Теплоемкость сосны

Плотность древесины. Таблица значений плотности

Плотность древесины — это отношение массы древесины к объёму древесины, то есть плотность определяется массой древесного вещества в единице своего объёма.

Выражается плотность в кг/м³

Обычно, в строительстве значение плотности древесины нужно для того, чтобы расчитать массу (вес) древесины.

Плотность у древесины напрямую зависит от её влажности — чем больше влажность, тем больше значение плотности.

Так же как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, плотность определяется при влажности 12%. При определении плотности древесного вещества его массу определяют взвешиванием, а объём рассчитывают по разнице объёма образца древесины и объёма жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.

Очень тесная связь существует между плотностью и прочностью древесины. Более плотная (тяжёлая) древесина, как правило, является более прочной.

По плотности древесины при влажности 12% все породы делят на три группы:

Стоит отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.

Таблица плотности древесины

Согласно последней правке «СП 64.13330.2017» от 2017 года сделанной в «СНиП II-25-80 Деревянные конструкции» раздел касающийся плотностей древесины имеет такой вид:

Плотность древесины и древесных материалов

  1. Для определения собственного веса конструкций плотность древесины различных пород следует принимать по следующей таблице:
Таблица 1

Порода древесины Плотность древесины, кг/м³, в конструкциях для условий эксплуатации по таблице 1
1А, 1 и 2 3 и 4
Хвойные:
лиственница 650 800
сосна, ель, кедр, пихта 500 600
Твердые лиственные:
дуб, береза, бук, ясень, клен, граб, акация, вяз, и ильм 700 800
Мягкие лиственные:
осина, тополь, ольха, липа 500 600
  1. Плотность свежесрубленной древесины хвойных и мягких лиственных пород следует принимать равной 850 кг/м³, твёрдых лиственных пород — 1000 кг/м³.
  2. Плотность клееной древесины следует принимать как неклееной.
  3. Плотность обычной фанеры следует принимать равной плотности древесины шпонов, а бакелизированной — 1000 кг/м³.
  4. Плотность древесины из однонаправленного шпона 500-600 кг/м³, зависит от породы древесины шпонов.

Таблица справочных значений плотности для пород деревьев

Так как стандартизированные значения плотности для древесины имееют групповой вид, пришлось полазить по англоязычным справочникам, чтобы собрать значения плотности по породам деревьев. Получилась следующая таблица:

Плотность древесины наиболее встречаемых пород деревьев

Порода дерева Плотность древесины кг/м³
Бальса (Бальза) 120-160
Пихта сибирская 390-430
Ель северная 400-450
Секвойя вечно-зелёная 410
Тополь 400-500
Ива 460
Сосна 450-500
Ольха 490
Осина 510
Липа 530
Красное дерево 540
Конский каштан 560
Каштан съедобный 590
Кипарис 600
Черемуха 610
Сапелли 620
Лещина 630
Орех грецкий 640
Берёза 650
Вишня 660
Вяз гладкий 660
Лиственница 660
Клен полевой 670
Тиковое дерево 670
Груша 690
Дуб 690
Афрормозия 700
Свитения (махагони) 700
Платан 700
Жостер (крушина) 710
Бук 720
Граб 750
Падук 750
Тисс 750
Ясень 750
Дуссия 800
Кемпас 800
Слива 800
Сирень 800
Боярышник 800
Палисандр 800 — 1000
Пекан (кария) 830
Ярра 830
Мербау 840
Ятоба (мареил) 840
Керуинг 850
Кулахи 850
Мутения 850
Венге 900
Лапачо 900
Олива 900
Сандаловое дерево 900
Панга-панга 950
Самшит 960
Лим 970
Сукупира 1 000
Кумару 1 100
Эбеновое дерево (Хурма) 1 080
Черное дерево 1 160
Квебрахо 1 210
Гваякум или бакаут 1 280

Тепловые свойства древесины

Способность древесины поглощать тепло характеризуется теплоемкостью. В качестве меры используется удельная теплоемкость с, которая представляет собой количество тепла, необходимое для того, чтобы нагреть древесину массой 1 кг на 1о С. Размерность удельной теплоемкости — ккал/кг х град или в международной системе единиц СИ-дж/кг х град.

С увеличением температуры теплоемкость древесины возрастает; удельная теплоемкость с абсолютно сухой древесины в зависимости от температуры может быть найдена по формуле:

В пределах изменения температуры от 0 до 100° удельная теплоемкость абсолютно сухой древесины равна от 0,374 до 0,440 ккал/кг х град и в среднем равна 0,4 ккал /кг х град. При увлажнении теплоемкость древесины увеличивается, так как удельная теплоемкость воды (1,0 ккал/кг х град) больше теплоемкости абсолютно сухой древесины. При положительной температуре (выше 0°С) влияние влажности сказывается в большей мере, чем при отрицательной температуре.

