1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ

1.1 Вода та її структура

У газоподібному стані молекули води являють собою диполі (μ= 1,78 D), в яких протони знаходяться на відстані 0,958 А від атома кисню, а кут між напрямками зв'язків кисень – водень складає 104^о 27 '. Рідка вода володіє високими теплоємністю, температурами затвердіння і випаровування, критичною температурою, діелектричної сталої і характеризується численними аномаліями властивостей.

Перша аномальна властивість води - аномалія точок кипіння і замерзання: Якби вода - гідрид кисню - Н₂О була б нормальним мономолекулярним з'єднанням, таким, наприклад, як її аналоги у шостій групі Періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва гідрид сірки Н₂S, гідрид селену Н₂Se, гідрид телуру Н₂Те, то в рідкому стані вода існувала б у діапазоні від мінус 90^оС до мінус 70^оС. За таких властивості води життя на Землі не існувало б. Але на щастя для нас, і для всього живого на світі, вода аномальна. Вона не визнає періодичних закономірностей, характерних для незліченної безлічі сполук на Землі і в космосі.

Аномалія густини. На цю особливу властивість води вперше звернув увагу ще Г. Галілей. При переході будь-якої рідини (крім галію і вісмуту) у твердий стан молекули розташовуються тісніше, а сама речовина, зменшуючись в об'ємі, стає щільнішою. Будь-яка рідина, але не вода. І тут вода є винятком. При охолодженні вода спочатку веде себе як і інші рідини: поступово ущільнюючись, вона зменшує свій об’єм. Таке явище можна спостерігати до +4°С (точніше до +3,98 ° С). 

Саме при температурі +3,98 ° С вода має найбільшу густину і найменший об'єм. Подальше охолодження води поступово призводить вже не до зменшення, а до збільшення об'єму. Плавність цього процесу раптом переривається і при 0 ° С відбувається різкий стрибок збільшення об'єму майже на 10% – у цю мить вода перетворюється на лід. 

Унікальна особливість поведінки води при охолодженні та утворення льоду грає виключно важливу роль у природі та житті. Саме ця особливість води охороняє від суцільного промерзання в зимовий період всі водойми землі - ріки, озера, моря і тим самим рятує життя. 

На відміну від прісної води морська вода при охолодженні веде себе інакше. Замерзає вона не при 0 ° С, а при мінус 1,8-2,1 ° С - в залежності від концентрації розчинених у ній солей. Має максимальну густину не при + 4 ° С, а при -3,5 ° С. Таким чином вона перетворюється в лід, не досягаючи найбільшої густини. Якщо вертикальне перемішування в прісних водоймах припиняється при охолодженні всієї маси води до +4 ° С, то в морській воді вертикальна циркуляція відбувається навіть при температурі нижче 0 ° С.

Аномалія теплоємності полягає в наступному: при нагріванні будь-якої речовини теплоємність незмінно підвищується. Так, будь-якої речовини, але не води. З підвищенням температури зміна теплоємності води аномальне; від 0 до 37 ° С вона знижується і тільки від 37 до 100 ° С теплоємність весь час зростає. 

В межах температур, близьких до 37 ° С, теплоємність води мінімальна. 

Аномалії діелектричної сталої води. Діелектрична сталої (або діелектрична проникність) води дуже велика і становить 81, в той час як для інших рідин вона не перевищує 10. Відповідно до закону Кулона сила взаємодії двох заряджених частинок у воді буде в 81 разів менше, ніж, наприклад, у повітрі, де ця характеристика дорівнює одиниці. Необхідно відзначити, що через винятковій здатності розчиняти інші речовини вода ніколи не буває ідеально чистою. 

Виключно високий поверхневий натяг. З усіх відомих рідин тільки ртуть має більш високий поверхневий натяг. Ця властивість проявляється в тому, що вода завжди прагне скоротити свою поверхню. 

Якщо вода знаходиться у капілярах вона стає більш в’язкою, ущільнюється в 1,5 рази,а замерзає при температурах мінус 80 – мінус 70^оС.

Координаційне число у кожної молекули води при підвищенні температури від 277,18  до 373,18  К зростає від 4,4 до 5,0, тоді як у інших рідин спостерігається його зменшення. Густина води при 277,18 К і 373,18 К залишається вище густини льоду на 9 і 4,5% відповідно. Це підтверджує існування в воді міцних молекулярних зв'язків навіть при температурі кипіння.

