Механизм влияния магнитного поля на свойства воды

1.

Механизм влияния
магнитного поля на
свойства воды
Выполнил:
Студент первого курса группы ССА 22-08
Кадарматов Савелий Артемович
Проверил:
преподаватель физики
Белецкая П.Д.

2.

Магнитное поле и его свойства
Магнитное поле - это область пространства, в которой происходят магнитные взаимодействия между
заряженными частицами, движущимися по траекториям. Магнитное поле описывается векторной величиной,
которая имеет направление и силу. Источником магнитного поля может быть как постоянный магнит, так и
электрический ток.
Магнитное поле характеризуется несколькими параметрами, включая силу, направление и полярность. Сила
магнитного поля зависит от интенсивности источника магнитного поля, а также от расстояния до этого
источника. Направление магнитного поля определяется направлением движения заряженных частиц, которые
создают поле.
Полярность магнитного поля указывает на то, соответствует ли направление магнитного поля северному или
южному магнитному полюсу. В магнитном поле существуют три оси: горизонтальная, вертикальная и
магнитная. Направление горизонтальной оси соответствует направлению на северный полюс Земли,
вертикальная ось направлена вниз, а магнитная ось - по направлению линий сил магнитного поля.
Магнитные поля играют важную роль во многих областях науки и техники, включая электротехнику,
электронику, медицину и даже космическую исследовательскую программу. Они используются для создания
магнитных устройств, таких как электромоторы, и для исследования свойств материалов. Кроме того,
магнитные поля используются в медицине для магнитно-резонансной томографии (МРТ) и других методов
диагностики.

3.

Вода и её свойства
Вода - это универсальный растворитель, способный растворять множество различных веществ
благодаря своей структуре. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома
кислорода, связанных ковалентной связью. В результате образуется углековый угол, который приводит
к полярности молекулы воды. Это означает, что одна ее сторона имеет положительный заряд, а другая
- отрицательный.
Эта полярность делает воду подходящей для растворения других полярных молекул, таких как соль
или сахар. Кроме того, молекулы воды могут образовывать связи водородной связи между собой,
образуя клубки, которые называются структурами водородной связи. Эти структуры помогают воде
сохранять свою форму и объем, даже когда на нее действует внешнее давление.
Фазовые переходы воды зависят от температуры и давления. При комнатной температуре и
нормальном давлении (1 атм) вода находится в жидком состоянии. При понижении температуры она
замерзает, переходя в твердое состояние (лед), а при повышении температуры она испаряется,
образуя водяной пар.
Поверхностное натяжение воды объясняется ее способностью образовывать клубки водородной связи
между собой и образовывать упругую поверхность. Это делает поверхностное натяжение воды
достаточно высоким, что позволяет ей поддерживать легкие объекты на ее поверхности, такие как
насекомые или листья.

4.

Изменение свойств воды под действием магнитного
поля
Существует множество исследований, которые пытаются выявить эффект магнитного поля на свойства воды. По данным
некоторых исследований, под воздействием магнитного поля происходят изменения структуры и физических свойств воды.
Одним из таких эффектов является увеличение поверхностного натяжения воды. Это может быть объяснено тем, что магнитное
поле оказывает дополнительное воздействие на молекулы воды, приводя их к более упорядоченному выстраиванию на
поверхности. В результате этого упругость поверхности воды возрастает, что и приводит к увеличению ее поверхностного
натяжения.
Также было обнаружено, что магнитное поле может изменять структуру воды. Молекулы воды могут выстраиваться в более
упорядоченные структуры под воздействием магнитного поля. Например, при воздействии постоянного магнитного поля молекулы
воды могут выстраиваться в цепочки, а при воздействии переменного магнитного поля они могут выстраиваться в кольца.
Эти изменения структуры воды могут привести к изменению других физических свойств, таких как вязкость и теплопроводность.
Например, некоторые исследования показывают, что под воздействием магнитного поля вязкость воды может уменьшаться, а
теплопроводность - увеличиваться.
Однако следует отметить, что далеко не все исследования подтверждают эти эффекты магнитного поля на свойства воды.
Например, некоторые исследования не обнаружили значительных изменений в структуре и свойствах воды под воздействием
магнитного поля. Кроме того, существуют различные параметры магнитного поля, которые могут влиять на его воздействие на
воду, например, интенсивность, частота и направление магнитного поля.
Таким образом, вопрос о влиянии магнитного поля на свойства воды до сих пор вызывает много вопросов, и требует
дополнительных исследований для более точного определения его эффекта.

5.

