Сколько заряда может впитать бетон

Выясняя, сколько заряда может впитать бетон, важно учитывать его диэлектрическую проницаемость и объём. В сухом состоянии бетон выступает диэлектриком, а при увлажнении его проводимость растёт.

Максимальный электрический заряд бетона определяется формулой $q = \varepsilon \varepsilon_0 E S$, где накопление происходит на поверхности или в объёме под действием электрического поля.

Обычно предельная величина заряда ограничена напряжением пробоя воздуха и влажностью самого материала.

Разбор по случаям

Примеры

Сухая плита. Рассчитаем электрический заряд бетона для сухой плиты площадью $S = 2\text{ m}^2$ при напряженности поля $E = 3000\text{ V/m}$ и диэлектрической проницаемости $\varepsilon = 5$.

Подставляя значения в формулу $q = \varepsilon \varepsilon_0 E S$, получим $q = 5 \cdot 8.85 \cdot 10^{-12} \cdot 3000 \cdot 2 \approx 2.65 \cdot 10^{-7}\text{ C}$.

Данный пример показывает крайне малую величину накопленного заряда в сухом монолите.

Влажная стена. Вычислим электрический заряд бетона для влажной стены такой же площади $S = 2\text{ m}^2$. При увлажнении диэлектрическая проницаемость материала возрастает до $\varepsilon = 20$.

При напряженности $E = 3000\text{ V/m}$ накопленный заряд составит $q = 20 \cdot 8.85 \cdot 10^{-12} \cdot 3000 \cdot 2 \approx 1.06 \cdot 10^{-6}\text{ C}$.

Влажный материал способен удерживать в четыре раза больше электричества.

Грозовой импульс в фундаменте. Рассчитаем электрический заряд, поглощаемый бетонным фундаментом объёмом $10$ м$^3$ при получении грозового импульса.

При токе молнии $I = 50$ кА и длительности фазы $\Delta t = 50$ мкс прошедший через конструкцию заряд равен $q = I \cdot \Delta t = 2.5$ Кл.

Этот заряд распределяется по капиллярной сетке материала, создавая плотность $0.25$ Кл/м$^3$. При критической напряжённости электрического поля $E = 3$ кВ/мм начинается ионизация пор с закипанием связанной воды. Конструкция рассеивает данный заряд в грунт за $1.2$ мс при сопротивлении заземления $10$ Ом, предотвращая взрывное разрушение блока.

Частые ошибки

• Считать бетон идеальным проводником, способным накапливать неограниченный объём электричества.
• Игнорировать влияние влажности пор на изменение диэлектрической проницаемости материала.
• Забывать о пределе электрического пробоя воздуха около поверхности конструкции.

Коротко

Напрямую ответ на вопрос, сколько заряда может впитать бетон, зависит от влажности, площади конструкции и напряженности внешнего поля. В реальных условиях сухой материал накапливает доли микрокулона, а влажный значительно больше.