26. Электрические и теплофизические свойства древесины.
К теплофизическим свойствам древесины относятся тепло емкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Известно, что теплоемкость материала характеризует его способность аккумулировать тепло. Показателем этого свойства является удельная теплоемкость с, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг массы материала на 1 К (или на °С). Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг°С). Процессы распространения (переноса) тепла в материале характеризуются двумя показателями — коэффициентом теплопроводности и коэффициентом температуропроводности.
Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, проходя щей в единицу времени через стенку из данного материала площадью 1 м и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1°С. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м°С).
Коэффициент температуропроводности а определяет инерционность материала, т.е. его способность выравнивать температуру. Показатель а численно равен от ношению коэффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема материала: .
Теплопроводность древесины. На способность древесины проводить тепло оказывают влияние многие факторы. Один из основных факторов — плотность древесины. По радиальному и тангенциальному направлениям поперек волокон коэффициенты теплопроводности и могут не сколько различаться. Дело в том, что в тангенциальном направлении вытянуты зоны поздней древесины годичных слоев. Поздняя древесина, особенно у хвойных пород, плотнее, чем ранняя, и, следовательно, более теплопроводна. Увеличению теплопроводности в радиальном направлении способствуют сердцевинные лучи с преимущественным расположением микрофибрилл вдоль длины луча.
Температуропроводность древесины. Величина коэффициента температуропроводности а определяется по уравнению, если известны значения двух других тепловых коэффициентов. Для абсолютно сухой древесины коэффициент температуропроводности, так же как и коэффициент теплопроводности, зависит от плотности. Однако с уменьшением плотности коэффициент температуропроводности возрастает.
Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых материалов, в том числе и древесины, происходит увеличение их объема. Коэффициент линейного теплового расширения а’ представляет собой изменение единицы длины тела при нагревании его на 1°С. Вследствие анизотропии древесины коэффициенты а’ по трем структурным направлениям различны. Наименьший коэффициент линейного расширения а’ в направлении вдоль волокон. Тепловое расширение поперек волокон значительно (иногда в 10—15 раз) больше, чем вдоль волокон, причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1,5—1,8 раза выше, чем в радиальном. Таким образом, наблюдается известная аналогия с анизотропией усушки (разбухания).
Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений—объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное ( )и поверхностное сопротивления ( ).
Способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях, называется электрической прочностью. Электрическая прочность абсолютно сухой древесины вдоль волокон в 4—7 раз меньше, чем поперек. С повышением влажности электрическая прочность заметно снижается, при этом уменьшается различие между вдоль и поперек волокон.
Диэлектрические свойства древесины. Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, проявляет свои диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя показателями. Первый из них — относительная диэлектрическая проницаемость — численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель — тангенс угла диэлектрических потерь определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в тепло.
Пьезоэлектрические свойства древесины. На поверхности некоторых диэлектриков под действием механических напряжений появляются электрические заряды. Это явление, связанное с поляризацией диэлектрика, носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический носитель – целлюлоза.
Источник
Вопрос 14 Теплоемкость и тепловое расширение древесины:
Коэффициент теплового расширения абсолютно сухой древесины положителен для всех структурных направлений, т.е. древесина расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Коэффициент линейного теплового расширения, т.е. условное изменение размеров образца при нагревании на 1°С, вдоль волокон не превосходит 5,7-10,6 на 1°С. Коэффициенты линейного расширения поперек волокон в 5. 15 раз больше. Но для образцов влажной древесины нагревание может привести к сокращению размеров из-за уменьшения степени набухания клеточных стенок при сушке древесины.
Теплоемкость древесины (удельная теплота) представляет собой отношение количества тепла, необходимого для поднятия температуры единицы веса древесины на 1°, к количеству тепла, потребному для поднятия температуры такой же единицы воды на 1°.
Теплоемкость древесины в абсолютно сухом состоянии почти не зависит от породы дерева и в пределах от 0 до 106° равняется 0,327. Теплоемкость несухой древесины слагается из теплоемкости абсолютно сухой древесины и теплоемкости находящейся в ней воды.
С повышением температуры и влажности теплоемкость древесины увеличивается. Для определения теплоемкости древесины при любой ее влажности и температуре можно пользоваться следующей формулой:
Cw = 26,6+0,116t+w/(100+w) Ккал/кг °С
где Cw — теплоемкость древесины при заданной влажности, W— влажность древесины, t — температура ее.
Вопрос 15 Сухое и влажное хранение круглых лесоматериалов
Для влажного способа характерно применение для лесоматериалов, предназначающихся для распилки, производства рудничной стойки и балансов, а также лущения и строгания. По ГОСТ 9014.1-78 производится защита древесины способом дождевания. Данный способ должен обеспечивать сохранность влажности древесины в коре на протяжении всего теплого периода. К таким способам относятся: плотная укладка с окоркой, затенение торцов, замораживание, дождевание, плотная укладка с сохранением коры в хлыстах и прочее.
Для предварительно окоренных лесных материалов используется сухой способ хранения. Для этого материалы укладывают в штабеля, потом затеняют и замазывают торцы. Необходимо учитывать данные о стойкости древесных пород против грибов, насекомых и растрескивания при выборе способа защиты и хранения лесоматериалов.
Вопрос 16 Формы влаги в древесине, влагопоглощение, водопоглощение, предел гигроскопичности.
Различают две формы влаги, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) влага находится в толще клеточных оболочек, свободная влага содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная влага удерживается в основном физико-химическими связями; ее удаление сопряжено со значительными затратами энергии и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная влага удерживается только физико-механическими связями, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Состояние древесины, при котором в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги, а свободной влаги нет, называется пределом гигроскопичности Wnr.
Способность древесины поглощать влагу из окружающего воздуха называется влагопоглощением. В первой стадии поглощения молекулы водяного пара из воздуха адсорбируются активной поверхностью микрофибрилл, находящихся в клеточной оболочке.
Вследствие пористого строения при непосредственном контакте с капельножидкой влагой древесина способна увеличивать свою влажность. Это свойство древесины называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной влаги (предел гигроскопичности) и наибольшего количества свободной влаги. Вполне очевидно, что это количество свободной влаги зависит от объема полостей в древесине поэтому чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность, характеризующая максимальное водопоглощение. Максимальная влажность может быть подсчитана по формуле:
где ро — плотность в абсолютно сухом состоянии; 1,54 — относительная плотность древесинного вещества; 30 — влажность при пределе гигроскопичности, %. Формула эта приближенная, так как влажность Wm и относительная плотность древесинного вещества взяты средние.
Источник