第六章木材的物理性质

120第16次课授课时间：2006年4月20日（星期四）1、2节课程名称木材学年级木材科学与工程04专业层次本科教师罗蓓专业技术职务讲师学时40授课题目（章、节）第六章木材的物理性质（电学性质、热学性质）基本教材参考用书《木质资源材料学》刘一星赵广杰主编中国林业出版社2004年8月第一版教学目的与要求：要求学生了解木材的导电原理、影响木材直流电导率和介电系数的因素，及介电特性在木材工业中的应用。要求学生了解木材导热系数和导温系数的影响因素以及热对木材性质的影响。通过对这部分知识学习为木材干燥学习作了一个理论铺垫。教学内容与时间安排：1.木材的导电原理。10min2.影响木材直流电导率的因素。15min3.影响木材介电系数的因素。15min4.木材的介电性在木材工业中的应用。10min5.木材的导热系数。20min6.木材的导温系数。20min7.热对木材性子的影响。10min教学重点、难点：1.影响木材直流电导率的因素。2.影响木材介电系数的因素。3.影响木材导热系数的因素。4.影响木材导温系数的因素。授课方法及手段：以课堂讲授、自由提问和老师解答为教学方法，以及多媒体图片演示等手段相结合，着重在于引导。121第六章木材的物理性质§3.木材的电学性质1、木材的导电性1.1电阻率与电导率电阻率，是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，是物体的固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。电导率，是电阻率的倒数，单位为11m，电导率越大，则说明材料导电能力越强。1.2木材的电导原理木材含水率在0%～20%的范围内，影响电导机理的主要因子是木材中的自由离子浓度(载流子的数目)；在更高的含水率范围内，被吸着的束缚离子的解离度很高，离子迁移率上升为决定电导的主要因子。1.3影响木材直流电导率的因素木材的直流电导率受含水率、温度、木材的构造、密度等影响。2、木材的介电性2.1低频交流电作用下木材的电热效应在低频交流电场中，欧姆定律对木材介质也成立，产生的焦耳热和直流电作用下相同。2.2射频下木材的极化和介电性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。木材中的极化现象有以下几类：电子极化、离子（原子）极化、偶极（取向）极化、界面（结构）极化和电解极化。木材的介电性主要由介电系数和损耗角正切表示。2.3木材的介电系数（1）介电系数介电系数是表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存储电荷能力的物理参数。其定义为：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值。（2）影响木材介电系数的因素影响木材介电系数的因素很多，主要包括木材含水率、密度、频率、树种、纹理方向、电场方向等。2.4木材的介电损耗（1）损耗角正切和功率因数：其定义为：介质在交流电场中每周期内热消耗的能量与充放电所用能量之比。功率因数的基本定义为：每周期之内有功功率（热消耗功率）与视在功率122（等于外施电压与总电流的乘积）之比。（2）介质损耗因数（也称介电损耗率）：介电损耗因数是与能量损失成正比的量，数值上等于介电系数与损耗角正切的乘积。（3）影响木材介质损耗的主要因素：含水率、频率、密度、纹理方向。2.5木材的介电性在木材工业中的应用(1)交流介电式水分仪。(2)木材及木制品的高频热固化胶合工艺。(3)高频干燥技术。3、木材的压电效应和界面的动电性质3.1压电效应具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化称为压电效应。木材的压电效应具有以下规律：（1）木材压电率与木材的弹性模量成反比；（2）压电率随温度升高而增大，随含水率升高而绝对值减小；（3）密度大的木材，其压电率也较高；（4）各向异性程度越高的木材的压电效应越明显。3.2界面的动电性质§4.木材的热学性质1、木材的比热和热容量在物理学中，某物质比热的基本定义为：使该物质的温度提高1℃所需的热量与将同质量水的温度提高1℃所需要的热量之比，相当于该物质的热容量系数与水的热容量系数之比。2、木材的导热系数导热系数的基本定义为：以在物体两个平行的相对面之间的距离为单位，温度差恒定为1℃时，单位时间内通过单位面积的热量。导热系数通常用符号λ表示，单位为W/(m﹒K)。影响木材导热系数的因子主要如下：密度、含水率、温度、热流方向。1233、木材的导温系数导温系数的物理意义是表征材料(如木材)在冷却或加热的非稳定状态过程中，各点温度迅速趋于一致的能力(即各点达到同一温度的速度)。导温系数越大，则各点达到同一温度的速度就越快。导温系数通常用符号α来表示，其单位为m2/s。木材的导温系数在一定程度上也要受到密度、含水率、温度和热流方向等因子的影响。4、木材的蓄热系数蓄热系数，是表征在周期性外施热作用下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。蓄热系数越大，则材料在周期性热作用下表面温度的波动就越小，材料的热稳定性越好。蓄热系数通常用符号S来表示，其单位为kJ/(m2﹒h﹒K)。5、木材的热膨胀与热收缩固体的尺寸随温度升高而增大的现象称为热膨胀。木材的热膨胀系数很小，在10-6～10-5的数量级，明显小于其他建筑材料。木材是各向异性材料，其不同纹理方向的线膨胀系数有很大的差异。木材顺纹方向的热膨胀系数与树种和密度无明显相关，但横纹方向的热膨胀系数则有随着密度的增加而增大的趋势。6、热对木材性质的影响木材在受热条件下，其物理力学性质会发生不同程度的改变或劣化，主要原因在于木材的结晶结构和化学组分在受热后会发生改变。在一定温度下进行木材热处理时，在适当的时间阶段内可发生非结晶纤维素中部分结晶化的效应，导致木材吸湿性降低，弹性模量提高；如继续延长热处理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力学性质降低。小结本节主要介绍了木材的导电原理，分析了影响木材直流电导率和木材介电系数的因素。要求学生在理解的基础上掌握木材的介电性在木材工业中的应用。接着本节介绍了木材的导热系数和导温系数的物理意义及其影响因素，要求学生能够综合分析热的作用对木材性质的影响。复习题1.名词解释：木材的导热系数、热膨胀系数、导温系数、导电机理、压电效应。2.介电常数、介电常数的影响因子？3.导热系数、导温系数的影响因子？