научная статья по теме АНОМАЛИИ НА ВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ВОДЫ ПРИ ЕЕ ОХЛАЖДЕНИИ Биология

Текст научной статьи на тему «АНОМАЛИИ НА ВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ВОДЫ ПРИ ЕЕ ОХЛАЖДЕНИИ»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 1, с. 197-199

ПИСЬМА В РЕДАКЦИЮ =

УДК 577.3

АНОМАЛИИ НА ВР ЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПР ОВОДИМОСТИ ВОДЫ П Р И ЕЕ О ХЛАЖДЕНИИ

© 2015 г. Л.Н. Батуров, И.Н. Говор

ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, 141570, Менделеево Московской области Поступила в р едакцию 09.09.14 г.

С использованием емкостного метода при температурах ниже 25°С с погружением измерительных электродов в исследуемую воду объемом 650 мл, помещенную в цилиндрический негерметичный контейнер, изучены зависимости О(?) электрической проводимости О воды, очищенной на фильтре МИИроге, от времени ? при ее охлаждении. Обнаружено, что изменения в распределении градиента температуры по высоте в исследуемом объеме воды вызывают аномально большие изменения ее проводимости во всем этом объеме. Показано, что контакт воды с атмосферой не является определяющим фактором наличия обнаруженного явления.

Ключевые слова: вода, проводимость.

В данной работе исследовали электрическую проводимость О воды из фильтра фирмы МИ-Цроге (с удельной электрической проводимостью не выше 1,5 мкС/см при 20°С), используя емко стный метод при частоте 30 кГц переменного электрического поля с погружением из-мер ительных электродов в исследуемый объем воды при его свободном контакте с атмосферой. Целью исследования было выяснение особенностей такого способа измерения по сравнению с его каноническим вариантом - измерением О в замкнутом объеме кондуктометрической ячейки [1].

ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

При измерениях использовали мост Е8-2 с внешними генератором и индикатором. Измерительные электроды (размером 10 х 5 мм с расстоянием 1,5 мм между ними) размещали вертикально на геометрической оси цилиндрического нержавеющего металлического контейнера (с р абочим объемом V = 650 мл и высотой водного столба 100 мм) с горизонтальной ориентацией длинных сторон на расстоянии Н их центра от дна контейнера. Вблизи оси циллин-дра соответственно пр и Н = 95, 50 и 5 мм находились три миниатюрных термоэлемента Р1100, работающих в комплекте с цифровым измерителем температуры с абсолютной погрешностью измерения не более 0,1 °С. Балансировку моста при измерениях производили вручную и значения наблюдаемой проводимо-

сти ОоЪ снимали со шкал моста. Измерительная схема опыта, представленная на рис. 1, обеспечивала измерение проводимости практически лишь в межэлектр одном объеме воды.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Оказалось, что при помещении в морозильную камеру теплоизолированного контейнера с водой (предва рительно выдержанного в пассивном термостате в течение времени ? = 3040 мин) при любом р асположении электродов наблюдается интенсивный рост значений ОоЪ в первые же минуты процесса охлаждения. Характер кривых ОоЪ(0, полученных за время наблюдения в течение 1,5 ч, представлял собой при Н = 50 и 95 мм выраженные пики с последующим переходом к падению значений ОоЪ в полном соответствии с изменениями температуры (рис. 2, 3). В придонных слоях (Н = 5 мм) характер кривой ОоЪ(?) был иной, как представлено на рис. 4, на котором также виден пар адоксальный характер изменений значений ОоЪ — их интенсивный р ост при быстром падении температуры Ть в придонной области. Очевидно, что этот ро ст нельзя объяснить ни поглощением углекислого газа (он уже весь поглотился до помещения в камеру), ни газацией поверности контейнера, который до эксперимента пр едвар ительно очищался водой с удельной электр ической проводимостью 0,7 мкС/см. В то же время на рис. 2-4 отчетливо видно, что аномальная область кр ивой ОоЪ(?) соответ-

198

БАТУР ОВ, ГОВОР

Рис. 1. Схема измерительного устройства. Назначение теплоизоляторов - предотвращение выпадения водного конденсата между соединительными клеммами.

