1.2. Физические свойства семян овса и овсюга и их анализ

Основными физическими свойствами семян являются: геометрические (длина, ширина, толщина), гравитационные (масса семян), структурные (плотность), аэродинамические (парусность), свойство поверхности (шероховатость) и электрические (относительная диэлектрическая проницаемость, сопротивление) [51,33,29,23,6,7,8].

Таблица 1.1.

Некоторые физические свойства семян овса и овсюга (по литературе)

Культура и примесь	Размеры, 10-3 м			Масса 1000 семян, 10-3 кг		Плотность, 103 кг/м3		Критическая скорость, м/с		Свойства поверхности			Коэффициент симметрии центра тяжести	Коэффициент сферичности	Электрические свойства (W=14%) на постоянном токе
	Длина	Ширина	Толщина							Состояние поверхности	Коэффициент трения покоя по стали	Относительная диэлектрическая проницаемость			Сопротивление зерна, Ом
Овес	8,0-18,6	1,4-4,0	1,0-4,0		20-42		1,1-1,4		3,7-9,1		гладкая	0,26-0,7	0,55-0,95	0,18-0,28	30-70	5 х 106
Овсюг	8,0-16,0	1,4-3,2	1,4-3,0		17,5-22,8		0,8-1,2		5,5-8,3		шероховатая, опушенная, бугристая, есть подковка и ость	0,46-0,83	0,45-0,95	0,12-0,21	140	7,95 х 106

В количественных характеристиках большинства физических свойств семян овса и овсюга наблюдаются колебания. Данные справочной литературы и некоторых исследователей по физическим свойствам этих семян сведены в таблице 1.1 [33,29,74,58,93].

Вариационные ряды геометрических свойств овса и овсюга представлены в таблице 1.2 [28].

Их анализ показывает, что по длине семян овса и овсюга вариационные ряды в значительной степени перекрываются. Однако у части семян овсюга (около 60%) в свежеубранном ворохе имеются ости, за счет которых длина семян увеличивается. Промерами установлено, что в среднем длина семени овсюга с остями равна 14,5 х 10^-3 м, а длина зерна овса 11,5 х 10^-3 м [28]. При перемещении вороха семян, при пропуске их через сушилку и различные зерноочистительные машины ости и подковки у овсюга обламываются. Семена овсюга по длине становятся близкими к семенам овса. Вариационные ряды по длине, ширине и толщине у овса и овсюга почти сплошь перекрываются.

Большой разброс в размерах семян овса и овсюга вызывается еще тем, что в смеси семян овса и овсюга попадаются семена равных категорий. Колоски у овса и овсюга имеют чаще всего по два нормально созревших зерна (реже три). Нижние (первые) зерна более крупные, образуются несколько раньше, верхние (вторые) позднее. Таким образом, размерные показатели первых и вторых зерен у овса и овсюга разные (таблица 1.3.) [33].

Таблица 1.2. ­– Вариационные ряды размерных показателей овса и овсюга

(на 100 семян)

Длина, 10-3 м
Культура	7-8	8,1-9,0	9,1-10,0	10,1-11,0	11,1-12,0	12,1-13,0	13,1 и более
Овес, %	-	10	23	22	24	17	4
Овсюг, %	1	2	12	26	39	20	-

Ширина, 10-3 м.
Культура	до 1,7	1,71-2,0	2,1-2,3	2,31-2,6	2,61-2,9	2,91-3,2
Овес, %	-	4	13	24	49	10
Овсюг, %	1	18	43	36	2	-

Продолжение таблицы 1.2

Толщина, 10-3 м.
Культура	до 1,7	1,21-1,5	1,51-1,8	1,81-2,1	2,11-2,4	2,41-2,7
Овес, %	-	1	9	38	47	5
Овсюг, %	2	2	35	59	2	-

Таблица 1.3 – Геометрические свойства первых и вторых зерен овса и овсюга

Культура	Размеры зерен, 10-3 м.
	Длина	Ширина	Толщина
Овес Победа
Нижние зерна колоса	13-18	3-4	2-3
Средние зерна колоса	12-14	2-3	2
Верхние зерна колоса	6-9	1-2	1-2
Овсюг обыкновенный
Нижние зерна колоса	15-19	2-3	1-2
Средние зерна колоса	12-18	2-3	1
Верхние зерна колоса	8-13	1-2	1

Характеристики распределения овса и овсюга по плотности представлены в таблице 1.1. Из нее видно, что существенного различия по плотности между семенами овса и овсюга нет. Также нет большой разницы у овса и овсюга в аэродинамических свойствах [57].

По состоянию поверхности семена овса и овсюга резко отличаются. Овес имеет гладкую, а овсюг – шероховатую поверхность, сильно опушенную в области подковки. Кроме того, овсюг имеет коленчатую ость.

