Fafizika 5. el ıad ás - nyme.hunyme.hu/fileadmin/Image_Archive/fmk/faanyag/eloadas/fizika_05.pdf · Fajlagos ellen áll ás és vezet ıképess ég A faanyag egyen árammal szembeni

FafizikaFafizika5. el5. elııadadááss

Elektromos tulajdonsElektromos tulajdonsáágokgok

Prof. Dr. MolnProf. Dr. Molnáár Sr Sáándorndor

NYME, FMK, NYME, FMK,

FaanyagtudomFaanyagtudomáányi Intnyi Intéézetzet

Gyakorlati szerepeGyakorlati szerepe

�� A A faiparifaipari gyakorlatbangyakorlatbana a leglegááltalltaláánosabbnosabbfelhasznfelhasznáálláástst a a fanedvessfanedvesséégg mméérréésesejelentijelenti. .

�� FaszerkezetekFaszerkezetek, , ttááblblááss parkettparkettáákk gazdasgazdasáágosgosgygyáártrtáássáátt tesziteszilehetlehetııvvééa a nagyfrekvencinagyfrekvenciááss ererııttéérbenrbenvalvalóó ragasztragasztááss. .

�� ElektromosElektromosffőőttııkkéészszüülléékeketkekethasznhasznáálnaklnak azazegyesegyesprprééslapokbanslapokban, , csigaprcsigaprééseknseknééll , , éélfurnlfurnéérozrozóó kkéészszüülléékekbenkekben. .

�� A A piezoelektromospiezoelektromosjelensjelenséégetgetpedigpediga a mikroszerkezetimikroszerkezetikutatkutatáásshasznoshasznosíítjatja..

�� KKöörnyezetbarrnyezetbaráátt, , takartakaréékoskos lakkfelvitelilakkfelviteli mmóódd azazelektrosztatikuselektrosztatikusttéérbenrbenvalvalóó lakkszlakkszóórrááss. .

Fajlagos ellenFajlagos ellenáállll áás s éés vezets vezetııkkéépesspesséégg

�� A A faanyagfaanyagegyenegyenáárammalrammalszembeniszembeniviselkedviselkedéésséétt a a fajlagosfajlagosellenellenáállll ááss ((ρρ) ) ééss a a fajlagosfajlagosvezetvezetııkkéépesspesséégg (c) (c) jellemzikjellemzik. .

�� A A fajlagosfajlagosvezetvezetııkkéépesspesséégg kkéétt ttíípuspusaa::�� a) a) egyenegyenááramramúú fajlagosfajlagosvezetvezetııkkéépesspesséégg ééss�� b) b) eltoleltolóóddáásisi fajlagosfajlagosvezetvezetııkkéépesspesséégg..

�� A A fajlagosfajlagosvezetvezetııkkéépesspesséégg azazanyagbananyagbanjelentkezjelentkezııááramsramsőőrrőőssééggelggel jjóóll definidefiniáálhatlhatóó, a , a gyakorlatgyakorlatmméégisgis inkinkáábbbbennekennekreciprokreciprokáátt, a , a fajlagosfajlagosellenellenáállll óókkéépesspesséégetgethasznhasznááljalja. .

�� A A fontosabbfontosabböösszefsszefüüggggéésekseka a kköövetkezvetkezııkk::

l

AR ⋅=ρAU

I

AR

11X

ll ⋅=⋅=ρ

=

Fajlagos ellenFajlagos ellenáállll áás s éés vezets vezetııkkéépesspesséégg

�� A A felfelüületileti fajlagosfajlagosellenellenáállll ááss ((ρρss)) kifejezikifejezi, , hogyhogya a fatestfatestfelszfelszíínnéénn 1 1 cmcm22 felfelüületlet kkéétt szemkszemkööztizti oldalaoldalakköözzöötttt milyenmilyen azazellenellenáállll ááss::

