磁化水表面張力系數的研究

趙西梅,沈學浩，周 紅，楊衛群

(上海交通大學 物理與天文學院,上海 200240)

0 引 言

磁化水是一種被磁場磁化了的水[1-2]，讓普通水以一定流速沿著與磁力線垂直的方向切割，通過一定強度的磁場，普通水就會變成磁化水[3-4]。磁化水有種神奇的效能，在工業、農業和醫學等領域有廣泛的應用[5-7]。根據中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會(衛生部)2005年第10號公告，涉水產品不得宣稱有保健作用。現在市面上對磁化水炒作的也很多，有磁化水龍頭、磁化杯和磁化壺，這些產品產生的水是真的磁化水嗎？特別網絡上也充斥著“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象，用拉脫法[8-10]測試其表面張力系數[11]，并與普通水表面張力系數加以比較。

1 實驗原理與內容

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

1.1 實驗原理[12]

一個金屬環固定在傳感器上，將該環浸沒于液體中，并漸漸拉起圓環，當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分別為圓環外徑和內徑；α為液體表面張力系數。

實驗中，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數字電壓表讀數以及拉斷時數字電壓表的讀數。

實驗所用的液體表面張力系數測定儀主要由實驗裝置和數字電壓表組成，如圖1所示。

1-調節螺絲;2-升降螺絲;3-玻璃器皿;4-吊環;5-力敏傳感器;6-支架;7-固定螺絲;8-航空插頭;9-底座;10-數字電壓表;11-調零旋鈕

圖1 液體表面張力系數測定儀裝置

1.2 實驗內容

根據磁化水的定義，形成磁化水的條件有：普通水(即含有一定礦物質的水)；一定的流速；切割磁力線；恒定磁場。本實驗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？本文把實驗分成下列3種情況進行討論。

(1)將凈化飲水機里的水倒入磁化紫砂壺，靜置后間隔一段時間進行測量，觀察表面張力系數是否有變化，此時的水命名磁化水1。

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

(3)測出普通水的表面張力系數，并將磁化水1、2與普通水的表面張力系數進行比較。

2 實驗數據處理

2.1 硅壓阻力敏傳感器定標[13-15]

力敏傳感器上分別加各種砝碼，測出相應的電壓輸出值，實驗結果見表1。

表1 力敏傳感器定標

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

2.2 普通水和磁化水表面張力系數的測量

用游標卡尺測量金屬圓環：外徑D1=3.500 cm,內徑D2=3.334 cm，調節上升架，記錄環在即將拉斷水柱時數字電壓表讀數U1，拉斷時數字電壓表的讀數U2，結果見表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測量 (溫度26.0 ℃)

利用多次測量求平均值的方法求出不同時間下磁化水1、2的表面張力系數并與普通水的表面張力系數進行比較，見表3。表面張力系數隨著磁化時間的變化見圖2。

表3 磁化水表面張力系數隨磁化時間的變化 (溫度26℃)

圖2 表面張力系數隨磁化時間的變化圖

2.3 數據分析與討論

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

(2)磁化水1、2都有一段時間的穩定值，變化不大，但是隨著時間的逐漸延長，表面張力系數有減小的趨勢。但是，因為一直在恒定磁場中，所以表面張力系數還是比普通水的表面張力系數大一些[16]，該結論在后續的實驗數據中也證實了。

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

3 結 論

(1)磁化水1嚴格來說不是真正的磁化水，因為真正的磁化水離開磁場的一段時間內(在本實驗中至少在24 h左右)一般不會消失磁化水的特性，而磁化水1的表面張力系數在一開始就沒發生變化，即使有變化也不算很大，且在測數據過程中磁化水1離開磁場一段時間(7～8 min)后很快就接近普通水的數據，所以磁化水1是假磁化。

(2)磁化水2因為在最初時晃動過，也就是內部的大部分水切割過磁力線，所以一開始10 min表面張力系數就有了較大的變化，后面在離開恒磁的環境中進行測量表面張力系數時，數據相對穩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(至少5次以上)，這樣雖然不能嚴格滿足磁化水的條件，但是磁化的水至少保持較長時間的磁化水的特性。