Низкочастотные диэлектрические параметры водных объектов в электрических полях различной напряженности

Abstract

Using the example of water in the usual bulk state, as well as in the bound state inside the sorbent of fine river sand and drops of water-oil emulsion, it is substantiated that the dielectric parameters of water bodies in the frequency range less than 20 MHz significantly depend not only on the frequency, but also on the electric field intensity E in which these parameters are located. A change in E by several orders of magnitude in this work is provided by using two types of measuring cells – capacitor (C-cells) and inductive (L-cells), as well as measuring instruments with different operating principles. A sharp change in low-frequency relaxation processes in the usual bulk state of liquid water occurs when E decreases to a level at which conduction currents cease to arise in water and a further decrease in E has little effect. Relaxation processes only for the most mobile part of its molecules, and in very high fields realized in C-cells, on the contrary, only about the most bound molecules in its first adsorption layers. At the same time, the dielectric parameters of water-oil emulsions turned out to be sensitive to the presence of water droplets in them only in strong electric fields of C-cells. Thus, in this work, it is revealed for the first time that the stronger the interaction of water with the surrounding molecules in an object, the the higher values of E should be used to study low-frequency relaxation processes in it by the dielectric method.

На примере воды в обычном, объемном состоянии, а также в связанном состоянии внутри сорбента из мелкого речного песка и капель водонефтяной эмульсии обосновывается, что диэлектрические параметры водных объектов в области частот менее 20 МГц существенно зависят не только от частоты, но и от напряженности электрического поля E, в котором эти параметры находятся. Изменение E на несколько порядков в данной работе обеспечивается использованием двух типов измерительных ячеек – конденсаторных (C-ячеек) и индуктивных (L-ячеек), а также измерительных приборов с разным принципом действия. Резкое изменение низкочастотных релаксационных процессов в обычном, объемном состоянии жидкой воды происходит при уменьшении Е до уровня, при котором в воде перестают возникать токи проводимости и мало влияет дальнейшее снижение Е. В случае связанного состояния воды на поверхности частиц песка в слишком слабых полях можно получить информацию о релаксационных процессах лишь для наиболее подвижной части ее молекул, а в очень больших полях, реализуемых в C-ячейках, наоборот, только о наиболее связанных молекулах в ее первых адсорбционных слоях. В то же время диэлектрические параметры водонефтяных эмульсий оказались чувствительными к наличию в них капель воды лишь в сильных электрических полях C-ячеек. Таким образом, в данной работе впервые выявляется, что чем сильнее взаимодействие воды с окружающими ее молекулами в объекте, тем при более высоких значениях E следует исследовать в нем низкочастотные релаксационные процессы диэлектрическим методом.