Вода належить до числа сполук, найбільш підходящих для утворення водневого зв'язку між її молекулами. Атом кисню пов'язаний в молекулі води з двома значно меншими за розміром атомами водню. Електронегативність атома кисню настільки велика,  що молекула води сильно поляризується, а атом кисню утворює з протонами сусідніх молекул водневий зв'язок з енергією близько 3,5-4,5 ккал / моль.

Два ядра водню і одне ядро кисню, з яких складається молекула води, оточені десятьма електронами. Два електрона рухаються поблизу ядра атома кисню, а останні вісім (валентні) – по чотирьох витягнутим орбіталям. Осі двох із цих орбіталей спрямовані уздовж зв'язків О-Н, а двох інших, електрони яких не беруть участь в утворенні хімічних зв'язків лежать приблизно в площині, що йде через ядро кисню і перпендикулярною площині НОН. Електрони рухаються в межах орбіталей попарно. З протонами Н ⁺, що знаходяться всередині двох орбіталей, пов'язані два полюси позитивних електричних зарядів молекули води. Електрони, розташовані на двох інших орбіталях, утворюють так звані неподілені пари.

Наявність у молекулах води неподілених електронних пар грає важливу роль в утворенні водневих зв'язків; за рахунок цих пар у кожній молекулі води можуть виникнути два водневих зв'язки. Ще два зв'язки забезпечують два водневих атоми. Таким чином, тільки одна молекула води в стані утворити чотири водневих зв'язки, тобто стати основою для тетраедричного каркаса молекул. Експериментальні дані, наведені в літературі, підтверджують подібність структури рідкої води до тетраедричних структурі льоду. Частотні спектри льоду при – 3 ° С і рідкої води при +2 ° С, отримані при вивченні непружного розсіяння водою холодних нейтронів, виявилися ідентичними як за формою так і за інтенсивністю [9]. Про подібні структури льоду і води свідчать і результати вивчення діелектричної сталої води в інтервалі температур – 5  +25 ^оС [12].

Перші уявлення про структуру води, які базуються на кількісній інтерпретації рентгенографічних досліджень були, сформульовані Берналом і Фаулером. За їхніми уявленнями у воді можуть здійснюватися три основні способи взаємного розташування молекул. При низьких температурах переважає найбільш ажурна структура типу лід – тридиміт (вода I). Основною ж є тетраедричних структура типу кварцу (вода II), що переходить при температурах, близьких до критичної, до простої симетричної упаковки (вода III). У звичайних умовах спостерігається рівновага всіх трьох структур. Зі зростанням температури рівновага зміщується вправо.

Присутність у воді ажурних структур з великим числом порожнеч пояснюється взаємодією її молекул внаслідок спрямованих водневих зв'язків. Еластичність водневих зв'язків: допускає реалізацію різноманітних структур, прикладом яких можуть бути різні модифікації кристалічного льоду (трідимітна, кварцова і щільно упакована структури).

За Самойловим [44-46] та іншим [13, 22] атоми кисню, ковалентно (точніше, полярно) пов'язані з воднем, взаємодіючи з атомами водню сусідніх молекул, утворює так звані водневі зв'язки. Останні за міцністю займають проміжне положення між валентними міжатомними і слабкими міжмолекулярними зв'язками, зумовленими силами Ван-дер-Ваальса. Молекули води розташовуються в просторі таким чином, щоб утворити найбільшу кількість водневих зв'язків. Найбільше число водневих зв'язків між молекулами води спостерігається у льоді. При плавленні його частина водневих зв'язків розривається і деякі з молекул потрапляють в октаедричні пустоти, в результаті чого упаковка молекул стає більш щільною і питомий об'єм зменшується. Підвищення температури супроводжується збільшенням кількості розірваних водневих зв'язків і заповнених порожнин, зменшенням ступеня полімеризації (агрегації) і розмірів областей, в яких зберігається ближній порядок.