�� A A sajsajáátostos felfelüületlet fizikaifizikai hathatáásoksokeredmeredméényeknyekééntnt a a rostokkalrostokkalppáárhuzamosanrhuzamosanρρss//ρρ =10 =10 ÷÷ 60; a 60; a rostokrarostokramermerıılegesenlegesenρρss//ρρ = 3 = 3 ÷÷ 7. 7.

b

DRs

⋅π⋅=ρ

A fajlagos ellenA fajlagos ellenáállll áást befolyst befolyáásolsolóó ttéényeznyezıık k

�� A A fajlagosfajlagosellenellenáállll ááss ffüügggg::�� a a fafajfafaj, , �� nedvessnedvesséégtartalomgtartalom, , �� anizotranizotróópiapia, , �� hhıımméérsrséékletklet, , �� frekvenciafrekvencia, , �� szszöövetiveti ééss kkéémiaimiai szerkezetszerkezet, , �� faanyagfaanyagssőőrrőősséégege, , �� vvééddııkezelkezeléésese, , �� a a mméérrıı elektrelektróóddáákrakra gyakoroltgyakoroltnyomnyomááss éértrtéékeitkeitııll , , vvááltozltozáásaitsaitóóll ..

�� AzAz abszolabszolúútt szszáárazraz faanyagnakfaanyagnakfafajtfafajtóóll ffüüggggııenen10101515--10101717 ohm ohm cm a cm a fajlagosfajlagosellenellenáállll áásasa..

�� A A nedvessnedvesséégtartalomgtartalombefolybefolyáásoljasoljaa a fajlagosfajlagosellenellenáállll áástst..

NNééhháányny fafajfafaj fajlagosfajlagos elektromoselektromosellenellenáállll áásasa((ρρρρρρρρ) ) ééssfelszfelszíínini ellenellenáállll áásasa((ρρρρρρρρss) a ) a rostirrostir áányny ((||||||||||||||||, , ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥))

ffüüggvggvéénynyéébenben

--2,1 . 1071,1 . 10715,3Duglász fenyı

-4,0 . 1011

-

-1,0 . 1011

-

7,6 . 1016

6,4 . 1010

2,1 . 107

3,8 . 1016

-1,0 . 107

07,816,0

Lucfenyı

7,9 . 10112,1 . 10111,3 . 1011-7,5Erdeifenyı

--6,6 . 10173,3 . 10170Juhar

5,5 . 10102,0 . 10101,3 . 1010-7,9Tölgy

7,9 . 1010

--

9,4 . 10101,4 . 1010

--

1,7 . 1098,39,2

Bükk

-2,8 . 1012

--

--

4,0 . 1011

-

-8,6 . 1011

--

5,1 . 1016

-4,2 . 1010

10 . 108

0,08,08,220,0

Nyír

⊥||⊥||

ρs (ohm)ρ (ohm cm)u, % Fafaj

A faanyag A faanyag dielektromosdielektromos tulajdonstulajdonsáágaigai

A faanyag A faanyag dielektromosdielektromosáállandllandóójaja

�� a a dielektromosdielektromosjellemzjellemzııknekknek elselsıısorbansorbana a vvááltltóáóáramramesetesetéénnvan van gyakorlatigyakorlatijelentjelentıısséégege

�� aa fontosabbfontosabbdielektromosdielektromosjellemzjellemzııkk a a dielektromosdielektromosáállandllandóó ((εε) ) ééss a a dielektromosdielektromosvesztesveszteséégigi ttéényeznyezıı ((tgtg δδ))

�� a a faanyagfaanyagdielektromosdielektromosáállandllandóójaja megmutatjamegmutatja, , hogyhogyhháányszorosnyszorosáárara nnıı a a kondenzkondenzáátortor kapacitkapacitáásasa, ha a , ha a lemezeilemezeikköözzöötttt nem nem vváákuumkuum, , hanemhanemfaanyagfaanyagvan van

vc

c=ε

A faanyag A faanyag dielektromosdielektromos tulajdonstulajdonsáágaigai

A faanyag A faanyag dielektromosdielektromosáállandllandóójaja

�� a a faanyagfaanyagrelatrelatíívv dielektromosdielektromosáállandllandóójaja ((εεrr) ) kifejezikifejezi, , hogyhogyhháányszornyszornagyobbnagyobba a fafa dielektromosdielektromosáállandllandóójaja, mint a , mint a vváákuumkuuméé ((εεvv))

