Почему дрова трещат при сгорании: научное объяснение

Почему дрова трещат при сгорании: научное объяснение

Когда дрова горят, происходит ряд физических и химических процессов, которые приводят к их треску. Механизм треска связан с изменением структуры древесины и выделением газов.

При нагревании древесина начинает терять влагу. Влага, находящаяся внутри древесины, переходит из жидкого состояния в парообразное. В процессе этого перехода происходит резкое увеличение объема водяных паров, что приводит к созданию давления внутри древесины.

Пары под давлением стремятся проникнуть через микроскопические трещины в структуре древесины и образовать микротрещины. С повышением температуры и давления водяной пар может вызывать резкое разрушение структуры древесины, что приводит к треску дров.

Однако треск может происходить также из-за выделения газов, образующихся в результате химических реакций при горении древесины. В процессе сжигания древесины происходит дегазация, то есть высвобождение газов, таких как углекислый газ, метан и другие легковоспламеняющиеся вещества.

При выделении газов возникает дополнительное давление внутри древесины, что может вызвать треск дров. Кроме того, газы, выделяющиеся при горении, могут создавать своеобразные взрывы, усиливающие треск древесины.

Механизм треска древесины при горении является сложным процессом, в котором влияют различные факторы, такие как влажность древесины, ее структура и химический состав. Изучение этого механизма помогает лучше понять свойства и поведение древесины при горении, что может быть полезно для эффективного использования дров в топках и печах.

Связанные вопросы и ответы:

Почему дрова начинают трескать при горении

Нам всем знакомо ощущение уюта, исходящие от яркого пламени огня и потрескивания, которое издают дрова, горящие в нем. Самые внимательные знают, что дрова могут не только потрескивать, а еще и шипеть, щелкать и “стрелять”. Но немногие в курсе почему дрова “стреляют”, и что за процессы заставляют древесину издавать характерный звук.

Почему дрова трещат, а иногда даже “выстреливают”?

Чтобы понять от чего зависит "звучание" дров, нужно глубже окунуться в процесс горения. Вот несколько фактов о дровах:

Разные дрова могут "играть" разными звуками, в зависимости от породы. Например, сухой бук горит беззвучно, а вот сосна – полная противоположность, ведь дрова из сосны из-за высокой смолистости могут не только “стрелять”, но и ярко искрить. Сосну не советуют использовать в открытых каминах, ведь ее "выстрелы" настолько сильны, что могут представлять опасность.

Еще одна причина треска дров – это их влажность. Чтобы дрова хорошо горели, их нужно просушить. Идеальные дрова должны быть высушены до влажности 15-25%. Но даже в самых сухих поленьях остается небольшая часть жидкости, которая, испаряясь, трещит при взаимодействии с высокой температурой. Вот почему сырая древесина горит потрескивая. Характерные звуки происходят во время горения из-за пиролиза – процесса термического разложения сложной органики на составляющие элементы. После образования на чурке слоя угля, жидкость в древесине начинает закипать и испаряться. И чтобы освободиться наружу ей необходимо преодолеть слой древесного угля, и именно этот выход пара с разрывом древесных волокон мы слышим, как микровзрыв.

В момент горения дров из костра выделяется настоящая таблица Менделеева. Из волокон дерева вырываются углекислоты, водород, метан и угарный газ. А небольшая часть массы древесины образует жидкость, в составе которой вода, уксусная кислота, спирт и другие соединения. Остальная масса представляет собой древесный уголь, состоящий на 70% из углерода, который все мы так любим использовать для жарки мяса на гриле и мангале. Уголь очень пористый, и тлеет за счет взаимодействия с кислородом, проникающим в его поры.

Какие факторы влияют на треск дров

Процесс сгорания древесины проходит в два этапа. Это разложение под воздействием температуры (пиролиз) и сгорание остаточных веществ. Для пиролиза нужна температура около 450 °C. При этом из волокон дерева вырываются угарный и углекислый газ, испаряется водород и метан, улетучиваются жидкие соединения спирта и т. д. Остаточные вещества представляют собой уголь, в который превращается древесина. Он на 70–85 % состоит из углерода. Углерод тоже сгорает в огне, но намного медленнее, поэтому в топке всегда остается древесная зола.

Звуки при сжигании дерева делятся на постоянные и эпизодические.

