W jakich warunkach drewno, będące izolatorem elektrycznym, może przewodzić prąd?

Mówi się, że drewno jest dobrym izolatorem elektrycznym. Dlatego w przeszłości obudowy telewizorów i radioodbiorników były wykonane z drewna. Oprócz swoich właściwości izolacyjnych, drewno było również niemagnetyzujące, co zapewniało prawidłowe i bezpieczne działanie urządzeń. Prawdopodobnie słyszałeś również, że jeśli usiądziesz na drewnianym krześle, aby wymienić żarówkę, nic się nie stanie, ponieważ drewno nie przewodzi prądu. Jeśli jednak pada piorun, najbardziej niebezpiecznym miejscem jest drzewo. Istnieją niezliczone spektakularne obrazy wyładowań elektrycznych przez jedyne drzewo w krajobrazie. Nasuwa się pytanie: czy drewno przewodzi prąd? Kiedy i dlaczego drewno zmienia się z izolatora w przewodnik elektryczności, dowiesz się poniżej.

Czy drewno jest izolatorem elektrycznym?

Zależy to od zawartości wilgoci. Im niższa zawartość wilgoci, tym lepszym izolatorem elektrycznym jest drewno. Drewno bezwodne w ogóle nie przewodzi prądu. Przy zawartości wody 8-12%, jego zdolność przewodzenia prądu jest bardzo niska, a drewno jest nadal uważane za izolator. Wraz ze wzrostem zawartości wody wzrasta zdolność drewna do przewodzenia prądu. Zdolność ta zależy również od innych czynników, które wkrótce przeanalizujemy.

Różnica między powyższymi przykładami to nie tylko różnica w wilgotności, ale także siła przepływu prądu. Kiedy mówimy o normalnym prądzie elektrycznym, prądzie potrzebnym do zaświecenia żarówki lub działania urządzenia, mówimy o zdolności drewna do przepuszczania prądu lub nie. Ale jeśli jest to bardzo silny prąd elektryczny, taki jak błyskawica lub linie energetyczne, drewno jest po prostu przepuszczane, a jego zdolność do przeciwstawiania się prądowi jest bezużyteczna. Drewniany słup zostanie porażony w taki sam sposób jak drzewo, niezależnie od zawartości wilgoci. Dlatego zaleca się unikanie używania drewna w pobliżu linii energetycznych, np. wchodzenia na drewnianą drabinę podczas wykonywania czynności na wysokości.

Co decyduje o właściwościach elektroizolacyjnych drewna?

Prąd elektryczny to przepływ ładunków elektrycznych reprezentowanych przez elektrony lub jony. Niektóre materiały mają zdolność do przepuszczania tego przepływu, inne nie. Zdolność ta zależy od natury materiałów i ich składu chemicznego. Obecność wolnych elektronów lub jonów w składzie sprawia, że materiał jest dobrym przewodnikiem elektryczności, podczas gdy ich brak oznacza, że jest on zdolny do izolacji. Metale mają elektrony luźno związane z jądrem, dzięki czemu prąd elektryczny jest łatwo przewodzony. W podstawowych budulcach drewna - ligninie, celulozie i hemicelulozie - nie ma wolnych jonów, a elektrony są silnie przyciągane do jądra. Prąd elektryczny nie znajduje cząsteczek, które mogłyby go dalej przewodzić, więc przepływ ładunków zostaje zatrzymany.

Kolejną barierą dla elektryczności jest porowatość drewna. Gdy woda ucieka z drewna, w jego wnętrzu pozostają puste przestrzenie, w które może wnikać powietrze, które nie jest w stanie przenosić elektryczności. Dlatego drewno staje się coraz bardziej izolacyjne, gdy powietrze zastępuje wodę.

Opór elektryczny drewna

Zdolność drewna do przeciwstawiania się przepływowi prądu elektrycznego nazywana jest ropór elektryczny. Jest to najważniejsza właściwość elektryczna drewna i zależy od wilgotności, temperatury, gatunku, kierunku włókien, rozmiaru części, przyłożonego napięcia.

