УДК 537.222.22

ВОЗМОЖНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТОКОВ ИОНОВ СОЛЕЙ В СТВОЛАХ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Н.С. КАМАЛОВА, Н.Ю. ЕВСИКОВА, В.И. ЛИСИЦИН,

В.В. САУШКИН, Н.А. САВРАСОВА, Ю.А. РЕВИНА.

Воронежская государственная лесотехническая академия.

Ранее нами было показано [4], что в результате неоднородности температурного поля, возникающей при понижении температуры окружающей среды на ΔT, в стволе дерева в силу пироэлектрических [1] и пьезоэлектрических свойств целлюлозы [2] (основной составляющей древесины [3]) может возникнуть электрическое поле в радиальном направлении. Моделируя ствол дерева бесконечно длинным (поскольку высота дерева в десятки раз превышает радиус ствола) цилиндром радиуса r₀, считая, что пьезомодули , компоненты тензора диэлектрической проницаемости () и пироэлектрического коэффициента древесины () не зависят от координат, было получено выражение для напряженности электрического поля в радиальном направлении

.                                       (1)

Здесь Е₀ - модуль максимального значения напряженности электрического поля в момент времени t, определяется выражением

                            (2)

и зависит от пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств древесины.

Общеизвестно, что радиус ствола уменьшается с высотой. На рисунках 1 и 2 представлено распределение неоднородности электрического поля термического происхождения по радиальной составляющей в стволе дерева в течение длительного промежутка времени для различных пород древесины.

Анализируя данные зависимости, легко заметить, что поле неоднородно и в вертикальном направлении. Как известно [5], все сильно полярные жидкости, такие как вода, являются в большей или меньшей степени ионными полупроводниками. Их электропроводность обусловлена движением ионов, образованных диссоциацией основных молекул жидкости. Учитывая достаточно большую собственную электропроводность воды и ее большую диэлектрическую проницаемость (), можно утверждать, что наличие загрязнений и солей резко увеличивает ее электропроводность, т.к. при большом значении диэлектрической проницаемости жидкости степень диссоциации примеси велика. Поэтому в стволе дерева в полостях, заполненных водой [6], может возникнуть ионный ток, являющийся переносчиком солей. В [5] приводится следующий механизм движения иона соли в воде при наличии электрического поля. Ион прилипает к молекуле, входит в общий с ней комплекс и закрепляется. Однако, из-за теплового движения, он может с определенной вероятностью оторваться от молекулы (при этом его энергия расходуется на работу против сил сцепления с молекулой, то есть на энергию активации ) и, преодолев некоторый путь (сравнимый с размером молекулы), прилипнуть к новой молекуле. Исходя из распределения Больцмана и ограничиваясь первой степенью приближения, легко получить выражение для плотности ионного тока, возникающего в электрическом поле с напряженностью E

.                                                 (3)

Здесь - общее число молекул в единице объема, - заряд иона,- частота собственных колебаний иона в месте закрепления, - путь, проходимый ионом в направлении поля после закрепления, Т – температура жидкости. Подставляя (2) и (1) в (3), получим зависимость плотности тока ионов от радиуса ствола через 2 часа после того, как температура поменялась,

.                                                          (4)

Здесь - зависит от вязкости и плотности воды. Поскольку радиус ствола дерева уменьшается с высотой, а характер этого уменьшения зависит от особенностей дерева, то и плотность тока будет изменяться с высотой. На рисунках 3 и 4 приведены графические зависимости плотности тока от высоты для дуба и сосны, полученные с использованием данных таксации.

Предложенный механизм возникновения токов ионов солей в стволах деревьев может служить объяснением большой высоты деревьев в областях с резко континентальным климатом.

Библиографический список.

1.     Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред./ Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.- М.: Наука. 1982.- 620с.

2.     Баженов В.А. Пьезоэлектрические свойства древесины./ Баженов В.А. М.: Академия наук. 1959. 200с.

3.     Матвеев Н.Н., Постников В.В., Саушкин В.В. Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах./ Под ред. проф. Н.Н. Матвеева, Воронеж: ВГЛТА. 2000. 170с.

4.     Камалова Н.С., Евсикова Н.Ю., Лисицын В.И., Матвеев Н.Н., Постников В.В., Саврасова Н.А., Саушкин В.В.//Воронеж: ВГЛТА 2005, Т 1. С.294-297.

5.     Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров./ Под ред. Б.И. Сажина, Л.: Химия,1986- 224с.

6.     Чудинов Б.С. Вода в древесине/ Чудинов Б.С.- М: Наука.1984-268с.

УДК 537.222.22

Н.С. Камалова, Н.Ю. Евсикова, В.И. Лисицын, В.В. Саушкин, Н.А. Саврасова, Ю.А. Ревина. Возможность возникновения токов ионов солей в стволах деревьев при изменении температуры окружающей среды. С1-4.

На основании модели, представляющей дерево как цилиндр, радиус которого изменяется с высотой, получены графики зависимости от времени напряженности электрического поля, возникающего в стволе дерева из-за изменения температуры окружающей среды, на разных высотах. Расчеты проводились с использованием данных лесной таксации для дуба и сосны. Выяснилось, что напряженность электрического поля изменяется с высотой. На основании этих расчетов и теории ионного тока в жидкостях сделано предположение о механизме движение ионов солей в стволе дерева под действием электрических полей термического происхождения.