9第六章之木材热学电学等部分幻灯片解读.ppt

第三节 木材的电学性质 一、木材的导电 1、电阻率ρ与电导率σ 电阻率ρ ：单位长度、单位截面积的均匀导线的电阻值，单位为Ω.m。 电导率σ ：电阻率的倒数，单位s/m。 室温下饱湿木材的电阻率约为102～103Ω.m，为半绝缘体，绝干木材的电阻率大于1012Ω.m，为绝缘体。 导体的电阻范围：10-8~10-5Ω.m ； 绝缘体的电阻范围：108~1017Ω.m ； 半绝缘体的电阻范围：10-6~109Ω.m 。 2、木材的导电原理 木材内的自由离子 3、木材直流导电率的影响因素 含水率： 温度： 纹理方向：顺纹理最大； 木材密度、树种和试材部位：影响较小(直流电传导中)。通常木材密度增大，电阻率减小，电导率增大。 木材中电解质含量： 二、木材的介电性质 1、低频下木材的电热效应 低频交流电场中木材的电学性质与直流电时情况类似。但木材在利用低频交流电场进行加热时，电压要控制在一定范围内，木材最好具有较高的含水率。 2、射频下木材的极化和介电性 射频：即高频 0.2 ～ 几百几千兆赫。 木材工业的高频加热频率在1～10MHZ的范围； 微波干燥的频率为915MHZ或2.45GHZ。 在射频下木材表现出介电性。 所谓介电性，是指物质受到电场作用时，构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质。表现出介电性的物质称为介电体。 极 化 把电介质引入真空电容器，引起极板上电荷量增加，电容增大，这是由于在电场作用下，电介质中的电荷发生了再分布，靠近极板的介质表面上将产生表面束缚电荷，结果使介质出现了宏观的偶极。 极化的种类 电子极化： 离子（原子）极化： 取向（偶极）极化： 界面（结构）极化： 电解极化： 3、木材的介电常数 （1）介电常数ε 当电容器是真空电容器，则C0=Q0/U；当电容器极板之间充满电介质，则C=Q/U 。其中Q=Q0+Q’(Q’为极化电荷)， C=ε×C0(ε为介电常数，无因次量)。 ε：表明木材在交变电场下介质极化和储存电能能力的量，介电常数越小，表明木材电绝缘性越好，储存电能能力越小。 定义：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何形状的真空电容器的电容量之比。 全干木材的介电常数为2，水的介电常数为81。木材含水率增大，介电常数也增大。顺纹的介电常数大于横纹的介电常数。 （2）木材介电常数的影响因素 木材含水率 木材密度 频率 纹理方向 4、木材的介电损耗 木材处于交流电场中，其中偶极子在电场中作取向运动时产生的内摩擦阻力等，使介质偶极矩取向滞后于外施电场的变化，宏观表现为通过介质的总电流I在相位上滞后于极化电流IC，这样每一周期中有一部分电能被介质吸收发热，这种现象称为介质损耗。 ? 损耗角正切 tanδ tan δ=δ 功率因数Cosθ: θ为交变的电压和电流之间的夹角。木材的功率因数Cosθ介于0.025～0.085之间。 ( 2 ) 介电损耗率(损耗因数) ε’=ε×tgδ，与损失的能量成正比。 (3)影响木材介电损耗的主要因素 含水率 : 频率相同时，F.S.P以下， tan δ随含水率的增加而明显增大，在F.S.P以上，这种变化趋于平缓。 频率：介质损耗与频率二者的关系十分复杂。 密度：密度增大， tan δ值有所增加，但不如含水率频率 影响大。 纹理方向： tan δ，順纹测量值大于橫纹测量值。 5、木材的介电性在木材工业中的应用 1．? 交流介电式水分仪 通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可以测定木材的含水率。 交流介电式水分仪有以下几种： 电容式水分仪：测量ε′随着含水率的变化规律。 能耗式水分仪：测定ε′和tanδ两者随着含水率的变化。 微波水分仪： 由于木材的介电参数受到多种因素的影响，所以仪器的读数有时需要进行相关的校正。厂家在产品说明书上会提供有关的校正曲线。 2．? 木材及木制品的高频热固化胶合工艺 木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性的湿胶粘剂施于木材表面时，由于两者的介电性不同，可以达到选择性加热的目的。 密度大的试材的介电参数值较大，所以选择性加热的效果也不明显。 3．? 高频干燥技术 高频胶合技术利用干木材介电参数低的特点，与此相反，高频干燥技术则是利用湿木材中的水分子在高频电场中的极化来加快干燥进程。高频干燥具有干燥速度快、热效率高、木材变形小、易于实