Fafizika 5. elıad. Elektromos tulajdonságok NYME, FMK,

Átírás

1 Fafizika 5. elıad adás Elektromos tulajdonságok Prof. Dr. Molnár r SándorS NYME, FMK, Faanyagtudományi nyi Intézet

2 Gyakorlati szerepe A faipari gyakorlatban a legáltal ltalánosabb felhasználást st a fanedvesség mérése jelenti. Faszerkezetek, táblás parketták gazdaságos gos gyárt rtását teszi lehetıvé a nagyfrekvenciás erıtérben rben való ragasztás. Elektromos főtıkészülékeket használnak az egyes préslapokban slapokban, csigaprésekn seknél, élfurnérozó készülékekben. A piezoelektromos jelenséget pedig a mikroszerkezeti kutatás hasznosítja tja. Környezetbarát, takarékos kos lakkfelviteli mód az elektrosztatikus térben való lakkszórás.

3 Fajlagos ellenáll llás és s vezetıképess pesség A faanyag egyenárammal szembeni viselkedését a fajlagos ellenáll llás (ρ) és a fajlagos vezetıképess pesség (c) jellemzik. A fajlagos vezetıképess pesség két típusa: a) egyenáram ramú fajlagos vezetıképess pesség és b) eltolódási fajlagos vezetıképess pesség. A fajlagos vezetıképess pesség az anyagban jelentkezı áramsőrőséggel jól definiálhat lható,, a gyakorlat mégis inkább ennek reciprokát,, a fajlagos ellenáll llóképességet használja lja. A fontosabb összefüggések a következık: ρ = R A l X = 1 ρ = 1 R l A = I U l A

4 Fajlagos ellenáll llás és s vezetıképess pesség A felületi leti fajlagos ellenáll llás (ρ s ) kifejezi, hogy a fatest felszínén 1 cm 2 felület let két szemközti zti oldala között milyen az ellenáll llás: ρ s = R A sajátos felület let fizikai hatások eredmények nyekéntnt a rostokkal párhuzamosan ρ s /ρ =10 60; a rostokra merılegesen ρ s /ρ = 3 7. π b D

5 A fajlagos ellenáll llást befolyásol soló tényezık A fajlagos ellenáll llás függ: a fafaj, nedvességtartalom gtartalom, anizotrópia pia, hımérséklet, frekvencia, szöveti és kémiai szerkezet, faanyag sőrősége, védıkezelése, a mérı elektródákra kra gyakorolt nyomás értékeitıl, változásaitól. Az abszolút száraz faanyagnak fafajtól függıen ohm cm a fajlagos ellenáll llása. A nedvességtartalom befolyásolja a fajlagos ellenáll llást.

6 Néhány fafaj fajlagos elektromos ellenáll llása (ρ) és felszíni ellenáll llása (ρ s ) a rostirány (, ) függvényében Fafaj u, % ρ (ohm cm) ρ s (ohm) Nyír 0,0 8,0 8,2 20,0 5, , , , , Bükk 8,3 9,2 1, , , , Tölgy 7,9 1, , , Juhar 0 3, , Erdeifenyı 7,5 1, , , Lucfenyı 0 7,8 16,0 3, , , , , , , Duglász fenyı 15,3 1, ,

7 A faanyag dielektromos tulajdonságai A faanyag dielektromos állandója a dielektromos jellemzıknek elsısorban sorban a váltóáram esetén van gyakorlati jelentısége a fontosabb dielektromos jellemzık a dielektromos állandó (ε) és a dielektromos veszteségi tényezı (tg δ) a faanyag dielektromos állandója megmutatja, hogy hányszorosárara nı a kondenzátor kapacitása sa,, ha a lemezei között nem vákuum, hanem faanyag van ε = c c v

8 A faanyag dielektromos tulajdonságai A faanyag dielektromos állandója a faanyag relatív dielektromos állandója (ε r ) kifejezi, hogy hányszor nagyobb a fa dielektromos állandója,, mint a vákuumé (ε v ) a dielektromos állandó a fa atomjainak és molekuláinak külsı elektromos mezı U feszülts ltségének vagy E térerısségnek hatására fellépı polarizáci ció mértéke ε r = ε ε v

