Μαγνητικά φαινόμενα στο νερό

Πηγή:PhysicsWeb, 6 Δεκεμβρίου 2004

Φυσικοί στην Ιαπωνία ανακάλυψαν ότι το σημείο τήξης του νερού αυξάνεται ελαφρώς μέσα σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Ο Hideaki Inaba και οι συνάδελφοι του στο πανεπιστήμιο του Chiba  διαπίστωσαν ότι το σημείο τήξης του συνηθισμένου νερού αυξάνεται κατά 5,6 millikelvin σε ένα πεδίο 6 Tesla, και κατά 21,8 millikelvin για το βαρύ ύδωρ.

Το νερό έχει πολλές ασυνήθιστες ιδιότητες: έχει σχετικά υψηλά σημεία τήξης και βρασμού για ένα τόσο μικρό μόριο, ενώ η υγρή κατάσταση του μπορεί επίσης να είναι πυκνότερη από την στερεά κατάσταση του. Αυτές οι ιδιότητες θεωρούνται ότι προκύπτουν από το τρισδιάστατο δίκτυο των δεσμών υδρογόνου στο μόριο.

Πρόσφατα, ανακαλύφθηκε ότι στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα και ο δείκτης διάθλασης του νερού μπορεί να επηρεαστεί από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Μερικοί ερευνητές έχουν προτείνει ότι το μαγνητικό πεδίο ενισχύει κάπως τους δεσμούς υδρογόνου, αλλά ο ακριβής μηχανισμός που κρύβεται πίσω από αυτά τα αποτελέσματα παραμένει ένα μυστήριο.

Ο Inaba και οι συνάδελφοι του μέτρησαν τις θερμοκρασίες τήξης του συνηθισμένου νερού και του βαρέως ύδατος - στα οποία τα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από το δευτέριο - με έναν ιδιαίτερα ευαίσθητο θερμιδομετρητή διαφορικής ανίχνευσης (DSC). Οι αλλαγές στα σημεία τήξης που παρατηρήθηκαν με το DSC ήταν ανάλογες προς το τετράγωνο του μαγνητικού πεδίου, και επίσης περίπου τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από εκείνες που υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την εξίσωση μαγνητο-Clapeyron.

"Επειδή το νερό είναι διαμαγνητικό υλικό, δεν πρέπει να επηρεάζεται από το μαγνητικό πεδίο", λέει ο Inaba. "Πιστεύουμε ότι η θερμική κίνηση των μερικώς φορτισμένων ατόμων στο νερό προκαλεί μια δύναμη Lorentz όταν υπάρχει μαγνητικό πεδίο. Με την καταστολή της θερμικής κίνησης, η δύναμη Lorentz καθιστά τους δεσμούς υδρογόνου ισχυρότερους, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει την αύξηση στο σημείο τήξης".

Η ομάδα του Chiba προγραμματίζει τώρα να ερευνήσει την επίδραση του μαγνητικού πεδίου στις φασικές μεταβάσεις και σε άλλα διαμαγνητικά υλικά, συμπεριλαμβανομένου του γαλλίου, του ινδίου, του υδραργύρου και του βενζολίου.