Per capire se il legno è un conduttore di elettricità è sufficiente individuarne le principali caratteristiche, non soltanto fisiche ma anche quelle meccaniche e tecnologiche.
Il legno è un materiale di origine vegetale che si ricava dal tronco degli alberi ed è formato da fibre di cellulosa unite tra di loro da una sostanza chiamata lignina. Di fatto, la sua resistenza, leggerezza e capacità di isolamento termico e acustico lo rendono perfetto per costruzioni e strutture di ogni tipo, come per esempio le casette di legno. Oltre ad essere un materiale naturale e sostenibile, il legno offre anche un’estetica unica e un fascino che si adatta sia a contesti tradizionali che moderni.
Le proprietà del legno si possono ordinare in tre gruppi, quelle fisiche, quelle meccaniche e quelle tecnologiche. Le prime hanno a che vedere con le sue dimensioni, come ad esempio la capacità di allargarsi a seconda del grado di umidità. Per quanto riguarda la resistenza, è importante sottolineare che questa comprende un diverso numero di caratteristiche e varia a seconda del grado di umidità e di stagionatura del legno; esso, infatti, in un ambiente particolarmente umido tende a gonfiarsi, mentre se fatto stagionare riduce le proprie dimensioni. Essendo, dunque, un materiale particolarmente resistente il legno è anche durevole nel tempo, se ben mantenuto. Un’altra componente della resistenza che influisce sulla durata è la capacità di poter sopportare forti pressioni. Il legno utilizzato, per esempio, nell’edilizia deve assicurare un’ottima resistenza alla compressione. Ha inoltre una buona resistenza alla curvatura, che varia però a seconda del tipo di legno. Infine, la proprietà della durezza assicura a questo materiale di resistere a scalfiture e alla penetrazione di un corpo, come nel caso di chiodi.
Un’ultima proprietà che lo rende il materiale adatto alla costruzione di casette di legno è la sua capacità isolante. Esso è infatti tra i migliori materiali isolanti, sia dal punto di vista termico, che acustico che elettrico. Di fatto, evita che si disperda calore all’interno di un ambiente, non lascia passare i suoni e non è un buon conduttore.
Il legno, grazie alle sue numerose proprietà precedentemente descritte, si conferma il materiale ideale per costruire delle casette da giardino, di piccole, medie e grandi dimensioni. Non solo: ad oggi è anche utilizzato come fonte di energia rinnovabile per il riscaldamento di stanze e abitazioni attraverso l’utilizzo di stufe tradizionali o a pellet.
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Nella costruzione di casette da giardino il legno, essendo isolante, garantisce una straordinaria protezione sia termica che acustica. L’ambiente interno potrà quindi mantenere una buona temperatura ed evitare accumuli di umidità, che sul lungo possono creare danni strutturali. Grazie alla sua alta resistenza, le casette di legno sono strutture solide e durevoli nel tempo, capaci di resistere alle intemperie, ai raggi solari e agli insetti, purché con il giusto grado di manutenzione.
Conduttori e Isolanti: Come Funzionano
Per conduttore elettrico si intende un materiale capace di far scorrere al suo interno energia elettrica per mezzo di elettroni liberi o specie ioniche con carica positiva e negativa in grado trasportare corrente.Proprio la differenza di struttura e le diverse caratteristiche alla base della conduzione permette di distinguere materiali conduttori da destinare ad usi elettrici da quelli isolanti, ecco quali sono i principi che ne regolano il funzionamento.
I materiali conduttori si distinguono per la loro capacità di condurre la corrente elettrica, che li differenzia da quelli isolanti che, al contrario, ne impediscono il passaggio.
Alla prima categoria appartengono i metalli (rame, argento, ferro, piombo e zinco), a cui viene applicata una specifica tensione elettrica che genera un passaggio di corrente grazie al fatto che gli atomi presenti al loro interno, non essendo strettamente legati al nucleo degli atomi, si possono muovono liberamente. Della seconda categoria, quella degli isolanti, fanno parte invece materiali quali plastica, vetro, gomma e legno, nei quali gli elettroni, legati agli atomi, non si spostano e pertanto non consentono alle cariche elettriche di liberarsi.
Semi Conduttori e Super Conduttori: le Differenze
Una ulteriore distinzione può essere determinata dalla differenziazione dei materiali conduttori in semi conduttori e superconduttori.
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Tra i primi troviamo il silicio, il germanio e l’arseniuro di gallio, che hanno proprietà intermedie tra le categorie dei conduttori di elettricità e quelle degli isolanti e compongono la maggior parte dei circuiti integrati e dispositivi di tipo elettrico.
