Электрические свойства древесины

В этой группе свойств рассматривается электропроводность, элек­трическая прочность, диэлектрические и пьезоэлектрические свойства дре­весины. 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 прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное -прохождению тока по поверхности образца. Первый из названных показателей выражается в омах на сантиметр (Ом-см) 1x1x1 см. Второй показатель измеряется в омах и численно равен со­противлению квадрата любого размера. Сопротивление вдоль волокон у большинства пород в несколько раз меньше, чем поперек. Сухая древесина имеет очень малую электропроводность. С повышением влажности древесины ее сопротивление уменьшается. Пропитка древесины минеральными антисептиками уменьшает удельное сопротивление. 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. На зависимости величины электропроводности древесины от ее влажности основано устройство кондуктометрических влагомеров. Электрическая прочность древесины.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 Е_пр вдоль и поперек волокон. Прочность снижается в 2 раза при изменении влажности с 10 до 14%. Для повышения электрической прочности древесину пропитывают парафином, олифой, искусственными смолами и другими веществами. Диэлектрические свойства древесины.Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, характеризующиеся двумя показателями. Первый из них - относительная диэлектрическая проницаемость т.е.- численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздуш­ным зазором между электродами. Второй показатель - доля подведенной мощности, которая превраща­ется в тепло. 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. Пьезоэлектрические свойства древесины.На поверхности некото­рых диэлектриков под действием механических напряжений появляются электрические заряды- прямой пьезоэлектрический эффект. Эти материалы обладают также обратным пьезоэлектрическим эффектом, заключаю­щимся в том, что размеры их изменяются под действием электрического поля, показали что такими свойствами обла­дает и древесина, содержащая ориентированный компонент - целлюлозу. Наибольший эффект наблюдается при сжимающей и растягивающей нагрузках под углом 45° к волокнам. Механические на­пряжения, направленные строго вдоль или поперек волокон пьезоэлектри­ческого эффекта не вызывают. 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 эффект. Открытое явление позволяет глубже изучить тонкую структуру дре­весины. Показатели пьезоэлектрического эффекта могут служить количе­ственными характеристиками ориентации целлюлозы.

 

№19 Звуковые свойства древесины

В эту группу входят свойства, определяющие способность древесины проводить, поглощать и отражать звук, а также ее резонансные свойства. Распространение звука в древесине. Звук, как известно, представ­ляет собой механические волновые колебания, распространяющиеся в уп­ругих средах. Особенности распространения звуковых колебаний зависят от физических свойств среды и характеризуются рядом показателей. Скорость распространения звука С, м/с, в достаточно длинном стержне в направлении колебательного движения частиц мате­риала (продольные волны) определяется из соотношения

С=√Е/р. Скорость распространения звука, м/с, в древесине можно установить по резонансной частоте вынужденных продольных колебаний образца со­гласно уравнению С=2Lf0

Этот показатель можно также определить импульсным ультразвуко­вым методом. Для этого измеряют время х, с, распространения упругой продольной волны по длине образца /, м, и вычисляют С, м/с, по формуле C=L/t

Средние значения скорости распространения звука при продольных колебаниях, по данным МЛТИ и ЦНИИМОД, для комнатно-сухой древе­сины некоторых пород приведены ниже:

В плоскости поперек волокон скорость звука примерно в 3-4 раза меньше, чем вдоль волокон, причем в радиальном направлении она не­сколько выше, чем в тангенциальном. С увеличением влажности и темпе­ратуры древесины скорость распространения звука уменьшается. Скорость звука в других материалах составляет, м/с: в стали 5050, в свинце 1200, в каучуке 30, а в воздухе 330.

Важная характеристика древесины при оценке ее способности отра­жать и проводить звук -акустическое сопротивление, Па-с/м: R=pC

Величина этого показателя для комнатно-сухой древесины вдоль во­локон указана ниже:

По мере распространения звуковых волн в материале вследствие по­терь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. Логарифмический декремент продольных и изгибных колебаний вы­числяют с погрешностью не более 0,5 • 10~⁴ Нп* по формуле где /₀ - частота резонансных колебаний, Гц; /, и /₂ - частота колебаний с амплитудой, равной половине резонансной, Гц. Представление о порядке величин логарифмического декремента ко­лебания древесины дает табл. 28.

