Evaluation of changes in the structural-energy state of water at cooling and heating and the influence of a magnetic fie.pdf Введение В последние годы значительно повышен интерес к изучению структурных изменений воды и водных систем при различных внешних воздействиях. Поскольку молекулы воды находятся в непрерывном тепловом движении, то зафиксировать конкретное положение отдельных молекул (диполей) воды относительно друг друга можно лишь в интервале времени менее 10-13 с. При использовании существующих в настоящее время методов это пока невозможно. Современный взгляд на структуру воды заключается в том, что в ней существует сложная структурная организация, а именно трехмерная сетка, образованная молекулами, соединенными водородными связями [1, 2]. Так, показано, что отдельные молекулы воды объединяются в ассоциаты (кластеры), распределенные в «континуальной» жидкой фазе. В связи с этим понятие структурной организации воды и водных систем включает изучение закономерностей и принципов взаимодействия молекул воды друг с другом [3]. Для оценки структурно-энергетического состояния воды и водных растворов предложен ряд методов. Так, с использованием интерференции лазерного излучения было показано, что в воде и водных растворах происходят непрерывное образование и разрушение ассоциатов молекул воды (кластеров и гигантских гетерофазных кластеров воды). Время жизни таких ассоциатов от 10-11 до 1 с и более, их размеры имеют широкий диапазон (10-9 до 10-4 м) и зависят от концентрации, состава растворов, температуры жидкостей, присутствия дейтерия и других факторов [4-8]. Однако с использованием этого метода невозможно определить другие физико-химические свойства жидкостей, например подвижность диполей воды, которая имеет существенное значение при формировании структурно-энергетического состояния воды, водных растворов и, соответственно, их свойств. Предложенный в последние годы метод диэлектроскопии позволяет оценивать характер связи между диполями воды и по этому параметру оценивать структуру веществ [9]. Одним из недостатков этого способа является использование комплекта различных соленоидных катушек и различных плотностей тока. С учетом высокой чувствительности воды к внешним, в том числе к низкоэнергетическим (информационным) воздействиям [10, 11] такая методика затрудняет исследования воды и водных растворов на различных частотах в течение одного опыта. Определенный интерес представляет исследование динамики изменения температуры дистиллированной воды при ее нагревании или охлаждении [12]. Так, было показано, что на термограмме охлаждения высокоом-ной бидистиллированной воды при температурах 75,4; 62,3 и 45,4°С имеются четко выраженные пики, свидетельствующие о структурных перестройках в воде [13]. В последние годы предложены также электрофизические методы исследования, основанные на определении электрической емкости жидкостей и добротности колебательного контура при нахождении исследуемых образцов жидкостей в измерительных ячейках особых конструкций [14]. С использованием этого подхода показано, что при изменении температуры в воде и ее растворах, влиянии магнитного поля и других факторов происходят выраженные изменения электрической емкости и добротности колебательного контура, свидетельствующие о значительных изменениях подвижности диполей воды и, соответственно, структурно-энергетического состояния жидкостей. Кроме того, в другом исследовании [15] было показано, что в процессе охлаждения в различных условиях от 46 до 29°С на кривых относительного времени снижения температуры дистиллированной воды и 0,15М раствора СaQ2 присутствуют участки локального повышения (максимумы) и локального понижения (минимумы). При этом структурообразование при охлаждении 0,15М раствора СaQ2 имеет ряд особенностей, обусловленных структурообразующим действием иона кальция [16]. Цель работы - с использованием термометрии и электрофизических методов исследования оценить изменения структурно-энергетического состояния воды при ее нагревании, охлаждении, а также при воздействии постоянного магнитного поля. Экспериментальная часть В опытах использовали дистиллированную воду с удельной электрической проводимостью 2,5 мкСм/см. Для оценки динамики снижения температуры при охлаждении воды от 46 до 29°С её помещали в стеклянную пробирку диаметром 20 мм и длиной 200 мм или в стеклянный сосуд