Учебно-методический стенд
для изучения феномена бесконтактной
активации жидкостей в бездиафрагменном
электролизере.

Селюнина Елена Александровна, Широносов Валентин Георгиевич,
Широносов Евгений Валентинович, Каф. Биомедфизики, УдГУ, г. Ижевск, ikar@udm.ru
(Сб. тезисов ВНКСФ-8, г. Екатеринбург, 2002.- с. 604-606)

Как правило, электрохимическая активация (ЭХА) жидкостей проводится контактно в диафрагменных, либо в бездиафрагменных электролизерах [1]. При этом жидкости непосредственно соприкасаются с поверхностью анода или катода и переходят в метастабильные состояния. В результате происходит изменение их свойств и состава (химического состава, концентрация ионов водорода - рН, окислительно-восстановительного потенциала - ОВП, микрокластерной структуры).

    Менее распространенным и малоизвестным является способ бесконтактной активации жидкостей (БАЖ), водных растворов. Физические основы теории бесконтактной активации (электроактивация жидкости без контакта ее с поверхностью электродов) при электролизе сформулированы в 1982 году И. Л. Герловиным на основе теории фундаментального поля (ТФП) [2]. ТФП базируется на двух положениях:
1. окружающее нас пространство не является пустым, физический вакуум состоит из материальных физических объектов - элементарных частиц вакуума, эти частицы и ответственны за большую часть процессов активации;
2. силовые взаимодействия между атомами в молекуле, между молекулами в кристаллах твердых тел имеют не сферическую, а осевую симметрию и меняются во времени с очень большой частотой, порядка 10¹⁸ Гц.

    В рамках излагаемых представлений [2], явление активации сред может быть определено следующим образом: нарушение равновесия между атомами и возбужденными элементарными частицами вакуума, а также установившихся связей, с учетом анизотропии силовых взаимодействий, приводит к метастабильному состоянию, которое может быть названо структурным, активированным состоянием данной среды.

    Экспериментально эффект БАЖ был обнаружен В.М. Бахиром в 1992 году для диафрагменных электролизеров [1].

    Феномен БАЖ для бездиафрагменных электролизеров экспериментально был обнаружен В.Г. Широносовым и Е.В. Широносовым в 1999 году [3]. Обнаруженные эффекты БАЖ достаточно просто объясняются на основе резонансных явлений [4-5]. Хорошо известен факт высокой добротности камертона ~ 10⁴. За счет колебаний его лепестков в противофазе (рис. 1а), камертон является источником слабого, быстро убывающего с расстоянием излучения. Аналогичный эффект можно наблюдать для замкнутого LC-контура (рис. 1б). Колебания электрической и магнитной составляющей э.м.п. происходят в противофазе. Возникают более сложные, устойчивые резонансные системы из Синхронно-Осциллирующих в противофазе Диполей (СОД) со слабым излучением (рис. 1в). В статике системы из диполей неустойчивы (эффект коллапса), но в динамике при резонансе, проявляется эффект динамической стабилизации неустойчивых состояний ([4-5]).

    Феномен БАЖ при электролизе можно рассматривать как экспериментальное подтверждение возникновения СОД - резонансных микрокластеров в жидкостях. СОД при электролизе - это устойчивые резонансные системы из осциллирующих "диполей" воды (ионов, молекул, ОН^- и т. п.). Они образуются около анода и катода при активации (рис. 1 в, г) и соответственно их образование не будет зависеть от присутствия диафрагмы. На основе СОД можно достаточно просто объяснить особенности активации жидкости при электролизе, ее аномальные свойства.

    Переменное электромагнитное поле от двух синхронно-осциллирующих диполей имеет узкий спектр частот (резонансный эффект) и убывает пропорционально 1/r⁴, где r - расстояние от СОД (рис. 1 в, д). В нашем случае r - расстояние между БАЖ жидкостью и ЭХА жидкостью, т. е. толщина стенки между ними (рис. 1г). Максимум спектра, скорее всего, приходится на диапазон с.в.ч., т. к. для ОН^- характерные частоты вращательных переходов ~ 2 ГГц (длина волны ~ 18 см). Поэтому бесконтактная активация может происходить только через тонкие стенки, на близких расстояниях от СОД и существенно зависит от спектральных свойств материала перегородки. Из экспериментальных данных по БАЖ ( времен релаксации БАЖ) можно оценить добротность Q таких систем из СОД: Q ~ 10¹³...10²³ . Соответственно становится ясным, что при больших значениях Q, даже при небольшой электрической мощности ЭХА-жидкости эффект БАЖ будет расти с течением времени. Первичные СОД с течением времени приведут к образованию вторичных СОД за пределами межэлектродного пространства [5].

