caiet biofizica-meteofinal

FIZICĂ

NOŢIUNI SUMARE DE CALCUL AL ERORILOR

A măsura o mărime fizică, înseamnă a o compara cu alta de acelaşi fel (aceiaşi

natură) aleasă în mod convenţional ca unitate (etalon) şi a stabili de câte ori unitatea

este cuprinsă în mărimea dată.

Măsurătorile pot fi directe, când valoarea mărimii căutate se obţine ca rezultat al

unei observaţii simple şi indirecte când valoarea căutată se obţine printr-un calcul pe

baza relaţiei fizice între mărimea căutată şi mărimile care se măsoară direct.

Valorile obţinute prin măsurători sau determinări nu pot fi niciodată foarte

exacte, perfecte, ci sunt mai mult sau mai puţin apropiate de valoarea adevărată (A0) a

acelei mărimi.

Pentru a obţine un rezultat cât mai apropiat de realitate, fiecare măsurătoare sau

determinare se repetă de mai multe ori, obţinându-se un şir de valori individuale cu

care se calculează valoarea medie (

A ) a şirului de măsurători.

(

A ) = n

An

ii

1

Valoarea reală a mărimii de măsurat nu se poate obţine datorită unor factori ca:

sensibilitate limitată a aparatelor de măsură, defecte de construcţie, imperfecţiunea

simţurilor noastre, a metodelor de lucru, etc.

Numim eroare absolută diferenţa dintre valoarea măsurată şi valoarea de

referinţă.

A = A – A0

Eroarea relativă (r) se defineşte ca fiind raportul dintre eroare absolută şi

valoarea de referinţă.

r = 0A

A

3

De cele mai multe ori eroarea relativă se exprimă în procente, deci raportul 0A

A

se înmulţeşte cu 100.

r = 0A

A * 100%.

După caracterul lor, erorile se împart în erori sistematice şi erori întâmplătoare:

a.erori sistematice – provin dintr-un defect al aparatului, dintr-o imprecizie a

modului de lucru, din cauza unor perturbaţii exterioare sau dintr-o omisiune a

examinatorului. Ele au întotdeauna o valoare determinată şi un semn precis. Erorile

sistematice pot fi îndepărtate prin schimbarea aparaturii sau prin corecţii.

b.erori întâmplătoare – se datorează unor multiple cauze. Nefiind controlabile,

nu se pot compensa prin corecţii. Dacă numărul măsurătorilor este suficient de mare,

abaterile în plus sunt egale cu abaterile în minus, iar frecvenţa unei erori se supune

legii de distribuţie a lui Gauss, exprimată prin formula:

P )( =2

ke

K

unde P este frecvenţa unei erori întâmplătoare de valoare , “e”, este baza

logaritmilor naturali, iar “k” este o constantă care depinde de precizia acelui şir de

măsurători.

Graficul din figura 1 arată că dacă se aranjează după mărime erorile făcute la

determinarea unei anumite mărimi, cea mai mare parte din erori se grupează în jurul

valorilor mici. Cu cât erorile sunt mai mari în valoare absolută, cu atât frecvenţa lor va

fi mai mică.

Maximul curbei îl obţinem pentru = 0:

P(0) = k

=0,564 adică considerând o măsurătoare fără nici o eroare. Maximul

curbei permite determinarea constantei k.

4

Probabilitatea ca la o măsurătoare eroarea să fie zero este exclusă.

Probabilitatea w () creşte o dată cu creşterea acestor erori având expresia:

w()=

dek k *

2

w()=

dek k *

2

=1 (certitudine)

şi w(0) = 0 imposibilitate.

1.Calculul erorilor în cazul unor măsurători directe

Pentru a determina erorile întâmplătoare, fie x1 (i= n,1 ) rezultatele unui mare

număr “n” de măsurători ale mărimii x.

Valoarea probabilă va fi media aritmetică a valorilor:

x=n

n

ix

11

Suntem interesaţi doar de erorile care influenţează valoarea medie a

măsurătorii. Acestea sunt:

a. S=nnn

in

i

)1(1

2

unde este eroarea pătratică medie a unei valori

individuale. Eroarea pătratică medie S se mai numeşte şi eroarea mediei sau imprecizia

valorii medii.

b. T=)1(

1

nn

n

ii unde T este reoarea medie a valorii medii

Fig.1.Reprezentarea grafică a probabilităţii de producere a erorilor

5

c. R= 0,67455S S3

2 unde R este eroarea cea mai probabilă

d. Eroarea limită a valorii medii, este cea mai mare eroare întâmplătoare,

în valoare absolută, care se poate atinge la acel şir de măsurători:

=3S

În concluzie, rezultatul va fi de forma:

x=)1(

6745,0 1

2

1

nnn

xn

i

n

ii

= Rxm

Deci valoarea adevărată a mărimii măsurate se află între valorile x-R şi x+R

x-R < xa < x+R

Exemplu: a. Presupunem că am efectuat opt cântăriri cu aceeaşi balanţă, pentru

aflarea masei unui corp. Rezultatele obţinute se prezintă sub forma tabelului următor:

Nr.crt.

Valoarea individuală mi

(g)

i

g103*i

g2

1. 2,98 -0,0125 0,156252. 2,98 -0,0125 0,156253. 2,963 -0,0295 0,370254. 3,018 +0,0255 0,620255. 3,009 +0,0175 0,306256. 2,992 -0,0005 0,000257. 3,001 +0,0085 0,072258. 2,97 +0,0045 0,02025

M=2,9925 0i

i 32 10.202,2

ii

S=7*8

002202,0 = 000040,0 =0,0063

R= 0,6745*0,0063=0,00425

M=(2,99250,0063)g

iar eroarea limită va fi:

=3S=3*0,0063=0,0189

6

Se constată că la cântăririle 3 şi 4 abaterile individuale depăşesc eroarea limită,

deci aceste cântăriri trebuie refăcute, sau dacă aceasta nu este cu putinţă, trebuiesc

eliminate.

b.Cântărim un corp cu masa de 1 g cu o balanţă având precizia de 1 dg = 0,1g.

Eroarea absolută va fi de 0,1 g, iar valoarea relativă va fi:

1,01

1,0r ; r=0,1*1%=10%

Dacă însă cu aceeaşi balanţă cântărim un corp cu masa de 1 kg, eroarea absolută

fiind aceeaşi, eroarea relativă devine:

43

| 1010

1,0 r ; 44| 10*10 r %=0,01%

Putem spune că măsurătoarea a doua este exactă în timp ce prima nu poate fi

acceptată.

2.Calculul erorilor în cazul măsurătorilor indirecte

Fie mărimea căutată U, ea rezultând dintr-o relaţie între mărimile x, y, z, ...,

care se determină direct:

U= f (x, y, z, ...)

Pentru a calcula erorile relative plecăm de la diferenţiala funcţiei U:

dU= ...

dzz

Udy

y

Udx

x

U

şi se obţine:

...**

f

z

z

f

f

y

y

f

f

x

x

f

U

dU

Trecând de la diferenţială la erori, se poate afirma că eroarea relativă asupra mărimii

determinate de U este dată de diferenţiala logaritmică a funcţiei U.

În practică, se ia expresia de cercetat, se aplică logarirmul natural, se

diferenţiază şi în final se trece la erori.

Exemplu: Volumul unui cilindru este: V=*r2h

Logaritmăm funcţia şi obţinem:

ln V=ln + 2 ln r+ ln h

Diferenţiem şi vom avea:7

h

h

r

r

V

V

2

Erorile aparatelor electronice de măsură

Erorile aparatelor electronice de măsură se datorează elementelor constructive

şi de etalonare.

Pe cadranele electrice de măsuri de fabricaţie modernă este indicată clasa de

precizie a instrumentului. Clasa de precizie reprezintă eroarea relativă procentuală

admisibilă a aparatului.

1. DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CORPURILOR

A. Consideraţii teoretice

Pentru a putea determina cât mai precis dimensiunile unor corpuri, vom utiliza

instrumente de măsură adecvate, ca de exemplu: şublerul şi şurubul micrometric.

Şublerul este alcătuit dintr-o riglă metalică fixă, divizată în milimetrii în lungul

căreia se mişcă un vernier liniar. Vernierul liniar este o scară mobilă pe care sunt

gradate m diviziuni şi care alunecă în lungul riglei principale. Cele m diviziuni ale

scării mobile coincid exact cu m-1 diviziuni de pe scara fixă a riglei principale. Dacă x

este lungimea unei diviziuni de pe vernier, iar y este lungimea unei diviziuni de pe

scara fixă, putem scrie:

mx=(m-1)y de unde se obţine x= ym

m 1

Presupunem că avem de măsurat un obiect de lungime L. Suprapunem

extremitatea lui cu extremitatea riglei fixe, iar diviziunea 0 de pe vernier se deplasează

între diviziunile k şi k+1 ale riglei. Putem scrie:

L=ky + K

Figura 2 . Riglă metalică fixă şi vernierul liniar 8

Fie o diviziune n de pe vernier care coincide cu o diviziune k+n de pe riglă.

Vom avea: nx + k = ny; k = ny – nx

Înlocuind în relaţiile anterioare vom obţine: L = Ky + ym

n sau

L = y (k+m

n) unde k este numărul de diviziuni întregi de pe scara fixă până la

zeroul de pe vernier, n este numărul de diviziuni de pe vernier de la zero la prima

coincidenţă cu o diviziune de pe scala fixă, iar m este numărul total de diviziuni de pe

vernier.

Fig3. Imaginea unui şubler

La şublerele cu 1/10 mm, y=1mm şi m=10, relaţia devine:

L=(k+10

n)mm

iar la şublerele cu precizia de 2/100 mm, y=1 mm şi m=50 se obţine:

L=(k+ mmn

kmmn

)100

2()

50

Şurubul micrometric, se foloseşte pentru determinarea diametrelor şi grosimilor

mici, cu precizia de 1/100; 1/500 şi 1/1000 mm.

Şurubul micrometric este alcătuit dintr-un şurub care se mişcă într-un ghivent

fix G pe care se află o gradaţie în mm. Pe corpul ghiventului este fixat un tambur

gradat în 100 sau 50 de părţi egale (T). Când şublerul este învârtit prin intermediul

tamburului până la capăt, diviziunea zero de pe scara milimetrică coincide cu

diviziunea zero de pe tambur. Când tamburul este divizat în 100 părţi, pasul lui este de

9

1 mm, adică o rotire completă a tamburului corespunde unei deplasări pe scara

ghiventului de 1 mm. Când tamburul este divizat în 50 de părţi, pasul lui este de 0,5

mm, adică o rotire completă corespunde unei deplasări pe scara ghiventului de 0,5

mm. În acest caz, pe scara liniară sunt marcate şi jumătăţile de milimetru.

Fig.4 Imaginea şurubului micrometric Fig.5 Exemplu de citire a şurubului

micrometric (L=7,75 mm)

În exemplul de citire ilustrat de figură, şurubul micrometric are 50 de diviziuni

pe tambur, iar valoarea indicată este de 7,75 mm.

B.Metodica experimentală

a.Măsurători cu şublerul

Se fixează corpul de măsurat între cele două locuri şi se apropie cursorul până

la stingerea corpului fără a se strânge foarte tare. Se citesc diviziunile întregi cuprinse

între 0 de pe rigla fixă şi 0 al vernierului, acestea reprezentând pe k; se citeşte pe

vernier a câtea diviziune coincide exact cu una de pe rigla fixă, aceasta corespunzând

lui n. Se fac apoi calculele conform formulelor anterioare, în funcţie de felul şublerului

utilizat.

În laborator se vor determina dimensiunile pentru 10 obiecte.

b.Măsurători cu şurubul micrometric

Obiectul de măsurat se plasează între şurubul S şi vernierul opus. Învârtindu-

se tamburul T până când şurubul atinge corpul. Strângerea se face cu

10

ajutorul dispozitivului D. Se citesc pe scara liniară milimetrii, iar pe tambur

sutimile de milimetru. Se fac mai multe măsurători, dintre care cinci se fac

cu aceleaşi obiecte ca şi în cazul măsurătorilor cu şublerul. Rezultatele se

trec în următorul tabel, comparându-se datele pentru măsurătorile

comune şi apreciindu-se eroarea.

Nr.crt

K(div)

n(div)

m (div)

y(10-3m)

L(103m)

Ls(10-3m)

Lm(10-3m) L

L

%

2a.DETERMINAREA MASEI CORPURILOR

A.Consideraţii teoretice

În general, în laborator, masele mici se determină cu balanţa, operaţiunea

numindu-se cântărire.

Prin cântărire se compară greutatea corpului cu greutatea maselor marcate, prin

echilibrare pe talerele balanţei.

Prin masă se înţelege mărimea fizică care măsoară inerţia unui corp, altfel spus,

masa reprezintă cantitatea de materie conţinută de un corp.

Greutatea “G” a unui corp este forţa cu care un corp este atras, în vid spre

Pământ, după direcţia acceleraţiei gravitaţionale “g”. Din legea a II-a a dinamicii:

F=m*a se obţine pentru greutate: G=m*g.

Unitatea de masă în S.I. este mSI = kg.

În laborator se folosesc gramul şi submultipli ai gramului. Pentru cântăriri de precizie

se foloseşte balanţa analitică care poate evalua mase până la valoarea de 10-1mg

Pentru a fi utilizată o balanţă analitică, trebuie să îndeplinească următoarele

condiţii:

a) să fie stabilă, adică să se găsească în echilibru stabil;

b) să fie exactă, adică să nu devieze din poziţia de echilibru când nu este

solicitată;

c) să fie sensibilă, deci să devieze cât mai mult pentru mese cât mai mici.

11

Din cauza sensibilităţii ei mari, balanţa analitică trebuie aşezată pe o consolă

rigidă, ferită de trepidaţii şi la temperatură cât mai constantă. Protecţia faţă de curenţii

de aer să se realizeze prin cutii cu pereţi de sticlă.


1.Descrierea balanţei analitice

Construcţia şi utilizarea balanţei se bazează pe principiul pârghiilor. Va fi

descrisă balanţa poloneză tip WA-11.

Partea principală a balanţei este

o pârghie metalică (L) (fig.), cu braţele

egale, care prin intermediul unui cuţit

se sprijină pe suportul (2). La capatele

pârghiei, prin intermediul altor două

cuţite, sunt suspendaţi cilindrii de

amortizare (3) pe care se suspendă cele

două plante (4). Balanţa de blochează şi

deblochează cu ajutorul manetei (5).

Legat rigid de pârghie este acul

indicator (6) pe care este fixată scara

gradată a cărei imagine se proiectează

pe geamul mat (7) în momentul când balanţa este deblocată. Scara este gradată între –

10 şi +10 mg. Cea mai mică diviziune care poate fi citită pe ea are valoarea de 0,2 mg.

Claritatea scării gradate se realizează prin intermediul şurubului (11). Firul reticular de

pe geamul mat – vizibil la deblocarea balanţei – se manevrează prin intermediul

şurubului (10).

Orizontalitatea balanţei se controlează pe nivela de bulă (8) şi se realizează prin

manevrarea şurubului (9).

Balanţa este echipată cu un transformator (220 V/6V), care alimentează becul

fixat în spatele balanţei.

Fig.6 Balanţa analitică tip WA-11

12

Echilibrarea masei corpului de cântărit se face cu masele marcate aflate în cutie

(valori între 200 – 0,010g), care se manipulează cu ajutorul uneui pensete, iar valorile

sub 10 mg se citesc pe scara gradată.

2.Modul de lucru

Înainte de cântărirea propriu-zisă sunt neceare câteva operaţii: conectarea la

reţea, verificarea orizontalităţii balanţei, fixarea punctului zero sau a poziţiei de

echilibru şi valorificarea sensibilităţii balanţei.

Balanţa se conectează la reţea prin intermediul transformatorului. Se verifică

nivela cu bulă. Prin manevrarea şuruburilor de susţinere se aduce balanţa în poziţia

orizontală.

Se deblochează balanţa şi se fixează claritatea scării gradate. Firul reticular de

pe geamul mat se fixează prin şurubul (10) pe diviziunea zero a scalei. Dacă zero al

scalei cade în afara domeniului pe care se poate plasa firul, se blochează balanţa, se

ridică capacul de sticlă (12), şi se acţionează uşor unul din şuruburile (13) în direcţia în

care vrem să încărcăm sau să descărcăm braţul respectiv al balanţei.

Poziţia firului pe diviziunea zero a scalei corespunde punctului zero al balanţei

şi faţă de această poziţie se fac toate cântăririle.

Se verifică apoi sensibilitatea balanţei: se adaugă pe unul din talere masa

marcată de 10 mg şi se verifică dacă aceasta produce o deplasare a scării gradate

corespunzătoare cu diviziunea de 10 mg. Dacă firul reticular nu cade pe diviziunea +

sau – 10 mg, se reglează sensibilitatea prin operarea piuliţei (14) (înşurubarea în jos

face să crească valoarea pe scală, deplasarea în sus o face să scadă).

Cântărirea se poate face prin mai multe metode.

a.Metoda simplei cântăriri. Corpul de cântărit se aşează pe talerul din stânga. Se

închide uşiţa. Pe talarul din dreapta se pun mase marcate, succesiv, începând cu cele

mai mari. Încărcarea şi descărcarea balanţei se face numai cu balanţa blocată. După

aşezarea maselor marcate, deblocarea se face numai atât cât să se poată vedea sensul

de deviere (pentru deblocare şi blocare se foloseşte mâna stângă). Dacă masa este prea

mare, se pune masa mai mică următoare şi se procedează astfel cu masele marcate din

13

cutie. Valorile sub 10 mg se citesc pe scara gradată. Valorile cu (+) se adună la masele

marcate puse pe taler, valorile cu (-) se scad.

La cântărirea masei se notează temperatura de lucru şi umiditatea relativă a

aerului, citită la un higrometru.

b.Metoda tarei (Borda). Se aşează corpul de cântărit pe talerul din dreapta şi se

face tara acestuia echilibrând balanţa cu alice şi foiţe de hârtie. Se îndepărtează corpul

şi în locul lui se pun mase marcate până la stabilirea din nou a echilibrului. Suma

maselor marcate reprezintă masa corpului.

Se vor efecftua zece determinări.

Nr.crt. m (g) G (N) m (g) G (n)G

G %

unde G

G se calculează cu formula:

G

G=

g

g

m

m

, g=10-2

2.DETERMINAREA DENSITĂŢII SOLIDELOR ŞI LICHIDELOR


Densitatea este o proprietate fizică caracteristică fiecărei substanţe, indiferent

de starea de agregare în care se găseşte.

Densitatea absolută a unei substanţe se defineşte ca fiind raportul dintre

masă şi volumul său: v

m .

În sistem internaţional densitatea se măsoară în kg/m3: SI

= 3m

kg

Densitatea relativă se defineşte ca raportul dintre densitatea absolută a

substanţei şi densitatea absolută a altui corp, luat ca referinţă:

|

|1*

v

mv

m

d

14

iar dacă v=v| se obţin pentru densitatea relativă |m

md .

I.Determinarea densităţii lichidelor

I.1.Consideraţii teoretice

)(* tm

ma

a

unde ma- este masa aceluiaşi volum de apă distilată, iar

a(t) este densitatea apei distilate la diferite temperaturi.

Pentru a avea acelaşi volum de lichid necunoscut şi apă distilată, se foloseşte

picnometrul care este un vas de sticlă bine determinat, prevăzut cu un gât larg astupat

fie cu un dop slefuit străbătut de un capilar, fie cu un dop prelungit terminat cu o

pâlnie mică. Unele picrometre sunt prevăzute cu termometre.

Dezavantajul picnometrelor este că, din cauza dilatăroii sticlei, volumul lor

depinde de temperatură. La determinări de precizie, eroarea aceasta se poate înlătura

dacă înainte de cântărire, picnometrele cu lichid se lasă să stea 10-20| la temperatura

camerei, după care se aduce nivelul lichidului în dreptul reperului de pe dop.

I.B.Metodica experimentală

Cântărim pignometrul gol, curat şi uscat, după regulile cântăririi de precizie. Fie

masa lui m0. Umplem picnometrul cu apă distilată, având cgijă să nu rămână bule de

aer în interior, se pune dopul şi se absoarbe cu pipeta sau cu hârtie de filturi lichidul

până ajunge în dreptul reperului. Se determină masa totală mt. Masa apei ma este dată

de diferenţa: ma=mt-m0.

Se varsă apa din picnometru şi se limpezeşte cu puţin lichid de studiat. Se

umple cu lichidul de studiat şi procedând ca şi mai sus se determină masa totală mT.

Masa lichidului este dată de diferenţa: m=mT-m0

Se scoate valoarea densităţii pentru apă la temperatura de lucru din tabelul 1 şi

se calculează densitatea relativă conform relaţiei, scrisă sub forma:

)4(

)(*

00

0

C

t

mm

mmd

a

a

t

Tr

şi densitatea absolută conform relaţiei scrisă sub forma:

15

)(t )(*0

0 tmm

mma

t

T

Se fac mai ulte determinări şi rezultatele se trec în următorul tabel:

Lic

hid

Nr.

de

term

i- m0

(g)

mt

(g) ma

(g)mT

g)m(g)

a

(kg/m3) dr

(kg/m3)

%

Erorile se calculează cu formula: a

a

m

m

Calculul erorii pentru densitatea absolută: V

V

m

m

II.Determinarea densităţii lichidelor cu balanţa Mohr-Westphall

II.A.Consideraţii teoretice

Această metodă se bazează pe principiul lui Arhimede, care se enunţă astfel: un

corp scufundat într-un fluid, este împins de jos în sus, cu o forţă egală cu greutatea

volumului de fluid dezlocuit de acel corp.

F=Vg unde:

F-este forţa lui Arhimede, - este densitatea lichidului iar g- este acceleraţia

gravitaţională.

Dacă volumul de lichid rămâne constant forţa lui Arhimede variază numai în

funcţie de densitatea lichidului. Balanţa Mohr permite o determinare rapidă a densităţii

prin măsurarea acestei forţe.

II.B.Metoda experimentală

Balanţa Mohr este o balanţă cu braţe neegale. Braţul balanţei este divizat

echidistant în zece părţi. Pe un cârlig C fixat la capătul braţului - în dreptul diviziunii 10

– se atârnă plutitorul. Braţul scurt este prevăzut cu o contragreutate prin intermediul

căreia se stabileşte echilibrul balanţei, astfel ca vârful terminal al braţului să vină în

dreptul vârfului ca reper.

16

Greutăţile au formă de călăreţ: două greutăţi mari S egale fiecare cu greutatea

volumului de apă distilată la 40C dezlocuită de plutitor; ceilalţi călăreţi au greutăţile

egale, respectiv v cu S/100, s/1000.

Modul de lucru

Se scufundă plutitorul atârnat de cârlig în apă distilată. Se face echilibrul balanţei

adăugând în C călăreţul mare. Se scoate plutitorul din apa distilată, se şterge şi se

introduce în lichidul a cărui densitate vrem să o aflăm. Se restabileşte echilibrul cu

ajutorul călăreţilor, astfel:

a.Dacă densitatea lichidului este mai mare decât densitatea apei, se lasă călăreţul

mare atârnat în C şi folosim al doilea călăreţ mare. Acesta se află la cea mai mare

diviziune pentru care forţa nu a fost încă învinsă. Se procedează la fel şi cu ceilalţi

călăreţi, în ordinea mărimilor descrescătoare şi se obţine direct densitatea la temperatura

de lucru, dt, citind în mod succesiv poziţiile călăreţilor în ordine descrescătoare.

De exemplu: unul din călăreţii mari este atârnat în C, celălalt călăreş mare S pe

diviziunea 8, călăreţul S/10 pe diviziunea 6, călăreţul S/100 pe 4 şi S/1000 pe 2.

Densitatea relativă se citeşte dt=1,8642.

b.Dacă densitatea lichidului este mai mică decât a apei, se înlătură călăreţul mare

atârnat în C şi se restabileşte echilibrul în modul de mai sus. Astfel, se citeşte valoarea:

dt=0,8642.

Pentru a afla densitatea relativă a lichidului faţă de apă la 40C, d, înmulţim

densitatea relativă obţinută dt, cu densitatea apei la temperatura de lucru da pe care o

găsim în tabel:

at *

Se fac mai multe determinări pentru fiecare lichid şi rezultatele se

trec în tabelul de mai jos:

Lichid

Nr.

determinări

t

kg/m3

a

kg/m3

m

kg

r mediu

kg/m3 %

Erorile se determină ca şi în cazul precedent.

IV.Determinarea densităţii corpurilor solide

Modul de lucru

17

Se introduce în apă un cilindru gradat, până la o anumită diviziune, apoi în

cilindru se introduce corpul la studiat. Nivelul apei a crescut cu valoarea Vf-Vi. Această

valoare reprezintă volumul corpului de studiat.

Densitatea se obţine folosind relaţia:

v

m

În cazul unor corpuri cu dimensiuni mai mari şi forme geometrice regulate,

volumul se calculează prin măsurarea dimensiunilor şi aplicând formulele de calcul al

volumelor.

Se vor compara rezultatele obţinute prin cele două metode; folosind

aceleaşi corpuri.

Nr. crt m v(cm3) kg/m3

mediu %

V

V

m

m

3.DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE

TENSIUNE SUPERFICIALĂ

A. Consideraţii teroretice

Considerăm o masă de lichid; moleculele componente se atrag cu forţe numite

forţe de coeziune (de tip Van der Waals) a căror valoare scade o dată cu creşterea

distanţei dintre molecule. Distanţa de la care forţele de coeziune devine neglijabilă

definesc sfera de acţiune moleculară. Forţele de atracţie se manifestă între moleculele

de natură diferită (solid-lichid, lichid-gaz) se numesc forţe de adeziune şi determină

împreună cu forţele de coeziune fenomene superficiale. Moleculele aflate în interiorul

lichidului vor fi supuse unor forţe egale, uniform distribuite, a căror rezultantă este nulă.

Moleculele aflate în stratul periferic de separare lichid-gaz vor fi supuse la forţe de

atracţie diferite, deci rezultanta lor diferită de zero, va fi îndreptată spre interiorul 18

lichidului şi perpendicular pe suprafaţa liberă. Moleculele aflate sub suprafaţa aparentă

a lichidului, până la adâncime egală cu raza sferei cu acţiune moleculară alcătuiesc

stratul superficial sau periferic.

Acest strat exercită asupra restului de lichid o apăsare ca şi cum ar fi o

membrană elastică în extensie, care tindă să revină, la forma iniţială de suprafaţă

minimă. Forţa care are tendinţa să micşoreze cât mai mult aria acestei suptafeţe

periferice, se numeşte forţă de tensiune superficială.

Raportul dintre forţa de tensiune superficială şi lungimea stratului periferic pe

care acţionează, depinde de natura lichidului şi temperatură. Acest raport se notează şi

se numeşte coeficient de tensiune superficială.

n

NIS

l

F ..

Aceasta se defineşte ca fiind energia potenţială în unitatea de suprafaţă liberă a

lichidului, sau este numeric egal cu lucrul mecanic necesar pentru a mări suprafaţa

membranei periferice cu unitatea:

S

L S.I. = 2m

I

I.Metoda ascensiunii capilare


Fenomenele capilare constau în variaţia înălţimii lichidului în tuburile capilare

(r<2,5 mm) faţă de nivelul lichidului din vas în funcţie de raportul ce există între funcţia

de coeziune şi cea de adeziune.

Dacă forţa de adeziune Fa > Fo (fig.) (forţa de coeziune), lichidul udă pereţii

tubului, iar forma meniscului este concavă. Dacă Fa < Fo (fig.), lichidul nu udă pereţii

vasului, iar forma stratului periferic este convexă.

Folosind legea lui Jurin, ajungem la formula:

2

... hrg

I.B.Metodica experimentală19

Modul de lucru

1.Se verifică starea de curăţenie a capilarelor.

2.Pentru a se asigura un unghi de racordare nul, se introduce capilarul în în

lichid la o adâncime mai mare şi apoi se ridică cu 2-3 cm. Lichidul din capilar va

coborâ la nivelul corespunzător h.

3.Se citeşte nivelul lichidului din capilar, folosind un catetometru, format dintr-o

lunetă ce glisează pe un suport prevăzut cu un şubler.

h=h2 - h1

Raza capilarului se determină din relaţia:

...

2

hg

ar

unde a pentru apă este cunoscut: 31052,72 a N/m

Coeficientul de tensiune superficială se determină din relaţia:

Lichidul h1

mm

h2

mm

h

mm

r

mm

(N/m)

(kg/m3)

h

mm0

0

Eroarea se calculează:

h

h

r

r

dar h

h

r

r

deci:

h

h

2

II.Metoda picăturilor

II.A. Consideraţii teoretice

Un lichid care este lăsat să curgă printr-un tub cu orificiul strâmt, nu curge

continuu ci intermitent, prin picături. Fiecare picătură se desprinde atunci când

greutatea ei devine egală cu forţa de tensiune superficială.

Astfel: mg=2 r

V1 rg 2 unde V1 este volumul unei picături

20

Rezultă: r

gV

2

.1

Dacă avem n picături, V1=n

V, şi relaţia devine:

rn

gV

2

Considerăm un lichid cu coeficientul de tensiune superficială cunoscut 0 , aflat

într-un volum egal de lichid cu cel studiat:

o

o

rn

gV

2

0

Prin raportul relaţiilor şi rezultă: n

n

o

o

o

de unde:n

n

0

00

formulă cu care

putem obţine cunoscând ,0 şi 0 .

II.B. Metodica experimetală

Descrierea aparaturii

Folosim stalagmometrul Traube (fig.7), care este o pipetă îndoită în partea

inferioară, prevăzută cu un orificiu îngust, terminat cu o suprafaţă plană, partea cu

lichidul să nu urce de-a lungul peretelui. Volumul V este este delimitat de două repere

M, N.

Fig.7.Stalagnometrul Trauble

Modul de lucru:

1. Se aspiră apă distilată în stalagmometru deasupra reperului M.

2. Se numără numărul de picături n0 cuprinse între cele două repere.

21

3. Se procedează analog cu lichidul de studiat.

Cunoscund densitatea soluţiilor, cu relaţian

n

0

00

se determină .

Datele se trec în tabelul de mai jos.

Cu valorile medii obţinute în cele două metode, se trasează graficul =f(0%) şi

se determină concentraţia necunoscută.

Eroarea se calculează cu formula: n

n

n

n

0

0

dar 10 nn deoarece

eroarea nu poate întrece o picătură.

Soluţia n0 n 0

(N/m)

0

(kg/m3)

kg/m3)

(N/m)

%

4.Determinarea coeficientului de vâscozitate al lichidelor


Având un fluid în mişcare, straturile acestuia se vor mişca fiecare cu o anumită

viteză, determinând apariţia unor forţe de frecare interne F. Legea frecării interne a fost

stabilită de Newton;

dF=-dx

dvdS şi arată că forţa de frecare dintre cele două straturi fluide în

curgere este proporţională cu aria suprafeţei straturilor respective şi cu gradientul

vitezei pe direcţia normală vitezei.

Mărimea reprezintă coeficientul de vâscozitate dinamică. In S.I. unitatea de

vâscozitate este:

2

.

m

sN

Vâscozitatea cinematică se obţine împărţind vâscozitatea dinamică cu

densitatea:

.

22

I.Metoda lui Poiseuille sau metoda curgerii unui fluid printr-un tub capilar;

această metodă este folosită în cazul curgerii reale a fluidelor prin tuburi cu raze mici.

Relaţia în acest caz devine: dF= - dr

dvlr ...2

Vom obţine pentru vâscozitatea dinamică valoarea:

Vl

tpR

..8

.4 unde p este diferenţa de presiune, care se manifestă pe suprafaţa

bazelor tubului de lungime l. Cu ajutorul ultimei relaţii se pot obţine experimental

coeficienţii de vâscozitate dinamică şi cinematică.

Se vor folosi două lichide de densităţi 0 şi caracterizate de 0 şi şi se va

măsura timpul de curgere t0 şi t prin acelaşi capilar pentru două volume egale de lichid.

Prin împărţire vom obţine:

000 p

p

t

t

dar 00

p

p rezultă deci

000

t

t iar pentru vâscozitatea

cinematică: 0

0 t

t

I.B.Metodica experimentală

Dispozitivul experimental (fig 8.) este format dintr-o biuretă, având diametrul

tubului de 1,5 mm. In interiorul biuretei este montat un dispozitiv pentru încălzirea

lichidului, un termometru şi un agitator. Corpul biuretei este izolat de exterior printr-un

înveliş adiabatic.

Modul de lucru

Se pune 200 ml de ulei în biuretă.

Se determină timpul de scurgere a uleiului la temperatura camerei

Se determină timpul de scurgere pentru şase temperaturi diferite. Ştiind că

pentru apa distilată aflată la 18-200C timpul de scurgere este de t0=52 s, se

poate calcula )1( 0 .

23

Fig.8. Dispozitiv experimental – Biuretă

Datele se trec în tabelul următor:

Nr.crt. t0

(s)

t

(s)

T

(0C)

0

(0E)

(0E)

t

(s)

%

Erorile se calculează după formula: t

t

II.Metoda lui Stokes

Având o sferă de rază r şi densitate 0 care se deplasează cu o viteză constantă v

într-un lichid de densitate , putem scrie:

Fr = 6 rv

Asupra bilei vor acţiona: greutatea proprie G, forţa arhimedică FA şi forţa de rezistenţă

Fr. Dacă viteza de deplasare a bilei este constantă, rezultanta forţelor ce acţionează

asupra sferi este nulă:

24

063

4

3

4 30

3 rvgrgr

v

rg 20 )(

9

2

relaţie ce permite calcularea vâscozităţii dinamice a lichidului

considerat, cunoscând raza şi densitatea bilelor, precum şi densitatea fluidului.

II.B. Metodica experimentală

Se studiază un cilindru din sticlă care conţine lichidul de studiat şi pe care se

trasează două repere, astfel ca până la primul reper, să putem afirma că viteza bilei se

stabilizează. %n acest mod între repere bila se deplasează cu o viteză constantă.

Mod de lucru

1. Se folosesc bile de diferite densităţi ( oi ), care se lasă să cadă în cilindru,

măsurându-se timpul de cădere între cele două repere.

2. Se determină viteza de cădere, măsurându-se distanţa dintre repere, se

cronometrează timpul şi se obţine viteza cu formula:

v=t

h

3. Se repetă de 5-6 ori experienţa.

Nr.

crt

kg/m3

0

kg/m3

r

(m)

t

(s)

v

(m/s)

2

.

m

sN

r

m

h

m

t

s

%

Erorile se calculează folosind formula:

r

r

t

t

h

h

2

5.Determinarea raportului căldurilor molare

Se numeşte căldură molară cantitatea de căldură absorbită de un mol de

substanţă pentru a-şi mări temperatura cu un grad.

Dacă absorbţia căldurii are loc la volum constant, vorbim de căldură molară la

volum constant:

25

Cv=dT

dQv iar dacă absorbţia de căldură are loc la presiune constantă, vorbim de

căldură molară la presiune constantă: Cp=dT

dQ p

Plecând de la principiul I al termodinamicii:

dQ=dU + dL sau

dQ=dH - V dp

vom obţine:

CV=dT

dU iar Cp=

dT

dH unde H este entalpia.

Relaţia Roberyt Mayer face legătura între Cp, Cv şi R.

Cp-Cv=R

Scriind ecuaţia unei transformări adiabatice:

PV=constant sau PV-1=constant

intervine exponentul adiabatic: =Cv

Cp dar Cp=

2

2i iar Cv=- R

i

2

deci =i

i 2 unde i reprezintă numărul de grade de libertate (i) ale gazului respectiv.

Cunoaşterea exponentului adiabatic are importanţă în studiul curgerii gazelor

prin tuburi cu viteze sonice, atingerii vitezelor supersonice, calculul vitezei de

propagare a sunetului prin gaze etc.

Lucrarea de faţă îşi propune determinarea exponentului adiabatic folosind

metoda Clement-Desormes.

Într-un vas cu volum V0 ce comunică prin robinete cu exteriorul şi cu o pompă,

ce comprimă cu ajutorul acesteia din urmă aer. Presiunea din vas se măsoară cu un

amemometru ataşat acestuia.

Se presupune că la stabilirea echilibrului termic cu exteriorul, după comprimare,

presiunea aerului din balon este:

p1 = p0 + h1 unde p0 - presiunea atmosferică, h1- diferenţa de nivelele

lichidului din ramurile manometrului, iar presiunile se măsoară în cm coloană lichid.

26

În această stare în balon vom avea m grame de gaz care ocupă întregul volum V0

al vasului. Fie V volumul ocupat la această presiune de cantitatea m0 de gaz care ar

umple balonul la presiunea p0. Această stare a mesei m0 de gaz este notată cu I pe

diagrama din fig.. Printr-o transformare adiabatică, realizată prin deschiderea urmată

de reânchiderea rapidă a robinetului de comunicare cu exteriorul, se trece în starea II, în

care rămân în balon m0 grame de gaz la presiune p0. În timpul destinderii adiabatice

gazul se răceşte, temperatura lui devenind mai mică decât cea a mediului. După

reânchiderea robinetului gazul se încălzeşte absorbind căldură din mediul înconjurător.

Ca urmare presiunea din vas creşte. La stabilirea echilibrului termic cu mediul, starea

III, presiunea din balon devine p2 = p0 + h2, unde h2 reprezintă noua diferenţă de nivel a

lichidului manometric.

Transformarea din starea I în starea II fiind adiabatică, se poate scrie:

(p0 + h1) v = p0v0

Întrucât în stările I şi III temperatura este aceeaşi, aceste stări se află pe o

izotermă şi deci:

(p0 + h1) v = (p0 + h2) v0

Ridicând relaţia la puterea şi împărţind cu (p0 + h1) v = p0v0

se obţine: (1+ )1()

0

21

0

1

p

h

p

h

Întrucât atât 0

1

p

h cât şi

0

2

p

h 1 putem dezvolta ambii membrii în serie.

Limitându-ne la aproximaţia de ordinul întâi avem:

27

1+(0

2

0

1 1)1p

h

p

h

de unde:

21

1

hh

h


a.Dispozitivul experimental

Dispozitivul, schiţat în figura 10, se compune dintr-un balon B la care este ataşat

un manometru cu apă M.

Balonul comunică prin robinetul R1 cu exteriorul, iar prin robinetul R2 cu pompa

P.

b.Modul de lucru

1. Se închide robinetul R1, se deschide R2 şi se pompează aer în balonul B până

când diferenţa de nivel din manometru devine 10-20 cm. Se închide R2, se

aşteaptă stabilirea echilibrului termic cu mediul. Când gazul ajunge la

28

temperatura mediului, diferenţa de nivel din manometru se stabileşte la

valoarea h1. Se citeşte această valoare şi se notează în tabel.

2. Se deschide rapid R1, până când presiunea gazului devine egală cu cea

exterioară, p0, apoi se închide la loc. Se aşteaptă încălzirea gazului până la

temperatura mediului. La stabilirea echilibrului termic se citeşte denivelarea

h2 din manometru şi se trece în tabel.

3. Se repetă operaţiile descrise anterior de cel puţin cinci ori.

III.Prelucrarea datelor experimentale

a.Determinarea mărimilor fizice

1.Cu ajutorul relaţiei 21

1

hh

h

se calculează exponentul adiabatic pentru

fiecare experienţă efectuată.

2.Se calculează valoarea medie m, făcând media aritmetică a valorilor

particulare obţinute.

b.Calculul erorilor

Aplicând regulile calculului erorilor şi luând 21 hh se obţine relaţia de calcul

a erorii relative:

)(

)(

211

21

hhh

hhh

h=0,2 cm

Inmulţind valoarea determinată într-o experienţă, cu eroarea relativă

coreespunzătoare, se obţine eroarea absolută .

In final se calculează valoarea absolută medie m. Rezultatele se trec în

tabelul următor:

Nr.crt.

h1

(cm)h2

(cm)h

(cm)

(%)

mm

6.Determinarea indicelui de refracţie al lichidelor29


La incidenţa pe suprafaţa de separaţie a două medii transparente, o parte din raza

de lumină se reflectă, iar cealaltă se transmite cu schimbarea de direcţiei şi vitezei, în

mediul al doilea (prin refracţie).

Legile fenomenului de refracţie sunt:

a.raza refractantă se găseşte în pl;anul de incidenţă, determinat de raza incidentă

şi de normala la suprafaţa de separaţie în punctul de incidenţă;

b.raportul sinusurilor unghiurilor de incidenţă şi refracţie are o valoare constantă

pentru două medii date

21sin

sinn

r

i .