Іншу модель води запропонував Полінг[17], який вважав, що кварцеподібна структура менш стабільна через сильний вигин водневих зв'язків. Він припустив, що вода має клатратну структуру типу газових гідратів, в яких центральна молекула оточена каркасом з молекул води, що утворюють п'ятикутні додекаедри. Така система має найменшим відсотком нерозірваному зв'язків і, отже, більш стійка. Маленков і Самойлов [45] вважають, що структури типу льодоподібна і клатратних каркасів енергетично близькі, проте перший тип кращий. Не виключена можливість переходу льодоподібного каркасу (в інтерервалі температур 30-60 ^оС) в додекаедріческой структурі клатратного типу. Моделі Самойлова та Полінга представляють собою «чисті» структури: молекули укладаються в єдиний каркас з частково заповненими порожнинами. При належному підборі параметрів ці моделі дозволяють отримати правдоподібні результати. Інший клас моделей – двоструктурні моделі води – заснований на гіпотезі про існування в рідкій воді принаймні двох різних структур найближчого оточення. Вони відрізняються типами упаковок, приписуваних кожної з цих співіснуючих структур, природою теплового руху і взаємодією молекул в них, наприклад, модель Бернала і Фаулера. Першою спробою використання двоструктурної моделі для пояснення аномалії густини води була робота Рентгена [17].

Згідно Франку і Вену [12], утворення надмолекулярних структур в рідкій воді є результатом так званих кооперативних ефектів, що викликають одночасне підсилення або ослаблення Н-зв'язків для сусідніх груп молекул води. Отже, у воді є мікроділянки, що розрізняються між собою енергією зв'язку молекул і здатні до періодичних (за 10^-10-10¹¹сек.) структурних перебудовах. Двоструктурна модель, введена Франком, дозволяє розглядати воду як ідеальну суміш мікроділянки з різною надмолекулярної структурою. Застосування двоструктурної моделі до опису термодинамічних властивостей води описано в роботах [50, 51]. Зокрема, Девіс і Літовіц [23] вважають, що вода є сумішшю двох рівноважних структур пухкої, типу льоду (густина ρ₁ = 0,87 г/см³), і більш упакованої (ρ₂ = 1,32 г/см³) з частково розірваними водневими зв'язками.

Двоструктурну модель рідкої води використовують також Вдовенко, Гуріков і Легін [12]. Вони вважають, що структура води складається з льодоподібною каркаса, до якого вкраплені ділянки з невпорядкованою структурою, де більша частина водневих зв'язків розірвана, і координаційне число збільшено. Такі ділянки виникають внаслідок описаних Франком [24] кооперативних ефектів. Ступінь руйнування ділянок льодоподібної структури знижується при підвищенні температури. До останнього часу не існувало прямих експериментальних даних, котрі дозволяли можливість однозначної інтерпретації, вибору моделі, найбільш наближається до дійсності. Однак Шахпаронов і Чекалін [50,51] показали, що діелектрична релаксація рідкої води на високих частотах дає уявлення про існування в рідкій воді двох часів релаксації, що відрізняються один від одного приблизно в два рази. Вони вважають, що ці результати є прямим експериментальним підтвердженням двоструктурної моделі, приписуючи дві пори релаксації процесам переорієнтації молекул води, по-різному пов'язаних в кожній з існуючих структур.

Згідно раннім теоріям, що пояснюють аномальну поведінка води, допускалося наявність в ній асоціатів типу димерів, тримерів і т.д., але ніяких припущень щодо існування впорядкованих надмолекулярних структур висловлено не було. Пізніше таку гіпотезу розвинув Ейкен [16], який вважав можливим присутність у воді льодоподібних блоків, що складаються з восьми молекул H₂O. Розпадом цих блоків, і їх співіснування з асоціатами менших розмірів (Н₂0)₂ і (Н₂0)₄, а також з мономірними молекулами Ейкен пояснив аномалію теплового розширення води.

Неметі і Шерага [16], розвинувши ідею Франка, припустили, що вода складається з ще більш великих асоціатів «полимеризованної» води, плаваючих серед не пов'язаних водневими містками (але взаємодіючих за рахунок електростатичних і Ван-дер-Ваальсових сил) молекул. Асоціатам приписували льодоподібну структуру (ρ₁ = 0,92 г/см³) і час життя близько 10^-10 - 10¹¹ сек. Густина разупорядкованої структури (ρ₂) води приймалась рівною 1,12 г/см³, що відповідає упаковці з координаційним числом 8.