Например, увеличение влажности с 10 до 120% при температуре + 20° приводит к повышению теплоемкости на 70%; изменение влажности в тех же пределах, но при температуре -20°С вызывает увеличение теплоемкости всего на 15%; это объясняется меньшей теплоемкостью льда (0,5ккал/кг х град). Значение теплоемкости древесины при разной температуре и влажности можно определить по диаграмме на рис. 42.

Рис. 42. Диаграмма для определения удельной теплоемкости древесины.

Пример 1. Определить при помощи диаграммы рис. 42 теплоемкость древесины при t=20° и влажности 60%. Точка пересечения вертикальной линии, соответствующей данной температуре, с горизонтальной линией для указанной влажности находится на наклонной кривой линии 0,66. Следовательно, удельная теплоемкость древесины при заданных условиях составляет 0,66 ккал/кг х град.

Пример 2. Определить теплоемкость мерзлой древесины при t = -10° и влажности 80%. Проводим вертикальную линию через точку, соответствующую -10°, (слева от нуля на оси температур) до пересечения с горизонтальной линией, соответствующей влажности 80%. Точка пересечения находится между двумя наклонными прямыми линиями 0,50 и 0,55. На глаз оцениваем положение точки от этих линий и находим, что удельная теплоемкость древесины при указанном состоянии равна 0,52 ккал/кг х град.

Плотность пород древесины

Плотность древесины – физическое свойство, характеризующее отношение массы сухого материала к его объему. Этот показатель учитывается при перевозке, обработке и применении дерева. Плотность древесины используется при проведении физико-математических расчетов во время сортировки пиломатериалов.

Что такое плотность древесины

Единицей измерения плотности древесины является гм/см3 или кг/м3 (в системе СИ). Этот показатель определяется по формуле: р = mb/Vb. Символ m обозначает массу материала, b – параметр влажности, Vb – объем влажного вещества. Выделяют следующие виды плотности древесины:

  1. Удельный вес (условная или базисная плотность): характеризует отношение массы сухого древесинного вещества к его объему.
  2. Объемный вес (средняя плотность): определяет отношение массы структурированного физического тела во влажном состоянии к его объему.

В древесине присутствует большое количество межклеточных пространств, называемых пустотами. Древесинное вещество получается при помощи спрессовывания дерева. В результате пустоты полностью исчезают. Плотность спрессованной древесины меньше удельного веса древесинного вещества. Чем выше величина этого показателя, тем прочнее материал. Древесина с большим удельным весом труднее поддается обработке и не пропитывается антисептиками.

Измерение плотности осуществляется по следующему алгоритму:

  1. Выдержать измеряемый образец до влажности не менее 11 %.
  2. Расчет размерных характеристик и веса деревянной заготовки.
  3. На основе проведенных измерений производится расчет объема древесины. Заготовка увлажняется в дистиллированной воде в течение 3 суток, пока ее толщина не увеличится на 0,1 мм.
  4. Повторно измеряются размер и вес увлажненной древесины. На основе новых данных производится расчет максимального объема.
  5. Заготовка высушивается и повторно взвешивается. Масса сухого образца делится на максимальный объем. Результат вычислений будет являться базисной плотностью.
  6. Повторно измеряется масса сухой заготовки. На основе этих значений вычисляется удельный вес древесины.

Алгоритм вычисления данного показателя указан в ГОСТ 16483.1-84. Проводить измерения рекомендуется на заготовках в форме прямоугольной линзы. Длина основания измеряемого образца должна равняться 20 мм, ширина – 20 мм, высота – 30 мм. Грани заготовки необходимо тщательно обработать перед измерением плотности древесины.

ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности

1 файл 197.93 KB

В большинстве стран Европы, вместо плотности древесины, используется показатель прироста. Он характеризует среднюю толщину слоев роста. Этот параметр используется при расчете величины изменения объема дерева в течение некоторого промежутка времени. Главным преимущества параметра прироста является легкость расчета, что позволит снизить затраты на проведение математических измерений. Согласно мнению профессиональных специалистов, этот параметр не характеризует физические свойства древесины. Поэтому он не связан с плотностью вещества. В Российской Федерации показатель прироста используется центрами по экспертизе и стандартизации лесоматериалов.