Величина декремента колебаний зависит от частоты. Увлажне­ние древесины вначале приводит к уменьшению декремента; при влажно­сти 6-8 % его значения достигают минимума; затем при повышении влаж­ности до предела насыщения клеточных стенок декремент возрастает, а при дальнейшем увлажнении почти не изменяется. Увеличение температу­ры древесины вызывает снижение величины декремента колебаний. Показатели, характеризующие распространение звука в древесине, используются для определения ее упругих постоянных и прочности. Ультразвуковые испытания древесины позволяют обнаруживать скрытые дефекты. Так, в свежесрубленных деревьях при положительных температурах по изменению скорости распространения ультразвука в по­перечных сечениях ствола можно обнаруживать внутреннюю гниль и ус­танавливать ее протяженность по длине ствола. Ультразвуковые методы применяют также для неразрушающего контроля качества древесины и древесных плит. Ультразвук повышенной интенсивности и частоты используют для обработки древесины с целью улучшения ее пропитки. Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность древеси­ны.Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослабле­нием интенсивности прошедшего через нее звука. Интенсивность звука прямо связана со звуковым давлением. Уровень звукового давления измеряется в децибелах. Для примера укажем, что уровень звукового давления, соответствующего обычному разговору, равен 60 дБ, уличному шуму - 70-80 дБ. При 120 дБ в слуховом аппарате человека воз­никают болевые ощущения. Величина звукоизоляционной способности древесины может быть оценена по разнице уровней звукового давления перед и за перегородкой из древесины, а также по относительному уменьшению силы звука, назы­ваемому коэффициентом звукопроницаемости. Так, при толщине 3 см звукоизоляция сосновой древесины составила 12 дБ, коэф­фициент звукопроницаемости 0,065; Способность древесины поглощать звук вызвана рассеянием звуко­вой энергии в структурных полостях и необратимыми тепловыми потеря­ми вследствие внутреннего трения. Для характеристики этого свойства ис­пользуют коэффициент звукопоглощения, представляющий собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к энергии пло­ской падающей волны. Резонансная способность древесины.Древесина широко применя­ется для изготовления излучателей звука музыкальных инструментов. Эту древесину называют резонансной. Энергия коле­бания струны передается деке, предназначенной для усиления звука и формирования его тембра. Значительная часть подводимой от струны к де­ке энергии расходуется на потери внутри материала деки, а также в местах ее закрепления на корпусе инструмента. Лишь 3-5 % общей энергии излу­чается в воздух в виде звука. Качество материала, обеспечивающего наибольшее излучение звука, оценивается по акустической константе, м⁴/(кг-с): Наибольшая величина акустической константы характерна для дре­весины ели, пихты и кедра, она составляет примерно 12 м"/(кгс). Ширина годичных слоев должна быть в зависимо­сти от вида музыкального инструмента не более 3-6 мм, а содержание поздней древесины в них не более 30 % (для дек концертных роялей не бо­лее 20 %); резонансная древесина должна быть равнослойной, не содер­жать сучков, пороков строения (см. ниже), особенно крени и наклона воло­кон. Скорость распространения звука в древесине С (поперек волокон) измеря­ют ультразвуковым методом. Следует отметить, что пока еще нет исчерпывающих объективных показателей качества древесины как материала для дек музыкальных инст­рументов. Акустическая константа может служить лишь приближенным критерием для первичного отбора древесины. Одна­ко в древесине за время выдержки в течение нескольких десятков лет (ста­рения) изменяется содержание гемицеллюлоз; такая древесина более ус­тойчива к температурно-влажностным воздействиям, и изготовленные из нее инструменты обладают большей стабильностью звуковых характеристик.

 

 

№ 21