емкостью 100 и 200 мл. Вода в пробирке и сосуде емкостью 200 мл охлаждалась при комнатной температуре. При этом для уменьшения влияния тепловой конвекции жидкости на динамику снижения температуры пробирку наклоняли под углом 45 градусов. Для ускорения остывания воды в сосуде емкостью 200 мл его помещали в поток воздуха от вентилятора. Жидкость в сосуде емкостью 100 мл охлаждали путем его погружения в водопроводную воду при температуре (3±1)°С или нагревали от комнатой температуры до 46°С путем погружения сосуда в водопроводную воду с температурой (75±2)°С. Кроме того, при охлаждении дистиллированной воды на нее воздействовали либо «северным», либо «южным» магнитным полюсом постоянного магнита с индукцией в объеме воды не более 0,2Т. Схема измерения температуры представлена на рис. 1. Рис. 1. Схема измерения температуры при остывании жидкостей: 1 - пробирка; 2 - стеклянный сосуд; 3 - исследуемая жидкость; 4 - погружной датчик температуры; 5 - цифровой термометр GTH 175/Pt Температуру жидкостей измеряли с использованием цифрового термометра GTH 175/Pt с разрешением 0,1°С. Время снижения температуры на 1°С составляло не менее 40 с. Динамику снижения или повышения температуры оценивали с использованием двух способов. При использовании первого способа определяли время снижения или повышения температуры жидкости (сек) на 1оС. При использовании второго способа рассчитывали относительное время снижения или повышения температуры (в %) по следующей формуле: Т = х 100 1 ч где Ti - относительное изменение температуры при i градусе, %; Ati - время изменения температуры на 1 градус при температуре ti градусов; At- -время изменения температуры на 1 градус при температуре (t-1) градусов. При оценке изменений структуры воды с одновременным использованием термометрии и электрофизических методов исследования изучаемую жидкость помещали в измерительную ячейку, включающую стеклянный сосуд емкостью 200 мл, а также обкладки конденсатора из немагнитного материала без непосредственного контакта с исследуемой жидкостью (рис. 2). -о о- \ ✓ 5 Рис. 2. Схема измерительной ячейки для оценки изменений электрической емкости воды: 1 - стеклянная емкость для жидкости; 2 - исследуемая жидкость; 3 - погружной датчик температуры; 4 - обкладки конденсатора из немагнитного материала без непосредственного контакта с исследуемой жидкостью; 5 - клеммы для подключения сигнала от генератора синусоидальных колебаний; 6 - цифровой термометр GTH 175/Pt Напряжение к измерительной ячейке подается от генератора синусоидальных колебаний AFG 2025, сигнал с ячейки усиливается инструментальным усилителем на основе микросхемы AD8067 и измеряется на осциллографе PDS5022S. Детали методики описаны ранее в работе [14]. Установка позволяет, в частности, измерять электрическую емкость жидкостей (по изменению величины реактивного тока через них и после вычитания из общей емкости конденсатора емкости измерительной ячейки без жидкости). Частота тока, подводимого к обкладкам конденсатора, составляет 10 кГц, а плотность тока на обкладках конденсатора не превышает 20 нA/см2. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программы StatPlus 2007 Professional 4.0.2. Результаты и их обсуждение На рис. 3 приведены экспериментальные данные динамики снижения температуры воды при различных способах охлаждения. Время, с 150 о 30 35 40 45 Температура, °С Рис. 3. Динамика времени снижения температуры на 1°С при охлаждении дистиллированной воды: 1 - вода находится в пробирке и остывает на воздухе при комнатной температуре; 2 - вода находится в сосуде емкостью 200 мл и остывает при комнатной температуре в потоке воздуха от вентилятора; 3 - вода остывает в сосуде емкостью 100 мл и, который погружен в водопроводную воду с температурой 3±1°С При оценке динамики снижения температуры с использованием первого способа (времени снижения температуры жидкости на 1°С) оказалось, что кривые снижения температуры дистиллированной воды, находящейся в пробирке (и остывающей на воздухе при комнатной температуре), в сосуде емкостью 200 мл (остывающем при комнатной температуре в потоке воздуха от вентилятора), а также в сосуде емкостью 100 мл (остывающем в водопроводной воде с температурой 3±1 °С) изменяются монотонно. При этом при каждом способе охлаждения воды наблюдается замедление остывания на 1°С (P

Скачать электронную версию публикации