Химия и Химики № 6 2016. Дерево становится проводником электрического тока (зажгите лампу спичкой). Wood becomes conductor of electric current

Дерево (древесина) - изолятор: его электрическая проводимость при комнатной температуре очень низкая, особенно если дерево сухое. При нагревании древесина обугливается. Древесный уголь (графит с частично разупорядоченной решеткой) - проводник электрического тока: далеко не самый лучший, но проводник. На описанном принципе и основан наш эксперимент. Берем лампочку на 220 В, последовательно с ней включаем два электрода (гвозди, стальная проволока и т.п.), которые расположены параллельно на расстоянии порядка 1-2 см. Включаем это все в розетку. Лампа, разумеется, не горит, поскольку цепь разомкнута: электроды разделены сантиметром воздуха. Поместим сверху на электроды несколько спичек. Спички соединят электроды, но дерево - изолятор, поэтому лампа гореть не будет. Направим на лампу пламя газовой горелки. Дерево загорится и обуглится, уголь соединит два электрода, а поскольку уголь - проводник, то цепь замкнется и лампа загорится. Газовая горелка зажжет лампу.

На словах просто, однако, на практике все немного сложнее. Несколько нюансов.

1. Дерево нужно обуглить полностью.

Процесс обугливания дерева отличается, например, от разложения карбоната кальция (на оксид кальция и углекислый газ) тем, что термолиз дерева проходит множество стадий. Продукты промежуточных стадий нас не устраивают: карбонизация дерева должна быть полной. Признак этого: дерево прекращает гореть - пламя исчезает, дерево только тлеет (т.е. летучие горючие продукты термолиза больше не образуются).

2. В процессе нагрева спички могут изгибаться в пламени, в результате теряется контакт с электродами. Иногда помогает дальнейший нагрев: спички изгибаются до тех пор, пока снова не коснутся электрода. (Возможно, для улучшения контакта имеет значение и сам процесс нагрева). Нужно не перестараться и не сжечь уголь полностью.

В процессе обугливания спички нередко падают, поэтому перед опытом их нужно класть на электроды так, чтобы ни один конец не перевешивал другой (полезны петельки на электродах - см. ниже).

3. В некоторых случаях обугленную спичку можно поправить и прижать к электродам обычной спичкой - чтобы восстановить контакт. Электроды желательно делать с "петельками" на концах, и именно в петельки вставлять спички: это улучшает контакт.

4. В процессе опыта электроды покрываются окалиной и копотью. Между опытами желательно их счистить для улучшения контакта (по-видимому, это не обязательно).

5. В процессе опыта оголенные электроды находятся под напряжением 220 В. Экспериментатору много раз приходится проводить манипуляции с этими электродами: помещать на них спички, поправлять обугленные спички, демонстрировать мультиметром, что электроды под напряжением и т.д. Далеко не каждый опыт получается хорошо, поэтому рутинные процедуры нужно делать снова и снова. В результате легко забыть, что электроды под напряжением и случайно коснуться их.

В процессе опытов я коснулся электродов под напряжением дважды. Один раз - потными руками, стоя босыми ногами на линолеуме. Ладонь дернуло, я выронил плоскогубцы и проронил пару "культурных" слов. Второй раз вообще ничего не почувствовал. - Отделался легко.

Но если человек одновременно прикоснется к оголенным проводам и к заземленным предметам (труба водопровода, батарея центрального отопления и т.п.), результат может оказаться фатальным. Особенно плохо, если руки мокрые, т.к. электрическое сопротивление человеческого тела сосредоточено в основном в коже.

Итак, в цепи находится лампа на 220 В, последовательно с ней включены два электрода. Роль электродов в разных опытах играли гвозди, большие канцелярские скрепки и стальная проволока. Электроды расположены параллельно и на одном уровне (чтобы на них можно было сверху положить спички или кусочки дерева). Для доказательства, что цепь под напряжением соединяю электроды отверткой. Лампа ярко загорается. Убираю отвертку - лампа гаснет.

Помещаю на электроды несколько спичек, чтобы они их соединяли. Лампа не горит, поскольку дерево - изолятор. Направляю на спички пламя горелки, равномерно обугливаю их по всей длине. Когда от спичек остаются красные угольки, цепь замыкается, лампа загорается. В месте контакта спички с электродами часто вспыхивают синеватая электрическая дуга, сама спичка местами остается раскаленной докрасна. Это сопровождается характерным потрескиванием. Через несколько секунд или десятков секунд спичка сгорает, контакт теряется, лампа гаснет. Но часто контакт восстанавливается в новых местах, снова вспыхивает дуга, появляются искры и потрескивание. Лампа опять загорается: иногда ярко и почти равномерно, иногда тускло и с миганиями (в зависимости от того, насколько хороший контакт). При необходимости обугленные спички поправляют и прижимают к электродам с помощью несгоревшей спички. Если это не дает эффекта - направляют на обугленные спички пламя горелки.

По желанию в опыте можно использовать 3-4 спички или 1-2.

Watch the video / Смотреть Видео (270 Мб, .avi )