Воздействие электромагнитных полей на физико-химические свойства воды (обзор)

В настоящее время активно продолжаются исследования изменений характеристик и свойств воды в результате воздействий электромагнитных волн. Изучение влияния полей на воду имеет множество практических применений в экологии, сельском хозяйстве и промышленности. Вода в большинстве случаев представляет собой сложную гетерогенную систему, содержащую в себе различные примеси, влияющие на физические и химические свойства воды даже в очень малых количествах. Результаты различных экспериментальных исследований (очевидно с разными образцами воды) не всегда согласуются друг с другом. На основе обзора научных публикаций в данной работе приведен анализ результатов исследований, связанных с изучением воздействий электрического, магнитного и электромагнитного поля различной частоты и напряженности на физико-химические свойства воды: удельную теплоемкость, диэлектрическую проницаемость, показатель преломления, электрическую проводимость, силу поверхностного натяжения, угол смачивания, вязкость, скорость испарения воды, pH, спектр поглощения. Материалы для анализа и систематизации были отобраны из отечественных и зарубежных научных публикаций, тезисов докладов всероссийских, международных конференций. Механизм отбора материалов производился с акцентом на экспериментальные исследования влияния полей на физико-химические свойства воды. Анализ публикаций показал, что по ряду этих свойств имеются значительные несоответствия в результатах экспериментов, тогда как результаты экспериментов по изменению показателя преломления, скорости испарения и спектра поглощения в целом согласуются друг с другом. Если вода может закономерно менять свои свойства вследствие электромагнитного воздействия, то потенциально можно рассматривать ее как датчик (сенсор) радиоизлучений. Для решения проблемы противоречивости результатов экспериментов даны рекомендации к их представлению.

1. Симонян Г. С., Арутюнян Н. М. Представление об аномальных и специфических свойствах воды // Наука и образование сегодня. 2018; 27(4):13-15.

2. Gutierrez-Mejia F., Ruiz-Suarez J. C. AC magnetic susceptibility at medium frequencies suggests a paramagnetic behavior of pure water // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2012; (324)6: 1129-1132.

3. Poulose S., Quirke J. A., Coey M. Influence of Magnetic Field on Water and Aqueous Solutions // Magnetic Microhydrodynamics. 2024; 120: 83-110.

4. Хан В. А., Власов В. А., Мышкин В. Ф., Ижойкин Д. А., Рахимжанова Л. А. Исследование влияния электромагнитных полей на структуру и свойства воды // Научный журнал КубГАУ. 2012; 81(07): 115-127.

5. Лобышев В. И. Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы // Российский химический журнал. 2007; 51(1): 107-113.

6. Youkai Wang, Huinan Wei, Zhuangwen Li. Effect of magnetic field on the physical properties of water // Results in Physics. 2018; 8: 262-267.

7. Zhou K. X., Lu G. W., Zhou Q. C., Song J. H., Jiang S. T., Xia H. R. Monte Carlo simulation of liquid water in a magnetic field // J. Appl. Phys. 2000; 88: 1802-1805.

8. Sronsri C., U-yen K., Sittipol W. Analyses of vibrational spectroscopy, thermal property and salt solubility of magnetized water // Journal of Molecular Liquids. 2021; 323:114613.

9. Al-Musawi S. M., Elmnifi M., Abdulrazig O. H.,Abdullah A. R., Jassim L., Majdi H. S., Habeeb L. J. Water heating rate as a function of magnetic field and electrical induction using solar energy // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2024; 11(2):316-324.

10. Mghaiouini R., Abdelhadi M., Hairch Y., Saifaoui D., Salah M., Abderrahmane E., Chahid E. G., Bensemlali M., Belhora F., El Mouden M., Monkade M., Bouari A. The effect of low frequency of electromagnetic field on the freezing and cooling process of water // Materials Today: Proceedings. 2022; 66(1):85-94.

11. Iwasaka M., Onishi S., Owada N. Effects of pulsed magnetic fields on the light scattering property of the freezing process of aqueous solutions // J. Appl. Phys. 2011; 109(7):109-111.

