реферат физика древесины. реферат. физика древесины. тепловые свойства древесины.. Теплоемкость древесины Теплопроводность древесины
 Скачать 56.95 Kb.
|
|
Содержание. Введение. Теплоемкость древесины………………………………..3 Теплопроводность древесины…………………..............4 Температуропроводность древесины…………..............6 Температурные деформации древесины………………7 Влажность древесины…………………………………..9 Заключение……………………………………………..10 Список литературы…………………………………….13 Введение. Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал. Мой выбор встал на этой теме, так как эта тема в наше время стала актуальной. Ведь при стройке домов, конструировании мебели либо разных «аксессуаров» из древесины нужно учитывать некоторые такие тепловые свойства древесины как: температуропроводность и теплопроводность зависят от ее плотности, потому что в отличие от теплоемкости на эти тепловые свойства влияет наличие распределенных по всему объему древесины полостей клеток, заполненных воздухом. Коэффициент теплопроводности абсолютно сухой древесины растет с увеличением плотности, а коэффициент температуропроводности падает. Если полости клеток заполняются водой теплопроводность древесины растет, а температуропроводность понижается. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек.При использовании древесины в качестве топлива главное значение имеет такое тепловое свойство древесины, как теплота сгорания (теплотворная способность), составляющая для абсолютно сухой древесины 19,7...21,5 МДж/кг. Присутствие влаги сильно понижает ее значение. Теплота сгорания коры приблизительно такая же, как у древесины, кроме внешнего слоя коры березы (36 МДж/кг). Теплоемкость. Способность древесины поглощать тепло характеризуется теплоемкостью. В качестве меры используется удельная теплоемкость с, которая представляет собой количество тепла, необходимое для того, чтобы нагреть древесину массой 1 кг на 1о С. Размерность удельной теплоемкости — ккал/кг х град или в международной системе единиц СИ-дж/кг х град. Удельная теплоемкость абсолютно сухой древесины при температуре 0о равна 1,55 кДж/кг ∙ оС, с увеличением температуры и влажности теплоемкость возрастает. При влажности 60 % и температуре воздуха 20оС удельная теплоемкость древесины составит 1,78 кДж/кг ∙ оС. Величина теплоемкости имеет значение при сушке, пропаривании, пропаривании древесины. удельная теплоемкость с абсолютно сухой древесины в зависимости от температуры может быть найдена по формуле:  В пределах изменения температуры от 0 до 100° удельная теплоемкость абсолютно сухой древесины равна от 0,374 до 0,440 ккал/кг х град и в среднем равна 0,4 ккал /кг х град. При увлажнении теплоемкость древесины увеличивается, так как удельная теплоемкость воды (1,0 ккал/кг х град) больше теплоемкости абсолютно сухой древесины. При положительной температуре (выше 0°С) влияние влажности сказывается в большей мере, чем при отрицательной температуре. Например, увеличение влажности с 10 до 120% при температуре + 20° приводит к повышению теплоемкости на 70%; изменение влажности в тех же пределах, но при температуре -20°С вызывает увеличение теплоемкости всего на 15%; это объясняется меньшей теплоемкостью льда (0,5ккал/кг х град). Значение теплоемкости древесины при разной температуре и влажности можно определить по диаграмме на рис. 1.  Рис. 1 . Диаграмма для определения удельной теплоемкости древесины.Теплопроводность древесины. Теплопроводность определяет способность древесины проводить тепло и характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, который представляет собой количество тепла, проходящего в течение 1 ч через плоскую стенку площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположноных сторонах стенки 1° С. Размерность теплопроводности ккал/м ч х град) или, в системе СИ, вт/м. х град. Вследствие пористого строения древесины теплопроводность невысока. С увеличением плотности теплопроводность древесины возрастает. Так как теплопроводность воды при одинаковой температуре в 23 раза меньше теплопроводности воздуха, теплопроводность древесины в сильной мере зависит от влажности, увеличиваясь, с ее возрастанием. С увеличением температуры теплопроводность древесины возрастает, причем это увеличение в большей мере выражено у влажной древесины. Теплопроводность древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперек волокон. В плоскости поперек волокон теплопроводность также зависит от направления, причем соотношение между теплопроводностью в радиальном λR и тангенциальном λт