�� aa dielektromosdielektromosáállandllandóó a a fafa atomjainakatomjainakééss molekulmolekulááinakinak kküülslsııelektromoselektromosmezmezıı U U feszfeszüültsltsééggééneknek-- vagyvagy„„ EE”” ttéérerrerıısssséégnekgnek--hathatáássáárara fellfellééppıı polarizpolarizáácicióó mméértrtéékeke

vr ε

ε=ε

DielektromosDielektromos vesztesveszteséégi tgi téényeznyezıı�� A faA fa polarizpolarizáácicióójakorjakor a a kküülslsıı elektromoselektromosmezmezıı hathatáássáárara belsbelsıı

áátrendeztrendezııddééss kköövetkezikvetkezikbe be ananéélklküüll , , hogyhogya a testretestrettööbbletbblet ttööltltéésskerkerüültlt volnavolna. .

�� A A kialakultkialakult dipdipóólusoslusosmolekulmolekuláákk a a feszfeszüültsltséégg frekvencifrekvenciáájjáánaknakmegfelelmegfelelııenenvvááltogatjltogatjáákk a a polaritpolaritáásukatsukat, , forognakforognak. .

�� E E mozgmozgááss pedigpedighhııfejlfejlııddééstst eredmeredméényeznyez. . �� EzEz a a hhıı a a kküülslsıı elektromoselektromosererııttéérr energienergiáájjáánaknak terhterhéérere fejlfejlııdikdik. .

�� A A kondenzkondenzáátortor lemezeilemezeikköözzééhelyezetthelyezettfafa egyegyvesztesveszteséégesgeskondenzkondenzáátorktorkééntnt modellezhetmodellezhetıı. .

c

R

I

Itg =δ

R

Rtg c=δ

�� A A faanyagfaanyagfelmelegfelmelegííttééssééhezhezszszüükskséégesgeshhıımennyismennyiséégetgetéésselektromoselektromosteljesteljesíítmtméényny

�� Az elektromos teljesAz elektromos teljesíítmtméény oldalny oldaláárróól meghatl meghatáározhatrozhatóó a ha hııvvééalakulalakulóó elektromos teljeselektromos teljesíítmtméény:ny:

�� nagyfrekvencinagyfrekvenciáás s vváálltllt óáóáramotramotkell felhasznkell felhasznáálni, ezlni, ezéért fejezzrt fejezzüük k ki az ellenki az ellenáállll áást a frekvencia segst a frekvencia segíítstsééggéévelvel

Pr = U ·Ir

cf2

1Rc ⋅⋅π⋅

= Ic = U · 2π · f · c

IR = Ic · tg δ = 2 · π · U · f ·. c ·. tg δ

PR = U · IR = 2 · π · U2 · f · c · tg δ

A A dielektromosdielektromos jellemzjellemzııket befolyket befolyáásolsolóó ttéényeznyezııkk

�� A A faanyagfaanyagdielektromosdielektromostulajdonstulajdonsáágaigai kapcsolatbankapcsolatbanáállnakllnak::

�� a a fafajjalfafajjal, ,

�� a a nedvessnedvesséégtartalommalgtartalommal, ,

�� a a ssőőrrőőssééggelggel, ,

�� A A hhıımméérsrsééklettelklettel ééss

�� A A frekvenciaszfrekvenciaszáámmalmmal. .