I superconduttori, invece, sono i conduttori per eccellenza in quanto a basse temperature garantiscono una resistenza minima alla corrente elettrica.
Ovviamente non tutti i conduttori hanno la stessa capacità di trasportare corrente, pertanto se l’argento è in grado di condurre elettricità in modo molto più efficace del ferro, è altrettanto vero che non tutti i materiali isolanti sono efficaci nello stesso modo.
Tra questi, ad esempio la porcellana isola in modo più efficace del legno, mentre quest’ultimo viene considerato per eccellenza un cattivo conduttore di calore, vediamo nello specifico perché e quali sono le sue caratteristiche.
Il Legno è un Conduttore di Elettricità? Ecco Come Capirlo
Il legno, dunque, si può classificare tra i materiali isolanti e non tra i conduttori di elettricità, per capire meglio la differenza apriamo una piccola parentesi per conoscere le differenze tra i due e le sottocategorie in cui essi si distinguono. In particolare, la capacità termica si valuta sulla base della conduttività termica, che nel caso di un materiale poroso come il legno, costituito da un’alta percentuale di acqua e aria, oltre che da sostanza legnosa, risulta essere piuttosto bassa.
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La conducibilità elettrica G è la capacità di un materiale a lasciarsi attraversare da corrente elettrica. Il legno allo stato anidro è un buon isolante. All’aumentare del contenuto di umidità, diminuisce la resistenza elettrica molto rapidamente tendendo, in condizioni di saturazione delle pareti cellulari, a raggiungere asintoticamente all’incirca il valore dell’acqua. Per umidità 5 ≤ u ≤ 22% il logaritmo della resistenza elettrica è pressoché funzione lineare dell’umidità del legno. All’aumentare della temperatura, la resistenza elettrica diminuisce notevolmente.
Per valutare la capacità termica isolante di un elemento costruttivo risulta di particolare importanza la conduttività termica λ. Con essa si intende la quantità di calore che in un’ora passa attraverso un cubo di 1 m di spigolo, quando tra due superfici laterali parallele esiste una differenza di temperatura, costante nel tempo, di 1°K. Si misura in W/(mK). A causa della sua elevata percentuale di pori, il legno è un cattivo conduttore di calore.
Il materiale legno è costituito da sostanza legnosa, acqua ed aria e quindi la sua conduttività termica è funzione di: λLegno = f (massa volumica, umidità, struttura, temperatura). Per legno con un contenuto di umidità di circa il 20%, la conduttività termica perpendicolarmente alla fibratura assume valori λ┴ = 0,10 ÷ 0,20 W/(mK).
Umidità
Il legno è un materiale poroso-capillare. A seconda della massa volumica del legno, la percentuale dei pori è mediamente pari a 50-60%. Il legno ha quindi una grande superficie interna. Questo sistema costituito prevalentemente da cavità, come tutti i materiali porosi, assorbe vapore acqueo dall’aria circostante e può imbeversi, per capillarità, di acqua o di altri liquidi (ad es. soluzioni di sostanze protettive del legno, adesivi).
L’umidità del legno (detta anche tenore di umidità o contenuto di umidità) ne influenza praticamente tutte le caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche. La stabilità dimensionale assume un ruolo rilevante e può essere garantita se, in fase di lavorazione, il legno possiede un umidità che manterrà anche nel successivo impiego.
Il contenuto in acqua percentuale del legno (o umidità percentuale del legno) u è il rapporto tra la massa dell’acqua contenuta nel campione di legno di cui si vuole determinare l’umidità (mu - m0) e quella dello stesso campione allo stato anidro m0. Secondo questa definizione l’umidità del legno u può superare il 100%.
Nella pratica si incontrano soprattutto il metodo dell’essiccazione ed i procedimenti elettrici di misurazione dell’umidità del legno (facilmente applicabili). Il metodo dell’essiccazione è un procedimento di misura molto esatto, impiegato soprattutto per analisi scientifiche ma anche come termine di paragone per la calibratura degli igrometri e dei procedimenti di misura dell’umidità del legno.
Secondo questo metodo, il campione di legno appena preparato viene pesato (mu), essiccato in una stufa a circolazione d’aria ad una temperatura di 103 ± 2° C fino a che due pesate successive risultino uguali (m0). In base alla diminuzione della massa si può ricavare, con la formula del paragrafo precedente, l’umidità del campione.