Взаимосвязь с другими параметрами

Плотность древесины связана со следующими физическими свойствами дерева:

  1. Пористость: структура деревянных брусков имеет неоднородную структуру и состоит из большого количества пор. Чем больше пустых пространств в составе деревянной заготовки, тем меньше плотность ее материала.
  2. Вес: чем больше вес бруска, тем больше его масса. Этот показатель напрямую связан с плотностью вещества. Чем тяжелее пиломатериалы, тем они более плотные.
  3. Влажность: чем больше жидкости содержится в деревянном бруске, тем выше отношение массы материала к его объему. Этот показатель зависит от температуры окружающей среды и автоматически снижается при сушке дерева. При испарении влаги возможна механическая деформация деревянной заготовки.
  4. Абсорбция: это свойство характеризует способность дерева поглощать влагу. Чем выше впитывающая способность материала, тем выше его плотность. Если древесина поглощает большое количество жидкости, то на поверхности бруска будет присутствовать малое число пор. Степень абсорбции выше на поперечном срезе бруска, где основные поры не закрыты.
  5. Теплопроводность: характеризует способность вещества проводить тепловую энергию. Материалы с небольшой плотностью проводят тепло с меньшей интенсивностью. Это обусловлено большим количеством пор, заполненных кислородом. Они изолируют поверхность дерева от воздействия тепла. В результате материал нагревается в течение длительного промежутка времени. По этой причине в помещениях, где осуществляется термообработка материалов, используют пиломатериалы с высокой прочностью.
  6. Горючесть: чем меньше отношение массы древесины к объему, тем быстрее она воспламеняется. Это связано с большим количеством пор, заполненных жидкостью. Мягкие породы древесины горят с наибольшей интенсивностью.
  7. Прочность: при низкой плотности материал приобретает устойчивость к физическим деформациям. Крепкие бруски быстро раскалываются и изменяют свою форму при соударениях с инородными предметами.
  8. Биологические факторы: пиломатериалы с высокой плотностью материала не поддаются гниению. Это обусловлено большим количеством пор, поглощающих влагу. При выдержке материала в дистиллированной воде можно улучшить его устойчивость к воздействию биологических факторов.

Одним из главных свойств, связанных с плотностью, является твердость древесины. Она характеризует способность дерева выдерживать сильные нагрузки. Чем больше объемный вес деревянного бруска, тем больше его твердость. Мягкие породы имеют высокую теплопроводность и не подвергаются механическим деформациям. Твердая древесина воспламеняется с меньшей интенсивностью.

Твердость определяется тестом по Бринеллю. Для осуществления расчетов требуется металлический шарик диаметром 1 мм. Он вдавливается в поверхность деревянной заготовки. Проделанное отверстие измеряется при помощи линеек и штангенциркулей. Глубина измеряемой лунки является коэффициентом Бринелля, использующимся для оценки твердости материала.

При самостоятельном определении коэффициента Бринелля могут возникнуть погрешности, что приведет к неточности измерении. Поэтому для оценки устойчивости материала применяется таблица твердости разных пород древесины:

Коэффициент Бринелля пород древесины

Разновидность древесины Коэффициент Бринелля Особенности материала и область применения
Акация 7,1 кгс/мм² Произрастает в Северной Америке. Используется для изготовления паркета и мебели.
Бук 3,8 кгс/мм² Растет на территории Европы, Западной Азии, Северной и Южной Америки. Бук обладает мягкой фактурой легко обрабатывается режущими инструментами.
Бамбук 4,7 кгс/мм² Растет в Юго-Восточной Азии. Устойчив к высоким перепадам температур, эффективно впитывает влагу. Используется в медицине.
Берёза 3,3 кгс/мм² Произрастает в Европе. Имеет низкую устойчивость к воздействию высоких температур. Применяется при производстве элементов декора.
Вишня 3,6 кгс/мм² Растет в Европе, Азии и Северной Америке. Имеет ровноволокнистую структуру и легко поддается обработке.
Граб 3,5 кгс/мм² Произрастает на юге России. Обладает скрученными волокнами и высокой прочностью.
Дуб 3,8 кгс/мм² Растет в Европе и Северной Америке. Устойчив к механическим деформациям, имеет долгий срок эксплуатации. Используется при изготовлении дощатых полов.
Ель 1,3 кгс/мм² Произрастает на территории Европы и Северной Америки. Отличается неоднородностью цвета и низкой степенью абсорбции. Применяется в строительном секторе.
Клён 4,8 кгс/мм² Произрастает в Северной Америке и Европе. Склонен к образованию трещин. Применяется при изготовлении мебели.
Орех грецкий 5 кгс/мм² Произрастает на территории Южной Европы, Средней Азии и Ближнего Востока. Отличается высокой влажностью и прочностью структуры. Применяется в медицине.
Ольха 3,0 кгс/мм² Растет в Западной Азии. Европе и Северной Африке. Имеет тонкую структуру и поддается деформации. Применяется при производстве паркета.
Сосна 1,6 кгс/мм² Растет в Европе, Северной Америке и Азии. Имеет низкую теплопроводность и не воспламеняется. По этой причине данный материал активно используется при строении помещений, где проводится термическая обработка.
Ясень 4,1 кгс/мм² Произрастает в Европе. Эластичен, легко поддается механической обработке. Используется для изготовления спортивных снарядов.

