磁化水表面张力系数的研究

赵西梅,沈学浩，周 红，杨卫群

(上海交通大学 物理与天文学院,上海 200240)

0 引 言

磁化水是一种被磁场磁化了的水[1-2]，让普通水以一定流速沿着与磁力线垂直的方向切割，通过一定强度的磁场，普通水就会变成磁化水[3-4]。磁化水有种神奇的效能，在工业、农业和医学等领域有广泛的应用[5-7]。根据中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会(卫生部)2005年第10号公告，涉水产品不得宣称有保健作用。现在市面上对磁化水炒作的也很多，有磁化水龙头、磁化杯和磁化壶，这些产品产生的水是真的磁化水吗？特别网络上也充斥着“磁化水是骗人的种种说法”。本文以磁化紫砂壶的磁化水为研究对象，用拉脱法[8-10]测试其表面张力系数[11]，并与普通水表面张力系数加以比较。

1 实验原理与内容

本实验采用的水取自上海交通大学物理与天文学院净化饮水机可直接饮用的水(含有矿物质)；磁化紫砂壶是宜兴市某公司生产的陶器，由壶盖和壶底的两块钕铁硼磁铁构成的恒定磁场，约0.22 T。

1.1 实验原理[12]

一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值，即液体表面张力为

f=π(D1+D2)α

式中：D1、D2分别为圆环外径和内径；α为液体表面张力系数。

实验中，液体表面张力可由下式得到：

f=(U1-U2)/B

式中：B为力敏传感器灵敏度，V/N；U1、U2分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉断时数字电压表的读数。

实验所用的液体表面张力系数测定仪主要由实验装置和数字电压表组成，如图1所示。

1-调节螺丝;2-升降螺丝;3-玻璃器皿;4-吊环;5-力敏传感器;6-支架;7-固定螺丝;8-航空插头;9-底座;10-数字电压表;11-调零旋钮

图1 液体表面张力系数测定仪装置

1.2 实验内容

根据磁化水的定义，形成磁化水的条件有：普通水(即含有一定矿物质的水)；一定的流速；切割磁力线；恒定磁场。本实验的磁化壶出水速度不快，水也不是完全切割磁力线，这样流出来的水是否是磁化水呢？本文把实验分成下列3种情况进行讨论。

(1)将净化饮水机里的水倒入磁化紫砂壶，静置后间隔一段时间进行测量，观察表面张力系数是否有变化，此时的水命名磁化水1。

(2)将净化饮水机里的水倒入磁化紫砂壶，轻微晃动(5次以上)再静置10 min后进行测量表面张力系数，此时的水命名磁化水2。

(3)测出普通水的表面张力系数，并将磁化水1、2与普通水的表面张力系数进行比较。

2 实验数据处理

2.1 硅压阻力敏传感器定标[13-15]

力敏传感器上分别加各种砝码，测出相应的电压输出值，实验结果见表1。

表1 力敏传感器定标

经最小二乘法拟合得仪器的灵敏度B=3.19 mV/N，拟合的线性相关系数r=0.999 99。上海地区重力加速度g=9.794 m/s2。

2.2 普通水和磁化水表面张力系数的测量

用游标卡尺测量金属圆环：外径D1=3.500 cm,内径D2=3.334 cm，调节上升架，记录环在即将拉断水柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，结果见表2。求平均值得出此温度下普通水的α=71.96 mN/m。

表2 普通水的表面张力系数测量 (温度26.0 ℃)

利用多次测量求平均值的方法求出不同时间下磁化水1、2的表面张力系数并与普通水的表面张力系数进行比较，见表3。表面张力系数随着磁化时间的变化见图2。

表3 磁化水表面张力系数随磁化时间的变化 (温度26℃)

图2 表面张力系数随磁化时间的变化图

2.3 数据分析与讨论

(1)从图表可以看出，磁化水2在最初的前60 min内表面张力系数有了较大的变化，最大差值为7.8%

(2)磁化水1、2都有一段时间的稳定值，变化不大，但是随着时间的逐渐延长，表面张力系数有减小的趋势。但是，因为一直在恒定磁场中，所以表面张力系数还是比普通水的表面张力系数大一些[16]，该结论在后续的实验数据中也证实了。

(3)磁化水1的表面张力系数虽然经过一段时间后会比普通水的大一些，但是差值不是太大，最大差值为2.0%。

3 结 论

(1)磁化水1严格来说不是真正的磁化水，因为真正的磁化水离开磁场的一段时间内(在本实验中至少在24 h左右)一般不会消失磁化水的特性，而磁化水1的表面张力系数在一开始就没发生变化，即使有变化也不算很大，且在测数据过程中磁化水1离开磁场一段时间(7～8 min)后很快就接近普通水的数据，所以磁化水1是假磁化。

(2)磁化水2因为在最初时晃动过，也就是内部的大部分水切割过磁力线，所以一开始10 min表面张力系数就有了较大的变化，后面在离开恒磁的环境中进行测量表面张力系数时，数据相对稳定且保持与普通水较大的差值。

综上所述，磁化紫砂壶要想获得真正的磁化水，最好在倒入水后轻微晃动(至少5次以上)，这样虽然不能严格满足磁化水的条件，但是磁化的水至少保持较长时间的磁化水的特性。