Физические свойства II

Тепловые свойства
К тепловым свойствам древесины относятся теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое линейное расширение.
Теплоемкость – способность древесины аккумулировать тепло.
Показатель теплоемкости – удельная теплоемкость С, кДж/кг·град – количество теплоты, необходимое для нагревания 1кг массы материала на 1 К (или на 1ºC).
Удельная теплоемкость древесины не зависит от породы.
С=1,55 кДж/кг·ºC для абсолютно сухой древесины при 0 ºC.
Влияние температуры и влажности на теплоемкость древесины отражает диаграмма П.С. Серговского.

Теплопроводность древесины характеризует ее способность проводить тепло.
Показателем этого свойства является коэффициент теплопроводности λ, Вт/м·ºC, который численно равен количеству теплоты, проходящему в единицу времени через стенку из данного материала площадью 1м2 и толщиной 1м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1ºC.
Коэффициент теплопроводности древесины λ зависит от ее температуры, влажности, породы, а также направления потока тепла относительно волокон.
λ = λном·Kρ·Kх
λном – номинальное значение коэффициента теплопроводности по диаграмме;
Kρ – коэффициент, учитывающий влияние базисной плотности древесины;
Kх – коэффициент, учитывающий влияние направление теплового потока.
Зависимость коэффициентов теплопроводности и температуропроводности древесины от влажности (по Г.С. Шубину и Э.Б. Щедриной). Сосна (ρб= 360 кг/м3), тепловой поток в радиальном направлении, температура t = 25 °С
Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины березы (ρб= 500 кг/м3), тепловой поток в радиальном направлении

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры древесины при нестационарном теплообмене (нагревании или охлаждении).
Коэффициент температуропроводности а, м2/с, определяет инерционность древесины, т.е. ее способность выравнивать температуру.
ρ – плотность древесины, кг/м3.
Влияние влажности на температуропроводность древесины поперек волокон иллюстрирует график.
Тепловое расширение древесины происходит при ее нагревании.
Тепловое расширение поперек волокон в 10 – 15 раз больше, чем вдоль волокон, в тангенциальном направлении в 1,5 – 1,8 раза выше, чем в радиальном.
Коэффициент теплового линейного расширения древесины α', 1/ ºC – изменение единицы длины тела при нагревании его на 1ºC.
Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины составляет 1/3 – 1/10 коэффициентов теплового расширения металлов, бетона и стекла.

Электрические свойства
К электрическим свойствам относятся электропроводность, электрическая прочность, диэлектрические и пьезоэлектрические свойства древесины.
Электропроводность – способность древесины проводить электрический ток, находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.
Полное сопротивление образца, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений – объемного и поверхностного.
Объемное сопротивление характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца. Показатель – удельное объемное сопротивление (Ом·см); численно равен сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размером 1×1×1см из древесины.
Поверхностное сопротивление характеризует сопротивление прохождению тока по поверхности образца. Показатель измеряется в Омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны квадрата.

Электрическая прочность – способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.
Электрическую прочность Епр, кВ/мм, вычисляют по формуле:
Uпр – эффективное пробивное напряжение, кВ;
h – толщина образца в рабочей зоне, мм.
Диэлектрические свойства древесины проявляются в переменном электрическом поле.
Показатели диэлектрических свойств – диэлектрическая проницаемость ε и тангенс угла диэлектрических потерь tg δ.
Зависимость диэлектрической проницаемости ε древесины поперек волокон (частота f = 5 МГц) от плотности при разной влажности W (по Р. Петерсону)

Тангенс угла диэлектрических потерь определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в тепло.
Показатель К = ε· tgδ, называется коэффициентом потерь.
Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь древесины ели поперек волокон от температуры и влажности при частоте f = 3 МГц (по А.А. Горяеву)
Пьезоэлектрические свойства
Явление, связанное с поляризацией диэлектрика (появлением электрических зарядов под действием механических напряжений), носит название прямого пьезоэлектрического эффекта.
Носитель пьезоэффекта в древесине – целлюлоза. Наибольший пьезоэлектрический эффект наблюдается при сжимающей и растягивающей нагрузках под углом 45° к волокнам.
Пьезоэлектрический эффект используется при разработке неразрушающих методов контроля качества древесины.

Звуковые свойства
Скорость распространения звука С, м/с, определяется из соотношения:
Е – динамический модуль упругости, Н/м2; ρ – плотность древесины, кг/м3.
Скорость распространения звука, м/с, в древесине можно установить по резонансной частоте вынужденных продольных колебаний образца согласно уравнению
Скорость распространения звука – можно также определить импульсным ультразвуковым методом.
τ – время, с, распространения упругой продольной волны по длине образца l, м.

Акустическое сопротивление древесины R, Па∙с/м характеризует ее способность отражать и проводить звук.
ρ – плотность древесины, кг/м3;
С – скорость распространения звука, м/с.
Rкомн. сух. = (28-33)*105 Па∙с/м
Скорость затухания колебаний и величину и величину внутреннего трения характеризует логарифмический декремент колебаний.
А1 и А2 – амплитуды звуковых колебаний, отделенные друг от друга интервалом в один период.
Звукоизолирующая способность оценивается по разнице уровней звукового давления перед и за перегородкой из древесины.
Уровень звукового давления измеряется в децибелах (дб).
Строительная норма звукоизоляции – 40 дб. У древесины звукоизоляция не велика, 12 – 20 дб и зависит от породы и толщины материала.

Е – динамический модуль упругости
Резонансная способность – способность усиливать звук без искажения.
Показатель – акустическая константа (константа излучения).
К = 12 м4/кг·с (ель, пихта, кедр)
Используется при изготовлении излучателей звука (дек) музыкальных инструментов.

Инфракрасное излучение
Поглощение инфракрасных лучей вызывает нагревание материала.
Использование:
сушка тонких сортиментов (шпон, щепа, стружка);
нагревание древесины при склеивании;
стерилизация древесины;
cушка лакокрасочных покрытий на древесине.
Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии излучений

Световое излучение
Световые лучи обладают большей проникающей способностью, чем инфракрасные.
Использование:
Обнаружение скрытых дефектов внутри древесины и изделий из нее (сучки, трещины, дефекты склеивания и т.п.);
Лазерная технология применяется в деревообработке (резьба, граверные работы, фигурный раскрой листовых древесных материалов).

Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение вызывает свечение – люминесценцию некоторых веществ.
Свечение, которое исчезает сразу же после прекращения облучения объекта, называется флуоресценцией.
Цвет и интенсивность свечения зависят от породы и состояния древесины (степени загнивания, влажности и температуры, шероховатости и т.д.).
Используется для обнаружения пороков древесины, контроля качества обработки и т. д.

Рентгеновское излучение
Рентгеновские лучи по-разному поглощаются отдельными участками тела. Чем выше плотность участка, тем меньше интенсивность прошедших через него лучей.
Использование:
обнаружение скрытых пороков (заросшие сучки, ходы насекомых, гнили, пустоты, металлические включения, внутренние трещины);
изучение плотности древесины;
изучение тонкого строения клеточной стенки;
определение величины и характера распределения влажности по сечению сортимента в процессе сушки.