Рис. 1. Устойчивые резонансные системы, где а - камертон, б - замкнутый LC-контур, в - синхронно - осциллирующие в противофазе диполи (СОД) со слабым излучением, г - СОД образующиеся около анода и катода при активации, д - зависимость переменного электромагнитного поля двух СОД от r (расстояние между БАЖ жидкостью и ЭХА жидкостью, т. е. толщина стенки между ними).

    Для изучения феномена бесконтактной активации различных жидкостей в бездиафрагменном электролизере, на кафедре Биомедфизики Удмуртского Государственного Университета был разработан и изготовлен учебно-методический стенд (рис.2). Он включает в себя: рН-метр-милливольтметр типа рН-150, электролизер, стабилизированный источник питания постоянным током Б5-49, прибор электроизмерительный комбинированный 43101, прибор самопишущий двухкоординатный Н307.

Рис. 2. 1 - электролизер, 2 - 0,9 % водный раствор NaCl, 3 - бесконтактно активируемая жидкость (БАЖ), 4 - анод, 5 - катод, 6 - электроды рН-150, 7 - рН-метр (рН-150), 8 - стабилизированный источник питания постоянного тока Б5-49, 9 - двухкоординатный самописец Н-307.

"Izumrud-SI" (mod.04u) - 2008, i-si-04_u.htm

Разработанный учебно-методический стенд (УМС-БАЖ) используется для проведения лабораторных работ по курсу "Вода и водные растворы". Емкость для электролизера выполнена из оргстекла и позволяет визуально контролировать процесс активации жидкостей. На данном стенде возможно:
-исследовать процессы бесконтактной активации различных жидкостей (дистиллированной воды, физраствора, молока, спиртных напитков, …);
-изучать влияние свойств различных материалов-диэлектриков (полиэтилен, лавсан, стекло, фторопласт, …) на БАЖ;
-емкости для БАЖ размещать как между электродами, так и за их пределами;
-исследовать влияние различных материалов для электродов, их геометрических размеров и взаимного расположения на динамику БАЖ;
-изменять параметры воздействующего электромагнитного поля.

    Опыты по БАЖ на данном стенде проводились по следующей методике:
Герметические тонкостенные полиэтиленовые емкости для БАЖ (толщина пленки ~ 0,1 мм) заполнялись исследуемой жидкостью V=50 мл и помещались в электролизер. В электролизере, анод (с покрытием из оксида рутения) и катод (12Н18Х9Т) расположены параллельно. Расстояние между электродами 53 мм. Расстояние от электродов до стенок электролизера 45 мм. Электролизер в ходе опытов заполнялся водопроводной водой V=1,8 л, с добавлением поваренной соли (NaCl) 9 г/л. Далее напряжение подавалось на электроды и регистрировалась зависимость ОВП БАЖ от времени на двухкоординатном самописце Н-307 в течение 30 мин при постоянном токе активации (рис.2). Опыт для усреднения повторялся при одном и том же токе 5 раз. В итоге строилась зависимость максимального изменения ОВП БАЖ от исходной силы тока.

    На базе данного стенда проведена серия опытов по бесконтактной активации физиологического раствора (0,9% NaCl) и дистиллированной воды. Графики зависимостей ОВП от тока I и времени t для БАЖ приведены на рис. 3.

Список литературы:

1. Бахир В.М. Электрохимическая активация. Ч.1. -М.; ВНИИИМТ НПО "ЭКРАН", с.420 (1992).
2. Герловин И.Л. Основы единой теории всех взаимодействий в веществе. -Л.; Энергоатомиздат. (1990).
3. Широносов В.Г., Широносов Е.В., 2-й Межд. Симп. Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, сб. докл. - М.; ВНИИИМТ АО НПО "Экран", Ч 1, 66-68, (1999), sb15-12.htm.
4. Широносов В.Г. Задача двух магнитных диполей с учетом уравнений движений их спинов. Изв. вузов, Физика, 1985, N 7. с. 74 - 78, sb22.htm.
5. Широносов В.Г., Резонанс в физике, химии и биологии, Ижевск, Изд. дом "Удмуртский университет", с. 92 (2001), sb22.htm.