close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Ухтинский государственный технический университет

код для вставкиСкачать
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ухтинский государственный технический университет»
(УГТУ)
8
Определение электропроводности
древесины
Методические указания
Ухта, УГТУ, 2014
УДК 674.017 (075.8)
ББК 37.11 я7
С 61
Северова, Н. А.
С 61
Определение электропроводности древесины [Текст] : метод. указания / Н. А. Северова. – Ухта : УГТУ, 2014. – 8 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы
по физике древесины для студентов II курса направления 250400.62 – Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств.
Содержание указаний соответствует рабочей программе по дисциплине «Физика древесины».
УДК 674.017 (075.8)
ББК 37.11 я7
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой физики 16.12.2013,
пр. №10.
Рецензент: М. В. Коломинова, доцент кафедры технологии и машин лесозаготовок Ухтинского государственного технического университета,
к.т.н.
Редактор: Н. С. Пономарёв, доцент кафедры физики Ухтинского государственного технического университета, к.ф.-м.н.
Корректор: К. В. Коптяева.
Технический редактор: Л. П. Коровкина.
В методических указаниях учтены замечания рецензента и редактора.
План 2014 г., позиция 122.
Подписано в печать 28.02.2014. Компьютерный набор.
Объем 8 с. Тираж 50 экз. Заказ №282.
© Ухтинский государственный технический университет, 2014
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.
Типография УГТУ.
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.
Определение электропроводности древесины
Цель работы:
Научиться определять сопротивление и электропроводность различных
пород древесины.
Материалы и оборудование:
Источник постоянного тока, мультиметры в качестве вольтметра и амперметра, набор образцов древесных пород цилиндрической формы, штангенциркуль, соединительные провода.
Примечание. Измерение электрических сопротивлений древесины производится без соблюдения ГОСТ 18408–73.
Краткая теория
Электрическим током называется упорядоченное движение электрических
зарядов. Конвекционным током называется движение заряда, связанное с перемещением в пространстве заряженного тела. Ток проводимости в веществе
осуществляется свободными зарядами (носителями тока) – электронами в металлах, электронами и дырками в полупроводниках, ионами в электролитах,
электронами и ионами в газах. За направление тока принимают направление
движения положительных зарядов (рис. 1).
Силой тока называется величина I, равная заряду dq, проходящему через
поперечное сечение проводника, S, за единицу времени dt:
I=
dq
,
dt
(1)
I=
q
.
t
(2)
в случае постоянного тока
E
q
S
v
2
1
I
Рисунок 1
3
Для поддержания электрического тока в веществе на свободные заряды
должна действовать постоянная сила электромагнитной природы. Если на участке цепи протекание тока величиной I обеспечивается только электростатическим (кулоновским) полем с напряжённостью, Е, то участок цепи называется
однородным.
По закону Ома для однородного участка цепи сила тока, I, протекающего в
направлении от сечения 1 к сечению 2, прямо пропорциональна разности потенциалов (φ1 – φ2):
(φ1 – φ2) = I·R,
(3)
I = U/R,
(4)
I = U·G.
(5)
или
иначе
В роли коэффициента пропорциональности между током, I, и разностью
потенциалов, (φ1 – φ2) = U, находится проводимость проводника, G = 1/R, где
R – сопротивление проводника, которое зависит от размеров проводника (длины, L, и площади поперечного сечения, S) и материала:
L
R=ρ ,
S
где
(6)
ρ – удельное сопротивление проводника.
Сопротивление проводника зависит от его температуры:
R = R0 (1 + α ⋅ t ) ,
где
(7)
R0– сопротивление при 0°С,
α – температурный коэффициент сопротивления (для металлов α ≈ 1/273 К).
Способность проводить электрический ток характеризует электрическое
сопротивление и проводимость древесины. Показателями электрического сопротивления служат удельное объ`мное (Ом· см) и поверхностное сопротивления (Ом), для электрической проводимости в системе СИ вводится единица
измерения – Сименс (См), которая равна 1/Ом.
Удельное сопротивление и удельная проводимость в работе вычисляются
по формулам:
4
ρ=
R⋅S
,
L
(8)
1
.
ρ
(9)
γ=
Электропроводность имеет важное значение при сушке древесины с использованием электромагнитных полей. Она зависит от породы дерева и структурного направления древесины при проведении измерений. Сравнительные
данные об удельном объёмном (вдоль/поперёк волокон) и поверхностном сопротивлении древесины приведены в таблице 1. Данные получены при соблюдении ГОСТ 18408–73, т. е. на образцах размерами 2х2х3 см.