Wilgotność jest najważniejsza. Im jest ona niższa, tym lepiej drewno izoluje. Zwiększenie zawartości wilgoci w zakresie związanym z wodą, tj. do wilgotności 30%, znacznie zmienia zachowanie drewna. To właśnie na tej właściwości opiera się pomiar wilgotności drewna za pomocą wilgotnościomierza elektrycznego.

Temperatura jest odwrotnie proporcjonalna do oporu elektrycznego. Im wyższa temperatura, tym niższy opór elektryczny. Wynika to z faktu, że wyższa temperatura sprawia, że wolne jony w wodzie są bardziej aktywne.

Gatunek. Drewno nie jest materiałem jednorodnym, a jego gatunki są bardzo zróżnicowane. Zrozumiałe jest więc, że jego zachowanie również się różni. Sposób ułożenia porów, zawartość soli i podobnych substancji, powietrze wewnątrz drewna to czynniki, które wpływają na przewodność elektryczną.

Kierunek włókien. Przy tej samej wilgotności przewodność może być różna. Wynika to również z procentowej zawartości włókien podłużnych. Im wyższy ten procent, tym wyższa przewodność danego gatunku. Takie gatunki nadają się do stosowania w pirografii (wierzba, topola, frasin, molid).

Wymiary części. Im dłuższe i cieńsze drewno, tym łatwiej przepuszczany jest prąd. Krótsze i grubsze kawałki mają większą zdolność izolacji elektrycznej.

Co zmienia drewno z izolatora w przewodnik elektryczny?

To zawartość wody robi różnicę. Ale to nie sama woda przewodzi prąd, a rozpuszczone w niej sole. Czysta woda 100% jest doskonałym izolatorem elektrycznym. Kiedy sole rozpuszczają się w wodzie, tworzą jony, a woda staje się elektrolitem, który przewodzi prąd.

Woda natury, woda, która napędza żywność w stojącym drzewie i która musi zostać usunięta ze ściętego drzewa, aby przekształcić je w dobre drewno do budowyi lub mebli, nie jest czysta. Zawiera wiele rozpuszczonych soli, które stają się nośnikiem prądu elektrycznego. Gdy drewno wyschnie, część soli wydostaje się na zewnątrz, inne pozostają wewnątrz w postaci stałej, niezdolnej do przewodzenia prądu. Kiedy woda powraca, sole rozpuszczają się i roztwór elektrolitu pojawia się ponownie.

Najczęściej stosowanymi solami zwiększającymi przewodność drewna są chlorek sodu (sól kuchenna) i wodorowęglan sodu (soda oczyszczona).

Wykończone drewno może stać się lepszym przewodnikiem elektryczności, jeśli jest wykończone lakierem o wysokim połysku lub farbami lub patynami zawierającymi metal. Antyczne elementy z pozłacanymi lub posrebrzanymi krawędziami lub profilami przewodzą prąd lepiej niż zwykłe elementy.

Rysowanie w drewnie za pomocą elektryczności

Zdolność mokrego drewna do przewodzenia prądu jest wykorzystywana do produkcji tak zwanych figur Lichtenberga. Są to specyficzne wzory uzyskiwane poprzez spalanie drewna prądem elektrycznym i przypominają wyładowania elektryczne w powietrzu. Jest to bardzo niebezpieczna metoda, ponieważ do wytworzenia małego rysunku potrzeba co najmniej 2000 woltów. Informacje o metodzie tutajZaleca się jednak, aby go nie stosować, ponieważ jest to zbyt niebezpieczne.

Woda z wodorowęglanem sodu jest używana do przekształcania drewna w materiał przewodzący prąd. Sól kuchenna nie jest zalecana ze względu na toksyczne związki chloru powstające w wysokiej temperaturze wywołanej wyładowaniem tysięcy woltów.

Mam nadzieję, że powyższe informacje okażą się przydatne. Jak zawsze, dodatkowe informacje są mile widziane. A jeśli masz jakieś pytania lub wątpliwości, zostaw je poniżej w odpowiednim miejscu. Z pewnością odpowiem.