NNééhháányny fafajfafaj dielektromosdielektromos jellemzjellemzııiia a rostokrarostokra mermerıılegesenlegesen

kküüllöönbnböözzıı nedvessnedvesséégigi éértrt éékeknkeknééll (f = 5 MHz, t = 20(f = 5 MHz, t = 20°°°°°°°°C)C)

3,5-9,0üveg

80,6víz

1,0levegı

0,150,220,0510,24,11,7Rezgınyár

0,210,220,049,04,11,9Nyár

0,180,220,047,03,51,7Lucfenyı

0,230,250,0620,07,51,9Vörösfenyı

8030080300

Nedvességtartalom, %Nedvességtartalom, %Fafaj

Veszteségi tényezı (tg δδδδ)Dielektromos állandó

A sA sőőrrőősséég g éés a s a dielektromosdielektromos áállandllandóó kapcsolata kapcsolata kküüllöönbnböözzıı nedvessnedvesséégtartalomgtartalomúú lucfenylucfenyıık esetk esetéénn

A frekvencia A frekvencia éés a s a dielektromosdielektromos áállandllandóó kapcsolata kapcsolata kküüllöönbnböözzıı nedvessnedvesséégtartalmgtartalm úú lucfenylucfenyıık esetk esetéén n

(t=20(t=20°°C)C)

A A dielektromosdielektromos jellemzjellemzıık hk hıımméérsrsééklet klet éés a s a frekvencia ffrekvencia füüggggéése lucfenyse lucfenyıınnéél (u=6,5%)l (u=6,5%)

ElektromosElektromos ((ááttüüttéésisi) ) szilsziláárdsrdsáágg

�� éértrtéékeke egyenlegyenlıı azazááttüüttéésisi feszfeszüültsltséégg ((UUkk) ) ééss a a faanyagfaanyagvastagsvastagsáágg (h) (h) hháányadosnyadosáávalval

h

UE k=

10030-402010

Egyéb anyagok:transzformátor olaj:üveg:bakelit:porcelán:

1,34,73,9u = 9Tölgy

1,45,24,2u = 9Bükk

1,30,5

7,61,2

9,11,4

u = 0u = 33

Nyír

1,450,76

7,21,5

5,91,4

u = 0u = 33

Erdeifenyı:

1,40,9

7,21,3

6,01,4

u = 0u = 33

Lucfenyı:

rosthúrsugár

Elektromos szilárdság, kV/mmFafaj

Piezoelektromos hatPiezoelektromos hatááss

�� JellemzJellemzéésséérere a a dielektromosdielektromosmodulusztmoduluszt(d) (d) hasznhasznááljlj áákk..

�� A piezoelektromos A piezoelektromos moduluszmodulusznnééhháány ny éértrtééke a lucfenyke a lucfenyıınnéél l éés a s a bbüükknkknééll

dF

dQd =

0,037-0,0581,1-2,3

14,230,6

Bükk

0,026-0,0570,8-1,35

16,339,7

Lucfenyı

Piezo modulusz C/NNedvesség, %Fafaj

A faanyag mA faanyag máágnesezhetgnesezhetıısséégege

�� A A faanyagfaanyagdiamdiamáágnesesgneses, a , a csekcsekéélyebblyebbmmáágnesesgnesesttéérerrerııkkelkkelrendelkezrendelkezıı ppóóluslus iriráánynyáábabamozdulmozdulel. el.

�� AA mmáágnesesgnesesszuszceptibilitszuszceptibilitáásasa((SSmm) ) negatnegatíívv elelııjeljelőő. . �� SSmm = A = A mmáágnesezgnesezééss ererıısssséége/mge/máágnesgnesererııttéérr ererıısssséégege�� A A fafa mmáágnesezhetgnesezhetıısséégegecsekcsekéélyly: : SSmm = = --0,2...0,2...--0,5 . 106. 0,5 . 106. �� A A faanyagnfaanyagnááll a a diamdiamáágnesessgnesesséégg a a rostokkalrostokkalppáárhuzamosanrhuzamosan

mutatjamutatjaa a legnagyobblegnagyobbéértrtééketket. .

KK ööszszöönnööm a figyelmet!m a figyelmet!