12. Zhou Z. P., Zhao H. H., Zhao H. X., Han J. The effects of alternating magnetic fields on supercooling phenomena of water and physiological saline // Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities. 2013; 27(2):205-209.

13. Zhou Z., Zhao H., Han J. Supercooling and crystallization of water under DC magnetic fields // CIESC Journal. 2012; 63(5):1408-1410.

14. Jin S., Sun S., Jiang X., Zhao Y., Wang Y., Deng Y. Effect of static magnetic field on the freezing process of deionized water and 0,9% NaCl solution // J Food Process Preserv. 2020; 44:14663.

15. Yiran Wang, Teng Xu, Gengbin Tan, Hailong Chen, Li Tao. Effects of low-intensity DC magnetic field on the freezing process of aqueous solution and beef // Food Science and Technology. 2021; 42(9):72221.

16. Zhao H., Hu H., Liu S., Han J. Experimental study on freezing of liquids under static magnetic field // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017; 25(9):1288-1293.

17. Aleksandrov V. D., Barannikov A. A., Dobritsa N. V. Effect of magnetic field on the supercooling of water drops // Inorg. Mater. 2000; 36(9):895-898.

18. Otero L., Rodriguez A. C., Sanz P. D. Effects of static magnetic fields on supercooling and freezing kinetics of pure water and 0,9% NaCl solutions // J. Food Eng. 2018; 217:34-42.

19. Nohara K., Tada Y., Takimoto A., Onishi H. Effects of alternating magnetic field on supercooling of water. The Proceedings of Mechanical Engineering Congress Japan. 2012; 12: J024033.

20. Семихина Л. П., Киселев В. Ф. Влияние слабых магнитных полей на свойства воды и льда // Изв. вузов. сер. Физ. 1988; 5:12-17.

21. Niino T., Nakagawa T., Noguchi S., Sato I., Kawai T., Yamashita H., Masamune K., Dohi T., Mihara M. Whole Ovary Cryopreservation Applying Supercooling under Magnetic Field // Mech. Eng. Cryopreserv. Reprod. Tech. 2012; 5:14-20.

22. Woo M. W., Mujumdar A. S. Effects of electric and magnetic field on freezing and possible relevance in freeze drying // Drying Technol. 2010; 28(4):433-443.

23. Sun W., Xu X. B., Zhang H., Xu C. X. Effects of dipole polarization of water molecules on ice formation under an electrostatic field // Cryobiology. 2008; 56:93-99.

24. Fallah-Joshaqani S. Evaluation of the static electric field effects on freezing parameters of some food systems // Int J Refrig. 2019; 99:30-36.

25. Orlowska M., Havet M., Le-Bail A. Controlled ice nucleation under high voltage DC electrostatic field conditions // Food Research International. 2009; 42:879-884.

26. Zhang X. X., Li X. H., Chen M. Role of the electric double layer in the ice nucleation of water droplets under an electric field // Atmospheric Research. 2016; 178:150-154.

27. Ma Y., Zhong L., Gao J., Liu L., Hu H., Yu Q. Manipulating ice crystallization of 0,9 wt% NaCl aqueous solution by alternating current electric field // Appl. Phys. Lett. 2013; 102:183701.

28. Sun W., Xu X., Sun W., Ying L., Xu C. Effect of alternated electric field on the ice formation during freezing process of 0,9%K2MnO4 water. Proceedings of the 8th international conference on properties and applications of dielectric materials. 2006; 2:774-777.

29. Kang T., You Y., Jun S. Supercooling preservation technology in food and biological samples: a review focused on electric and magnetic field applications // Food Sci Biotechnol. 2020; 29:303-321.

30. Rodriguez A. C., Otero L., Cobos J. A., Sanz P. D. Electromagnetic freezing in a widespread frequency range of alternating magnetic fields // Food Engineering Reviews. 2019; 11(2):93-103.

31. Takahashi K., Fujiwara Y. The Effects of AC electric field on ice nucleation in the super-cooling of a distilled water // IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering. 2023; 19(2):23965.

32. Stan C. A., Tang S. K., Bishop K. J. Whitesides GM. Externally applied electric fields up to 1,6× 105 Vm do not affect the homogeneous nucleation of ice in supercooled water // J. Phys. Chem. B. 2011; 115(5):1089-1097.