Останнім часом розвиток уявлень про двоструктурні моделі рідкої води йде але шляхи подальшої деталізації енергетичного стану її молекул. Так, Сирников [47] зробив розрахунки для моделі, в якій враховуються три можливих енергетичних стани молекул, що дозволило, зокрема, пояснити аномалію теплоємності води. Розрахунки стисливості води призвели Гурікова [22] до нової флуктуаційної моделі з просторовим поділом ділянок каркаса, зайнятих «гідрофобними» і «гідрофільними» (зміщеними) порожнинними молекулами. Частка гідрофобих молекул (слабко пов'язаних водневим зв'язком з каркасом) за розрахунками невелика, в той час як зміщеними молекулами (міцно пов'язаними з молекулами каркаса) заповнена половина порожнеч, що дозволяє ототожнити таку структуру з щільно упакованою, точніше – разупорядкованою структурою.

На основі двоструктурної моделі вдається пояснити аномалію в'язкості та діелектричної релаксації, температурні залежності теплопровідності, теплоємності та поверхневого натягу води, отримати правильну оцінку енергії активації самодифузії [16,47,48]. При цьому особлива роль відводиться розташованим в порожнинах каркасу слабо зв’язаним молекулам води, відповідальним за її аномальну поведінку.

Квантохімічні уявлення про природу водневого зв'язку, розвинені в роботах Аджено [16], призвели до якісно нової моделі структури води. Автор з принципово нових позицій розглядає природу міжмолекулярних зв'язків в рідинах взагалі і у воді зокрема. Ґрунтуючись на квантовомеханічних уявленнях, він приходить до висновку про істотно інший механізм водневих зв'язків, ніж це передбачається всіма існуючими теоріями та, відповідно, про інший характер агрегації молекул води.

На думку Аджено, вода є не що інше як суміш різних типів кільцевих агрегатів, утворених декількома стійкими молекулами за допомогою водневих містків. Кожен протон водневого містка відчуває рівнозначний вплив з боку з'єднаних з ним молекул. У кільці водневих містків не можна розірвати один з них, щоб не зачепити інших. Це пов'язано з тим, що стан кожного містка залежить від зміщення електричних зарядів у сусідніх молекулах, яке відбувається одночасно уздовж всього кільця. Такий стан охарактеризовано терміном «колективний зв'язок», який передбачає, що всі водневі містки кільцевих агрегатів скоррельовані один з одним. Колективним зв'язком можна об'єднати будь-яке число молекул - від двох до нескінченності. Кільце замикається чергуються одинарними і подвійними зв'язками, які в змозі обмінюватися положеннями. 

Розглянувши з цих позицій структуру води, Аджено прийшов до висновку, що кожна молекула води, володіє чотирма тетраедричних електронними орбіталями (двома валентними і двома неподіленими), може брати участь не більше ніж у двох колективних зв'язках. Тому в структурі воли повинні виникати не складні тривимірні каркаси, а лінійні ланцюги, що складаються з будь-якої кількості молекул води, які утворюють серію незалежних кілець. Для води Аджено розглядає п'ять можливих конфігурацій таких кільцевих структур. 

Правильність висунутих Аджено концепцій потребує експериментального підтвердження, але запропонований автором новий тип колективного зв'язку з кілець коррельованих водневних містків дозволяє в першому наближенні якісно оцінити цілий ряд явищ, пов'язаних зі специфічними властивостями води.

Як вказує Блох [9-11], одним з головних висновків при розгляді моделі Аджено є висновок про анізотропності структури рідкої води.

Однак «жодна з наявних моделей води не дає строго наукового пояснення її анізотропності, оскільки всі вони виходять з тривимірності льодоподібною каркасів рідкої води. Лише Модель Аджено, що припускає двовимірний характер молекулярних агрегатів, в стані теоретично обґрунтувати існування анізотропії »[10]. Оскільки в рідкій воді можуть існувати лінійні ланцюги молекулярних кілець, стає очевидною можливість їх орієнтованого розташованих під впливом того чи іншого зовнішнього поля. У цьому плані уявлення Аджено про структуру води дуже перспективні для теоретичного обґрунтування природи впливу електромагнітного поля на властивості води і водно-дисперсних систем.

Починаючи з 1873 р., коли Ван-дер-Ваальс вивів відоме рівняння стану, що носить його ім'я, рідини вважали щільним газом. І тільки після робіт радянського фізика Я.І. Френкеля рідкий стан стали розглядати як більш близьке до твердого тіла. З'явилося поняття «структура рідини». Оскільки тверді (кристалічні) тіла мають структуру, вона повинна бути і у рідин. Питання, що слід розуміти під структурою рідини, виявилося не з простих. Тим часом всі передбачувані моделі рідкої води і багато гіпотез про явище магнітної обробки ґрунтуються на цьому понятті.

