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摘 要：1976年，日本人浅川勇吉发现浅川效应，即水在高压电场的作用下，蒸发速度会显著加快，而撤去电场后，其蒸发速度反而比正常情况下还慢，同时还伴随着水的表面张力变化等奇特现象。自发现以来，人们一直没有提出合理的理论来解释这一现象。为此提出了“水分子间氢键的破坏与重组”的观点，根据该观点，浅川效应的各种现象能得到很好的解释，具有普适性和科学合理性。
关键词：浅川效应 氢键 表面张力 极性分子
中图分类号：TQ028 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0072-02
1 浅川效应简介1
把水放在几千伏的高压电场中，电场能够显著地促进水的蒸发，这种现象被人们称作浅川效应。与自然状态正常蒸发相比，水在电场作用下的蒸发速度有时可达自然状态下的10倍。特别令人不可思议的是，如果把在电场中加速蒸发过的水撤出电场，让它自然蒸发，蒸发速度并不恢复到自然状态，而是比普通水在相同状态下的蒸发速度还要慢。我们做这样一个实验，在烧杯中加入150ml水，离水面21mm处安放一个小球状的高压电极，高压电源的另一电极接地；在烧杯下面垫一块金属，并用导线接地（如图1）。应注意的是一定要将水置于高压电极和接地电极产生的电场中，不要放在高压电源电极间的电场。
中。实验结果表明：5Kv的交流电场处理水时，蒸发速度比普通水在自然子为极性分子。水分子间由于氢键的作用，不是以单个H2O存在的，而是彼此可以结合为大的水分子团。液态的水是无数个由36～37个水分子组成的水分子聚团（簇）构成的。在自然情况下，这些水分子聚团大小方向千差万别。因为水分子中的共用电子对偏向于氧原子，所以氧原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。假设外加足够大且方向向上的电场时，电场能在物料中产生两种作用力。
为非均匀电场对物料内部水分子的牵引作用力，
式中为物料的介电常数，为空气的介电常数，和分别为物料中和空气中的电场强度。在这种情况下，氢原子受到向上的电场力，氧原子受到向下的电场力。强大的电场力能够克服氢键的束缚，因此，每个水分子就会发生轴心转动，这时氢原子便在氧原子上方。由于外加电场足够大，水分子中的共用电子对受到感应电场的电场作用力，克服了氧原子对它的吸引力后就会回到负极中心与正电荷中心的重合点。这样，水分子的极性就消失了，氢键也就被破坏了同时由于非均匀电场对物料表面层的作用力破坏了液体表面层的表面张力。水分子蒸发所需要的能量大大减少，水的蒸发速度大大增加。
洋葱一起放空气中，观察发芽情况。4个月后，没有处理的洋葱生根发了芽，而经过处理的则没生根发芽。如果把没处理的洋葱头浸在电场水中。4个月后，对照组的浸于普通水中的洋葱生根发了芽，长势茂盛。而浸于电场水中的洋葱虽然生了根却不发芽。可见电场水也有抑制植物发芽的作用。那为什么会出现上述情况呢？原来，水中的分子并不是以单一分子形式存在，而是几十个结成一个个的分子团。这些大个的分子团不利于人体及植物体的吸收，必须耗费能量将这些分子团“粉碎”成单分子才易被细胞吸收。细胞中的水和一般水不同，是有一定结构的活化水（活化水是只含5～6个水分子的小分子团，水分子团越小，活性越大），这种活化水有利于生物酶的生长6。现在用加温的方法，隔绝空气急剧冷却后便可得到活化水；用电场、磁场或振动的方法也可将普通水变成活化水。经电场处理过的洋葱放在空气中，氢键会将所有的水分子连成一个整体，所以活化水的含量很低，不利于生物酶的生长，从而抑制了发芽。而把电场处理过的洋葱头浸于电场水中，氢键就不能形成，提高了活化水的含量，所以促进其发芽。
2 在表面张力不同方面
