Физические свойства. Внешний вид древесины

цвет) – наука о цветовых измерениях.
Цветовой тон определяется длиной волны λ чистого спектрального цвета.
Чистота цвета P характеризует степень разбавления цвета белым и может изменяться от 100 % до нуля.
Светлота определяется коэффициентом отражения ρ.
Для белых поверхностей ρ близок к единице, для черных приближается к нулю.
Характеристики цвета древесины можно установить, используя фотоэлектрические колориметры или атлас цветов.

и коричневая окраска, сосна)

Грибные ядровые пятна и полосы

веществ с солями железа.

Дуб мореный

Дуб

Цвет древесины изменяется после сплава, при пропаривании и высокотемпературной сушке.

зеркальных поверхностей.

Степень блеска зависит от колориметрических характеристик древесины и ее белизны. Она определяется с помощью блескомера.

древесине придают сердцевинные лучи.

элементов.

Бук

см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцовой поверхности образца.

N – число целых годичных слоев на участке измерения;
l – длина участка измерения, см.

Степень равнослойности – оценивают по разнице в числе годичных слоев на двух таких соседних участках длиной по 1 см.

поздней древесины и общей протяженностью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоев.

Равноплотность древесины характеризуется равномерностью распределения механических тканей по ширине годичного слоя.

прямые и косвенные.

К прямым относится весовой метод.

m – масса образца влажной древесины, г;
m0 – масса образца абс. сух. древесины, г.

и плотность абс. сух. древесины, г/см3;
ρв – плотность связанной воды, г/см3.

Предел гигроскопичности  – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при сорбции паров воды из воздуха; характеризуется отсутствием воды в полостях клеток и равновесием влажности клеточных стенок с воздухом, приближающимся к насыщенному состоянию.

Предел насыщения клеточных стенок Wп.н.  – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде.

определенного состояния.

Равновесная влажность – влажность измельченной древесины, практически одинаковая при сорбции и десорбции.

в среднем равна 12 %. .

удалении из нее связанной воды.
Полная (максимальная усушка) βmax происходит при удалении из древесины всего количества связанной воды. Ее величину, в процентах, вычисляют по формуле:

amax – размер образца при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, мм;
amin – размер образца в абсолютно сухом состоянии, мм.

Частичная усушка древесины βw происходит при высыхании ее до какой-либо заданной влажности и ее величину, в процентах, определяют по формуле:

aw – размер образца при влажности W, мм.

по формулам:

Wпн – предел насыщения клеточных стенок, равный 30 %.
W – конечная влажность образца, %.

Полная усушка древесины наиболее распространенных отечественных лесных пород:
в тангенциальном направлении составляет 8–10 %,
в радиальном направлении 3–7 %,
вдоль волокон 0,1–0,3 %.
Полная объемная усушка находится в пределах 11–17 %.

в процессе сушки.

Если напряжение достигает предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, появляются трещины.

а – торцовые; б – пластевые;
в – кромочные

– ромбовидная; г – овальная;
Б – продольная: д – по кромке; е – по пласти; ж – крыловатость

Коробление древесины – изменение заданной формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и хранении.

повышении содержания связанной воды.
Полное (максимальное разбухание) αmax в процентах, вычисляют по формуле:

аmax – размер образца при влажности W ≥ Wпн, мм;
аmin – размер образца в абсолютно сухом состоянии, мм.

Частичное разбухание древесины α w , в процентах, определяют по формуле:

aw – размер образца при влажности W, мм.

по формулам:

Wпн – предел насыщения клеточных стенок, равный 30 %.
ΔW – диапазон изменения влажности при разбухании, %.

Полное разбухание древесины наиболее распространенных отечественных лесных пород:
в тангенциальном направлении составляет 8–10 %,
в радиальном направлении 3–7 %,
вдоль волокон 0,1–0,3 %.
Полное объемное разбухание находится в пределах 11–17 %.

размерность в системе СИ (кг/м3).

Плотность древесинного вещества представляет собой массу единицы объема материала, образующего клеточные стенки.

Плотность древесинного вещества ρд.в., г/см3, в абсолютно сухом состоянии можно вычислить по формуле:

mд.в. – масса древесинного вещества, г;
Vд.в. – объем древесинного вещества, см3

Плотность абсолютно сухой древесины:

образца древесины при W = 0 %.

Плотность влажной древесины ρw выражается отношением массы образца при данной влажности mw к его объему при той же влажности Vw:

Парциальная плотность древесины ρ′w определяется отношением массы абсолютно сухого образца m0 к его объему при данной влаж­ности Vw:

Базисная плотность древесины ρб рассчитывается как отношение массы абсолютно сухого образца m0 к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax:

= 12 % к его объему при той же влажности V12:

По плотности древесины при 12 % влажности породы можно разделить на три группы:
а) породы с малой плотностью (плотность 540 и менее): из хвойных – сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный; из лиственных – тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский; бархат амурский;
б) породы средней плотности (плотность 550–740): из хвойных – лиственница (все виды), тис; из лиственных – береза повислая, пушистая, желтая и черная; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; ильм, карагач, клен (все виды), лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;
в) породы высокой плотности (плотность 750 и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, глоговина, гикори белый, граб, дзельква, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, земляничное дерево, кизил, маклюра, саксаул белый, самшит, фисташка, хмелеграб.

Среди иноземных пород очень малую плотность имеет бальза (плотность 120 кг/м3), очень высокую плотность – бакаут (плотность 1300 кг/м3).

Бальза

Бакаут

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.

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

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.

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.

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)

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.