرض تخفيف الضغط. وقد يعتقد المرء أن بخار الماء أرخص على الأقل من الأكسجين النقي (قد يكون أيضًا أكثر أمانًا وله آثار جانبية أقل).


فقط لأنك أزلت النيتروجين وثاني أكسيد الكربون لن يساعدك في الحفاظ على ضغط بخار أعلى من H₂O في الهواء. يمكنك إزالة جميع الغازات الأخرى والحصول على O₂ عند ضغطه الجزئي الطبيعي عند ضغط إجمالي قدره 1/5 بار والتنفس جيدًا ، ولكن سيكون هناك خطر نشوب حريق في هذه البيئة بسبب عدم وجود جزيئات غير O₂ لإخماد O.

الطريقة الوحيدة للحصول على ضغط بخار مرتفع بدرجة كافية من H₂O لشيء مثل الغوص هو تسخينه ، لكنني لا أعتقد أن ملئًا من بخار الماء الساخن جدًا سيكون مفيدًا للغاية بالنسبة لك.

لا يمكنك فقط ضغط بخار الماء إلى أي ضغط تشعر به ؛ سوف يتكثف بسهولة إلى حد ما.

لتجنب التأثيرات السامة للنيتروجين ، غالبًا ما يستخدم الغواصون الهيليوم لاستبداله حيث أن الأكسجين النقي يكون مميتًا عند الضغوط العالية.


كيفية التعامل مع صعوبة التنفس في الطقس الرطب

الرطوبة في حد ذاتها رائعة وممتعة ، ولهذا السبب يبحث معظمنا عن أفضل أجهزة ترطيب الجو ، لكن صعوبة التنفس في الطقس الرطب من قبل بعض الناس تسببت في الكثير من مشاكل الجهاز التنفسي التي يجب معالجتها.

الهواء الرطب هو ذلك الهواء المليء بالرطوبة بكثافة كما يظهر في الغابة المطيرة. في معظم الحالات ، يكون الهواء رطبًا ، وتميل درجة الحرارة إلى الارتفاع أكثر من الهواء الأقل رطوبة بسبب التبخر غير الفعال.

في هذه المقالة ، سنلقي مزيدًا من الضوء على الأسئلة المتداولة حول العلاقة بين الهواء الرطب والتنفس.


عمليه التنفس

عمليه التنفس هي العملية التي يتم من خلالها أخذ الهواء الغني بالأكسجين داخل جسم الكائن الحي وطرد الهواء الغني بثاني أكسيد الكربون من الجسم (بمساعدة أعضاء التنفس). الكائنات الحية المختلفة لها أعضاء مختلفة للتنفس.

يتم التنفس في البشر من خلال أعضاء تسمى رئتين.

يسمى دخول الهواء الغني بالأكسجين إلى الجسم أثناء التنفس & # 8216 استنشاق & # 8217 ويعطي (أو يطرد) الهواء الغني بثاني أكسيد الكربون يسمى & # 8216exhalation & # 8217. يحدث كل من الشهيق والزفير بانتظام أثناء التنفس.

أ يتنفس يعني استنشاق واحد بالإضافة إلى زفير واحد.

نحن & # 8216 نتنفس & # 8217 الهواء لتزويد خلايا الجسم بالأكسجين (لتكسير الطعام لإطلاق الطاقة) ، ونقوم بالزفير & # 8217 لإزالة نفايات ثاني أكسيد الكربون من أجسامنا (والتي يتم إنتاجها أثناء الانهيار. من الطعام في الخلايا)

التنفس هو عملية مستمرة تستمر طوال الوقت وطوال حياتنا وحياة الحيوانات والنباتات الأخرى.

يحمل متسلقو الجبال أسطوانات الأكسجين معهم للتنفس لأن كمية الهواء المتاحة للشخص للتنفس على ارتفاعات عالية أقل بكثير من تلك المتوفرة على الأرض.

معدل التنفس

يتم استدعاء عدد المرات التي يتنفس فيها الشخص في دقيقة واحدة معدل التنفس.

متوسط ​​معدل التنفس في الإنسان البالغ في حالة الراحة هو 15-18 مرة في الدقيقة. تتنفس النساء أسرع قليلاً من الرجال.

يتغير معدل تنفس الشخص وفقًا لاحتياجات الجسم من الأكسجين.

1) يكون معدل التنفس عند الإنسان هو الأبطأ عندما يكون نائماً لأن الحد الأدنى من الطاقة يحتاجه الجسم أثناء النوم والتي يمكن أن يوفرها معدل التنفس البطيء.

2) معدل تنفس الشخص يزداد مع زيادة النشاط البدني (مثل التمارين والجري ورفع الأثقال وما إلى ذلك). عندما يزداد معدل التنفس ، تدخل كمية أكبر من الهواء إلى الرئتين. مع دخول المزيد من الهواء إلى الرئتين ، يمكن للدم امتصاص الأكسجين بمعدل أسرع. وبالتالي ، فإن التنفس الأسرع يوفر المزيد من الأكسجين لخلايا الجسم لإنتاج المزيد من الطاقة (عن طريق الانهيار السريع للطعام) اللازمة لممارسة التمارين البدنية الثقيلة ، وما إلى ذلك.

عندما نركض ، نأخذ أنفاسًا عميقة أيضًا لاستنشاق المزيد من الهواء (والحصول على المزيد من الأكسجين) للإفراج السريع عن الطاقة من الطعام. أيتنفس thlete أسرع وأعمق من المعتاد حتى بعد الانتهاء من السباق. هذا لأنه خلال السباق ، أنتجت عضلات الساق للرياضي طاقة إضافية عن طريق التنفس اللاهوائي (بدون استخدام الأكسجين). من خلال التنفس بشكل أسرع وأعمق ، يعيد الرياضي الأكسجين للعضلات الذي لم يتمكن من إعطائه في وقت سابق عند الجري.

نشعر بالجوع بعد القيام بتمرين بدني شديد . هذا لأنه لتوفير طاقة إضافية للقيام بتمارين بدنية شاقة ، فقد تكسر الطعام بسرعة كبيرة (عن طريق التنفس الأسرع) وجعلنا نشعر بالجوع.

يتنفس الأطفال حوالي 20 إلى 30 مرة في الدقيقة

آلية التنفس

تتم عملية التنفس في رئتينا.

(1) ترتبط الرئتان بفتحات الأنف (ثقوب في الأنف) من خلال ممر الأنف (أو تجويف الأنف) والقصبة الهوائية.

(2) عندما نستنشق الهواء ، فإنه يدخل إلى أنفنا ، ويمر عبر الممر الأنفي والقصبة الهوائية ، ويصل إلى رئتينا.