经高压电场处理过的水，其表面张力会变大，这是为什么呢？根据本文的观点，水的表面张力与水质有关，水中若存在杂质，杂质就会插进各水分子间，从而削弱水分子间的吸引力因此水质越纯水的表面张力越大。自状态下的蒸发速度快10倍。直流负极处理水时蒸发速度快3倍，直流正极处理的情况快1.5倍。如果把在电场中加速蒸发过的水撤去电场，放在自然状态下蒸发，则比普通水在自然状态下的蒸发速度要慢。而且在电场中蒸发越快的水，撤去电场后蒸发速度越慢。同时，经过处理过的水会有一系列奇特而有趣的现象，例如，其表面张力会显著增大，而且能够有效抑制霉菌及藻类的生长，水的温度也会发生变化。
3 基于“氢键的破坏与重组”的新观点
氢键的定义：在探索浅川效应机理之前，我们有必要先了解一下什么是氢键。氢键就是氢原子与电负性的原子X（X带部分负电荷，如O、F、N等）共价结合时，共用的电子对强烈地偏向X的一边。使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合，形成X—H┅Y型的键。
4 对浅川效应各种现象的解释
4.1 对蒸发速度加快方面
我们知道，由于氧原子的电负性（电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。元素电负性数值越大，表示其在化合物中吸引电子的能力越强）较大。氢原子的电子受氧原子的静电吸引形成水分子间的氢键。同时，由于负极中心与正电荷中心不重合，整个水分1.1.2对水蒸发速度变慢方面
那为什么撤去电场后水的蒸发速度会比自然水还要慢呢？当撤去电场后，非均匀电场作用在物料表面层的力对液体表面层的表面张力的破坏消失了。同时，共用电子对受到的电场力也消失了。这时水分子中的共用电子对就会恢复到原来位置，氢键就会重新形成。由于所有的水分子的朝向都相同，氢键会将所有的水分子连成一个整体。这样一来，水分子簇的数目就会大大减少，分子簇间的碰撞摩擦就会减少，形成单个水分子的速度就会变慢。因此，此时水的蒸发速度比自然情况下还要慢。
4.2 对霉菌生长的抑制作用方面
由实验结果可知浅川效应对霉菌生长有抑制作用。那为什么会如此呢？本文認为经电场处理过的水中，所有的水分子都由氢键连成一个方向一致的整体，这样水分子集团间的空隙就会大大减少，水中的含氧量也会减少，而大多数霉菌是需氧型的。同时，霉菌要在这样的水中运动就必须消耗很多的能量来克服水分子间的氢键能。这样一来，霉菌的生长就受到了抑制。
4.3 对不同极性处理蒸发速度不同方面
那为什么直流负极处理水时蒸发速度快3倍，而直流正极处理水时快1.5倍呢？当用直流负极处理水时，电场方向向上，水分子转动稳定后氢原子在氧原子上面，这时与空气接触的原子个数比直流正极处理时要多一倍。这样一来表面水分子从空气中吸收能量时，前者就是后者的两倍，蒸发速度也就是后者的两倍，与实验结果相符。
4.4 对农作物生长的影响方面
实验表明：将洋葱头放在金属板上并接地，在距洋葱头10～20mm处接一点状电极，高压电源另一极接地。在电场中处理3分钟后，与没处理的然水中含有大量的气体固体杂质。而经高压电场处理过的水由于水分子排列变得一致，导致水分子簇间的空隙减少，水中的气体杂质含量大大减少，水质变纯。因此，水的表面张力变大。
5 结语
长期以来，我国的产业结构都处于不合理的状态，单位GDP能耗是日本的8倍，美国的4倍，印度与韩国的2倍，和我们发展类似的印度其能耗亦远远低于我们，我们应为此感到羞愧。因此，发展低碳经济，走可持续发展的道路已经成为历史发展的潮流。同时，科学发展观也指出：要统筹人和自然和谐发展、统筹经济社会发展。所以研究“浅川效应”的机理是十分必要的。同时应充分利用“浅川效应”低能耗、无污染、效率高的优势，淘汰落后产能，为我国的经济发展及节能减排作出应有的贡献。
参考文献
[1] 赵坚，杨占民.现代物理知识.2001，13（4）：29-30.
[2] 潘永康，王喜忠，刘相东.现代干燥技术.北京：化学工业出版社，2006：847-847.
[3] 丁昌江，杨军，梁运章.物理学和高新技术.2004，33（6）：435-437.
[4] 郭建民.高分子材料化学基础.北京：化学工业出版社，2009：17-17.