ствует диапазону темпер атур, в котор ом ра спр е-деление градиента Т по высоте объема непре-р ывно меняется и, наобо р от, «но р мальный» темпер атурный ход значений ОоЬ соответствует диа-пазону с установившимся распр еделением гр адиента Т. Наличие такого «нор мального» участка на кривых ОоЪ^) указывает на отсутствии связи аномалий на тех же кр ивых с сопутствующими явлениями: возможной деформацией двойного электрического слоя на электродах конвекционными потоками воды или электр ическим полем, нагр евом воды электр ическим полем в межэлек-

Р ис. 2. Вр еменные зависимости Т(г) темпер атур ы в разных слоях воды (Т8 - вблизи поверхности, Ть - вблизи дна, Тс - в центре объема) и проводимости О8(£) вблизи поверхности.

тр одном пр о стр анстве и длительным [2] пр о -цессом поглощения водой атмосферных газов (О 2, N2, Н 2). Все указанные о собенности кр ивых ОоЪ(г) воспр оизводимо наблюдались независимо от величины напряжения и на электр одах и начальных значений Т в диапазонах от 1 до 6 В и от 10 до 25°С соответственно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким обр азом, пр именение описанного метода исследования проводимости воды позво-

Р ис. 3. Вр еменные зависимости темпер атур ы в разных слоях воды (Т8 - вблизи поверхности, Ть -вблизи дна, Тс - в центр е объема) и пр оводимости ОМ) в центр е объема.

Р ис. 4. Вр еменные зависимости темпер атур ы в разных слоях воды (Т8 - вблизи поверхности, Ть -■ в центр е объема) и пр оводимости

вблизи дна, Тс Оъ(^) вблизи дна.

АНОМАЛИИ НА ВРЕМЕННЫХ ЗАВИ СИМОС ТЯХ

199

лило выявить новое свойство воды: аномально большое изменение ее проводимости (более 10% относительно начального значения Gob(0)) во всем исследуемом объеме при изменении в нем распределения градиента температуры по высоте. Согласно современным представлениям [3,4], величина проводимости воды зависит от количества ионов, участвующих в переносе зарядов, и сопротивления среды, определяемого скоро стью диффузии этих ионов. Но в рамках этих представлений нельзя объяснить ни всю картину целиком, ни ее детали. К примеру, интенсивный рост значений ОoЪ(t) на рис. 4 в первые минуты наблюдения невозможно связать ни с ростом числа проводящих ионов (совершенно неясно, что может быть их донором), ни с уменьшением сопротивления ср еды, поскольку последнее, наоборот, растет [3,4] с уменьшением темпер атуры. Поэтому для решения данного парадокса необходимы новые идеи, рождение которых, очевидно, следует ждать после проведения более широких исследований свойств обнаруженного феномена. В части же, связанной с изменением проводимости, необходимо, во всяком случае, установить наличие или отсутствие порогового значения U на элек-

тродах и выявить возможную зависимость явления от степени чистоты воды. Особый интерес представляет собой исследование кривых Gob(t) вблизи температурного максимума плотности воды (4°С), где благодар я его наличию временные зависимости Т имеют аномальный вид, а температурные градиенты при переходе значений темпер атуры из области с Т > 4°С в область с Т < 4°С меняют знак [5].

Автор ы выражают свою благодарность С.М. Першину за интерес к р аботе.

СПИС ОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. М. С. Грилихес и Б. К. Филановский, Контактная кондуктометpия (Химия, Л., 1980).

2. Г. Р. Иваницкий, А. А. Деев и Е. П. Хижняк, Успехи физ. наук 184 (1), 61 (2014).

3. О. Я. Самойлов, Cтpуктуpа водный pаcтвоpов элек-тpолитов и гидpатация ионов (Изд-во АН СССР, М., 1957).

4. Т. Эрдеи-Груз, Явления пеpеноcа в воднък pаcтвоpаx (Мир, М., 1976).

5. M. F. Саш1еу and Р. MoBride, Int. J. Heat Mass Transfer 47, 1175 (2004).

Anomalies of the Time Dependences of Electrical Conductance of Water on its Cooling

L.N. Baturov and I.N. Govor

National Research Institute for Physical-Technical and Radio Engineering Measurements, Mendeleevo, Moscow Region, 141570 Russia

The dependence G(t) of electrical conductance G of Millipore water on time t was studied on its cooling down below 25°C. The water was placed into a stainless, non-hermetic, cylindrical container with a working volume of 650 ml. The study was conducted by the ac capacitance method with immersion of the measuring electrodes in the studied water. It was found, that the change in the distribution of temperature gradient in the vertical direction of the investigated volume of water leads to the abnormal large change in the value of water conductance. It was also shown, that the contact with atmosphere is not a determining factor for the existence of the observed phenomenon.

Key words: water, conductance

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»