Электрическая прочность и электропроводность древесины
Сопротивление древесины прохождению электрического тока зависит от влажности древесины, ее по роды, температуры, направления волокон и пр. С повышением влажности и с повышением температуры электрическое сопротивление древесины уменьшается; сопротивление древесины вдоль волокон меньше, чем в тангентальном и радиальном направлениях.
Таблица 19 – Электропроводность древесины (по Дубецкому)
Электрическая прочность древесины.
Электрическая прочность древесины (свойство древесины выдерживать напряжение тока) невелика (табл. 20). Она зависит от направления волокон, влажности и температуры. Меньше всего электрическая прочность вдоль волокон. С повышением влажности и температуры электрическая прочность понижается. После пропитки различными растворами электрическая прочность древесины возрастает.
Таблица 20 – Электрическая прочность (пробивное напряжение) древесины и других материалов (по Ванину)
| Материал или древесная порода | Влажность, % | Электрическая прочность (пробивное напряжение) в 1000 V на 1 см толщины (при частоте 80 Hz) |
| Асфальт | _ | 140 |
| Бакелит | — | 200 |
| Парафин | — | 150 |
| Слюда | — | 1500 |
| Стекло | — | 300 |
| Береза в радиальном направлении | 7,9 | 59,8 |
| Береза вдоль волокон | 8,2 | 15,2 |
| Дуб в радиальном направлении | 9,3 | 39,1 |
| Дуб вдоль волокон | 9,3 | 47,0 |
| Ольха в тангентальном направлении | 7,5 | 60,5 |
| Ольха в радиальном направлении | 7,5 | 56,4 |
| Воздух | — | 23,0 |
Таблица 21 – Электрическая прочность сухой и пропитанной древесины (пробивное напряжение в kV) (по Ванину)
| Состояние древесины | Электрическая прочность, kV |
| Воздушносухая | 60 |
| Сухая | 89 |
| Пропитанная олифой | 98 |
| Пропитанная трансформаторным маслом | 136 |
| Пропитанная парафином | 145 |
Таблица 22 – Диэлектрическая постоянная древесины
Источник
Электрические свойства древесины кратко
Древесина относится к диэлектрикам, для которых удельное сопротивление равно 10 8 — 10 ,? Ом-см. Этот показатель вдоль волокон у большинства пород в несколько раз меньше, чем поперек. Сухая древесина имеет очень малую электропроводность, примерно такую, как у лучших электроизоляционных материалов. С повышением влажности древесины ее сопротивление уменьшается.
Резкое падение сопротивления продолжается при повышении влажности до предела насыщения клеточных стенок. Электропроводность древесины при WnH больше электропроводности абсолютно сухой древесины в десятки миллионов раз. Дальнейшее повышение влажности за счет увеличения содержания свободной воды приводит к увеличению электропроводности лишь в десятки или сотни раз.
Поверхностное сопротивление древесины также существенно снижается с увеличением влажности.
Повышение температуры приводит к уменьшению объемного сопротивления древесины. Наибольшее влияние температуры заметно при сравнительно низкой влажности древесины. Так, увеличение температуры от 20 до 94 °С снижает сопротивление абсолютно сухой древесины в миллион раз, а древесины влажностью 22-24 % всего лишь в 100 раз.
При отрицательных температурах объемное сопротивление древесины возрастает.
Пропитка древесины минеральными антисептиками (например, хлористым цинком) уменьшает удельное сопротивление, в то время как пропитка креозотом мало отражается на электропроводности.
Электропроводность древесины имеет значение при разработке режимов ее отделки лаками в поле высокого потенциала; режимов резания древесины; методов снятия статических зарядов при шлифовании древесины и др.
2. Электрическая прочность древесины.Способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях, называется электрической прочностью. Для определения электрической прочности древесины при переменном напряжении, частотой 50 Гц разработан ГОСТ 18407-73.
Электрическую прочность Е^, кВ/мм, вычисляют с погрешностью до 0,01 по формуле
где Unp — эффективное пробивное напряжение, кВ; h — толщина образца в рабочей зоне, мм.
Электрическая прочность древесины по сравнению с другими твердыми изоляционными материалами невелика (у стекла Епр равна 30, у полиэтилена — 40 кВ/мм).
Для повышения электрической прочности древесину пропитывают парафином, олифой, искусственными смолами и другими веществами.
3.Диэлектрические свойства древесины. Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, проявляет свои диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя показателями. Первый из них- относительная диэлектрическая проницаемость в — численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель — тангенс угла диэлектрических потерь tgS определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в тепло. Методы определения диэлектрических показателей древесины пока не стандартизованы.
Диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой древесины примерно в 2 раза больше, чем воздуха. С возрастанием плотности древесины показатель существенно увеличивается. Значительно больше влияет увлажнение древесины .
При диэлектрическом нагреве температура повышается одновременно по всему объему древесины. Такой способ нагрева можно использовать в процессах ее сушки, склеивания, пропитки и др.
4. 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. Пьезоэлектрические свойства были вначале обнаружены у кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли и др. Эти материалы обладают также обратным пьезоэлектрическим эффектом, заключающимся в том, что размеры их изменяются под действием электрического поля. Пластинки из этих кристаллов находят широкое применение в качестве излучателей и приемников в ультразвуковой технике.
Исследования В.А. Баженова показали, что такими свойствами обладает и древесина, содержащая ориентированный компонент — целлюлозу.
