3708

3

УДК 519.876 Ф50

Камалова Н.С. Физика методов исследования и модифицирования древесины [Электронный ресурс] : Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния / Н.С. Камалова, Н.Ю. Евсикова, В.В. Постников, В.В. Саушкин; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2020. – 17 с. – ЭБС ВГЛТУ.

В методических указаниях приводится содержание разделов изучаемой дисциплины, учебно-методические рекомендации по организации самостоятельной работы аспирантов по всем видам работ, предусмотренных учебным планом.

Методические указания предназначены для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния. Они могут быть использованы при самоподготовке аспирантов всех форм обучения, а также при дистанционном обучении.

Табл. 2. Ил. 3. Библиогр.: 6 наим.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры математики и физики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Белоглазов В.А.

Ответственный редактор: Камалова Н.С.

Коллектив авторов, 2020

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2020

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Физика методов исследования и модифицирования древесины – дисциплина, формирующая у слушателей базу фундаментальных знаний и умений по планированию и проведению исследований такой сложной гетерогенной структуры, как древесина. Изучение дисциплины необходимо, например, для развития технологий получения на ее основе материалов с определенными свойствами. Кроме того, анализ методов исследования и модифицирования древесины позволит формировать модели процессов, происходящих в ней на микроуровне. Освоение данной дисциплины необходимо исследователям и новаторам, работающим в области физики конденсированного состояния.

Большая часть работы аспиранта проходит в форме самостоятельной работы:

1)проработка лекций;

2)отработка практических навыков;

3)применение полученных умений в исследовательской работе. Основная цель данных методических указаний – помочь аспирантам

сориентироваться в обширном информационном материале этой дисциплины для формирования необходимых навыков в области методов исследования пористых гетерогенных структур, моделировании процессов кинетики и динамики микроструктуры композитов природного происхождения и оценки влияния таких физических факторов, как импульсное магнитное поле, на свойства древесины.

Методические указания предназначены для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния. Они могут быть использованы при самоподготовке аспирантами всех форм обучения, а также при дистанционном обучении.

6

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Физика методов исследования и модифицирования древесины» является получение аспирантами фундаментальных знаний о современных способах экспериментального исследования структуры, свойств древесины, методах ее модификации и способах моделирования отклика этой сложной гетероструктуры на воздействия физических факторов.

В основу курса положен принцип формализованного моделирования сложных систем.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

изучить современные модельные представления о составе и структуре древесины;

овладеть фундаментальными понятиями и теориями моделирования состояния древесины;

ознакомиться с основными методами исследования и модифицирования древесины с помощью физических воздействий;

сформировать научное мировоззрение и представление о фундаментальных основах современных технологий в области материалов на основе природных полимерных композитов;

овладеть навыками проведения физического эксперимента со сложными гетероструктурами природного происхождения;

В результате освоения дисциплины аспирант должен:

знать

–состав и основные модели микроструктуры древесины и ее составляющих;

–физику процессов изменения микроструктуры древесины при ее модифицировании с учетом границ применимости базовых аксиом;

уметь

–объяснить особенности отклика свойств и структуры композитов природного происхождения на воздействие физических факторов;

–указывать, какие модели можно использовать при оценке изменений надмолекулярной структуры древесины;

–оценивать возможные изменения механических и гидрофобных свойств композитов на основе древесины после обработки импульсным магнитным полем;

владеть навыками

–использования формализованного моделирования в исследованиях пористых гетероструктур природного происхождения;

–применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

–обработки и интерпретации результатов физического эксперимента в области сложных структур.

7

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение. Анизотропия свойств древесины. Древесина как гетероструктура природного происхождения. Значение древесины в современной мировой экономике.

Раздел 1. Современные представления о структуре древесины.

1.1Состав и строение древесины.

1.2Модель Меера-Миши клеточной стенки древесины.

1.3Надмолекулярная структура целлюлозы.

1.4Кристаллическая составляющая древесной целлюлозы.

1.5Структура и свойства лигнина.

1.6Модельные представления о микроструктуре древесины.

Раздел 2. Физика процессов уплотнения древесины.