Таблица твердости используется на промышленных предприятиях. Она позволяет работникам выбрать оптимальные материалы для проведения физико-математических измерений.

Зависимость от влажности

Влажность древесины является одним из главным параметров, влияющих на плотность этого материала. При наличии большого количества влаги повышается вес бруска. В результате масса заготовки увеличивается. Поэтому плотность дерева, где отсутствует влага, ниже. Влажные образцы имеют высокую прочность и твердость.

Выделяют 3 основных категории древесины по влажности:

  1. Абсолютно сухая: значение влажности составляет менее 25 %.
  2. Воздушно-сухая (полусухая): влажность составляет от 25 до 35 %.
  3. Сырая: значение влажности составляет свыше 35 %.

Влажность свежесрубленной древесины составляет не менее 50 %. Поэтому сырье подвергается естественной сушке под навесом. Эта процедура позволяет снизить количество влаги до 25 %. Для дальнейшего снижения этого показателя требуется поместить дерево в сушильные камеры. Измерение можно проводить при влажности не более 12 %.

Измерение показателя твердости

Для определения твердости используются 3 основных метода:

  1. По коэффициенту Бринелля: в поверхность бревна или бруска вбивается шарик из металлических материалов. Диаметр вставляемого предмета составляет не более 1 см. Степень нагрузки на шарик определяется по следующей формуле: F = K × D2. K – отношение массы материала к его объему, D – диаметр шарика. Глубина полученного отверстия измеряется. Для определения твердости нужно разделить длину образованной лунки и степень нагрузки на шарик.
  2. По шкале Янка: в поверхность бревна или бруска вбивается стальной шарик с диаметром 11,3 см. После этого рассчитывается сила, с которой предмет был вдавлен в поверхность древесины. Важно, чтобы шарик углубился в заготовку на 50 % своего диаметра.
  3. По шкале Роквелла: в поверхность дерева вбивается индентор, представляющий собой алмазный конус. Измеряется глубина проделанного отверстия. Полученный результат сравнивается с табличными значениями. Оценка твердости осуществляется при помощи единицы измерения HR, равной 0,0002 мм.


Основные методы расчета показателя твердости описаны в ГОСТ 16483.17-81. В справочных материалах величина этого показателя указывается в 1 кгс/мм2 = 9,81 Н/мм2.

ГОСТ 16483.17-81 Древесина. Метод определения статической твердости

1 файл 138.94 KB

Классификация пород деревьев по плотности

Выделяют следующие разновидности древесины по показателю плотности:

  1. Породы с малой плотностью: от 1 до 540 кг/м3.
  2. Породы со средней плотностью: от 541 до 740 кг/м3.
  3. Породы с высокой плотностью: от 750 кг/м3.

Самое большое количество деревьев с плотной древесины растет на территории Европы, Северной и Южной Америки. Наивысшей плотностью обладает бакаут (до 1300 кг/м3). Самые плотные породы древесины указаны в Государственной системе справочных данных, контролируемой Госстандартом Российской Федерации.

Табличные значения плотности древесины

В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:

Таблица плотности древесины
Наименование дерева Плотность кг/м3
Акация 830
Бамбук 870
Берёза 540-700
Бук 650-700
Вишня американская 490-670
Вяз 670-710
Граб 500-820
Дуб 600-930
Ель 400-500
Кедр 580-770
Липа 320-560
Лиственница 950-1020
Ольха 380-640
Орех грецкий 500-650
Сосна 400-500
Эвкалипт 690-1110
Ясень 660-700
Бальса (Бальза) 120-160
Пихта сибирская 390-430
Секвойя 410
Тополь 400-500
Ива 460
Сосна 450-500
Красное дерево 540
Конский каштан 560
Каштан съедобный 590
Кипарис 600
Черемуха 610
Сапелли 620
Лещина 630
Клен полевой 670
Тиковое дерево 670
Груша 690
Афрормозия 700
Свитения (махагони) 700
Платан 700
Жостер (крушина) 710
Падук 750
Тисс 750
Дуссия 800
Кемпас 800
Слива 800
Сирень 800
Боярышник 800
Палисандр 800-1000
Пекан (кария) 830
Ярра 830
Мербау 840
Ятоба (мареил) 840
Керуинг 850
Кулахи 850
Мутения 850
Венге 900
Лапачо 900
Олива 900
Сандаловое дерево 900
Панга-панга 950
Самшит 960
Лим 970
Сукупира 1 000
Кумару 1 100
Эбеновое дерево (Хурма) 1 080
Черное дерево 1 160
Квебрахо 1 210
Гваякум или бакаут 1 280

