Fizyka wody

[Sajuuk']

Witam szanownych bywalców FNP po długiej nieobecności. Sprowadza mnie tu pewien problem związany po trosze z historią nauki ale głównie z zachowaniem wody pod wpływem ładunku elektrostatycznego.

Otóż piszę artykulik o osiemnastowiecznych początkach nauki o elektryczności, w którym przyglądam się pierwszym doświadczeniom z elektryzowaniem organizmów żywych, w tym oczywiście ludzi. Źródła, z których korzystam uważają, że dostarczenie ładunków do organizmu rośliny albo zwierzęcia za pomocą maszyny elektrostatycznej i/lub butelki lejdejskiej wpływa na ich funkcjonowanie, np. przyspiesza metabolizm i przepływ krwi albo wody w kapilarach. Ich autorzy powołują się na doświadczenia z elektryzowaniem wody, w których wykazuje się, że powoduje ono zwiększone parowanie i przyspieszenie przepływu wody przez cienkie rurki i otwory.

Tu macie taki opis z podręcznika Osińskiego z 1803 roku. http://ebuw.uw.edu.pl/dlibra/doccontent?id=7510&dirids=1 Strona 187 (w książce 359).

Interesują mnie fizyczne podstawy tego zjawiska. Wiem skądinąd, że elektryczność statyczna powoduje zwiększone parowanie wody, ale nie znam mechanizmu tego zjawiska. Wiem, że większa szybkość przepływu przez kapilary może wynikać z większego parowania wody na szczycie rurki, ale zupełną zagadkę stanowi za to to drugie doświadczenie z wodą wypływającą z naczynia poddawanego elektryzacji.

To zagadnienie nie jest mi jakoś szczególnie potrzebne do pracy, ale jest na tyle ciekawe, że szukam jakiegoś objaśnienia.

[haael]

Witamy w świecie żywych.

Cząsteczka wody jest dipolem elektrycznym, tzn. ma więcej ładunku dodatniego po jednej stronie i więcej ujemnego po drugiej. Oznacza to m.in., że na krótkich dystansach będzie przyciągana przez ładunek statyczny, podobnie jak magnes jest przyciągany przez sztabkę żelaza.

Jeżeli mamy gdzieś ładunek ujemny, to cząsteczka obróci się w jego kierunku dodatnią stroną. Wtedy dodatnia strona będzie trochę bliżej ładunku (i będzie przyciągać) a ujemna trochę dalej (i będzie odpychać). Ze względu na różnicę odległości przyciąganie będzie trochę silniejsze, niż odpychanie. Na małych dystansach ten efekt jest znaczący.

Przepływ wody przez kapilary jest napędzany przez oddziaływanie międzycząsteczkowe (siły van der Waalsa). Kiedy naelektryzujesz kapilarę, masz dodatkową siłę związaną z dipolowym charakterem cząsteczki wody, stąd przepływ jest szybszy.

[zaciekawiony]

Pole elektryczne zmniejsza napięcie powierzchniowe wody, stąd zapewne różnice w przepływie.
Moja książka "Z fizyka za pan brat" podająca propozycje wielu ciekawych doświadczeń, pisze o tym tak:

Potrzymajmy naładowaną pałeczkę lub grzebień w pobliżu równomiernego, cienkiego strumienia wody: strumień będzie silnie przyciągany, przy czym obojętne jest, czy ładunek będzie dodatni czy ujemny. Indukcja elektrostatyczna wywołuje na powierzchni wodyładunki przeciwnego znaku, a wyparty ładunek tego samego znaku co ładunek laseczki, zostaje łatwo odprowadzony przez zwarty i przewodzący strumień i rurę do ziemi. 
(...) Budujemy wodotrysk o cienkim strumieniu wody o wysokości 50-80 cm. W górze strumień wody rozdziele się na krople, które opadają w dół. Jeżeli przybliżymy naładowaną pałeczkę do strumienia w dole (przy dyszy) to spowodujemy tworzenie się kropel niżej i większych. (...)
Co się dzieje z naszym strumieniem wody w polu elektrycznym? Wskutek naładowania cząsteczki wody odpychają się od siebie, jak mogą najdale. Krople tworzą się wcześniej i na mniejszej wysokości. Dalszej przyczyny omawianego zjawiska należy szukać w tym, że napięcie powierzchniowe wody zmniejsza się skoro nastąpi pole elektryczne

"Z fizyką za pan brat" Hans Backe, "Iskry" 1976

[Sajuuk']

Ok, dzięki za odpowiedzi. Fajnie, że tu jeszcze ktoś zagląda. Z historią nauki zawsze jest ten problem, że dyletanccy w niektórych sprawach perfidni humaniści, tacy jak ja, podchodzą do źródeł z za dużym sceptycyzmem i często są skłonni przyjąć, że eksperymentator coś sobie przywidział, podczas gdy obserwował rzeczywiste zjawisko.

Zapewne wyprodukuję jeszcze jakiś problem do wyjaśnienia.