Поняття структури речовини зазвичай асоціюється з конкретним просторовим розташуванням часток, що складають цю речовину.

Очевидно, крім самого просторового розташування частинок, потрібно знати закономірність, за якою змінюється взаємне розташування частинок в системі. Інакше не можна буде відрізнити дві речовини (дві структури). У рідин, як і у кристалічних тіл, просторове розташування частинок визначається тепловим (молекулярних) рухом. У кристалах тепловий рух атомів (молекул, іонів) представляють у вигляді коливань стосовно суворо визначених положень рівноваги. Ці положення рівноваги утворюють в просторі грати.

У рідкої води згідно з поглядами Я.І. Френкеля, які отримали тепер загальне визнання, молекули здійснюють швидкі коливальні рухи щодо тимчасового положення рівноваги, а потім перескакують (дифундують) у нове положення рівноваги і картина повторюється. Оцінки показують, що середній час «осілого життя», тобто коливального руху, t_к ≈ 10-13с, а середній час перескоку в нове положення поблизу температури 0^оС складає t_п ≈ 10-11с. 

Зважаючи на такий незвичайний рух молекул рідин вода має не одну структуру. Як образно можна помітити, якщо зробити зйомку рідини з часом експозиції меншим, ніж tк, на знімку частинки через коливання будуть займати положення, відмінне від рівноважного. Цю структуру називають I - структурою.

Якщо час експозиції при зйомці прийняти tк <t <tп знімок буде розмитим через коливання молекул, але вплив переміщень не відіб'ється на знімку. Цю структуру називають коливально - усередненої або V - образною. 

У разі зйомки з експозицією t> tп знімок буде повністю розмитим. Молекули встигають переміститися на великі відстані і розподіл їх буде рівномірним (немає структури). Якщо ж камера «розташована на молекулі» (рухається зі швидкістю молекули води) і реєструє навколишній простір у процесі руху, знімок не буде розмитим, оскільки є деяка упорядкованість у взаємному розташуванні молекул в рідині (навіть протягом більш тривалого періоду часу). Отриманий знімок відповідає D - структурі рідини.

Швидкість теплового руху молекул, а отже, і час осциляції t_к і трансляції (перескоків) t_п сильно залежать від температури. При більш низьких температурах t_п має більшу величину і V - структура існує довше. При дуже низьких температурах tп має порядок декількох днів або тижнів і речовину називають склом. 

При більш високих температурах t_к ≈ t_п і відмінність між V - і D - структурами зникає.

Очевидно, в залежності від застосовуваного методу експериментального вивчення рідини буде виявлятися V - або D - структура. 

По зміні термодинамічних властивостей води (обсяг, питома теплоємність, стисливість та ін), розсіювання рентгенівських променів, хімічному зсуву ЯМР можна судити про D - структура. 

Інфрачервона та раманівська спектроскопія, розсіювання нейтронів і т.д. дають інформацію про V - структура. При порівнянні опятних даних та теорії слід пам'ятати про існування I -, V - і D - структур.

1.2 Вплив магнітного поля на зміну фізико-хімічних властивостей води

Розробкою питання по магнітній обробці води займалася лише певна кількість авторів, що пов’язано як з особливістю водної системи як об’єкта впливу магнітного поля так і неоднорідними, інколи суперечливими даними по її обробці. Кожен з них пояснював ці факти різними аспектами як в роботі установок так і властивостями досліджуваних водних систем та особливостями використаних магнітів. Лише в процесі більш детального вивчення водної системи як складної та відкритої системи з багатьма властивостями так і більш детального теоретичного освітлення питання про особливість впливу магнітної обробки на водні системи стало можливим більш точне теоретичне відображення характеру процесу, пояснення можливості його протікання та обґрунтування властивостей водних систем, яких вона набуває в процесі омагнічення.