Наименьшей плотностью обладают хвойные породы деревьев. Наибольшее отношение массы к объему наблюдается твердых лиственных и тропических деревьев. Это обусловлено климатическими условиями. Хвойные деревья произрастают в лесных зонах и тундрах, где наблюдается недостаток влаги. По этой причине масса у них ниже, чем у тропических или лиственных пород. На плотность этих пиломатериалов могут оказывать влияние следующие факторы:

  1. Коробление – искажение формы дерева в результате внутренних напряжений.
  2. Наличие масел и смол в структуре древесины.
  3. Мягкость фактуры.

Плотность свежесрубленных хвойных деревьев составляет не более 850 кг/м³. Для твердых твёрдых лиственных пород значение этого показателя составляет 1000 кг/м³. Плотность клееной древесины равна плотности неклееной. Значение этого показателя для фанеры равен отношению массы древесных шпонов к его объему.


Тепловые свойства древесины — это такие свойства как теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность и тепловое расширение. Удельная теплоемкость древесины в меньшей степени зависит от древесной породы и плотности, и для абсолютно сухой древесины при 0°С ее значение 1,56 кДж/(кг°С). С ростом температуры это значение возрастает практически линейно и при 100°С оно больше практически на 25%, чем при 0°С. Удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг°С) выше практически в 2,5 раза по сравнению с древесиной, поэтому в насышенной водой древесине повышается теплоемкость.

Такие тепловые свойства древесины как: температуропроводность и теплопроводность зависят от ее плотности, потому что в отличие от теплоемкости на эти тепловые свойства влияет наличие распределенных по всему объему древесины полостей клеток, заполненных воздухом. Коэффициент теплопроводности абсолютно сухой древесины растет с увеличением плотности, а коэффициент температуропроводности падает. Если полости клеток заполняются водой теплопроводность древесины растет, а температуропроводность понижается. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек.

Коэффициент теплового расширения абсолютно сухой древесины положителен для всех структурных направлений, т.е. древесина расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Коэффициент линейного теплового расширения, т.е. условное изменение размеров образца при нагревании на 1°С, вдоль волокон не превосходит 5,7-10,6 на 1°С. Коэффициенты линейного расширения поперек волокон в 5… 15 раз больше. Но для образцов влажной древесины нагревание может привести к сокращению размеров из-за уменьшения степени набухания клеточных стенок при сушке древесины.

Абсолютно сухая древесина имеет низкую электропроводность и соответственно высокое электрическое сопротивление (1015…1017 Ом-м). При увеличении влажности древесины от нуля до предела насыщения клеточных стенок сопротивление уменьшается в 10…15 раз, последующее повышение содержания воды до полного насыщения древесины уменьшает обычно сопротивление не более чем в 102 раз. Измеряя электрическое сопротивление древесины, можно определять ее влажность.

Электропроводность вдоль волокон выше, чем поперек волокон. Диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой древесины колеблется от 2 до 5 при комнатной температуре. С увеличением влажности или при повышении температуры диэлектрическая проницаемость вырастает. Вдоль волокон ее значение больше, чем в поперечном направлении. У наиболее плотной древесины диэлектрическая проницаемость выше. Древесина, помещенная в переменное электрическое поле, поглощает часть его энергии и рассеивает ее в виде тепла, что используют для сушки древесины. Эти диэлектрические потери растут при увеличении плотности древесины и ее влажности.

При использовании древесины в качестве топлива главное значение имеет такое тепловое свойство древесины, как теплота сгорания (теплотворная способность), составляющая для абсолютно сухой древесины 19,7…21,5 МДж/кг. Присутствие влаги сильно понижает ее значение. Теплота сгорания коры приблизительно такая же, как у древесины, кроме внешнего слоя коры березы (36 МДж/кг).

Теплоемкость сосны

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *