Фізика/8.Молекулярна фізика

Слободян О.В.

Буковинський державний медичний університет

Дослідження електрофізичних характеристик невеликих об′ємів води та водних розчинів

На даний час проведено безліч досліджень властивостей води та водних розчинів, які показують, що вода є досить неординарною рідиною, що в свою чергу важко піддається безпосередньому експериментальному вивченню та моделюванню. Оскільки вода являється середовищем де відбуваються основні біохімічні реакції різних метаболічних каскадів клітини та організму, то очевидно, що незначні зміни фізико-хімічних властивостей води можуть призвести до істотніх змін метаболічної активності клітини та організму в цілому.

Наявність електродів для дослідження рідин [1] не є завжди бажаною, особливо для хімічноактивних електродів, тому була сконструйована експериментальна установка для вимірювання електрофізичних характеристик (ефективна швидкість, в′язкість, питома електропровідність) невеликих об′ємів досліджуваних проб рідин безконтактним (без електродним) методом. Для цього була використана додаткова схема для вимірювання добротності індуктивності за допомогою приладу (вимірювач добротності ВМ-560), який теж підключався до комп′ютера, що дозволило спостерігати графічну залежність добротності коливального контуру LC від часу на екрані монітора комп′ютера.

У даній установці капілярна трубка з рідиною індуктивно зв′язана з досліджуваним коливальним контуром. Систему двох зв′язаних контурів замінили одним еквівалентним контуром:

При резонансі, напруги на ємності та індуктивності однакові за величиною і протилежні за знаком, внаслідок чого вони взаємно компенсуються і напруга на активному опорі дорівнює е.р.с. джерела:

U_Lom=U_com=QE_m, U_rom=E_m (1)

Напруги на ємності та індуктивності при резонансі перевищують величину е.р.с. джерела в Q раз.

Перед дослідженням протікання рідини в капілярному соленоїді вимірювали добротність пристрою у відсутності рідини в капілярі:

, (2)

а також хвильовий опір

, (3)

настроївши вимірювач добротності ВМ-560 на резонансну частоту . Бажану резонансну частоту підбирали, змінюючи ємність С₁ коливального контуру.

При заповненні капілярного соленоїда рідиною з питомим опором ρ_х, спостерігається зменшення добротності еквівалентного коливального контуру Q₂;

(4)

та зміна його хвильового опору ρ₂:

, (5)

які можна виміряти експериментально.

Рис.21

На рис.2 перший максимум (1) спостерігається при наявності порожнього соленоїду; другий максимум (2) спостерігається при заповненні капіляру соленоїда дистильованою водою; третій максимум (3) – при заповненні водопровідною водою; четвертий максимум (4) – при заповненні розчином NaCl.

На рис. 3 представлено дослідження протікання рідини в капілярному соленоїді при наявності різних концентрацій іонів. Крива 1 - вимірювання струму при фіксованій напрузі. Крива 2 – вимірювання добротності в одиницях U_q. U_q - напруга, що однозначно виражається через добротність ( напруга на виході приладу ВМ-560). Стум І пропорційний питомій провідності рідини у капілярі σ, а U_q пропорційна опору рідини ρ. Залежності обернено пропорційні.

Проведені дослідження на різних рідинах показали, що даним методом можна досліджувати зміну питомої електропровідності та ефективну в′язкість рідин.

Література

1. С.Н.Акопян, С.Н.Айрапетян. Исследование удельной электропроводимости воды при воздействии постоянного магнитного поля, электромагнитного поля и низкочастотных механических колебаний. Биофизика, 2005. т. 50, вып.2, с. 265-270.