21.2. Дифференциальная теплота набухания

Размеры отдельных прослоек, или капилляров, в древесине широко варьируют, начиная от ультрамикроскопических, измеряемых долями нанометра (т. е. <1 нм, или <1 • 10-6 мм), между мицеллами и до 0,5 мм (т. е. 5-102 мкм) в крупных капиллярах. Капилляры с r<10-4 мм называются микрокапиллярами, а при r>10-4 мм — макрокапиллярами.

Давление водяного пара в смачиваемом жидкостью капилляре над вогнутой поверхностью мениска меньше, чем над плоской поверхностью воды. Так, при 20° С соотношение между радиусом капилляра г (мм) и относительным понижением давления водяного пара φ составит [2]:

Отсюда видно, что давление пара значительно понижается лишь в ультрамикроскопических капиллярах. Например, при радиусе капилляра r=107/108≈10-4 мм≈0,1 мкм давление водяного пара уменьшится всего на 1% (φ=0,99), т. е. практически не будет отличаться от давления пара над плоской поверхностью воды. Чем ниже влажность древесины, тем прочнее связь гигроскопической межмицеллярной влаги с мицеллами и тем больше расходуется дополнительного тепла на отрыв молекул воды от вещества древесины.

Температура замерзания связанной влаги от — 1°С при влажности 25%, до —70° С при влажности древесины, близкой к нулю.

Из сосудов и клеточных полостей, находящихся у поверхности материала, свободная влага испаряется с такой же затратой тепла, как и с открытой водной поверхности. Испарение связанной влаги, находящейся в клеточных оболочках, затруднено, и для ее поглощения воздух должен быть суше а расход теплоты повышенным.

На рис. 27, а показаны кривые дифференциальной теплоты набухания (шкала вверху) и полного расхода теплоты — испарения и набухания (шкала внизу) по экспериментальным данным Вейхерта для ели, бука и древесноволокнистых плит при 62,5° С, когда теплота r испарения воды составляет 2355 кДж/кг влаги (562 ккал/кг влаги) [15].

На рис. 27, б приведена полученная Стаммом опытным путем кривая дифференциальной теплоты набухания dQ/dω древесины в зависимости от ее влажности при 50° С, Кривая имеет вид логарифмики. При уменьшении влажности древесины и приближении ее к нулю дифференциальная теплота набухания равна примерно 1260 кДж (300 ккал) на 1 кг испаряемой влаги, т. е. превышает половину величины теплоты испарения свободной воды. Можно предложить уравнение этой кривой в виде

где е — основание натуральных логарифмов.