[5] 解广润.高压静电场.上海：上海科学技术出版社，1964：377-384.
[6] 马洪钱.兽医本草拾遗.北京：科学技术文献出版社发行部，2002：839-839.
关键词：浅川效应 氢键 表面张力 极性分子
中图分类号：TQ028 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0072-02
1 浅川效应简介1
把水放在几千伏的高压电场中，电场能够显著地促进水的蒸发，这种现象被人们称作浅川效应。与自然状态正常蒸发相比，水在电场作用下的蒸发速度有时可达自然状态下的10倍。特别令人不可思议的是，如果把在电场中加速蒸发过的水撤出电场，让它自然蒸发，蒸发速度并不恢复到自然状态，而是比普通水在相同状态下的蒸发速度还要慢。我们做这样一个实验，在烧杯中加入150ml水，离水面21mm处安放一个小球状的高压电极，高压电源的另一电极接地；在烧杯下面垫一块金属，并用导线接地（如图1）。应注意的是一定要将水置于高压电极和接地电极产生的电场中，不要放在高压电源电极间的电场。
中。实验结果表明：5Kv的交流电场处理水时，蒸发速度比普通水在自然子为极性分子。水分子间由于氢键的作用，不是以单个H2O存在的，而是彼此可以结合为大的水分子团。液态的水是无数个由36～37个水分子组成的水分子聚团（簇）构成的。在自然情况下，这些水分子聚团大小方向千差万别。因为水分子中的共用电子对偏向于氧原子，所以氧原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。假设外加足够大且方向向上的电场时，电场能在物料中产生两种作用力。
为非均匀电场对物料内部水分子的牵引作用力，
式中为物料的介电常数，为空气的介电常数，和分别为物料中和空气中的电场强度。在这种情况下，氢原子受到向上的电场力，氧原子受到向下的电场力。强大的电场力能够克服氢键的束缚，因此，每个水分子就会发生轴心转动，这时氢原子便在氧原子上方。由于外加电场足够大，水分子中的共用电子对受到感应电场的电场作用力，克服了氧原子对它的吸引力后就会回到负极中心与正电荷中心的重合点。这样，水分子的极性就消失了，氢键也就被破坏了同时由于非均匀电场对物料表面层的作用力破坏了液体表面层的表面张力。水分子蒸发所需要的能量大大减少，水的蒸发速度大大增加。
洋葱一起放空气中，观察发芽情况。4个月后，没有处理的洋葱生根发了芽，而经过处理的则没生根发芽。如果把没处理的洋葱头浸在电场水中。4个月后，对照组的浸于普通水中的洋葱生根发了芽，长势茂盛。而浸于电场水中的洋葱虽然生了根却不发芽。可见电场水也有抑制植物发芽的作用。那为什么会出现上述情况呢？原来，水中的分子并不是以单一分子形式存在，而是几十个结成一个个的分子团。这些大个的分子团不利于人体及植物体的吸收，必须耗费能量将这些分子团“粉碎”成单分子才易被细胞吸收。细胞中的水和一般水不同，是有一定结构的活化水（活化水是只含5～6个水分子的小分子团，水分子团越小，活性越大），这种活化水有利于生物酶的生长6。现在用加温的方法，隔绝空气急剧冷却后便可得到活化水；用电场、磁场或振动的方法也可将普通水变成活化水。经电场处理过的洋葱放在空气中，氢键会将所有的水分子连成一个整体，所以活化水的含量很低，不利于生物酶的生长，从而抑制了发芽。而把电场处理过的洋葱头浸于电场水中，氢键就不能形成，提高了活化水的含量，所以促进其发芽。
2 在表面张力不同方面
经高压电场处理过的水，其表面张力会变大，这是为什么呢？根据本文的观点，水的表面张力与水质有关，水中若存在杂质，杂质就会插进各水分子间，从而削弱水分子间的吸引力因此水质越纯水的表面张力越大。自状态下的蒸发速度快10倍。直流负极处理水时蒸发速度快3倍，直流正极处理的情况快1.5倍。如果把在电场中加速蒸发过的水撤去电场，放在自然状态下蒸发，则比普通水在自然状态下的蒸发速度要慢。而且在电场中蒸发越快的水，撤去电场后蒸发速度越慢。同时，经过处理过的水会有一系列奇特而有趣的现象，例如，其表面张力会显著增大，而且能够有效抑制霉菌及藻类的生长，水的温度也会发生变化。