• Сплошной шум – это чаще всего шипение пара при пиролизе. Влага из волокон древесины турбулентно испаряется вместе с газообразными составляющими процесса горения, и мы слышим постоянный гул.
• Условно непрерывные звуки при сжигании дров – это негромкое потрескивание. Мы его слышим, когда волокна разрываются в поперечном направлении образующимся на поверхности полена древесным углем. Эти акустические шумы появляются после нарастания слоя угля на поверхности дерева, и, если дрова щелкают, значит, они начали интенсивно гореть.
• Эпизодические шумы в виде щелчков происходят от отслаивания чешуйчатого обугливающегося слоя полена. При деформации волокон этот слой разрушается, что и вызывает резкие громкие звуки. Чем толще полено, тем громче будет звук при растрескивании, так как вода внутри бревна расширяется, и при определенной температуре разрывает не только верхний слой угля, но и волокна ближе к центру полена. Очень громко и зрелищно дрова стреляют при горении больших объемов (например, при пожаре) – громкие взрывы с выбросом пара, искр и огня.

Можно ли предотвратить треск при горении дров

Шумы, создаваемые каминами и иными источниками, могут быть очень расслабляющими, но эти звуки могут различаться по типу и частоте. При сжигании дров происходит химическая реакция, известная как сгорание, при которой твердое состояние древесины преобразуется в тепло и отходящие газы.

По мере того как целлюлозное вещество в дровах превращается в тепло и газ, некоторые из этих газов могут попасть в поры древесины. В сочетании с паром, образующимся в результате испарения влаги внутри дров, отходящие газы от сгорания расширяются из-за тепла и выходят из древесины. Процесс выхода пара и газов из дров создает звуки, которые вы слышите в виде хлопков и потрескивания.

Основными факторами, влияющими на то, будут ли трещат дрова при сгорании или нет зависит от:

• Вид сжигаемой древесины.
• Уровня влажности дров.
• Эффективности процесса горения.

Почему трещат дрова разных видов?

Вид дров, горящих в камине, может повлиять на то, сколько хлопков и потрескиваний вы можете услышать. Хвойные породы обычно имеют более высокое содержание сока по сравнению с лиственными породами. Более высокое содержание сока в хвойных породах означает, что может возникать больше хлопающих и потрескивающих звуков.

Сок может расширяться и вызывать дальнейшие закупорки внутри дров, обеспечивая меньшее количество средств для выхода газов и пара. Увеличенное количество карманов с захваченным воздухом внутри бревен хвойных пород может создавать больше хлопающих и потрескивающих звуков, когда эти карманы воздуха, наконец, найдут выход.

Поэтому, если вам нравится, когда трещат дрова и вы хотите повысить уровень этого треска, следует купить хвойные дрова . Для меньшего количества хлопков и потрескиваний в вашем камине выбирайте поленья из более твердых пород лиственных деревьев.

Почему трещат дрова разной влажности?

Уровень влажности дров также может влиять на то, сколько дров будет трещать в огне. Дрова с более высоким содержанием влаги, как правило, производят больше шума по сравнению с дровами с более низким содержанием влаги.

Влага внутри древесины испаряется и расширяется из-за температуры огня, и огонь может издавать хлопки и потрескивание, когда влага выходит из древесины в виде пара..

Несезонная "зеленая" древесина, как правило, имеет гораздо более высокое содержание влаги по сравнению с правильно выдержанными или высушенными дровами, поэтому на практике лучше покупать хорошие сухие дрова у надежного производителя “Московские дрова” .

Несезонная древесина будет гореть крайне неэффективно и будет бороться за то, чтобы загореться, поэтому никогда не рекомендуется ее использовать, а тем более покупать. Полностью выдержанная древесина должна иметь уровень влажности менее 20 %.