(3) تتدلى الرئتان في مكان محكم في أجسامنا يسمى تجويف الصدر.

(4) حول جوانب التجويف الصدري يوجد القفص الصدري مع صفائح من العضلات بين الضلوع.

(5) يحيط القفص الصدري الرئتين بداخله ، وفي الجزء السفلي من التجويف الصدري توجد طبقة منحنية من العضلات تسمى الحجاب الحاجز.

(6) التنفس ينطوي على حركات القفص الصدري والحجاب الحاجز.

(أ) الشهيق: عندما نتنفس (أو نستنشق) ، يحدث شيئان في نفس الوقت

(1) تتقلص العضلات بين الضلوع مما يتسبب في تحرك القفص الصدري للأعلى وللخارج ، و

(2) يتقلص الحجاب الحاجز ويتحرك للأسفل.

حركة القفص الصدري للأعلى وللخارج بالإضافة إلى حركة الحجاب الحاجز للأسفل تعمل على زيادة المساحة في تجويف الصدر وتجعله أكبر. عندما يصبح تجويف الصدر أكبر ، يتم امتصاص الهواء من الخارج إلى الرئتين. تمتلئ الرئتان بالهواء وتتوسعان.

(ب) الزفير: عندما نتنفس (أو نزفر) ، يحدث شيئان في نفس الوقت

(1) تسترخي العضلات بين الضلوع مما يتسبب في تحرك القفص الصدري إلى أسفل وإلى الداخل و

(2) يرتاح الحجاب الحاجز ويتحرك لأعلى.

حركة القفص الصدري إلى أسفل وإلى الداخل بالإضافة إلى الحركة الصعودية للحجاب الحاجز ، تعمل على تقليل المساحة في تجويف الصدر وتصغيره. عندما يصبح تجويف الصدر أصغر ، يتم دفع الهواء للخارج من الرئتين.

يمكن للأشخاص المختلفين توسيع صدرهم بكميات مختلفة.

يمكننا قياس أقصى تمدد في حجم الصدر على النحو التالي: قم أولاً بقياس حجم الصدر بشريط قياس أثناء حبس النفس ، بعد الزفير بشكل طبيعي. ثم خذ نفسًا عميقًا جدًا (حتى يحدث أقصى تمدد في الصدر) ، احبس أنفاسك لفترة وقس حجم الصدر في هذا الوضع الموسع ، سيعطي الاختلاف في قراءتي شريط القياس أقصى تمدد في حجم الصدر الذي يمكن أن نحققه.


محتويات

تحرير التبخر

عندما يترك جزيء الماء سطحًا وينتشر في غاز محيط ، يُقال إنه تبخر. كل جزيء ماء فردي ينتقل بين حالة أكثر ارتباطًا (سائل) وحالة أقل ارتباطًا (بخار / غاز) يفعل ذلك من خلال امتصاص أو إطلاق الطاقة الحركية. يُعرَّف القياس الكلي لنقل الطاقة الحركية هذا على أنه طاقة حرارية ويحدث فقط عندما يكون هناك فرق في درجة حرارة جزيئات الماء. يأخذ الماء السائل الذي يتحول إلى بخار الماء معه جزءًا من الحرارة ، في عملية تسمى التبريد التبخيري. [5] تحدد كمية بخار الماء في الهواء مدى تكرار عودة الجزيئات إلى السطح. عندما يحدث تبخر صافي ، سيخضع جسم الماء إلى صافي تبريد مرتبط مباشرة بفقدان الماء.

في الولايات المتحدة ، تقيس خدمة الطقس الوطنية المعدل الفعلي للتبخر من سطح المياه المفتوحة "عموم" القياسي في الهواء الطلق ، في مواقع مختلفة على الصعيد الوطني. يفعل الآخرون الشيء نفسه في جميع أنحاء العالم. يتم جمع البيانات الأمريكية وتجميعها في خريطة تبخر سنوية. [6] القياسات تتراوح من أقل من 30 إلى أكثر من 120 بوصة في السنة. يمكن استخدام الصيغ لحساب معدل التبخر من سطح الماء مثل حوض السباحة. [7] [8] في بعض البلدان ، معدل التبخر يتجاوز بكثير معدل هطول الأمطار.

التبريد بالتبخير مقيد بالظروف الجوية. الرطوبة هي كمية بخار الماء في الهواء. يُقاس محتوى بخار الهواء بأجهزة تُعرف باسم أجهزة قياس الرطوبة. عادة ما يتم التعبير عن القياسات في صورة رطوبة معينة أو نسبة رطوبة نسبية. تحدد درجات حرارة الغلاف الجوي وسطح الماء ضغط بخار التوازن 100٪ الرطوبة النسبية تحدث عندما يكون الضغط الجزئي لبخار الماء مساويًا لضغط بخار التوازن. غالبًا ما يشار إلى هذا الشرط على أنه تشبع كامل. تتراوح الرطوبة من 0 جرام لكل متر مكعب في الهواء الجاف إلى 30 جرام لكل متر مكعب (0.03 أونصة لكل قدم مكعب) عندما يتشبع البخار عند 30 درجة مئوية. [9]

تحرير التسامي

التسامي هو العملية التي تغادر بها جزيئات الماء سطح الجليد مباشرة دون أن تتحول أولاً إلى ماء سائل. يتسبب التسامي في الاختفاء البطيء للجليد والثلج في منتصف الشتاء عند درجات حرارة منخفضة للغاية بحيث لا تتسبب في الذوبان. تُظهر القارة القطبية الجنوبية هذا التأثير بدرجة فريدة لأنها إلى حد بعيد القارة ذات أدنى معدل لهطول الأمطار على الأرض. نتيجة لذلك ، هناك مناطق شاسعة ارتفعت فيها طبقات الجليد الألفي ، تاركة وراءها أي مواد غير متطايرة كانت تحتوي عليها. يعد هذا أمرًا ذا قيمة كبيرة لبعض التخصصات العلمية ، ومن الأمثلة المثيرة على ذلك مجموعة النيازك التي تُركت مكشوفة بأعداد لا مثيل لها وحالات حفظ ممتازة.

التسامي مهم في تحضير فئات معينة من العينات البيولوجية لمسح المجهر الإلكتروني. عادة يتم تحضير العينات عن طريق التثبيت بالتبريد والكسر بالتجميد ، وبعد ذلك يتم تجميد السطح المكسور ، ويتآكل بالتعرض للفراغ حتى يظهر المستوى المطلوب من التفاصيل. يمكن أن تعرض هذه التقنية جزيئات البروتين وتركيبات العضية وطبقات ثنائية الدهون مع درجات منخفضة جدًا من التشويه.

