О тайнах улья. Теплообмен
Статья - Разное
Другие статьи по предмету Разное
? растекается внизу. Формирование клуба, это естественная реакция пчёл на понижение температуры. Клуб всегда воздухопроницаем, как клубок овечьей шерсти, но это не значит, что через него могут свободно проникать конвекционные токи. Изменения плотности клуба характеризуется правилом Аллена (1877). Дословно правило звучит так:
У теплокровных животных (то есть животных, которые выделяют тепло в процессе обмена веществ), живущих в холодном климате, конечности меньше, чем у таких же животных, обитающих в более теплом климате.
Большинство закономерностей, наблюдаемых в мире растений и животных, прямо следуют из теории эволюции, и правило Аллена не исключение. Теплокровные животные, как и насекомые, имеют внутренний механизм, поддерживающий температуру тела на постоянном уровне. По сути, эти животные преобразуют энергию пищи в тепло для поддержания постоянной температуры своего тела.
Тепло переносится из внутренних органов теплокровных животных к более прохладной поверхности тела, откуда рассеивается в окружающую среду. Это потерянное тепло животному нужно снова выработать в процессе обмена веществ (метаболизма), а значит, в его же интересах, чтобы потери тепла были минимальными. Поэтому полярные животные имеют толстый слой меха или подкожного жира для теплоизоляции и уменьшения выноса тепла на поверхность.
Это замечание справедливо и для пчёл. У северных пчёл больший хитиновый слой, и больше они делают жировых запасов в зиму.
Ясно, что чем меньше площадь поверхности, соприкасающейся с внешней средой, тем меньше тепла будет улетучиваться при данной температуре окружающей среды.
Правило Аллена иллюстрирует известные законы физики. Вырабатываемое внутри теплокровных животных тепло переходит в окружающую среду (см. Теплообмен), где температура ниже (см. Второе начало термодинамики; Закон СтефанаБольцмана), а оттуда оно улетучивается путем излучения или конвекции. Количество вырабатываемого тепла зависит от объема животного, а количество тепла, уходящего в окружающую среду, зависит от площади поверхности животного. Поэтому чем компактнее животное или, выражаясь научно, чем меньше отношение поверхности к объему, тем меньше будут потери тепла и тем больше тепла сохранится. Так что адаптивная ценность низкого отношения поверхности к объему в северном климате очевидна.
Правило Аллена справедливо и для пчёл. Но так как пчёлы насекомые семейные, то и сопротивляются они холоду сообща. Если даже грубо сопоставить отношение площади отдельно взятой пчелы к её объему и сравнить с таким же отношением в клубе пчёл, то мы увидим, что это соотношение для клуба будет в тысячи раз меньше. Так что адаптивная ценность низкого отношения поверхности к объему очевидна. Причём плотность клуба постоянно меняется в период зимовки. Так как рамки являются своеобразными шорами для клуба, то его перемещение ограничено только в двух плоскостях вниз-вверх и, соответственно при холодном заносе вглубь-наружу от летка, а при тёплом заносе между боковыми стенками улья. Соответственно, происходят конвекционный теплообмен между воздухом в улье и поверхностью клуба. Циркуляция воздуха происходит преимущественно в двух плоскостях. Никакой модели шара нет и близко.
Утрировано представлять конвекционные токи в виде, какого то сгустка, который можно пропускать через кран. Конвекционные токи имеют сложную турбулентную картину. Они распределяются и вверх, и вниз, и вбок. Не следует забывать, что в улье имеются ещё и соты, и мёд и стенки. Кондуктивный, конвективный и лучистый теплообмены происходит непрерывно. А в случаях, когда в улье один леток, который расположен ниже клуба, может возникнуть и стратификация (тёплый слой с одинаковой температурой). В таком случае будет увеличиваться диффузия, и замедляться конвекция.
А теперь вспомним о теплообмене (19 век).
Второе начало термодинамики (1850 год) гласит, что теплота всегда передается от более горячего тела к более холодному, о механизме теплопередачи там не говорится ни слова. Однако характер переноса теплоты крайне важен с инженерно-физической точки зрения, и не удивительно, что механизмы теплообмена стали важным предметом исследований в первой половине девятнадцатого столетия. Было открыто три способа теплообмена, и за каждым из них стоит уникальный физический процесс. См. механическая теория теплоты и молекулярно-кинетическая теория. Уместно говорить о трёх составляющих теплообмена: кондуктивный (теплопередача), конвективный, и излучение. (Conduction, Convection, Radiation). Это всемирные законы.
Теплопроводностью обладают все элементы пчелиного гнезда: восковые соты, мёд, рамки, ограждающие конструкции, сами пчёлы и воздух который их окружает. Именно посредством теплопроводности пчёлы нагревают мёд над клубом. Если бы соты обладали такой же теплопроводностью как металл, то весь мёд в улье всегда бы соответствовал температуре внутри клуба. Но этого не происходит, так как теплопроводность воска и мёда, незначительна. В технике такой вид передачи тепла называют кондуктивным. На соседние рамки и стенки посредством кондуктивной передачи тепло не передаётся.
Конвективный теплообмен в пчелином гнезде является основным распространителем и передатчиком тепла. Посредством теплообмена происходит циркуляция воздуха и удаление продуктом жизнедеятельности. Посредством теплоо?/p>