磁化水表面張力系數(shù)的研究

趙西梅,沈?qū)W浩，周 紅，楊衛(wèi)群

(上海交通大學(xué) 物理與天文學(xué)院,上海 200240)

0 引 言

磁化水是一種被磁場(chǎng)磁化了的水[1-2]，讓普通水以一定流速沿著與磁力線垂直的方向切割，通過一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，普通水就會(huì)變成磁化水[3-4]。磁化水有種神奇的效能，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[5-7]。根據(jù)中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)(衛(wèi)生部)2005年第10號(hào)公告，涉水產(chǎn)品不得宣稱有保健作用?，F(xiàn)在市面上對(duì)磁化水炒作的也很多，有磁化水龍頭、磁化杯和磁化壺，這些產(chǎn)品產(chǎn)生的水是真的磁化水嗎？特別網(wǎng)絡(luò)上也充斥著“磁化水是騙人的種種說法”。本文以磁化紫砂壺的磁化水為研究對(duì)象，用拉脫法[8-10]測(cè)試其表面張力系數(shù)[11]，并與普通水表面張力系數(shù)加以比較。

1 實(shí)驗(yàn)原理與內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)采用的水取自上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院凈化飲水機(jī)可直接飲用的水(含有礦物質(zhì))；磁化紫砂壺是宜興市某公司生產(chǎn)的陶器，由壺蓋和壺底的兩塊釹鐵硼磁鐵構(gòu)成的恒定磁場(chǎng)，約0.22 T。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理[12]

一個(gè)金屬環(huán)固定在傳感器上，將該環(huán)浸沒于液體中，并漸漸拉起圓環(huán)，當(dāng)它從液面拉脫瞬間傳感器受到的拉力差值，即液體表面張力為

f=π(D1+D2)α

式中：D1、D2分別為圓環(huán)外徑和內(nèi)徑；α為液體表面張力系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)中，液體表面張力可由下式得到：

f=(U1-U2)/B

式中：B為力敏傳感器靈敏度，V/N；U1、U2分別為即將拉斷水柱時(shí)數(shù)字電壓表讀數(shù)以及拉斷時(shí)數(shù)字電壓表的讀數(shù)。

實(shí)驗(yàn)所用的液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀主要由實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)字電壓表組成，如圖1所示。

1-調(diào)節(jié)螺絲;2-升降螺絲;3-玻璃器皿;4-吊環(huán);5-力敏傳感器;6-支架;7-固定螺絲;8-航空插頭;9-底座;10-數(shù)字電壓表;11-調(diào)零旋鈕

圖1 液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)磁化水的定義，形成磁化水的條件有：普通水(即含有一定礦物質(zhì)的水)；一定的流速；切割磁力線；恒定磁場(chǎng)。本實(shí)驗(yàn)的磁化壺出水速度不快，水也不是完全切割磁力線，這樣流出來的水是否是磁化水呢？本文把實(shí)驗(yàn)分成下列3種情況進(jìn)行討論。

(1)將凈化飲水機(jī)里的水倒入磁化紫砂壺，靜置后間隔一段時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，觀察表面張力系數(shù)是否有變化，此時(shí)的水命名磁化水1。

(2)將凈化飲水機(jī)里的水倒入磁化紫砂壺，輕微晃動(dòng)(5次以上)再靜置10 min后進(jìn)行測(cè)量表面張力系數(shù)，此時(shí)的水命名磁化水2。

(3)測(cè)出普通水的表面張力系數(shù)，并將磁化水1、2與普通水的表面張力系數(shù)進(jìn)行比較。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.1 硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)[13-15]

力敏傳感器上分別加各種砝碼，測(cè)出相應(yīng)的電壓輸出值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 力敏傳感器定標(biāo)

經(jīng)最小二乘法擬合得儀器的靈敏度B=3.19 mV/N，擬合的線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 99。上海地區(qū)重力加速度g=9.794 m/s2。

2.2 普通水和磁化水表面張力系數(shù)的測(cè)量

用游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬圓環(huán)：外徑D1=3.500 cm,內(nèi)徑D2=3.334 cm，調(diào)節(jié)上升架，記錄環(huán)在即將拉斷水柱時(shí)數(shù)字電壓表讀數(shù)U1，拉斷時(shí)數(shù)字電壓表的讀數(shù)U2，結(jié)果見表2。求平均值得出此溫度下普通水的α=71.96 mN/m。

表2 普通水的表面張力系數(shù)測(cè)量 (溫度26.0 ℃)

利用多次測(cè)量求平均值的方法求出不同時(shí)間下磁化水1、2的表面張力系數(shù)并與普通水的表面張力系數(shù)進(jìn)行比較，見表3。表面張力系數(shù)隨著磁化時(shí)間的變化見圖2。

表3 磁化水表面張力系數(shù)隨磁化時(shí)間的變化 (溫度26℃)

圖2 表面張力系數(shù)隨磁化時(shí)間的變化圖

2.3 數(shù)據(jù)分析與討論

(1)從圖表可以看出，磁化水2在最初的前60 min內(nèi)表面張力系數(shù)有了較大的變化，最大差值為7.8%

(2)磁化水1、2都有一段時(shí)間的穩(wěn)定值，變化不大，但是隨著時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，表面張力系數(shù)有減小的趨勢(shì)。但是，因?yàn)橐恢痹诤愣ù艌?chǎng)中，所以表面張力系數(shù)還是比普通水的表面張力系數(shù)大一些[16]，該結(jié)論在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中也證實(shí)了。

(3)磁化水1的表面張力系數(shù)雖然經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)比普通水的大一些，但是差值不是太大，最大差值為2.0%。

3 結(jié) 論

(1)磁化水1嚴(yán)格來說不是真正的磁化水，因?yàn)檎嬲拇呕x開磁場(chǎng)的一段時(shí)間內(nèi)(在本實(shí)驗(yàn)中至少在24 h左右)一般不會(huì)消失磁化水的特性，而磁化水1的表面張力系數(shù)在一開始就沒發(fā)生變化，即使有變化也不算很大，且在測(cè)數(shù)據(jù)過程中磁化水1離開磁場(chǎng)一段時(shí)間(7～8 min)后很快就接近普通水的數(shù)據(jù)，所以磁化水1是假磁化。

(2)磁化水2因?yàn)樵谧畛鯐r(shí)晃動(dòng)過，也就是內(nèi)部的大部分水切割過磁力線，所以一開始10 min表面張力系數(shù)就有了較大的變化，后面在離開恒磁的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量表面張力系數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定且保持與普通水較大的差值。

綜上所述，磁化紫砂壺要想獲得真正的磁化水，最好在倒入水后輕微晃動(dòng)(至少5次以上)，這樣雖然不能嚴(yán)格滿足磁化水的條件，但是磁化的水至少保持較長(zhǎng)時(shí)間的磁化水的特性。