33. Lowe J. M., Hinrichsen V., Schremb M., Tropea C. Ice nucleation in high alternating electric fields: Effect of electric field strength and frequency // Physical Review E. 2021; 103(1):012801.

34. Shipunov B. P., Zakharova M. V. Change in the volume of water crystallization as a result of exposure to a high-frequency electromagnetic field // Chemistry Series. 2021; 101(1):53-60.

35. Zhang G., Zhang W., Dong H. Magnetic freezing of confined water // J. Chem. Phys. 2010; 133:134703

36. Inaba H., Saitou T., Tozaki K., Hayashi H. Effect of the magnetic field on the melting transition of H2O and D2O measured by a high resolution and supersensitive differential scanning calorimeter // J. Appl. Phys. 2004; 96:6127-6132.

37. Ayrapetyan S. N. Cell aqua medium as a preliminary target for the effect of electromagnetic fields // Bioelectromagnetics: Current Concepts. 2006; 5:31-64.

38. Petersen A., Schneider H., Rau G., Glasmacher B. A new approach for freezing of aqueous solutions under active control of the nucleation temperature // Cryobiology. 2006; 53:248-257.

39. Hindmarsh J. P., Russel A. B., Chen X. D. Fundamentals of the spray drying of foods –microstructure of frozen droplets // Journal of Food Engineering. 2007; 78:136-150.

40. Zaritzky N. Physical-chemical principles in freezing. In book: Handbook of Frozen Food Processing and Packaging, Second Edition. 2011, pp. 3-37.

41. Семихина Л. П. Изменение показателей преломления воды после магнитной обработки // Коллоидный журнал. 1981; 43(2):401-404.

42. Хайдаров Г. 3., Горбенко И. В. Некоторые вопросы физических методов исследования безреагентной обработки воды // Машиностроение и энергетика Казахстана. 1962; 5:21.

43. Татаринов Б. П., Карий Е. А. Исследование некоторых вопросов обработки воды магнитным полем // Ростовский ин-т инженеров ж. д. транспорта. 1964; 48:38.

44. Pang X. F., Deng B. The changes of macroscopic features and microscopic structures of water under influence of magnetic field // Physica B: Condensed Matter. 2008; 403:3571-3577.

45. Hosoda H., Mori H., Sogoshi N., Nagasawa A., Nakabayashi S. Refractive indeces of water and aqueous electrolyte solutions under high magnetic fields // The Journal of Physical Chemistry. 2003; 108:1461-1464.

46. Emilia E., Ledda M., Foletti A. Weak-field H3O+ ion cyclotron resonance alters water refractive index // Electromagn Biol Med. 2017; 36(1):55-62.

47. Wexler D., Drusova S., Woisetschlager J., Fuchs E. C. Non-equilibrium thermodynamics and collective vibrational modes of liquid water in an inhomogeneous electric field // Physical Chemistry Chemical Physics. 2016; 18:16281-16292.

48. Banachowicz E. M, Danielewicz-Ferchmin I. Static permittivity of water in electric field higher than 108 V m−1 and pressure varying from 0,1 to 600 MPa at room temperature // Physics and Chemistry of Liquids. 2006; 44(1):95-105.

49. Pang Xiao-Feng, Shen Gui-Fa. The changes of physical properties of water arising from the magnetic field and its mechanism // Modern Physics Letters B. 2013; 31(27):1350228

50. Mghaiouini R., Elmelouky A., Reddad E., Mohamade M., Abdeslam E. The influence of the electromagnetic field on the electric properties of water // Mediterranean Journal of Chemistry. 2020; 10:507-515.

51. Shen X. Increased dielectric constant in the water treated by extremely low frequency electromagnetic field and its possible biological implication // J. Physics: Conference Series. 2011; 329(1):012019.

52. Уманский Д. И. Влияние магнитного поля на диэлектрическую проницаемость технической воды // Журнал технической физики. 1965; 2:2245-2248.