تحرير التكثيف

يتكثف بخار الماء فقط على سطح آخر عندما يكون هذا السطح أكثر برودة من درجة حرارة نقطة الندى ، أو عندما يتم تجاوز توازن بخار الماء في الهواء. عندما يتكثف بخار الماء على سطح ما ، يحدث صافي الاحترار على ذلك السطح. [10] يجلب جزيء الماء معه طاقة حرارية. في المقابل ، تنخفض درجة حرارة الغلاف الجوي قليلاً. [11] في الغلاف الجوي ، ينتج عن التكثيف السحب والضباب والأمطار (عادة فقط عندما يتم تسهيل ذلك بواسطة نوى تكثف السحب). نقطة الندى لطرد الهواء هي درجة الحرارة التي يجب أن تبرد عندها قبل أن يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء. يشكل التكثف في الغلاف الجوي قطرات من السحب.

أيضًا ، يحدث تكثف صافي لبخار الماء على الأسطح عندما تكون درجة حرارة السطح عند درجة حرارة نقطة الندى في الغلاف الجوي أو أقل منها. الترسب هو مرحلة انتقالية منفصلة عن التكثيف الذي يؤدي إلى التكوين المباشر للجليد من بخار الماء. الصقيع والثلج أمثلة على الترسب.

هناك عدة آليات للتبريد يحدث بها التكثيف: 1) الفقد المباشر للحرارة بالتوصيل أو الإشعاع. 2) التبريد من انخفاض ضغط الهواء الذي يحدث مع رفع الهواء ، المعروف أيضًا باسم التبريد الثابت. يمكن للجبال أن ترفع الهواء ، مما يؤدي إلى انحراف الهواء إلى أعلى ، عن طريق الحمل الحراري ، وعن طريق الجبهات الباردة والدافئة. 3) التبريد - التبريد الفعال بسبب الحركة الأفقية للهواء.

التفاعلات الكيميائية تحرير

يحتوي عدد من التفاعلات الكيميائية على الماء كمنتج. إذا حدثت التفاعلات في درجات حرارة أعلى من نقطة الندى للهواء المحيط ، فسيتشكل الماء على شكل بخار ويزيد الرطوبة المحلية ، إذا حدث تكثف محلي أقل من نقطة الندى. التفاعلات النموذجية التي تؤدي إلى تكوين الماء هي احتراق الهيدروجين أو الهيدروكربونات في الهواء أو أي أكسجين آخر يحتوي على مخاليط غازية ، أو نتيجة للتفاعلات مع المؤكسدات.

بطريقة مماثلة ، يمكن أن تحدث تفاعلات كيميائية أو فيزيائية أخرى في وجود بخار الماء مما يؤدي إلى تكون مواد كيميائية جديدة مثل الصدأ على الحديد أو الفولاذ ، أو حدوث البلمرة (بعض رغاوي البولي يوريثان والصمغ سيانو أكريلات يعالج بالتعرض للرطوبة الجوية) أو تغير الأشكال مثل حيث قد تمتص المواد الكيميائية اللامائية بخارًا كافيًا لتشكيل بنية بلورية أو تغيير بنية موجودة ، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى تغيرات مميزة في اللون يمكن استخدامها للقياس.

تحرير القياس

يمكن قياس كمية بخار الماء في الوسط مباشرة أو عن بعد بدرجات متفاوتة من الدقة. الطرق البعيدة مثل الامتصاص الكهرومغناطيسي ممكنة من الأقمار الصناعية فوق الغلاف الجوي للكواكب. قد تستخدم الطرق المباشرة محولات طاقة إلكترونية أو موازين حرارة مبللة أو مواد استرطابية تقيس التغيرات في الخصائص الفيزيائية أو الأبعاد.

واسطة نطاق درجة الحرارة (درجة مئوية) القياسات غير الدقيقة تردد القياس النموذجي تكلفة النظام ملحوظات
مقياس رطوبة الحبال هواء -10 إلى 50 منخفض إلى معتدل ساعيا قليل
التحليل الطيفي الساتلي هواء −80 إلى 60 قليل عالي جدا
مستشعر سعوي الهواء / الغازات −40 إلى 50 معتدل 2 إلى 0.05 هرتز واسطة عرضة للتشبع / التلوث بمرور الوقت
مستشعر سعوي دافئ الهواء / الغازات −15 إلى 50 معتدلة إلى منخفضة 2 إلى 0.05 هرتز (حسب درجة الحرارة) متوسطة إلى عالية عرضة للتشبع / التلوث بمرور الوقت
مستشعر مقاوم الهواء / الغازات -10 إلى 50 معتدل 60 ثانية واسطة عرضة للتلوث
ندى كلوريد الليثيوم هواء -30 إلى 50 معتدل مستمر واسطة انظر الندى
كلوريد الكوبالت الثنائي الهواء / الغازات من 0 إلى 50 عالي 5 دقائق منخفظ جدا غالبا ما تستخدم في بطاقة مؤشر الرطوبة
مطيافية الامتصاص الهواء / الغازات معتدل عالي
أكسيد الألمونيوم الهواء / الغازات معتدل واسطة انظر تحليل الرطوبة
أكسيد السيليكون الهواء / الغازات معتدل واسطة انظر تحليل الرطوبة
الامتصاص الكهرضغطية الهواء / الغازات معتدل واسطة انظر تحليل الرطوبة
كهربائيا الهواء / الغازات معتدل واسطة انظر تحليل الرطوبة
توتر الشعر هواء 0 إلى 40 عالي مستمر منخفض إلى متوسط تتأثر بدرجة الحرارة. تتأثر سلبا بتركيزات عالية لفترات طويلة
مقياس النوى الهواء / الغازات الأخرى قليل عالي جدا
جلد Goldbeater (بقرة Peritoneum) هواء 20 إلى 30 معتدل (مع تصحيحات) بطيء ، أبطأ في درجات الحرارة المنخفضة قليل المرجع: دليل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) لأدوات وطرق الرصد الخاصة بالأرصاد الجوية ، رقم 8 ، 2006 (الصفحات 1.12-1).
ليمان ألفا تردد عالي عالي http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search؟id=lyman-alpha-hygrometer1 يتطلب معايرة متكررة
مقياس رطوبة الجاذبية منخفظ جدا عالي جدا غالبًا ما يطلق عليه المصدر الأساسي ، المعايير الوطنية المستقلة المطورة في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي واليابان
واسطة نطاق درجة الحرارة (درجة مئوية) القياسات غير الدقيقة تردد القياس النموذجي تكلفة النظام ملحوظات

التأثير على كثافة الهواء تحرير

بخار الماء أخف أو أقل كثافة من الهواء الجاف. [12] [13] عند درجات حرارة مكافئة ، يكون الهواء طافيًا بالنسبة للهواء الجاف ، حيث تبلغ كثافة الهواء الجاف عند درجة الحرارة والضغط القياسيين (273.15 كلفن ، 101.325 كيلو باسكال) 1.27 جم / لتر وبخار الماء عند درجة الحرارة القياسية يحتوي على بخار ضغط 0.6 كيلو باسكال وكثافة أقل بكثير 0.0048 جم / لتر.