Семена овсюга в сравнении с овсом имеют больший коэффициент трения. На его величину большое влияние оказывает материал рабочей поверхности, по которой перемещаются семена. Коэффициент трения семян овсюга по такой гладкой поверхности, как сталь, является наименьшим и увеличивается при использовании ворсистых материалов в качестве рабочих поверхностей. Чем тоньше волокно ворса, тем больше коэффициент трения. Эти рабочие поверхности по возрастающему значению величины коэффициента трения можно расположить так: корд, сноповязальное полотно, молескин, байка, грубошерстное сукно и сукно «бета». У овса наименьший коэффициент трения по молескину, а наибольший по байке. У семян овсюга наименьший и наибольший коэффициенты трения по тем же поверхностям, что и у овса, однако по абсолютным значениям он больше.

По стальному листу коэффициент трения у овса – 0,26, а у овсюга – 0,46 (таблица 1.1). Если при влажности семян овсюга 16,4% коэффициент трения по стали 0,46, то с увеличением влажности до 30,8% этот коэффициент уменьшается до 0,36 [28].

Интересное физическое свойство – асимметрия центра тяжести у семян зерновых культур вдоль их большей оси – было обнаружено Шмигелем В.Н. [25]. Прежде все исследователи и конструкторы зерноочистительных машин принимали реальное зерно при теоретических исследованиях за эллипсоид вращения [9,63], центр тяжести которого совпадает с геометрическим центром. Исследования [94] показали, что в действительности зерно не является однородным по составу, и форма его несколько отличается от принятой, поэтому на самом деле центр тяжести зерна несколько смещен относительно геометрического центра вдоль длинной оси зерна. Смещение центра тяжести характеризуется коэффициентом симметрии где λ – длина короткой части большей оси зерна. Распределение коэффициента симметрии центра тяжести семян овса Победа и овсюга по Шмигелю В.Н. показывает, что наибольшее смещение центра тяжести у зерен овсюга.

Смещение центра тяжести зерен оказывает существенное влияние на поведение реальных зерен по сравнению с поведением идеального эллипсоида вращения [10].

Изаков Ф.Я. для определения степени вытянутости частиц ввел так называемый коэффициент сферичности K [40], под которым понимают отношение меньшей оси зерна «b» к его большей оси «α».

Сопоставление этих характеристик зерна показывает, что наибольшее смещение центра тяжести имеют зерна более вытянутой формы с наименьшим коэффициентом сферичности [94]. По-видимому, результаты этих исследований можно использовать для совершенствования сепарации семян известными способами.

Наряду с рассмотренными выше свойствами, на которых основаны широко распространенные способы очистки и сортирования семян, последние обладают, как физические тела, и электрическими свойствами. К ним можно отнести диэлектрическую проницаемость, электрическое сопротивление, проводимость, способность принимать и отдавать заряд, способность контактно заряжаться.

Электрическими свойствами продуктов размола зерна для целей их разделения впервые заинтересовался Веселов С.А. [27]. В его исследованиях, кроме того, проиллюстрирована разница в диэлектрических проницаемостях пшеницы и сорных примесей.

Более глубоко диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость исследовалась позже в связи с сушкой зерна токами высокой частоты и определением его влажности электрическим способом [6,7,8,10,56,76,83]. В указанных исследованиях установлено, что как диэлектрическая проницаемость, так и удельная проводимость зерновой массы увеличивается с ростом влажности зерна.

При исследовании электрических свойств семян различных культур было установлено, что их различие можно использовать в совокупности с различием в других известных физических свойствах для очистки и сортирования семян, тем более, что электрические свойства, особенно диэлектрическая проницаемость, у такого засорителя, как овсюг отличаются от подобного свойства культурных растений. Например, относительная диэлектрическая проницаемость овсюга в 3-4 раза выше, чем у овса при одной и той же плотности семян и влажности. Определение относительной диэлектрической проницаемости для отдельных зерен основных зерновых культур на постоянном токе впервые было выполнено Басовым А.М. и Шмигелем В.Н. [6]. Ими также было отмечено, что с увеличением плотности семян при постоянной влажности их диэлектрическая проницаемость возрастает.

Была установлена разница в электрических сопротивлениях семян различных культур. Отмечено, что с повышением температуры зерна электрическое сопротивление зерна падает.

Способность зерен контактно заряжаться при соприкосновении их с заряженным металлическим электродом обуславливается поверхностной проводимостью частиц. При этом зерновая частица получает заряд одноименный с электродом по знаку [93,95]. Влажное зерно приобретает заряд быстрее, чем сухое. Также было установлено, что зерно приобретает отрицательный заряд большей величины за то же время, что положительный [75,79].

Из проведенного анализа ясно, что разрабатывая процессы очистки семенных смесей, нельзя обходить стороной электрические свойства отдельных частиц разных культур.