Essendo un materiale igroscopico, il legno stabilisce un equilibrio con l’ambiente circostante assorbendo (adsorbimento) o cedendo (desorbimento) vapore acqueo. Per le diverse situazioni climatiche, si considerano le umidità di equilibrio ueq,ad o ueq,de [%]. L’umidità di equilibrio nella situazione di adsorbimento è però diversa da quella relativa al desorbimento, ovvero vale la relazione ueq,ad ≠ ueq,de.
Le curve a due flessi di adsorbimento e di desorbimento del legno (curve ueq a temperatura costante) mostrano un fenomeno di isteresi nello scambio di vapore acqueo.
L’umidità di saturazione (delle pareti cellulari) us [%] è quell’umidità del legno per la quale tutte le pareti cellulari (ossia l’intero sistema capillare all’interno di esse) sono completamente sature di acqua. Se l’umidità del legno si trova al di sopra del punto di saturazione (u > us), l’acqua si trova allo stato liquido nel lume delle cellule come cosiddetta “acqua libera” o “di imbibizione” (perché del tutto indipendente dalle pareti cellulari). Variazioni di umidità in questo intervallo influenzano pochissimo le caratteristiche fisico-meccaniche del legno.
Per umidità del legno al di sotto del punto di saturazione (u < us), l’acqua viene adsorbita o desorbita solo dalle pareti cellulari come cosiddetta “acqua legata” o “di saturazione”. In questo intervallo, l’acqua immagazzinata ha un’influenza decisiva sulle caratteristiche fisico-meccaniche del legno.
L’umidità di saturazione dipende dalla specie legnosa e per la maggior parte di esse si trova nell’intervallo 24% ≤ us ≤ 32%.
Temperatura
La dilatazione dovuta agli sbalzi termici è estremamente contenuta, addirittura quella effettiva è anche inferiore a quella teorica in quanto compensata dal ritiro dovuto alla diminuzione dell’umidità interna, conseguente all’aumento di temperatura. Si pensi che il legno ha un coefficiente di dilatazione lineare pari ad un terzo di quello dell’acciaio.
Caratteristiche Acustiche
Le caratteristiche acustiche del legno si riscontrano in diversi campi d’impiego, p. es. nelle costruzioni edili (acustica tecnica, isolamento fonico, sale concerto e simili), negli strumenti musicali e nelle prove non distruttive sui materiali.
Il suono è una vibrazione meccanica prodotta da un mezzo elastico. In base alla frequenza si può fare una differenziazione tra infrasuoni (non percettibili dall’udito umano, frequenze < 16 Hz), suoni percettibili dall’udito (16 Hz ÷ 20 kHz) ed ultrasuoni (> 20 kHz).
La velocità di propagazione del suono lungo la direzione della fibratura raggiunge valori di 4000 ÷ 6000 m/s, perpendicolarmente ad essa di 400 ÷ 2000 m/s. La velocità di propagazione del suono può essere misurata con strumenti ad ultrasuoni o mediante misurazione del tempo di percorrenza delle vibrazioni (onde) provocate da un adeguato impulso meccanico.
Massa, Struttura e Specie del Legno
La densità ρ è data dal rapporto tra la massa m ed il volume V. La densità della sostanza legnosa ρr è data dal rapporto tra la massa del legno anidro (completamente essiccato) m0 ed il volume della sostanza legnosa (al netto dei pori di parete) Vsostanza legnosa.
La densità della sostanza legnosa caratterizza la densità delle pareti cellulari esclusi i pori. Essa è pressoché la stessa in tutte le specie legnose (ca. 1.500 kg/m3) ed è perciò una costante del materiale legno. Oltre alla sostanza legnosa, il legno contiene acqua ed aria. Perciò, a seconda dell’umidità del legno, si farà distinzione tra densità apparente del legno (detta comunemente anche massa volumica) e la densità anidra.
La massa volumica ρu è data dal rapporto tra la massa mu ed il volume apparente (cioè vuoto per pieno) Vu del legno (comprensivo quindi del volume dei pori e dell’acqua in essi contenuta) ad una definita umidità u del legno.
La microstruttura e la macrostruttura del legno influenzano in modo determinante le sue proprietà meccaniche. Le cellule, infatti, sono allineate lungo una direzione preferenziale parallela all’asse del tronco. Queste cellule, paragonate a cilindretti molto allungati con discrete proprietà meccaniche, sono tenute assieme nella direzione trasversale da sostanze polimeriche con scadenti doti di resistenza e rigidità.
Il legno, dunque, non è isotropo ma può essere considerato ortotropo, ovvero possiede proprietà meccaniche uniche e indipendenti lungo tre assi perpendicolari tra loro.