Удельное объёмное сопротивление, ρ, вдоль волокон у большинства пород в несколько раз меньше, чем сопротивление поперёк волокон. Сухая древесина имеет очень малую электропроводность. Электрическое сопротивление
сильно зависит от влажности. С повышением содержания влаги в древесине её
сопротивление уменьшается. Повышение температуры древесины приводит к
уменьшению её сопротивления до величины примерно в два раза.
Таблица 1
Порода
берёза
бук
сосна
ель
дуб
Влажность
8,2 / 8,0
9,2 / 8,3
7,5 / 7,5
7,8 / 7,8
7,9 / 7,9
Удельное объёмное
сопротивление, Ом· см
4,2·1010 / 8,6·1011
1,7·109 / 1,4·1010
- / 1,3·1011
- / 6,4·1010
- / 1,3·1010
Удельное поверхностное
сопротивление, Ом
4,0·1011 / 2,8·1012
9,4·1010 / 7,9·1010
2,1·1011 / 7,9·1011
1,0·1011 / 4,0·1011
2,0·1010 / 5,5·1010
Электропроводность древесины характеризуется её сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от породы, температуры, направления волокон и её влажности. Электропроводность
сухой древесины незначительна. При увеличении влажности в диапазоне от 0
до 30% электрическое сопротивление падает в миллионы раз, а при дальнейшем увеличении влажности – ещё в десятки раз. Электрическое сопротивление
древесины вдоль волокон меньше в несколько раз, чем поперёк волокон.
5
Экспериментальная часть
Указания к работе:
1. На источнике тока (выпрямителе), на панели установки и на мультиметрах выберите режим работы на постоянном токе «–».
2. Установите наибольшие пределы измерения на мультиметрах (200). По
мере выполнения работы при необходимости пределы измерения можно будет
уменьшать до 20 или до 2.
3. Провода подключите к торцевым частям первого образца древесины.
4. Ручкой потенциометра на источнике повышайте напряжение на клеммах
прибора до максимального показания одного из приборов (вольтметра, V, или
миллиамперметра, mA).
Рисунок 2 – Схема установки
5. Произведите отсчёты по шкалам приборов и снятые показания занесите
в таблицу 2.
6. Вычислите активное сопротивление, R, на основании закона Ома:
R=
U
.
I
(10)
7. Вычислите проводимость древесины:
G=
1
.
R
(11)
8. Повторите опыт для всех образцов, предложенных преподавателем.
9. Погрешность измерения тока (∆I) и напряжения (∆U) примите равной
двум единицам младшего разряда (по цифровым приборам).
6
10. Вычислите относительную погрешность проводимости:
∆G
 ∆U   ∆I 
= 
 +  .
G
 U   I 
2
2
(12)
11. Вычислите абсолютную погрешность измерения проводимости:
∆G = G ⋅
∆G
.
G
(13)
12. Определите внешние размеры каждого образца (диаметр и длину) с помощью штангенциркуля (трижды) и занесите результаты измерений в таблицу 3.
13. Вычислите площадь сечения образцов, S:
S=
πd ср 2
4
,
(14)
где
dср – среднее значение диаметра образца.
14. Для каждого образца вычислите по формуле 8 удельное сопротивление,
ρ, и по формуле 9 удельную проводимость, γ. Результаты занесите в таблицу 3.
Таблица 2
№ п/п
∆U,
В
U,
В
I,
А
∆I,
А
R,
Ом
G,
См
∆G
G
,
%
∆G,
См
G±∆G,
См
1 образец
2 образец
3 образец
4 образец
Таблица 3
№ п/п
d
1
2
3
dср,
м
L
1
1 образец
2 образец
3 образец
4 образец
7
2
3
Lср,
м
S,
м2
ρ,
Ом м
γ,
См/м
Контрольные вопросы
1. Каковы условия существования электрического тока в проводнике?
2. Дайте понятие конвекционного тока, тока проводимости, тока смещения.
3. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
4. Запишите формулы для определения удельного сопротивления и удельной проводимости. Поясните.
5. В каких единицах измеряются: I, U, R, G, ρ, γ.
6. От чего зависит сопротивление и проводимость древесины?
Библиографический список
1. Уголев, Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение / Б. Н. Уголев. –
М. : Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.
2. Коломинова, М. В. Курс лекций по физике древесины : метод. указания
для студентов II курса направления 250400.62 «Технология лесозаготовительных
и
деревообрабатывающих
производств»
/
М. В. Коломинова,
Н. А. Северова. – Ухта : УГТУ, 2012. – 72 с.
3. Коломинова, М. В. Физические свойства древесины : метод. указания
для студентов специальности 250401 «Лесоинженерное дело» / М. В. Коломинова. – Ухта : УГТУ, 2010. – 52 с.
4. Трофимова, Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимов. – 16-е изд. – М. : Издательский центр «Академия», 2008. – 560 с.
8
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа