ОМАГНИЧЕННАЯ ВОДА

Магнитные свойства воды

Вода выталкивается из магнитного поля. Схема опыта, поставленного Ш. Гуи, изображена на рис. 4. На тонкой нити подвешена маленькая запаянная ампула, внутри которой находится вещество (например,

Рис. ч. Схема измерения маг­нитной восприимчивости

N

Вода). Когда ампулу вводят в магнитное поле между полюсами N и S, то по изменению силы натяжения нити можно установить, что ампула из поля либо выталкивается, либо, наоборот, втягивается в него. Ампула с водой из поля выталкивается, так же как и многие другие вещества, например медь, свинец, стек­ло,— они называются диамагнитными. Другие вещества (алюминий, хром, воздух) в магнитное поле втяги­ваются, они называются парамагнитными. Для коли­чественной характеристики этого свойства применяют две величины: магнитную восприимчивость х и магнит­ную проницаемость ц, причем ц=1+х-

Для диамагнитных тел х<0 и Для парамаг­

Нитных тел х > 0 и р, > 1.

Для диа - и парамагнитных тел абсолютные значе­ния х малы: для воды при 20 °С х= — 0,72-Ю-6. По­этому значения р, близки к единице. Величина (л связы­вает два параметра поля — напряженность Н и маг­нитную индукцию В:

\и = В/Н. О

Вектор Я характеризует силу внешнего поля, век­тор В — силу поля в веществе [1]. Поскольку для воды значение р, близко к единице, для нее обе векторные величины практически равноценны; обычно указывают либо В, либо Н.

Магнитное поле в опыте Гуи создается обязательно с использованием одного остроконечного полюса. В зоне этого полюса магнитные силовые линии имеют большую густоту, там возникает большой градиент напряжен­ности grad Н. Гуи установил, что сила F\, действую­щая на испытуемое вещество, пропорциональна гради­енту напряженности:

Fi=xVH grad Н (2)

Здесь V—объем вещества.

Для малых объемов (порядка 1 см3), где нетрудно создать большую напряженность магнитного поля, Fі может составить несколько ньютонов (Н) и сравни­тельно легко измеряется в эксперименте. Для больших объемов (порядка 1 дм3) внешнее магнитное поле будет существенно меньше, меньше окажется и сила F\, составляющая доли процента от силы тяжести. Поэтому для объемов жидкости порядка кубических дециметров и выше действием силы F\ можно пренебречь.

Существует группа веществ, для которых F\ изме­ряется килоньютонами и даже меганьютонами, для них х^О и Такие вещества называются ферро­

Магнитными, к ним относятся железо, некоторые его соединения и сплавы, ряд других веществ. Для фер­ромагнитных тел формула (1) несправедлива: во внеш­нем поле Н происходит непропорциональное возра­стание В. Во внешних полях даже сравнительно низкой напряженности для ферромагнитных тел сила F{ суще­ственно выше силы тяжести.

Следовательно, если в воде содержатся ферромаг­нитные частицы (вода из ржавой трубы), то магнит­ным полем можно ее очистить от примесей. Этот прин­цип используется в работе специальных аппаратов — магнитных сепараторов и магнитных фильтров-сгусти­телей. Под действием магнитного поля ферромагнитные частицы концентрируются вблизи полюсов магнитов, тогда как вода, действие силы F, на которую пренеб­режимо мало, сохраняет заданную траекторию своего движения.

Магнитное поле воздействует не только на воду как целое, но и на отдельные ионы, например на ка­тионы Н + . При рН = 7 концентрация Н+ составляет 1СГ7 ион/дм3, значит, в 1 см3 воды содержится 10й ка­тионов Н + . Ион Н+ представляет собой ядро атома водорода — протон, характеризующийся собственным магнитным моментом — спином. Спины ионов Н+ вза - имодеиствуют с внешним магнитным полем. При опре­деленных условиях нарушается пропорциональность, выражаемая формулой (1), что можно зафиксировать посредством точной измерительной аппаратуры. На­пример, исследуемый образец воды (или другого ве­щества) помещается в однородное поле Н\ постоянного магнита. Этот образец располагается одновременно в двух катушках. По одной катушке подается ток от высокочастотного генератора, что создает в зоне образ­ца переменное магнитное поле #2, причем Н2 перпен­дикулярно Н\. Изменяя частоту генератора, достигают резонанса, о чем судят по резкому возрастанию тока во второй катушке, соединенной с высокочастотным приемным устройством. Таков принцип метода ЯМР — ядерного магнитного резонанса. Метод ЯМР находит практическое применение для идентификации хими­ческих веществ, для определения количества свобод­ной воды, в качестве бесконтактных расходомеров и т. д.