Электропроводность дерева¶
Электропроводность дерева — способность древесины пропускать электрический ток, которая существенно зависит от влажности, породы, температуры и направления тока относительно волокон. Сухая древесина является диэлектриком с удельным сопротивлением порядка 10¹⁰–10¹⁴ Ом·см, тогда как свежесрубленная или замоченная в воде может иметь сопротивление на 6–8 порядков меньше и при определённых условиях пропускать ток, достаточный для поражения человека.
¶Физическая природа явления
Дерево состоит преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина — полимеров, не содержащих свободных электронов или ионов, способных к переносу заряда. В идеально сухом состоянии клеточные стенки работают как хороший изолятор. Электрический ток в древесине переносится преимущественно ионным механизмом: движением ионов водорода и гидроксильных групп, растворённых в содержащейся в клетках воде, а также ионов минеральных солей, вымываемых из древесины.
Ключевую роль играет связанная вода, заполняющая клеточные стенки и полости. При увеличении влажности от абсолютно сухого состояния до точки насыщения волокон (около 30 %) электропроводность растёт экспоненциально. Дальнейшее насыщение свободной водой в полостях клеток увеличивает проводимость ещё в несколько раз.
¶Факторы, определяющие проводимость
| Фактор | Влияние на сопротивление |
|---|---|
| Влажность | Главный фактор: снижение влажности с 30 % до 12 % увеличивает сопротивление в 10³–10⁴ раз |
| Порода | Лиственные породы (дуб, ясень) содержат больше экстрактивных веществ и солей, чем хвойные (сосна, ель) |
| Направление тока | Вдоль волокон сопротивление в 2–4 раза ниже, чем поперёк |
| Температура | Повышение на 10 °C снижает сопротивление примерно в 1,5–2 раза |
| Плотность | Более плотная древесина при равной влажности обычно проводит ток лучше |
Типичные значения удельного сопротивления при влажности 12 % составляют 10¹²–10¹⁴ Ом·см, при влажности 20 % — 10⁸–10¹⁰ Ом·см, при полном насыщении — 10³–10⁵ Ом·см.
¶Электробезопасность
Вопрос электропроводности дерева имеет практическое значение для электробезопасности. Деревянные опоры линий электропередачи, деревянные перекрытия и конструкции в сырых помещениях могут представлять опасность при пробое изоляции. Однако ток, проходящий через древесину, как правило, недостаточен для поражения при напряжениях до нескольких киловольт, если человек не касается одновременно токоведущей части и древесины.
Опасность возрастает в сырых подвалах, банях, погребах, где влажность древесины приближается к точке насыщения. Мокрая древесина при напряжении 220 В может давать ток утечки в десятки миллиампер, что достаточно для поражения при касании.
¶Применение
Электропроводность древесины используется в ряде прикладных технологий:
- Электроimpregnация — пропитка древесины антисептиками и огнезащитными составами под действием электрического поля. Ток, проходящий через влажную древесину, нагревает её и ускоряет проникновение растворов.
- Электротермическая обработка — сушка и пиролиз древесины с помощью пропускания тока через массив.
- Датчики влажности — измерение сопротивления древесины используется для определения её влажности в строительстве и деревообработке.
- Электропроводящие композиты — древесина, пропитанная электропроводящими полимерами или графитом, применяется в антистатических материалах.
¶Интересные факты
Молния, ударяющая в дерево, почти всегда его повреждает или разрушает: ток искает путь по влажным слоям под корой, испаряя воду и разрывая волокна. При этом дерево не является надёжным укрытием во время грозы.
В сухом состоянии древесина изолирует настолько хорошо, что её использовали как изолятор в ранних электрических установках: рукоятки рубильников, изоляторы, корпуса приборов изготавливались из твёрдых пород — самшита, груши, кости.
¶Источники
- ГОСТ 6433-77. Материалы электроизоляционные твёрдые. Методы измерения электрического сопротивления.
- Барский М. А. Физические свойства древесины. — Л.: ЛГТУ, 1991.
- Костин В. И. Физика древесины. — М.: Лесная промышленность, 1971.
- Справочник по деревообработке. Т. 1. Физические и механические свойства древесины.