Конструкции с использованием дипольного момента молекулы водяного пара.

Одно из самых распространенных и загадочных веществ на Земле - вода - обладает важным для конструктора отличительным свойством: ее молекулы имеют дипольный момент, существенно превосходящий дипольные моменты других распространенных в природе веществ. Грешно этим свойством не воспользоваться. Ниже предлагаются конструкции, использующие именно это свойство воды.

Электроосушитель воздуха
В ряде районов нашей страны (Северо-Запад, Приморье и т.п.) влажность воздуха большую часть года весьма велика и ее относительные значения колеблются в пределах 90 - 100%. В отопительный сезон относительная влажность в помещениях снижается (за счет повышения температуры), но зато на граничных участках, прежде всего окнах, неприятностей хватает с избытком - это и запотевание и обмерзание стекол, «лужи» между рамами и на подоконниках и т.д. Существующие способы борьбы с этими явлениями - всякого рода поглотители влаги оставляют желать лучшего.

Между тем, задача снижения влажности воздуха в относительно изолированном помещении может быть решена значительно проще. По сути, дело сводится к тому, чтобы создать локальное перенасыщение воздуха влагой и, тем самым, обеспечить ее конденсацию. Молекулы водяного пара выгодно отличаются от всех остальных компонентов воздуха своим дипольным моментом, а это значит, что их можно двигать в нужном направлении градиентом электрического поля, в то время как на все остальные составляющие  воздуха этот градиент практически не будет действовать.

Вообще говоря, расчет распределения концентрации водяных паров в воздухе в неоднородном электрическом поле не представляет принципиальных трудностей, так же, как и расчеты выделения дополнительного тепла за счет конденсации. Несколько сложнее рассчитать изменение плотности воздуха при этом, так как плотность воздуха будет расти за счет его осушки и падать за счет подогрева от конденсации влаги, а каждый из этих процессов зависят от слишком многих трудно учитываемых факторов, но для практических целей эти расчеты не обязательны. Здесь проще обойтись «голой эмпирикой».

Вот как, например, может быть устроен оконный осушитель воздуха (см. рис. 1). Между двумя наклонными плоскостями, изготовленными, например, из оргстекла и скрепленных боковыми щеками, натянуты проволочные, покрытые диэлектриком (лаком, пленкой оргстекла) электроды 1, подключенные в шахматном порядке к полюсам высоковольтного источника. Ближняя к стеклу плоскость имеет внизу желобок 2 для сбора конденсата.
Рис. 1

Принцип работы очевиден: молекулы водяного пара благодаря большому дипольному моменту притягиваются к электродам (покрытие которых должно быть смачиваемо), здесь создается локальная перенасыщенность и происходит конденсация. Вода затем стекает по электродам на нижнюю плоскость, а по ней - в желобок, откуда и удаляется.
Измеритель влажности воздуха.
Концентрация водяного пара в атмосфере - абсолютная влажность - весьма существенный параметр, влияющий, а зачастую определяющий течение многих природных и производственных процессов. К сожалению, до сих пор не существует датчиков абсолютной влажности воздуха, способных надежно работать в системах автоматики. Волосной и ему подобные гигрометры хороши для обеспечения комфортных условий человеку. Описанный в статье А.И.Мамыкина способ измерения влажности, основанный на свойствах тонких пленок, обещает со временем решение этой проблемы, однако можно предложить более простую конструкцию, использующую дипольный момент молекулы воды.

Действительно, в составе атмосферного воздуха водяной пар резко выделяется среди других компонентов воздуха именно этим параметром. Некоторую конкуренцию воде может составить углекислый газ, но не в резонансном режиме измерения.

Итак, предлагается использовать резонансное поглощение энергии переменного электрического поля диполями водяного пара, ориентированными во внешнем однородном электрическом поле (рис. 2).  
Рис. 2. Блок-схема измерителя абсолютной влажности воздуха:
1 - автодин, 2 - источник постоянного электрического поля,
3 - измерительный конденсатор, 4 - блок регистрации. Разумеется, поля (здесь и далее имеются ввиду электрические поля) коллинеарны, амплитудное значение напряженности переменного поля много меньше, чем напряженность постоянного однородного поля. В этом случае следует ожидать резонансного поглощения на частоте, удовлетворяющей уравнению:
hn = Ed,
где h  - постоянная Планка,
n - частота переменного поля,
Е - напряженность постоянного однородного поля,
d - дипольный момент молекулы воды.