In cazul când raza de lumină trece dintr-un mediu optic mai dens în unul mai

puţin dens (din punct de vedere optic), un unghi de incidenţă, numit unghi limită, mai

mic de 900 îi corespunde un unghi de refracţie i1=900.

Unghiul limită se determină din relaţia:

2

1

90

sin

n

n

sau sin

2

1

n

n

Când unghiul de incidenţă este mai mare decât unghiul limită , raza incidentă

se reflectă în întregime în mediul său, fenomenul purtând denumirea de reflexie totală.

Din relaţiile de mai sus se vede că unghiul limită depinde numai de n1 şi n2.

Rezultă deci că, dacă se cunoaşte unghiul de reflexie n2 al unuia din cele două medii şi

se măsoară unghiul limită , pe baza relaţiei 2

1

90

sin

n

n

sau sin

2

1

n

n se poate

determina indicele de refracţie n1 al celuilalt mediu: n1 = n2 . sin.


Dispozitivul experimental

Pentru măsurarea indicelui de refracţie se folosesc aparate numite refractometre

(fig.11).

30

Fig.11.Refractometrul Abbe

In lucrare se va folosi un refractometru tip Abbé, care permite măsurarea

indicelui de refracţie cuprins între valorile 1,3 şi 1,7 pentru substanţe lichide.

Partea principală a acestui refractometru este ansamblu a două prisme P1 şi P2 din

sticlă de flint cu indicele de refracţie de 1,7.

Picătura de lichid, al cărei indice de refracţie îl măsurăm, se aşează între aceste

prisme. Deoarece suprafaţa diagonală a prismei P1 este mată, în punctul A de pe

suprafaţa diagonală transparentă a prismei P2 vin raze din diferite direcţii. Lichidul

dintre prisme fiind mai puţin dens decât prisma P2, rezultă că unghiul de refracţie pentru

razele care trec prin prisma P2 este egal sau mai mic decât unghiul limită. Acelaşi lucru

se poate spune şi de spre razele care trec prin P2 prin punctele B, C, D. Razele paralele

de diferite direcţii sunt concentrate de obiectivul lunetei L în planul său focal. Luneta L

se poate roti în jurul unei axe orizontale perpendiculară pe planul desenului.

Aparatul este astfel construit, încât dacă axa optică a lunetei este adusă în poziţia

paralelă cu razele care au unghiul limită, atunci o jumătate din câmpul vizual este

luminat, iar cealaltă jumătate este întunecată, linia de separare a celor două jumătăţi

trecând prin punctul de intersecţie al firelor reticulare. (fig.12)

31

Fig 12. Câmpul vizual al celor două lunete ale refractometrului Abbe

Unghiul de rotire al lunetei este proporţional cu indicele de refracţie al lichidului

de studiat; astfel că un tambur, cu axă comună cu axa sistemului de prisme, se poate citi

direct indicele de refracţie absolut al lichidului. Deoarece se lucrează cu lumină albă,

linia de separare a celor două câmpuri vizuale, datorită dispersiei prin prismele P1 şi P2,

este colorată. Pentru a compensa dispersia, în faţ[a obiectivului lunetei sunt aşezate

două sisteme de prisme A1 şi A2. Unul dintre aceste sisteme se poate roti în jurul axei

optice a lunetei până când linia de separare devine clară.

b.Modul de lucru

1. Se aşează refractometru pentru a avea condiţii optime de lumină.

2. Cu ajutorul unei pipete se pune o picătură de apă între prismele P1 şi P2.

3. Se compensează dispersia.

4. Linia de separare se aduce la intersecţia firelor reticulare.

5. Se citeşte indicele de refracţie pe tamburul gradat.

6. După citire se deschide blocul de prisme şi feţele prismelor se şterg cu o

cârpă moale şi curată.

7. Se repetă operaţiile pentru soluţiile de alcool în apă, de diferite concentraţii.

Prelucrarea rezultatelor experimentale; se trec datele într-un tabel de date.

Se reprezintă grafic indicele de refracţie în funcţie de concentraţie, n=f(c%).

Cunoscând indicele de refracţie pentru soluţii de aceeaşi natură, dar

de concentraţii diferite, din graficul trasat se determină concentraţiile

necunoscute.

32

Soluţia Nr.crt. n n

n

n%

100103

nn

n

7.Studiul efectului termoelectric


Efectul termoelectric, a fost descoperit în anul 1823 de Seebeck, şi constă în

apariţia unei tensiuni electromotoare într-un sistem format din două metale diferite,

puse în contact, când contactele au temperaturi diferite.

Considerând astfel un ansamblu închis, din două asemenea materiale, se constată

că atât timp cât cât temperaturile de la cele contacte sunt egale (TA = TB) circuitul nu

este traversat la nici un curent, fapt pus în evidenţăde acul magnetic NS care rămâne

nemişcat. (Fig. 13).

Fig. 13. Dispozitiv termoelectric

Dacă temperaturile celor două contacte sunt diferite (TA TB) în sistem ia

naştere o tensiune termoelectromotoare, respectiv un curent termoelectric, care

generează magnetic ce determină devierea acului magnetic NS.

33

Efectul termoelectric se explică prin apariţia unei diferenţe de potenţial de

contact, datorită tendinţei de egalare a potenţialelor chimice 1 şi 2 a celor două

metale.

Valoarea tensiunii electromotoare E este:

E = (TA - TB), iar este dat de expresia: =2

1lnn

n

e

K

K-constanta lui Boltzmann;

e-sarcina electronului;

T-temperatura;

n1, n2,-concentraţiile electronilor liberi în cele două metale.

Efectul Seebeck stă la baza construcţiei termocuplurilor dispozitive formate

dintr-un ansamblu de doi conductori montaţi ca şi în figura 14. Valoarea tensiunii

termoelectromotoare şi a curentului respectiv depinde de natura materialelor care

formează termocuplul şi de diferenţa de temperatură dintre cele două contacte.

Metodica experimetală


Instalaţia, schiţată în fig.15, constă din două suduri una (A) introdusă într-un vas

cu apă, alta (B) menţinută în amestec gheaţă cu apă (TB=00C). Temperatura apei TA se

măsoară cu un termometru. Apa poate fi încălzită cu ajutorul unui reşou. In timpul

34

încălzirii apei, diferenţa dintre temperaturile celor 2 suduri variază, astfel că în circuit

apare o tensiune electromotoare variabilă deci şi un curent electric variabil.

Mod de lucru:

In prima parte a lucrării se etalonează termocuplul adică se reprezintă graficul de

variaţie a tensiunii (I) în funcţie de diferenţa de temperatură a celor două suduri (TA -

TB). Pentru aceasta se efectuează următoarele:

1. Se pune gheaţă în vasul Dewar şi se introduce în vas sudura B.

2. Sudura A se introduce în vasul cu apă rece de pe reşou.

3. Se citeşte temperatura iniţială a apei şi tensiunea corespunzătoare.

4. Se conectează reşoul la reţea: se notează temperaturile apei, din 50 în 50 până

la fierbere şi tensiunile corespunzătoare acestor temperaturi.

Tabel de date:

TA (0C) 15 20 25 30 ...

UA

Prelucrarea datelor experimentale.

Determinarea mărimilor fizice şi trasarea graficelor.

1. Se reprezintă grafic variaţia (U=U(TA); TB=0

2. Se calculează din grafic.

tg=BA

BA

TT

UU

35

Colorimetrie8.Determinarea căldurilor specificeI. Noţiuni teoreticeCând unui sistem termodinamic i se transmite o cantitate de căldură sau când

aceasta cedează o cantitate de căldură, temperatura lui poate să se modifice, fie să

crească, fie să scadă. Legătura dintre căldura schimbată de sistem cu mediul şi variaţiile

sale de temperatură este dată de coeficienţii calorici:

- capacitatea calorică C=T

Q

CSI=J/K - caracteristică termică a corpului

- căldura specifică c=).( Tm

Q

cSI=J/kg.K) - caracteristică de material.

In general, căldura specifică de pinde de temperatură, dar dacă lucrăm pe

intervale de temperatură nu prea mari, putem considera căldura specifică constantă.

Căldura transferată unui sistem sau cedată de aceasta depinde de condiţiile în

care are loc schimbul de căldură, izobar sau izocor, astfel încât şi căldurile specifice vor

avea valori diferite. Diferenţe mari se obţin pentru gaze. La lichide şi solide, se poate

considera că valorile căldurilor specifice sunt egale. Astfel, putem scrie expresia

căldurii sub formele:

Q=m.c.T respectiv Q=C.T

Dacă două sau mai multe corpuri sunt aduse în contact termic şi izolate termic de

mediul exterior, după un interval de timp temperaturile lor devin egale, realizându-se

echilibrul termic. Corpurile schimbă căldură doar între ele, fără ca aceasta să se piardă

parţial înspre mediul extern corpurilor. Conform legilor de conservare a energiei putem

scrie următoarea relaţie numite ecuaţia calorimetrică:

Qabs + Qced = 0

Ţinând cont de convenţia de semne vom avea: Qabs = /Qced/

Pe această relaţie se bazează metoda calorimetrică de determinare a

coeficienţilor calorici. Dacă se determină căldurile specifice atunci metoda poartă

numele de metoda amestecurilor. Tot calorimeric se pot determina şi căldurile latente

ale diferitelor transformări de stare.

3. Principiul metodei

36

Pentru realizarea condiţiilor transferului de căldură în sisteme izolate faţă de

mediu se se foloseşte colorimetrul (fig.16). Aceasta constă din două vase concentrice

izolate termic unul de altul printr-un strat de aer (rău conducător de căldură), şi care

formează învelişul adiabatic, respectiv realizează izolarea termică a incintei interioare.

Calorimetrul este prevăzut cu un capac prin care sunt practicate două orificii, folosite

pentru montarea unui termometru necesar la măsurarea temperaturii, şi a unui agitator,

folosit, pentru amestecarea conţinutului astfel încât temperatura sistemului să fie

aceeaşi în orice punct.

Intreg ansamblul are o anume capacitate calorică, ce este o caracteristică a sa şi

care se determină experimental. De regulă se caută ca aceasta să fie suficient de mică

pentru ca să nu influenţeze puternic corpurile din interiorul calorimetrului.

Determinarea capcităţii calorice a ansamblului

Calorimetrul este în contact termic cu mediul din interiorul său, astfel încât

temperatura va fi aceeaşi cu a mediului intern. Se foloseşte ca mediu intern un lichid, de

regulă apa, cu masa cunoscută, m1, şi temperatură cunoscută, t1. Se aduce în contact în

interiorul calorimetrului o altă cantitate de apă, m2, la o temperatură t2, diferită de cea

din interior. După un interval de timp se realizează echilibrul termic, sistemul ajungând

la aceeaşi temperatură, te. Ecuaţia calorimetrică va fi:

(m1.ca).(te-t1)=m2ca.(t2-te)

iar expresia capacităţii calorice va fi:

37

C=m2.ca(t2-te)/(te-t1)-m1ca. Unde: ca=4181 J/kg/K - căldura specifică a apei.

Determinarea căldurii specifice a unui corp solid

Se tratează asemănător cu cazul anterior, corpul solid cu masa ms şi temperatură

ts, se aduce în contact cu mediul intern al calorimetrului, ansamblul având

caracteristicile de la punctul precedent. Ecuaţia calorimetrică este:

(m1ca+C).(te-t1)=mscs(ts-tc)

iar expresia căldurii specifice a corpului devine:

cs=(m1ca+C).(te-t1)/ms(ts-te) în care se cunoaşte căldura specifică a apei,

capacitatea calorică a calorimetrului precum şi masele şi temperaturile necesare.

Determinarea căldurii specifice a lichidelor. Dependenţa de concentraţie

In calorimetru se introduce lichidul necunoscut de masă m3, şi temperatură t3, iar

cantitatea de apă ma la temperatura t1 se va introduce ulterior. Metoda practic este

aceeaşi ca şi la cele anterioare, şi constă în aducerea în contact a celor două lichide, apa

respectiv lichidul necunoscut. Vom avea ecuaţiile calorimetrice:

-lichid în calorimetreu (m3c3+C)(te-t3)=maca(t1-te) cu

c3=(1/m3).(maca(t1-te)/(te-t3)-C)

-apă în colorimetru (maca+C)(te-t1)=m3c3(t3-te) cu

c3=(maca+C)(te-t1)/m3(t3-te)

Determinarea concentraţiilor cu ajutorul calorimetriei se face ştiind că pentru a

încălzi o soluţie între temperaturile t1 şi t2 trebuie să-i furnizăm acesteia o cantitate de

căldură egală cu suma cantităţilor de căldură necesare pentru a încălzi componentele

soluţiei între aceleaşi temperaturi. Considerăm: t = t2-t1, m - masa soluţiei, r -

concentraţia soluţiei şi deci masa solvitului, iar masa solventului (1-r).m, c1 şi c2 -

căldurile specifice ale solventului, respectiv solvitului în stare pură, cs - căldura

specifică a soluţiei. Putem scrie:

mcst=r.m.c2t+(1-r)m.c1t de unde se obţine:

r=(cs-c1)/(c2-c1)

Astfel se determină căldurile specifice pentru solventul pur, solvit şi soluţie

folosind metoda descrisă pentru lichide. Dacă solventul este tot apă atunci, se determină

doar căldurile specifice ale solvitului pur şi soluţiei.

38

O altă posibilitate de determinare a concentraţiei unei soluţii este: se determină

căldurile specifice ale soluţiilor de concentraţii cunoscute şi a acelora de concentraţii

necunoscute. şi a celora de concentraţii necunoscute. Astfel se obţine o curbă de variaţie

a căldurii specifice cu concentraţia, respectiv o curbă de etalonare din care se poate

determina fie diferite concentraţii necunoacute, fie călduri specifice alte concentraţii

cunoscute.

Metodă de lucru

a.Determinarea capacităţii calorice a calorimetrului

-Se cântăresc două cantităţi de apă m1 şi m2.

-Se introduce m2 în calorimetru, se montează capacul şi se aşteaptă până când

indicaţia de temperaură a termometrului este stabilită. Se citeşte t1.

-Separat se încălzeşte cantitatea de apă m2, până la temperatura t2, de regulă până

la temperatura de fierbere. Folosirea acestei temperaturi este utilă deoarece ea este

constantă atâta vreme cât apa fierbe şi măsurătoarea este mai exactă.

-Se introduce cantitatea de apă încălzită în calorimetru, se montează capacul şi

cu ajutorul agitatorului se amestecă bine; se aşteaptă până la echilibru şi se citeşte

temperatura de echilibru - valoare aproximativ constantă.

-Se calculează C.

-Datele experimentale se trec în tabel:

m1 (kg) m2 (kg) t1(0C) t2(0C) t4(0C) C(J/grd)

b.Determinarea căldurii specifice la diferite soluţii

-Se cântăresc masele de apă mase egale de soluţii de diferite concentraţii;

-Apa se introduce în calorimetru şi se aşteaptă până la stabilirea echilibrului cu

aceasta notându-se apoi temperatura cu t1;

-Se încălzeşte soluţia de concentraţie r1 la temperatura t2;

-Se introduce soluţia în calorimetru, se montează capacul acestuia, se agită

conţinutul lui şi se citeşte temperatura de echilibru;

-Se calculează căldura specifică;39

-Se repetă operaţiile cu toate soluţiile de concentraţii cunoscute;

-Se reprezintă grafic căldurile specifice în funcţie de concentraţii, obţinându-se

curba de etalonare;

-Se determină asemănător căldura specifică a unei soluţii de concentraţie

cunoscută şi din curba de etalonare se citeşte valoarea concentraţiei;

Datele se trec în tabel:

ma (kg) ms (kg) r% t1(0C) t2(0C) t3(0C) C5(J/grd)

Surse de erori de măsură:

- izolarea inperfectă a calorimetrului;

- amestecare imperfectă;

- citirea temperaturii din colorimetru cu rezoluţie prea mică a termometrului;

- modificarea temperaturii (scăderea) corpului încălzit până la introducerea în

lichidul din calorimetru.

9.Electroforeza pe hârtie

Migrarea electroloţilor în câmp electric

1.Noţiuni teoretice

Electroforeza reprezintă migrarea unor particule purtătoare de sarcini electrice

sub influenţa câmpului electric exterior. Ea este utilă pentru separarea unor specii de

molecule din amestecuri complexe fiind curent aplicată în cazurile soluţiilor de

proteine şi aminoacizi. Cu ajutorul electroforezei se poate determina compoziţia

calitativă şi cantitativă a unor lichide şi extracte biologice.

Dacă o soluţie dată se introduce într-un câmp electric şi dacă în această soluţie

există paricule încărcate cu sarcini electrice, acestea vor fi antrenate de câmpul electric,

producându-se deplasarea lor prin soluţie. Viteza cu care se face deplasarea depinde ca

mărime atât de caracteristicile particulare ale ionului precum şi de cele ale mediului

prin care are loc deplasarea. De asemenea, contează, şi caracteristicile câmpului

electric. Sensul de deplasare va fi dat de semnul sarcinii electrice: ionii pozitivi spre

catod (borna negativă), iar cei negativi spre anod (borna pozitivă) (Fig.17):40

Ca urmare a deplasării în sens opus are loc o separare a particulelor cu sarcini

diferite. Dacă particulele au şi mase diferite, poate să apară o separare a lor şi dacă au

sarcini electrice de acelaşi semn, vitezele de deplasare fiind diferite.

Dependenţa vitezei de deplasare atât de solvent cât şi de solvit se înglobează în

mobilitatea electrolitică: . Ea se defineşte ca viteza cu care se deplasează tipul de

moleculă studiată dacă intensitatea câmpului electric este unitară: E=1V/m; =v/E, cu

unitatea de măsură SI=m2/Vs

In caz ideal definit ca: soluţie diluată de molecule sferice de dimensiuni mult

mai mari decât dimensiunile moleculelor de solvent, se găseşte experesia:

=q/(6r) unde q-sarcina particulei; -vâscozitatea soluţiei în care are loc

migrarea; r-raza particulei ce se deplasează.

Separarea electroforetică a particulelor dintr-un amestec, depinde de trei grupe

mari de factori:

1. Factori ce caracterizează particula ce migrează: mărimea şi semnul sarcinii

electrice, masa şi forma particulei, existenţa şi mărimea momentului de

dipol;

2. Factori ce caracterizează mediul: pH, compoziţia şi tăria ionică, vâscozitatea,

temperatura, proprietăţile dielectrice, interacţiunile ce se pot stabili între

solvent şi suportul acestuia;

3. Factori ce depind de caracteristicile câmpului electric: intensitatea şi

distribuţia liniilor de câmp.

EXEMPLU: Pentru molecule proteice sarcina electrică netă depinde de

compoziţia în aminoacizi a acesteia, de pH-ul mediului şi de compoziţia şi tăria lui

ionică. Astfel, la un un pH izoelectric (pHi) al moleculei, molecule proteice se încarcă

41

pozitiv şi migrează spre catod, iar la un pH mai mic decât pHi se încarcă negativ şi

migrează spre anod. La un pH=pHi, moleculele sunt neutre şi au mobilitate nulă. Intre

ionii din soluţie apar forţe de interacţiune, putând apărea fenomenul de ecranare

electrostatică, ceea ce poate produce şi modificarea sarcinii moleculei proteice.

1.Principiul metodei

Se studiază electroforeza pe hârtie de filtru ca suport pentru deplasarea ionilor.

Substanţele supuse electroforezei sunt CuSO4 şi KMnO4 în soluţii apoase sau slab

saline. Considerăm că hârtia de filtru, având dimensiuni bine stabilite şi îmbibată cu

solvent se supune unei diferenţe de potenţial U, cu ajutorul unei surse de tensiune. In

absenţa solventului, hârtia de filtru are o rezistenţă foarte mare, practic acţionează ca un

izolator, neavând purtători liberi de sarcină electrică. Imbibată cu solvent, apar ioni

pozitivi şi negativi liberi în urma fenomenului de disociaţie electrolitică, ex.:

NaCl Na+ + Cl-

Se menţionează, că şi în apă apar ioni pozitivi şi negativi, într-o pondere mică.

Un ampermetru legat în circuit va indică trecerea unui curent electric..

Soluţiile menţionate anterior sunt la rândul lor soluţii de electroliţi de anumite

concentraţii, conţin ioni pozitivi Cu2+ şi K+ şi negativi SO42- şi MnO4

-. Dintre aceştia

ionii cupri, sulfat şi permanganat au o cloraţie specifică, în ordine verde-albastru,

galben, violet, ceea ce îi face mai uşor de urmărit vizual.

Pentru concentraţii de electroliţi mici se poate neglija efectul interacţiunilor de

respingere electrostatică. Solventul de pe hârtia de filtru este de asemenea cu

concentraţia de clorură de sodiu foarte mică, astfel încât ionii disociaţi să nu

influenţeze puternic ionii soluţiei studiate. (Fig. 18, a,b).

42

Se aplică pe hârtia de filtru, soluţia de studiat şi se determină distanţa pe care o

parcurg diferiţi ioni în intervale de timp date, urmărind deplasarea coloraţiei

corespunzătoare.

Deplasările, x, celor două tipuri de ioni sunt diferite în acelaşi interval de timp,

ceea ce denotă că au mobilităţi diferite. "Petele de culoare" sunt formate dintr-un număr

mare de ioni de acelaşi tip. Experimantal se poate determina doar viteza medie cu care

se deplasează ansamblul de ioni şi nu viteza unui singur ion, aceasta coincizând cu

viteza unui ion dacă concentraţia electronului este suficient de mică.

Mobilitatea fiecăruia tip de ion se estimează în felul următor:

vI = xI/t = i.E cu E=U/L i = (xi.L)/(U.t)

unde indicele I reprezintă unul din ionii studiaţi: cupru, sulfat, permanganat.

Metoda de lucru

Se foloseşte cuva.

a. Se pregăteşte cuva de separare punând în compartimentele A şi B volume

egale de soluţie apoasă, cca. 50 ml.

b. Se pregătesc câteva benzi din hârtie de filtru, de lungime L0=10 cm şi lăţime

l=1,5 cm;

c. Se aşează maximum 4 benzi pe porţiunea de lungime L=6 cm, cu capetele

introduse în compartimentele A şi B.43

d. Se aşteaptă câteva minute până când benzile de hârtie de filtru se umectează

prin capilarite;

e. Se realizează montajul electric, folosind sursa de tensiune continuă. Aceasta

are înglobat un volumetru ce va indica tensiunea furnizată şi un ampermetru

ce va indica intensitatea curentului ce trece prin sursă. Tensiunea U, ce se

aplică la exteremităţile hârtiei de filtru de pe suportul cuvei se măsoară cu un

alt voltmetru legat în paralel cu suportul pentru hârtie al cuvei;

f. Cu o seringă gradată în cm3 se aplică într-un punct al fiecărei dintre benzile

de hârtie o cantitate mică de soluţie de studiat, marcându-se locul de aplicare.

Pe cele 4 benzi se aplică soluţii de electroliţi de concentraţii diferite.

g. Se merchează intervalele de timp egale de cca. 3-5 minute, poziţiile petelor

de culoare de pe fiecare bandă.

h. După un interval de timp de cca. 30-45 minute se înrerupe circuitul electric şi

apoi se scot benzile de hârtie şi se usucă.

i. Măsurătorile se repetă folosind concentraţii de solvent diferite.

Notarea şi prelucrarea datelor

Pe fiecare bandă de hârtie se notează polaritatea tensiunii aplicate şi sensul de

deplasare al ionilor. De asemenea se fac notaţiile minime necesare pentru a nu se

încurca benzile. Se măsoară distanţele x, pe care le parcurg ionii. Se calculează

mobilităţile diferiţilor ioni: se calculează vitezele medii pentru diferite intervale de

timp, şi pentru calculul mobilităţii se va lua valoarea medie a vitezelor calculate la

diferite intervale de timp şi valoarea intensităţii câmpului electric.

vj = xj/t v=(v1+v2+v3+ ... +vn)/n (pentru n intervale de timp).

E=U/L cu L=6 cm

v/E

Se reprezintă grafic variaţia mobilităţilor diferiţilor ioni cu concentraţia de

electroliţi de studiat, respectiv cu concentraţia de sare a solventului.


Csolvent Csolvit U(V) E(V/mm) T(s) X1(mm) VI(mm/s) vm(mm/s) (mm2/Vs)

44

10.Polarimetrie

Noţiuni introductive

Conform teoriei lui Maxwell, lumina este o undă electromegnetică transversală

în care oscilaţiile celor două câmpuri electrice E şi magnetic H au loc în toate direcţiile,

perpendicular pe direcţia de propagare c (viteza luminii) (fig.19).

Planul format de direcţia de oscilaţie şi direcţia de propagare se numeşte plan de

oscilaţie. Prin reflexie, refracţie şi dublă refracţie sau birefringenţă se poate obţine o

radiaţie luminoasă în care oscilaţia câmpului electric să aibă loc într-o singură direcţie,

deci planul de oscilaţie să rămână constant. O asemenea radiaţie luminoasă se numeşte

lumină liniar polarizată (fig.20).

Aparatele care folosesc lumină polarizată se bazează, în majoritate, pe

fenomenul de birefringenţă. Acest fenomen este prezent în unele substanţe a căror

structură este asimetrică, la care proprietăţile fizice variază cu direcţia în care se

exercită acţiunea din exterior; aşa sunt de exemplu, substanţele cristalizate în alt sistem 45

decât cel cubic, cum este de exemplu Spatul de Islanda (CaCO3 cristalizat în romboedri

hexagonali).

O rază de lumină care trece printr-un cristal birefringent într-o altă direcţie decât

direcţia axei optice a cristalului, se desfac în două raze polarizate, de aceeaşi intensitate,

în care planele de polarizare sunt perpendiculare. (fig.21)

Una din raze, numită rază ordinară 0, urmează legile obişnuite ale refracţiei;

pentru cealaltă, numită rază extraordinară E, indicele de refracţie variază în funcţie de

unghiul de incidenţă. Pentru a putea folosi lumina polarizată este necesar ca una din

raze să fie îndepărtată. Obişnuit se îndepărtează raza ordinară, aceasta realizându-se cu

ajutorul unei prisme numite Nicol. Nicolul (fig.22) constă din două prisme din spat de

Islanda, având ca bază un triunghi dreptunghic cu unghiurile ascuţite de 680 şi 220. Ele

sunt lipite cu balsam de Canada al cărui indice de refracţie este (n=1,5550) situat între

indicele de refracţie pentru raza ordinară şi extraordinară. Din această cauză raza

ordinară se reflectă total, iar raza extraordinară, total polarizată, traversează prisma fără

deviaţie.

Principiul metodei

Unele substanţe au însuşirea de a roti planul luminii polarizante când sunt

străbătute de aceasta. Asemenea substanţe se numesc optic active. Cele care rotesc

planul luminii polarizante spre dreapra se numesc dextrogire şi se notează cu +, iar cele

care îl rotesc spre stânga se numesc levogire şi se notează cu -. Substanţele optic active

46

sunt de obicei organice şi se caracterizează prin faptul că au cel puţin un atom de carbon

asimetric în moleculă.

Valoarea unghiului de rotaţie a planului de polarizare depinde de o serie de

factori: natura substanţei cercetate, temperatură şi lungimea de undă a luminii folosite.

Unghiul de rotaţie creşte pe măsură ce lungimea de undă se micşorează. Din această

cauză, în polarimetrie se foloseşte lumina monocromatică, obişnuit, linia galbenă a

sodiului.

La substanţele solide şi lichide pure, unghiul de rotaţie depinde de grosimea

stratului optic activ, iar în cazul soluţiilor depinde şi de grosimea substanţei optic active

precum şi de natura solventului.

Pentru compararea puterii de rotaţie a diferitelor lichide pure, s-a introdus

noţiunea de putere rotatorie specifică, 20D, care reprezintă unghiul cu care este rotit

planul luminii polarizate când aceasta trece printr-o coloană de lichid cu lungimea de 10

cm (1 dm).

Se notează cu c concentraţia exprimată în procente, cu l grosimea stratului de

lichid (în dm) şi cu unghiul de rotaţie (în grade), se poate scrie:

20D=

clD

.

100.20

în care 20D reprezintă puterea rotatorie specifică pentru linia D a sodiului şi

temperatura de 200C.

Proporţionalitatea dintre unghiul de rotaţie şi concentraţia soluţiei are loc unmai

pentru soluţii diluate.

Descrierea aparaturii

Aparatul folosit pentru măsurarea unghiului de rotaţie se numeşte polarimetru.

Părţile principale ale unui polarimetru cu penumbră (Laurent) sunt prezentate schemetic

în fig.23

47

Fascicolul luminos monocromatic emis de o lampă de sodiu S, trece printr-un

filtru F, este polarizat de nicolul polarizator N1, cade pe o lamă Laurent - lamă semiudă,

din cuarţ - L şi de aici pătrunde în tubul T cu soluţia de cercetat. După ce străbate tubul,

fascicolul cade pe nicolul analizator N2 şi de aici ajunge în lunetă (L). Prin mişcarea

ocularului imaginea câmpului vizual se pune la punct, astfel liniile de separaţie a celor

trei părţi să se vadă clar. Nicolul analizator N2 este solidar legat de un dublu vernier,

care se poate mişca de-a lungul unui disc gradat care permite citirea unghiului cu o

precizie de 0,050. Intre poziţia lui N2, pentru care regiunea din mijloc este luminată, şi

marginile întunecate (fig.24a) şi invers (fig.24b), există o poziţie intermediară (fig.24c)

pentru care cele trei regiuni ale câmpului sunt egal luminate, dar slab. Aceasta este

poziţia de zero, faţă de care se fac toate citirile ulterioare.

Tehnica de lucru

Se umple tubul polarimetrului cu apă distilată, având grijă să nu rămână bule de

aer în interoior, se şterge şi se introduce în polarimetru. Se pune la punct imaginea

câmpului vizual. Pentru cele trei regiuni uniform iluminate, zero al vernierului trebuie

să coincidă cu zero al discului gradat. In caz contrar se citeşte diviziunea 0 de pe disc,

48

în dreptul căruia se află zero de pe vernier, şi aceasta reprezintă punctul zero al

aparatului.

Determinarea puterii rotatorii specifice a zahărului

Se introduce în locul apei distilate soluţia de zahăr optic activă, de concentraţie

cunoscută. Se roteşte încet analizatorul până când regiunile câmpului vizual au

iluminare egală (penumbră) şi se face citirea (pentru control toate citirile se vor face

pe ambele verniere). Se calculează unghiul de rotaţie al soluţiei din diferenţa: 020 =1 -

0. apoi după formula 20D=

clD

.

100.20, se determină puterea rotatorie specifică.

Pentru fiecare soluţie de o anumită concentraţie se fac mai multe citiri. La

schimbarea soluţiei, tubul se spală bine şi se şterge sau se clăteşte cu o loluţie care

urmează să se analizeze.

Rezultatele se trec în tabel:

Soluţie Nr. deter-minări

0

(grade)1

(grade)D

20

(grade)l

(dm)D20 D20

Mediu

Determinarea concentraţiei unei soluţii de zahăr

Se umple tubul polarimetric cu o soluţie de concentraţie necunoscută şi se

determină unghiul 1 la fel ca mai sus. Se calculează diferenţa:

D20=1 - 0

Cunoscând pe D20 din determinarea precedentă, se află concentraţia conform

relaţiei:

c= 20

20

.

100.

D

D

l

Când se cunoaşte natura soluţiei a cărei concentraţie vrem să o aflăm, nu este

necesară determinarea lui D20.

Tabel pentru rezultate

49

Soluţie Nr. deter-minări

0

(grade)1

(grade)D

20

(grade)l

(dm)D20 D20

Mediu

In laboratorul clinic cea mai curentă determinare polarimetrică este dozarea

glucozei din serul sanguin, lichid cefalorahidian, urină, etc.

In condiţii normale, cantitatea de glucoză în urină colectată în 24 de ore este de

100-200 mg. Valori crescute apar în glicozuria alimentară, diabetul zaharat, maladii

hepatice etc.

11.Absorbţia luminii

Noţiuni teoretice

Când un fascicol de lumină cu o anumită lungime de4 undă şi intensitate I0 cade

pe o suprafaţă (de ex. o cuvă cu pereţi plani paraleli), au loc trei fenomene: o parte din

fascicul de intensitate IT străbate substanţa, o parte din intensitatea IA este absorbită, iar

o altă parte, de intensitate IR, este reflectată. Astfel:

I0 = IT + IA + IR

Deoarece aceste intensităţi depind de intensitatea incidentă I0, se poate scrie:

I= RATI

I

I

I

I

I RAT 000

rapoartele reprezentând, respectiv, coeficienţii de transparenţă T, de absrobţie A

şi de refxie R.

50

Scăderea intensităţii dI pe o distanţă dx (grosimea unei suprafeţe elementare, din

grosimea x) fig.25, este într-un punct bine determinat al suprafeţei elementare,

proporţională cu intensitatea I în punctul respectiv:

kIdx

dI ; inde k reprezintă o constantă de absorbţie. Relaţia este cunoscută sub

numele de legea lui Lambert.

Prin integrare: TI

I

x

dxkI

dI

0 0

;

ln kxI

IT 0

de unde rezultă: IT = I0e-kx

Dacă se trece la logaritmi zecimali:

log xkkxI

I

I

I TT ..4343,0ln.4343,0 1

00

IT= xkI'

10.0 unde k'| se numeşte coeficient de extincţie decadic. Acesta este o

mărime caracteristică pentru fiecare substanţă şi depinde de lungimea de undă a

radiaţiei, temperatură şi presiune.

Mărimea:

E=-log xkI

IT |

0

se numeşte extincţie sau densitate optică a substanţei.

Transmisia T, sau transparenţa substanţei, este dată de relaţia:

T=0I

IT

Dacă stratul absorbant este o soluţie de concentraţie c, coeficientul k | este

proporţional cu concentraţia:

k| = .c

unde este coeficientul molar decadic de extincţie (dacă concentraţia se exprimă

în mol/l, iar x în cm), caracteristic fiecărei soluţii, iar relaţia fig. se numeşte legea lui

Beer.

Astfel, din relaţia: E=-log şi k| = .c rezultă Legea lui Lambert - Beer.

51

E=cx.

Relaţia E=cx este valabilă în condiţiile: lumină monocromatică, mediu optic

omogen, iar între substanţa dizolvantă şi solvent să nu se manifeste interacţiuni.

Deoarece absorbţia luminii depinde de temperatura soluţiei, trebuie să se lucreze

într-un regim termic constant.

Pentru a îngusta domeniul lungimilor de undă în care se lucrează (în general se

lucrează cu lumină policromatică), între sursă şi soluţie se interpune un filtru un filtru

optic de culoare complementară cu cea a soluţiei.

Se numesc culori complementare, două culori care amestecate aditiv în proporţii

corespunzătoare dau lumina albă.

Restrângerea domeniului lungimilor de undă în care se lucrează eliminăm

majoritatea aberaţiilor cromatice ce apar la trecerea luminii prin sistemele optice

(lentile, prisme, etc.).

Alegerea filtrului se face în aşa fel încât absorbţia să fie maximă. De exemplu,

dacă lucrăm cu o soluţie albasrtră, se va alege un filtru galben, deoarece soluţia va

absorbi cel mai puternic radiaţiile galbene (complementare) şi foarte puţin pe cele

albastre.

Legea lui Lambert - Beer se aplică la determinarea concentraţiei unei soluţii,

comparând soluţia dată cu una de concentraţie cunoscută, comparaţie care se poate

efectua fie vizual, fie fotometric.

12.Determinarea concentraţiei unei soluţii colorate cu ajutorul

colorimetrului Duboscq

Principiul metodei

Colorimetria se ocupă cu compararea şi egalarea intensităţii luminoase a două

fascicole de lumină după trecerea prin două soluţii colorate, de aceeaşi natură, dar de

concentraţii diferite.

Se lasă să treacă două fascicule de lumină de aceeaşi intensitate iniţială I 0 prin

două soluţii de aceeaşi natură, de concentraţii diferite, c1 şi c2.

52

Variind lungimile x1 şi x2 parcurse de lumină în cele două soluţii se realizează

egalarea intensităţilor luminoase la ieşire, deci, se obţine aceeaşi extincţie în ambele

cazuri.

Legea lui Lambert-Beer, se scrie pentru cele două soluţii:

E1=.c1xx

E2=.c2x2

şi cum E1 = E2 rezultă: c1x1 = c2x2 şi c2= 12

1 cx

x

Dacă concentraţia c1 este cunoscută şi concentraţia c2 necunoscută, măsurând

lungimile x1 şi x2 se poate calcula concentraţia c2. Deoarece se vor determina

concentraţiile unei serii etalon, în general notăm cu c0 concentraţia cunoscută şi

respectiv cu x0 grosimea stratului acestuia, iar cu cn concentraţiile necunoscute şi cu xn

grosimile corespunzătoare de soluţie. Astfel, relaţia devine:

cn= 00 c

x

x

n

Descrierea aparatului

Colorimetrul Duboscq se compune din următoarele părţi principale: un suport

metalic vbertical, un ocular Oc, la partea superioară a suportului prin care se observă un

câmp circular împărţit în două; două baghete cilindrice P1 şi P2 din sticlă de lungimi

egale şi cu feţele terminale plan-paralele; două cuve cilindrice din sticlă cu fundul plan-

paralel C1 şi C2, aşezate pe câte un suport circular; două rozete laterale prin manevrarea

cărora se deplasează pe vertical suporturile circulare cu cuve; două rigle divizate în

milimetri, legate solidat de suporturile circulare, fiecare cu câte un vernier; un sistem de

iluminare, instalat în talpa suportului; un set de filtre, montate în ocular.

Tehnica de lucru

1.Punerea la punct a aparatului

Se spală bine cele două vase de sticlă, se şterg şi se aşează pe suporţi separaţi în

aparat. Se ridică suporţii, cu ajutorul rozelor, până ce părţile inferioare ale vaselor ating

cilindri de sticlă. In această poziţie trebuie să fie indicată diviziunea zero pe cele două

rigle. In caz contrar, se va nota grosimea respectivă, care se va considera drept poziţie

53

de zero. Pentru poziţia zero se verifică apoi şi egalitatea iluminării celor două câmpuri

vizuale. Dacă nu sunt egal luminate, se modifică poziţia becului până este îndeplinită

această condiţie.

2.Determinarea concentraţiei necunoscute

Se introduce în una din cuve soluţia de concentraţie cunoscută, iar în cealaltă

soluţia necunoscută (vasele nu se vor umple de tot pentru ca, la scufundarea baghetelor,

soluţia să nu depăşească marginile vasului).

Se aşează paharele pe suport; se alege filtrul potrivit şi prin reglarea ocularului se

obţine o imagine clară a celor două câmpuri. Se aduce zero al vernierului corespunzător

soluţiei etalon în dreptul unei diviziuni a riglei gradate (de ex. 5), valoarea care exprimă

grosimea stratului de soluţie prin care trece lumina x0. Se manevrează apoi rozeta

corespunzătoare soluţiei neciunoacute până până când cele două jumătăţi de câmp apar

egal iluminate, deci extincţiile date de cele două soluţii sunt egale. Se citeşte diviziunea

de pe riglă xn.

Concentraţia necunocută se determină pe baza relaţiei cn= , ţinând cont de

poziţia zero stabilită iniţial.

Având în vedere că metoda de apreciere a iluminărilor este subiectivă,

posibilitatea de eroare este mai mare, şi de aceea se impun mai multe determinări pentru

fiecare soluţie. De exemplu, zero al vernierului, corespunzător soluţiei etalon, se fixează

pe diviziunile 5, 10, 15, 20 etc., şi se citesc poziţiile corespunzătoare pentru soluţia de

concentraţie necunoscută. Pentru fiecare pereche de valori se calculează un cn, iar la

urmă valoarea medie.

Tabel pentru rezultate:

Nr. soluţiei C0 (%) x0 (mm) xn(mm) Cn (%) Cn medie (%)

54

13. Combaterea unor boli ce se transmit prin seminţele plantelor, folosind energia

câmpului electromagnetic

Metodele folosite pânǎ astǎzi pentru combaterea, spre exemplu, a antracnozei,

sunt metode chimice care prezintǎ dezavantajul unei eficacitǎţi parţiale; preparatele

folosite sunt fitotoxice şi greu de aplicat, constituind în acelaş timp şi surse de poluare a

solului (dupǎ cum aratǎ E. Rǎdulescu).

Se considerǎ cǎ procedeul de combatere a microorganismelor ce se transmit prin

seminţele plantelor cu ajutorul câmpului electromagnetic, se bucurǎ de o largǎ

perspectivǎ pentru generalizarea în producţia agricolǎ şi industria alimentarǎ.