53. Ibrahim H. I. Biophysical properties of magnetized distilled water // Egypt. J. Solids. 2006; 29(2):363-369.

54. Киселев В. Ф., Салецкий А. М., Семихина Л. П. О влиянии слабых магнитных полей и СВЧ-излучения на некоторые диэлектрические и оптические свойства воды и водных растворов // Теор. и эксперим. Химия. 1988; 3(2):330-334.

55. Семихина Л. П. Определение магнитных и диэлектрических свойств связанной воды с помощью индуктивных L-ячеек // Научное приборостроение. 2006; 16(1):47-52.

56. Букатый В. И., Нестерюк П. И., Черненко П. П. Влияние магнитных полей и электромагнитного излучения на физико-химические свойства воды // Вестник алтайской науки. 2010; 1(8):47-53.

57. Jawad S., Karkush M., Kaliakin V. Alteration of physicochemical properties of tap water passing through different intensities of magnetic field // Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2023; 32(1):20220246.

58. Бессонова А. П., Стась И. Е. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на физико-химические свойства воды и ее спектральные характеристики // Ползуновский вестник. 2008; 3:305-309.

59. Holysz L., Szczes A., Chibowski E. Effects of a static magnetic field on water and electrolyte solutions // J. Colloid Interface Sci. 2007; 316(2):996-1002.

60. Kumar A., Mandal A., Sudhkar T. Designing of an electromagnet producing gradient MF and its effect on water properties // Advances in Engineering Design. 2021; 149-158.

61. Комова Н. Н., Курницкий Г. А., Сергиенко Е. А. Влияние внешних воздействий на физические свойств воды // The Scientific Heritage. 2020; 50(3):24-38.

62. Wu T., Brant J. A. Magnetic Field Effects on pH and Electrical Conductivity: Implications for Water and Wastewater Treatment // Environmental Engineering Science. 2020; 37(11):0182.

63. Акопян С. Н., Айрапетян С. Н. Исследование удельной электропроводности воды при воздействии постоянного магнитного поля, электромагнитного поля и низкочастотных механических колебаний // Биофизика. 2005; 50(2):265-270.

64. Шишкин Г. Г., Агеев И. М., Еськин С. М., Рыбин Ю. М., Шишкин А. Г. Аномальное поведение электропроводности воды при различного рода слабых воздействиях. Тез. докл. V межд. конгресса Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине. – С.-Петербург, 2009; 155-161.

65. Санкин Г. Н., Тесленко B. C. Инерционность изменения электропроводности воды в слабых постоянных магнитных полях // ЖТФ. 2000; 70(3):64-65.

66. Szczes A., Chibowski E., Hołysz L., Rafalski P. Effects of static magnetic field on water at kinetic condition // Chem. Eng. Process. 2011; 50(1):124-127.

67. Гоняев А. В., Барышев М. Г. Исследование влияния ЭМП крайне низких частот на физикохимические характеристики дистиллированной воды, водных растворов виноградной аминокислоты и желатина // Молодой ученый. 2010; 5(16):126-128.

68. Сусляев В. И., Павлова А. А. Оценка изменения структуры воды от внешних воздействий по измеренным спектрам диэлектрической проницаемости в СВЧ-диапазоне // Доклады ТУСУР. 2010; 2-2(22):196-199.

69. Клочков А. В., Соломко О. Б. Активизация магнитного воздействия на воду при перемешивании // Вестник БГСХА. 2021; 2:154-159.

70. Blyumenfel’d L. A., Gol’dfeld M. G. The effect of a magnetic field on the electrical conductivity of water and aqueous solutions of electrolytes // J. Struct Chem. 1968; 9:316-320.

71. Агеев И. М., Шишкин Г. Г. Изменение проводимости воды при ее нагревании различными типами источников тепла, включая биообъекты // Биофизика. – 2002, т. 47, вып. 5, с. 782-786.

72. Агеев И. М., Шишкин Г. Г., Еськин С. М. Водоэлектрические датчики для регистрации слабых физических полей и биоизлучения // Труды МАИ. – 2006, вып. 24.

73. Чиркова В. Ю., Шарлаева Е. А., Стась И. Е. Изменение когезионных и адгезионных характеристик воды как результат электромагнитного воздействия // Известия вузов. Прикл. химия и биотехнология. 2019; 9(2):222-231.