Так розгляд слід розпочати з аналізу структури води як це викладено у Классена [27]. Структура одиночної молекули води встановлена у достатній мірі точно, а наявний в молекулі водневий зв'язок має схильність до насичення — у кожному зв’язку беруть участь дві певним чином орієнтовані молекули при умові їх достатньої близькості. Автор акцентує увагу на не обов’язковості розриву водневих зв’язків для зміни структури води та говорить про можливість структурних змін води під впливом різних зовнішніх впливів — температури, тиску чи магнітних полів — що залежать від згину зв’язків(зміни кута між лінією, що з’єднує центри найближчих молекул води та напрямом зв’язку О-Н однієї з цих молекул). Оскільки витрати енергії при згині водневих зв’язків значно менші ніж при їх розриві то це дає змогу впливати на воду без розриву водневих зв’язків з мінімальною затратою енергії.

Також автор наголошує, що вода завжди вміщує значну кількість розчинних та мікро гетерогенних домішок. Саме ці домішки сильно і різнобічно впливають на її структуру, а тому й на її фізико-хімічні властивості. Домішки у воді діляться на три великі групи: електроліти, присутні у воді в якості іонів, неелектроліти, що знаходяться в ній у молекулярній формі, і тонко дисперсні тверді частинки і газові бульбашки. Вплив іонів на структуру води пов'язаний з їх гідратацією, що впливає на ентропію, густину, стиснення, електропровідність, температуру кипіння та ін.

Воду необхідно розглядати не як рівноважну систему, оскільки в протилежному випадку при зникненні зовнішніх збурень усі викликані ними властивості води повинні одразу зникати і система повинна самовільно повернутися в початковий стан, оскільки це дає можливість обґрунтувати наслідки магнітної обробки реальної води. На цьому акцентують свою увагу як Классен [27] так і Міненко [34]. Експериментальні дані підтверджують, що вода має «пам'ять» на різні фізичні впливи та й властивості що набула вода мають релаксаційний характер [39].

Таким чином, аналізуючи це, можна зробити висновок, що змінюючи структуру водних систем, можна регулювати фізико-хімічні властивості води.

Що ж до теоретичних засад механізму омагнічення водних систем, то у цьому випадку автори схильні до певної систематизації та аналізу даних. Так Классен [27] пояснює проблеми відсутності систематизованої теорії по магнітній обробці тим, що отримані експериментальні дані та досягнуті ефекти не відзначались стійкістю і мали суперечливий характер. Він вважає, що складність полягає в нерозкритих досі певних властивостях рідкого стану, але відзначає що теорія знаходиться на стадії висунення і обґрунтування гіпотез. Як варіант він вважає, що після магнітної обробки води змінюється орієнтація ядерних спінів водню в молекулі води.

Також ряд гіпотез по механізмам впливу магнітного поля на воду висуває і Тебеніхін [49]. Їх можна класифікувати на наступні три групи:

• перша, що об’єднує більшу кількість гіпотез, пов’язує дію магнітних полів на іони солей, що присутні у воді. Під впливом магнітного поля відбувається поляризація іонів і їх деформація, що призводить до підвищення виникнення центрів кристалізації;

• друга група припускає дію магнітного поля на домішки води, що знаходяться у колоїдному стані;

• третя група об’єднує уявлення про можливий вплив магнітного поля на структуру води, що може викликати як було сказано раніше зміну орієнтації ядерних спінів водню в молекулі.

В свою чергу Міненко [34] представляє роль магнітного поля наступним чином. Під впливом зовнішнього магнітного поля змінюється густина електронних хмар іонів і відбувається їх поляризація в молекулі води. Це викликає зміну енергії взаємодії іонів з молекулами води та зміну поляризації іонами прилягаючих об’ємів води, тобто зміну структури розчину. Він також припускає вплив магнітного поля і на структуру води без домішок. Завдяки поляризації електронних хмар в молекулах, останні набувають індукованого магнітного моменту, що направлений протилежно до зовнішнього поля. Внаслідок цього, енергія водневих зв’язків змінюється, відбувається згин зв’язків і розрив, що призводить до зміни взаємного розташування молекул, а внаслідок цього, і структури води. Зі збільшенням напруженості магнітного поля збільшується кількість молекул, що зійшли з попередніх положень рівноваги і потрапили у пустоти.

Важливим також є питання параметрів, що впливають на ефективність магнітної обробки. На думку Рубежанського [43] до основних параметрів, від яких залежить ефективність обробки магнітним полем, відносяться наступні:

• напруженість магнітного поля в робочому зазорі;

• градієнт напруженості магнітного поля;

• характер магнітного поля;

• конфігурація магнітного поля;

• полярність магнітного поля;

• кратність дії магнітного поля на рідину;

• швидкість перетину рідиною магнітного потоку.