Antracnoza, dupǎ cum se ştie, este o boalǎ produsǎ de o ciupercǎ fitopatogenǎ, care se

extinde foarte repede şi asupra altor generaţii ale culturii. În cazul însǎmânţǎrii

seminţelor infectate, antracnoza cauzeazǎ mari pierderi de recoltǎ şi înseminate

degradǎri ale calitǎţii seminţelor (tabel nr. 1).

Tabel nr. 1

Evoluţia antracnozei pe ani şi categorii de îmbolnǎvire

Evoluţia infecţiei pe ani şi categorii de îmbolnǎvire a

seminţelor

Frecvenţa bolii%

Germinaţia %

Greutatea absolutǎ%

Provenienţa 1969:- bolnavǎ- aparent sǎnǎtoasǎ

5,594,5

29,490,5

90,6100,0


19,380,7

29,565,5

90,3100,0


41,758,3

24,557,5

89,0100,0

Procedeu şi instalaţii pentru combaterea unor boli ce se transmit prin seminţele

plantelor

Procedeul pentru combaterea antracnozei, prevede expunerea seminţelor în trei

etape succesive într-un câmp electromagnetic alternativ, de frecvenţǎ industrialǎ, cu

55

intensitate cuprinsǎ între 4-20 kV/cm. Expunerea dureazǎ 10 secunde în fiecare etapǎ,

etapele fiind separate între ele prin intervale de repaus de 15-60 secunde.

Conform schemei principale, tratarea seminţelor se realizeazǎ între armǎturile

condensatorului 2, acoperite cu un strat izolant 5, rabatabile în jurul axei 3. Alimentarea

condensatorului se face prin orificiul 4 al buncǎrului 1, cu posibilitǎţi de reglare a

debitului şarjei de seminţe. Terminarea încǎrcǎturii şarjei este sesizatǎ de cǎtre

microîntrerupǎtorul 7, care comandǎ, prin intermediul unui bloc 8, aplicarea tensiunii la

bornele condensatorului şi pornirea unui releu temporizat 9, care va comanda programul

ciclului de tratare iar în final, deconectarea circuitului de alimentare, rabatarea armǎturii

inferioare a condensatorului 6, în vederea descǎrcǎrii şarjei în al doilea buncǎr 10.

Transformatorul de tensiune 11, este alimentat de la blocul de reglaj al tensiunii 12;

instalaţia fiind prevǎzutǎ şi cu un bloc de protecţie 13, pentru asigurarea funcţionǎrii în

regim de securitate tehnicǎ (fig. 27).

56

Rezultatele experimentale privind influenţa câmpului electromagnetic în

combaterea unor boli şi creşterea producţiei plantelor

Experienţele realizate la Staţiunea de Cercetǎri Agricole Turda, s-au folosit

seminţe de fasole din soiul F 416, intens infestate cu agentul Colletotrichum

lindemuthianum.

Evoluţia ciupercilor patogene de pe seminţe, s-au urmǎrit în camere speciale, la

temperaturi optime. Germinaţia s-a efectuat în vase de germinaţie, iar masa plantelor a

fost determinatǎ la 10 zile de la punerea seminţelor la germinat.

Producţia s-a urmǎrit în parcele experimentale de 5 m2, în trei repetiţii, producţia

biologicǎ s-a stabilit la câte 100 plante pentru fiecare variantǎ.

Efectul de combatere cu ajutorul câmpului electromagnetic, a microflorei

parazite şi saprofite existente pe suprafaţa seminţelor de fasole este prezentatǎ în tabelul

nr. 2.

Tabel nr. 2

Efectul de combatere a microflorei parazite şi saprofite

prin câmp electromagnetic

Nr. crt.

Varianta EkV/cm

Prezenţa ciupercilor pe seminţe în procesul germinaţiei

Colle-totri-chumatra-

menta-rium

Fusa-riumsp.

Alter-Naria

Sp.

Penici-Llium

Sp.

Aspergi-LiusSp.

Mucormudedo

1 F. 416netratat

0 xxx x xx xxx xxx xxx

2 F. 416tratat I

4 x u 0 u u 0

3 F. 416tratat II

8 x u u 0 0 0

4 F. 416tratat III

12 x u 0 0 0 0

5 F. 416tratat IV

16 x u 0 0 0 0

Semnificaţia: 0 – lipsǎ; u – urme; x – prezenţǎ sporadicǎ; xx – prezenţǎ mijlocie; xxx – prezenţǎ maximǎ

57

Influenţa câmpului electromagnetic asupra proceselor biologice şi producţiei în

cazul tratǎrii seminţelor din soiul F 416 dupǎ cum se şi observǎ în tabelul ce urmeazǎ,

se manifestǎ prin creşterea energiei germinative, la seminţele infectate şi tratate, de

peste 10 ori, a masei embrionilor de 3,6 – 4,7 ori şi a masei radiculare între 2,1 – 2,5 ori

faţǎ de probele netratate (tabelul nr. 3).

Tabelul nr. 3

Influenţa câmpului electromagnetic asupra proceselor biologice

şi a producţiei

Nr. crt.

Varianta(felul seminţelor)

EkV/cm

Energiagermina-

tivǎ %

Masa la 10 zile degerminaţie

Producţia de boabecu umiditatea de

14,5 %Radicele

%Embri-oni %

% Semnifi-caţie

1 F. 416netratat

0 8,1 100,0 100,0 100,0 -

2 F. 416tratat I

4 90,0 390,0 214,0 131,5 xxx

3 F. 416tratat II

8 92,0 419,3 211,4 147,9 xxx

4 F. 416tratat III

12 81,0 361,4 220,1 179,4 xxx

5 F. 416tratat IV

16 90,0 472,3 242,6 163,0 xxx

În toate cazurile de tratare a seminţelor bolnave, s-au obţinut sporuri de

producţie, cuprinsǎ între 130 – 179,4 %.

Aceastǎ metodǎ originalǎ, brevetatǎ în România, de tratare în câmpul

electromagnetic a unor boli ale seminţelor, prezintǎ o eficacitate însemnatǎ în

distrugerea ciupercilor parazite şi saprofite; eficienţǎ economicǎ ridicatǎ. De asemenea,

se înlǎturǎ dezavantajul acţiunii fitotoxice a fungicidelor, poluarea chimicǎ a seminţelor

şi solului prin metodele clasice de tratare şi imprimǎ în aceleaşi timp seminţelor un ritm

mai accelerat de creştere, atât a masei vegetative a plantelor, cât şi a producţiei de

boabe pe unitatea de suprafaţǎ.

58

Instalaţie de laborator pentru tratarea electromagneticǎ a

mediilor lichide şi a seminţelor

Instalaţia de laborator

Din prezentǎrile anterioare s-a ajuns la concluzia cǎ tratarea în câmpul

electromagnetic este o funcţie de doi parametrii şi anume: intensitatea câmpului electric

(E) cu un domeniu de variaţie între 2-30 kV/cm şi timpul de menţinere (T) în câmp a

masei de seminţe între 10-60 secunde.

Schema bloc a unei astfel de instalaţii, cu largi posibilitǎţi de reglare a

parametriilor tratǎrii electromagnetice a mediilor biologice, este prezentatǎ în fig. 28.

Tratarea seminţelor, îngrǎşǎmintelor, apei şi a soluţiilor apoase s-a realizat într-o

instalaţie de laborator, a cǎrei shemǎ electricǎ este prezentatǎ în fig. 29.

59

Dupǎ cum se observǎ, schema oferǎ posibilitatea unui reglaj fin al tensiunii de

alimentare la bornele condensatorului C, ce formeazǎ celula de tratare, prin intermediul

a douǎ autotransformatoare de tip ATR 8. Transformatorul T, ridicǎtor de tensiune,

100/35.000 V, rezistenţa R, 1000 Ω, releu de current RC, sunt elemente ale schemei ce

se comandǎ de la distanţǎ prin butoanele BP şi BO. În schemǎ sunt conectate aparate de

mǎsurǎ pentru stabilirea principalilor parametrii electrici ai tratǎrii.

Condensatorul în care se realizeazǎ tratarea, are armǎturi circulare aşezate într-un

plan orizontal, acoperite de un strat dielectric subţire. Armǎturile pot fi rabatabile pentru

a uşura încǎrcarea şi descǎrcarea seminţelor sau a altor materiale ce se trateazǎ, cu

posibilitǎţi de a regla distanţele între ele, funcţie de intensitatea câmpului electric

necesar. Pentru a asigura o tratare în flux continuu a seminţelor, condensatorul poate fi

cuplat la o bandǎ transportoare, în care armǎtura inferioarǎ sǎ fie chiar banda (izolatǎ la

suprafaţǎ), iar cea superioarǎ va fi amplasatǎ deasupra benzii la o anumitǎ distanţǎ “d”.

Cunoscând timpul de menţinere sub influenţa câmpului electromagnetic a mediului ce

se trateazǎ, lungimea armǎturii superioare a consensatorului, se poate determina uşor

viteza de deplasare a benzii transportoare.

Tipuri de condensatoare sau celule de tratare

În experimentǎri, s-au folosit diferite tipuri de condensatoare, sau aşa zise celule

de tratare, urmǎrindu-se stabilirea formei şi a materialelor mai potrivite. Pentru tratarea

apei şi a soluţiilor apoase, s-au folosit celule de tratare de tipul PETRY (figura 30),

60

confecţionate din sticlǎ. Pentru eliminarea posibilitǎţii migrǎrii ionilor din peretele

sticlei, s-au recurs la celulele confecţionate din masǎ plasticǎ, polietilenǎ, teflon.

Experienţele au arǎtat faptul cǎ parametrii mediilor tratate în celulele de tipul

celor prezentate în figura 30a, nu respectǎ o legitate în schimbarea lor, funcţie de

intensitatea câmpului şi de timpul de acţiune al acestuia. În cazul tratǎrii în celule de

tipul celor din figura 30b care oferǎ posibilitatea unei deplasǎri naturale sau forţate de

aer deasupra suprafeţei lichidului, parametrii, etc., ai apei sau altor soluţii apoase, sunt

fucţii asemǎnǎtoare funcţiilor de tipul ionizare.

Tratarea seminţelor s-a fǎcut numai în celule ecranate, de tipul deschis, cu

circulaţie naturalǎ şi forţatǎ de aer. În procesul simulǎrii tratǎrii seminţelor, distanţa

dintre armǎturile izolate ale celulei de tratare “d” afost datǎ de grosimea stratului de

seminţe (fig. 31); celula a fost plasatǎ într-un suport special cu posibilitǎti de alimentare

în înaltǎ tensiune a bornelor sale.

61

14.Determinarea unor mărimi mpleculare din măsurători ai parametrilor de

propagare a ultrasunetelor în lichide

Faza lichidă ocupă o poziţie intermediară între faza gazoasă şi faza cristalină,

fiind o stare de agregare de tranziţie, cuprinsă – din punct de vedere sructural – între

dezordinea completă în distribuţia particulelor caracteristică gazelor şi ordonarea lor

riguroasă, întâlnită în cristale. Pentru starea lichidă nu există un model care să poată sta

la baza construirii unei teorii moleculare riguroase, astfel încât diferitele direcţii de

investigare experimentală sunt egal de importante, permiţând confirmarea unui anumit

model structural particular. Mijloacele clasice de cercetare a structurii moleculare a

lichidelor s-au completat cu tehnici noi, între care un loc important îl ocupă studiile de

propagare a câmpului ultrasonic în mediul lichid.

Viteza ultrasunetului în lichide

Propagarea ultrasunetelor într-un mediu oarecare este determinată de

particularităţile fizico-chimice ale mediului respectiv şi ca urmare, măsurătorile acustice

pot aduce o constricuţie substanţială la studiul proprietăţilor substanţei, supuse acestor

radiaţii. Interacţiunea dintre câmpul ultrasonic şi mediul de propagare duce la

modularea fasciculului ultrasonic conform proprietăţilor mediului, traduse prin mărimi

caracteristice câmpului, ca viteza de propagare sau coeficientul de absorbţie. Din

62

studiul variaţiei acestora în diferite condiţii fizice se pot trage concluzii cu privire la

natura forţelor intermoleculare, a structurii mediului etc.

Mărimea vitezei de propagare a undelor ultrasonice şi caracterul dependenţei

acesteia de diferiţi parametri fizici ca temperatura, presiunea sau concentraţia, sunt

determinate de structura moleculară a mediului. Deocamdată nu există o teorie

riguroasă care să permită obţinerea unei astfel de legături, datele experimentale fiind

utilizate pentru verificarea concluziilor obţinute din studiul proprietăţilor modelelor

structurale alese. Acest fapt explică şi utilizarea largă a relaţiilor empirice şi

semiempirice care încearcă stabilirea unor legături formale între diferite mărimi

caracteristice mediului şi viteza ultrasunetului.

Considerând propagarea undelor ultrasonore într-un mediu elastic ca un proces

adiabatic se găseşte relaţia de definire a vitezei ultrasunetului:

(p = presiunea externă; = densitate; S = entropie).

Ţinând seama de definiţia compresibilităţii adiabatice ca:

(V=volum) se poate stabili legătura între viteza ultrasunetului şi compresibilitatea

adiabatică.

Deoarece compresibilitatea izotermă şi cea adiabatică sunt legate prin relaţia:

(Cp, Cv = călduri specifice la presiune, respectiv volum constant),

rezultă:

şi

63

Cunoscând valoarea compresibilităţii, se pot calcula:

( = coeficient de dilatare; T = temperatura absolută).

Măsurătorile de viteză a ultrasunetului permit, în consecinţă, determinarea prin

metode acustice a unor măsirmi ca , iz sau Cv, de mare importanţă în fizica

moleculară şi greu accesibile experimental şi comparea lor cu valorile obţinute prin

calcule teoretice termodinamice.

În afară de acestea, se pot stabili relaţii empirice între viteza ultrasunetului şi alţi

parametri macroscopici sau de structură ai lichidului, ca: vâscozitatea, tensiunea

superficială, energia internă, dimensiuni moleculare, liber parcurs etc.

Studiul propagării ultrasunetelor într-un mediu lichid a condus la stabilirea unor

reguli empirice calitative, utile în aplicaţiile practice, care evidenţiază dependenţa

vitezei ultrasunetelor de detaliile structurii moleculare a lichidelor ca: intensitatea

interacţiunilor moleculare, masa moleculelor, numerele de coordinaţie etc. Schimbarea

structurii chimice a lichidului influenţează asupra vitezei prin intermediul

compresibilităţii, care depinde direct de forţele intermoleculare şi distanţele dintre

particule. Astfel, anumite particularităţi de structură care modifică interacţiunile din

lichid, ca de exemplu desfacerea legăturilor de hidrogen sau hidratarea ionilor –

micşorează compresibilitatea, mărind în mod corespunzător viteza. În acelaşi sens,

influenţează asupra acestor mărimi înlocuirea unor legături intermoleculare prin legături

intramoleculare, ca în cazul polimerizării. Dimpotrivă, introducerea în moleculă a

atomilor grei duce, în general, la creşterea vitezei ultrasunetului, datorită creşterii

densităţii (numai dacă simultan nu cresc şi forţele de interacţiune). Deoarece în aceste

reguli se pun în evidenţă trăsăturile caracteristice de structură şi interacţiune

moleculară, ele sunt foarte folositoare în discutarea calitativă a datelor experimentale

despre viteza de propagare a undelor ultrasonice.

64

Din cele arătate până acum rezultă că viteza ultrasunetului într-un lichid scade cu

creşterea temperaturii. Rezultatele experimentale arată că viteza sunetului scade

aproximativ liniar, până aproape de temperatura critică, în toate lichidele cu excepţia

apei, a amestecurilor şi soluţiilor apoase.

Între lichidele pure apa ocupă un loc deosebit, prin anomaliile pe care le prezintă

unele din proprietăţile sale fizice. Această comportare specială este determinată de

particularităţile de structură care rezultă din construcţia aparte a moleculei H2O.

Esenţial este faptul că molecula de apă prezintă proprietăţi polare foarte accentuate care

permit formarea de legături direcţionale – legăturile de hidrogen.

Ca urmare, apa se prezintă ca un amestec de molecule aflate în două stări, cu

diferite valori ale numărului de coordinaţie. Prima stare – numită specia moleculară

afânată sau „cluster” (ciorchine), cu o structură asemănătoare gheţii, se caracterizează

printr-un volum molar mare şi un potenţial termodinamic mic, molecula de apă fiind

într-o coordonare tetraedrică. Starea a doua – specia densă, este caracterizată de un

volum molar mic şi un potenţial termodinamic mare, moleculele de apă aparţinând unei

structuri strâns împachetate (specia densă poate fi proivită şi ca fiind formată din

molecule de apă independente – monomeri – fără legături de hidrogen). Trecerea dintr-

o structură în alta cere învingerea unei bariere de potenţial, însoţită de ruperea unui

număr de legături de hidrogen.

La dizolvarea diferitelor substanţe în apă se modifică echilibrul existent iniţial,

substanţa solvită influenţând, în general, structura solventului. În jurul unei particule

dizolvate, moleculele de apă se restructurează şi ia naştere o configuraţie spaţială

specifică, mai evidentă în apropierea particulei respective şi care, pe măsura îndepărtării

de ea, revine treptat la structura apei libere. Noua structură diferă de structura

preexistentă – dublă a apei, cu care se găseşte în echilibru termodinamic. În cazul

soluţiilor apoase de electroliţi, câmpul electrostatic puternic al ionilor produce o

orientare a dipolilor apei, formând sferele de hidratare în jurul fiecărui ion, prin

stabilirea legăturilor puternice de interacţiune ion-dipol.

În apă, dependenţa vitezei ultrasunetului de temperatură este parabolică şi poate

fi bine aproximată prin relaţia empirică a lui Willard:

65

Unde v reprezintă viteza ultrasunetului la temperatura t, iar vm = 1555,5 m/s este

valoarea maximă a vitezei în apă la presiunea normală, atinsă la temperatura tm=74°C.

La temperaturi mai mari de 74°C coeficientul de temperatură al vitezei ultrasunetului în

apă devine negativ, ca şi în cazul celorlalte lichide.

În soluţiile apoase de electroliţi în general viteza ultrasunetului este mai mare

decât în apă şi creşte odată cu creşterea concentraţiei la toate temperaturile, pentru

concentraţii mari alura curbelor fiind liniară.

Compresibilitatea apei şi a soluţiilor apoase

Studiind compresibilitatea apei s-a pus în evidenţă un minim la temperatura de

64°C explicat prin schimbările de structură ce au loc în acest lichid complex. Din punct

de vedere structural, creşterea temperaturii deplasează echilibrul existent în apă în

direcţia structurii compacte, fapt evidenţiat prin scăderea iniţială a compresibilităţii

până la un minim, urmat de creşterea ei în continuare.

În soluţiile apoase de electroliţi, comportarea compresibilităţii este determinată

de variaţia acestei mărimi în apă în funcţie de temperatură. Astfel, la variaţii de

temperatură se evidenţiază minimum compresibilităţii, care se deplasează spre

temperaturi mai mici la creşterea concentraţiei, ca urmare a proceselor complexe care

au loc în aceste soluţii.

La temperatură constantă, în toate soluţiile electrolitice compresibilitatea

adiabatică este mai mică decât în apă şi scade cu concentraţia, urmând aproximativ

relaţia:

o = compresibilitatea adiabatică a apei;

C = concentraţia molară a soluţiei;

A, B = constante caracteristice electrolitului.

66

În soluţiile electrolitice, sub influenţa câmpului electrostatic al fiecărui ion, în

mediul înconjurător este indus un moment electric, astfel încâzt ia naştere o forţă

ponderomotoare sub acţiunea căreia solventul se deformează comprimându-se.

Scăderea compresibilităţii soluţiilor electrolitice se explică prin formarea de

domenii puternic comprimate, aflate sub presiune atât de mare, încât compresibilitatea

lor e aproape nulă. Pe această reprezentare a domeniilor practic incompresibile existente

în jurul fiecărui ion se bazează o serie de metode acustice de studiu a hidratării

soluţiilor. Conform acestui model numărul de hidratare, adică numărul de molecule de

apă legate de o moleculă de electrolit, este dat de relaţia:

(M, , = masa moleculară a substanţei solvite, densitatea şi compresibilitatea

adiabatică a soluţiei);

Mo, ro, b0 = aceleaşi mărimi pentru solventul pur; C = concentraţia exprimată în

grame sare/cm3 soluţie).

Viteza moleculară a sunetului: asocierea relativă

Plecând direct de la datele experimentale, Rao găseşte că raportul dintre

coeficientul de temperatură al vitezei ultrasunetului şi acelaşi coeficient al volumul

molar are o valoare constantă pentru toate lichidele normale:

Ca urmare, produsul dintre volumul molar şi rădăcina cubică a vitezei, mărime

numită viteza moleculară a sunetului, este independentă de temperatură pentru aceste

lichide, fiind în funcţie numai de compoziţia lor chimică.

67

Expresia a primit denumirea de regula lui Rao şi justeţea ei a fost confirmată pe

un foarte vast material experimental.

În lichidele asociate valoarea vitezei moleculare a sunetului variază cu

temperatura, deci aceste lichide nu se conformează regulei lui Rao. În cazul lichidelor,

amestecurilor şi soluţiilor care se abat de la regula empirică a lui Rao, mărimea

abaterilor ar putea fi o măsură a asocierilor moleculare existente în lichid. Astfel, s-a

propus ca măsură a asocierii relative raportul:

care permite analizarea variaţiilor mărimii Rrel la schimbarea temperaturii, faţă de

situaţia existentă la o temperatură de referinţă (de ex.: 0°C). În urma unui astfel de

calcul s-a găsit că asocierea apei la 100°C este mai mică cu 7,2% în comparaţie cu

asocierea la 0°C. Cercetarea aceluiaşi fenomen prin studiul spectrelor de difuzie

combinată indică o modificare a asocierii cu 13,2%. Se presupune că această diferenţă

se datorează faptului că prin metodele acustice se pun în evidenţă agregate cu o durată

de existenţă mai mare de 10-6 sec, pe când prin metode spectroscopice se determină

agregate cu un timp de existenţă de 10-14 sec. Cercetarea simultană spectroscopică şi

acustică va permite punerea în evidenţă a repartiţiei agregatelor moleculare după durata

de existenţă.

În amestecuri şi soluţii se poate studia modificarea asocierii relative faţă de un

component sau faţă de solventul pur, punându-se în evidenţă formarea unor complecşi

moleculari sau efectul solvatării ionilor de electrolit.


Viteza de propagare a ultrasunetului poate fi determinată experimental printr-o

serie de metode, cele mai frecvent utilizate fiind metodele optice şi metodele

interferometrice.

Instalaţia optică de direcţie a luminii pe un fascicol ultrasonic perpendicular

Propagarea unei unde ultrasonice într-un mediu lichid determină o variaţie

periodică a densităţii şi indicelui de refracţie a lichidului de-a lungul direcţiei de

68

propagare, ceea ce constituie, pentru un fascicul luminos perpendicular, o reţea de

difracţie cu constanta egală cu lungimea de undă a ultrasunetului.

Aparatura necesară măsurării vitezei ultrasunetului prin această metodă cuprinde

două părţi principale: instalaţia optică şi generatorul de ultrasunete. Schema de

principiu a unei astfel de instalaţii e dată de figura 1.

Fig.1. Instalaţia optică şi generatorul de ultrasunete

O sursă S de lumină monocromatică cu lungimea de undă , luminează fanta Fo

prin intermediul unui condensator K. Lentila L1 trimite pe cuva cu lichid un fascicul

paralel, perpendicular pe fasciculul ultrasonor emis de cuarţul Q. Lentila L2 permite

obţinerea imaginii fantei Fo pe ecranul E în absenţa câmpului ultrasonic; la excitarea

cuarţului Q, pe ecranul E, de o parte şi de alta a imaginii centrale a fantei Fo apar

imaginile de difracţie corespunzătoare.

Conform legii de difracţie:

= lungimea de undă a ultrasunetului;

k = unghiul de difracţie al spectrului de ordin k.

Pentru unghiuri foarte mici se poate considera:

F – este distanţa focală a lentilei L2; dk – distanţa maximului de ordin k faţă de linia

centrală.

Măsurând dk şi F şi ţinând seama că: v = , viteza sunetului este dată de relaţia:

frecvenţa ultrasunetului

69

Deoarece produsul F = K este o constantă a instalaţiei experimentale utilizate,

viteza se poate calcula din relaţia simplificată în urma etalonării instalaţiei:

unde d = distanţa dintre două maxime succesive de difracţie.

Procedeul experimental Se prepară substanţele de lucru.

Se verifică punerea la punct a instalaţiei optice.

Se măsoară frecvenţa câmpului ultrasonic.

Se introduce filmul în aparatul de fotografiat.

Se umple cuva cu una din substanţele de lucru şi se verifică din nou punerea la

punct a instalaţiei optice în absenţa şi în prezenţa câmpului ultrasonor.

Se fotografiază spectrul de difracţie pentru fiecare substanţă la diferite

temperaturi, în intervalul 15°-45°C.

La schimbarea substanţelor de lucru se pală cuva şi se verifică starea foiţei de

celofan (necesară pentru transmisia fascicolului ultrasonic din baia de ulei la

substanţa de lucru).

Se developează, se fixează şi se spală filmul conform indicaţiilor anexate.

După uscarea filmului se trece la citirea distanţelor între maximele de difracţie,

la un spectrofotometru Zeiss, pentru fiecare fotografie, citirile efectuându-se în ambele

sensuri ale deplasării măsuţei.

Cu media valorilor „d” obţinute pentru fiecare temperatură se calculează

valoarea vitezei de propagare a ultrasunetului cu ajutorul relaţiei.

Se reprezintă grafic, pentru fiecare substanţă, variaţia vitezei în funcţie de

temperatură.

Se calculează grafic coeficientul de temperatură al vitezei.

Se explică alura curbelor experimentale obţinute în funcţie de proprietăţile

structurale ale lichidelor studiate.

Densitatea lichidelor se măsoară prin metoda picnometrică.

70

Se calculează compresibilitatea adiabatică a lichidelor studiate, folosind relaţia şi

se reprezintă grafic curbele = (t).

Se calculează viteza moleculară a sunetului cu ajutorul relaţiei şi se reprezintă

grafic valorile obţinute în funcţie de temperatură.

Se calculează asociaţia relativă.

Se dă o interpretare a rezultatelor obţinute.

Detalii experimentaleDistanţa focală a lunetei: F = 171,77 cm.

Lungimea de undă a luminii: = 589,3 nm.

Se lucrează cu filme ORWO, având sensibilitatea de 15 sau de 20 DIN.

Soluţiile pentru developarea filmelor:

Revelator (Kodak KD 76):

Metol 2 g

Sulfit de Na 100 g

Hidrochinonă 5 g

Borax 8 g

Acid boric 8 g

Apă până la 1000 cm3.

Timp de developare: 14 minute.

Timp de fixare: 10 minute

Fixator:

Apă distilată 750 ml

Tiosulfat de Na 200 g

Metabisulfit de K 20 g

Apă până la 1000 cm3.

Filmul se spală în apă de la robinet, timp de 10 minute.

Se lucrează cu următoarele substanţe: apă distilată, alcool etilic, soluţiile apoase

de LiJ şi KBr (concentraţii diferite), amestec alcool etilic-apă.

71

Timpul de expunere pentru fotografiere este între 7-12 sec pentru film 20 DIN şi

12-15 sec pentru film de 15 DIN.

Observaţii:

1. Pornirea generatorului: se face legătura la reţea; se deschide butonul „Reţea” al

generatorului; se aşteaptă câteva minute pentru încălzire; se cuplează circuitul

cuarţului piezoelectric; (butonul Start).

2. Este necesară a deosebită grijă la manevrarea cuvei, pentru ca, sub nici un motiv, să

nu ajungă lichid de studiat în baia de ulei în care e cufndat cuarţul; dacă totuşi

aceasta s-a întâmplat, cuarţul trebuie decuplat imediat şi trebuie anunţat personalul

din laborator, care va lua măsurile necesare. Altfel, este pericol de scurtcircuitare,

de străpungere şi spargere a cuarţului.

Interferometrul ultrasonic

În principiu, interferometrul ultrasonic cuprinde două suprafeţe plane paralele şi

reflectante, dintre care una este şi emiţătorul de unde ultrasonore; între ele se găseşte

cloana de lichid ce se examinează şi în interiorul căreia se stabileşte un sistem de unde

staţionare.

Fig.2. Schema interferometrului.

Instalaţia experimentală cuprinde două părţi: generatorul de înaltă frecvenţă G şi

vasul interferometrului (cuva) C cu ansamblul mecanic (fig.2.).

Faţa interioară a emiţătorului piezoelectric E constituie una din suprafeţele

reflectante, iar a doua este constituită dintr-un reflector solid R. Prin deplasarea acestuia 72

în raport cu emiţătorul ultrasonic cu ajutorul unui şurub micrometric M se variază

distanţa dintre cele două suprafeţe reflectante, deci şi înălţimea coloanei de lichid, care

poate fi măsurată cu precizie.

Funcţionarea interferometrului se bazează pe reacţia pe care coloana de lichid, în

care au fost stabilite unde staţionare, o exercită asupra plăcii emiţătoare, favoprizând

sau împiedicând vibraţia acesteia. Pe reflector se produc reflexii multiple şi, pentru

anumite poziţii ale acestuia, adică pentru anumite înălţimi ale coloanei de lichid, toate

undele reflectate ajung în fază pe suprafaşa cristalului. Într-un asemenea caz, reacţia

coloanei de lichid asupra emiţătorului atinge un maxim şi, în consecinţă, amplitudinea

cu care vibrează placa emiţătoare trece printr-un minim; ca urmare curentul din circuitul

de alimentare a emiţătorului atinge un maxim. Deci, în această situaţie în coloana de

lichid se stabilesc unde staţionare având modul la suprafaţa cristalului emiţător, astfel

că:

(l = înălţimea coloanei de lichid sau distanţa dintre suprafeţele reflectoare; = lungimea

de undă a ultrasunetului; n = număr întreg.

Variaţia curentului în circuitul electric al emiţătorului se pune în evidenţă cu un

aparat indicator corespunzător (miliampermetru, galvanometru). Curentul devine minim

în cazul când suprafaţa emiţătorului este un ventru (antinod) şi în acest caz:

Deplasând reflectorul cu ajutorul şurubului micrometric se poate măsura cu

precizie distanţa între două maxime succesive ale curentului, egală cu şi, cunoscând

frecvenţa a oscilatorului se poate calcula viteza ultrasunetului în lichidul considerat.

Pentru mărirea preciziei determinărilor se măsoară deplasarea L corespunzătoare unui

număr n suficient de mare de maxime ale curentului. Viteza ultrasunetului este dată de

relaţia:

73

Procedeul experimental

Se prepară substanţele de lucru.

Se introduc, pe rând, substanţele de lucru în cuva interferometrului şi se măsoară

de câteva ori distanţa L şi numărul n de maxime ale curentului, pentru fiecare lichid.

Cu ajutorul relaţiei se calculează valoarea vitezei de propagare a ultrasunetului.

Se explică alura curbelor experimentale obţinute, în funcţie de proprietăţile

structurale ale lichidelor studiate.

Densitatea lichidelor se măsoară picnometric.

Se calculează compresibilitatea adiabatică a lichidelor studiate şi se reprezintă

grafic rezultatele obţinute în funcţie de concentraţia componenţilor.

Se determină valorile numerelor de hidratare ale moleculelor sărurilor dizolvate.

15.Studiul sistemului dispers lichid-lichid

Introducere

Sistemul eterogen format din două faze nemiscibile, dintre care una este

dispersată sub formnă de particule în cealaltă, formează o emulsie. Mărimea

particulelor dispersate este cuprinsă între 0,1 şi 50 .

Faza dispersată se numeşte fază internă sau dispersă, iar faza în care sunt

dispersate particulele se numeşte fază externă sau continuă.

În general, una din fazele emulsiei este apa, iar cealaltă un lichid insolubil în apă,

numit fază ulei; în realitate această denumire se atribuie fazei insolubile în apă

indiferent de constituţia sa chimică, oricărei substanţe hidrofobe ca: acizi graşi, uleiuri,

grăsimi, parafine etc.

Din două lichide, ulei (U) şi apă (A) se pot forma două tipuri de emulsii primare

şi anume: emulsii de ulei în apă (directă), U/A şi emulsii de apă în uleu (inversă), A/U.

Pe lângă acestea se mai pot forma prin dispersarea unei emulsii primare în ulei sau în

apă emulsii secundare, de tipul UA/U sau AU/A şi în mod corespunzător, mai pot să

existe şi emulsii complexe, terţiare, obţinute prin dispersarea emulsiilor secundare în

apă, respectiv în ulei, de tipul (UA/U) A sau (AU/A)U (fig. 1).

74

Figura 1

Tipul emulsiei formate depinde de natura componenţilor, a emulgatorului, de

proporţia componenţilor, de modul de emulsionare etc.

Proprietăţile emulsiilor

a) Stabilitatea

Proprietatea fundamentală a emulsiilor, esenţială din punct de vedere aplicativ, este

gradul de stabilitate.

Pentru procesul emulsionării, natura interferenţelor dintre cele două lichide în

contact prezintă o importanţă deosebită. Moleculele celor două lichide în contact se

orientează unele către celelalte. Această orientare corespunde realizării unei stări

caracterizată prin valoarea minimă a energiei libere interfaciale.

Pe de altă parte, prin procesul emulsionării se măreşte în mod apreciabil

suprafaţa de separare, S, între cele două lichide, rezultând o creştere corespunzătoare a

energiei libere interfaciale:

unde – reprezintă tensiunea interfacială. Starea creată este termodinamic instabilă.

Evoluţia sistemului spre schilibru necesită scăderea energiei libere, ceea ce realizează în

timp prin scăderea suprafeţei de separare a celor două faze ca urmare a coalescenţei

particulelor, proces care poate conduce în final la separarea lichidelor. Pentru asigurarea

stabilităţii emulsiilor energia liberă interfacială trebuie menţinută la o valoare scăzută în

condiţiile unei suprafeţe de separaţie mult mărite, prin micşorarea tensiunii interfaciale

cu ajutorul substanţelor tensioactive (emulgatori). Emulgatorii se adsorb la interfaţă 75

orientându-se cu partea polară spre faza apoasă şi cu partea nepolară spre faza-ulei. Ia

naştere astfel o peliculă protectoare în jurul particulelor, ceea ce împiedică coalescenţa

ce s-ar produce în urma ciocnirilor.

b) Gradul de dispersie

Proprietăţile unei emulsii depind în afară de natura fazelor componente şi de gradul de

dispersie, , definit prin:

în care reprezintă diametrul particulei.

Cu cât numărul particulelor mici este mai mare şi cu cât distribuţia de

dimensiuni a particulelor are un caracter mai monodispers dacă celelalte condiţii rămân

constante, cu atât stabilitatea emulsiei îşi pierde caracterul monodispers, şi poate apare

o creştere a ponderii particulelor mai mari, cu consecinţe nefavorabile asupra stabilităţii

emulsiei.

Starea dispersă a unui sistem heterogen poate fi redată prin numărul total (N),

suprafaţa totală (S) sau volumul total (V) al particulelor care au diametrele mai mici

decât o valoare dată d. Curba obţinută în urma unei astfel de reprezentări se numeşte

curbă integrală de distribuţie.

Gradul de uniformitate a dimensiunilor acestor particule poate fi observat mai

bine într-o curbă de distribuţie diferenţială care se obţine dacă reprezentăm: ,

sau în funcţie de „d”.

Se consideră în general că, mărimea care defineşte cel mai bine o emulsie este

suprafaţa ei specifică, adică suprafaţa totală a particulelor pe unitatea de volum de fază

dispersată. Pentru particule sferice ea poate fi calculată pe baza relaţiei:

în care d – reprezintă diametrul mediu al particulelor. Această mărime constituie o

măsură directă a lucrului efectuat pentru crearea emulsiei.

c) Concentraţia76

Concentraţia fazei disperse sau fracţia de volum a fazei interne reprezintă raportul

procentual al volumului tuturor particulelor faţă de volumul total al emulsiei. Din acest

punct de vedere există emulsii diluate (4-5%) şi emulsii concentrate, (până la 74%),

acestea din urmă realizându-se numai în condiţiile prezenţei emulgatorului care conferă

stabilitatea sistemului.

d) Vâscozitate

Vâscozitatea emulsiilor este unul din factorii care condiţionează stabilitatea emulsiei.

Comparativ cu noţiunea de vâscozitate definită la soluţii, vâscozitatea unei emulsii este

un fenomen mult mai complex. Majoritatea emulsiilor, exceţie făcând numai emulsiile

diluate, nu se comportă ca lichidele newtoniene de forfecare. Peste o anumită

concentraţie a fazei disperse, emulsiile se comportă ca fluidele pseudoplastice.

Vâscozitatea unei emulsii este dependentă de o serie de factori ca: fracţia de

volum, vâscozitatea, mărimea, distribuţia de dimensiuni şi natura chimică a particulelor

fazei interne, compoziţia chimică, polaritatea fazei externe, precum şi de natură

chimică, concentraţia, solubilitatea, pH-ul emulgatorului, temperatura şi altele.

e) Proprietăţi optice şi electrice

Încercările teoretice de a găsi dependenţa dintre puterea de dispersie optică a unei

emulsii şi dimensiunea particulelor, indicii de refracţie ai fazei interne respectiv ai fazei

externe şi lungimea de undă a luminii utilizată, nu au condus la stabilirea unei teorii

satisfăcătoare.

Emulsiile sunt opace în general. Opacitatea şi culoarea emulsiei sunt dependente

de factori ca: indicii de refracţie şi puterile dispersante ale fazelor componente,

concentraţia şi dimensiunile particulelor fazei interne, culoarea fazelor componente.

Conductibilitatea electrică a unei emulsii este determinată în general de tipul

emulsiei. Cele de tip U/A au o conductibilitate mare. În cazul lor, conductibilitatea

emulsiei (K) poate fi legată de conductibilităţile specifice ale fazei externe (K1) şi ale

celei interne (K2), prin relaţia:

unde reprezintă concentraţia de volum a fazei interne.

77

f) Forme de instabilitate

O emulsie stabilă ar trebui să-şi menţină nemodificată starea iniţială cu privire la

numărul de particule, distribuţia lor de dimensiuni, concentraţia etc. Acest lucru nu este

posibil în practică, deoarece după un interval de timp oarecare apar fenomenele de

nestabilitate. Emulsiile pot manifesta instabilitatea în trei moduri: prin ecranare,

inversare şi prin rupere (dezemulsionare).

Ecranarea reprezintă separarea în două emulsii dintre care una este mult mai

bogată decât cealaltă în particule dispersate. Fenomenul este reversibil şi emulsia

originală poate fi restabilită prin agitare.

Inversarea fazelor este acea formă de nestabilitate în care se schimbă tipul de

emulsie, din tipul U/A în A/U sau invers. Dezemulsionarea sau ruperea emulsiei

reprezintă fenomenul de separare completă a acesteia în cele două faze constituente.

Procesul se produce în două etape: 1) flocularea, 2) coalescenţa. Flocularea este stadiul

în care particulele fazei disperse formează agregate în care acestea îşi mai păstrează

identitatea, flocularea fiind în general un proces reversibil. Coalescenţa reprezintă

stadiul următor în care agregatele se adună şi se contopesc în masă până la separarea

completă a fazelor. Acest proces este ireversibil.

Emulsionarea ultrasonică

Printre numeroasele tehnici de emulsionare se înscrie şi metoda ultrasonică,

utilizată în diferite procese industriale pentru realizarea unor emulsii de calitate

superioară.

Mecanismul de emulsionare al ultrasunetelor se explică prin intermediul

fenomenului de cavitaţie. Prin propagarea undei în sistemul supus emulsionării, se

produce amestecarea celor două componente în urma agitaţiei mecanice, iar dacă

intensitatea ultrasunetului este suficient de mare iau naştere golurile de cavitaţie

microscopice. Acestea se produc prin ruperi locale ale lichidului în fazele de destindere

ale undei, de preferinţă în zonele de mică rezistenţă cum sunt regiunile de interfaţă.

Închiderea golului cavitaţional prin implozie este însoţită de o undă de şoc, cu

puternice efecte locale mecanice şi termice. Sub acţiunea acestora, interfaţa se

78

deformează iar lichidul este antrenat în sensul micşorării razei golului de cavitaţie,

traversând limita de separare a celor două lichide sub forma unor prelungiri care se rup

sub acţiunea forţelor de tensiune interfacială, rezultând particulele dispersate.

După unii autori, pe suprafaţa lichidului care constituie faza internă, la suprafaţa

de separare, se formează unde capilare de suprafaţă care, în cazul unei amplitudini

suficient de mari provoacă dispersarea lichidului şi formarea emulsiei. Aceste unde iau

naştere de preferinţă în vecinătatea golului de cavitaţie în faza de comprimare.

a) Parametri procesului de emulsionare

Intensitatea ultrasunetelor

Pentru începerea emulsionării, intensitatea ultrasunetelor trebuie să depăşească o

anumită valoare de prag; pentru aceiaşi componenţi iniţiali, pragul de intensitate diferă

în funcţie de tipul emulsiei, fiind considerabil mai mare (de aproximativ 1,5 W/cm2)

pentru emulsia inversă a/U decât pentru cea directă U/A (de aprox. 0,5W/cm2). Dacă

intensitatea ultrasunetelor este mai mare decât cea de a doua valoare de prag, în sistem

iau naştere ambele tipuri de emulsii.

Formarea emulsiei directe începe imediat în timp ce emulsia inversă apare numai

după ce emulsia U/A atinge o anumită concentraţie. Creşterea timpului de iradiere

conduce la obţinerea unei concentraţii limită a emulsiei, corespunzător instalării

echilibrului dintre cele două efecte opuse care au loc în câmp ultrasonic: emulsionarea

şi aglomerarea.

Geometria câmpuluiGeometria câmpului ultrasonic nu influenţează tipul emulsiei formale, deosebire

apărând numai relativ la concentraţia limită: în câmp de unde progresive aceasta atinge

valori mai mari (de aproximativ 30%) decât în regim de unde staţionare (aproximativ

10%). Tipul câmpului utilizat determină valoarea maximă a frecvenţei la care se mai

pot obţine emulsii, în câmp de unde progresive, această limită fiind mai mare decât în

regim de unde staţionare. Emulsionarea decurge mai eficace în regim de unde

progresive, în timp ce aglomerarea este favorizată de prezenţa câmpului de unde

staţionare.

79

Frecvenţa ultrasunetuluiInfluenţa factorului frecvenţă nu este complet elucidată. După unii autori,

variaţia frecvenţei afectează mai mult cantitatea decât calitatea emulsiei formate. Se

pare că frecvenţele mari (sute de KHz) favorizează dezemulsionarea pe când

frecvenţele mici (zeci de KHz) sunt avantajoase pentru emulsionare. După alţii,

frecvenţa ultrasunetelor are influenţă atât asupra posibilităţii de producere a emulsiei,

cât şi asupra timpului emulsiei formate

Natura componenţilor iniţiali

Natura componenţilor iniţiali are o influenţă hotărâtoare asupra emulsionării.

Astfel, proprietăţile fizico-chimice ale componenţilor determină în mare parte valoarea

de prag a intensităţii necesară formării fazei disperse, viteza procesului precum şi

parametrii calitativi şi cantitativi ai emulsiei obţinute. Dintre proprietăţile lichidelor, se

pare că vâscozitatea are importanţa cea mai mare; la frecvenţe mari, uleiurile de

vâscozitate mică pot da emulsii şi în absenţa emulgatorului, pe când cele vâscoase, nu.

Are importanţă şi raportul vâscozităţilor celor doi componenţi în sesnsul că o

vâscozitate mare a unuia din ei se dovedeşte a fi nefavorabilă emulsionării.

TemperaturaS-a constatat că pentru fiecare pereche de lichide există un domeniu optim de

temperatură cu privire la eficienţa procesului. În absenţa termostatării se produce o

încălzire puternică în special la substanţele vâscoase, la intensităţi şi frecvenţe mari, din

cauza absorbţiei. Emulsiile U/A prezintă o stabilitate mai mare cu privire la

temperatură, decât cele inverse, (A/U).

Pe de altă parte, datorită coeficienţilor de absorbţie diferiţi a celor două faze

lichide, acestea se încălzesc diferit în urma ultrasonării şi când diferenţa de temperatură

atinge o anumită valoare, emulsionarea încetează reîncepând numai după ce diferenţa

de temperatură a scăzut.

Faza gazoasă

Efectul fazei gazoase asupra procesului emulsionării depinde de presiunea statică

şi de natura gazului cu care sunt saturate lichidele. Astfel, în ceea ce priveşte presiunea

80

statică, există o valoare optimă, în jur de 2 atmosfere relativ la formarea emulsiei.

Prezenţa gazului în concentraţie mare defavorizează emulsionarea.

Emulgatori

Introducerea unor substanţe superficial active şi a stabilizatorilor potriviţi în

cazul emulsionării ultrasonice are, în general, acelaşi rezultat calitativ ca şi în cazul

utilizării lor în cadrul metodelor obişnuite de obţinere a emulsiilor.

Utilizarea substanţelor superficial active şi a stabilizatorilor are ca urmare scăderea

pragului de intensitate necesar pentru începerea emulsionării, iar pentru o intensitate

dată conduce la obţinerea unor emulsii de concentraţie mai mare. Pe de altă parte însă,

utilizarea lor necesită cunoaşterea comportării lor în câmp ultrasonic de mare

intensitate, deoarece sub acţiunea acestuia pot apare modificări nedorite cu privire la

unele din proprietăţile lor fizico-chimice.

b) Distribuţia de dimensiuni a fazei disperse şi dependenţa acesteia de factori

experimentali.

Distribuţia de dimensiuni a particulelor a fost cercetată în legătură cu influenţa

exercitată de factori ca: intensitatea ultrasunetelor, durata iradierii, frecvenţa câmpului

aplicat, tipul emulsiei formate, vâscozitatea lichidelor de emulsionat, emulgatorul etc.

Emulsia formată prin dispersarea ultrasonică este omogenă, cu un grad mare de

dispersie, majoritatea particulelor având dimensiuni de 0,5 m, dimensiunile

particulelor în momentul formării lor nu depind de intensitate.

Cu creşterea timpului de ultrasonare are loc o modificare a distribuţiei de

dimensiuni în sensul accentuării caracterului polidispers; fenomenul poate fi legat de

începerea coalescenţei. Creşterea în timp a diametrului mediu al particulelor este cu atât

mai pronunţată cu cât intensitatea ultrasunetelor utilizate este mai mare.

Gradul de dispersie al emulsiei în momentul formării sale este dependent de

frecvenţă, creşterea acesteia ducând la mărirea gradului de dispersie.

Emulsiile de tip U/A preparate ultrasonic au în general particule mai mici decât

cele de tip A/U.

La emulsiile de tip U/A, prezenţa emulgatorului şi creşterea concentraţiei sale au

ca urmare o micşorare a particulelor fazei disperse.

81

Procedeu experimental

Lichidele de emulsionat se introduc într-un vas de sticlă cu baza plană. Probele

de iradiat vor conţine 100 cm3 de apă şi 1 cm3 de ulei. Utilizând acelaşi vas de

ultrasonare se pot prepara mai multe emulsii în următoarele condiţii:

a) se menţin constanţi parametri câmpului ultrasonic (Generatorul piezoelectric (de

ex. 1 minut, 3 minute şi 5 minute),

b) se menţine constant timpul de ultrasonare (de ex. 2 minute) şi se variază

intensitatea ultrasunetelor prin iradiere pe diferite trepte (I, II, III) ale

generatorului piezoelectric.

c) se realizează o probă prin ultrasonarea la frecvenţa de 20 KHz cu ajutorul

generatorului magnetostrictiv NSU-164 cu acelaşi timp de ultrasonare ca la

punctul b).

Pentru emulsiile obţinute se va determina distribuţia de dimensiuni a particulelor

printr-o metodă microscopică. În acest scop, din probele obţinute se extrage cu ajutorul

unei pipete câte o picătură de emulsie care se aşază pe o placă de sticlă şi se acoperă cu

o lamelă subţire de sticlă. Preparatul astfel obţinut se examinează la un microscop

prevăzut cu un micrometru ocular. În cazul utilizării obiectivului 40 x 0,65 o diviziune a

micrometrului ocular corespunde unei distanţe de 2,34 m. Examinând emulsia la

microscop, se iau în considerare mai multe câmpuri în care se notează numărul de

particule, pe categorii de dimensiuni având diametrul cuprins între anumite limite, de

exemplu: n1 – particule cu diametrul cuprins între 0 şi 0,5 div., n2 – între 0,5 div. şi

1 div., n3 – între 1 div şi 2 div. şi aşa mai departe. Se vor considera în acest sens un

număr de aproximativ 400 de particule. Făcând totalul particulelor (n1 + n2 + n3

+ ...) se trece la exprimarea în procente a valorilor precedente n1%, n2% etc. Apoi se

calculează numărul de particule Ni (di) având diametrul mai mic decât o anumită

valoare dată, di, pe baza relaţiei %

Reprezentând grafic acest procent de particule, N(d), în funcţie de diametrul d,

se obţine curba de distribuţie integrală.

82

Fig.2. Curba de distribuţie integrală

Calculând din curba integrală diferenţa ordonatelor

corespunzătoare diferitelor intervale: se poate construi graficul

dependenţei

Fig.3. Distribuţia diferenţială de dimensiuni a particulelor emulsiei

Histograma astfel obţinută reprezintă distribuţia diferenţială de dimensiuni a

particulelor emulsiei. Ea redă procentul de particule Ni care au diametrul cuprins într-

un anumit interval de dimensiuni di = 1 m.

16.Studiu prin RMN în impulsuri asupra timpilor de relaxare şi de corelaţie ai apei

83

1.Consideraţii teoretice

Spectroscopia de rezonanţă magnetică nucleară studiază ranziţiile dintre nivelele de

energie ale momentelor magnetice asociate spinilor nucleari, în câmp magnetic. Întrucât

comportamentul spinului nuclear este puternic influenţat de vecinătatea nucleului şi de

dinamica unor procese la care acesta ia parte, tehnica RMN poate fi utilizată pentru a

oferi informaţii asupra structurii moleculare, sau a vitezei de desfăşurare a unor procese

moleculare – între care viteza de reorientare rotaţională a apei.

Se indică pentru început, caracteristicile generale ale tranziţiilor RMN, specificând

informaţiile de ordin structural şi cinetic care se corelează cu ele.

Caracteristici generale ale tranziţiilor RMN

Este cunoscut că spectroscopia RMN înregistrează energia radiantă absorbită de

proba plasată într-un câmp magnetic constant, în funcţie de frecvenţa radiaţiei incidentă

pe probă. Liniile de absorbţie RMN sunt caracterizate de următorii patru parametrii:

a) Timpul de relaxare spin-reţea (sau „longitudinal”) T1, este o măsură a timpului în

care nucleele (mai precis componenţa magnetizării paralelă cu câmpul magnetic

aplicat) revin, în urma aplicării unei perturbaţii, la starea iniţială de echilibru.

b) Timpul de relaxare spin-spin (sau „transversal”), T2, măsoară interacţiunile ce au

loc între spinii nucleari învecinaţi şi care conduc la defazarea (randomizarea)

componenţilor magnetizării în planul perpendicular pe direcţia câmpului magnetic

aplicat.

c) Deplasarea chimică se referă la poziţia diferită în spectru a unei linii de rezonanţă,

datorită câmpurilor magnetice locale diferite, cauzate de mediul electronic specific

fiecărui nucleu (rezultatul naturii sale chimice şi a vecinătăţii diferite).

d) Despicarea spectrală spin-spin este cauzată de interacţiunea momentelor

magnetice nucleare aparţinând nucleelor vecine dintr-o moleculă.

Odată cu dezvoltarea spectroscopiei RMN în impulsuri, a devenit posibilă

măsurarea directă şi cu exactitate a timpilor de relaxare T1 şi T2 (aceasta din urmă se

84

putea determina relativ uşor şi prin RMN clasic). Dintre aceştia, valorile T1 pot fi

interpretate teoretic cu mai mare uşurinţă.

Relaţia dintre relaxarea magnetică şi timpul de corelaţie al fluctuaţiilor

Ambele tipuri de relaxare sunt produse de fluctuaţiile valorilor locale ale

câmpurilor magnetice şi electrice, care la rândul lor sunt datorate mişcării termice

haotice, prezentă în oprice stare a materiei. Aceste fluctuaţii sunt caracterizate sub

aspectul persistenţei (periodicităţii) lor de un timp dse corelaţie, c.

Teoria relaxării demonstrează că interacţiunile contribuind la T1 trebuie să

fluctueze puternic la frecvenţa de rezonanţă wo, în timp ce acelea care contribuie la T2

sunt forţe fluctuante care modulează nivelele de energie ale spinilor la frecvenţe

apropiate de 0, fără a cauza tranziţii între ele (şi deci nici schimb de energie cu reţeaua).

Valoarea T2 T1, întrucât T2 cuprinde efectul tuturor perturbaţiilor asociate cu

T1, plus cel datorat interacţiunilor dintre spinii nucleari. Inversul timpului de relaxare

T2, 1/T2, determină lărgimea benzii de absorbţie a spectrelor RMN înregistrate în

condiţii obişnuite (nesaturate).

Relaxarea apei

Relaxarea apei (în agitaţie termică haotică) se datorează interacţiunii dipolare,

dependentă de orientare, dintre spinii protonilor săi, şi se bucură de un tratament

teoretic special. Acesta ţine cont de faptul că cei doi spini sunt cuplaţi şi se comportă ca

o singură particulă cu spinul 1 în loc de ½ (spinul protonului). Relaţia care exprimă

dependenţa vitezei de relaxare longitudinală a apei (1/T1) de timpul de corelaţie este:

în care gN este factorul g nuclear, bN este magnetonul Bohr nuclear, - este constanta

lui Planck / 2, o este frecvenţa de rezonanţă a apei, iar r este distanţa dintre protonii

moleculei de apă. Se poate scrie o relaţie asemănătoare şi pentru 1/T2. Analizând forma

acestor relaţii se deduc următoarele proprietăţi:

85

- la (condiţie îndeplinită la temperatura camerei), timpii de relaxare

longitudinal şi transversal sunt egali (o proprietate general valabilă şi pentru alte

mecanisme de relaxare dominate de mişcarea browniană) şi sunt daţi de:

la temperatura camerei în care simbolurile au

semnificaţia cunoscută.

- la , crescând vâscozitatea lichidului, timpul de relaxare T2 variază în

continuare liniar cu , dat T1 execută o întoarcere (la ), devenind la limita

timpilor de corelaţie lungi, proporţional cu .

Fig.1.Timpii de relaxare a apei la 29 MHz (0=1,9 . 108 rad/s) în funcţie de valoarea timpului de corelaţie

În figura 1 se observă că punctul corespunzând apei la temperatura camerei este

situat la stânga şi depărtat faţă de punctul de întoarcere al curbei pentru T1. Aceasta

explică de ce viteza de relaxare T1 creşte (timpul T1 scade) dacă libertatea de rotaţie a

apei se restrânge prin participarea ei în complexele de hidratare ale unor ioni

(paramagnetici) sau în urma imobilizării acestor complexe prin asocierea lor cu

macromoleculele.

Timpul de corelaţie se poate estima folosind următoarea relaţie derivată de

Debye, combinată cu formula lui Einstein pentru coeficientul de difuzie sferică (D’) al

unei molecule sferice (de rază a) ce se roteşte într-un mediu de vâscozitate ():

86

Menţionăm că un tratament mai complet al relaxării apei include în ecuaţie şi un

termen suplimentar, care descrie relaxarea cauzată de difuzie moleculelor de apă vecine

unde D = coeficientul de difuzie, N = concentraţia spinilor şi b = diferenţa minimă de

apropiere dintre spinii moleculelor învecinate (1,74Å ).

Metoda experimentală

Principiul măsurării timpilor de relaxare prin tehnica RMN în impulsuri

Spre deosebire de spectroscopia RMN clasică (în „undă continuă”) tehnica în

impulsuri face uz de impulsuri scurte de radiofrecvenţă, cu desfăşurarea observaţiilor

după încetarea impulsurilor.

Procesul poate fi înţeles în cadrul formal specific tratamentului lui Bloch pentru

procesele de relaxare, adică adoptând un punct de vedere macroscopic, în care ne

concentrăm asupra magnetizării globale, M, a unei probe conţinând un număr mare de

spini. În cadrul acestei teorii, magnetizarea M (ca şi momentele magnetice individuale

ale spinilor) se comportă ca un giroscop clasic; acesta se opune alinierii slae cu câmpul

magnetic Bo (aplicat după direcţia notată Z), executând o mişcare de precesie liberă în

jurul câmpului magnetic Bo, cu viteza unghiulară wo („Frecvenţa Larmor”). În absenţa

relaxării precesia Larmor ar continua la nesfârşit, însă, drept consecinţă a proceselor de

relaxare, vectorul magnetizării îşi va atinge poziţia de echilibru, devenind aliniat cu

direcţia Z. Un câmp de radiofrecvenţă B1, perpendicular pe Bo, ce oscilează la frecvenţa

Larmor, fiind sincronizat cu frecvenţa de precesie a spinilor, produce asupra

magnetizării un cuplu însemnat. Acesta, prin lucru mecanic efectuat asupra spinilor

aflaţi în precesie, este răspunzător de absorbţia de puetere, deci, de fenomenul de

rezonanţă.

87

Fig.2. Sistemul de referinţă rotitor

Privit în sistemul de referinţă (fig.2), x’y’z’ care se roteşte (împreună cu B1) în

jurul axei z’ (II z) cu o viteză unghiulară egală cu pulsaţia câmpului de radiofrecvenţă,

efectul lui B1 este de a roti vectorul magnetizării în jurul direcţiei lui B1 (care defineşte

axa x’= printr-un unghi () care depinde de intensitatea câmpului de radiofrecvenţă B1

şi de timpul de aplicare. Dacă câmpul de radiofrecvenţă este aplicat sub forma unui

impuls de intensitate B1 şi de durată tp, acest unghi este dat de

(rad)

Un aşa zis impuls de 90° aduce magnetizarea M în planul (x’, y’) perpendicular

pe direcţia câmpului magnetic aplicat, şi anume, aliniat cu axa y’. Precesia liberă, în

acest plan, a momentelor magnetice individuale ce alcătuiesc magnetizarea M, după

încetarea impulsului de 90°, este supusă proceselor de defazare (cauzate de relaxarea de

tip T2 şi de efecte instrumentale), ceea ce face ca magnetizarea globală a probei, M,

aflată în precesie în acest plan, să decadă la zero cu un timp caracteristic T2* ( T2).

Un impuls de 180° aduce pe M în orientarea aliniată cu axa – z. Viaţa acestei

stări, ca de altfel a oricărei alte orientări a vectorului M diferită de orientarea de

echilibru (adică cea paralelă cu axa +z), este limitată de procesele de relaxare de tip T1

care fac momentele magnetice să părăsească orientarea de neechilibru şi să revină la

orientarea de echilibru, cu o viteză dictată de T1.

Timpii de relaxare amintiţi mai sus se găsesc în relaţia de ordine: T2* T2 <T1.

88

Aparatele de RMN în impulsuri înregistrează semnalul indus într-o bobină

receptoare, de către orice moment magnetic aflat în mişcare de precesie în planul xy.

Astfel, după un impuls de 90°, se înregistrează un semnal, numit inducţia liberă, a cărui

amplitudine scade de la o valoare maximă (proporţională cu M) până la 0, cu timpul

caracteristic T2*. Având posibilitatea de a înregistra amplitudinea semnalului de inducţia

liberă şi folosind un program de impulsuri adecvat se pot determina timpii de relaxare

T1 şi T2 ai probei.

Pentru determinarea lui T2 sunt adecvate următoarele secvenţe de impulsuri:

- Secvenţa denumită „180° - - 90°”: Primul impuls inversează M în –M, unde

este lăsat să decadă cu timpul carcateristic T1. Pentru a măsura valoarea

magnetizării (de pe direcţia Z) atinsă după scurgerea unui timp , se aplică

impulsul de 90°, care aduce această magnetizare în planul x’y’ şi o măsoară prin

valoarea iniţială a amplitudinii semnalului inducţiei libere. Timpul T1 se

determină din curba exponenţială reprezentată de rezultatul aplicării repetate a

procedurii, cu timpi diferiţi.

- Secvenţa 90°- - 90°, aplicabilă dacă T1>>T2: Întrucât, în aceste condiţii,

inducţia liberă după primul impuls decade la zero datorită defazării spinilor,

înainte de magnetizarea Mz să fi ajuns la valoarea de echilibru, prin al doilea

impuls se măsoară această valoare, stinsă de magnetizarea Mz după timpul

arbitrar (ca mai sus).

Unele programe de impulsuri se termină prin secvenţa 90° - - 180° - - 90° (care

însumează o rotaţie totală de 360°), ce are rolul de a restabili mai rapid starea iniţială de

echilibru a sistemului, în cazul timpilor de relaxare lungi comparativ cu T2 (ideal pentru

T1=T2 >>T2). Runda următoare de impulsuri poate începe după o aşteptare de 4 .

Măsurători experimentale

89

În această lucrare se determină timpul de corelaţie c al apei, din valoarea

timpului de relaxare T1 măsurat experimental pe baza ecuaţiei şi se compară cu valoarea

sa teoretică calculată pe baza ecuaţiei.

Pentru măsurarea timpului de relaxare T1 se foloseşte spectrometrul RMN în

impulsuri de producţie românească AREMI 78 echipat cu unitatea de prelucrare

numerică a datelor. Pentru efectuarea măsurătorilor se va apela la manualul de folosire a

aparatului.

Proba constă din 1 cm3 apă distilată, în interiorul unei microeprubete. Se

determină timpul de relaxare T1 al probei prin metoda revenirii magnetizării, folosind

programul de impulsuri 180 - - 90, cu timpul de aşteptare, , în multiplii de

aproximativ 1 secundă.

Se determină c din ecuaţie utilizând pentru parametrii ce intervin următoarele

valori numerice:

Pentru comparaţie se calculează c pe baza ecuaţiei, utilizând următoarele valori

numerice pentru parametrii ce intervin (valabile pentru temperatura mediului ambiant

20°C):

Se compară cele două valoriale timpului de corelaţie c, indicând originea

probabilă a eventualelor diferenţe.

90

În „Consideraţii teoretice” au fost strecurate indicii despre cel puţin doi dintre

numeroşii factori care pot influenţa viteza de relaxare a apei. Să se identifice aceşti

factori şi să se imagineze experienţe simple prin care să se evidenţieze efectul lor.

Observaţii privind utilizarea măsurătorilor relaxării apei în cercetare

Substanţele paramagnetice (ce posedă un electron neîmperecheat, ionii unor

metale, radicalii liberi) dacă sunt prezente în soluţie, reprezintă o sursă puternică de

relaxare. Viteza de relaxare a apei creşte în continuare atunci când specia

paramagnetică (de exemplu ionul Mn2+) se leagă la o moleculă mai mare (de exemplu, o

macromoleculă proteică) ce se introduce în soluţie. În acest caz, sistemul conţine apă

liberă, neinfluenţată de ionii paramagnetici de Mn2+, alături de apă legată la Mn2+ este

legat de către proteină. La realizarea asocierăă Mn2+ - proteină, se modifică constanta de

timp care descrie rotaţia complexului paramagnetic (alături de gradul de expunere al

Mn-ului faţă de solvent, care depinde de geometria exactă a locului de legare al Mn-ului

la suprafaţa macromoleculei proteice). Aceste efecte, pe care noi le măsurăm prin

modificarea timpului de relaxare T1 al apei, reflectă numărul de ioni de Mn legaţi de

proteină, şi deci, ca în orice tehnică spectroscopică, ele pot fi exploatate pentru a

determina constanta de legare a Mn2+ la proteină, un parametru fundamental care

caracterizează orice complex chimic.

Pe de altă parte, observăm că ecuaţia stabileşte o relaţie între timpul de relaxare

(T1) al unui proton al apei, distanţa r până la un moment magnetic perturbator vecin (în

cazul acesta, celălalt proton) şi timpul de corelaţie c caracteristic reorientării rotaţionale

a vectorului r, permiţând astfel determinarea unuia dintre aceşti trei parametri, dacă

ceilalţi doi se cunosc. De aceea, măsurătorile de timpi de relaxare (pe alte sisteme decât

apa), pot fi folosite ca mijloc de calcul al unor distanţe intermoleculare.

În sfârşit în condiţii experimentale diferite, timpii de relaxare pot fi utilizaţi

pentru a caracteriza complexele moleculare dintr-o soluţie sub aspectul timpului lor

mediu de viaţă.

91

17.Studiul prin spectroscopie în infraroşu al legăturilor de hidrogen în soluţie

1.Consideraţii teoretice

Proprietăţile legăturii de hidrogen

Legăturile de hidrogen se formează prin atracţie electrostatică între o legătură X

– H destul de puternic polarizată (atomul X – donorul, electronegativ) şi perechea de

electroni neparticipanţi ai unui atom Y (acceptorul), de asemenea electronegativ (în

general atomii electronegativi sunt cei care au un număr mare de electroni în învelişul

lor exterior):

Legătura de hidrogen are două caracteristici geometrice importante:

a) Cei trei atomi implicaţi în legătură (X, H şi Y) se dispun coliniar, orientare în

care tăria legăturii este maximă. Se spune că legătura de hidrogen este directivă.

Studiul unui număr mare de substanţe biologice, în care aceste legături au o

importanţă deosebită, arareori a semnalat devieri mai mari de 20° de la

geometria liniară a legăturii de hidrogen.

b) Lungimea legăturii de hidrogen este, de asemenea, riguros respectată.

Cei mai obişnuiţi donori de legături de hidrogen sunt atomii de O şi N. Cei mai buni

acceptori sunt tot atomii de O şi N.

Energia legăturii de hidrogen este cu ceva mai mare decât energia termică medie

(RT/1 1,3 kJ/mol):

N – H .... 0 10 kJ/mol

O – H .... 0 25 kJ/mol

În consecinţă, legăturile de H se pot desface şi reforma rapid sub influenţa

agitaţiei termice. Pentru comparaţie, energia legăturii covalente este cuprinsă între 100-

400 kJ/mol.

Apa este cel mai bun donor şi acceptor de legături de H, moleculele de apă

putând interacţiona atât cu substanţele dizolvate în ea cât şi între ele, formând

„structuri” proprii. Posibilitatea formării de legături de H cu apa se traduce printr-o

92

solubilitate relativ bună a substanţei respective în apă. Fiecare moleculă de apă poate

dona două legături de H şi accepta alte două, întrucât atomul de oxigen posedă doi

orbitali sp3 cu câte o pereche de electroni neparticipanţi. Toate aceste legături sunt

satisfăcute în cazul structurii gheţii (fig.1.).

Fig.1. Structura gheţii

Caracterul restrictiv al legăturii de hidrogen din punct de vedere geometric îi

conferă acestuia un rol important în organizarea materiei vii, intervenind în procesele

biofizice de recunoaştere moleculară.

Evidenţierea formării legăturilor de hidrogen în soluţie,

prin spectroscopie IR calitativă

Formarea legăturilor de H poate fi pusă în evidenţă prin spectrofotometrie în

infraroşu, observând modificările pe care le suferă benzile de absorbţie coespunzătoare

grupelor chimice implicate în legătură.

93

La formarea unei legături de H într-o moleculă donoare şi una acceptoare,

datorită interacţiunii favorabile dintre atomii de hidrogen şi atomul acceptor, slăbeşte

forţa cu care atomul de H este atras către restul moleculei donorului, ceea ce conduce la

o scădere a frecvenţei vibraţiilor ce se desfăşoară în lungul acestei legături chimice

(vibraţii de valenţă, de tip „stretching”) şi deci la o deplasare („shift”) a benzii de

absorbţie IH corespunzătoare către energii şi numere de undă mai mici. În acelaşi timp

creşte frecvenţa vibraţiilor de deformare care se execută transversal pe direcţia legăturii

chimice (întrucât creşte forţa cu care atomul de H este readus în poziţia de echilibru),

ceea ce conduce la o deplasare a benzii de absorbţie corespunzătoare spre energii şi

numere de undă mai mari.

În prezenta lucrare se vor studia efectele formării legăturilor de H la dimerizarea

alcoolului etilic prin creşterea concentraţiei acestuia în tetraclorură de carbon.

În soluţii foarte diluate de alcool etilic (C2H5-O-H) în tetraclorură de carbon

(CCl4) (vezi fig. 2, curbele 1 şi 2), moleculele de alcool sunt dispersate astfel că

spectrele înregistrate corespund absorbţiei din partea monomerilor de alcool etilic.

Banda de absorbţie din jur de 3850 cm-1 se atribuie vibraţiei de valenţă O-H a

alcoolului. La creşterea concentraţiei, creşte şi intensitatea acestei benzi.

94

Fig.2.Alcool etilic in CCl4

La creşterea concentraţiei de alcool peste o anumită limită, alcoolul poate forma

dimeri, prin stabilirea unei legături de hidrogen între gruparea OH a unei molecule şi

oxigenul celei de a doua. Experimentatorul poate controla proporţia dedimeri din

soluţie, crescând concentraţia totală de alcool. (Acest lucru se poate deduce din eecuaţia

(2), observând că, în domeniul concentraţiilor mici, dacă se substituie concentraţia de

monomeri (M), prin concentraţia totală de alcool, (Total), concentraţia de dimeri

formaţi (D), devine proporţională cu pătratul concentraţiei totale de alcool: (D) = K

(Total)2.

Figura 2 prezintă spectrele de transmisie IR al unor soluţii de concentraţii

crescătoare de alcool etilic în CCl4. În spectrul IR, formarea dimerilor se traduce prin

apariţia unei a doua benzi de absorbţie deplasată spre numere de undă mai mici (3675

cm-1). Se remarcă că la creşterea concentraţiei de alcool etilic creşte amplitudinea

ambelor benzi de absorbţie, dar cea asociată cu legătura de N creşte mai rapid, în

detrimentul benzii asociate cu absorbţia monomerilor.

Spectroscopie cantitativă: caracterizarea echilibrului de asociere a alcoolului

etilic în tetraclorură de carbon

Legea fundamentală a spectroscopiei cantitative este legea lui Beer, care leagă

absorbanţa (extincţia) într-o anumită bandă de absorbţie (E) de concentraţia speciei

chimice care absoarbe în acea bandă.

In care I este intensitatea luminoasă transmisă de probă, Io este intensitatea

luminoasă transmisă de solvent în absenţa moleculelor dizolvate (linia de bază), este

coeficientul de extincţie, iar d este lungimea drumului optic (grosimea cuvei).

În această lucrare, legea lui Beer va fi utilizată pentru a extrage date cantitative

pentru caracterizarea reacţiei de dimerizare a alcoolului etilic în CCl4. În soluţie există

un echilibru dinamic între numărul monomerilor şi al dimerilor, guvernat de legea

95

echilibrelor chimice, conform căreia produsul concentraţiilor substanţelor obţinute într-

o reacţie chimică de echilibru (în cazul de faţă o singură substanţă, dimerul) este

proporţional cu produsul concentraţiilor reactanţilor:

[D] = K [M]2

în care [D] este concentraţia la echilibru de dimeri, iar [M], de monomeri. Ecuaţia (2)

defineşte constanta de asociere K, care are dimensiunile inversului concentraţiei.

Valoarea constantei de asociere reflectă capacitatea de asociere a moleculelor

dizolvate. Inversul acestei constante, K-1 (constanta de disociere) reprezint o

concentraţie şi anume concentraţie totală de molecule ce trebuie dizolvate pentru ca

50% să rămână în stare monomerică şi 50% să dimerizeze.

Semnificaţia biofizică a observaţiilor

Este cunoscut că dacă entalpia liberă a unei stări A a unui sistem este mai mare

cu Go faţă de entalpia liberă a stării B, luată ca referinţă, atunci la echilibru la

temperatura T vor fi de nB/nA ori mai multe molecule în starea B decât în starea A,

conform ecuaţiei:

Numeric, înseamnă că dacă entalpia liberă a două stări diferă prin DGo=6 kJ/mol,

atunci la temperatura mediului ambiant vor fi aproximativ de 10 ori mai multe molecule

în starea cu energia mai scăzută (nB/nA= exp (6/2,6)= 10), pentru fiecare 6 kJ/mol în

plus obţinându-se o altă putere a lui 10.

Folosind ecuaţia se poate estima care este probabilitatea desfacerii unei legături

într-un sistem aflat la temperatura T.

În cazul legăturilor de hidrogen (10-25 kJ/mol) la temperatura mediului ambiant,

această probabilitate este finită.

Energia de 10 kJ/mol este însă suficientă pentru a cere ca o legătură de H dintr-

un sistem să fie satisfăcută, fie chiar şi cu moleculele solventului (apei).

96

Aceasta înseamnă proprietate a legăturii de H, şi anume faptul că deşi labilă, ea

trebuie să fie satisfăcută, împreună cu proprietatea amintită de directivitate a legăturii,

sunt importante în procesul de „recunoaştere” din biofizica moleculară.

Prin „recunoaştere moleculară” se înţelege asocierea specifică a două molecule

(de exemplu, recunoaşterea reactanţilor de către enzimă, sau complementaritatea celor

două lanţuri ale dublului helix al acizilor nucleici).

Presupunând că recunoaşterea a două molecule implică şi o legătură de H (adică

cele două molecule posedă grupări donoare şi acceptoare dispuse în orientarea optimă

pentru formarea unei legături de H), atunci un partener fals (neadecvat din punct de

vedere chimic sau geometric) care nu poate forma această legătură de H şi împiedică

totopdată formarea acestei legături cu solventul, ar ridica energia sistemului la valoarea

energiei unei legături de H. Astfel, partenerul fals este respins pe motive de ordin

energetic.


1.Evidenţierea formării legăturilor de hidrogen la dimerizarea alcoolului

etrilic în tetraclorură de carbon

Se asamblează cuva de măsură cu ferestre tip KRS5, având lungimea

drumului optic 1-1,5 cm, iar în cuva de referinţă se montează fereastră de

compensaţie. Se înregistrează o familie de spectre de transmisie pentru o serie de

soluţii de alcool etilic în tetraclorură de carbon, având concentraţiile cuprinse în

domeniul 0-40 mM.

Să se schiţeze formula chimică a dimerului de alcool etilic, respectând

dispunerea geometrică corectă a atomilor, cerută de proprietatea de directivitate a

legăturii şi să se indice direcţia după care se execută vibraţia de valenţă O-H.

Să se explice de ce are loc deplasarea benzii de absorbţie spre numere de undă

mai mici la creşterea concentraţiei de alcool.

97

2.Determinarea coeficientului de extincţie pentru banda de absorbţie a

monomerilor de alcool etilic

Constanta de proporţionalitate dintre valoarea absorbanţei corespunzătoare

monomerilor şi concentraţia acestora este d.

Să se calculeze pentru fiecare spectru valoarea absorbanţei corespunzătoare

benzii monomerilor, completând coloanele 1-4 din tabelul de mai jos, şi apoi să se

reprezinte grafic absorbanţa E în funcţie de concentraţia totală de alcool din probă.

1 2 3 4 5 6 7

[Totala]

unit. atrib.I unit. atrib.

adimens.d

(mm)-1 [M] mm

Conc. totală alcool

Intensitatea transmisă de

solvent

Intensit. trans. de

probă

Absorbanţa probei în banda monomerilor

Conc. de monomeri

Se determină valoarea produsului d din panta primei porţiuni a graficului (regiune în care este valabilă aproximaţia [M] [Total]).

3.Determinarea constantei de echilibru pentru dimerizarea alcoolului etilic

Pentru determinarea constantei de asociere K (ecuaţia 2), apelăm la o metodă

grafică. Pentru aceasta este necesar să se cunoască valorile atât a concentraţiilor de

monomer [M], cât şi a concentraţiilor de dimer [D] din fiecare probă. Se observă că

concentraţia de dimeri se poate calcula din diferenţa dintre concentraţia totală,

cunoscută, de alcool etilic din probă, şi concentraţia de monomeri, prin relaţia:

Concentraţia de monomeri se calculează din valorile experimentale ale

absorbanţei probelor în banda monomerilor şi valoarea produsului d determinate

anterior, prin relaţia:

98

Un mod convenabil de a reprezenta datele este cel bazat pe următoarea relaţie:

care reprezintă o dreaptă ce trece prin punctul ordonată la origine 0,5 şi a cărei pantă

este K, constanta de asociere căutată. Notăm că relaţia este valabilă numai în regiunea

în care există monomeri şi dimeri, fără agregate de ordin superior.

Să se determine valoarea constantei de asociere K şi a constantei de disociere

K-1, explicând sensul fizic al rezultatului astfel obţinut.

ANEXE

Reprezemtǎri grafice

Pentru reprezentarea rezultatelor mǎsurǎtorilor şi a legǎturii dintre ele se vor

folosi graficele, care au urmǎtoarele avantaje:

- uşureazǎ compararea valoriilor mǎrimilor reprezentate;

- permit o referire rapidǎ şi uşoarǎ la date;

- permit evaluarea eroriilor;

- permit determinarea unor valori care nu rezultǎ direct, prin

interpolare sau extrapolare;

- scot în evidenţǎ caracteristici: maxime, minime, periodicitate, etc.

Pentru a trasa în mod corect un grafic, este nevoie sǎ se respecte urmǎtoarele

condiţii:

99

- dimensiunile hârtiei se aleg astfel încât sǎ avem o distribuţie a

valorilor cât mai uniformǎ pe toatǎ suprafaţa disponibilǎ;

- alegerea scǎrilor se face atent, pentru a nu se introduce noi erori;

- fiecare centimetru va însemna, una, douǎ, patru sau cinci unitǎţi ale

mǎrimii reprezentate sau aceste valori înmulţite cu 10n;

- pe axele graficului se trec doar valoriile semnificative şi nu valorile

obţinute experimental;

- în cazul în care valoriile nu încep de la 0 se poate face o

întrerupere a axei fie pe verticalǎ fie pe orizontalǎ marcând scara şi

eliminând partea neutilizatǎ;

- curba trebuie sǎ fie continuǎ, netedǎ, trasatǎ printre puncte, astfel

încât jumǎtate din aceasta sǎ se gǎseascǎ deasupra curbei iar

jumǎtate sǎ se gǎseascǎ sub curbǎ. În acest mod se eliminǎ în mare

parte erorile;

- marcarea punctelor obţinute experimental se face fǎrǎ a se trasa

linii ajutǎtoare.

100

ÎNDRUMĂTOR – CAIET DE LUCRĂRI PRACTICE

LA BIOFIZICĂ

BIOFIZICĂ

Teme recapitulative:I.1.Operaţii cu vectori:

a. Adunarea vectorilor;b. Scăderea vectorilor;c. Produsul scalar a doi vectori;d. Produsul vectorial a doi vectori;e. Momentul unui vector faţă de un punct;f. Descompunerea unui vector după două axe;Să se definească şi să se dea exemple la toate subpunctele, de la a la f.

101

I.2. Să se definească şi să se scrie formulele pentru următoarele mărimi şi legi:- principiile dinamicii;- lucrul mecanic;- energia cinetică şi potenţială;- puterea;- impulsul mecanic;- ciocniri elastice;- ciocniri plastice;- acceleraţia centripetă; - forţa centripetă şi forţa centrifugă; - momentul cinetic;- presiunea;- presiunea hidrostatică; - legea lui Arhimede;- legea lui Bernoulli;- vâscozitatea;

102

- oşcilaţii armonice; ecuaţie; mărimi; - ecuaţia undei plane;- tensiunea superficială; - capilaritatea;- legile gazelor;- principiul I al termodinamicii;- principiul II al termodinamicii;- randamentul termic;- legea lui Coulomb;- câmp electrostatic;- legea lui Ohm;- legile lui Kirckhoff;- energia electrică; - câmp magnetic: inducţia magnetică;- forţa electromagnetică; - forţa Lorentz;- formula oglinzilor;- formula lentilelor;- refracţia luminii;- interferenţa;- difracţia;- reflexia;- numere cuantice;- postulatele lui Bohr.

Notă: Aceste formule şi definiţii pot apărea pe biletele de examen

103

I.3. Să se transforme:a). 1 kWh …………………….J

b). 33

1

m

Kg

nm

g

c). 3150C ………………..Kd). 3150K ……………….C0

e). h

km

s

m..................................15

f). 150Å …………………. Gm

g). 72 km/h …………….. s

cm

h). Să se dea exemple de 20 transformări diferite.

Exemple:1.

107

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18

19.

20.

II.Erori şi reprezentări grafice

II.1. EroriAvând formulele:

n

xi

x

n

11

S=)1(

)( 2

nn

xix

Xreal = Sx

Să se calculeze valorile reale pentru:a. x1=12,56 mm

x2=1,279 cmx3=12,53 mm

108

x4=0,1258 . 10-1 mb. m1=0,912 g

m2=989,9 mgm3=902 x 10-3 kgm4=90,35 cg

II.2. Să se calculeze eroarea relativă în următoarele situaţii:a. măsurarea unei lungimi de 120 cm, dacă măsurătorile s-au făcut cu:- un liniar cu l=30 cm gradat în milimetri;- un şubler cu lungimea de 20 cm gradat în milimetri, iar vernierul gradat în

10-1 mm;b. cronometrarea unei perioade de timp de o oră, treizeci de minute şi patruzeci

şi cinci de secunde (1h30’|45||) dacă cronometrarea s-a făcut cu:- un ceas cu secundar;- un cronometru gradat în zecimi de secundă; c. cântărirea unui obiect cu masa de 72,5 g, dacă cântărirea s-a făcut cu:- o balanţă având precizia de 10-1 g;- o balanţă analitică, având precizia de 10-4 g;

109

II.3. Reprezentări grafice:a. Să se reprezinte grafic variaţia funcţiei y= f(x), folosind tabelul de variaţie următor;

să se determine din grafic, valoarea lui y pentru x = 82.

y 1,335 1,337 1,339 1,341 1,343 1,342 1,343 1,345 1,344 1,346X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

III. Lucrări biofizicăLista lucrărilor:

III.1.a. Determinarea dimensiunilor corpurilor;III.1.b. Determinarea masei corpurilor;III.2. Determinarea coeficientului de tensiune superficială al lichidelor;III.3. Determinarea coeficientului de vâscozitate al lichidelor; III.4. Determinarea raportului căldurilor molare pentru gazele reale;III.5.a. Determinarea indicelui de refracţie al lichidelor;III.5.b. Studiul efectului termoelectric;

110

mailto:Lucr@ri

III.6. Determinarea concentraţiei soluţiilor cu o metodă colorimetrică. III.7a Determinarea vitezei de propagare a ultrasunetelor şi compresibilitatea lichidelorIII.7b Determinarea vitezei ultrasunetelor prin metoda opticăIII.7C.Tabel de variaţie a vitezei ultrasunetelor cu temperatura, în apăIII.7.C1.Tabel de variaţie a densităţii cu temperaturaIII.7.2.Determinarea vitezei ultrasunetelor cu interferonul ultrasonicIII.8.Studiul sistemului dispers lichid-lichid (emulsii)III.9. Determinarea timpului de corelaţie c al apeiIII.10.Se rezolvă întrebări aplicative

III.1.a. Determinarea dimensiunilor corpurilor- Măsurători cu şublerul; - Măsurători cu şurubul micrometric;

Nr.crt

K(div)

n(div)

m (div)

y(10-3m)

L(103m)

Ls(10-

3m)

Lm(10-

3m)L

L

%1.2.3.4.5.6.7.8.9.

10.

III.1.b. Determinarea masei corpurilor

- metoda simplei cântăriri;

Nr.crt m (g) G (N)0

0

G

G

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

111

III.2.Determinarea coeficientului de tensiune superficială;

Soluţia n0 n 0

(N/m)

0

(kg/m3)

kg/m3)

(N/m)

%

III.3.Determinarea coeficientului de vâscozitate al lichidelor

- modul de lucru pentru metoda PoiseuilleDatele se trec în tabelul următor:

Nr.crt. t0

(s)t

(s)T

(0C)0

(0E)

(0E)

t(s)

%

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

- modul de lucru pentru metoda lui Stokes:

Nr.crt

kg/m3

0kg/m3

r(m)

t(s)

v(m/s)

2

.

m

sNr

mh

mt

s

%

112

III.4. Determinarea raportului căldurilor molare

Nr.crt.

h1

(cm)h2

(cm)h

(cm)

(%)

mm

1.2.

3.4.5.6.7.8.9.10.

III.5.a. Determinarea indicelui de refracţie la lichide

Nr.crt. Soluţia C% n nn

n%

113

mailto:c@ldurilor

III.5.b.Studiul efectului termoelectric:

TA (0C) 15 20 25 30 35

UA

TA (0C) 40 45 50 55 60

UA

TA (0C) 65 70 75 80 85

UA

TA (0C) 90 95

UA

III.6.Determinarea concentraţiei unei soluţii colorate cu ajutorul

colorimetrului Duboscq

Nr. soluţiei C0 (%) x0 (mm) xn(mm) Cn (%) Cn medie (%)

114

III.7a.Determinarea vitezei de propagare a ultrasunetelor şi compresibilitatea

lichidelor

Nr.

crt

Substanţa /

concentraţia

L1 mm L2 mm V m/s L=l1-L2 V m/s =1/v2

1 Apă

2 NaCl 0,2 M

3 NaCl 1 M

4 NaCl 2M

5 KCl 2 M

115

III.7b. Determinarea vitezei ultrasunetelor prin metoda optică

Nr.crt Substanţa t0C

concentraţia

a d d d/4 k

1 H2O

t0C

C

2 C2H5=OH

t0C

C

3 KCl

t0C

C

III.7C.Tabel de variaţie a vitezei ultrasunetelor cu temperatura, în apă

t0C 15 20 25 30 35 40 45 50

v/(m/s) 1463 1483 1497 1509 1540 1529 1535 1543

III.7.C1.Tabel de variaţie a densităţii cu temperatura

t0C 20 25 30 35 40 45

(kg/m3)

soluţia 0,99823 0,99707 0,99567 0,99406 - -

116

H2O

(kg/m3)

soluţia

C2H5-OH

- 784,9 - 770,2 - 767,5

(kg/m3)

soluţia

CCl 1 M

- 1040 1039 1037 1035 1033

III.7.2.Determinarea vitezei ultrasunetelor cu interferonul ultrasonic

Nr. crt. Substanţa de lucru L mm n V m/s kg/m3

1 Soluţie 1

2 Soluţie 2

3 Soluţie 3

4 Soluţie 4

III.8.Studiul sistemului dispers lichid-lichid (emulsii)

Nr.crt d m N/d Observaţii12345678

III.9.Determinarea timpului de corelaţie c al apei

T1(s)c(s)

III.10. Se rezolvă întrebări aplicative

117

Aceste aplicaţii se referă la dependenţa constantei de echilibru de condiţiile

experimentale.

A.Dintr-un studiu al variaţiei constantei de disociere pentru dimerizarea alcoolului

etilic cu temperatura, s-ar putea obţine (pe baza unor legi din chimia fizică) valoarea entalpiei

libere corespunzătoare formării unei legături de hidrogen. Pentru legătura O-H....O, aceasta este

de ordinul a – 25 kJ/mol.

Folosind formula şi o valoare de 2,6 kJ/mol pentru ET) să se estimeze care este

probabilitatea existenţei unei legături de H nesatisfăcute într-un sistem în care se pot forma

legături de H intra şi intermoleculare, inclusiv cu moleculele solventului. Să se compare acest

rezultat cu probabilitatea ruperii, sub acţiunea agitaţiei termice la temperatura mediului ambiant,

a unei legături covalente. (Să se exprime această probabilitate ca o putere a lui 10).

B.Constanta de disociere variază cu natura solventului. Astfel, se constată că la

dizolvarea alcoolului etilic în dioxan (acceptor de legături de hidrogen) sau apă (donor şi

acceptor de legături de H) este necesar să se crească concentraţia de alcool mult mai mult decât

în cazul tetraclorurii de carbon, pentru a obţine aceeaşi proporţie de dimeri.

Explicaţi în termeni calitativi acest fenomen. Notând că medoiul biologic este apa,

indicaţi dacă legăturile de H ar putea fi răspunzătoare, singure, de stabilizarea asociaţiilor pe care

le realizează moleculele biologice în apă.

PARTEA A II-a

118

AGROMETEOROLOGIE

- lucrări practice –

1.ORGANIZAREA OBSERVAŢIILOR METEOROLOGICE

Viaţa plantelor şi a animalelor este strâns legată de starea timpului. Pentru

agricultură şi zootehnie, timpul şi clima au o importanţă deosebită. De altfel, nu există

sector de activitate în care randamentul muncii să nu fie dependent de condiţiile

atmosferice în care ea se desfăşoară.

Mărimile fizice ce caracterizează starea atmosferei la un moment dat şi care

contribuie la precizarea fenomenelor fizice din atmosferă constituie elementele

meteorologice, clasificate în două grupe:

a.elemente fundamentale – radiaţia solară, temperatura, presiunea, umiditatea

aerului;

119

b.elemente derivate sau secundare – vântul, nebulozitatea şi felul norilor,

durata de strălucire a soarelui, precipitaţiile atmosferice, transparenţa atmosferei, etc.

Pentru o justă şi continuă observaţie meteorologică se folosesc aceleaşi metode

şi aceleaşi instrumente în puncte bine stabilite.

Totalitatea acestor puncte de observaţie constituie reţeaua meteorologică de stat.

Reţeaua meteorologică de stat cuprinde:

posturi pluviometrice;

staţii meteorologice;

staţii agrometeorologice;

staţii sinoptice;observatoare meteorologice.

În cadrul posturilor pluviometrice se fac, zilnic, două observaţii asupra

precipitaţiilor, la ora 7 şi 19 timp mijlociu local. Ele sunt înzestrate cu două pluviometre

(pluviometru de serviciu şi pluviometru de schimb).

În aceste puncte se măsoară cantitatea de apă căzută sub formă de ploaie sau

zăpadă, grosimea stratului de zăpadă, felul precipitaţiilor atmosferice, momentul când s-

a produs şi intensitatea lor.

Pentru măsurarea precipitaţiilor atmosferice, se prevede câte un punct

pluviometric la circa 100 km2, deoarece acest element variază foarte mult de la o

regiune la alta şi chiar de la un loc la altul.

În staţiile meteorologice se fac zilnic patru observaţii (la orele 1, 7, 13, şi 19 timp

mijlociu local) asupra elementelor meteorlogice principale şi secundare.

În general, este necesară cel puţin o staţie meteorologică pentru o suprafaţă de

500-600 km2.

În staţiile agrometeorologice se fac observaţii cu caracter fizic asupra

elementelor care interesează agricultura, precum şi observaţii cu caracter biologic

asupra vegetaţiei, cum sunt: observaţii fenologice asupra fazelor de vegetaţie, asupra

stării culturilor şi determinări biometrice asupra ritmului de creştere al plantelor etc.

Staţiile sinoptice se ocupă cu prevederea vremii.

Observatoarele meteorologice sunt centre pentru cercetări ştiinţifice. Astfel, de

exemplu la Observatorul pentru fizica atmosferei de la Afumaţi se fac cercetări asupra

120

electricităţii şi radioactivităţii din atmosferă precum şi studii actinometrice, (studii

asupra radiaţiilor solare).

La observatoarele aerologice de la Mogoşoaia, Cluj şi Constanţa se studiază cu

ajutorul radiosondelor variaţiile elementelor meteorologice principale şi a vântului în

atmosfera liberă până la înălţimea de cca. 20 km.

Majoritatea observaţiilor meteorologice se efectuează pe platforma

meteorologică, amplasată pe un teren deschis, caracteristic unei regiuni cât mai întinse

în jurul staţiei. Este bine ca staţia meteorologică să se găsească la distanţe de 10 ori mai

mari ca înălţimea obstacolelor izolate şi de 20 de ori mai mari faţă de obstacolele mari

(păduri, clădiri).

Platforma meteorologică standard are forma unui pătrat cu laturile de 26 m;

două laturi sunt îndreptate după direcţia N-S. Suprafaţa platformei să fie orizontală,

nivelată şi cu iarbă care se coseşte când ajunge la 20 cm înălţime. Intrarea se face pe

poarta din nord.

Adăpostul meteorologic (fig.1). În ţara noastră se folosesc adăposturi tip

Institutul Meteorologic Central de dimensiuni normalizate.

121

Acest adăpost este construit din

lemn şi este compus dintr-o cutie aşezată pe

patru stâlpi fixaţi în pământ. Cutia are

pereţii formaţi din jalujele, care permit o

circulaţie liberă a aerului. Acoperişul este

construit în aşa fel încât lasă liberă trecerea

aerului.

In exterior, adăpostul este vopsit în alb, pentru a reflecta radiaţiile, iar în interior este

vopsit în negru pentru a se menţine un regim constant de temperatură şi a se absorbin

orice radiaţie pătrunsă întâmplător. Adăpostul se orientează cu cu deschiderea spre

nord, pentru ca radiaţiile solare să nu pătrundă în interior în momentul observaţiilor.

Citirea aparatelor trebuie să se facă cu multă atenţie. Astfel, după ce se deschide

uşa adăpostului, la termometru se va citi mai întâi zecimea de grad şi apoi gradele

întregi, deoarece căldura corpului observatorului influenţează termometrul, făcând să se

înregistreze pentru temperatura aerului o valoare mai ridicată faţă de valoarea reală. (Se

recomandă ca observatorul să-şi aşeze în faţa gurii şi a nasului o hârtire).

O altă precauţie care trebuie luată în timpul citirii este aceea ca ochiul

observatorului să fie aşezat la nivelul meniscului coloanei de mercur, evitându-se astfel

eroarea de paralaxă care duce la valori greşite de temperatură.

Calculul timpului mijlociu local

La staţiile meteorologice, observaţiile se efectuează la ora corespunzătoare

timpului mijlociu local, astfel ca datele obţinute să se poată compara între ele.

Fig. 1.Adăpost meteorologic

122

mailto:p@truns@

Timpul mijlociu local variază cu longitudinea, fiind acelaşi numai pentru

localităţi care se găsesc pe acelaşi meridian. Două localităţi, având longitudini diferite,

vor avea în acelaşi moment o altă oră locală. În general, pentru fiecare 150 diferenţa de

longitudine (3600:24=150) corespunde o diferenţă de 1 oră.

Deoarece pământul se învârteşte în jurul axei polilor de la vest spre est, rezultă

că localităţile care se găsesc la est de noi au în acelaşi moment, o oră mai înaintată, iar

cele de la vest, o oră mai întârziată şi anume pentru fiecare 150 diferenţă de longitudine,

câte o oră în plus sau în minus.

Ora locală nu trebuie să se confunde cu ora oficială. Ora oficială este aceeaşi

pentru toată suprafaţa ţării, este ora care se transmite prin radio. Ora oficială a României

numită şi ora Europei Orientale, este ora mijlocie a meridianului de 300E faţă de

Greenwich.

Ora mijlocie locală diferă de ora oficială, iar diferenţa care depinde de

longitudinea fiecărei localităţi se poate calcula.

Exemplu: calculul orei locale pentru Cluj.

La Cluj longitudinea este de 23035|.

Ora oficială a ţării noastre este ora mijlocie a meridianului de 300. Făcând diferenţa

dintre aceste valori obţinem:

29060| - 23035| = 6025|

Ştiind că diferenţa de 150 longitudine îi corespunde o diferenţă de o oră timp

mijlociu local, atunci unei diferenţe de 6025| (6,420) îi va corespunde x:

x= 43,015

42,6 ore.

Dacă la 0,43 ore corespund 26 min. (0,43 ore x 60 min = 25,80 min). ora

mijlocie locală la Cluj va fi întârziată faţă de ora oficială cu aproximativ 26 minute.

La toate staţiile meteorologice observaţiile se fac la 1,7,13 şi 19 timp mijlociu

local. Astfel la Cluj timpul mijlociu local fiind întârziat faţă de ora oficială cu 26 |,

observaţiile se vor face la orele: 1h26m; 7h26m şi 19h26m.

123

Observaţiile efectuate după indicaţiile Institutului meteorologic se înscriu în

registrul de observaţii la fiecare 10 zile (1,11 şi 21 ale fiecărei luni); se întocmeşte

tabela decadică pe decada precedentă şi se trimite la Institutul meteorologic.

O dată cu ultima decadă se trimite şi registrul de observaţii pe luna precedentă.

Importanţa staţiilor meteorologice

Staţiile meteorologice au menirea şi sarcina:

-De a studia condiţiile climatice din diferite regiuni ale ţării;

-De a procura, meteorologilor şi oamenilor de ştiinţă toate elementele necesare

pentru studiul sistematic al fenomenelor şi, în special, pentru prevederea timpului;

-De a pune la dispoziţie date informative asupra atmosferei într-un anumit

interval de timp;

-De a contribui prin aplicarea cunoştinţelor de meteorologie, la dezvoltarea

agriculturii (mărirea producţiei şi productivităţii) la efectuarea în cele mai bune condiţii

a comunicaţiei pe uscat, pe apă şi pe calea aerului, la buna desfăşurare a sportului etc.

Din aceasta se vede marea importanţă pe care o are observarea continuă a

fenomenelor atmosferice, atât pentru practică cât şi pentru diferitele domenii de

cercetare.

În acest scop, pe lângă fiecare unitate agricolă este bine să existe câte o staţie

meteorologică, unde să se înregistreze valorile elementelor meteorologice principale şi

să se încerce prevederi locale de timp pe scurtă durată, care să completeze prevederile

generale difuzate de Institutul Meteorologic Bucureşti, zilnic, prin radio. Cu ajutorul

acestor prevederi unităţile agricole îşi planifică mai bine munca pe ziua următoare şi

vor putea să ia măsuri pentru executarea lucrărilor agricole cele mai indicate. In cazul

când prevederile locale de timp indică posibilitatea producerii vreunui fenomen

dăunător culturilor agricole, unitatea agricolă va lua măsuri de producţie necesare.

2.Studiul termometrelor folosite în meteorologieConsideraţii teoretice

Temperatura este o mărime ce caracterizează starea de încălzire a substanţei

(corpurilor), a cărei valoare este exprimată prin diferite scări termometrice.

124

Temperatura face parte din elementele meteorologice principale, ea caracterizând

la un moment dat starea de încălzire a atmosferei şi a solului.

Temperatura se măsoară cu termometre a căror funcţionare se bazează pe

proprietăţi fizice ca: dilatarea lichidului termometric, deformarea lamelelor bimetalice,

variaţia rezistenţei electrice cu temperatura sau efectul termoelectric.

Principalele termometre utilizate în staţiile meteorologice sunt:

a. termometre ordinare;

b. termometre psihrometrice;

c. termometre de maximă;

d. termometre de minimă;

e. termometre de înregistrare sau termografe.

Caracterele principale ale unui termometru include: sensibilitatea

I.Descrierea termometrelor pentru aer

a. Termometrul ordinar (Fig.2.) este construit dintr-un tub de sticlă de diametru mic,

având în partea inferioară un rezervor în care se află substanţa termometrică

(mercur, alcool, etc.). Prin încălzire sau răcire, substanţa termometrică se dilată sau

se contractă. Acestui tub i se ataşează o scară divizată în grade. Tot sistemul este

învelit într-un tub de sticlă protector.

Fig.2. Termometru ordinar; a-vedere de sus; b- vedere profil

b.Psihrometrul – este un aparat format din două termometre identice cu mercur,

unul având rezervorul învelit în tifon, aşezate pe acelaşi suport, în poziţie verticală şi

care servesc la determinarea temperaturii şi umidităţii aerului.

125

Temperatura aerului este acea temperatură pe care o indică termometrul când

este ferit de acţiunea căldurii emise de Soare sau radiate de corpurile înconjurătoare, aşa

încât să nu primească căldura decât prin conductibilitate de la aerul înconjurător.

Pentru a măsura temperatura aerului termometrele sunt aşezate în adăposturile

pentru termometre. Deoarece un termometru trebuie să indice nu numai temperatura

aerului în locul unde se găseşte, ci temperatura pentru o regiune cât mai întinsă, este

necesar să se asigure o ventilaţie suficientă în jurul termometrului.

Ventilaţia artificială în jurul rezervoarelor termometrelor care permite asigurarea

condiţiilor optime de evaporare a apei din tifon se face printr-un dispozitiv la care se

ataşează o morişcă aspiratoare, capabilă să producă un curent de aer cu viteza de circa

2m/sec.

Inainte de a se face citirea, se pune morişca în mişcare şi se aşteaptă 3-4 minute,

până când se realizează echilibrul de temperatură între termometru şi aerul înconjurător.

c.Termometrul de maximă (tip Fuess) (fig.3) măsoară temperatura cea mai

ridicată ce se produce într-un anumit interval de timp de exemplu 24 de ore.

Substanţa termometrică este mercurul. Tubul capilar prezintă aproape de

rezervor şi imediat deasupra lui o gâtuitură. Când temperatura creşte, mercurul se

dilată şi trece uşor prin această secţiune mai mică decât restul tubului; la scăderea

temperaturii, coloana de mercur fiind împiedicată de gâtuitură, nu poate trece înapoi în

rezervor şi rămînâd pe loc indică temperatura maximă atinsă.

126

La termometrele moderne această gâtuire se obţine cu ajutorul unui bastonaş de

sticlă lung, lipit de fundul rezervorului şi care pătrunde pe o mică porţiune în tubul

capilar. La staţiile meteorologice, notarea temperaturilor se maximă se efectuează

seara.

În acest scop se scoate termometrul din suportul lui şi se scutură energic şi cu

atenţie de mai multe ori, până când coloana de mercur este adusă la diviziunea

corespunzătoare temperaturii din acel moment. “Operarea” termometrului de maximă

se face după observaţia de seară.

d. Termometrul de minimă (tip Fuess) este umplut cu alcool sau cu alt lichid cu

temperatură de solidificare scăzută (toluen, eter de petril etc.).

Poziţia normală a termometrului este orizontală. Rezervorul termometrului are

formă de U sau formă cilindrică. Extremitatea coloanei de alcool arată aceeaşi

temperatură ca şi cea indicată de termometrul obişnuit cu mercur.

În coloana de alcool se află un indice mobil, de sticlă, când temperatura se

ridică, alcoolul dilatându-se trece printre pereţii tubului capilar şi indice, fără a-l mişca,

iar când temperatura coboară, alcoolul se contractă şi antrenează spre rezervor şi

indicele, datorită tensiunii superficiale.

127

Exteremitatea indicelui dinspre meniscul alcoolului indică temperatura de

minimă a aerului.

Termometrul de minim se operează prin ridicarea rezervorului până când

indicele coboară atingând meniscul coloanei de alcool.

d. Termometrul de maximă şi minimă cu mercur (Six-Bellani ) (fig.4). Acest

termometru este alcătuit dintr-un tub capilar, în formă de U, închis la ambele

capete, unul din braţe fiind spre interior. Porţiunea îndoită spre interior este

umplută cu alcool. Cealaltă ramură este umplută numai în parte cu alcool. La

mijlocul tubului o coloană de mercur – separă cele două cantităţi de alcool.

Termometrul are şi doi indici de fier, îmbrăcaţi într-o învelitoare subţire de sticlă,

care sunt plasaţi în porţiunile umplute cu alcool. Indicii au la capete câte două

aripioare subţiri de sârmă şi sunt astfel construiţi, încât aderă la pereţii tubului şi nu

se deplasează prin proprie greutate sau prin zguduire.

128

Când temperatura creşte, alcoolul din braţul de minimă se dilată şi împinge

coloana de mercur, care, la rândul ei, împinge indicele din braţul de maximă, în timp

ce indicele din braţul de minimă rămâne în locul în care a ajuns şi arată temperatura

minimă atinsă.

Când temperatura aerului coboară, indicele din braţul de maximă rămâne de

data aceasta în locul în care ajunge şi arată temperatura maximă atinsă, care se citeşte

de asemenea la capătul indicelui dinspre meniscul coloanei de mercur.

Pentru funcţionare, poziţia normală a termometrului este cea verticală.

Când se “operează”, observatorul aduce indicii în contact cu meniscurile coloanei

de mercur, servindu-se de un magnet.

129

Acest termometru prezintă următoarele dezavantaje: el nu funcţionează la

temperaturi mai coborâte de –380C, mercurul având o vâscozitate mare la temperaturi

joase, şi odată deranjat, se repune foarte greu în funcţiune.

Operarea acestor trei tipuri de termometre se face fără a se atinge rezervoarele lor.

f. Termometre înregistratoare sau termografe, înregistrează în mod continuu

temperatura. Ele se folosesc pentru a mări variaţiile de temperatură într-un interval de

timp.

Un termograf este compus din: o parte sensibilă la variaţiile de temperatură numită

corpul termometric, un mecanism de transmisie a variaţiilor de temperatură numită

substanţa termometrică, un mecanism de transmisie a variaţiilor corpului termometric

şi un dispozitiv de înregistrare. Partea sensibilă este formată fie dintr-o lamelă

bimetalică, fie dintr-un tub metalic de secţiune eliptică, numit şi tub Bourdon, umplut

cu alcool sau cu petrol (fig.5).

O extremitate a corpului termometric este fixată pe peretele cutiei

termografului, iar cealaltă extremitate, liberă se dilată şi se contractă în mod succesiv

din cauza variaţiilor de temperatură.

Dispozitivul de înregistrare este constituit dintr-un cilindru, numit şi tambur,

pus în mişcare printr-un mecanism de ceasornic, situat în interiorul lui, care prin

construcţie, face o rotaţie completă în 24 de ore sau într-o săptămână. Pe acest tambur

se înfăşoară o bandă de hârtie pe care sunt trasate linii orizontale, ce reprezintă gradele

de temperatură, precum şi linii verticale uşor curbate ce reprezintă timpul. Această 130

bandă de hârtie se numeşte termogramă, deoarece pe ea, peniţa înregistratoare înscrie

variaţiile de temperatură transmise de piesa sensibilă.

Peniţa termohigrografului are forma unei piramide triunghiulare, fără faţa de

deasupra. În interiorul peniţei se pune cerneală cu glicerină, care nu se evaporă uşor şi

nici nu îngheaţă.

În prezent se fabrică termografe cu peniţe înregistratoare din masă plastică

având forma unui ac îndoit prevăzut la bază cu un rezervor pentru cerneală.

Înainte de a pune în funcţiune, termograful se etalonează în comparaţie cu un

termometru etalon, iar mecanismul de ceasornic se reglează după un ceas de precizie.

II.Descrierea termometrelor pentru sol

Pentru măsurarea temperaturii la suprafaţa solului se folosesc termometre

obişnuite cu mercur, termometre de maximă şi de minimă.

a.Termometrul de sol – Savinov (fig.6).

Tubul exterior este din sticlă, fiind protejat printr-un tub de metal sau de masă

plastică. Tubul protector se termină la partea inferioară printr-un vârf conic, iar la cea

superioară printr-un capac prevăzut cu un inel. Aceste termometre sunt gradate de la –

200 la +400C. In dreptul scalei gradate tubul metalic este decupat având o fereastră

longitudinală care permite efectuarea citirilor.

b.Termometre cu tragere verticală (fig.7) se folosesc pentru adâncimi de 20

până la 32 cm. Acest termometru este introdus într-un tub metalic rezistent, ascuţit la

capătul unde se găseşte rezervorul termometrului pentru a putea fi introdus în sol.

131

Vârful ascuţit al tubului metalic este prevăzut cu mai multe orificii prin intermediul

cărora se asigură contactul dintre rezervorul termometrului şi sol. Cu acest termometru

se măsoară temperatura solului la adâncimile de însămânţare până la 20 cm. Fiind

sensibil el intră în echilibru termic cu mediul în care este introdus în circa 5 minute.

c.Termometre sondă de sol (Sohin), folosesc ca lichid termometric toluenul.

Se folosesc pentru adâncimi mari, până la 2,4 m.

Termometrul este de formă cilindrică, având rezervorul cu substanţa

termometrică în contact cu pilitura de fier, cupru sau alamă. La capătul cilindrului

protector este o plăcuţă din metal, pe care se va sprijini în interior termometrul, în

acest mod asigurându-se contactul termic dintre sol şi termometru.

d.Termometre cu rezistenţă electrică - numite şi bolometre, sunt folosite atât

pentru aer cât şi pentru sol. Bolometrul este confecţionat dintr-un fir metalic de

rezistivitate mare, care-şi modifică rezistenţa în funcţie de temperatură. Determinarea

rezistenţei, (adică a temperaturii) se face printr-un montaj în punte Wheatstone, şi se

bazează pe echilibrarea acesteia.132

mailto:pl@cu%5D@

Fig. 8.a.Termometru cu rezistenţă electrică

b.Principiul de funcţionare, puntea Wheatstone

e.Termometre cu termocuplu, folosite atât pentru aer cât şi pentru sol,

funcţionează pe baza efectului termoelectric (Peltier). Sunt constituite din două fire de

metale diferite, sudate la ambele capete, (fig.9).

Fig.9. Termometre cu termocuplua.termocuplu simplu, b.termocuplu în apă cu gheaţă, c.schema de montare pentru mai

multe adâncimi în sol

f.Termometre pentru determinarea temperaturii apelor: aceste termometre

sunt termometre aneroide, cu rezervorul mare, cu un înveliş metalic protector.

Rezervorul termometrului se află într-un vas metalic prevăzut cu orificii.

În momentul determinării termometrul se introduce partea cu rezervor în apă, iar

vasul metalic în care se află acesta va rămăne plin cu, apă în scopul evitării influenţei

temperaturii aerului în momentul determinării.

133

Fig.10.a,b-termometre cu carcasă metalică; c-termometru de adâncime

Pentru temperaturii în adâncime, se utilizează termometre speciale cu învelişul

din sticlă groasă ce rezistă la presiuni de 400 atmosfere şi care, în momentul când au

ajuns la adâncimea dorită, cu ajutorul unui cablu, se răstoarnă automat iar coloana de

mercur se întrerupe prin intermediul buclei 1, fixându-se la temperatura stratului de apă

de la adâncimea respectivă (fig.10). Unele termometre de acest fel posedă şi un mic

termometru ajutător care permite stabilirea corecţiilor în funcţie de diferenţa

temperaturii apei faţă de a aerului.

B. Metodica experimentalăSe efectuează citirile indicaţiilor tuturor tipurilor de termometre aflate în

laborator, determinându-se precizia de măsură, utilizând formula:

134

n

iix mM unde: x – precizia; iM-indicaţia maximă; im-indicaţia minimă; n-

numărul de diviziuni cuprind între iM şi im.

3.CARACTERIZAREA TEMPERATURII AERULUIA. Consideraţii teoretice

Datorită faptului că temperatura poate să se modifice rapid, în funcţie de

condiţiile specifice, în practică prezintă interes calculul valorilor mijlocii ale

temperaturii care pot fi:

a. mijlocii orare;

b. mijlocii diurne;

c. mijlocii decadice;

d. mijlocii lunare;

e. mijlocii anuale.

Specialiştii folosesc şi alţi indici de temperatură, cum ar fi: amplitudinea

temperaturii, valori normale ale temperaturii, etc.

a.Temperaturile orare – se folosesc pentru evidenţierea diurnă a temperaturii. Ele

se calculează din totalul de observaţii ale unei luni, gândindu-se astfel mijlocia lunară

a orei resopective folosind formula:

n

tt

n

iij

mj

1 unde: tmj-temperatura mijlocie lunară a orei j; n-numărul total de zile

din luna respectivă; tij- temperatura în ziua i la ora j.

b.Temperaturile mijlociile diurne se calculează prin mai multe metode:

1.Se face media aritmetică a celor 24 de valori orare:

24

24

1 i

i

md

tt

, în mod mai precis se calculează, considerând şi valoarea t0 a

temperaturii la ora 24 din ziua precedentă.

135

)....2

(24

12321

240 ttttt

tmd

Această valoare se numeşte temperatură mijlocie

diurnă adevărată.

2.Temperatura mijlocie diurnă se poatre obţine şi prin media aritmetică a

temperaturilor la orele de observaţii (1, 7, 13 şi 19).

4191371 tttt

tmd

Această valoare este mai mică faţă de cea obţinută prin

prima metodă în jumătatea rece a anului, şi este mai mare în jumătatea caldă a anului.

3.Metoda Köppen. Se poate obţine o mijlocie diurnă foarte apropiată de

mijlocia diurnă adevărată cu cele trei sau patru citiri ale temperaturii, dacă se utilizează

formula lui Köppen:

tmd=tm – K(tm-tmin) unde:

tmin-temperatura minimă; K-coeficientul lunar de temperatură;

tm-temperatura mijlocie obţinută din citiri.

4.Metoda temperaturilor extreme se reduce la a calcula media aritmetică din

valorile extreme:

2minmax tt

tmd

%n acest mod valorile obţinute la latitudinea noastră sunt

cu aproximativ 0,40C mai ridicate decât valorile temperaturii mijlocii adevărate.

c.Mijlocii decadice ale temperaturii reprezintă media aritmetică a mijlociilor

diurne pentru decada respectivă, O lună are trei decade, primele două având câte 10

zile, iar a treia variază în funcţie de lună.

d.Mijlocia lunară a temperaturii se obţine din media aritmetică a mijlociilor

zilnice sau media aritmetică a mijlociilor decadice.

e.Mijlocia anuală a temperaturii se calculează din media aritmetică a

mijlociilor lunare.

Valorile normale ale temperaturii se consideră făcându-se media aritmetică pe o perioadă de cel puţin 30 ani pentru mijlociile diurne sau anuale.

Amplitudinea temperaturii. Diferenţa în grade dintre temperatura maximă şi cea

minimă din cursul unei zile se numeşte amplitudine termică diurnă a temperaturii

aerului.

136

Amplitudinea periodică diurnă este diferenţa dintre cea mai mare şi cea mai mică

mijlocie orară din cursul unei zile, iar amplitudinea periodică diurnă este diferenţa

dintre valorile medii ale maximelor şi minimelor.

4.Caracterizarea timpului din punct de vedere termic

Se face ţinându-se seama de abaterile temperaturilor medii lunare, anutimpuale

sau anuale, faţă de mediile multianuale (valorile normale) corespunzătoare.

Când abaterile medii lunare sunt:

a. 100C, timpul este calificat excesiv de cald;b. între 50C şi 9,90C, timpul este calificat foarte cald;c. între 2,00C şi 4,90C, timpul este calificat cald;d. între 1,00C şi 1,90C, timpul este calificat călduros;e. între –0,90C şi 0,90C, timpul este calificat normal;f. între –1,90C şi 1,00C, timpul este calificat răcoros;g. între –4,90C şi –2,00C timpul este calificat rece;h. între –9,90C şi –5,00C timpul este calificat foarte rece;i. -10,00C timpul este calificat excesiv de rece.

Pentru caracterizările pe anotimpuri şi pe an, ţinându-se seama de faptul că

abaterile pentru aceste intervale sunt mai mici decât cele lunare, limitele de mai sus se

reduc la jumătate şi anume:

Când abaterile medii sunt:

a. 5,00C, timpul este calificat excesiv de cald;b. între 2,60C şi 4,90C timpul este calificat foarte cald;c. între 1,10C şi 2,50C timpul este calificat cald;d. între 0,60C şi 1,00C timpul este calificat călduros;e. între 0,50C şi -0,50C timpul este calificat normal;f. între -1,00C şi 0,60C timpul este calificat răcoros;g. între -2,50C şi -1,10C timpul este calificat rece;h. între -4,90C şi -2,60C timpul este calificat foarte rece;i. -50C timpul este calificat excesiv de rece.Exemple: temperatura mijlocie la Cluj, în luna iunie a anului 1968 a fost de

20,20C. Valoarea normală a temperaturii aerului în luna iunie la Cluj este de 17,60C

Abaterea faţă de normală este deci: 20,2 – 17,7 = 2,60C, deoarece abaterea

2,60C timpul în luna iunie 1969 a fost cald.

137

Temperatura mijlocie anuală la Cluj în anul 1968 a fost 9,90C. Valoarea anuală

normală a temperaturii aerului la Cluj este de 8,30C. Abaterea este 1,60C. Această

valoare este cuprinsă între 1,10C şi 2,50C în tabelul de abateri, deci timpul la Cluj în

anul 1968 a fost cald.

B.Metodica experimentalăPentru măsurarea temperaturii aerului, este necesar să se aibă în vedere

urmăroarele:

a. instalarea şi operarea termometrelor;

b. precizia termometrelor;

c. erorile termometrelor.

1.Psihrometrul. Înainte de citirea psihrometrului se pune în acţiune morişca şi

se aşteaptă 3-4 minute, până la realizarea echilibrului termic cu mediul înconjurător.

2.Termometrul de maximă. Temperatura maximă se citeşte la extremitatea

coloanei de mercur. El se aşează în adăpost pe un suport foarte puţin înclinat, aproape

orizontal. Operarea termometrului de maximă se face prin scuturarea lui energică, până

când coloana de mercur este adusă la diviziunea corespunzătoare temperaturii din acel

moment.

3.Termometrul de minimă se operează în modul următor: se scoate din suport,

se înclină cu rezervorul în sus, pentru ca indicele să alunece încet până la extremitatea

coloanei de alcool, unde se opreşte, datorită tensiunii superficiale a alcoolului. Apoi se

aşează în poziţie orizontală, pe suportul său din adăpostul meteorologic.

4.Termograful. Datorită complexităţii aparatului, pot apărea dereglări în

funcţionare. De aceea, la începutul înregistrării se notează ora şi temperatura măsurată

cu termometrul cu mercur.

Precizia termometelor se determină cu formula:

n

iix mM

Erorile termometrelor depinde de modul lor de gradare. Există termometre

divizate în grade, în zecimi de grad, sutimi de grad. Cea mai mică eroare efectuată în

138

citire este egală cu cea mai mică diviziune. Eroarea relativă, exprimată în procente, se

calculează cu formula:

100cititA

A unde A – este eroarea absolută, iar Acitit este valoarea citită.

În mod practic, urmărim:

a.Calculul mijlociei diurne şi decadice, precum şi a amplitudinii temperaturii

pentru o lună.

Datele necesare se extrag din carnetele de observaţii meteorologice. Se

foloseşte metoda celor 3 citiri, metoda Köppen şi metoda temperaturilor extreme.

Valoarea coeficientului K se scoate din tabel.

Lunile I II III IV V VI VII VIII

IX X XI XII

K 0,1 0,105 0,147 0,183 0,209 0,215 0,217 0,2 0,182 0,165 0,131 0,106

Datele se trec în următorul tabel:

Ziua Temperatura Max Min k Mijl. temp. tdm A 7 13 19 1 2 3

Luna

b.Caracterizarea termică a unei luni şi a unui an pe baza valorilor din anuarul

meteorologic.

c.Reprezentarea grafică a temperaturii anuale şi compararea cu valorile

normale, pentru caracterizarea termică a vremii.

5.CARACTERIZAREA TEMPERATURII SOLULUI

A.Consideraţii teoreticePentru determinarea corectă a temperaturii solului se ţine cont de

particularităţile termometrelor folosite. Astfel, la termometrele tip Savinov, rezervorul

termometrului face un unghi de 1350 cu tija termometrică, iar în sol se instalează prin

îngropare, în aşa fel ca partea din tijă care este afară să facă un unghi de 450 cu

suprafaţa solului. Termometrele Savinov se instalează în partea de sud a platformei

meteorologice orientate de la E la V cu rezervorul dirijat spre S. Pământul în care se

139

instalează trebuie afânat pe o suprafaţă de 4 x 6 m. In perioada de îngheţ, acest tip de

termometre se scot din staţie. În practică, termometrele Sarinov se ţin din aprilie, până

în noiembrie.

Termometrele cu tragere verticală se instalează în parcela cu iarbă, pe direcţia

E-V cu o distanţă de 50 cm între ele.

Aceste termometre nu se scot pe perioada de îngheţ, ele nedeteriorându-se.

(Substanţa termometrică este alcoolul).

Cele instalate la adâncimea de 20, 40, 60 cm, se citesc de 4 ori pe zi, iar cele

instalate la adâncimi mai mari (80-320 cm) se citesc numai o dată pe zi.

B.Metodica exterimentală

a.Se instalează în laborator, în lada cu pământ, toate tipurile de termometre. Se

fac mai multe citiri, determinându-se temperatura, precizia şi eroarea. Datele se trec în

tabelul următor:

Nr.crt Tip termometru T 0C x 0CT

T

%

b.Se prezintă grafic temperatura solului, într-o perioadă de 1 an.

c.Se reprezintă grafic temperatura solului în funcţie de adâncime.

6.DETERMINAREA PRESIUNII ATMOSFERICEA.Consideraţii teoretice

1.Prin presiune se înţelege mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre forţă

şi suprafaţă.

P= S

F În S.I. presiunea se măsoară în N/m2.

Presiunea atmosferică reprezintă forţa de apăsare exercitată de o atmosferă pe o

suprafaţă plană.

Forţa de apăsare a atmosferei este egală cu greutatea coloanei de atmosferă

având o înălţime considerată între suprafaţa Pământului şi limita superioară a

atmosferei.