تحرير الحسابات

حسابات بخار الماء وكثافة الهواء الجاف عند 0 درجة مئوية:

  • الكتلة المولية للماء 18.02 جم / مول ، محسوبة من مجموع الكتل الذرية للذرات المكونة لها.
  • الكتلة المولية للهواء (حوالي 78٪ نيتروجين ، N2 21٪ أكسجين ، O2 1٪ غازات أخرى) 28.57 جم / مول عند درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP).
  • وفقًا لقانون أفوجادرو وقانون الغاز المثالي ، سيكون للهواء الرطب كثافة أقل من الهواء الجاف. بحد أقصى. التشبع (أي الرطوبة النسبية = 100٪ عند 0 درجة مئوية) ستنخفض الكثافة إلى 28.51 جم / مول.
  • تشير ظروف STP إلى درجة حرارة تبلغ 0 درجة مئوية ، حيث تكون قدرة الماء على أن يصبح بخارًا محدودة للغاية. تركيزه في الهواء منخفض جدًا عند درجة حرارة 0 مئوية. الخط الأحمر على الرسم البياني إلى اليمين هو أقصى تركيز لبخار الماء متوقع لدرجة حرارة معينة. يزداد تركيز بخار الماء بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة ، حيث تقترب من 100٪ (بخار ، بخار ماء نقي) عند 100 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن الاختلاف في الكثافة بين الهواء وبخار الماء سيظل موجودًا (0.598 مقابل 1.27 جم / لتر).

في درجات حرارة متساوية تحرير

عند نفس درجة الحرارة ، سيكون عمود الهواء الجاف أكثر كثافة أو أثقل من عمود الهواء الذي يحتوي على أي بخار ماء ، وتكون الكتلة المولية للنيتروجين ثنائي الذرة والأكسجين ثنائي الذرة أكبر من الكتلة المولية للماء. وبالتالي ، فإن أي حجم من الهواء الجاف سيغرق إذا تم وضعه في حجم أكبر من الهواء الرطب. أيضًا ، سوف يرتفع حجم الهواء الرطب أو يكون عائمًا إذا تم وضعه في منطقة أكبر من الهواء الجاف. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد نسبة بخار الماء في الهواء ، ويزداد طفوها. يمكن أن يكون للزيادة في الطفو تأثير كبير على الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى ظهور تيارات هوائية قوية وغنية بالرطوبة ومتصاعدة عندما تصل درجة حرارة الهواء ودرجة حرارة البحر إلى 25 درجة مئوية أو أعلى. توفر هذه الظاهرة قوة دافعة كبيرة لأنظمة الطقس الإعصارية والمضادة (الأعاصير والأعاصير).

التنفس والتنفس

بخار الماء هو نتيجة ثانوية للتنفس في النباتات والحيوانات. تزداد مساهمته في الضغط مع زيادة تركيزه. تزداد مساهمة الضغط الجزئي في ضغط الهواء ، مما يقلل من مساهمة الضغط الجزئي للغازات الجوية الأخرى (قانون دالتون). يجب أن يظل ضغط الهواء الكلي ثابتًا. يؤدي وجود بخار الماء في الهواء إلى تخفيف أو إزاحة مكونات الهواء الأخرى بشكل طبيعي مع زيادة تركيزها.

هذا يمكن أن يكون له تأثير على التنفس. في الهواء الدافئ جدًا (35 درجة مئوية) ، تكون نسبة بخار الماء كبيرة بما يكفي لتسبب الاحتقان الذي يمكن أن يحدث في ظروف الأدغال الرطبة أو في المباني سيئة التهوية.

رفع تحرير الغاز

بخار الماء له كثافة أقل من كثافة الهواء ، وبالتالي فهو يتمتع بالطفو في الهواء ولكن له ضغط بخار أقل من ضغط الهواء. عندما يتم استخدام بخار الماء كغاز رفع بواسطة منطاد حراري ، يتم تسخين بخار الماء لتكوين بخار بحيث يكون ضغط بخاره أكبر من ضغط الهواء المحيط من أجل الحفاظ على شكل نظري "بالون بخار" ، والذي ينتج عنه تقريبًا 60٪ يرفع الهليوم ومرتين من الهواء الساخن. [14]

مناقشة عامة تحرير

كمية بخار الماء في الغلاف الجوي مقيدة بقيود الضغط الجزئي ودرجة الحرارة. تعمل درجة حرارة نقطة الندى والرطوبة النسبية كإرشادات لعملية بخار الماء في دورة الماء. يمكن أن تؤدي مدخلات الطاقة ، مثل ضوء الشمس ، إلى مزيد من التبخر على سطح المحيط أو المزيد من التسامي على قطعة من الجليد على قمة جبل. ال الرصيد بين التكثيف والتبخر يعطي كمية تسمى الضغط الجزئي للبخار.

أقصى ضغط جزئي (ضغط التشبع) من بخار الماء في الهواء يختلف باختلاف درجة حرارة خليط الهواء وبخار الماء. توجد مجموعة متنوعة من الصيغ التجريبية لهذه الكمية ، والصيغة المرجعية الأكثر استخدامًا هي معادلة Goff-Gratch لـ SVP فوق الماء السائل تحت الصفر درجة مئوية:

حيث T ، درجة حرارة الهواء الرطب ، تعطى بوحدات كلفن ، و p تعطى بوحدات مليبار (هيكتوباسكال).

الصيغة صالحة من حوالي -50 إلى 102 درجة مئوية ولكن هناك عددًا محدودًا جدًا من قياسات ضغط بخار الماء فوق الماء السائل فائق التبريد. هناك عدد من الصيغ الأخرى التي يمكن استخدامها. [15]

في ظل ظروف معينة ، مثل عند الوصول إلى درجة حرارة غليان الماء ، سيحدث دائمًا صافي التبخر أثناء الظروف الجوية القياسية بغض النظر عن نسبة الرطوبة النسبية. ستؤدي هذه العملية الفورية إلى تبديد كميات هائلة من بخار الماء في جو أكثر برودة.

