《木材学电学》PPT课件

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1、第6章木材的物理性质主要介绍木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。6.3木材的电学性质6.3.1木材的导电性6.3.2木材的介电性6.3.3木材的压电效应和界面的动电性质6.3.1木材的导电性6.3.1.1电阻率与电导率6.3.1.2木材的电导原理6.3.1.3影响木材直流电导率的因素电阻在一个固体的两端施加电压的电场U，固体中通过的电流I，那么该固体的电阻为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。电阻率：A为导体的

2、截面积（），l是电场间导体的长度（）。电导率是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能力越强。按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分为导体、半导体和绝缘体（介电体）。导体导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在10-8～10-5，如金属等；绝缘体绝缘体的导电能力差，一般电阻率高于108的材料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。绝干木材的电阻率为1014～1016，为绝缘体。随着含水率的升高，木材的电阻率急剧下降；当含水率到达纤维饱和点时，电阻率为103～104；室温下饱湿的木材的电阻率仅为1

3、02～103，已属于半绝缘体范围。考察木材含水率从绝干状态上升至饱湿状态的过程中，可以发现其电导率增大了约1011～1014倍。如此大的差异，直观上确是受含水率影响所致，但其机理究竟是什么？这需要从木材的电导原理来加以解释。6.3.1.2木材的电导原理1、木材导电性弱的主要原因:木材的化学结构组成中不含有导电性良好的自由电子。2、木材具有微弱的导电性原因:通常认为，木材微弱的导电性是离子引起的。离子是构成木材的聚合物中的离子基缔结在一起的离子，或是在木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有极少量的离子（如金属离子），这些微量的离子在电场作用下会定向移

4、动。木材在直流电场中，具有极化现象，即离子在电场中定向移动。木材的极化现象:木材中存在的离子可分为两类。束缚离子:一类为被吸附在胶束表面离子基上的束缚离子；自由离子:一类为处于自由状态、在受到外部电场作用时能够迁移电荷的自由离子。木材的电导主要是靠自由离子进行的，一般在细胞壁的非结晶区（纤维素、半纤维素、木质素）发生3、木材的极化现象木材含水率在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。由于木材的电导依存于其内部离子的

5、存在，所以离子浓度的、分布的变化或两者的同时变化都将对木材电导产生影响。6.3.1.3影响木材直流电导率的因素（1）含水率电导的活化能E是决定电导的主要因子，E是由离解能量U和迁移能S两者来决定的。电导的活化能:每释放1mol的束缚离子使其处于自由状态所需的能量。E=S+U/2具有强极性的水分子能够削弱离子与吸着点之间的结合，所以电导活化能受木材含水率的影响。从绝干状态到纤维饱和点含水率，活化能下降，木材电导率随含水率的增加而急剧上升，增大为初始电导率的几百万倍；但从纤维饱和点至最大含水率，木材电导率的增加速度减慢下来，仅增大几十倍，见图6-15

6、。（2）温度金属：电阻率随着温度升高而增大；木材：电阻率则随温度的升高而变小；当温度升高时，束缚离子被解离的概率增加，载流子数目随之增多，导致电导率增大。在0℃以上范围内，温度对全干材影响最为显著，随温度增加，电阻率下降；从全干至纤维饱和点，随含水率的增加，温度影响变小。电导率与热力学温度T的经验关系式如下：（3）纹理方向木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹理方向的电阻率大。针叶树材横纹理方向的电阻率约是顺纹理方向电阻率的2.3～4.5倍；在木材横纹理方向上，通常是弦向电阻率稍大于径向电阻率。阔叶树材通常达到2.5～8.0倍。（4）密度

7、、树种和试材部位密度—1、不同木材密度对于导电性也有一定的影响，但相比含水率，它们的影响又是极小的，甚至是没有意义的。2、一般来说，木材密度大，电阻率大；电导率小。原因：木材细胞壁实质的电阻率远较空气为小，电导率较密度小者为高。(但影响效果不明显，甚至对于某些个别树种有相反情况)3、从我国37种木材电阻率来看，不同密度的树种之间差异并不明显，仅密度差异较大的树种间，才能看出密度大者，电阻率稍低的趋势。树种--电阻率产生差异。其差异大于密度因素影响的差异。因此，在直流式含水率电测仪中，通常设有树种因素的修正档，试材部位--木材中不同部位的电阻率也存

8、在差异。主要是心材和边材之间，通常心材比边材电阻率低，这也是因为心材比边材含有更多的抽提物等内含物质。6.3.2木材的介电性交流电－－方