Das Ziel der Forschungsarbeit besteht darin, einen Lösungsansatz zu finden, der es ermöglicht, Gefriervorgänge von wässrigen Systemen unter Verwendung von Magnetfeldern gezielt zu beeinflussen und zu steuern. Publikationen deuten darauf hin, dass der Schmelzpunkt des Wassers im Magnetfeld beeinflussbar ist [1]. Im Rahmen des Forschungsprojekts wird daher eine Versuchsapparatur entworfen und aufgebaut, mit deren Hilfe systematische Untersuchungen zum Schmelzpunkt von Wasser und wässriger Lösungen bei unterschiedlichen Magnetfeldstärken erfolgen.
Dem Anliegen der vorgesehenen Arbeit liegt die Intension zugrunde, wasserhaltige Systeme unabhängig von der einsetzenden Nukleation unterhalb des „normalen“ Gefrierpunktes bei 0 °C im Magnetfeld abzukühlen und anschließend durch Abschalten des Magnetfeldes schlagartig gefrieren zu lassen.
Die Ursache für eine magnetfeldbeeinflusste Veränderung des Schmelzpunkts/Gefrierpunkts wird in der Schwächung der Wasserstoffbrückenbindungen des Wassers im Magnetfeld gesehen.
Die durch Wasserstoffbrückenbindungen hervorgerufenen Besonderheiten des Wassers zeigen sich in unterschiedlichster Weise. In Abbildung 1 ist dies am Beispiel der Schmelzpunkte/Gefrierpunkte für Wasserstoffverbindungen der Elemente in der 6. Hauptgruppe des PSE (Periodensystem der Elemente) sowie für Alkohole (unter Einbeziehung von Wasser) innerhalb ihrer homologen Reihe dargestellt. Eine wesentliche Abweichung vom Kurvenverlaufstrend ist für Wasser ersichtlich, da hier die Wasserstoffbrückenbindungen am stärksten ausgebildet sind.
Eine praktische Anwendung der magnetfeldgesteuerten Gefrierpunkterniedrigung des Wassers könnte sich beispielsweise auf dem Gebiet der Produktqualitätsverbesserung in der Gefrierkostindustrie ergeben.
Quellen:
[1] L. Otero, A. C. Rodriguez, M. Pérez-Mateos und P. D. Sanz, „Effects of magnetic fields on freezing: application to biological products“, Food Science and Food Safety, Vol. 15; 2016.