3 基于“氢键的破坏与重组”的新观点
氢键的定义：在探索浅川效应机理之前，我们有必要先了解一下什么是氢键。氢键就是氢原子与电负性的原子X（X带部分负电荷，如O、F、N等）共价结合时，共用的电子对强烈地偏向X的一边。使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合，形成X—H┅Y型的键。
4 对浅川效应各种现象的解释
4.1 对蒸发速度加快方面
我们知道，由于氧原子的电负性（电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。元素电负性数值越大，表示其在化合物中吸引电子的能力越强）较大。氢原子的电子受氧原子的静电吸引形成水分子间的氢键。同时，由于负极中心与正电荷中心不重合，整个水分1.1.2对水蒸发速度变慢方面
那为什么撤去电场后水的蒸发速度会比自然水还要慢呢？当撤去电场后，非均匀电场作用在物料表面层的力对液体表面层的表面张力的破坏消失了。同时，共用电子对受到的电场力也消失了。这时水分子中的共用电子对就会恢复到原来位置，氢键就会重新形成。由于所有的水分子的朝向都相同，氢键会将所有的水分子连成一个整体。这样一来，水分子簇的数目就会大大减少，分子簇间的碰撞摩擦就会减少，形成单个水分子的速度就会变慢。因此，此时水的蒸发速度比自然情况下还要慢。
4.2 对霉菌生长的抑制作用方面
由实验结果可知浅川效应对霉菌生长有抑制作用。那为什么会如此呢？本文認为经电场处理过的水中，所有的水分子都由氢键连成一个方向一致的整体，这样水分子集团间的空隙就会大大减少，水中的含氧量也会减少，而大多数霉菌是需氧型的。同时，霉菌要在这样的水中运动就必须消耗很多的能量来克服水分子间的氢键能。这样一来，霉菌的生长就受到了抑制。
4.3 对不同极性处理蒸发速度不同方面
那为什么直流负极处理水时蒸发速度快3倍，而直流正极处理水时快1.5倍呢？当用直流负极处理水时，电场方向向上，水分子转动稳定后氢原子在氧原子上面，这时与空气接触的原子个数比直流正极处理时要多一倍。这样一来表面水分子从空气中吸收能量时，前者就是后者的两倍，蒸发速度也就是后者的两倍，与实验结果相符。
4.4 对农作物生长的影响方面
实验表明：将洋葱头放在金属板上并接地，在距洋葱头10～20mm处接一点状电极，高压电源另一极接地。在电场中处理3分钟后，与没处理的然水中含有大量的气体固体杂质。而经高压电场处理过的水由于水分子排列变得一致，导致水分子簇间的空隙减少，水中的气体杂质含量大大减少，水质变纯。因此，水的表面张力变大。
5 结语
长期以来，我国的产业结构都处于不合理的状态，单位GDP能耗是日本的8倍，美国的4倍，印度与韩国的2倍，和我们发展类似的印度其能耗亦远远低于我们，我们应为此感到羞愧。因此，发展低碳经济，走可持续发展的道路已经成为历史发展的潮流。同时，科学发展观也指出：要统筹人和自然和谐发展、统筹经济社会发展。所以研究“浅川效应”的机理是十分必要的。同时应充分利用“浅川效应”低能耗、无污染、效率高的优势，淘汰落后产能，为我国的经济发展及节能减排作出应有的贡献。
参考文献
[1] 赵坚，杨占民.现代物理知识.2001，13（4）：29-30.
[2] 潘永康，王喜忠，刘相东.现代干燥技术.北京：化学工业出版社，2006：847-847.
[3] 丁昌江，杨军，梁运章.物理学和高新技术.2004，33（6）：435-437.
[4] 郭建民.高分子材料化学基础.北京：化学工业出版社，2009：17-17.
[5] 解广润.高压静电场.上海：上海科学技术出版社，1964：377-384.
[6] 马洪钱.兽医本草拾遗.北京：科学技术文献出版社发行部，2002：839-839.