9 Dielektromos veszteségi tényezt nyezı A fa polarizáci ciójakor a külsı elektromos mezı hatására belsı átrendezıdés következik be anélk lkül, hogy a testre többlet töltés került volna. A kialakult dipólusos molekulák a feszülts ltség frekvenciájának nak megfelelıen en váltogatják a polaritásukat sukat, forognak. E mozgás pedig hıfejlıdést eredményez nyez. Ez a hı a külsı elektromos erıtér energiájának nak terhére re fejlıdik dik. A kondenzátor lemezei közé helyezett fa egy veszteséges kondenzátork torként modellezhetı. tg δ = I I R c tg δ = R R c

10 A faanyag felmelegítéséhez szüks kséges hımennyiséget és elektromos teljesítm tmény Az elektromos teljesítm tmény oldaláról l meghatározhat rozható a hıvéh alakuló elektromos teljesítm tmény: P r = U I r nagyfrekvenciás válltóáramot kell felhasználni, lni, ezért fejezzük ki az ellenáll llást a frekvencia segíts tségével R c 1 2 π f = I c = U 2π f c c I R = I c tg δ = 2 π U f. c. tg δ P R = U I R = 2 π U 2 f c tg δ

11 A dielektromos jellemzıket befolyásol soló tényezık A faanyag dielektromos tulajdonságai kapcsolatban állnak: a fafajjal, a nedvességtartalommal gtartalommal, a sőrőséggel, A hımérséklettel és A frekvenciaszámmal mmal.

12 Néhány fafaj dielektromos jellemzıi a rostokra merılegesen különbözı nedvességi értékeknél (f = 5 MHz, t = 20 C) Fafaj Dielektromos állandó Nedvességtartalom, % Veszteségi tényezı (tg δ) Nedvességtartalom, % Vörösfenyı 1,9 7,5 20,0 0,06 0,25 0,23 Lucfenyı 1,7 3,5 7,0 0,04 0,22 0,18 Nyár 1,9 4,1 9,0 0,04 0,22 0,21 Rezgınyár 1,7 4,1 10,2 0,05 0,22 0,15 levegı 1,0 víz 80,6 üveg 3,59,0

13 A sőrőség s és s a dielektromos állandó kapcsolata különbözı nedvességtartalom gtartalomú lucfenyık k esetén

14 A frekvencia és s a dielektromos állandó kapcsolata különbözı nedvességtartalm gtartalmú lucfenyık k esetén (t=20 C)

15 A dielektromos jellemzık k hımérsh rséklet és s a frekvencia függf ggése lucfenyınél l (u=6,5%)

16 Elektromos (átütési) szilárds rdság értéke egyenlı az átütési feszülts ltség (U k ) és a faanyag vastagság (h) hányadosával E = U h k Fafaj Elektromos szilárdság, kv/mm sugár húr rost Lucfenyı: u = 0 u = 33 6,0 1,4 7,2 1,3 1,4 0,9 Erdeifeny ı: u = 0 u = 33 5,9 1,4 7,2 1,5 1,45 0,76 Nyír u = 0 u = 33 9,1 1,4 7,6 1,2 1,3 0,5 Bükk u = 9 4,2 5,2 1,4 Tölgy u = 9 3,9 4,7 1,3 Egyéb anyagok: transzformátor olaj: üveg: bakelit: porcelán:

17 Piezoelektromos hatás Jellemzésére a dielektromos moduluszt (d) használj lják. d = dq A piezoelektromos modulusz néhány ny értéke a lucfenyınél és s a bükknél df Fafaj Lucfenyı Bükk Nedvesség, % 16,3 39,7 14,2 30,6 Piezo modulusz C/N 0,0260,057 0,81,35 0,0370,058 1,12,3

18 A faanyag mágnesezhetm gnesezhetıségege A faanyag diamágneses gneses,, a csekélyebb mágneses térerıkkel rendelkezı pólus irány nyába mozdul el. A mágneses szuszceptibilitása sa (S m ) negatív elıjel jelő. S m = A mágnesezés erıss ssége/mágnesgnes erıtér erıss ssége A fa mágnesezhetıségege csekély ly: S m = 0,2... 0,2...0,50, A faanyagnál a diamágnesess gnesesség a rostokkal párhuzamosan mutatja a legnagyobb értéket.

19 Köszönöm m a figyelmet!