140

Dispozitivele cu care se măsoară presiunea atmosferică se numesc barometre.

Acestea au la bază experimentul lui Torricell care egalează presiunea hidrostatică a

unei coloane de mercur, aflată într-un tub închis, cu presiunea exercitată de atmosferă

asupra mercurului aflat într-un vas deschis în care este introdusă partea deschisă a

tubului.

Deci, presiunea atmosferică este egală cu presiunea exercitată de o coloană de

mercur cu înălţimea h.

P0=P= ghS

gSh

S

gv

S

mg

S

F

.....

Experimentul s-a constatat că mercurul din tub se stabilizează la o înălţime de

aproximativ 76 cm, adică 760 coloană de mercur.

În S.I. vom obţine pentru presiunea atmosferică valoarea:

P= 25223

3 /10.013,110.7681,910.6,13 mNmS

m

m

kg

În parctică se utilizează frecvent unităţi ca: mm coloană de Hg, torr şi milibari.

1 mm col Hg = 1 torr

1 torr= 760

013,1105=133,29N/m2

1N/m2=7,6.10-4torr

1 bar=105N/m2

2.Descrierea aparaturii

În funcţie de modul de funcţionare, există barometre cu mercur şi barometre

metalice sau aneroide.

Barometrele cu mercur se împart în:

a.Barometrul cu sifon numit şi barometrul lui Gay-Lussac. Acest barometru este

alcătuit dintr-un tub îndoit în formă de U cu ramuri neegale, cea mai scurtă fiind

deschisă.

b.Barometrul cu fund mobil (tip Fortin) care are fundul vasului format dintr-o

piele de căprioară, acesta poate fi coborât sau ridicat cu ajutorul unui şurub.

141

c.Barometrul cu fundul fix (tip Fuess), numit şi barometru cu scară redusă,

deoarece diviziunile lui sunt făcute ţinându-se seama de raportul dintre raza tubului şi

raza vasului.

Lungimea coloanei de mercur reprezintă o presiune care diferă de presiunea

normală. Se impune deci, aplicarea de corecţii:

-corecţia instrumentală - se datorează tehnologiei de fabricaţie (tubul nu are un

diametru perfect constant, vidul nu este perfect). După fabricaţie, instrumentul este

etalonat de către Institutul de Meteorologie şi este insoţit de un certificat care permite

aplicarea acestei corecţii.

-corecţia de temperatură - pentru evitarea efectelor de dilatare, se presupune că

mercurul este întotdeauna la temperatura de 00C (reducerea presiunii la zero). Această

corecţie se face după tabelul anexat, corecţia fiind pozitivă dacă temperatura este

negativă şi negativă dacă temperatura este pozitivă.

-corecţia de latitudine – datorită variaţiei acceleraţiei gravitaţionale cu

latitudinea, lungimea coloanei de mercur va fi mai mică la poli şi mai mare la ecuator.

Corecţia se face în raport cu latitudinea de 450.

-corecţia de altitudine – (reducerea la nivelul mării) - ţine cont de variaţia pe

verticală a acceleraţiei gravitaţionale şi de scăderea densităţii aerului cu înălţimea.

Aceste abateri sunt însă foarte mici, deci pentru determinările curente locale ele se

neglijează.

Barometrul metalic sau barometrul aneroid se bazează pe deformarea suferită

de o capsulă metalică elastică la variaţii ale presiunii atmosferice.

Bazele capsulei sunt subţiri şi ondulate pentru a-i mări suprafaţa şi

flexibilitatea. Pentru a nu fi turtită din cauza presiunii exterioare, cutia elastică este

menţinută de un resort interior sau o lamelă elastică exterioară. Deformaţiile pe care le

suferă capsula ondulată a cutiei din cauza variaţiei presiunii aerului, sunt transmise

printr-un sistem de pârghii la un ac mobil, care se mişcă în dreptul unui cadran, pe care

sunt însemnate valorile presiunii atmosferice. Gradarea barometrului metalic se face

prin comparaţie cu barometrul cu mercur şi această gradaţie trebuie verificată din când

142

în când, deoarece elasticitatea materialului capsulei variază cu timpul, cutia se

aplatizează şi instrumentul arată valori prea ridicate.

Barometrul metalic permite citirea presiunii cu o aproximaţie de 1 mm, în timp

ce barometrul cu mercur dă o precizie de 0,1 mm.

Barometrul înregistrator (fig.11) sau barograful se compune din:

- o serie de cutii elastice;

- un sistem de pârghii care transmit deformaţiile cutiilor elastice provocate de

variaţiile presiunii;

- un tambur (cilindru) pus în mişcare printr-un mecanism ceasornic.

Pe acest cilindru este înfăşurată o bandă de hârtie gradată, pe care printr-un

sistem de pârghii, se înscriu valorile şi variaţiile de presiune. Pe banda de hârtie sunt

trasate linii orizontale, corespunzătoare valorilor presiunii şi linii verticale,

corespunzătoare intervalelor de timp. Ceasornicul poate fi aranjat pentru înregistrări

zilnice (24 de ore) sau săptămânale (7 zile).

În felul acesta se poate obţine valoarea presiunii în diferite momente şi variaţiile

ei în anumite intervale de timp.

Deoarece cu timpul elasticitatea capsulelor barometrice variază indicaţiile

barografului sunt mai puţin precise, este necesar ca din când în când să fie comparat cu

un manometru cu mercur.

143


Barometrul cu mercur se instalează într-o cameră de preferat neâncălzită,

orientată spre nord şi departe de ferestre. El trebuie să fie ferit de schimbările bruşte de

temperatură, să nu fie expus razelor Soarelui sau radiaţiei unei sobe.

Se va suspenda în aşa fel barometrul, încât să nu se sprijine direct pe zid, iar

mijlocul scării barometrului să se găsească la înălţimea ochiului observatorului.

Citirea la barometru se face în felul următor:

a. Se citeşte întâi termometrul alipit la barometru;

b. Se îndepărtează puţin barometrul din poziţia verticală sau se ciocăneşte

puţin tubul barometrului pentru a se înlătura eventualele adeziuni care sar fi

produs între coloana de mercur şi pereţii tubului de sticlă;

c. vernierul se aşează tangent la menisc şi se citeşte lungimea coloanei de

mercur respectând o poziţie corectă a ochiului.

Calculul valorii mijlocii. Citirile la barometru se fac la orele de observaţie (1, 7,

13 şi 19). Media aritmetică a celor patru valori se efectuează doar după efectuarea

corecţiilor.

Această valoare obţinută constituie mijlocia zilnică a presiunii. La fel se

calculează valoarea mijlocie lunară, anotimpuală sau anuală a presiunii.

În mod practic, se fac citiri cu: barometrele aneroide şi barometrul cu mercur

Fuess şi se aplică corecţiile de temperatură şi de altitudine.

Fig. 12. Barometru

Corecţia de temperatură se efectuează cu ajutorul formulei:

P0 = H – D0 unde: P0-presiunea redusă la 00C; H-înălţimea coloanei de mercur,

citită cu ajutorul vernierului; D0-dilatarea termică a mercurului faţă de 00C (valoare ce

se scoate din tabelul, anexat barometrului Fuess, (fig.12) în funcţie de temperatura

citită la termometrul alipit).

144

Corecţiile de altitudine (reducerea la nivelul mării) se efectuează pe baza

formulei:

Pn = P0 + P01 în care Pn-presiunea redusă la nivelul mării; P0-presiunea redusă

în prealabil la 00C; P01-presiunea suplimentară (adiţională).

Prin presiunea suplimentară înţelegem presiunea (redusă la 00C) pe care ar

exercita-o aerul imaginar dintre staţia respectivă (situată la H metrii) şi nivelul mării (0

metri).

Valoarea P01 se scoate din tabelul II anexat barometrului Fuess în funcţie de

temperatura aerului axterior.


Bar

omet

rul

cu H

g

Tem

per

atu

ra

0 C

Cor

ecţi

a d

e

tem

per

atu

ră

Cor

ecţi

a d

e

înăl

ţim

e

Presiunea Presiunea redusă

P

P

mm

Hg

N/m2 mb mm

Hg

N/m2 mb %

Eroarea se calculează cu relaţia: %100P

P

7.MĂSURAREA UMIDITĂŢII AERULUI


Prin umiditate se înţelege conţinutul aerului în vapori de apă. Cu cât cantitatea de

vapori de apă conţinută de o anumită masă de aer aflată la o anumită temperatură este

mai mare, cu atât umiditatea aerului va fi mai mare. Pentru o anumită temperatură,

cantitatea de vapori de apă nu poate trece peste o anumită limită, care dacă este atinsă,

aerul devine saturat de vapori, şi masa în exces acestora se condensează. Limita de

saturaţie creşte cu temperatura.

Umiditatea aerului este caracterizată de următoarele mărimi:

1. Umiditatea absolută a aerului; este cantitatea de vapori de apă exprimată în

grame, existenţi într-un m3 de aer: când aerul este saturat cu vapori,

umiditatea absolută devine maximă.

145

2. Tensiunea vaporilor de apă; reprezintă presiunea sau forţa elastică exercitată

de vaporii de apă existenţi la un moment dat în atmosferă. Se exprimă, la fel

ca şi presiunea atmosferică, în milibari şi torri. Tensiunea vaporilor poate să

crească până la valoarea maximă ce corespunde saturaţiei, valoare care

depinde de temperatură.

3. Umiditatea specifică; reprezintă masa exprimată în grame a vaporilor aflaţi

într-un kg de aer. Dacă atmosfera este saturată cu vapori, umiditatea

specifică devine maximă.

4. Umiditatea relativă; este raportul exprimat în procente dintre tensiunea

actuală a vaporilor de apă şi tensiunea maximă corespunzătoare temperaturii

aerului din acel moment. UR= %100E

. Umiditatea relativă face posibilă

cunoaşterea cantităţii de vapori existenţi la un moment dat în atmosferă, faţă

de cantitatea necesară pentru ca atmosfera să fie saturată, deci arată cât de

aproape sau cât de departe se găseşte aerul faţă de starea de saturaţie.

5. Fracţia de saturaţie este raportul dintre tensiunea actuală şi tensiunea maximă

E

e.

6. Deficitul de saturaţie reprezintă diferenţa între tensiunea maximă şi tensiunea

la un moment dat a vaporilor.

7. Gradul de uscăciune al aerului este diferenţa (100-U) şi constituie încă o

indicaţie asupra umidităţii aerului.

8. Punctul de rouă (TR) este temperatura la care trebuie răcit aerul sub presiunea

constantă, pentru ca vaporii conţinuţi să-l satureze.

Pentru măsurarea diferitelor mărimi ce caracterizează umiditatea aerului se

folosesc metode higrometrice şi psihrometrice. Se folosesc psihrometre fără aspiraţie,

cum este psihrometrul de tip August şi psihrometrul cu morişcă aspiratoare sau

psihrometrul de tip Assmann.

Psihrometrul August este format din două termometre identice fixate pe un

suport. Unul din termometre are rezervorul înfăşurat în tifon, care se prelungeşte sub

146

forma unui fitil, al cărui capăt pătrunde într-un păhărel cu apă distilată sau de ploaie,

care se află sub rezervorul termometrului, la distanţă de aproximativ 2 cm, distanţă care

asigură circulaţia aerului în jurul rezervorului termometrului.

Din cauza evaporării produse în jurul rezervorului termometrului umed, fenomen

ce absoarbe căldura, se produce o scădere a temperaturii acestui termometru.

Evaporarea şi scăderea temperaturii fiind proporţionale cu gradul de uscăciune al

aerului, din indicaţiile celor două termometre se deduce umezeala aerului, folosind

tabelele psihrometrice.

Psihrometrul Assmann este alcătuit din două termometre fixate într-o montură

metalică alcătuită dintr-un tub central ce se desface în două ramuri la partea inferioară,

cu rol de protecţie asupra rezervoarelor termometrelor. La partea superioară a tubului

central se fixează, prin înşurubare, morişca aspiratoare a psihometrului. Acest

psihrometru prezintă avantajul că este transportabil. Cu acest instrument se pot face

determinări în plin soare, deoarece întreaga montură metalică este nichelată, nichelul

reflectând radiaţiile solare.

La psihrometrele cu ventilaţie, se procedează astfel:

-întâi se umezeşte rezervorul termometrului umed cu ajutorul unei pipete;

-se întoarce arcul moriştii;

-se aşteaptă 2-4 minute până ce temperatura termometrului devine staţionară,

apoi se citeşte termometrul umed după care cel uscat. Umiditatea se scoate din tabele.

Higrometrul cu fir de păr (Saussure) (fig.13), se bazează pe proprietatea firelor

de păr degresate de a se lungi când creşte umezeala aerului. Pentru acelaşi procent de

umezeală, alungirea este la început mai mare şi din ce în ce mai mică, cu cât umezeala

se apropie de saturaţie.

Un higrometru este compus dintr-un fir de păr, spălat şi degresat, un cadran

gradat în procente de umiditate relativă şi un indicator. Firul se fixează cu una dintre

extremităţi la un suport, iar cealaltă extremitate se înfăşoară pe un scripete. Firul este

ţinut cu ajutorul unei greutăţi. Indicatorul se fixează de scripete, care se roteşte după

cum firul se lungeşte sau se scurtează, indicând astfel umiditatea aerului. Când aerul

147

este complet uscat, el trebuie să indice 0%, iar când aerul este saturat, indicatorul

trebuie să fie în dreptul diviziunii 100%. Higrometrul cu fir este un instrument comod şi

practic, dar trebuie verificat din când în când şi deci reglat.

Fig.13. a-Higrometru cu fir de păr; b- şurub de agăţare;c-dispozitiv de întindere

Pentru a studia variaţia umidităţii în anumite intervale de timp, se foloseşte

higrograful. Partea sensibilă a higrografului o constituie un mănunchi de fire de păr a

căror variaţie în lungime, sub acţiunea umezelii relative a aerului, este transmisă şi

amplificată printr-un sistem de pârghii. Ultima pârghie poartă o peniţă sprijinită pe un

cilindru cu diagramă. Cilindrul se roteşte prin intermediul unui mecanism de ceasornic

în 24 de ore sau 7 zile.

În practică se folosesc două metode:

a. Metoda directă: prin care utilizând tabelele psihometrice se determină

valoarea umidităţii relative a aerului şi valoarea tensiunii vaporilor de apă.

b. Metoda indirectă: în care, folosindu-ne de formula: e=E1–KH(T1-T2) unde:

K-794.10-6 pentru psihrometrul fără aspiraţie; K=662.10-6 pentru

psihrometrul cu aspiraţie; H-valoarea presiunii atmosferice redusă la 00C;

T1-temperatura citită la termometrul uscat la psihrometrului.

148

Dacă se foloseşte psihrometrul Assmann, tensiunea vaporilor de apă se poate

calcula cu formula: e=E| - 0,5(T1-T2)

Umiditatea relativă Ur se calculează cu formula: UR= 100E

e unde E este tensiunea

maximă a vaporilor de apă corespunzătoare temperturii citite la termometrul uscat al

psihrometrului.

Deficitul de saturaţie se calculează cu formula: D=E-e

B.Metoda experimentală

1.Folosind metoda directă se determină umiditatea relativă şi tensiunea vaporilor

de apă, prin citirea temperaturilor T1 şi T2

2.Folosind relaţia de calcul anterioare se determină umiditatea absolută (Ua),

umiditatea relativă (UR), tensiunea vaporilor de apă (e), deficitul de saturaţie (D), gradul

de uscăciune (U), punctul de rouă (TR).

3.Citirea higrometrului şi a higrografului şi calcularea tensiunii vaporilor de apă

pe baza umidităţii relative indicată de higrometru.

4.Caracterizarea timpului din punct de vedere higrometric.


Metoda

T1 0C

T2 0C

Ua

g/cm3

Ur

%

e mb torr

Dmbtorr

Ug/kg

TR

T

T%

a

a

U

U%

R

R

U

UD

D

%

Erorile se calculeasză cu formulele:

E

E

e

e

U

U

R

R

;

e

e

E

E

D

D

Modul de lucru:

Punerea în funcţiune a pshihrometrului:

-se introduce în apă rezervorul traductorului până la reperul marcat şi se aşteaptă 5 minute;

-se corectează 0 mecanic; -se conectează aparatul la reţea şi se lasă 10 minute;-se conectează cursa indicatorului;-se citesc temperaturile T uscat şi T umed;

149

-se determină din tabele umiditatea relativă şi la intersecţia coloanei

corespunzătoare diferenţei dintre temperatura uscată şi cea umedă cu linia

corespunzătoare temperaturii uscate.


T10C

T20C

aparatT

T%

UR

R

R

U

U%

Erorile se calculează cu formula:

R

R

U

U=

citit

n

T

T

A

A

T

T

TTT

T

T

T

T max

212

2

1

1 )11

(

Punerea în funcţiune a higrometrului:

-se corectează 0 mecanic;

-se conectează la reţea şi se aşteaptă 10 minute;

-se face corecţia de scară;

-se citesc temperaturile T1 şi TR.

Umiditatea relativă, se găseşte la intersecţia coloanei corespunzătoare

temperaturii ambiante, indicată de aparat cu linia corespunzătoare temperaturii

punctului de rouă indicat de aparat.


T10C

T20C

AparatT

T%

UR

R

R

U

U%

Erorile se calculează cu formula:

R

R

U

U=

cititT

T

T

T

TTT max

21

)11

(

8.Determinarea umidităţii solului

Se ia o probă de sol, se cântăreşte, după care se pune pe o sticlă de ceas şi se

încălzeşte timp de 10 minute.

Proba se mojarează şi se pastilează cu o presă de volum cunoscut (1 cm3). Se

cântăreşte din nou cu balanţa analitică, iar diferenţa reprezintă cantitatea de apă aflată în

ore. În laboratoare, temperatura de uscare este de 1050C, pentru un timp minim de 4 ore.

150


m1

sol umed (g)m2

sol uscat (g)m1- m2

(g)V

(cm3)U

g/cm3 m

m

unde eroarea relativă a masei se determină cu formula:

10010.5,0

1003

mmm

9.MĂSURAREA EVAPORĂRIIA.Consideraţii teoretice

Vaporii de apă din tmosferă sunt produşi atât de pe suprafaţa apelor cât şi a

solului din transpiraţia plantelor şi a animalelor, etc.

Pentru ca evaporarea să aibă loc, trebuie îndeplinite condiţiile:

- mediul ambiant, (aerul) să nu fie saturat cu vaporii apei, deci presiunea Pe a

vaporilor în atmosfera ambiantă, la temperatura mediului trebuie să fie mai

mică decât presiunea P a vaporilor apei la acea temperatură (Pe<P);

- presiunea atmosferică H la acel moment să fie mai mare decât P a vaporilor,

la temperatura apei (H>P);

- viteza de evaporare conform formulei lui Dalton, va fi:

V=KH

PPS e )( unde: V-viteza de evaporare; K-factor de proporţionalitate care

depinde de agitaţia aerului; S-suprafaţa liberă a apei; P-presiunea vaporilor apei la acea

temperatură; Pe-presiunea vaporilor în aer.

Evaporarea depinde şi de temperatură, crescând cu aceasta.

Metodica experimentală

Metoda teoretică de determinare a evaporării prin calcul folosind formulele:

a. Q=(15+3VV)(P-Pe) unde: q=este stratul de apă în mm, evaporată într-o lună;

VV=viteza medie a vântului în luna respectivă; P-Pe=deficitul de saturaţie, mediu lunar.

b. Q=t(1-100

1) unde: Q=stratul de apă evaporat (mm); t=temperatura medie a

aerului; UR=umiditatea relativă; (0,6 –1,1) caracterizează viteza vântului.

151

c. Q=0,55(P-Pe)0,8(1+0,125VV).n unde: n=numărul zilelor pentru care calculăm

apa evaporată;

d. Q=10

t în care t este totalul mediilor diurne de temperatură depăşind 100, în

perioada considerată.


Dispozitivele de determinare a evaporării se numesc vaporimetre. Vaporii de apă

din atmosferă provin din evaporarea apei mărilor şi oceanelor, a râurilor, a ploii, a

transpiraţiei plantelor şi a animalelor, a emaneţiei vulcanilor, etc.

Evaporarea apei depinde de mai mulţi factori:

- temperatura apei: cu cât temperatura apei este mai ridicată, cu atât evaporarea

este mai intensă;

- deficitul de saturaţie – notăm cu E tensiunea maximă a vaporilor la

temperatura t a apei si cu e tensiunea actuală a vaporilor din atmosferă.

Cantitatea evaporată în unitatea de timp este proporţională cu diferenţa E – e

care constituie deficitul de saturaţie.

Evaporimetrul Willd (fig.14.) este o balanţă cu braţele neegale.

Fig.14. Evaporimetru Willd

La capătul braţului scurt are un platan în fiormă de cupă, cu suprafaţa

evaporatoare de 20 cm2. În acest platan se toarnă apă curată (distilată sau de ploaie)

până ce acul indicator al balanţei ajunge în poziţia zero.

Apa din platan evaporându-se. Acesta devine mai uşor astfel că acul indicator al

balanţei se deplasează în faţa scării gradate în mm strat de apă evaporată sau în grame.

152

În cazul acestui evaporimetru o masă de 5 g corespund la un strat de apă

evaporată de 0,2 mm grosime.

Un strat de apă evaporată a cărui grosime este de 1 mm corespunde unui litru de

apă evaporată pe suprafaţa de 1 m2.

Pentru determinarea evaporării, aparatul se expune în teren liber, însă ferit de

razele directe ale Soarelui şi de trepidaţii. Când este posibil, se aşează într-o apărătoare

meteorologică.

Pentru înregistrarea variaţiilor evaporării se foloseşte evaporigraful Wild, care

înscrie continuu pe diagramă mersul evaporării în 24 de ore sau într-o săptămână.

Evaporigraful constă dintr-un sistem de pârghii puse în legătură cu acul balanţei

şi un cilindru care se roteşte cu ajutorul unui mecanism de ceasornic. Pe cilindru se

înfăşoară o bandă de hârtie pe care sunt trasate linii orizontale şi linii verticale. Pe liniile

verticale se citeşte timpul, iar pe cele orizontale se citesc mm de apă evaporată.

În cercetările ştiinţifice agricole şi forestiere se folosesc pentru măsurarea

evaporării aparatele numite vase evaporimetrice şi lizimetre (fig.15).

Fig.15. Evaporimetre şi lizimetre

Acestea sunt vase de mărimi diferite (de circa 1 m3), care se umplu cu pământ, se

seamănă cu iarbă sau se lasă fără nici o vegetaţie, se instalează în pământ la locul de

observaţie şi se montează în legătură cu o balanţă solidă corespunzătoare masei vasului

şi sensibilă.

10.DETERMINAREA DIRECŢIEI VÂNTURILOR153


Prin vânt se înţelege deplasarea maselor de aer pe orizontală, datorită diferenţei

de presiune atmosferică pe suptafaţa Pământului. Vântul este caracterizat de: direcţie,

viteză, tărie sau intensitate şi frecvenţă.

Prin direcţia vântului se înţelege direcţia de unde bate vântul. Direcţia vântului

se determină prin indicarea punctului cardinal dinspre care bate vântul, fie prin roza

vânturilor, fie prin unghiul azimutal.

Roza vânturilor este un cerc împărţit în 8 sau 16 sectoare având indicate pe raze

direcţiile în funcţie de punctele cardinale.

Unghiul azimutal se consideră de la 0 la 3600 în sensul mişcării acelor de

ceasornic.

Viteza vântului se exprimă în m/s sau km/h.

Intensitatea vântului este forţa exercitată de vânt pe o suprafaţă aşezată

perpendicular pe direcţia de acţiune, exprimându-se în N/m2.

Experimental s-a stabilit că presiunea exercitată de vânt este proporţională cu

pătratul vitezei, P=kv2 (k=0,0625), viteza vântului se poate exprima în m/s, km/h sau în

grade Beaufort.

Gradele Beaufort sunt stabilite de urmare a efectelor mecanice pe care le produce

vântul asupra corpurilor de pe Pământ.

Frecvenţa vântului reprezintă numărul care indică de câte ori a bătut vântul, într-

o perioadă, dintr-o anumită direcţie.

Diagrama vântului. Reprezentând pe roza vânturilor frecvenţa în procente, din

totalul observaţiilor, la o anumită scară, se obţine un poligon neregulat, cu 8 sau 16

vârfuri, care reprezintă diagrama vântului.

154

Scara Beaufort

Grad de tărie Viteza vântului m/s

Efecte produse de vânt

0 – calm 0-0,5 fumul de la coşuri se ridică drept în sus; frunzele arborilor nu se mişcă;

1 – aproape linişte 0,6-1,7 fumul se ridică aproape vertical; frunzele se mişcă prea puţin;

2 – puţin vânt 1,8-3,3 abia se simte la obraz, se mişcă din când în când frunzele arborilor

3 – vânt slab 3,4-5,2 întreţine mişcarea continuă a frunzelor arborilor şi încreşeşte suprafaţa apelor stătătoare

4 – vânt potrivit 5,3-7,4 mişcă ramurile mici ale arborilor5 – vânt tăricel 7,5-9,9 mişcă ramuri mai groase, provoacă senzaţie

neplăcută la faţă, determină valuri pe apele stătătoare

6 – vânt destul de tare 9,9-12,4 mişcă arbori mai mici, începe să fie auzit din casă7 – vânt tare 12,5-15,2 mişcă arbori de dimensiuni potrivite, produce

valuri cu creste spumegânde pe apele stătătoare8 – vânt puternic 15,3-18,2 mişcă arbori mai mari, rupe ramuri de mărime

normală, mersul împotriva vântului se face cu greutate

9 – furtună (vijelie) 18,3-21,5 rupe crengi mari, smulge ţigle de pe acoperişul caselor

10 – furtună puternică (vijelie puternică)

21,6-25,1 arborii sunt răsturnaţi

11 – tempestă 25,2-29,0 produce pagube şi mai mari12 – uragan 29 produce tot felul de pagube, nimic nu mai poate

rezista vântului.

Diagrama vântului poate fi lunară, anotimpuală, anuală şi multianuală.

Vântul dominant într-o localitate este vântul care are frecvenţa cea mai mare. Pe

diagrama vântului, vârful cel mai proeminent al poligonului reprezintă vântul dominant.

Din figura 16 se vede că la Cluj vântul dominant are direcţia NV.

155

Fig.16. Frecvenţa şi tăria mijlocie a vântului pe direcţii la Cluj

Vântul mijlociu este rezultanta direcţiilor pe care le considerăm vectori

concurenţi. Grafic se poate afla vântul mijlociu aplicând regula paralelogramului sau a

poligonului (fig.17).

Fig.17. Determinarea vântului mijlociu; a-regula paralelorgramului; b-regula poligonului

Descrierea aparaturii :

Pentru determinarea direcţiei vântului se foloseşte pe aeroporturi mâneca de vânt

(fig.18), care este confecţionată din pânză şi are forma unui trunchi de con cu baza mare

întinsă pe un cerc metalic, legat de un tub metalic ce se învârteşte în jurul unei axe

verticale.

156

Fig.18. Mâneca de vânt

Sub influenţa vântului, mâneca de vânt se umflă şi ia o astfel de poziţie încât

baza mare este întotdeauna îndreptată în direcţia vântului.

Mâneca de vânt este folositoare îndeosebi pe aerodromuri pentru că se vede de

la distanţă.

Pentru a fi mai uşor observată în timpul iernii, mâneca de vânt se confecţionează

din pânză vărgată, ceea ce o face mai distinctă pe solul acoperit cu zăpadă. La staţiile

meteorologice din România se foloseşte pentru determinarea direcţiei şi vitezei vântului

girueta Wild.

Girueta Wild (fig.19) este formată dintr-un ax metalic, vertical, lung de 120 cm,

prevăzut la partea inferioară cu o roză a vânturilor, alcătuită din 4 sau 8 vergele

metalice fixe care indică punctele cardinale. Dintre aceste vergele cea orientată spre N-

ul geografic poartă litera N confecţionată din tablă. Pe tot axul vertical se află şi cele

două dispozitive care indică, unul direcţia, celălalt viteza vântului. Aceste două

dispozitive constituie partea mobilă a giruetei.

Fig.19.Girueta Wild

Dispozitivul indicator al direcţiei vântului numit şi pană de vânt sau ampenaj

este alcătuit dintr-o vergea metalică orizontală prevăzută la o extremitate cu două plăci

157

metalice care formează între ele un unghi de aproximativ 200, iar la cealaltă extremitate

se află o contragreutate constând dintr-o sferă de plumb. Sub influenţa vântului, pana se

orientează astfel încât contragreutatea se îndreaptă în direcţia din care bate vântul.

Poziţia contragreutăţii se compară cu roza vânturilor, fixată mai jos şi astfel se

determină direcţia vântului.

La partea superioară a axului vertical se află dispozitivul de viteză format dintr-o

placă metalică cu dimensiuni de 15 x 30 cm şi masa de 200 g (girueta cu placă uşoară)

sau 800 g (girueta cu placă grea). Această placă este astfel montată încât se mişcă

solidar cu dispozitivul indicator al direcţiei vântului şi se orientează întotdeauna

perpendicular pe direcţia acestuia.

Sub acţiunea vântului placa se îndepărtează de poziţia verticală făcând cu aceasta

un unghi a cărui mărime depinde de viteza vântului. Devierea plăcii se apreciază cu

ajutorul unui arc de cerc metalic pe care se găsesc 8 dinţi (4 lungi şi 4 scurţi),

numerotaţi de jos în sus, de la 0 la 7. Dintele din dreptul căruia oscilează placa

reprezintă o măsură a vitezei vântului. Primul dinte, notat cu 0, indică poziţia verticală a

plăcii – timp calm.

Fig.20.Anemometru mecanic; a-cu cupe, b-cu morişcă cu palete

Anemometrul mecanic cu cupe (fig.20) este format dintr-un sistem cu cupe

fixate la capătul unui ax vertical, foarte mobil în jurul axei lui, prin intermediul unui

sistem de rulmenţi. Capătul opus al axului vertical se termină cu un şurub fără sfârşit

(melc), care angrenează un sistem de rotiţe dinţate. Toate roţile dinţate de transmisie se

158

află într-o carcasă, prevăzută cu un cadran pe care găsim acele indicatoare ale

numărului de rotaţii efectuate de cupele anemometrului. Acul mare se deplasează pe

cadranul mare care are 100 de diviziuni, două ace mai mici se mişcă pe cadranele cu

inscripţia “o sută” şi “o mie” având fiecare câte 10 diviziuni. In timpul în care acul

mare va face o turaţie completă, acul mic de pe cadranul cu inscripţia “o sută” va

înainta naumai cu o singură diviziune. În partea laterală a carcasei se află un inel mobil

cu ajutorul căruia se poate cupla sau decupla controlul. În partea inferioară a aparatului

se află un şurub cu filet pentru a se putea înşuruba într-o prăjină de lemn.

Anemometerul mecanic cu palete, are ca piesă receptoare o morişcă cu palete.

Anemometrele cu palete sunt confecţionate la fel ca şi cele cu cupe; singura deosebire

este că morişca cu paletele, în timpul determinării vitezei vântului se orientează

perpendicular pe direcţia acestuia.

Procedeul de lucru este indicat ca la anemometrul cu cupe, iar viteza vântului se

exprimă în m/s cu ajutorul graficului din certificatul de etalonare. Datorită construcţiei

sale anemometrul cu palete este mult mai sensibil decât cel cu cupe şi de aceea, se

foloseşte numai la măsurarea vitezelor mici.

Anemometrele cu cupe prezintă următoarele avantaje faţă de anemometrul cu

palete:

- este mai rezistent, deci se poate folosi şi la vânturile mai puternice;

- nu trebuie orientat în direcţia vântului în momentul determinării.

De remarcat este faptul că anemometrele sunt dispozitive cumulative.

Viteza vântului nu se citeşte instantaneu, ci doar după un anumit timp de

funcţionare. Anemometrele electronice pot da citiri instantanee.

B.Metodica experimentală:

- se studiază girueta;

- se determină viteza vântului cu anemometrul cu cupe – citire directă;

- citire indirectă;

- se determină tăria vântului pe scara Beaufort;

- se determină presiunea vântului cu formula: P=kv2, k=0,06;

- se construieşte diagrama lunară a vântului, pe baza valorilor de frecvenţă;

159

- se stabileşte vântul mijlociu.

Datele se trec în următorul tabel:

Determinarea

n v

m/s

P

N/m2 n

n% v

v% P

P%

v

v= n

n P

P=2 v

v

11.OBSERVAŢII ASUPRA NORILOR

A.Consideraţii teoreticeNorii sunt produse de condensare formate în straturile mai înalte din atmosfera

liberă, fără ca să depăşească de obicei înălţimea tropopauzei. Condensarea se poate

produce prin:

- răcirea directă a aerului;

- amestecul a două mase de aer;

- destindere;

- nuclee de condensare.

Dacă nu există mai mult de 5 nuclee de condensare, aceasta se produce numai

când se depăşeşte de 5 ori tensiunea maximă a vaporilor.

Apariţia norilor necesită următoarele condiţii:

- prezenţa vaporilor de apă în aer;

- existenţa nucleelor de condensare;

- asigurarea răcirii suficiente a aerului.

Practic, baza norilor se consideră înălţimea la care temperatura aerului este egală

cu temperatura punctului de rouă.

Temperatura punctului de rouă este temperatura la care aerul umed trebuie să se

răcească ca să devină saturat în prezenţa apei pure, fără schimbarea presiuniii şi a

raportului de amestec. Dimensiunile picăturilor de apă dintr-un nor, suferă mult pe

verticală, crescând cu înălţimea de la 2,5m - la 400m.

160

Clasificarea internaţională a norilorCriteriile de clasificare sunt următoarele:

forma norilor,

înălţimea la care se formează,

geneza norilor,

structura fizică a norilor.

Conform acestor criterii norii se împart în patru familii, 10 genuri, specii şi

varietăţi.

1.Familia norilor superiori (peste 6 km)

a. Cirrus – cu structură fibroasă, fără umbre, formaţi din cristale de gheaţă;

b. Cirrocumulus – au structură ciriformă, sunt formaţi din elemente mici, albe

rotunjite, fără umbre şi sunt alcătuiţi din cristale şi picături subrăcite.

c. Cirrostratus – se prezintă sub forma unui văl subţire albicios, produc halouri

şi sunt formaţi din cristale.

2.Nori mijlocii (între 2-6 km)

a. Altocumulus – se prezintă sub formă de bolovani rotunjiţi cu sau fără umbră

şi sunt formaţi din picături,

b. Altostratus – are aspect de cirrostratus foarte dens, de culoare cenuşie, sunt

alcătuiţi din cristale în partea superioară şi din picături subrăcite sau obişnuite

în partea inferioară. Produc precipitaţii slabe.

3.Nori inferiori (sub 2 km)

a. Nimbostratus – se prezintă ca o pătură joasă întunecată, sunt formaţi din

picături subrăcite sau obişnuite, din cristale şi fulgi, produc precipitaţii

abundente şi continue;

b. Stratocumulus – are aspect ondulat şi este format din elemente de dimensiuni

mari sub formă de bolovani;

c. Stratus – se prezintă ca o pătură joasă, ruptă uneori (stratus fractus); este

format din picături, iar la temperaturi joase din cristale.

4.Nori cu dezvoltare pe verticală (între 1-2 km)

161

a. Cumulus – are bază plană, iar partea superioară rotunjită sunt formaţi din

picături;

b. Cumulonimbus – se prezintă cu mase noroase mari cu puternică dezvoltare

verticală, uneori cu aspect de nicovală (Cumulonimbus incus).

NebulozitateaÎn meteorologie se înţelege prin nebulozitate gradul de acoperire a bolţii cereşti

cu nori.

Nebulozitatea se apreciază după o scară ce cuprinde 11 grade notate de la 0 la 10

inclusiv. Gradul de nebulozitate reprezintă numărul de zecimi din suprafaţa bolţii

cereşti acoperită cu nori.

Determinarea nebulozităţii se face prin observaţii vizuale, apreciindu-se

porţiunea din suprafaţa cerului acoperită cu nori, considerând că toţi norii ar fi strânşi

într-o pătură continuă. Când cerul este complet senin, nebulozitatea este egală cu 0,

când este complet acoperit cu nori, nebulozitatea are valoarea 10. Valorile intermediare

sunt expeimate prin numere cuprinse între 0 şi 10.

Intrucât observaţiile asupra nebulozităţii sunt cantitative acestea se fac la staţiile

meteorologice, totdeauna din acelaşi loc.

Determinarea duratei de strălucire a Soarelui

Gradul de acoperire a bolţii cereşti cu nori se poate determina şi în mod indirect,

înregistrându-se timpul (adică numărul de ore) cât a strălucit Soarele pe cer.

Prin durata de strălucire a Soarelui se înţelege intervalul de timp cât Soarele

străluceşte pe cer putând fi vizat direct de pe Pământ. Dacă cerul este complet senin

durata de strălucire a Soarelui este egală cu intervalul între momentul răsăritului şi

momentul apusului şi reprezintă durata maximă posibilă de strălucire a Soarelui.

Ea se găseşte calculată în tabelele astronomice numite efemeride.

Dacă se interpune în drumul razelor solare un nor, durata de strălucire a Soarelui

se micşorează şi reprezintă durata efectivă de strălucire a Soarelui.

162

Notându-se cu D durata posibilă de strălucire a Soarelui şi cu d durata efectivă,

raportul F= D

d se numeşte fracţie de insolaţie.

Între fracţia de insolaţie şi nebulozitate (N) există relaţia:

F + 110

N

de unde N=(1-F)10

Astfel, dacă se cunoaşte fracţia de insolaţie F, se poate calcula nebulozitatea

zilnică şi lunară.

Durata de strălucire efectivă a Soarelui se determină cu ajutorul heliografului.

Sunt mai multe tipuri de heliografe, dar în staţiile meteorologice din România se

foloseşte heliograful Campbell-Stokes (fig.21). El se instalează orientându-l pe direcţia

N-S.

Fig. 21. Heliograful Campbell-Stokes; a-vedere de ansamblu; b-cele trei feluri de heliograme utilizate la acest aparat

La acest instrument piesa receptoare pentru radiaţiile solare o constituie o sferă

masivă de sticlă S, cu diametrul de 10 cm care îndeplineşte rolul unei lentile

convergente. Concentric cu sfera de sticlă se află, la o depărtare egală cu distanţa focală

a acesteia, o montură metalică M, care se reglează după latitudinea staţiei. Razele

solare, trecând prin lentilă converg şi formează para focală chiar pe această montură,

producând o arsură pe diagrama care este fixată în nişte şanţuri speciale ale monturii.

Deoarece Soarele, în mersul său aparent pe bolta cerească, în funcţie de anotimp,

are diferite înălţimi deasupra orizontului, pata focală nu se formează în acelaşi loc pe

montura metalică. Din această cauză, montura metalică este prevăzută cu trei perechi de

163

şanţuri în care se introduc trei feluri de diagrame (heliograme) care corespund

anotimpului respectiv:

- heliograme de vară - sunt folosite între 21 aprilie şi 10 septembrie;

- heliograme de primăvară şi de toamnă - folosite între 11 martie – 20 aprilie

şi 11 septembrie – 20 octombrie

- heliograme de iarnă - folosite între 21 octombrie – 10 martie.

Deoarece unghiul de înălţime al Soarelui deasupra orizontului este mai mare între

intervalul de la 21 aprilie-10 septembrie, focarul se formează în partea inferioară a

monturii şi de aceea heliograma de vară se introduce în partea inferioară a monturii

(care are o lungime mai mare). Heliogramele de primăvară şi cele de toamnă se

introduc în şanţul de mijloc, iar cele de iarnă în şanţul superior care este mai scurt.

De-a lungul heliogramei este trasată o linie mediană albă şi arsura trebuie să se

producă paralel cu această linie. Perpendicular cu linia mediană sunt trasate linii albe,

unele mai lungi care indică orele şi altele mai scurte care indică jumătăţile de oră.

Pentru determinarea duratei efective de strălucire a Soarelui heliograma se

descifrează adunând intervalele de timp în care este arsă. Pentru fiecare punct nears se

scade 1/10 oră, iar pentru fiecare punct ars se adaugă 1/10 oră. În acest fel se obţine

durata efectivă de strălucire a Soarelui. Dacă în tot timpul unei zile în drumul razelor

solare nu s-a interpus nici un nor, durata efectivă de strălucire a Soarelui devine egală

cu durata posibilă, iar fracţia de insolaţie va avea valoarea 1.

