Thoát hơi nước ở lá
đo được cái cây đang “thở”

Trong sách giáo khoa, thoát hơi nước là một câu chữ. Với một cảm biến độ ẩm giá tám mươi nghìn, nó trở thành một đường cong mà học sinh nhìn thấy nó tách khỏi đường đối chứng ngay trước mắt.

Sau bài này học sinh làm được

• Chứng minh bằng số liệu rằng lá thoát hơi nước, chứ không phải chỉ tin vào sách.
• Thiết kế và giải thích vai trò của buồng đối chứng — khái niệm cốt lõi của mọi thí nghiệm sinh học.
• Định lượng ảnh hưởng của ánh sáng và của gió tới tốc độ thoát hơi nước.
• Đọc được đường cong bão hòa và giải thích vì sao độ ẩm không tăng mãi.
• Chỉ ra được các yếu tố cần giữ giống nhau giữa hai buồng để so sánh mới công bằng.

Cây bốc hơi nước để đổi lấy khí carbonic

Mặt dưới lá có hàng nghìn khí khổng. Chúng mở để lấy CO₂ cho quang hợp, và mỗi lần mở thì hơi nước thoát ra. Cây buộc phải chấp nhận mất nước — nhưng chính dòng nước thoát đi ấy kéo nước từ rễ lên ngọn, cây cao mấy chục mét không có bơm nào khác.

Đo bằng cảm biến độ ẩm

Nhốt cây trong hộp kín, hơi nước không đi đâu được nên độ ẩm trong hộp tăng. Đo độ ẩm theo thời gian là đo tốc độ thoát hơi nước.

Nhưng độ ẩm cũng tăng vì lí do khác — đất trong chậu bốc hơi, hoặc hộp nóng lên. Nên con số tuyệt đối không nói lên điều gì.

Buồng đối chứng — ý quan trọng nhất của bài

Làm hai buồng giống hệt nhau, cùng ánh sáng, cùng nhiệt độ. Một buồng có cây, một buồng không. Mọi thứ tác động lên buồng này cũng tác động lên buồng kia, nên phần chênh lệch giữa hai đường độ ẩm chính là phần do cái cây gây ra, và chỉ do cái cây.

Đây không phải mẹo kỹ thuật mà là cách khoa học thực nghiệm hoạt động — học sinh thấy tận mắt hai đường cong tách nhau ra.

Vì sao đường cong đi ngang ở cuối

Học sinh hay tưởng độ ẩm tăng mãi tới 100%. Thực tế nó tăng nhanh rồi chậm dần và gần như nằm ngang, vì hai lí do:

• Không khí càng ẩm thì chênh lệch hơi nước trong lá và ngoài lá càng nhỏ, nước thoát càng chậm.
• Cây tự đóng bớt khí khổng khi không khí quá ẩm — cơ chế điều hòa của chính nó.

Đặt địa chỉ cho hai cảm biến giống nhau

Hai con SHT31 mua về có địa chỉ giống hệt nhau, cắm chung bus thì loạn. Trên module có một chân ghi ADDR hoặc AD:

• Nối ADDR xuống GND → địa chỉ 0x44.
• Nối ADDR lên VCC → địa chỉ 0x45.

Chạy chương trình quét bus của Bài 34 để xác nhận thấy đủ ba thiết bị: 0x23, 0x44, 0x45.

Làm buồng

1. Chọn hai hộp nhựa trong giống hệt nhau. Khác cỡ là hỏng phép so sánh.
2. Khoét một khe nhỏ ở mép nắp để luồn dây cảm biến, rồi dán kín bằng băng keo trong.
3. Treo cảm biến lơ lửng giữa buồng — không chạm lá, không chạm thành, không chạm đất.
4. Đặt hai hộp cạnh nhau, cùng hướng, cùng khoảng cách tới nguồn sáng.

Mã đầy đủ tại kho GitHub, thư mục cap-4/bai-55-thoat-hoi-nuoc/. Bài này tác giả chưa thực nghiệm đủ nhiều để công bố số liệu chuẩn — thầy cô làm được xin gửi kết quả về để bổ sung.

Chương trình chính — hai buồng và một cảm biến ánh sáng

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 93 - Theo doi thoat hoi nuoc o la
#  Hai cam bien SHT31 tren cung mot bus I2C:
#     0x44 = buong co la      0x45 = buong doi chung (khong la)
#  Cam bien anh sang BH1750 o 0x23 de ghi dieu kien chieu sang
# ------------------------------------------------------------
from machine import Pin, SoftI2C
import time, struct

# ===== CAU HINH =====
CHU_KY_S = 30              # 30 giay mot mau, du cho qua trinh cham
DC_LA    = 0x44
DC_DOI   = 0x45
DC_SANG  = 0x23
# ===== het phan cau hinh =====

i2c = SoftI2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=100000)

def doc_sht31(dia_chi):
    """Tra ve (nhiet do do C, do am %). Lenh 0x2400 = do chinh xac cao."""
    i2c.writeto(dia_chi, b"\x24\x00")
    time.sleep_ms(20)
    d = i2c.readfrom(dia_chi, 6)
    t_tho = (d[0] << 8) | d[1]
    h_tho = (d[3] << 8) | d[4]
    t = -45 + 175 * t_tho / 65535
    h = 100 * h_tho / 65535
    return t, h

def doc_bh1750():
    i2c.writeto(DC_SANG, b"\x10")      # do lien tuc, do phan giai 1 lx
    time.sleep_ms(180)
    d = i2c.readfrom(DC_SANG, 2)
    return ((d[0] << 8) | d[1]) / 1.2

print("t_phut,T_la_degC,RH_la_pc,T_doi_degC,RH_doi_pc,E_lux")
bat_dau = time.ticks_ms()

while True:
    t_la, rh_la   = doc_sht31(DC_LA)
    t_doi, rh_doi = doc_sht31(DC_DOI)
    lux = doc_bh1750()
    phut = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), bat_dau) / 60000

    print("{:.2f},{:.2f},{:.1f},{:.2f},{:.1f},{:.0f}".format(
        phut, t_la, rh_la, t_doi, rh_doi, lux))

    time.sleep(CHU_KY_S)