Максимальный пьезоэлектрический эффект наблюдается в сухой древесине, с увеличением влажности он уменьшается и уже при влажности 6-8 % почти совсем исчезает. С повышением температуры до 100 °С его показатели увеличиваются. Чем выше модуль упругости древесины, тем меньше пьезоэлектрический эффект.
Способность проводить электрический ток характеризует электрическое сопротивление древесины. 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 сопротивление. Первый из названных показателей имеет размерность ом на сантиметр (ом х см) и численно равен сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размером 1X1X1 см из данного материала (древесины). Второй показатель измеряется в омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Электропроводность зависит от породы древесины и направления движения тока. В качестве иллюстрации порядка величии объемного и поверхностного сопротивления в табл. 22 приведены некоторые данные.
Таблица 22. Сравнительные данные об удельном объемном и поверхностном сопротивлении древесины.
4. Электрические и акустические свойства древесины.
Как показали многочисленные исследования электрических свойств древесины, ее электропроводность, т. е. способность проводить электрический ток, находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Существуют поверхностное и объемное сопротивления, которые в сумме дают полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами. Объемное сопротивление характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное – по поверхности. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления.
Исследования показали, что сухая древесина плохо проводит ток, но с повышением влажности ее сопротивление уменьшается. Это видно из данных, полученных при исследованиях (табл. 1).
Снижение поверхностного сопротивления происходит при увеличении влажности. Например, при увеличении влажности бука от 4,5 до 17 % поверхностное электрическое сопротивление уменьшается с 1,2 × 10 13 до 1 × 10 7 Ом.
Кроме того, в результате исследований установлено, что снижение электрического сопротивления древесины происходит при ее нагревании, особенно при ее низкой влажности Так, увеличение температуры от 20 до 94 °С снижает сопротивление абсолютно сухой древесины в 10 6 раз.
Акустические свойства. При исследованиях акустических свойств древесины установлено, что скорость распространения звука в древесине тем больше, чем меньше ее плотность и выше модуль упругости. Средние значения скорости звука вдоль волокон для комнатно—сухой древесины равны: дуб – 4720 м/с, ясень – 4730 м/с, сосна – 5360 м/с, лиственница – 4930 м/с. Далее исследования показали, что скорость звука поперек волокон в 3–4 раза меньше, чем вдоль волокон. Скорость распространения звука зависит от свойств материалов и в первую очередь от плотности, например в стали звук распространяется со скоростью 5050 м/с, в воздухе – 330 м/с, а в каучуке – 30 м/с. На данных, полученных при исследованиях акустических свойств древесины, построен ультразвуковой метод определения ее прочности и внутренних скрытых дефектов По существующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40, а междуэтажных – 48 дБ. Согласно данным исследований звукопоглощающая способность древесины низка, например звукоизоляция сосновой древесины при толщине 3 см составляет 12 дБ, а дубовой при толщине 4,5 см – 27 дБ. Как установлено исследованиями, наилучшие акустические свойства в части наибольшего излучения звука имеет древесина ели, пихты и кедра, которая используется для изготовления многих музыкальных инструментов: щипковых, смычковых, клавишных и др. Как показала практика, наилучшими акустическими свойствами обладает древесина длительной выдержки – в течение 50 лет и более.
4. Электрические и акустические свойства древесины.
Как показали многочисленные исследования электрических свойств древесины, ее электропроводность, т. е. способность проводить электрический ток, находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Существуют поверхностное и объемное сопротивления, которые в сумме дают полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами. Объемное сопротивление характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное – по поверхности. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления.
Исследования показали, что сухая древесина плохо проводит ток, но с повышением влажности ее сопротивление уменьшается. Это видно из данных, полученных при исследованиях (табл. 1).
Снижение поверхностного сопротивления происходит при увеличении влажности. Например, при увеличении влажности бука от 4,5 до 17 % поверхностное электрическое сопротивление уменьшается с 1,2 × 10 13 до 1 × 10 7 Ом.
Кроме того, в результате исследований установлено, что снижение электрического сопротивления древесины происходит при ее нагревании, особенно при ее низкой влажности Так, увеличение температуры от 20 до 94 °С снижает сопротивление абсолютно сухой древесины в 10 6 раз.
Акустические свойства. При исследованиях акустических свойств древесины установлено, что скорость распространения звука в древесине тем больше, чем меньше ее плотность и выше модуль упругости. Средние значения скорости звука вдоль волокон для комнатно—сухой древесины равны: дуб – 4720 м/с, ясень – 4730 м/с, сосна – 5360 м/с, лиственница – 4930 м/с. Далее исследования показали, что скорость звука поперек волокон в 3–4 раза меньше, чем вдоль волокон. Скорость распространения звука зависит от свойств материалов и в первую очередь от плотности, например в стали звук распространяется со скоростью 5050 м/с, в воздухе – 330 м/с, а в каучуке – 30 м/с. На данных, полученных при исследованиях акустических свойств древесины, построен ультразвуковой метод определения ее прочности и внутренних скрытых дефектов По существующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40, а междуэтажных – 48 дБ. Согласно данным исследований звукопоглощающая способность древесины низка, например звукоизоляция сосновой древесины при толщине 3 см составляет 12 дБ, а дубовой при толщине 4,5 см – 27 дБ. Как установлено исследованиями, наилучшие акустические свойства в части наибольшего излучения звука имеет древесина ели, пихты и кедра, которая используется для изготовления многих музыкальных инструментов: щипковых, смычковых, клавишных и др. Как показала практика, наилучшими акустическими свойствами обладает древесина длительной выдержки – в течение 50 лет и более.
Источник