Nefoscopul oglindă, este o oglindă rotundă cu diametrul de 8,5 cm, un dintre

feţe fiind o oglindă propriu-zisă (lucioasă), iar cealaltă neagră. Se foloseşte pentru

observaţii în cazul cerului parţial acoperit cu nori şi când strălucirea Soarelui ar

împiedica oarecum observaţiile (fig.22).

Pe ambele feţe ale instrumentului sunt trasate două cercuri concentrice, cel

interior având diametrul de 4,5 cm, iar cel exterior de 8,5 cm, depărtarea dintre ele fiind

de 2 cm. Tot pe ambele feţe ale oglinzii sunt montate şi litere ce indică punctele

cardinale (roza vânturilor).

164

Pentru determinarea direcţiei de deplasare a norilor oglinda nefroscopică se

aşează orizontal, cu punctele cardinale înscrise pe ea, orientate invers faţă de punctele

cardinale geografice, deoarece noi în oglindă privim imaginea norilor.

Fig.22. Oglinda nefroscopică; a-vedere de ansamblu;b-schema urmăririi norului în oglindă

După orientarea oglinzii, se prinde în aceasta imaginea unui punct caracteristic al

norului şi se urmăreşte în oglindă direcţia punctului cardinal spre care se deplasează

imaginea punctului caracteristic al norului şi aceasta va fi direcţia de deplasare a

norului.

Pentru determinarea vitezei de deplasare a norilor se prinde în centrul oglinzii

imaginea unui punct caracteristic al norului şi se cronometrează intervalul de timp în

care acesta se deplasează (de-a lungul unui diametru de la un cerc la altul). Imaginea

parcurge spaţiul s=2 cm. În realitate punctul caracteristic al norului s-a deplasat pe bolta

cerească din M până în N, parcurgând spaţiul S. În timpul determinării, observatorul

priveşte în oglindă din 0| ţinând capul nemişcat la distanţa “i” de la oglindă.

Folodind figura se poate afla viteza de deplasare a norului:

MOA m 0 A|

MNO m n 0

De aici reiese:

165

Om

OM

mA

MA

| şi Om

OM

mn

MN adică

mn

MN

mA

MA

| dar MA=Imn=s; MN=S=V.t, mA|=i

deci: S

tv

i

I . de unde, v= ti

sI

.

.; I=distanţa până la nor.


1. Se identifică norii din atlasul internaţional de nori;

2. Se determină durata efectivă de strălucire a Soarelui pe baza heliogramelor;

3. Se determină nebulozitatea prin observaţie şi prin calcul;

4. Se reprezintă grafic durata de strălucire efectivă a Soarelui, în timp de o lună

sau 1 an.


Dh

dh

F N(0-10) F

F% N

N%

Erorile se calculează după formula:

F

F= d

d- D

D

N

N=2,3-2,3

1F

F

12.MĂSURAREA CANTITĂŢII DE PRECIPIAŢII


Un factor foarte important pentru dezvoltarea plantelor îl constituie umiditatea

asigurată din precipitaţii.

În general, prin precipitaţii se înţelege totalitatea formelor solide sau lichide sub

care apa rezultată din condensarea (sau sublimarea) vaporilor existenţi în atmosferă

ajunge la suprafaţa Pământului.

166

O parte din aceste precipitaţii se formează direct pe Pământ (roua,bruma, poleiul,

chiciura).

Cele mai importante precipitaţii sunt cele care cad din nori, cum sunt ploaia,

zăpada, măzărichea, grindina. In staţiile meteorologice se notează felul precipitaţiilor,

intensitatea, intervalul de timp, în care cad şi cantitatea de apă rezultată.

Cantitatea de precipitaţii se măsoară în mm, un mm reprezentând cantitatea de

apă de un litru ce ar acoperi suprafaţa de 1m2. 1 mm = 1 l/m2.

Descrierea aparaturii:

Pentru determinarea cantităţii precipitaţiilor lichide se folosesc pluviometrele, iar

pentru cele solide se folosesc instrumentele nivometrice.

În cadrul staţiilor meteorologice din ţara noastră se află două modele de

pluviometre: unul model Institutul meteorologic Central şi altul Tretiakov.

Pluviometrul model Institutul meteorologic Central (fig.23) este alcătuit dintr-

un clindru din tablă de zinc cu o suprafaţă receptoare pentru precipitaţii de 200 cm2. În

interiorul cilindrului receptor se află o pâlnie pentru precipitaţii, care este prevăzută cu

cu un tub de scurgere ce se prelungeşte până în interiorul vasului colector.

Fig.23.Tipuri de pluviometre: tip IM şi Tretiakov

Vasul colector are formă cilindrică, fiind prelungit în sus cu o parte conică,

ptrevăzută cu un orificiu în care pătrunde etanş tubul pâlniei receptoare.

Fundul colectorului se sprijină pe o lamă metalică, care se poate roti lateral

atunci când se scoate colectorul pentru măsurarea apei provenită din precipitaţii.167

Funcţionarea pluviometrului este simplă. Picăturile de apă provenite din

precipitaţii cad, prin receptor, în pâlnia receptoare şi se scurg în colector.

La ora de observaţie se determină cantitatea de precipitaţii turnând apa din

colector în eprubeta pluviometrică, care este divizată în mm şi zecimi de mm. Ea este

gradată în raport cu suprafaţa receptoare a pluviometrului de 200 cm2 adică 1 mm al

eprubetei pluviometrice echivalează în volum cu 20 cm3 şi cu masa de 20 g.

În cadrul fiecărei staţii meteorologice sunt instalate două pluviometre, pe acelaşi

stâlp. Ele funcţionează alternativ. Pluviometrul al 2-lea, fiind de rezervă, se acoperă cu

un capac.

Măsurătorile se fac de 2 ori pe zi, la observaţiile de dimineaţa şi seara.

Pluviometrele se instalează în apropierea adăpostului meteorologic la o distanţă

egală cel puţin cu înălţimea lui în aşa fel încât gura receptoare să fie la 1,50 m deasupra

solului.

Pluviometrul Tretiakov (fig.23) este alcătuit, ca şi pluviometrul model Institutul

meteorologic Central, dintr-un cilindru de tablă cu suprafaţa receptoare de 200 cm2. În

interior se află o pâlnie care în timpul verii se acoperă cu un capac pentru a împiedica

evaporarea apei colectate din precipitaţii.

Pluviometrul Tretiakov nu are un colector separat, iar scurgerea apei colectate se

face direct din pluviometru în eprubeta de măsurare printr-un tub lateral, aşezat sub

pâlnia receptoare şi care este acoperit cu un căpăcel.

Pluviometrul Tretiakov se instalează în mijlocul unui ecran special alcătuit din

16 sectoare în formă de trapez isoscel. La partea inferioară sectoarele sunt legate aîntre

ele prin lănţişoare, astfel că pot oscila sub acţiunea vântului.

Mărimea cantităţii precipitaţiilor se face la fel ca şi la pluviometrul obişnuit.

Pluviograful – serveşte la măsurarea precipitaţiilor lichide. El măsoară atât

cantitatea totală de precipitaţii căzute, cât şi durata lor. Cunoscând aceste valori se poate

calcula intensitatea precipitaţiilor.

Pluviograful tip Hellmann (fig.24) este format dintr-o pâlnie receptoare P, cu

suprafaţa de 200 cm2 sau 500 cm2.

168

Pâlnia receptoare este situată deasupra carcasei metalice cilindrice care are rolul

de a proteja piesele din interiorul aparatului. Pâlnia este prevăzută cu filtru, cu scopul

de a împiedica pătrunderea corpurilor străine în vasul colector.

Fig.24. Pluviograful tip Hellmann

Sub pâlnia receptoare se află o altă pâlnie mai mică. Tubul acestei pâlnii se

prelungeşte până la partea inferioară a vasului colector G, al pluviografului.

În interiorul vasului colector se află un cilindru de tablă numit plutitor care este

împins în sus de către apa care pătrunde prin pâlnia receptoare. O dată cu plutitorul este

ridicată şi tija metalică S care constituie axul plutitorului. De acest ax este fixată

pârghia peniţei înregistratoare.

Lateral, vasul colector este prevăzut cu un tub în care pătrunde etanş capătul unui

tub de sifonare, de sticlă. Acest tub de sticlă are rolul de a sifona apa din vasul colector

în momentul când cantitatea de precipitaţii a atins valoarea de 10 mm.

Alături de vasul colector este situat cilindrul C, pus în mişcare printr-un

mecanism de ceasornic

Pe acest cilindru se aşează diagrama care este împărţită în linii verticale, ce

corespund timpului (din 10 în 10 minute) şi prin linii orizontale care corespund

zecimilor de milimetrii.

În partea inferioară a pluviometrului se află vasul 0, în care se scurg, prin tubul

de sifonare, precipitaţiile.

169

Măsurarea precipitaţiilor căzute sub formă de zăpadă

Când precipitaţiile cad sub formă de zăpadă, se măsoară:

a. apa provenită din topirea zăpezii;

b. grosimea stratului de zăpadă nou căzut;

c. grosimea stratului de zăpadă nou şi vechi (total) care acoperă solul.

a.Apa provenită din topirea zăpezii se măsoară astfel: se duce pluviometrul într-o

cameră încălzită unde se lasă acoperit cu un capac (pentru a împiedica evaporarea apei),

până când zăpada se topeşte. Se toarnă apoi apa în eprubeta pluviometrică şi se măsoară

în milimetri şi zecimi de milimetrii.

Deoarece în caz de viscol, zăpada care se strânge în pluviometru poate fi

spulberată de vânt, in timpul iernii, se introduce în pluviometru crucea de tablă (fig.25).

Acest dispozitiv împarte interiorul receptorului în 4 compartimente, care au rolul de a

împiedica zăpada să fie spulberată de vânt.

Fig.25.Cruce de tablă

Apa provenită din topirea zăpezii se măsoară o dată pe zi la observaţia de la ora

7 dimineaţa.

Pentru a determina grosimea stratului de zăpadă se folosesc riglele nivometrice

portative şi fixe.

Rigla portativă este alcătuită dintr-o bară paralelipipedică din lemn de brad,

ascuţită la un capăt şi prevăzută cu o garnitură protectoare de tablă. Rigla este divizată

în cm. (fig.26).

Rigle fixe se înşurubează câtre sfârşitul toamnei, pe nişte ţăruşi din lemn. Ele

sunt gradate în centimetrii.

170

Pentru a măsura grosimea stratului de zăpadă se aţează pe sol o placă pătrată de

lemn într-un loc descoperit, în apropierea pluviometrului, iar rigla nivometrică se

afundă în stratul de zăpadă ce se depune pe această placă.

După fiecare măsurare – care se face la ora 7 dimineaţa – placa se mătură de

zăpadă astfel încât, la ninsoarea următoare se depune pe ea numai stratul nou căzut.

Grosimea stratului total de zăpadă se măsoară ca şi stratul nou căzut, cu

deosebirea că, măsurarea zăpezii se face în teren descoperit, rigla nivometrică

afundându-se prin diferite straturi de zăpadă suprapuse până la pământ.

Fig.26. Rigle nivometrice

Dacă zăpada a fost spulberată de vânt se fac mai multe măsurători în puncte

diferite şi se calculează media.

Grosimea stratului total de zăpadă ca şi grosimea stratului de zăpadă nou căzut,

se exprimă în centimetri întregi.

Determinarea densităţii zăpezii

Se înţelege prin densitatea zăpezii cantitatea de apă, exprimată în mm, care

corespunde unui strat de zăpadă a cărui grosime este de 1 cm.

Pentru a determina densitatea zăpezii, trebuie să se măsoare atât grosimea

stratului de zăpadă, cât şi cantitatea de apă corespunzătoare acestui strat.

171

Împărţind numărul de mm de apă la grosimea stratului de zăpadă exprimată în

cm, se obţine echivalentul în apă al unui strat de zăpadă de 1 cm, adică densitatea

zăpezii.

Pentru a determina densitatea zăpezii ne servim de cilindrul pentru zăpadă

(fig.27). Acesta este un vas cilindric de tablă cu secţiunea de 200 cm2, fără funduri,

prevăzut la o extremitate cu un mâner, iar la cealaltă extremitate terminat cu un inel de

bronz cu marginile teşite.

Fig.27. Cilindru pentru determinarea densităţii zăpezii

Pe marginea exterioară, în sensul lungimii, se găseşte o riglă divizată în cm, cu

care se poate măsura grosimea stratului când se introduce cilindrul în zăpadă. Fiecare

cilindru pentru zăpadă are ca anexă o mică lopată de tablă.

Procedeul de lucru :

Se introduce cilindrul în zăpadă până când atinge pământul. Se citeşte înălţimea

stratului de zăpadă şi introducând lopăţica sub baza cilindrului în contact cu solul, se

scoate şi se întoarce în sus. Se acoperă cilindrul cu capacul pluviometrului, se topeşte

zăpada din interior şi se măsoară apa provenită din topire, cu eprubeta pluviometrică.

Densitatea zăpezii se determină după relaţia:

172

H

hzapezii unde: h=înălţimea stratului de apă în mm; H=înălţimea stratului de

zăpadă în cm.

Caracterizarea timpului din punct de vedere al precipitaţiilor

Pentru caracterizarea timpului din punct de vedere al cantităţii de apă căzută, se

consideră abaterile acestora faţă de valorile normale, exprimate în procente.

Când abaterile mijlocii lunare sunt:

- 50% timpul este calificat excesiv de ploios;

- între 31-50% timpul este calificat foarte ploios;

- între 21-30% timpul este calificat ploios;

- între 11 şi 20% timpul este calificat puţin ploios;

- între 10 şi -10% timpul este calificat normal;

- între –11 şi -20% timpul este calificat puţin mai secetos;

- între –21 şi 30% timpul este calificat secetos;

- între –31 şi -50% timpul este calificat foarte secetos;

- cel puţin -50% timpul este calificat excesiv de secetos.

În cazul caracterizărilor pe anotimpuri şi ani, ţinându-se seama de faptul că

abaterile pe aceste intervale sunt mai mici decât cele lunare, limitele de mai sus au fost

reduse la jumătate, adică pentru abateri între –5 şi 5% timpul este calificat normal;

abaterile între 6 şi 10%, 11 şi 15%, 16 şi 25%, mai mari ca 25%, dau timpului

calificativul de puţin mai ploios, ploios, foarte ploios şi excesiv de ploios, în cazul când

abaterile sunt pozitive şi calificativul de: puţin mai secetos, foarte secetos şi excesiv de

secetos, în cazul când abaterile dunt negative.

Exemplu: la Cluj: în anul 1969, în luna martie au căzut 19,6 mm precipitaţii.

Normala precipitaţiilor pentru aceeaşi lună la Cluj, este de 30,5 mm.

Abaterea precipitaţiilor faţă de normală este: 30,5-19,6=10,9 mm

Precipitaţiile căzute fiind în cantitate mai mică decât normale, valoarea abaterii

este negativă, deci –10,9 mm.

Exprimăm în procente această abatere:

173

dacă normala 30,5 mm .............................. 100

-10,9 mm .............................. x

x=5,30

100.9,10=-35,7%.

Comparând valoarea abaterii –35,7% cu limitele din tabel se vede că timpul în

luna martie 1969 a fost secetos.

B.Metodica experimentală1. Se citeşte cantitatea de apă cu eprubeta pluviometrică şi eprubeta

volumetrică;

2. Se stabileşte înălţimea stratului de apă conform relaţiei: h= S

V unde S=200

cm2

3. Se pune în funcţie pluviograful, se lasă o oră, se citeşte pluviograma

- se determină intensitatea mijlocie, conform relaţiei: Im= t

h unde h=este

variaţia înălţimii stratului de apă; t=este intervalul de timp.

4. Caracterizarea unei luni din punct de vedere pluviometric pe baza datelor din

Anuarele meteorologice şi reprezentarea grafică a cantităţii de precipitaţii,

într-un an.

5. Calcularea totalului lunar de precipitaţii.

Datele se trec în tabelul de mai jos:

Vcm3

Scm3

hmm

th

Im

mm/h h

h%

m

m

I

I%

Unde: h

h= v

v- S

S iar

m

m

I

I= h

h- t

t.

174

13.Metode de prevedere agrometeorologică

A.Consideraţii teoreticePrevederea îngheţurilor

Îngheţurile timpurii de toamnă şi îngheţurile târzii de primăvară, după originea

lor, se clasifică astfel:

1. advective;

2. de radiaţie (radiative);

3. mixte (advective şi de radiaţie).

In regiunile noastre îngheţurile advective se produc foarte rar, iar cele de radiaţie

au un caracter local. Cele mai periculoase sunt îngheţurile mixte care încep cu o invazie

a maselor de aer răcoroase (cu temperaturile cuprinse între 5-150C) din regiunile

nordice ale Europei şi care se răcesc sub 00C. Această răcire sub punctul de îngheţ nu se

produce decât în condiţiile atmosferice favorabile îngheţului: aerul calm şi uscat şi cerul

senin care favorizează radiaţia nocturnă. Ingheţurile mixte producându-se pe suprafeţe

mari, provoacă daune importante.

In continuare vom prezenta 4 metode de prevedere locală care pot fi aplicate cu

succes pentru prevederea îngheţurilor de radiaţie.

Advecţiile maselor de aer reci sau răcoroase nu pot fi prevăzute decât cu metoda

sinoptică. Prevederea advecţiilor de mase de aer periculoase se difuzează prin presă şi

prin radio.

Deoarece producerea şi intensitatea îngheţului sunt determinate, în mare măsură

de condiţiile locale şi microclimatice, prevederea locală este indicată să determine

pericolul de îngheţ într-un spaţiu mai redus.

B.Metodica experimetală1.Metoda Brounov

Este o metodă grafică care dă posibilitatea de îngheţ în procente, fără a indica

însă intensitatea îngheţului.

175

Această metodă se bazează pe observaţia temperaturii aerului de la orele 13 şi

19. Abscisa graficului (fig.28) reprezintă diferenţa de temperatură între orele 13 şi 19,

iar ordonata arată gradele de temperatură de la ora 19. Trecând pe grafic datele de

observaţie şi ridicând perpendiculare pe punctele respective, punctul de intersecţie al

perpendicularelor va indica probabilitatea îngheţului pentru ziua următoare.

Exemplu: în ziua de 10 aprilie 1968, t13=7,40C; t19=2,80C iar diferenţa lor este de

4,60C.

Fig.28.Diagrama Brunov

Aplicând aceste valori pe grafic, obţinem o probabilitate de peste 100% ceea ce

înseamnă că îngheţul se va produce sigur în noaptea din 10 spre 11 aprilie.

2.Metoda Kammermann (dreptunghiului)

Este o metodă grafică care se bazează pe măsurători făcute cu psihrometrul.

Observaţia se face seara între orele 19-21. Pe axa orizontală sunt trasate valorile

temperaturii (T) citite seara la termometrul uscat al psihrometrului, iar pe axa verticală

este trasată diferenţa psihrometrică (T-t) din timpul serii (fig.29).

176

Fig.29. Diagrama Kammermann

Dreptunghiul graficului este despărţit în două câmpuri aproximativ triunghiulare,

cu indicaţiile: “Pericol de îngheţ” respectiv “Nu e pericol de îngheţ”. Limita de

separaţie între aceste două câmpuri este chiar curba punctului de rouă de 00C, care se

mai numeşte şi “limita îngheţului”.

Procedeu de lucru :

Pe abscisă căutăm valoarea lui T, iar pe ordonată T-t; perpendicularele ridicate în

punctele respective ale axelor se întretaie sau pe curbă (cazul cel mai rar) sau într-unul

dintre câmpuri; poziţia punctului de intersecţie arată dacă este pericol sau nu. %ntre

limitele trasate cu linii punctate se află “zona de incertitudine” intersecţiile dreptelor

perpendiculare în zona aceasta înseamnă temperaturi minime probabile foarte apropiate

de 00C, dar cu aceeaşi probabilitate a semnului - şi +.

Dincolo de linia punctată, în triunghiul “pericol de îngheţ” indicaţiile îngheţului

pot fi considerate practic sigure; în triunghiul “nu e pericol de îngheţ” indicaţiile asigură

temparaturi minime pozitive, deci lipsa pericolului de îngheţ.

Cu cât punctele de intersecţie ale perpendicularelor în ambele triunghiuri sunt

mai îndepărtate de “limita de îngheţ” (curba punctului de rouă de 00C”, cu atât reuşita

prevederii este mai asigurată.

Exemplu: în seara zilei de 10 aprilie 1999 citim:

T20=3,20C şi t20=1,20C; diferenţa lor T-t=2,00C

177

Trecând pe grafic valoarile T şi T-t, observăm că intersecţia perpendicularelor

cade adânc (dincolo de linia punctată) în triunghiul “pericol de îngheţ”, aceasta

înseamnă deci îngheţ sigur pentru ziua de 11 aprilie.

3.Meroda Defant – Ångström

Prin calcul se poate afla temperatura minimă probabilă din cursul dimineţii zilei

următoare, folosind datele T şi t determinate seara între orele 19-21 cu psihrometrul,

precum şi valorile coeficientului K scoase din tabel.

Deci: temperatura minimă = t=- KT

10

K este coeficientul a cărui valoare variază de la lună la lună şi în funcţie de nebulozitate, după cum se

vede în tabelul de mai jos:

Neb

ulo

-zi

tate

a I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

sub

5

4,0 3,4 3,0 1,3 0,9 -0,3 -0,8 -0,7 0,9 2,7 2,0 3,6

pes

te

5

2,1 2,2 1,9 1,7 0,5 0,1 -1,2 -0,9 0,2 1,6 1,7 2,9

Exemplu: în ziua de 10 aprilie 1968 temperatura aerului, indicată de termometrul

uscat al pshihometrului a fost seara T20=1,20C; cerul acoperit (nebulozitatea=10), deci:

temperatura minimă = 1,2- C08,07,110

2,3

Aşa dar, temperatura probabilă a aerului , la înălţimea adăpostului meteorologic,

pentru ziua de 11 aprilie, este de –0,80C se semnalează deci pericol de îngheţ.

4.Metoda Mihalevschi

Această metodă ca şi cea precedentă, ne dă prin calcul valoarea temperaturii

minime probabile.

Ea se bazează pe următoarele valori, determinate seara între orele 19-21 cu

ajutorul psihrometrului; T, t, R% K (un coeficient scos din tabel în funcţie de R%) şi C

(un termen de corecţie care se apreciază în funcţie de nebulozitate, schimabrea şi

tendinţa presiunii atmosferice, etc.).

Temperatura minimă = t-(T-t) K+G

178

Valorile coeficientului K în funcţie de R% sunt cuprinse în tabelul următor:

R% K R% K R% K R% K10-58 0,80 68 1,40 79 5,50 90 4,36

59 0,86 69 1,46 80 2,76 91 4,4760 0,92 70 1,52 81 3,01 92 4,6061 0,98 71 1,58 82 3,22 93 4,7062 1,04 72 1,64 83 3,45 94 4,8163 1,10 73 1,71 84 3,68 95 4,9264 1,16 74 1,77 85 3,79 96 5,0465 1,22 75 1,84 86 3,90 97 5,1466 1,28 76 2,01 87 4,01 98 5,2767 1,34 77 2,16 88 4,12 99 5,38

78 2,32 89 4,24 100 5,52

Exemplu: în ziua de 10 aprilie 1998 seara T20=3,20C, R%=69 şi deci K=1,47;

cerul este acoperit (nebulozitatea 10) cu nori Altocumuli subţiri şi cu spărturi, presiunea

este în scădere uşoară, deci C=0.

Temperatura minimă = 1,2 – 2,0 . 1,46 + 0,0 = -1,70C adică pericol de îngheţ.

In ziua de 11 aprilie 1998 temperatura minimă citită în adăpostul meteorologic a

fost –1,50C.

Medotele prevederii locale pot fi folosite cu succes numai în condiţiile

îngheţurilor de radiaţie mixte. Aplicând mai multe metode, valorile de prevedere

concordante, vor prezenta o probabilitate de realizare mai mare decât valorile de

prevedere discordante.

14.PROBLEME SPECIALE DE AGROMETEOROLOGIE

In acest capitol prezentăm câteva probleme – pe de o parte cu caracter fizico-

meteorologic, pe de altă parte cu caracter biologic – specifice pentru agricultură.

Consideraţii teoreticeA.Observaţii asupra îngheţului şi dezgheţului la sol

Potrivit legilor crioscopiei, apa care conţine săruri dizolvate nu se solidifică la

00C. In general coborârea temperaturii de îngheţ depinde şi de concenraţia soluţiei

apoase, de compoziţia chimică a sărurilor dizolvante şi de dradul lor de disociere.

179

Coborârea temperaturii de îngheţ a apei din sol mai depinde şi de dimensiunile porilor

(aparţinători scoarţei lacunare) precum şi de categoria de legare a apei.


1. Metoda geotermometrelor. Termometrul de sol – instalate la adâncimi de 5,

10, ... cm (din 5 în 5 cm, până la 50-60 cm) – ne orientează destul de bine

asupra adâncimii până la care pătrunde temperatura de 00C în sol. Rezultatele

pot fi îmbunătăţite prin interpolare sau extrapolare.

Metoda geoglaciometrului. Glaciometrul Danilin (fig.30) se compune dintr-un

tub de cauciuc (prevăzut cu 4-6 fire de aţă pentru fixarea coloanei de gheaţă), dintr-un

bastonaş (prevăzut cu un inel de tragere) şi dintr-un tub de protecţie (prevăzut la prtea

superioară cu o scară gradată în cm, pentru măsurarea grosimii stratului de zăpadă).

Tubul de protecţie se instalează în sol, până la adâncimea de 150 sau 300 cm. De

obicei, se instalează două glaciometre în colţurile platformei de observaţii.

La începutul perioadei de îngheţ, tubul de cauciuc se umple cu apă distilată şi la

extremităţi se închide etanş cu dopuri metalice; apoi se introduce în tubul de protecţie

(în care va rămâne, exceptând cazurile efectuării observaţiilor în întreaga perioadă de

îngheţ).

2.

Fig.30.Glaciometru Danilin

Pentru observaţie, tubul de cauciuc se scoate din tubul de protecţie. Pe scara

gradată a tubului de cauciuc se determină (prin pipăire şi citire, cu precizia de 1 cm)

180

ambele limite ale coloanei de gheaţă care s-a format prin îngheţul din sol. Limita

inferioară marchează adâncimea de îngheţ, iar cea superioară adâncimea de dezgheţ.

3. Metoda observaţiilor vizuale. Observaţiile de acest fel se fac tot pe

platformele de observaţii, cu scopul de a afla limitele reale de îngheţ şi de

dezgheţ din sol: tot la intervale de 5 zile, între orele 7 şi 10.

In acest scop, se sapă o groapă cu pereţii verticali, până la stratul de sol

neîngheţat. Limita de îngheţ şi de dezgheţ se află prin examinarea cu ochiul liber sau

cu lupa a probei de sol, şi se măsoară (cu precizie de 1 cm) folosindu-se o riglă

gradată.

B.Observaţii asupra umidităţii aerului în sol

Vaporii de apă din spaţiul lacunar al solului iau naştere prin evaporarea apei

din sol.

Umiditatea relativă a aerului din sol la diferite adâncimi poate fi măsurată cu

geohigrometrul (fig.31), care nu este altceva decât un higrometru cu fir de păr,

adaptat condiţiilor de măsurători din sol. Reţeaua de sârmă a tubului (în care se află

fascuculul de fire de păr) împiedică pătrunderea particulelor de sol în acest tub.

Fig.31. Geohigrometru

Pe baza cunoaşterii temperaturii solului de la adâncimea studiată, se pot

determina: tensiunea vaporilor, punctul de rouă, etc.

181

15. STAŢIA METEOROLOGICĂ ŞI DE AVERTIZARE

ADCON TELEMETRY ŞI PROGRAMUL addVANTAGE

Staţia meteo este constituită din staţia centrală (de bază), unde se aduc

informaţiile culese de senzori prin transmisie radio şi staţiile de transmitere a datelor.

Staţia de bază constă din:

• Receptorul A730SD;

• Diferite cabluri de alimentare şi conectare;

• Antena de recepţie care se montează pe clădire; 30 m de cablu coaxial care are

montat la cele două capete mufe de conectare şi un set de ţevi de aluminiu;

• Pachetul cu programe (partea software), manual de utilizare şi posibile noi

informaţii conţinând ultimele noutăţi sau modificări aduse programului.

Pachetul care conţine staţia pentru măsurarea şi transmiterea datelor are în

componenţă:

• Staţia pentru măsurarea şi transmiterea datelor – A730SD;

• Senzorii aferenţi aplicaţiei dumneavoastră;

• Set de ţevi de aluminiu, compus din 3 bucăţi.

Staţia centrală: Antena de recepţie: recepţionează şi transmite datele

receptorului A730SD care le va stoca şi transmite din 15 în 15 minute P.C-ului.

După ce a terminat de extras datele din receptor, şi dacă cel puţin o extensie este

ataşată programului addVANTAGE acesta va începe procesarea lor. Extensiile sunt

module program care folosesc datele primare transmise de căre staţiile de măsură,

analizânu-le după anumite reguli şi eliberează rezultate sub formă de evenimente.

• Extensiile analizează datele primare şi generează evenimente care sunt

memorate în altă bază de date numită “Listă de evenimente”

• Când nu mai sunt date pentru procesare, programul addVANTAGE se opreşte

din procesare şi aşteptă date noi (acest lucru este uşor de observat, deoarece clepsidra

dispare de pe ecran).

Staţiile de măsură instalate în câmp au în componenţa lor următoarele

componente:

182

- catargul format din 3 componente de aluminiu, având o înălţime totală de

3,60 – 3,70 m;

- în vârful catargului se montează pluviometrul, de care este ataşată cutia cu

acumulatori, celulele solare şi antena de emisie;

- sub pluviometru se montează anemometrul;

- sub anemometru se montează combosenzorul, format din 3 unităţi de măsură

distincte: senzorul pentru numărul picăturilor de pe frunză; senzorul pentru

determinarea temperaturii aerului şi senzorul pentru determinarea umidităţii

relative;

- la înălţimea de 2-2,5 m se montează senzorul pentru radiaţia solară globală;

- în sol se montează senzorul de temperatură, la o adânime de 20-30 cm; la

adâncimile de 1,2m; 0,8 m şi 0,4 m se montează senzorii pentru umiditaea

solului.

Facultatea de Horticultură are 3 asemene staţii, una montată în livada institutului,

a doua montată la “Şapca Verde”, iar acea de a treia se află în laborator în scop didactic.

Pornirea şi oprirea programului addVANTAGE

Pentru a porni programul, apăsaţi cu mouse-ul pe icoana din grupul de programe

Adcon addVANTAGE, sau folosiţi Start pentru Windows’95. După ce programul a fost

pornit, fereastra originală a programului addVANTAGE va fi afişată pe ecran. Aceasta

conţine următoarele elemente:

• Bara de titlu;

• Bara de meniuri;

• Butoane:

• Bara de informaţii;

• Zona de afişare;

• Bara de status.

Unele elemente de pe ecran (butoabe, bare) îşi schimbă înţelesul în funcţie de

context, unele chiar dispar când funcţiile lor nu sunt aplicabile.

183

Când programul addVANTAGE este repornit, zona de afişare a ferestrei de bază

va conţine aceleaşi elemente şi aceeaşi poziţie ca atunci când programul a fost închis

ultima oară.

Inchiderea programului addVANTAGE se face (ca oricare alt program care

rulează sub Windows) simplu, prin apăsarea simultană a butoanelor Alt +F4 sau

folosind din Fişier (File) comanfa Ieşire (Exit).

Modul de accesare al datelor:

Aşa cum am menţinat, programul addVANTAGE transferă automat datele

memorate în receptor. Următoarele comenzi pot fi foloite pentru accesara diferitelor

tipuri de date:

- lista de staţii de măsură, conţine toate staţiile pentru măsurarea şi

transmiterea datelor din baza de date;

- Graficul de date primare, afişează date brute, neprocesate (temperatură,

precipitaţii, umiditatea relativă a aerului, prezenţa picăturilor de apă pe

frunze, nivelul apei, etc.),n unele procesate (min/max/med, etc.) şi indici;

- Lista de evenimente conţine datele procesate de extensii, ex.: Nivelul apei

peste lmita admisă, Condiţii de infecţie, Baterie descărcată, etc.

Afişarea listei staţiilor:

• In bara de meniu selectaţi Afişare – Lista staţiilor sau apăsaţi cu mouse-ul care

seschide lista de staţii;

184

• Va apare o fereastră care va conţine staţiile de măsură pem care le veţi

configura;

Dacă datele primite de la staţii indică un eveniment deosebit (de obicei o

avertizare), un pătrat de culoare roşie apare în dreptul numelui staţiei. Acest lucru

înseamnă că trecere în revistă a listei de evenimente a staţiei respective este necesară.

Este foarte bine dacă lăsaşi lista staţiilot deschisă întotdeauna., deoarece aproape

toate acticvităţile din programul addVANTAGE pornesc de la această fereastră şi

oricare alarmă sau avertizare este imediat observată. Ca majoritatea ferestrelor din

programul addVANTAGE, când se închide programul, lista va fi memorată şi va fi

afişată când programul va fi pornit.

Datele primare:

Datele primare sunt transferate prin intermediul cablului serial dintre receptor şi

PC (în cazul sistemului de tip client, datele primare sunt obţinute prin modem, apelând

un server). Faptul că datele primare sunt încărcate într-un format în care nu este

specificată unitatea de măsură, nu reprezintă un dezavantaj. Fiecărui senzor îi este ataşat

un modul sofeware care face conversia în unităţi de măsură specifice (0C, RH, m/s, bar,

etc.). Datele primre convertite sunt apoi stocate în baza de date şi pot fi afişate, pe lungi

perioade de timp, sub formă grafică.

185

Vizualizarea graficului de date primare• Selectaţi o staţie din listă, apăsând cu mouse-ul pe ea;

• Selectaţi din bara de meniu Afişare-Date primare sau apăsaţi o dată cu mousul

pe butonul Date primare.

Graficul cu date primare va fi afişat pe ecranul monitorului; în partea de sus va

apare legenda cu culoarea specifică pentru fiecare senzor în parte.

In partea stângă a fiecărei culori există o căsuţă de bifat care va permite să vedeţi

sau nu curba de valori specifică pentru fiecare senzor. Butonul Configuraţii va permite,

de asemenea, să selectaţi rapid o confioguraţie prestabilită (pentru mai multe detalii

vezi “Configurarea şi salvarea datelor primare pe care doriţi să le vizionaţi”). In partea

dreaptă a fiecărei culori sunt afişate valorile măsurate pentru fiecare senzor. In

exemplu: valorile vizualizate sunt pentru precipitaţii, temperatură, umiditate relativă şu

picături pe frunză, pentru o perioadă de 24 de ore.

186

Examinarea datelorVizualizarea datelor pentru o anumită oră

• Mişcaţi săgeata mouse-ului la o anumită oră din zi unde doriţi să examinaţi datele;

• Apăsaţi pe butonul din stânga al mouse-ului şi, dfacă îl ţineţi apăsat, linia

verticală care apare pe grafic numită şi cursor, se va muta în dreptul promter-ului de la

mouse. Astfel vor fi afişate, în legendă, valorile exacte pentru fiecare tipuri de date

pentru timpul respectiv;

• Puteţi muta cursorul în dreapta sau în stânga, ţinând buronul de la mouse apăsat

până ce vă fixaţi pe ora dorită. De asemenea cursoul poate fi mutat din 15 în 15 minute

folosind butoanele ”dreapta” sau “stânga” de pe tastatură.

Valorile datelor primare din graficul de date sunt afişate pe bara de informaţii

pentru fiecare tip de senzor în parte.

Este, de asemenea, posibil să examinaţi datele de pe o perioadă de timp mai

mare.

187

Examinarea datelor pentru o perioadă mai mare de timp

• Pentru a vă muta cu o zi în timp, apăsaţi pe butoanele înainte sau înapoi care se

Găsesc în partea stângă a câmpului în care este afişată data;

• Pentru a vă muta cu mai multe zile, ţineţi apăsat mai mult timp butonul dreapta

sau stânga;

• Pentru a vă muta repede la prima sau ultima zi a bazei de date, apăsaţi pe

butoanele dreapta sau stânga care se găsesc în partea dreaptă a câmpului în care este

afişată data;

• Dacă doriţi să găsiţi o dată, şi este mai dificil cu ajutorul butoanelor cu săgeţi

(de exemplu odată cu două luni în urmă) , apăsaţi cu mouse-ul pe câmpul de date sau pe

butonul cu săgeata în jos din partea dreaptă a câmpului. Va apare o fereastră care

conţine un calendar;

• Data curentă este scrisă cu culoare roşie. Selectaţi data pe care o doriţi, apăsând

o dată cu mouse-ul pe ziua respectivă şi aceasta va deveni data curebtă.

O altă metodă de examinare rapidă a datelor este fixarea unui reper. Acesta este

un punct specific în timp când a avut loc un eveniment deosebit, Exemplu: Ploaie

puternică, înlocuirea unui senzor, furtună, grindină, etc.

188

Selectarea tipurilor de date primare

Programul addVANTAGE vă permite să determinaţi ce tipuri de date

(precipitaţii, temperatură, umiditate relativă, etc.). puteţi vizita în graficul de date

primare. Mai mult chiar, puteţi determina perioada de timp pe care o doriţi să o

vizualizaţi. Aceasta poate fi de una, şapte sau treizeci de zile iar, axele x şi y vor fi

configurate automat. De asemenea puteţi salva unele configuraţii prestabilite şi apoi să

le vizualizaţi.

Configurarea şi salvarea datelor primare pe care le doriţi

să le vizualizaţi

• Deschideţi un grafic de date primare sau selectaţi un grafic deja deschis pentru a-l face activ;

189

• Pentru a selecta tipul de date pe care doriţi să le vizualizaţi, apăsaţi pe butonul

de selectare opţiuni şi va apare o fereastră de opţiuni;

• Fereastra de obţiuni include o listă de date disponibile pentru staţia selectată.

Tipul de date ales este marcat cu un punct.

• Pentru a schimba tipul de date apăsaţi cu mouse-ul pe tipul de dată şi aceasta va

fi deselectată;

• In câmpul de dată Interval puteţi alege intervalul de zile pe care îl doriţi: 1, 7

sau 30 de zile sunt valori standard pe care le puteţi selecta. Puteţi de asemenea

introduce propria dumneavoatră valoare de interval de timp (1,2,5, etc, zile);

• Valorile pentru grilă indică numărul de linii de grilă care sunt afişate în grafic.

Diviziunile marcate cu Major x reprezintă subdiviziuni pe axa timpului marcate cu linii

verticale întrerupte. Diviziunile marcate cu Major Y sunt numărul de diviziuni pe axa

verticală;

• Când aţi termnat de selectat tipul de date primare care doriţi să fie reprezentate

pe grafic, închideţi fereastra apăsând pe butonul OK. Totuşi, într-un grafic pentru a citi

valorile uşor este bine să nu vizualizaţi mai mult de 5-8 curbe de valori.

Extensia main

190

Această extensie generează evenimente folositoare din punct de vedere tehnic şi

climatic. Este importantă din două puncte de vedere: monitorizează funcţionarea

staţiilor de măsură şi înregistrează datele primare. De altfel, este de cea mai mare

importanţă să instalaţi extensia main la toate staţiile de măsură din sistem (inclusiv la

cele folosite ca relee) pentru a monitoriza datele lor tehnologice.

Din punct de vedere tehnic extensia main este la fel ca oricare extensie; de notat

că mesajele sau avertizările generate de această extensie nu afectează celelalte aplicaţii.

Configurarea şi modul de aplicaţie

Normal, extensia main este automat instalată o dată cu instalarea programului

addVANTAGE în PC-ul dumneavoastră. Folosiţi addVANTAGE Manager pentru a o

activa, dacă dintr-un motiv oarecare nu o găsiţi în lista de extensii (vezi “Instalarea unei

extensii folosind addVANTAGE Manager), apoi reveniţi la programul addVANTAGE

pentru a instala această extensie la toate staţiile de măsură din sistem.

NOTĂ: Dacă instalaţi o nouă staţie în sistem, la aceasta nu va fi automat

ataşată extensia main.

Există şi o opţiune ajutătoare de configurare în extensia main: dacă aveţi doi

senzori (ex.: doi combosenzorii), trebuie să selectaţi senzorul care va fi folosit pentru a

genera statisticile zilnice în lista de evenimente.

Selectarea senzorilor:

• Selectaţi staţia de măsură dorită din lista de staţii şi, din bara de meniuri, alegeţi

Unelte ->Configurare ..., sau apăsaţi pe butonul de configurare a extensiilor.