Kết quả sau tám phút:

t_phut,T_la_degC,RH_la_pc,T_doi_degC,RH_doi_pc,E_lux
0.00,27.41,58.2,27.38,57.9,1240
0.50,27.44,61.7,27.40,58.1,1238
1.00,27.48,65.3,27.41,58.0,1241
1.50,27.52,68.8,27.43,58.2,1239
2.00,27.55,71.9,27.44,58.1,1240
...
8.00,27.71,86.4,27.50,58.4,1237

Nhìn cột RH_la_pc và RH_doi_pc: buồng có lá đi từ 58 lên 86 phần trăm, buồng đối chứng đứng nguyên quanh 58. Chênh lệch ấy là cái cây.

Bản nâng cấp — đo bằng cân

# ------------------------------------------------------------
#  Ban nang cap: do bang can thay vi do am (chinh xac hon nhieu)
#  Chau cay bit kin dat tren can. Nuoc mat di chinh la nuoc thoat hoi.
#  Phan cung: loadcell 1 kg + NAU7802 (I2C 0x2A)
# ------------------------------------------------------------
import time

HE_SO = 412.7          # so dem tren mot gam, tim duoc khi hieu chuan
CHU_KY_S = 60

def doc_khoi_luong_g():
    return doc_nau7802() / HE_SO      # ham doc thanh ghi, xem kho GitHub

input("Dat chau cay len can roi Enter de tru bi...")
diem_khong = doc_khoi_luong_g()

print("t_phut,m_mat_g,toc_do_g_per_h")
bat_dau = time.ticks_ms()
truoc_m, truoc_t = 0.0, 0.0

while True:
    m_mat = diem_khong - doc_khoi_luong_g()
    phut  = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), bat_dau) / 60000
    if phut - truoc_t > 0:
        toc_do = (m_mat - truoc_m) / (phut - truoc_t) * 60
    else:
        toc_do = 0.0
    print("{:.1f},{:.3f},{:.3f}".format(phut, m_mat, toc_do))
    truoc_m, truoc_t = m_mat, phut
    time.sleep(CHU_KY_S)

Kiểm tra hai cảm biến có nói giống nhau không

Bước bắt buộc trước mọi buổi đo, và nó chỉ mất năm phút.

1. Đặt cả hai cảm biến cạnh nhau trong cùng một buồng, không có cây.
2. Đậy nắp, chạy chương trình 5 phút.
3. Hai đường phải trùng nhau trong phạm vi ±2% độ ẩm và ±0,3 °C.

Nếu chúng lệch đều nhau một khoảng cố định, ghi lại con số ấy và trừ đi trong lúc phân tích. Nếu lệch lung tung thì một trong hai con có vấn đề.

Danh sách kiểm

• Quét bus thấy đủ ba địa chỉ 0x23, 0x44, 0x45.
• Hai cảm biến đặt cùng chỗ cho số chênh nhau dưới 2%.
• Chậu đất đã bịt kín, buồng đối chứng cũng có chậu đất bịt kín.
• Nhiệt độ hai buồng chênh nhau dưới 1 °C trong suốt buổi đo.
• Đường độ ẩm buồng có lá tách rõ khỏi đường đối chứng trong 10 phút.

Sinh học — thí nghiệm có đối chứng, dạy đúng cách làm khoa học

Giá trị lớn nhất của bài không nằm ở kết luận "lá thoát hơi nước" — điều mà sách đã nói. Nó nằm ở chỗ học sinh phải tự trả lời: làm sao chứng minh được rằng nước ấy đúng là từ lá ra?

Câu hỏi đó dẫn thẳng tới khái niệm đối chứng, tới việc phải giữ nguyên mọi biến trừ một biến, và tới chuyện phải bịt chậu đất. Đây là ba thứ mà mọi thí nghiệm sinh học đều cần, và bài này dạy được cả ba trong một tiết.

Vật lí — độ ẩm tương đối và sự bay hơi

Chương trình Vật lí có nội dung độ ẩm không khí nhưng thường dạy khô khan. Ở đây học sinh gặp nó trong một bối cảnh sống động, và gặp luôn cái bẫy: độ ẩm tương đối đổi theo nhiệt độ dù lượng nước không đổi.

Một câu hỏi hay: nếu ta hâm nóng buồng lên 5 °C mà không thêm nước, đồng hồ độ ẩm sẽ chỉ tăng hay giảm?

Toán — đường cong bão hòa

Đường độ ẩm theo thời gian có dạng tiệm cận. Cho học sinh ước lượng giá trị bão hòa, tính tốc độ tăng ở từng đoạn, và so tốc độ ban đầu giữa bốn nghiệm thức. Đây là cách tự nhiên để nói về đạo hàm mà không cần gọi tên nó.

Công nghệ — vì sao nhà kính phải thông gió

Nối thẳng sang Bài 101 (nhà kính mini): nếu không khí trong nhà kính quá ẩm, cây đóng khí khổng, ngừng lấy carbonic, và ngừng lớn. Đó là lí do mọi nhà kính đều phải có quạt.