يكون هواء الزفير في حالة توازن كامل تقريبًا مع بخار الماء عند درجة حرارة الجسم. في الهواء البارد يتكثف بخار الزفير بسرعة ، وبالتالي يظهر كضباب أو ضباب من قطرات الماء وكتكاثف أو صقيع على الأسطح. إن تكثيف قطرات الماء هذه بالقوة من الزفير هو أساس الزفير المتكثف ، وهو اختبار تشخيصي طبي متطور.

يعد التحكم في بخار الماء في الهواء مصدر قلق رئيسي في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). تعتمد الراحة الحرارية على ظروف الهواء الرطبة. تسمى حالات الراحة غير البشرية بالتبريد ، وتتأثر أيضًا ببخار الماء. على سبيل المثال ، تستخدم العديد من متاجر المواد الغذائية ، مثل محلات السوبر ماركت ، خزائن مبرد مفتوحة ، أو حالات الطعام، والتي يمكن أن تخفض ضغط بخار الماء بشكل ملحوظ (خفض الرطوبة). تقدم هذه الممارسة العديد من الفوائد وكذلك المشاكل.

تمثل المياه الغازية مكونًا صغيرًا ولكنه مهم بيئيًا للغلاف الجوي. تختلف النسبة المئوية لبخار الماء في الهواء السطحي من 0.01٪ عند -42 درجة مئوية (-44 درجة فهرنهايت) [16] إلى 4.24٪ عندما تكون نقطة الندى 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت). [17] ما يقرب من 99.13٪ منه موجود في طبقة التروبوسفير. تكثيف بخار الماء إلى الحالة السائلة أو الجليدية هو المسؤول عن السحب والأمطار والثلج وغيرها من الترسبات ، وكلها تعد من بين العناصر الأكثر أهمية لما نختبره بالطقس. أقل وضوحًا ، الحرارة الكامنة للتبخر ، والتي تنطلق إلى الغلاف الجوي كلما حدث التكثيف ، هي واحدة من أهم المصطلحات في ميزانية الطاقة الجوية على المستويين المحلي والعالمي. على سبيل المثال ، فإن إطلاق الحرارة الكامنة في الحمل الحراري في الغلاف الجوي هو المسؤول المباشر عن العواصف المدمرة مثل الأعاصير المدارية والعواصف الرعدية الشديدة. بخار الماء هو أقوى غازات الدفيئة بسبب وجود رابطة الهيدروكسيل التي تمتص بقوة في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الضوئي.

بخار الماء هو "وسيط العمل" للمحرك الديناميكي الحراري الجوي الذي يحول الطاقة الحرارية من أشعة الشمس إلى طاقة ميكانيكية على شكل رياح. يتطلب تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية مستوى درجة حرارة أعلى وأقل ، بالإضافة إلى وسيط عمل يتنقل ذهابًا وإيابًا بين الاثنين. يتم تحديد مستوى درجة الحرارة الأعلى بواسطة التربة أو سطح الماء للأرض ، والتي تمتص إشعاع الشمس القادم وتسخن المياه وتبخرها. يكون الهواء الرطب والدافئ على الأرض أخف من محيطه ويرتفع إلى الحد الأعلى لطبقة التروبوسفير. هناك تشع جزيئات الماء طاقتها الحرارية في الفضاء الخارجي ، وتبريد الهواء المحيط. يشكل الغلاف الجوي العلوي مستوى درجة الحرارة المنخفضة للمحرك الديناميكي الحراري في الغلاف الجوي. يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء البارد الآن ويسقط على الأرض على شكل مطر أو ثلج. يتدفق الهواء البارد والجاف الأثقل الآن إلى الأرض وكذلك المحرك الديناميكي الحراري في الغلاف الجوي ، وبالتالي ينشئ الحمل الحراري الرأسي ، والذي ينقل الحرارة من الأرض إلى الغلاف الجوي العلوي ، حيث يمكن لجزيئات الماء أن تشعها إلى الفضاء الخارجي. بسبب دوران الأرض وقوى كوريوليس الناتجة ، يتم تحويل هذا الحمل الحراري العمودي في الغلاف الجوي أيضًا إلى حمل أفقي ، على شكل أعاصير وأعاصير مضادة ، والتي تنقل الماء المتبخر فوق المحيطات إلى داخل القارات ، مما يسمح للنباتات بالنمو . [18]

الماء في الغلاف الجوي للأرض ليس فقط أقل من نقطة الغليان (100 درجة مئوية) ، ولكن على ارتفاع ينخفض ​​إلى ما دون نقطة التجمد (0 درجة مئوية) ، بسبب جاذبية الماء عالية القطبية. عندما يقترن بخار الماء بكميته ، يكون عندئذٍ نقطة ندى ونقطة صقيع ذات صلة ، على عكس البريد. ز وثاني أكسيد الكربون والميثان. وبالتالي ، فإن ارتفاع بخار الماء يمثل جزءًا بسيطًا من الغلاف الجوي السائب ، [19] [20] [21] حيث يتكثف الماء ويخرج ، بشكل أساسي في طبقة التروبوسفير ، الطبقة الدنيا من الغلاف الجوي. [22] ثاني أكسيد الكربون (CO
2) والميثان ، كونه غير قطبي ، يرتفع فوق بخار الماء. يساهم امتصاص وانبعاث كلا المركبين في انبعاث الأرض إلى الفضاء ، وبالتالي تأثير الاحتباس الحراري الكوكبي. [20] [23] [24] يمكن ملاحظة تأثير الدفيئة هذا بشكل مباشر ، من خلال سمات طيفية مميزة مقابل بخار الماء ، ويلاحظ ارتفاعه مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربون
2 مستويات. [25] وعلى العكس من ذلك ، فإن إضافة بخار الماء على ارتفاعات عالية له تأثير غير متناسب ، ولهذا السبب فإن الميثان (يرتفع ثم يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون
2 واثنين من جزيئات الماء) وحركة الطائرات النفاثة [26] [27] [28] لها تأثيرات احترار عالية بشكل غير متناسب.

من غير الواضح كيف ستستجيب الغيوم لارتفاع درجة حرارة المناخ اعتمادًا على طبيعة الاستجابة ، يمكن للسحب إما زيادة تضخيم الاحتباس الحراري أو التخفيف منه جزئيًا بسبب غازات الدفيئة طويلة العمر.