74. Fujimura Y., Iino M. Magnetic field increases the surface tension of water // J. of Physics: Conference Series. 2009; 156(1):1-5.

75. Fujimura Y., Iino M. The surface tension of water under high magnetic fields // J. Appl. Phys. 2008; 103(12):124903.

76. Iino M., Fujimura Y. Surface tension of heavy water under high magnetic fields // Appl. Phys. Lett. 2009; 94:1641.

77. Toledo E. L., Ramalho T. C., Magriotis Z. M. Influence of magnetic field on physical-chemical properties of the liquid water: Insights from experimental and theoretical models // J. Mol. Struct. 2008; 888(1-3):409-415.

78. Cho Y. I., Lee S. H. Reduction in the surface tension of water due to physical water treatment for fouling control in heat exchangers // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2005; 32(1-2):1-9.

79. Hasaani A. S., Hadi Z. L., Rasheed K. A. Experimental study of the interaction of magnetic fields with flowing water // International Journal of Basics and Applied Science. 2015; 3(3):1-8.

80. Pang X., Deng B. Investigation of changes in properties of water under the action of a magnetic field // Sci. China Ser. Phys. Mech. and Astron. 2008; 51(11):1621-1632.

81. Otsuka I., Ozeki S. Does Magnetic Treatment of water Change Its Properties? // The Journal of Physical Chemistry B Letters. 2006; 110:1509-1512.

82. Duenas J. A., Weiland C., Nunez M. A., Ruiz-Rodriguez F. J. Effect of low intensity static magnetic field on purified water in stationary condition: Ultraviolet absorbance and contact angle experimental studies // Journal of Applied Physics. 2020; 127:133907.

83. Amiri M. C., Dadkhah A. A. On reduction in the surface tension of water due to magnetic treatment // Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects. 2006; 278:252-255.

84. Gonet B. Influence of constant magnetic fields on certain physiochemical properties of water // Bioelectromagnetics. 1985; 6:169-175.

85. Cai R., Yang H., He J., Zhu W. The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds // J. Mol. Struct. 2009; 938(1-3):15-19.

86. Lielmezs J., Aleman H., Fish L. Weak transverse magnetic field effect on the viscosity of water // Zeitschrift fur Physikalische Chemie. 1977; 99(1-3):117-130.

87. Ishii K., Yamamoto S., Yamamoto M., Nakayama H. Relative change of viscosity of water under a transverse magnetic field of 10 T is smaller than 10− 4 // Chemistry letters. 2005; 34(6):874-875.

88. Viswat E., Hermans L. F., Beenakker J. J. M. Experiments on the influence of magnetic fields on the viscosity of water and a water-NaCl solution // Phys. Fluids. 1982; 25:1794-1796.

89. Ghauri S. A., Ansari M. S. Increase of water viscosity under the influence of magnetic field // J. Appl. Phys. 2006; 100(6):100-102.

90. Sueda M., Katsuki A., Nonomura M., Kobayashi R., Tanimoto Y. Effects of high magnetic field on water surface phenomena // J. Phys. Chem. C. 2007; 111:14389-14393.

91. Gang N., St-Pierre L. S., Persinger M. A. Water dynamics following treatment by one hour 0,16 Tesla static magnetic fields depend on exposure volume // Water. 2012; 3:122-131.

92. Gonet J., Hirota N., Kitazawa K., Shoda M. Magnetic field enhancement of water vaporization // J. Appl. Phys. 1999; 86:2923-2925.

93. Guo Y. Z., Yin D. C., Cao H. L., Shi J. Y., Zhang C. Y., Liu Y. M., Huang H. H., Liu Y., Wang Y., Guo W. H., Qian A. R. Evaporation rate of water as a function of a magnetic field and field gradient // International journal of molecular sciences. 2012; 13(12):16916-16928.

94. Poulose S., Alvarez-Brana Y., Basabe-Desmonts L., Benito-Lopez F., Coyle D. Magnetic Field Enhancement of Water Evaporation in Confined Spaces // IEEE Magnetics Letters. 2023; 14:3500105.

