ИМИТАТОР ПРОЦЕССА РЕЛАКСАЦИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ВОДЫ

Полезная модель относится к системам управления и может быть использована в молекулярной физике и физической химии для исследования временных и частотных характеристик элементарного объема обыкновенной воды.
В результате проведения патентного поиска аналогов обнаружено не было.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание системы, позволяющей получить наглядное изображение процесса релаксационной поляризации воды.
2
2
n
0
Данная задача решается за счет того, что рассматриваемый элементарный объем воды, который с учетом возможности объединения молекул НО в замкнутые (кластеры) и разомкнутые (конгломераты) структуры, может быть представлен в виде совокупности ее отдельных молекул, а также многомолекулярных образований (HO), сильно затухающие гармонические колебания которых, происходящие под действием переменного электрического поля малой амплитуды в области достаточно низких частот оптического спектра, с точки зрения кибернетики могут быть представлены в виде некоторой замкнутой линейной системы управления с явно выраженной отрицательной обратной связью. При этом выход блока генерирования входного сигнала соединен с первым входом первого блока суммирования и входом первого осциллографа, выход первого блока суммирования подключен ко входу второго осциллографа и входам каждого из трех параллельно соединенных блоков формирователей передаточных характеристик, выходы которых соединены со входами соответствующих блоков усилителей, причем выход каждого блока усилителя соединен со входом второго блока суммирования, а также с соответствующими входами блоков выделителей вещественной и мнимой частей комплексных характеристик, выходы каждого из которых подключены ко входам двух осциллографов; выход второго блока суммирования соединен со входом блока усилителя с коэффициентом , где ε - диэлектрическая проницаемость вакуума, выход которого подключен ко второму входу первого блока суммирования.
0
2
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлена блок-схема имитатора процесса релаксационной поляризации воды, в которую входят: 1 - блок генерирования входного сигнала Е, соответствующего напряженности внешнего поля; 2 - первый блок суммирования; 3 - первый осциллограф; 4 - второй осциллограф; 5 - блок формирователя передаточной характеристики высокоэнергетического конгломерата; 6 - блок формирователя передаточной характеристики низкоэнергетического конгломерата; 7 - блок формирователя передаточной характеристики свободной молекулы воды; 8-10 - блоки усилителей с соответствующими коэффициентами N, эквивалентными процентному содержанию в элементарном объеме воды высокоэнергетических и низкоэнергетических конгломератов и свободных молекул HO; 11-13 - блоки выделителей вещественной и мнимой частей комплексных характеристик; 14-19 - осциллографы; 20 - второй блок суммирования; 21 - блок усилителя с коэффициентом ; Е - сигнал на выходе системы, соответствующий напряженности эффективного поля.
2
12
2
20
Принимая во внимание результаты авторского компьютерного моделирования возможных молекулярных образований воды (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011611815 (РФ). Программа визуализации электронного строения структурированной воды / Еремина В.В., Уляхина Д.А) следует, что результирующий вклад в релаксационную поляризацию вносят только ее тетраэдрические пятимолекулярные конгломераты, поскольку суммарный дипольный момент ее возможных кластерных образований, например (НО) и (НО), оказывается равным нулю. Иными словами, водяные кластеры не могут каким-либо образом реагировать на внешнее электромагнитное воздействие.
Таким образом, оказывается возможным представить описание процесса релаксационной поляризации воды уравнениями:
k
где µ{t) - наведенные дипольные моменты соответствующих частиц;
0
ω и β - собственная частота и коэффициент затухания релаксационных колебаний;
Σ
Σ
M и I - суммарный дипольный момент молекулярного образования и его результирующий момент инерции;
E0(t) и E(t) - функции напряженности внешнего и эффективного полей;
0
ε - электрическая постоянная;
k
N - концентрации образований.
При этом динамические параметры процессов релаксационной поляризации связаны между собой соотношением:
рез
где ω - соответствующая резонансная частота, экспериментально наблюдаемая на физическом спектре мнимой частотной характеристики комплексной диэлектрической проницаемости;
Σ
В рассматриваемом случае результирующий момент инерции I пятимолекулярного тетраэдрического конгломерата может быть рассчитан согласно формуле (3):
Σ
Следует отметить, что при определении величины суммарного ди-польного момента разбираемого конгломерата необходимо учитывать, что он может иметь различные конфигурации. При этом, если собственные ди-польные моменты всех пяти образующих его молекул будут сонаправлен-ными, т.е. рассматривается высокоэнергетический конгломерат, то величина его M будет равной:
0
2
где µ - собственный дипольный момент молекулы НО.
Σ
0
2
Если рассматривается низкоэнергетический конгломерат, то его суммарный дипольный момент M является эквивалентным собственному дипольному моменту µ центральной молекулы, поскольку дипольные моменты остальных четырех молекул HO попарно компенсируют друг друга за счет своей противоположной направленности
Система управления функционирует следующим образом.
в.э.
н.э.
0
Сигнал с выхода блока генерирования входного сигнала 1 поступает на первый вход первого блока суммирования 2, а также на вход первого осциллографа 3, где отображается наглядно. Сигнал Е с выхода первого блока суммирования поступает на вход каждого из трех параллельно соединенных блоков формирователей передаточных характеристик для высокоэнергетических конгломератов, низкоэнергетических конгломератов и свободных молекул воды 5-7 и на вход осциллографа 4, предназначенного для графического отображения динамики изменения выходной переменной. Сигнал с выхода каждого из блоков 5-7 при прохождении через соответствующие блоки усилителей 8-10 с коэффициентом N, N и N поступает на вход второго блока суммирования 20, выходной сигнал с которого при прохождении через блок усилителя 21 с коэффициентом  поступает на второй вход первого блока суммирования 2, где складывается с сигналом Е. Кроме того, сигналы с выходов блоков усилителей 8-10 поступают на входы блоков выделителей вещественной и мнимой частей комплексных характеристик 11-13 соответственно, на выходе каждого из которых сигнал поступает на входы двух осциллографов 14-15, 16-17 и 18-19 соответственно, которые предназначены для наглядного отображения вещественной и мнимой частей комплексных поляризуемостей соответствующих образований.
Технический результат использования полезной модели заключается в получении системы для наглядного представления релаксационной поляризации обыкновенной воды с выделением в механизме формирования напряженности эффективного поля каждого из вкладов поляризованности образца, представленной суммой произведений поляризуемостей частиц, которые также могут быть графически отображены, на их концентрации. Это может применяться, например, при изучении как временных, так и частотных характеристик поляризованного образца, а также для анализа его структурного состава.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.