في حالة عدم وجود غازات دفيئة أخرى ، سيتكثف بخار ماء الأرض على السطح [29] [30] [31] من المحتمل أن يحدث هذا ، ربما أكثر من مرة. وهكذا يميز العلماء بين غازات الدفيئة غير القابلة للتكثيف (القيادة) والقابلة للتكثيف (المدفوعة) ، أي التغذية المرتدة من بخار الماء أعلاه. [32] [33] [34]

يتشكل الضباب والغيوم من خلال التكثف حول نوى تكثف السحب. في حالة عدم وجود نوى ، سيحدث التكثيف فقط في درجات حرارة منخفضة جدًا. في ظل التكثيف أو الترسيب المستمر ، تتشكل قطرات السحب أو رقاقات الثلج ، والتي تترسب عندما تصل إلى كتلة حرجة.

يتم استنفاد محتوى الماء في الغلاف الجوي ككل باستمرار بسبب هطول الأمطار. في الوقت نفسه ، يتم تجديده باستمرار عن طريق التبخر ، وعلى الأخص من المحيطات والبحيرات والأنهار والأرض الرطبة. تشمل المصادر الأخرى لمياه الغلاف الجوي الاحتراق ، والتنفس ، والانفجارات البركانية ، ونتح النباتات ، والعديد من العمليات البيولوجية والجيولوجية الأخرى. في أي وقت يوجد 1.29 × 10 16 لترًا (3.4 × 10 15 جالونًا) من الماء في الغلاف الجوي. يحتوي الغلاف الجوي على جزء واحد في 2500 من المياه العذبة ، وجزء واحد في 100000 من إجمالي المياه على الأرض. متوسط ​​المحتوى العالمي لبخار الماء في الغلاف الجوي كافٍ تقريبًا لتغطية سطح الكوكب بطبقة من الماء السائل يبلغ عمقها حوالي 1 سم. يبلغ متوسط ​​هطول الأمطار السنوي للكوكب حوالي متر واحد ، مما يعني حدوث دوران سريع للمياه في الهواء - في المتوسط ​​، يبلغ متوسط ​​وقت بقاء جزيء الماء في طبقة التروبوسفير حوالي 9 إلى 10 أيام. [35]

تطلق حلقات النشاط الحراري الأرضي ، مثل الانفجارات البركانية والسخانات ، كميات متغيرة من بخار الماء في الغلاف الجوي. قد تكون هذه الانفجارات كبيرة من الناحية البشرية ، وقد تؤدي الانفجارات المتفجرة الكبرى إلى ضخ كميات كبيرة من الماء بشكل استثنائي في الغلاف الجوي ، ولكن كنسبة مئوية من إجمالي مياه الغلاف الجوي ، فإن دور هذه العمليات تافه. تختلف التركيزات النسبية للغازات المختلفة المنبعثة من البراكين اختلافًا كبيرًا وفقًا للموقع ووفقًا للحدث المعين في أي موقع واحد. ومع ذلك ، فإن بخار الماء هو على الدوام أكثر الغازات البركانية شيوعًا كقاعدة عامة ، فهو يشتمل على أكثر من 60٪ من إجمالي الانبعاثات أثناء اندلاع تحت جوي. [36]

يتم التعبير عن محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي باستخدام مقاييس مختلفة. وتشمل ضغط البخار والرطوبة النوعية ونسبة الخلط ودرجة حرارة نقطة الندى والرطوبة النسبية.


تبادل الغاز عبر الحويصلات الهوائية

الاختلافات في الضغوط الجزئية لـ O2 إنشاء تدرج يؤدي إلى انتقال الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية وإلى الأنسجة.

أهداف التعلم

اشرح عملية تبادل الغازات عبر الحويصلات الهوائية

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يؤدي التغيير في الضغط الجزئي من الحويصلات الهوائية (تركيز عالٍ) إلى الشعيرات الدموية (تركيز منخفض) إلى دفع الأكسجين إلى الأنسجة وثاني أكسيد الكربون إلى الدم (تركيز عالٍ) من الأنسجة (تركيز منخفض) ، والذي يتم إرجاعه بعد ذلك إلى الأنسجة. الرئتين والزفير.
  • مرة واحدة في الدم من الشعيرات الدموية ، O2 يرتبط بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء التي تنقله إلى الأنسجة حيث ينفصل ليدخل خلايا الأنسجة.
  • لا تنكمش الرئتان تمامًا أبدًا ، لذلك يختلط الهواء الذي يتم استنشاقه مع الهواء المتبقي من التنفس السابق ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين داخل الحويصلات الهوائية.

الشروط الاساسية

  • الهيموغلوبين: مادة تحتوي على الحديد في خلايا الدم الحمراء التي تنقل الأكسجين من الرئتين إلى باقي الجسم وتتكون من بروتين (الجلوبيولين) والهيم (حلقة بورفيرين مع الحديد في مركزها)
  • خلد: في النظام الدولي للوحدات ، الوحدة الأساسية لكمية المادة

تبادل الغاز عبر الحويصلات الهوائية

في جسم الإنسان ، يتم استخدام الأكسجين بواسطة خلايا أنسجة الجسم لإنتاج ATP ، بينما يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمنتج فضلات. يشار إلى نسبة إنتاج ثاني أكسيد الكربون إلى استهلاك الأكسجين باسم حاصل الجهاز التنفسي (RQ) ، والذي يتراوح عادةً بين 0.7 و 1.0. إذا تم استخدام الجلوكوز وحده لتزويد الجسم بالطاقة ، فإن RQ ستساوي واحدًا ، حيث سيتم إنتاج مول واحد من ثاني أكسيد الكربون لكل مول من الأكسجين المستهلك. ومع ذلك ، فإن الجلوكوز ليس الوقود الوحيد للجسم ، حيث يتم استخدام البروتينات والدهون أيضًا. نظرًا لاستخدام الجلوكوز والبروتينات والدهون كمصادر للوقود ، يتم إنتاج كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالأكسجين المستهلك ، حيث يبلغ معدل RQ ، في المتوسط ​​، حوالي 0.7 للدهون وحوالي 0.8 للبروتين.