95. Duenas J. A., Weiland C., Garcia-Selfa I., Ruiz-Rodríguez F. J. Magnetic influence on water evaporation rate: an empirical triadic model // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021; 539:168377.

96. Seyfi A., Afzalzadeh R., Hajnorouzi A. Increase in water evaporation rate with increase in static magnetic field perpendicular to water-air interface // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2017; 120:195-200.

97. Wu S., Sun Y., Jia S. Effects of magnetic field on evaporation of distilled water // J. Petrochemical Univ. 2006; 19(1):10-12.

98. Rashid F. L., Hassan N. M., Jafar A. M. Increasing water evaporation rate by magnetic field // Int. Sci. Investig. J. 2013; 2:61-68.

99. Yang Q. W., Wei H., Li Z. Enhancing water evaporation by combining dynamic and static treatment of magnetic field // Desalination Water Treat. 2021; 216:299-305.

100. Deng B., Pang X. Variations of optic properties of water under action of static magnetic field // Chin. Sci. Bull. 2007; 52:3179-3182.

101. Pang X. F., Deng B., Tang B. Influences of magnetic field on macroscopic properties of water // Mod. Phys. Lett. B. 2012; 26(11):50069.

102. Han X., Peng Y., Ma Z. Effect of magnetic field on optical features of water and KCl solutions // Optik-Int J Light Electron Optics. 2016; 127(16):6371-6376.

103. De Ninno A., Castellano A. C. On the effect of weak magnetic field on solutions of glutamic acid: the function of water // Journal of Physics: Conference Series. 2011; 329:012025.

104. Rai S., Singh N. N., Mishra R. N. Magnetic restructuring of water // Med. Biol. Eng. Comput. 1995; 33(4):614-617.

105. Majeed A. D., Salman S. M. A study of the effect of magnetic field on the absorption spectrum of distilled water // Al-Fateh Journal. 2006; 27:8.

106. Iwasaka M., Ueno S. Structure of water molecules under 14 T magnetic field // J. Appl. Phys. 1998; 83:6459-6461.

107. Mghaiouini R., Benzbiria N., Belghiti M. E., Belghiti H. E., Monkade M. Optical properties of water under the action of the electromagnetic field in the infrared spectrum // Materials Today: Proceedings. 2020; 30(4):1046-1051.

108. Pang X., Deng B. Infrared absorption spectra of pure and magnetized water at elevated temperatures // A Letter Journal Exploring the Frontiers of Physics. 2011; 92(6):65001.

109. Joshi K. M., Kamat P. V. Effect of magnetic field on the physical properties of water // J. Ind. Chem. Soc. 1966; 43:620-622.

110. Quickenden T. I., Betts D. M., Cole B., Noble M. Effect of magnetic fields on the pH of water // J. Phys. Chem. 1971; (18):2830-2831.

111. Algarra R. V., Zamora L., Fos G. M., Lopez P. A. Magnetized water: science or fraud? // J. Chem. Educ. 2008; 85(10):1416-1418.

112. Boufa N. Investigation of the effect of magnetic field on some physical properties of water // International Science and Technology Journal. 2021; 26:19.

113. Wu T., Brant J. A. Magnetic field effects on pH and electrical conductivity: Implications for water and wastewater treatment // Environ Eng Sci. 2020; 37(11):717-727.

114. Alkhazan M. K., Saddiq A. N. The effect of magnetic field on the physical, chemical and microbiological properties of the lake water in Saudi Arabia // Journal of Evolutionary Biology Research. 2010; 2(1):7-14.

115. Пасько О. А. Физико-химические изменения в водопроводной воде при ее обработке различными способами // Вода: химия и экология. 2010; 7:40-45.

116. Amor B. H., Elaoud A., Hozayn M. Does Magnetic Field Change Water pH? // Asian Research Journal of Agriculture. 2018; 8(1):1-7.

117. Саримов Р. М., Гудков С. В., Матвеева Т. А., Симакин А. В., Баймлер И. В., Троицкий А. В., Михайлова Г. Н., Ляхов Г. А., Пустовой В. И., Щербаков И. А. Влияние постоянного магнитного поля индукцией до 7 Тл на водные растворы // Физика водных растворов. 2020; 3:43.