Процесс воздействия постоянного магнитного поля
на воду
Сегодня область применения омагниченной воды чрезвычайно разнообразна. Но возникает вопрос: на какую воду
(идеально чистую или реально существующую) лучше действует магнитное поле? Конечно, на воду, представляющую
собой смесь различных соединений водорода с кислородом и притом содержащую в растворе различные газы и другие
растворенные вещества. Приведем перечень основных изменений, наблюдавшихся у природной воды, обязательно
протекающей в магнитном поле: ускорение коагуляции и слипания взвешенных в воде твердых частиц; образование
кристаллов соли при выпаривании не на стенках, а в объеме; изменения смачиваемости твердых поверхностей;
ускорение и усиление адсорбции; ускорение растворения твердых тел; изменение концентрации растворенных газов;
возрастание слипания минеральных частиц в 2-4 раза.
Постараемся разобраться, что будет, если к определенному кубическому объему воды приложить постоянное
магнитное поле. В этом случае все молекулы воды, представляющие собой маленькие заряженные диполи выстроятся
вдоль силовых линий магнитного поля, то есть вдоль оси X. При тепловом движении дипольной молекулы воды
перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y, будет возникать момент сил F1, F2 (сила Лоренца),
пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости. При движении молекулы в горизонтальной плоскости,
вдоль оси Z, будет возникать момент сил в вертикальной плоскости. Но полюса магнита будут всегда препятствовать
повороту молекулы, а, следовательно, и тормозить любое движение молекулы перпендикулярно линиям магнитного
поля. В молекуле воды, помещенной между двумя полюсами магнита, остается только одна степень свободы - это
колебание вдоль оси X - силовых линий приложенного магнитного поля. По всем остальным координатам движение
молекул воды будет тормозиться. Таким образом, молекула воды становится как бы «зажатой» между полюсами
магнита, совершая лишь колебательные движения относительно оси X. Определенное положение диполей молекул
воды в магнитном поле вдоль силовых линий поля будет сохраняться, делая воду более структурированной и
упорядоченной.

6.

Применение свойств воды под воздействием
магнитного поля
О том, что магнитное поле каким-то образом изменяет свойства воды, было известно еще в ХIII в. Но лишь в ХХ веке на это явление стали
обращать внимание физики и биологи. Магнитная обработка воды оказалась весьма эффективной при борьбе с накипью. Воду предварительно
подвергали магнитной обработке, в результате чего накипь резко уменьшалась.
Магнитная обработка помогает не только предотвращать выпадение неорганических солей из воды, но и значительно уменьшать отложения
органических веществ, например парафинов. Такая обработка оказывается полезной при добыче и перекачке высокопарафинистой нефти,
причем замечено, что действие поля возрастает, если нефть оводнена.
Эффект ускорения кристаллизации и уменьшения размеров кристаллов, выпадающих из магнитной воды, используется и в других областях,
например в строительной индустрии. Большая эффективность применения омагниченной воды наблюдается при производстве бетона,
затвердение которого ускоряется с 28 до 7 дней, а прочность повышается в среднем на 45%. При этом расход цемента сокращается
приблизительно на 16%.
Для удаления из воды трудноосаждаемых тонких взвесей (мути) используется иное свойство магнитной воды - ее способность ускорять
коагуляцию частиц с последующим образованием крупных хлопьев. Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при
значительной мутности природных вод; аналогичная обработка промышленных стоков позволяет быстро осаждать мелкодисперсные
загрязнения.
Также способность магнитной воды улучшать смачивание твердых поверхностей используется для извлечения ценных металлов из руд при их
флотационном обогащении. Изучение омагничивания водных растворов флотационных реагентов дало интересные результаты. Так, в
обычных условиях при добавлении раствора нитрата свинца к раствору едкого калия образуются мелкие звездчатые кристаллики гидроксида
свинца. Однако действие магнитного поля изменяет ход химической реакции в водной среде; образуется иное соединение - карбонат свинца.
Уменьшение образования накипи и других отложений солей остается наиболее широкой областью применения магнитной обработки. Если в
воде присутствуют диссоциирующие соли (реальная вода), при магнитной обработке происходит несколько процессов: смещение
электромагнитными силами полей равновесия между структурными компонентами воды; физико-химический механизм увеличения центров
кристаллизации в объеме жидкости после ее магнитной обработки, а также изменение скорости коагуляции (слипания и укрупнения)
дисперсных частиц в потоке жидкости.

7.

Вывод
Исследования механизма влияния магнитного поля на
свойства воды показывают, что данное воздействие имеет
существенный эффект на структуру и свойства молекул воды.
Однако, несмотря на значительный объем проведенных
исследований, механизмы воздействия магнитного поля на
воду до сих пор не полностью поняты. Несомненно,
дальнейшие исследования в этой области будут
способствовать расширению знаний о физике жидкостей и
открытию новых возможностей для применения магнитной
технологии в различных областях науки и техники.

8.

Список использованных
источников
1. Научный журнал «Успехи современного естествознания»:
https://natural-sciences.ru
2. Общедоступная интернет-энциклопедия «Википедия»
https://ru.wikipedia.org