В улье нет и быть не может никакого влагообмена.
Влагообмен, это когда промочишь ноги, а на лбу вышибает пот. Употребление термина влагообмен допустимо для характеристики гигроскопических материалов. Например, влагообмен древесины с атмосферой. Есть влагопоступления и влагоудаление.
Есть, правда, и закон о круговороте воды в природе. Но это другая тема.
А что касается остальных гипотез автора, то давайте, отделим «мух от котлет».
В пчелином клубе изменение местоположения каждой пчелы в пространстве дупла суммарно не даёт прибавки или уменьшения объёма, занимаемого им в нём, так как пчёлы не связаны друг с другом непроницаемой для воздуха резиновой плёнкой.
В улье не пчёлы втягивают воздух в объём своего клуба при его увеличении и не выталкивают при уменьшении…. На самом деле, они только приспосабливаются к естественно поднимающемуся воздуху от летка, проходящему через клуб и движущегося вокруг него к потолку и опускающемуся вдоль стенок дупла (улья) вниз, к летку….
Клуб пчёл, поселяясь в улье, еще не дыша, как горячий шар, своим присутствием образует их, и только потом(!) начинает приспосабливаться к ним. То есть сначала возникают конвекционные потоки, а потом клуб пчёл начинает изменять свой объём, регулируя прохождение через клуб холодного воздуха и, одновременно, удовлетворяя свои потребности в кислороде и выбросе водяных паров и углекислого газа. Делать вдох не надо: тёплый воздух ушёл, а на его место снизу подходит холодный. Тогда надо сжаться, чтобы сильно не охладиться. Расширением и сжатием объёма своего клуба пчёлы регулируют, как водопроводным краном, количество воздуха, проходящего через него.
Первичен естественный конвекционный поток воздуха, в том числе и через клуб пчёл. Вторично изменение объёма клуба, его расширение как вынужденная реакция клуба на движение воздуха сквозь него.
Вначале поговорим о клубе. В улье живут пчёлы. Клуб не живое существо, а всего лишь форма, которую приобретает пчелиная семья, защищаясь от холода. И никуда этот клуб не поселяется. Гипотеза о том, что холодный воздух проходит через клуб противоречит Второму началу термодинамики.Первично то, что даёт тепло. А в улье тепло всегда генерируют пчёлы. Количество этого тепла, температура внутри клуба и корки не постоянна. Она зависит от внешних факторов. Согласно последним тепловизионным исследованиям наивысшая температура ядра клуба смещена вниз. (В. Тобоев). А сам клуб, скорее напоминает по форме грушу, нежели шар. Холодный воздух никогда не проходит через тёплый клуб. Холодный воздух, поступающий в замкнутый объём с более высокой температурой всегда стратифицировано растекается внизу. Формирование клуба, это естественная реакция пчёл на понижение температуры. Клуб всегда воздухопроницаем, как клубок овечьей шерсти, но это не значит, что через него могут свободно проникать конвекционные токи. Изменения плотности клуба характеризуется правилом Аллена (1877). Дословно правило звучит так:
«У теплокровных животных (то есть животных, которые выделяют тепло в процессе обмена веществ), живущих в холодном климате, конечности меньше, чем у таких же животных, обитающих в более теплом климате».
Большинство закономерностей, наблюдаемых в мире растений и животных, прямо следуют из теории эволюции, и правило Аллена — не исключение. Теплокровные животные, как и насекомые, имеют внутренний механизм, поддерживающий температуру тела на постоянном уровне. По сути, эти животные преобразуют энергию пищи в тепло для поддержания постоянной температуры своего тела.
Тепло переносится из внутренних органов теплокровных животных к более прохладной поверхности тела, откуда рассеивается в окружающую среду. Это потерянное тепло животному нужно снова выработать в процессе обмена веществ (метаболизма), а значит, в его же интересах, чтобы потери тепла были минимальными. Поэтому полярные животные имеют толстый слой меха или подкожного жира для теплоизоляции и уменьшения выноса тепла на поверхность.