направлениях у разных пород различное. На величину этого соотношения оказывают влияние объем сердцевинных лучей и содержание поздней древесины. У пород с многочисленными сердцевинными лучами (дуб) λr>λг; у хвойных пород с небольшим объемом сердцевинных лучей, но имеющих высокий процент поздней древесины (лиственница), λт >λr. У лиственных пород с равномерным строением годичных слоев и сравнительно малочисленными короткими сердцевинными лучами, а также у остальных хвойных пород λr мало отличается от λт. Диаграмма (рис. 2) позволяет определить величину теплопроводности древесины сосны (русл =360 кГ/м3) в тангенциальном направлении при различной температуре и влажности. Данные, полученные по этой диаграмме, могут быть использованы после внесения соответствующих поправок для определения с достаточной для практических расчетов точностью теплопроводности древесины других пород при разных значениях плотности в трех главных направлениях теплового потока. Необходимое значение коэффициента теплопроводности можно установить по формуле: λ=λном Кр Кх где λном —номинальное значение коэффициента теплопроводности при заданной температуре и влажности (определяется по диаграмме рис. 2). Кр — коэффициент, учитывающий условную плотность древесины; Кх — коэффициент, учитывающий направление теплового потока. Значения коэффициентов, входящих в эту формулу, определены для древесины сосны, березы и дуба.  Рис. 2. Диаграмма для определения теплопроводности древесины в тангенциальном направлении (сосна, Русл = 360 кг/м3).Таблица 1. Значения коэффициента Кр, учитывающего изменение теплопроводности древесины от плотности.
В табл. 1 приведены значения коэффициента, учитывающего условную плотность древесины. Коэффициент Кх в тангенциальном направлении поперек волокон для всех пород принят равным 1,0, а в радиальном — 1,15; вдоль волокон для хвойных и рассеяннососудистых пород — 2,20, а для кольцесосудистых — 1,60. Температуропроводность древесины. Температуропроводность определяет способность древесины выравнивать температуру по своему объему. Коэффициент температуропроводности ахарактеризует скорость распространения температуры внутри тела при нестационарных тепловых процессах (нагревании, охлаждении) . Размерность его м2/ч, или, в системе СИ, м2/сек. Между тремя основными теплофизическими характеристиками существует следующая зависимость: а =λ/ср. Температуропроводность зависит главным образом от влажности древесины и в меньшей степени температуры. С увеличением влажности температуропроводность древесины падает; это объясняется тем, что температуропроводность воздуха значительно больше, чем воды. На диаграмме рис. 3 показано влияние влажности на температуропроводность древесины сосны в трех направлениях. На диаграмме, кроме того, видно, что температуропроводность вдоль волокон значительно больше, чем поперек волокон, а между температуропроводностью в радиальном и тангенциальном направлениях разница оказывается очень небольшой. С повышением температуры температуропроводность древесины возрастает. Чем выше плотность древесины, тем ниже температуропроводность.  Рис. 3. Зависимость температуропроводности древесины от влажности: 1 — вдоль волокон; 2 — в радиальном; 3 — в тангенциальном направлении. Температурные деформации древесины. Температурные деформации древесины характеризуются коэффициентом линейного расширения а (изменение единицы длины при нагревании на 1°С), который для древесины имеет малую величину и зависит от направления по отношению к волокнам; расширение от тепла наименьшее вдоль волокон и наибольшее поперек волокон в тангенциальном направлении. Коэффициенты линейного расширения древесины вдоль волокон в 7—10 раз меньше, чем поперек волокон. Незначительная величина линейного расширения древесины вдоль волокон от тепла позволяет в практике не считаться с этим явлением (отказ от тепловых швов). Таблица 15 Коэффициенты линейного расширения древесины
Изменением размеров древесины от нагревания практически можно пренебречь, так как ввиду незначительности коэффициента линейного расширения оно намного меньше изменений ее размеров от усушки или разбухания. 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. Влажность древесины. Древесина представляет из себя капиллярно-пористый материал (гетерокапиллярную систему), который состоит в основном из гидрофильных компонентов, и поэтому она постоянно содержит большее либо меньшее количество воды. В живом дереве вода нужна для обеспечения его жизнедеятельности. Содержание воды характеризуется влажностью древесины. Выделяют два понятия — относительную влажность древесины и абсолютную влажность древесины. Относительная влажность древесины — массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе влажной древесины. Абсолютная влажность древесины (влагосодержание) — массовая доля воды, выраженная в про центах по отношению к массе абсолютно сухой древесины. Абсолютно сухой древесиной условно называют древесину, высушенную до постоянной массы при температуре (104±2)°С. Значения относительной влажности древесины нужны для анализа древесины при расчете массовых долей ее компонентов в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине. Абсолютную влажность древесины (влагосодержание) используют для количественной характеристики образцов древесины при сравнении их по содержанию воды. Влажность древесины определяют различными способами: высушиванием образцов древесины, щепы либо опилок до абсолютно сухого состояния; отгонкой воды в виде азеотропной смеси с не смешивающимися с водой неполярными растворителями; химическими методами (титрованием реактивом Фишера); электрическими способами. Вода в дереве распределяется неравномерно: корни и ветки содержат больше воды, чем ствол; комель и вершина — больше средней части ствола; заболонная древесина хвойных пород — больше, чем ядровая и спелая древесина. В древесине лиственных пород вода распределяется по поперечному сечению ствола более равномерно, причем у некоторых древесных пород (например, у дуба) влажность ядра значительно выше, чем у хвойных пород. В коре влажность луба значительно (в 7...10 раз и более) выше, чем у корки. На практике по влагосодержанию различаются следующие виды древесины: свежесрубленная древесина с абсолютной влажностью в среднем от 50 до 100% в зависимости от времени рубки (содержание воды значительно выше весной и меньше всего в зимний период), а также древесной породы и условий произрастания; воздушно-сухаядревесина — это древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха; абсолютная влажность такой древесины зависит от относительной влажности воздуха и обычно составляет 16...21%; комнатно-сухая древесина — древесина, выдержанная в отапливаемом помещении и имеющая абсолютную влажность 9...13%; мокрая древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100% (до 200% и более). При испытаниях древесины с целью определения физико-механических показателей ее приводят к нормализованной влажности (в среднем 12%) кондиционированием при температуре (20±2)°С и относительной влажности воздуха <= (65±5)%. Влажность древесины и взаимодействие древесины и ее компонентов с водой имеют важное значение для механической и химической технологии древесины, например, для пропитки древесины растворами химических реагентов, антисептиков, антипиренов и т.д., при сплаве и хранении лесоматериалов в воде. Вода играет роль при активации целлюлозы перед проведением химических реакций. Взаимодействие целлюлозы с водой в бумажной массе при размоле и последующее удаление воды при формовании бумажного листа обусловливают образование прочных межволоконных связей в бумаге. Заключение. Древесина - один из наиболее широко распространённых материалов в мире, имеющих многовековой опыт применения в строительстве, производстве мебели, шпал, авто-, вагоностроении и других отраслях народного хозяйства. Основные преимущества древесины как материала: самовосстанавливаемость ресурсов; экологическая безопасность применения; высокая прочность; атмосферостойкость; химическая стойкость; небольшая плотность; невысокая теплопроводность и небольшой коэффициент линейного расширения; лёгкая обрабатываемость; гвоздимость; возможность использования древесных отходов производства. Еще наши предки строили дома и бани из этого материала, а также изготавливали мебель и посуду. Из поколения в поколения этот материал не выходил их производства, а только приобретал все больше положительных откликов. Древесными конструкциями пользуются в каждой семье и в каждом доме. И, конечно, многовековой опыт применения древесины не пройдет даром. Древесное производство не исчезнет никогда. Но для этого мы должны следить за природой, регулируя посадку и вырубку деревьев. Список литературы 1. Гомонай М.В. Технология переработки древесины: Учебное пособие. - М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2002. 2. интернет http://www.technologywood.ru/svojstva-drevesiny/teplovye-svojstva-drevesiny.html 3.автор неизвестно. ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ. фитопатология |