2.1Ультразвуковая пластификация древесины.

2.2Моделирование величины давления, возникающее в вязкотекучем лигнине в процессе уплотнения древесины.

2.3Термодинамическая модель уплотнения макромолекул целлюлозы в модифицированной древесине.

2.4Квазикристаллическая модель уплотнения целлюлозы.

2.5Релаксация фиксирующей сетки при охлаждении уплотненной древесины.

Раздел 3. Модификация физических свойств диамагнитных материалов воздействием слабых магнитных полей

3.1Магнитопластический эффект в диамагнитных кристаллах.

3.2Магнитная обработка полимеров .

3.3Воздействие слабого импульсного магнитного поля на процессы.

3.4Магнитокристаллизационный эффект в полиэтиленоксидах.

3.5Магнитокристаллизационный эффект в полиэтиленгликолях.

3.6Селективное воздействие слабого постоянного магнитного поля.

Раздел 4. Упрочнение уплотненных образцов древесины воздействием слабого импульсного магнитного поля

4.1Влияние импульсного магнитного поля на твердость образцов модифицированной древесины.

4.2Сорбционные свойства модифицированной древесины после воздействия слабых импульсных магнитных полей.

4.3Исследования ИК-спектров образцов модифицированной древесины до и после воздействия импульсного магнитного поля.

4.4Механизм образования под действием ИМП дополнительных связей между макромолекулами целлюлозы в образцах древесины.

8

4.5. Теоретическая оценка влияния ИМП – обработки на твердость образцов модифицированной древесины.

4.6. Анизотропия твердости ИМП обработанных образцов МД.

Раздел 5. Физические методы исследований древесины

5.1Методы измерения поляризационных токов в полимерах.

5.2Методы исследования релаксационных процессов в полимерах.

5.3Метод дифференциального термического анализа.

5.4Метод измерения сорбционных характеристик

5.5Метод обработки образцов МД импульсным магнитным полем.

5.6Методика измерения твердости образцов МД.

5.7ИК-спектроскопия в древесине и структурах на ее основе.

Раздел 6. Формализованное моделирование процесса модифицирования древесины

6.1. Основные технологические характеристики МД.

6.2. Теоретическая оценка зависимости степени разрушения древесных волокон от скорости уплотнения.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания аспирантам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к зачету.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных тео-

9

ретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, при этом учитывать рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Следует дорабатывать свой конспект лекций, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.

Внимательная работа над лекционным конспектом поможет давать правильные ответы на вопросы текущего контроля, фронтальные опросы в конце лекций.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Каждое индивидуальное задание представляет собой набор нескольких задач, относящихся к определенному разделу дисциплины «Физика методов исследования и модифицирования древесины». Цель индивидуального задания – практическое освоение теоретического курса и приобретение навыков решения задач, имеющих как учебный, так и прикладной характер.

Решенные примеры не заменяют учебный и лекционный материал, поэтому перед выполнением задач следует ознакомиться с соответствующими разделами теоретического курса лекций или учебников, которые приведены в рекомендуемом списке литературы.

Индивидуальное задание оформляется в рукописном виде. После решения задач, входящих в задание, листы с решениями брошюруются и снабжаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных студента.

При представлении задач обязательными элементами являются:

–текст задачи;

–используемые термины теории графов или системного анализа;

–необходимые графические изображения или Print Screen использованных формализованных моделей.

В процессе защиты индивидуального задания аспирантам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.

10

Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту индивидуальное задания к защите не принимаются.

Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.

Темы творческих заданий для аспирантов совпадают с темой их выпускной работы.

Форма для оформления результата выполнения индивидуального задания.

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Физика методов исследования и модифицирования

древесины»

Контролируемая тема _________________________________________

_____________________________________________________________

Выполнено аспирантом___________________________________(ФИО), обучающимся в ФГБОУ ВО «ВГЛТУ имени Г.Ф. Морозова» по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния.

Вариант задания №___

Пример выполнения индивидуального задания

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Физика методов исследования и модифицирования

древесины» Контролируемая тема особенности теплопроводности в древесине

Выполнено аспирантом Ивановым Иваном Ивановичем (ФИО),