RQ هو عامل رئيسي لأنه يستخدم لحساب الضغط الجزئي للأكسجين في الفراغات السنخية داخل الرئة: PO السنخية2ALVا2). لا تنكمش الرئتان تمامًا مع الزفير ، لذلك يختلط الهواء الملهم مع هذا الهواء المتبقي ، مما يقلل الضغط الجزئي للأكسجين داخل الحويصلات الهوائية. ينتج عن هذا تركيز أقل من الأكسجين في الرئتين مما هو موجود في الهواء خارج الجسم. عندما يُعرف RQ ، يمكن حساب الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية: PO السنخية2 = مستوحى PO2- ((السنخية PO2) / RQ)

في الرئتين ، ينتشر الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية المحيطة بالحويصلات الهوائية. يرتبط الأكسجين (حوالي 98 بالمائة) بشكل عكسي بصبغة الجهاز التنفسي الهيموجلوبين الموجودة في خلايا الدم الحمراء. تحمل خلايا الدم الحمراء الأكسجين إلى الأنسجة حيث ينفصل الأكسجين عن الهيموجلوبين ، منتشرًا في خلايا الأنسجة. وبشكل أكثر تحديدًا ، PO السنخية2 أعلى في الحويصلات الهوائية (صALVا2= 100 مم زئبق) من PO الدم2 في الشعيرات الدموية (40 مم زئبق). نظرًا لوجود هذا التدرج في الضغط ، يمكن للأكسجين أن ينتشر أسفل تدرج ضغطه ، ويتحرك خارج الحويصلات الهوائية ويدخل إلى دم الشعيرات الدموية حيث O2 يرتبط بالهيموجلوبين. في نفس الوقت ، PCO السنخي2 أقل (صALV كو2= 40 مم زئبق) من PCO في الدم2 (45 مم زئبق). بسبب هذا التدرج ، CO2 ينتشر أسفل تدرج الضغط ، ويخرج من الشعيرات الدموية ويدخل الحويصلات الهوائية.

يتحرك الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بشكل مستقل عن بعضهما البعض وينتشران أسفل تدرجات الضغط الخاصة بهما. عندما يخرج الدم من الرئتين عبر الأوردة الرئوية ، فإن PO الوريدي2= 100 مم زئبق ، في حين أن PCO الوريدي2= 40 مم زئبق. عندما يدخل الدم إلى الشعيرات الدموية الجهازية ، يفقد الدم الأكسجين ويكتسب ثاني أكسيد الكربون بسبب اختلاف الضغط بين الأنسجة والدم. في الشعيرات الدموية الجهازية ، ص2= 100 مم زئبق ، ولكن في خلايا الأنسجة ، PO2= 40 مم زئبق. يدفع هذا التدرج في الضغط انتشار الأكسجين من الشعيرات الدموية إلى خلايا الأنسجة. في نفس الوقت ، الدم PCO2= 40 مم زئبق والأنسجة الجهازية PCO2= 45 مم زئبق. The pressure gradient drives CO2 out of tissue cells and into the capillaries. The blood returning to the lungs through the pulmonary arteries has a venous PO2=40mmHg and a PCO2=45mmHg. The blood enters the lung capillaries where the process of exchanging gases between the capillaries and alveoli begins again.

Partial pressures: The partial pressures of oxygen and carbon dioxide change as blood moves through the body.

In short, the change in partial pressure from the alveoli to the capillaries drives the oxygen into the tissues and the carbon dioxide into the blood from the tissues. The blood is then transported to the lungs where differences in pressure in the alveoli result in the movement of carbon dioxide out of the blood into the lungs and oxygen into the blood.


Gas Exchange across the Alveoli

In the body, oxygen is used by cells of the body’s tissues and carbon dioxide is produced as a waste product. The ratio of carbon dioxide production to oxygen consumption is the respiratory quotient (RQ) . RQ varies between 0.7 and 1.0. If just glucose were used to fuel the body, the RQ would equal one. One mole of carbon dioxide would be produced for every mole of oxygen consumed. Glucose, however, is not the only fuel for the body. Protein and fat are also used as fuels for the body. Because of this, less carbon dioxide is produced than oxygen is consumed and the RQ is, on average, about 0.7 for fat and about 0.8 for protein.

The RQ is used to calculate the partial pressure of oxygen in the alveolar spaces within the lung, the alveolar صا2 Above, the partial pressure of oxygen in the lungs was calculated to be 150 mm Hg. However, lungs never fully deflate with an exhalation therefore, the inspired air mixes with this residual air and lowers the partial pressure of oxygen within the alveoli. This means that there is a lower concentration of oxygen in the lungs than is found in the air outside the body. Knowing the RQ, the partial pressure of oxygen in the alveoli can be calculated:

With an RQ of 0.8 and a PCO2 in the alveoli of 40 mm Hg, the alveolar PO2

Notice that this pressure is less than the external air. Therefore, the oxygen will flow from the inspired air in the lung (Pا2 = 150 mm Hg) into the bloodstream (Pا2 = 100 mm Hg)

In the lungs, oxygen diffuses out of the alveoli and into the capillaries surrounding the alveoli. Oxygen (about 98 percent) binds reversibly to the respiratory pigment hemoglobin found in red blood cells (RBCs). RBCs carry oxygen to the tissues where oxygen dissociates from the hemoglobin and diffuses into the cells of the tissues. More specifically, alveolar Pا2is higher in the alveoli (PALVO2 = 100 mm Hg) than blood Pا2 (40 mm Hg) in the capillaries. Because this pressure gradient exists, oxygen diffuses down its pressure gradient, moving out of the alveoli and entering the blood of the capillaries where O2 binds to hemoglobin. At the same time, alveolar PCO2 is lower PALVO2 = 40 mm Hg than blood PCO2 = (45 mm Hg). كو2 diffuses down its pressure gradient, moving out of the capillaries and entering the alveoli.

Oxygen and carbon dioxide move independently of each other they diffuse down their own pressure gradients. As blood leaves the lungs through the pulmonary veins, the venous Pا2= 100 mm Hg, whereas the venous صCO2 = 40 mm Hg. As blood enters the systemic capillaries, the blood will lose oxygen and gain carbon dioxide because of the pressure difference of the tissues and blood. In systemic capillaries, Pا2= 100 mm Hg, but in the tissue cells, Pا2= 40 mm Hg. This pressure gradient drives the diffusion of oxygen out of the capillaries and into the tissue cells. At the same time, blood PCO2= 40 mm Hg and systemic tissue PCO2= 45 mm Hg. The pressure gradient drives CO2 out of tissue cells and into the capillaries. The blood returning to the lungs through the pulmonary arteries has a venous Pا2= 40 mm Hg and a PCO2= 45 mm Hg. The blood enters the lung capillaries where the process of exchanging gases between the capillaries and alveoli begins again (Figure 20.13).

Figure 20.13. The partial pressures of oxygen and carbon dioxide change as blood moves through the body.

Which of the following statements is false?

  1. In the tissues, Pا2 drops as blood passes from the arteries to the veins, while PCO2 يزيد.
  2. Blood travels from the lungs to the heart to body tissues, then back to the heart, then the lungs.
  3. Blood travels from the lungs to the heart to body tissues, then back to the lungs, then the heart.
  4. صا2 is higher in air than in the lungs.

In short, the change in partial pressure from the alveoli to the capillaries drives the oxygen into the tissues and the carbon dioxide into the blood from the tissues. The blood is then transported to the lungs where differences in pressure in the alveoli result in the movement of carbon dioxide out of the blood into the lungs, and oxygen into the blood.