Оскільки існує можливість магнітної обробки та зміни властивостей води, то необхідно оцінити ефективність даної обробки. В якості оцінки Классен [27] та Рубежанський [43] пропонують метод індикації. По відношенню до виробничого процесу методи індикації магнітної обробки розчинів підрозділяються на прямі та непрямі. Методи, що основані на визначенні основного параметра технологічного процесу, відносяться до прямих. Непрямі методи індикації основані на співставленні фізичних та фізико-хімічних властивостях розчинів до і після їх магнітної обробки. Непрямі методи мають недоліки пов’язані з невисокою чутливістю та необхідністю додаткової прив’язки з основним технологічним параметром процесу, в якому використовується магнітна обробка.

Для обґрунтування актуальності питання магнітної обробки в енергетиці розглянемо перспективи та реалії практичного використання омагнічення водних систем. На це питання особливу увагу звертали Классен [27] та Тебеніхін [49]. Автори звертають увагу на використання магнітної обробки для боротьби з накипом та очищення води. Классен звертає увагу на застосування магнітної обробки води для цілей мокрого пиловловлення. Його досліди по впливу магнітної обробки технічної води на її змочувальну здатність практично доведені в лабораторії та в промислових умовах.

Тебеніхін [49] більшу увагу приділяє суто енергетичному використанню магнітної обробки водних систем. Він пропонує використання магнітної обробки води для живлення енергетичних котлів, оскільки вважає цей метод простим та дешевим, що не потребує значної витрати металу, дозволяє обмежиться спрощеним контролем та може бути використаний з певним ефектом як по відношенню до економії палива, так і строку служби котлів між черговими чистками. Пропозиції автора стосуються також і теплових мереж. Що до теплових мереж, то для мереж відкритого типу економічно вигідним автор вважає використання апаратів магнітної обробки при раціональному вирішенні питання видалення шламу, пов’язаного з гігієнічними характеристиками води, а для закритих мереж застосування даних апаратів являється ще більш вигідним оскільки не потребує видалення шламу, у зв’язку з відповідним температурним режимом.

У випадку застосування омагнічення у системах охолодження впливу піддається охолоджуюча вода. В циркуляційній системі обробляється головним чином додаткова вода, а в прямоточній — уся. Вибір місця встановлення апарату визначається відсутністю у воді такої характеристики як вуглекислота. У прямоточній системі охолодження проблема видалення шламу не являється актуальною, оскільки останній може виноситися з системи з водою, що скидається. У циркуляційній системі шлам може збиратися в окремих місцях системи охолодження, тому слід передбачити встановлення пристроїв для його видалення.

Останньою проблемою, яку я вважаю за потрібне зазначити особливо, це відмінність впливу на водну систему полів природного та електричного магнітів. Оскільки науковці зіткнулися з складностями в теоретичному обґрунтуванні процесу магнітної обробки та не мали експериментальних підтверджень, тому вони не мали змоги переконатися, що значну роль в процесі магнітної обробки води відіграє не лише напруженість магнітного поля, а й частота та амплітуда коливання магнітних хвиль. Лише в нинішній час, а саме у роботах Барана [6-8] було показано, що магнітне поле Землі близьке за характером впливу до електромагнітного поля звичайних частот, що призводить до хибних, а іноді і від’ємних результатів під час електромагнітної обробки води. Таким чином на практиці слід застосовувати природні магніти, що дають змогу завжди отримувати позитивний результат.

Загалом практика показує що саме спосіб магнітної обробки води є дешевим простим та ефективним. Він не потребує значних капіталовкладень в порівнянні з встановленням хімводоочистки та являється перспективним методом в енергетиці.

Власне магнітне поле не призводить до очищення або пом’якшення води, але впливає на спіни протонів її молекул. Це призводить до утворення тимчасової нерівноважної форми води, яка характеризується зменшеною енергією зв’язків між молекулами, що, в свою чергу, призводить до зменшення питомої теплоти пароутворення та збільшення поверхневого натягу води. Останнє положення сприяє інтенсивному проникненню омагніченої води у мікро капіляри та тріщини, тобто руйнуванню накипу.