Это замечание справедливо и для пчёл. У северных пчёл больший хитиновый слой, и больше они делают жировых запасов в зиму.
Ясно, что чем меньше площадь поверхности, соприкасающейся с внешней средой, тем меньше тепла будет улетучиваться при данной температуре окружающей среды.
Правило Аллена иллюстрирует известные законы физики. Вырабатываемое внутри теплокровных животных тепло переходит в окружающую среду (см. Теплообмен), где температура ниже (см. Второе начало термодинамики; Закон Стефана—Больцмана), а оттуда оно улетучивается путем излучения или конвекции. Количество вырабатываемого тепла зависит от объема животного, а количество тепла, уходящего в окружающую среду, зависит от площади поверхности животного. Поэтому чем компактнее животное — или, выражаясь научно, чем меньше отношение поверхности к объему, — тем меньше будут потери тепла и тем больше тепла сохранится. Так что адаптивная ценность низкого отношения поверхности к объему в северном климате очевидна.
Правило Аллена справедливо и для пчёл. Но так как пчёлы насекомые семейные, то и сопротивляются они холоду сообща. Если даже грубо сопоставить отношение площади отдельно взятой пчелы к её объему и сравнить с таким же отношением в клубе пчёл, то мы увидим, что это соотношение для клуба будет в тысячи раз меньше. Так что адаптивная ценность низкого отношения поверхности к объему очевидна. Причём плотность клуба постоянно меняется в период зимовки. Так как рамки являются своеобразными шорами для клуба, то его перемещение ограничено только в двух плоскостях «вниз-вверх» и, соответственно при холодном заносе «вглубь-наружу» от летка, а при тёплом заносе «между боковыми стенками улья». Соответственно, происходят конвекционный теплообмен между воздухом в улье и поверхностью клуба. Циркуляция воздуха происходит преимущественно в двух плоскостях. Никакой модели шара нет и близко.
Утрировано представлять конвекционные токи в виде, какого то сгустка, который можно пропускать через кран. Конвекционные токи имеют сложную турбулентную картину. Они распределяются и вверх, и вниз, и вбок. Не следует забывать, что в улье имеются ещё и соты, и мёд и стенки. Кондуктивный, конвективный и лучистый теплообмены происходит непрерывно. А в случаях, когда в улье один леток, который расположен ниже клуба, может возникнуть и стратификация (тёплый слой с одинаковой температурой). В таком случае будет увеличиваться диффузия, и замедляться конвекция.
А теперь вспомним о теплообмене (19 век).
Второе начало термодинамики (1850 год) гласит, что теплота всегда передается от более горячего тела к более холодному, о механизме теплопередачи там не говорится ни слова. Однако характер переноса теплоты крайне важен с инженерно-физической точки зрения, и не удивительно, что механизмы теплообмена стали важным предметом исследований в первой половине девятнадцатого столетия. Было открыто три способа теплообмена, и за каждым из них стоит уникальный физический процесс. См. механическая теория теплоты и молекулярно-кинетическая теория. Уместно говорить о трёх составляющих теплообмена: кондуктивный (теплопередача), конвективный, и излучение. (Conduction, Convection, Radiation). Это всемирные законы.
Теплопроводностью обладают все элементы пчелиного гнезда: восковые соты, мёд, рамки, ограждающие конструкции, сами пчёлы и воздух который их окружает. Именно посредством теплопроводности пчёлы нагревают мёд над клубом. Если бы соты обладали такой же теплопроводностью как металл, то весь мёд в улье всегда бы соответствовал температуре внутри клуба. Но этого не происходит, так как теплопроводность воска и мёда, незначительна. В технике такой вид передачи тепла называют кондуктивным. На соседние рамки и стенки посредством кондуктивной передачи тепло не передаётся.
Конвективный теплообмен в пчелином гнезде является основным распространителем и передатчиком тепла. Посредством теплообмена происходит циркуляция воздуха и удаление продуктом жизнедеятельности. Посредством теплообмена в замкнутый объём улья поступает свежий воздух.