What does breathable mean to you?

The biggest problem with breathing walls, is its lack of meaning. Are we talking about air movement, moisture transport, Indoor Air Quality IAQ, hallucinations? Some claim that breathable building materials, are the answer for all these characteristics. If so, we need to be able to measure the breathability to evaluate, duplicate or improve such breathable components.

The misuse of this terminology falls into two main camps: 1. buildings need to breathe 2. walls need to breathe.


Ventilation of the Tracheal System

However, water vapor as well as carbon dioxide diffuses out of the animal, and this could pose a problem in dry environments. ذبابة الفاكهة avoids the risk by controlling the size of the opening of its spiracles to match the need of its flight muscles for oxygen. When oxygen demand is less, it partially closes its spiracles thus conserving body water. (See Fritz-Olaf Lehmann's report in the 30 November 2001 issue of علم).

Large, active insects like grasshoppers, forcibly ventilate their tracheae. Contraction of muscles in the abdomen compresses the internal organs and forces air out of the tracheae. As the muscles relax, the abdomen springs back to its normal volume and air is drawn in. Large air sacs attached to portions of the main tracheal tubes increase the effectiveness of this bellowslike action.

The experiment illustrated (first performed by the insect physiologist Gottfried Fraenkel) shows that there is a one-way flow of air through the grasshopper. The liquid seals in the tubing move to the right as air enters the spiracles in the thorax and is discharged through the spiracles in the abdomen. The rubber diaphragm seals the thorax from the abdomen.

The one-way flow of air increases the efficiency of gas exchange as CO2-enriched air can be expelled without mingling with the incoming flow of fresh air.


Plant 'breathing' mechanism discovered

A tiny, little-understood plant pore has enormous implications for weather forecasting, climate change, agriculture, hydrology, and more. A study by scientists at the Carnegie Institution's Department of Global Ecology, with colleagues from the Research Center Jülich in Germany, has now overturned the conventional belief about how these important structures called stomata regulate water vapor loss from the leaf-a process called transpiration. They found that radiation is the driving force of physical processes deep within the leaf.

The research is published the week of July 12, 2010, in the on-line early edition of the وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

Stomata are lip-shaped pores surrounded by a pair of guard cells that control the size of the opening. The size of the pores regulates the inflow of carbon dioxide (CO2 ) needed for photosynthesis and the outflow of water vapor to the atmosphere -- transpiration.

Transpiration cools and humidifies the atmosphere over vegetation, moderating the climate and increasing precipitation. Stomata influence the rate at which plants can absorb CO2 from the atmosphere, which affects the productivity of plants and the concentration of atmospheric CO2. Understanding stoma is important for climate change research.

Current climate change models use descriptions of stomatal response based on statistical analysis of studies conducted with a few plant species. This approach is not based on a solid understanding of the mechanism of stomatal regulation and provides a poor basis for extrapolating to environmental conditions.

"Scientists have been studying stomata for at least 300 years. It's amazing that we have not had good grasp about the regulatory mechanisms that control how much stomata open or close in response to a constantly changing environment," remarked co-author Joseph Berry of Carnegie.

For the first time, these researchers looked at how the exchange of energy and water vapor at the outer surface of the leaf are linked to processes inside the leaf. They found that the energy from radiation absorbed by pigments and water inside the leaf influences how the stomata control water levels.

"In this study we illuminated a sunflower leaf with an incandescent light that was filtered to include or exclude near infrared light (NIR >700 nm)," remarked Berry. "When the near infrared light was applied, the stomata responded by opening and indirectly stimulated photosynthesis. Light of different colors gave similar stomata opening at equal energy inputs -- more evidence that heat is the driver."

The scientists replicated the experiment with five other plant species and over a range of carbon dioxide levels and temperatures. The researchers also developed a model based on energy balance of the leaf system to simulate responses. Results from the model mimicked the results from the lab.

It has been assumed that the guard cells forming the pore have sophisticated sensory and information processing systems making use of light and other environmental cues to adjust the pores. The breakthrough of this research is that it is the first to demonstrate that regulation of the rate of water loss by stomata is linked to physical processes that occur deep within the leaf.

"This means that the current model for what drives stomata to change their size has to change," remarked co-author Roland Pieruschka, a Marie Curie Fellow from the European Union at the Carnegie Institution (currently at the Research Center Jülich in Germany). "For a long time researchers have thought that heat from the sun, which is absorbed by pigments, moves from cell to cell until it gets to the cavities beneath the stomata where evaporation has been thought to take place. This probably happens to some degree, but the results presented here are more consistent with our hypothesis that much of this heat is transferred through air spaces inside the leaf that are saturated with water vapor. This key difference is pivotal for understanding how Otto Lange's seminal work in the 1970s, on responses of stomata to humidity, can be fit into a leaf-scale concept of stomatal regulation."

مصدر القصة:

المواد المقدمة من Carnegie Institution. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


Kids Matter Experiment - Steaming Up

2. Get real close to the mirror or window with your mouth.

3. Open your mouth and exhale your hot breath onto the mirror or window.

What has happened to the mirror or window?

It has steamed up or you could call it condensation.

Why do things steam up?

If you breathe out on a mirror or window, it will steam up.

Your breath contains water although you can't see it.

The water is a type of gas, called a vapor, which is mixed with the air.

When the water vapor from your breath hits the cold mirror or window some of it turns into a liquid.

Thousands of tiny droplets of water form on the mirror or window, and this is called condensation or steam.

You may have seen steam or condensation in the kitchen, the bathroom or in a car on a cold day.

You can see this steam or condensation in mid-air when you watch a kettle or a pan of water boil or when you exhale outside on a very cold winters day.

Hot water vapors are given off by the water.

The vapor cools when it meets cooler air and then turns into tiny (dew) drops, which forms the steam or condensation.

To sum up why things steam up?

If you breathe on a mirror, the mirror steams up. Your breath contains water &ndash though you cannot see it. The water is a type of gas called a vapor, mixed with the air. When the water vapor from your breath hits the cold mirror, some of it turns into a liquid. Thousands of tiny droplets of water form on the mirror, and this is called condensation.

You may have seen condensation in the kitchen, the bathroom or in a car.

مطبخ - steam escapes from a boiled kettle, a hot oven door being opened and lids when lifted off a hot pot of cooking food.

Bathroom - steam is formed when the hot water is being used for taking a shower or a hot bath.

Car - steam is formed inside a car on a cold day because it is warmer inside the car.

Can you think of other places where steam can be found?


شاهد الفيديو: استنشاق البخار يصنع المعجزات. هذا ما سيحصل لن تتوقع النتيجة! (كانون الثاني 2022).