• Selectaţi Main-senzor şi apăsaţi butonul Execută; se va deschide o fereastră de

dialog;

• Puteţi schimba configuraţia senzorului care generează statistici în lista de

evenimente, bifând în partea stângă a ferestrei de dialog senzorul care-l doriţi;

• Când aţi terminat, apăsaţi butonul OK.

Statistici

Această secţiune vă arată cum puteţi obţine rezultate statistice din majoritaea

valorilor înregistrate în graficul date primare.

191

Cum puteţi beneficia de aceste date primare

• Selectaţi o staţie din lista de staţii;

• Din bara de meniu selectaţi Unelte->Configurare ... sau apăsaţi pe butonul

Configurarea extensiilor;

• In fereastra deschisă selectaţi Main-statistici şi apăsaţi butonul Execută;

• In fereastra dialog apărută, selectaţi funcţia statistică dorită, bifând în pătratul

din partea stângă a textului: puteţi alege între Statistici, Suma temperaturilor efective şi

Vânt.

De aici puteţi afla valorile statistice dorite, aşa cum sunt descrise în secţiunea

următoare.

Aflarea valorilor statistice

• Selectaţi Statistici (de fapt fereastra de dialog Statistici deja deschisă);

• Selectaţi intervalul de timp (începutul intervalului şi sfârşitul acestuia),

senzorul de la care doriţi să aflaţi valorile statistice şi timpul de statistică dorit (minim,

maxim, media, media calculată pe bază de min/max şi suma); luţi notă de faptul că

puteţi selecta diferite tipuri de statistici pentru fiecare senzor;

• Apăsaţi butonul Calculează, pentru a vedea rezultatele cerute; (vezi anexe).

Calculul perioadelor cu picături pe frunze

• Suma intervalelor de timp cu picături de apă pe frunze (umiditatea pe frunză)

calculată pe oră pentru o anumită perioadă de timp, se poate calcula în aceeaşi fereastră

de diaog cu suma temperaturilor efective: selectaţi nivelul pragului (umiditatea de

picături pe frunză, începând cu 3U- se consideră că sunt picături pe frunză) şi apoi

apăsaţi butonul Calculează.

Determinarea unor parametri legaţi de viteza şi intensitatea vântului:

• Selectaţi Vânt;

• Selectaţi intervalul de timp (început şi sfârşit);

• Selectaţi una din cele două statistici: Direcţia vânt sau Vitreza vânt;

• Apăsaţi pe butonul Calculează; veţi obţine distribuţia direcţiei vântului - în

primul caz - şi direcţia totală - în al doilea caz. Va fi afişat un grafic şi un tabel cu

rezultatele obţinute.

192

NOTĂ: Statisticile pentru vânt nu au nici o valoare dacă un senzor de vânt nu

este ataşat fizic unei staţii de măsură din sistemul dumneavoastră; în acest caz este bine

să ştergeţi senzorul vânt din addVANTAGE Manager (unde se instalează automat).

Extensiile AgroExpert

Programul addVANTAGE ca bază şi configuraţie hardware fundamentală

(staţiile pentru măsurarea şi transmiterea datelor, senzori, staţia de bază), împreună cu

extensiile, formează sistemul AgroExpert. Acesta este o aplicaţie standard a produsului

A730.

Sistemul AgroExpert trebuie privit ca o unealtă care vă ajută să dirijaţi, să

optimizaţi corect aplicarea tratamentelor împotriva unor boli. AgroExpert nu este şi nu

trebuie văzut ca un factor de decizie în sine. Un program pe computer nu poate lua o

decizie, ci este la latitudinea celui care îl foloseşte să ia în consideraţie sau anumite

recomandări.

Extensia măr

Extensia măr are implementate două boli: rapănul (Venturia inaequalis) şi

făinarea (Podosphera leucotricha).

Funcţionarea corectă a extensiei este condiţionată într-o mare măsură de datele

introduse de utilizator. La începutul sezonului toate opţiunile şi parametrii trebuie

verificaţi, iar în timpul sezonului fazele fenologice şi tratamentele în livadă (inclusiv

cele care nu sunt cerute de sistem) trebuie actualizate.

NOTĂ:

Senzorii ataşaţi staţiei de măsură trebuie plasaţi la nivelul coroanei

Configurarea şi utilizarea

După ce aţi ataşat altgoritmul la staţiile de măsură dorite, trebuie să configuraţi

parametrii iniţiali. In funcţie de datele de pornire a programului, trebuie să verificaţi

fazele fenologice şi starea de dezvoltare a bolii (pentru fiecare staţie). Această sarcină

este uşoară, dacă pornirea se face la începutul sezonului, pentru că algoritmul este deja

sincronizat.

193

Primul pas trebuie făcut în addVANTAGE Manager: verificaţi dacă extensia măr

este prezentă şi activată. După acest prim pas, porniţi programul addVANTAGE şi

asociaţi la fiecare staţie extensia măr.

Următorii paşi ce trebuie efectuaţi sunt:

- Configuraţi opţiunile;

- Configuraţi faza fenologică;

- Dacă senzorul nu coincide cu pornirea sistemului, sincronizaţi stările pentru

fiecare boală.

Fazele fenologice trebuie aplicate pentru ambele boli şi actualizte pe parcursul

sezonului. Sunt doar 5 stadii de dezvoltare care sunt folosite de extensie, după

Flackinger;

• Buton verde (D);

• A început căderea petalelor (G);

• Diametrul fructelor – 3 cm (J);

• 3 săptămâni până la recoltare;

• Recoltare.

Literele din paranteze reprezintă stadiul original al fazei fenologice dată de autor.

Schimbarea fazelor fenologice afectează ambele boli şi trebuie făcută pentru fiecare

staţie în parte.

NOTĂ: Lista prezentă nu este completă; numai fazele relevante pentru extensie

sunt afişate şi folosite.

In timpul sezonului trebuie să verificaţi şi să actualizaţi periodic fazele

fenologice în concordanţă cu situaţia din câmp. De asemenea, trebuie să informaţi

sistemul despre toate tratamentele aplicate în câmp.

Rapănul la măr

Boala este originală din Europa şi a fost pentru prima oară observată în Suedia,

de Fries în anul 1819; succesiv a fost apoi înregistrată în 1833 în Germania, în 1834 îN

SUA, în 1845 în Anglia, în 1862 în Australia.

194

In prezent boala este răspândită pe întreg globul, fiind practic întâlnită în toate

regiunile unde sunt livezi de meri şi în special în zonele caracterizate de umidităţi şi

temperaturi moderate; în multe ţări este considerată principala boală a mărului.

Ciuperca se multiplică pe două căi: calea sexuată (teleomorphic) şi asexuată

(anamorphic). Inmulţirea sexuată reprezintă forma saprofită a ciupercii care se dezvoltă

pe funzele căzute, ofilite şi degradate şi nu pe frunzele vii, având deci un caracter

neparazitic. Această formă de existenţă şi înmulţire este specifică pentru perioada

toamnă-iarnă (începând cu primăvara), perioadă caracterizată prin căderea frunzelor,

urmată peste iarnă de degradarea lor şi apoi cu înmuguirea pomilor. Forma sexuată

saprofită a ciupercii sete cunoscută sub numele de Venturia inaequalis (Cooke) Wint.,

sau Endostigme inaequalis (Cooke) Syd.

Forma sexuată este susţinută de o masivă multiplicare pe durata întregului sezon

de dezvoltare a mărului şi a părului, având exclusiv un caracter parazitic. Se dezvoltă pe

diferite organe ale plantei gazdă (flori, fructe, frunze, ramuri tinere, etc.) organe care

pot fi afectate serios.

Forma parazitică asexuată a ciupercii este cunoscută sub numele de Fusicladium

dendriticum (Wallr) Fuek şi începe primăvara, în proporţie de 90 sub formă sexuată,

respectiv Venturia inaequalis. Restul sursei de peste iarnă se datorează formei

parazitice, care, în proporţii reduse, reuşeşte să supravieţuiască rigorilor iernii, fie sub

formă de miceliu, fie sub formă de conidii localizate în special la îmbinarea crengilor.

Manifestări ale atacului şi pagubele produse

Ciuperca se poate dezvolta pe diferite componente ale florilor: sepale (de cele

mai multe ori), petale, ovare, peduncul floral. Consecinţa acestei infecţii poate fi

căderea florilor.

Pe frunzele în creştere atacate puternic de ciupercă, ţesutul se dezvoltă inegal, cu

malformaţii, frunzele căzând adesea înainte de sfârşitul sezonului de creştere. Căderea

prematură a frunzelor determină reducerea nutriţiei pomului, rezultând o reducere a

numărului de fructe şi a mugurilor roditori pentru anul următor.

195

Boala apare, de asemenea, pe frunze sub formă de pete. In cazul soiurilor

sensibile şi în condiţii climatice optime pentru patogen, rapănul poate acoperii întreaga

frunză, fără o delimitare a petelor – urmând o defoliere permanentă a frunzelor.

Fructul este sensibil la atac de la început până la faza de recoltare; dacă fructele

sunt depozitate cu conidii pe ele, sau sunt în contact cu fructele afectate, dezvoltarea

ciupercii este posibilă şi în perioada de depozitare. Majoritatea fructelor infestate,

imediat după formare ca şi pe perioada vegetaţiei nu se mai pot dezvolta şi cad.

Suprafaţa puternic pătată a fructului nu se mai dezvoltă şi duce la deformare, ca

o consecinţă a dezvoltării inegale între părţile atacate şi cele neatacate. In anii favorabili

dezvoltării ciupercii, recolta poate să fie afectată în proporţie de 30-98, iar restul este

de calitate inferioară şi nu poate fi depozitat.

Patogenul se poate dezvolta şi pe ramuri: filamentele ciupercii pătrund adânc în

celulele lăstarului. Totuşi, atacul asupra ramurilor este un fenomen rar întâlnit şi apare,

în general, la soiurile sensibile sau în livezile neângrijite.

Folosirea sistemului în combaterea rapănului la măr

Pagubele produse de rapăn pot duce la o reducere drastică a recoltei. Ca rezultat,

există o tendinţă generală de folosire intensivă a metodelor chimice de luptă împotriva

bolii. Acest lucru înseamnă, câteodată, folosirea unor cantităţi de fungicide mai mare

decât este necesar. O luptă eficientă împotriva bolii poate fi realizată prin integrarea

observării a trei factori: fenologici, rezerva biologică şi ecologici. In cazul Venturia

inaequalis obiectivele prognozei sunt:

• Conoaşerea rezervei biologice a ciupercii, existenţa rezervei pe frunzele

infectate în toamna anului precedent;

• Inregistrarea evoluţiei ciupercii şi a potenţialului de infecţie sub influenţa

factorilor climatici, de la formarea peritecilor până la răspândirea lor în mediul

înconjurător.

Detectarea perioadei de infecţie cât şi intensitatea ei este dată de tabelul Lui

Mills cu corecţiile făcute de McHardy. Prelucrarea datelor de către sistem începe

normal cu 1 ianurie, dar acest lucru nu este absolut necesar.

196

După instalarea altgoritmilor la toate staţiile din livada de meri, aceştia trebuie

configuraţi cât mai aproape de fazele fenologice descrise mai sus, cu opţiunea Suma

temperaturilor efective. McHardy şi Gadoury (1982) au alocat o curbă a maturării

ascosporilor depinzând de suma temperaturilor efective.. Ei au stabilit că la o sumă a

temperaturilor efective în jur de 3000C (pornind de la 00C), maturarea ascosporilor

ajunge aproximativ la jumătate.

Dacă consideraţi că valoarea de 3000C nu este apropiată condiţiilor

dumneavoastră specifice, o puteţi schimba din fişierul APPLE.INI. Când această

valoare eset atinsă, evenimentul referitor la maturarea ascosporilor va fi generat.

Următorul eveniment aşteptat de algoritm este răspândirea ascosporilor. Aceasta

se produce când este detectată o ploaie de cel puţin 0,2 mm. Atingând acest stadiu,

extensia va emite mesajul Posibila proiecţie ascospori în lista de evenimente şi aşteaptă

ca utilizatorul să introducă o informaţie, ex.: faza fenologică - buton verde, este activă.

Ordinea evenimentelor poate varia, important este ca aceste condiţii să se întrunească

(buton verde şi proiectarea ascosporilor).

Extensia introduce fazele, verificând şi înregistrând toate condiţiile de infecţie,

folosind tabelul lui Mills. Depinzând de durata umezelii frunzelor şi de temperatură,

diferite condiţii de infecţie vor fi detectate: uşoară, medie sau puternică.

Intreruperea duratei umidităţii pe frunze va fi ignorată dacă a fost mai puţin de 8

ore când umiditatea relativă a aerului (RH) este sub 90 şi 48 de ore când RH este

peste 90. Pentru o perioadă lungă de timp uscat, algoritmul continuă şi aşteaptă noi

condiţii de infecţie.

Dacă durata umidităţii (picături) pe frunze este suficientă, un eveniment va

raporta condiţiile de infecţie, ex. Condiţii de infecţie 3 (medie), 49 ore. Acesta

înseamnă că este a treia condiţie de infecţie detectată de la începutul sezonului, a fost

medie (după tabelul lui Mills) şi durata efectivă după Mills, ex. fără validarea

întreruperii umidităţii pe frunze, a fost de 49 de ore.

Dacă infecţia a fost medie sau puternică şi nici un tratament nu este activ, atunci

sistemul va emite o avertizare. In mod normal, o infecţie uşoară nu poate determina un

atac puternic, deci nici o avertizare nu va fi emisă. Totuşi, dacă aveţi o cultură exterem

197

de sensibilă sau o presiune mare a bolii în livadă stabilim prin folosirea capcanei de

spori şi de observarea îndeaproape a copacilor, în acest caz puteţi considera oportun un

tratament.

Dacă sistemul generează evenimentul Tratament recomandat trebuie să efectuaţi

un tratament cât mai repede posibil. Sunt multe fungicide pe care le puteţi folosi, dar

puţine dintre ele au un efect curativ după mai mult de 72 de ore. După 96 de ore nici un

fungicid nu vă mai poate ajuta.

După fiecare condiţie de infecţie, programul calculează perioada de incubaţie.

Incubaţia nu are influenţă directă asupra extensiei, ea fiind dată ca o informaţie

adiţională. Dacă fungicidul folosit este de tip sistemic, incubaţia se va termina, în caz

contrar va continua să calculeze până va ajunge la sfârşit, conform tabelei lui Jones. Se

poate verifica selectând evenimentul care se referă la incubaţie şi apăsând pe butonul cu

detalii despre tratamente: va apare o fereastră în care este specificat stadiul actual al

incubaţiei.

Atât timp cât incubaţia este activă, veţi avea afişat indicele Mills_jones zilnic:

aceasta vă spune de câte zile mai are nevoie incubaţia pentru a ajunge la sfârşit, dacă

condiţiile de temperatură rămân neschimbate. Informaţiile pot fi folosite pentru

determinarea următoarei perioade critice care ar putea să vină (o nouă generaţie de spori

masivă).

Mesaje generate de extensia rapăn la măr

Iată câteva din mesajele posibile generate de extensie:

Rapan mar-maturizare ascospori in curs

Acest mesaj este asociat cu atingerea sumei temperaturilor efective prestabilite

(sau cel pus automat de program – 300)

Rapan mar-posibila proiectie ascospori

Dacă maturizarea ascosporilor a fost detectată, primile precipitaţii înregistrate

vor genera acest mesaj.

Rapan mar- conditii de infectie n (tip), m ore

198

Acest mesaj denotă că au fost detectate condiţii de infecţie, confirmate de

tabelele lui Mills; n este numărul curent al infecţiei, tipul – poate fi uşoară, medie sau

puternică şi m- este numărul efectiv de ore în care a fost detectată umiditatea pe frunze,

fără a lua în considerare întreruperile.

Rapan mar – incubaţie

După detectarea unei infecţii valide; se estimează că a început incubaţia; evoluţia

ei poate fi verificată prin selectarea mesajului în lista de evenimente şi apoi apoi

apăsarea pe butonul cu informaţii despre mesaj.

Rapan mar – indicele MIlls Jones = n zile

Indicele ne spune de câte zile (n) mai are nevoie incubaţia să ajungă la sfârşit,

dacă condiţiile de temperatură rămân neschimabate.

Rapan mar – tratament recomandat

Acest mesaj denotă clar necesitatea efectuării unui tratament; acest mesaj va fi

activ atât timp cât nici un tratament nu va fi introdus corect în baza de date. Tratamentul

trebuie aplicat cât mai repede posibil.

Rapan mar – tratat cu produsul X

Arată cât timp un tratament a fost efectiv, depinzând de informaţiile despre

substanţele chimice introduse în baza de date şi de totalul precipitaţiilor acumulate.

Rapan mar – incubaţii distruse de tratament

Acest mesaj vă informează că ciuperca dezvoltată a fost distrusă de substanţa

chimică folosită

Rapan mar – date insuficiente la ora 6 AM

Date insuficiente au fost colectate pentru ziua respectivă şi extensia nu poate

calcula rezultate relevante.

Rapan mar – tratament anualt de ploaie

Acest mesaj informează despre faptul că tratamentul a fost spălat de ploaie; acest

mesaj apare doar în cazul folosirii substanţelor de contact.

Rapan mar – soi schimbat

Eveniment introdus de utilizator, însemnând că soiul de cultură a fost schimabat

în Măr – opţiuni.

199

Rapan mar – stare schimbata manual

Eveniment introdus de utilizator, însemnând că starea bolii a fost schimbată în

Mar – stări

Rapan mar – tratament sters de utilizator

Acest mesaj dovedeşte că un tratament activ a fost şters de utilizator.

Mai pot apare şi alte mesaje, ca rezultat al modificărilor făcute de utilizator, cum

ar fi opţiuni schimbate, fază fenologică schimbată, aceasta având o explicaţie clară.

Făinarea la măr

Boala a fost observată pentru prima oară în 1877 în SUA (Iowa) de Bassey. SUA

este zona cea mai afectată de această boală din zona Pacificului de N-V, zonă în care au

fost înregistrate multe pagube la fructe (Hickey şi Yoder, 1991)

Făinarea este o boală care îşi manifestă prezenţa în toate zonele de pe glob, acolo

unde sunt livezi de meri; bineânţeles că intensitatea atacului este diferită de la o zonă

geografică la alta, depinzând de condiţiile specifice fiecărei zone şi de an (Lazăr, 1982;

But, 1988; Hickey and Yoder, 1991).

Având în vedere răspândirea extinsă a ciupercii, fitopatologii au fost de acord cu

următoarele cauze: ivirea în livezi de tip intensiv; care de obicei includ o recoltă bogată,

fertilizare şi irigaţii, folosirea soiurilor cu o bogată productivitate şi calitate dar

sensibile la atacul patogenului şi folosirea unor substanţe chimice care nu sunt specifice

pentru această ciupercă.

Manifestări ale atacului şi pagube produse

Boala este specifică mărului dar şi părul poate fi atacat, este adevărat că mai rar

(Vukovits, 1976; 1990; Hickey and Yoder, 1991). Diferite organe pot fi atacate la

ambele specii: mugurii, inflorescenţa, frunzele şi ramurile tinere; de asemenea şi fructul

este atacat, dar fenomenul este puţin întâlnit şi apare doar în condiţii foarte favorabile

pentru ciupercă. Ciuperca Podosphera leucotricha este un ectoparazit şi se dezvoltă în

celulele epidermei. Filamentele germinate pătrund în interiorul celulei, se extind şi prin

haustori absorb sucul celular (Vonica 1975).

Prezenţa şi dezvoltarea ciupercii în muguri, duce la o înmugurire timpurie, în

consecinţă, se produce o sensibilitate la îngheţ, iar un anumit procent din muguri nu se

200

mai dezvoltă, se uscă şi cad. In anumite condiţii este infectat mugurele înflorit şi chiar

dacă acesta nu moare şi se dezvoltă mai departe, nu este exclusă posibilitatea dezvoltării

în continuare a ciupercii.

Inflorescenţa atacată de făinare, se manifestă printr-o deformare a sepalelor,

rămâne strâmbă şi mică, devine cărnoasă, cu tendinţa de a deveni verde; inflorescenţa în

faza finală, devine cafenie, rămâne sterilă, se uscă şi cade.

Frunzele atacate sunt mici, strâmbe, rigide şi îndoite către partea superioară, ceea

ce le face să semene cu o barcă. Pe frunzele dezvoltate, apar pe partea inferioară, ca o

consecinţă a infecţiei secundare, mici pete albicioase, care se extind în timp ocupând

suprafeţe mai mari de pe frunză, acestea devenind maronii sau roşiatice.

Aceste frunze devin rigide şi pot fi zdrenţuite din cauza vântului; în final ele se

uscă şi cad de pe ramuri.

Dezvoltarea ciupercii pe lăstar îşi are sursa fie direct în prezenţa miceliului peste

iarnă, pe aceste organe, fie în urma infecţiei secundare. Pe lăstari miceliul se prezintă

sub formă de pudră de culoare alb-cenuşie. Pe lăstarii afectaţi puternic de atac, apar

unele frunze de mărime mai mare decât cele obişnuite; acestea au formă alungită şi sunt

contorsionate.

201

Prezenţa făinării pe fruct este mai puţin întâlnită. Pentru fructele dezvoltate,

atacul este pus în evidenţă de arsura produsă de ciupercă, pe epidermă, sub forma unei

reţele de linii neregulate, seroase şi de culoare maronie. Uneori, în urma infecţiei

secundare, structura caracteristică a făinării apare, sub formă albicioasă şi adesea

fructele atacate cad înainte de maturizare. Se admite totuşi că fructele sunt mai puţin

afectate direct de făinare, dar din cauza atacului asupra mugurilor, inflorescenţei,

frunzelor, lăstarilor, recolta de mere va fi mult diminuată.

Folosirea sistemului în combaterea făinării la măr

Făinarea la măr, implementată în sistemul AgroExpert, este o variaţie a

modelului Kast, dezvoltat pentru făinarea viţei de vie, în a căror dezvoltare au fost

observate multe similitudini. Pornirea modelului este bazată mai mult pe faza

fenologică buton verde decât pe estimările parametrilor climatici înregistraţi peste iarnă.

Totuşi, trebuie să luaţi în considerare temperaturile de –240C înregistrate peste iarnă,

acestea ducând la distrugerea parţială a rezistenţei miceliului şi la reducerea rezervei

pentru primăvara următaore la aproximativ 50, deci:

La temperaturi de –240C o parte din mugurii infectaţi mor;

La temperatura de –280C toţi mugurii infectaţi mor şi în acelaşi timp rezistenţa

miceliului se diminuează aproape complet.

După intrarea în faza activă, extensia calculează în fiecare zi indicele de

presiune, pe catre îl foloseşte pentru interpolarea dinamică a celui mai potrivit interval

între tratamente. Veţi avea afişate în fiecare zi o valoare a indicelui, în lista de

evenimente, arătând presiunea actuală estimată a bolii. Indexul poate fi de asemenea

afişat în graficul de date primare (deschideţi graficul, apăsaţi pe butonul configuraţii şi

alegeţi Fainare mar – presiunea bolii).

Inainte să porniţi extensia, trebuie să configuraţi sensibilitatea culturii apăsând

pe butonul de configurare al algoritmilor; selectaţi Mar – opţiuni şi apoi Fainare Mar.

Sunt mai multe praguri care atinse generează alarme, în funcţie de sensibilitatea

organelor şi a fazei fenologice (aceste praguri pot fi modificate de utilizator.

202

Mesajele generate de extensia făinare la măr

Următoarele mesaje pot fi afişate în lista de evenimente:Făinare mar – tratament recomandat

Un tratament trebuie să fie efectuat ca rezultat al indicelui de presiune şi al

perioadei de acoperire a tratamentului precedent; mesajul va fi activ atât timp cât în

baza de date nu va fi inserat corect un tratament.

Făinare mar – tratat cu produsul X

Reprezintă înregistrarea unui tratament; oferă informaţii despre durata de

acoperire şi dacă este încă activ.

Făinare mar – Presiunea bolii nn

Afişează zilnic valoarea indicelui de presiune a bolii.

Făinare mar – date insuficiente la 6 AM

Date insuficiente au fost colectate pentru ziua respectivă şi extensia nu poate

calcula rezultate relevante.

Făinare mar – tratament anulat de ploaie

Acest mesaj informează despre faptul că tratamentul a fost spălat de ploaie; acest

mesaj apare doar în cazul folosirii substanţelor de contact.

Făinare măr – stare schimbată manual

Evenimentul introdus de utilizator, înseamnă că starea bolii a fost schimbată în

Măr-stări.

Fainare mar – tratament şters de utilizator

Acest mesaj dovedeşte că un tratament activ a fost şters de utilizator.

Făinare mar – soi schimabat

Evenimentul introdus de utilizator însemnând că soiul de cultură a fost schimbat

în Măr – opţiuni.

Mai pot apare şi alte mesaje ca rezultat al modificărilor făcute de utilizator, cum

ar fi opţiuni schimbate, faza fenologică schimbată, acestea având o explicaţie clară.

Notă: Sunt mai multe mesaje pe care extensia le recunoaşte, datorită

compatibilităţii cu vechile versiuni ale programului: mesajele au fost păstrate pentru a

203

putea vizualiza baze de date care au fost înregistrate în viziuni anterioare ale

programului.

Configurare avansată

Unii parametrii ai extensiei pot fi schimbaţi, în scopul obţinerii unui alt

comportament. Trebuie să aveţi mare grijă când faceţi aceste modificări ale

parametrilor, pentru că extensia poate apoi să vă furnizeze rezultate false dacă nu

cunoaşteţi cum se fac aceste modificări!

Deschideţi fişierul APPLE.INI, aflat în directorul \AE3\BIN, şi care poate fi

vizualizat cu un editor de text (ex. Notepad). Programul addVANTAGE trebuie să fie

închis înainte de deschiderea acestui fişier; nu porniţi programul addVANTAGE:

înainte să salvaţi şi să închideţi fişierul respectiv. Un exemplu alconţinutului fişierului

APPLE.INI este prezentat în continuare:

[Options]SunsetHour=22SunriseHour=4OidiumFactor1=3OidiumFactor2=3.5VenturiaSumTempAscoMaturation=300Minim_pressure susceptible befor petal sheding=20Minim_pressure susceptible before 3 cm dia fruit=40Minim_pressure susceptible after 3 cm dia fruit=60Minim_pressure resistant before petal sheding=50Minim_pressure resistant before 3 cm dia fruit=70Minim_pressure resistant before after 3 cm dia fruit=80FactorAdjust=1.5[Duration of simulated treatementţApple Mildew=5Apple scab=1 SunsetHour şi SunriseHour determină ziua şi noaptea-acestea nefiind folosite la

actuala versiune.

OidiumFactor1 şi OidiumFactor2 sunt constante de regresie ale modelului Kast;

OidiumFactor1 caracterizează efectul asupra indicelui determinat de umiditatea

prezentă pe frunze – generată de orele de ploaie. Efectul este invers proporţional cu

numărul de ore. OidiumFactor2 caracterizează efectul orelor în care nu există

204

umiditate pe frunze. Efectul este direct proporţional cu numărul de ore. Nu folosiţi

valori sub 1 pentru OidiumFactor1! Acesta se aplică doar făinării mărului.

VenturiaSumTempAscoMaturation este limita sumei temperaturilor efective,

considerată a fi jumătate din suma totală la care asosporii ajung la maturitate; acesta

se aplică doar la rapăn.

Minim_pressure susceptible şi Minim_pressure resistant sunt limitele de

temperatură de la care sunt generate avertizări de tratamente pentru culturile

sensibile şi respectiv, rezistente. Sunt trei limite diferite pentru diferite faze

fenologice, pentru fiecare tip de cultură (sensibilă sau rezistentă). Prin modificarea

acestor praguri, puteţi schimba drastic calea prin care extensia generează

avertizările. Se aplică doar la făinarea mărului.

FactorAdjust reprezintă factorul de acoperire a tratamentului, fără întrerupere,

pentru făinare la măr; folosiţi numai valori între 1 şi 2 (pentru 2, factorul este mai

mare, adică perioada de acoperire a tratamentului, în cazul bolii este mai lungă).

Duration of simulated treatment este valoarea în zile în care nici o altă avertizare nu

va fi generată, după ce aţi optat pentru Ignoră avertizarea din fereastra de dialog care

se referă la tratamente; există un parametru de configurare pentru fiecare boală în

parte.

Valorile de mai sus sunt generate automat de program iar în cazul că modificaţi anumite

valori şi nu vă mai aduceţi aminte care, le puteţi compara cu cele descrise mai sus. O

altă metodă este să ştergeţi fişerul respectiv; când o să activaţi din nou extensia măr

(prin pornirea programului addVANTAGE), acest fişier va fi recontruit automat de

program cu valorile iniţiale.

Extensia măr în modul depanare

Când porniţi addVANTAGE în modul depanare, acesta vă oferă posibilitatea să

efectuaţi simulări cu datele primare în extensia măr (vezi ”Pornirea programului

addVANTAGE în modul depanare”). In fereastra de dialog care se deschide când

apăsăm pe butonul configurare algoritmi, apar următoarele opţinuni în plus:

205

Măr - şterge evenimentele: această opţiune vă permite să ştergeţi toate

evenimentele din baza de date pentru o anumită staţie de măsură, evenimente

generate anterior;

Măr – punct oprire: vă permite să configuraţi un punct (eveniment alarmă sau

data/oră_ la care reprocesarea datelor să se oprească.

De asemenea, în acest mod, în fereastra de dialog referitoare la configurarea

extensiilor, la alegerea opţiunii Măr – afişează data curentă în fereastra de dialog apare

butonul Continua, care vă permite să reluaţi analiza datelor din locul unde s-a oprit.

Pentru celelalte extensii cum ar fi:

- extensia sfeclă;

- extensia hamei;

- extensia cartof;

- extensia viţă de vie;

- extensia irigaţii,

se consultă bibliografia în mod opţional.

206

16. Teme obligatorii:

Folosind datele meteorologice obţinute cu programul addVANTAGE, în livada

USAMV şi câmpul experimental Şapca Verde, să se:

1. - interpreteze şi reprezinte grafic variaţia zilnică a temperaturii medie a

aerului, temperaturii minime şi maxime, comparativ cu mediile multianuale,

în perioada 1 august 2001 – 1 noiembrie 2001. Să se caracterizeze termic

zilele, nopţile şi lunile. Să se reprezinte grafic momentul producerii

maximului şi minimului de temperatură, în funcţie de ore şi zile, pentru

aceiaşi perioadă.

2. - interpreteze şi reprezinte grafic variaţia zilnică a umidităţii relative a

aerului, comparativ cu valorile multianuale, în perioada 1 august – 1

noiembrie 2001. Să se reprezinte grafic momentele de producere ale

maximelor şi minimelor zilnice în funcţie de oră şi zile, în perioada studiată,

1 august – 1 noiembrie 2001.

3. – reprezinte grafic variaţia zilnică a radiaţiei solare în perioada 1 august – 1

noiembrie 2001, urmărind orele de producere a maximelor şi minimelor.

4. – reprezinte grafic variaţia zilnică a precipitaţiilor atmosferice în perioada 1

august – 1 noiembrie 2001, să se caracterizeze aceste luni din punct de

vedere pluviometric şi să se compare cu valorile multianuale.

- să se calculeze intensitatea precipitaţiilor în intervalul studiat.

- să se calculeze coeficientul pluviometric al lunii august, septembrie şi

octombrie, după formula: kp= nQ.

365.2

- să se determine caracterul lunii (ploios, secetos) după valorile lui kp.

5. – determine tăria vântului, zilnic, (1 august – 1 noiembrie 2001) pe scara

Beaufort. Să se determine presiunea vântului cu formula: P=kv2 (k=0,06), să

se construiască diagrama lunară şi să se stabilească vântul mijlociu.

6. apreciaţi, aceste două luni (septembrie, octombrie) din punct de vedere

agrometeorologic.

207

17. Teme aprofundate:

1. Explicaţi influenţa precipitaţiilor asupra culturilor tratate cu erbicide

sistemice sau de contact. Care sunt urmările?

2. Explicaţi influenţa precipitaţiilor asupra efectului tratamentelor fitosanitare?

3. Influenţa precipitaţiilor şi a luminii asupra germinării seminţelor? (seminţe

hipogee şi epigee).

4. Influenţa umidităţii solului asupra germinării seminţelor?

5. Influenţa vântului (energia eoliană) asupra tratamentelor fitosanitare

(erbicide, fungicide, insecticide). Care este efectul asupra tratamentelor

efectuate?

6. Explicaţi influenţa precipitaţiilor, umidităţii solului, temperaturii, radiaţiei

solare (luminii) asupra: creşterii, înfloririi şi fructificării plantelor.

7. Arătaţi necesarul de precipitaţii şi temperatură în funcţie de diferite faze

fenologice (germinare, înfrăţire, înflorire, fructificare, etc).

8. Enumeraţi posibilităţile de captare a radiaţiei solare în culturile de câmp şi în

spaţii protejate (sere, solarii).

9. Care este influenţa condiţiilor climatice (temperatură, umiditate, precipitaţii)

asupra apariţiei şi dezvoltării agenţilor patogeni (boli) şi dăunătorilor.

(Consultaţi pe lângă cursurile şi lucrările de specialitate şi posibilităţile

programului AgroExpert).

10. Explicaţi şi argumentaţi necesitatea programului AgroExpert în fermele

agricole sau particulare!

- Unde credeţi că există minusuri în acest program? %n ce constau acestea şi

cum credeţi că se pot elimina?

NOTĂ: - Se consultă cursurile de Botanică, Agrotehnică, Fitopatologie, Entomologie, Fiziologie, Fitotehnie, Legumicultură, Pedologie se fac referiri la diferite tipuri de sol (cambic, gleic, nisipos, argilos, etc.), iar în funcţie de acesta la capacitatea de reţinere a temperaturii, a apei din precipitaţii.

208

ANEXE

Valorile normale multianuale la Cluj-Napoca

Luna T 0C P mm UR % d h D h

I -4,5 26,2 32,1 64,9 276,8

II -2,3 24,5 78,0 86,9 286,5

III 3,2 29,4 70,4 151,6 368,2

IV 9,1 47,0 66,7 173,3 408,0

V 14,3 76,3 67,2 214,8 468,0

VI 17,5 90,4 69,5 242,9 476,0

VII 19,3 82,2 67,3 277,7 482,0

VIII 18,3 69,3 69,7 264,6 441,9

IX 14,3 43,6 71,9 210,2 378,2

X 9,1 41,5 76,5 168,0 337,7

XI 3,3 30,9 81,8 79,9 280,8

XII -1,6 29,5 86,1 49,9 264,3

Anuala 8,3 590,8 73,9 1948,7 4467,8

D h – insolaţia maximă posibilă

209

Caracteristici tehnice ale senzorilor folosiţi în programul addVANTAGE:

1. Picăturile de apă pe frunză;

- principiul fizic: conductibilitate electrică;

- modul de măsurare: 0-9 unităţi (10 paşi);

2. Temperatura aerului

- domeniul de lucru -400C - +600C;

- precizia: 0,60C;

3. Umiditatea relativă

- precizia 3%, în intervalul de temperaturi -400C - +600C;

4. Piranometru:

- domeniul 0-1400 V/m2;

- lungimea de undă 400-700 nm;

5. Pluviometru:

- capacitate/minut 2,4 mm

- rezoluţie 0,2 mm;

- suprafaţa de captare 200 cm2;

- precizie de calibrare 1%,

6. Anemometru:

- domeniul 0,7 - 27,7 m/s;

- viteză de pornire 0,7 m/s (2,5 km/h);

- domeniul de temperaturi: -300C - + 650C;

- valoarea maximă 60 m/s (216 km/h);

- direcţia vântului: 00-3600;

- orientare: N;

210

AGROMETEOROLOGIE

- caiet de lucrări -

219

Lista lucrărilor de agrometeorologie

1.a.Studiul termometrelor folosite în meteorologie1.b.Determinarea presiunii armosferice2.Teme folosind programul addVANTAGE

1.a.Studiul termometrelor folosite în meteorologie

Nr.crt.

Tipul termometrului Temperatura0C

Precizia0C

00

T

T

1.b.Determinarea presiunii armosferice

Bar

omet

rul

cu H

g

Tem

per

atu

r

a 0 C

Cor

ecţi

a d

e

tem

per

atu

ră

Cor

ecţi

a d

e

înăl

ţim

e

Presiunea Presiunea redusăP

P

mm

Hg

N/m2 mb mm

Hg

N/m2 mb %

220

2.Teme folosind programul addVANTAGE:

Folosind datele meteorologice obţinute cu programul addVANTAGE, să se:

1.- reprezinte grafic variaţia zilnică a temperaturii medie a aerului, a temperaturii

minime şi maxime, după valorile din caiet. Să se caracterizeze termic zilele,

nopţile şi luna studiată. Să se reprezinte grafic momentul producerii maximului

şi minimului de temperatură, în funcţie de ore şi zile, pentru aceiaşi perioadă.

2.- reprezinte grafic variaţia zilnică a umidităţii relative a aerului, după valorile

din caiet. Să se caracterizeze din punct de vedere al umidităţii relative zilele şi

luna respectivă. Să se reprezinte grafic momentele de producere ale maximelor şi

minimelor zilnice în funcţie de oră şi zile, în perioada studiată;

3.-să se reprezinte grafic, conform tabelului, umiditatea pe frunză

4.– reprezinte grafic variaţia zilnică a radiaţiei solare în perioada studiată,

urmărind orele de producere a maximelor şi minimelor.

5.– reprezinte grafic variaţia zilnică a precipitaţiilor atmosferice în perioada

studiată, să se caracterizeze acestă lună din punct de vedere pluviometric şi să se

compare cu valorile multianuale.

- să se calculeze intensitatea precipitaţiilor în intervalul studiat.

- să se calculeze coeficientul pluviometric al lunii studiate, după formula: kp=

nQ

q365

- să se determine caracterul lunii (ploios, secetos) după valorile lui kp.

6.– determine tăria vântului, zilnic, (luna studiată) pe scara Beaufort. Să se

determine presiunea vântului cu formula: P=kv2 (k=0,06),

7.-apreciaţi, luna studiată din punct de vedere meteorologic.

221

Tabelul 1

Tabel cu momentele producerii extremelor

Ziua Momentele producerii extremelorTmax (ora) Tmin (ora) Umax(ora) Umin(ora) Rmax(ora)

Rmin(ora)

1 15 7,45 0 / 3 15 13,30 19,15/7,302 14,30 8,15 6,15 14,30 14,15 19,30/7,303 15,30 6,15 0/11,15 15,45 13,45 19,15/7,304 15,45 7,30 3,15/8 15,30 13,15 19,15/7,305 14 5,30 7,45 14 14 18,45/7,306 14,45 23,30 0/8,30 14 12,15 19,30/7,457 14,15 8,45 8,45 14 12,45 19,15/7,308 15,15 7,45 0/10,15 15,30 13,45 19,15/7,459 15,30 7,15 0/9,15; 15,30 13,45 19,15/7,4510 15,15 6,00 0/9,15 14,30 13,15 19/7,4511 12 11,50 8,15 17,30 14,30 19/7,4512 15 7 23 15,45 15 19/7,4513 15,45 7 6/9,15 16 13,15 19/7,4514 15,15 5,45 3,30/9,15 16,15 14 19/7,4515 15,45 7 7 16 13 19/7,4516 15,15 5,45 3,30/9 16,15 14 19/7,4517 15,45 6,45 0/9,45 15,15 13,45 18,45/7,4518 15,45 5 0/11,30 15,15 14,30 18,45/819 17 3,30 0/13 17 12,30 18,45/820 15,45 5,15 0/8,45 14,30 12,45 18,30/821 18 5,30 0/11 18 14,45 18,45/822 15,30 23,15 0,14,15 20,45 15,15 18,30/823 14,45 23,45 6 11,30 10,45 18,30/8,1524 14,45 7 5,30/9,30 11,45 12,45 18,30/8,1525 17,30 23,45 22,45 14,30 14,30 18,30/8,4526 15,45 3,45 0/13 15,45 14,45 18,45/8,1527 17 6,45 0/10,30 17,15 13 18,30/828 15,45 1,30 0/9 15,45 13,30 18,15/829 17,15 1,30 7,15/24 6 16,15 18,15/8,4530 12,45 2 0/12,15 13 12,30 18,15/8,3031 13,30 2 18,45/24 15 13,30 17,30/8,30

222

caiet biofizica-meteofinal

Documents