Какой тип древесины склонен к треску больше других

АБАШ (Triplochiton)
Произрастает в Африке. Цвет древесины: кремово-белый к бледно-желтому. Долговечность высокая. Применяется при строительстве бань и саун. Древесина абаша хороша в резке и строгании, поверхность хорошо шлифуется, хорошо забиваются гвозди. Поставляется досками, брусом, профилем.
Плотность кг/м³- 390.
АБРИКОСЫ (Prunus Armeniaca L.)
Дерево из семейства амигдалеи (Amygdalae). Абрикос был вывезен из Армении Александром В. и римлянами распространен в южной Европе, Теперь известно более 20 сортов, размножаемых семенами и прививкою. Видовое отличие его в листьях, несколько заостренных, удвоенно-зубчатых; белые цветки распускаются до листьев. Плод желтовато-красного цвета. Семена употребляются в пищу, подобно миндалю, а посредством выжимания из них получается молоко (Huille de marmotte). Древесина употребляется для токарных изделий. Абрикос. называется также желтосливником, морелью, курагою. Особый вид Абрикос. представляет абрикос Даурсат или Сибирский, Prunus Sibirica L., растущий в диком состоянии в горах Даурии. Из абрикосов приготовляют абрикосовую водку, спиртной напиток, причем сок абрикосов подвергается брожению и потом перегонке. Из пережженных косточек абрикоса делается тушь.
АКАЦИЯ БЕЛАЯ (Robinia pseudoacacia) - Locust
Считается самой твердой из лиственных пород нашей страны. Эта порода завезена в Европу из Северной Америки. Произрастает на Украине, Кавказе, Крыму и в Средней Азии. Белая акация - ядровая порода с очень узкой заболонью желтоватого цвета, резко отграниченной от зеленовато-серого или желтовато-серого ядра. Ранняя зона годичных слоев занята кольцом крупных сосудов. Мелкие сосуды в поздней зоне образуют группы в виде точек, черточек или коротких извилистых линий, сосуды закупорены тиллами. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Сердцевинные лучи узкие, но заметные. Древесина белой акации обладает красивым цветом и текстурой, высокой твердостью, прочностью и стойкостью против гниения. По физико-механическим свойствам она стоит значительно выше дуба и ясеня. Древесина не трескается и не коробится, имеет большое сопротивление трению, очень упруга и прекрасно полируется. На воздухе и под воздействием света она со временем заметно темнеет, отчего текстура становится выразительнее и ярче. У себя на родине древесина белой акации имеет большое применение; у нас в стране она используется в машиностроении (деревянные винты), для изготовления паркета, мебели, колодок строгальных инструментов. Применяют ее в виде строганого шпона для мозаичных работ.
Твердость по Бринелю: 7,1.

Какая влажность дров может вызвать трескание

Выгодно ли покупать свежесрубленную древесину на дрова? Если знать, какова ее влажность, ответ будет понятен сразу. В дереве, которое только что срубили, может быть от 30% до 80% влаги. При заготовке дров ее нужно будет выпарить — а значит, дерево усохнет. В весе оно может потерять 30-50%.

После того, как дерево срубили, в нем остается жидкость — вода и соки. Они заполняют все пустоты древесины. Уйти влаге некуда, ее можно только испарить. Зимой жидкости в деревьях меньше, чем весной и летом, поэтому зимний лес сушить быстрее и проще. Но даже в это время его влажность будет не меньше 27%.

А сколько нужно влажности?

Подсушенные дрова дают в полтора-два раза больше тепла с 1 кг. Они меньше дымят и уж тем более не дают пара (который неизбежно пойдет из дымохода, если влаги в дереве больше половины). Березовые дрова, влажность которых выше 30%, при горении еще и коптят: из них пойдет деготь, забивающий дымоход.

Нормальной считается влажность дров 7-12%. До полного отсутствия влаги (0%) дрова не сушат почти никогда. Во-первых, они деформируются и трескаются. Во-вторых, они экстремально быстро прогорают — тот самый случай, когда тепло «летит в трубу».

Если дрова сушатся естественным способом, под навесом или в помещении, влаги в них останется больше, чем при камерной сушке — 15-20%. И длится такая сушка минимум год. Чем больше времени пройдет, тем меньше влаги останется в дровах. Именно поэтому считается, что 2-3 года сушки — самый хороший вариант.

Где хранить дрова?

Свободную влагу дерево легко отдает, но так же легко впитывает обратно. Вот почему хранить дрова нужно обязательно в сухом помещении! Если сложить их в погреб со 100% влажностью или прямо на улице без навеса, сушку можно считать напрасной.

Самое лучшее место для дров — сухой и относительно теплый сарай.

Как проверить влажность дров?

Проверить влажность дров можно в лаборатории, влагомером или весовым методом. В первом случае нужен специальный прибор, во втором — сушильный шкаф и некоторое время, иногда несколько суток. Проверить влажность древесины дома можно, если вы готовы сушить выпиленный образец, кропотливо замерять изменения массы и сравнивать с уже полученными показателями. Провести это с погрешностью 0% удается не всегда. Но это хороший способ выявить грубые манипуляции: например, продажу недавно срубленных дров под видом годовалых.

Есть ли специальные техники хранения дров, чтобы предотвратить трескание

При выборе варианта хранения необходимо учитывать местные условия. Если дом расположен не в самом благополучном районе, то нужно будет позаботиться о защите не только от непогоды, но и от воров. Хорошие дрова удовольствие не самое дешевое, поэтому могут найтись любители поживиться за чужой счет.

В этом случае, самым разумным выходом станет постройка дровяного сарая, снабженного надежным замком. Эта постройка может располагаться отдельно или примыкать к гаражу, другим хозпостройкам или даже к дому.

Если же в вашей местности проживают законопослушные граждане, то можно обойтись и более простыми вариантами организации хранения. Чаще всего, дрова хранят под специально построенным навесом. Соорудить такой навес намного проще, чем построить сарай, с этой работой легко можно будет справиться самостоятельно. Навес может иметь одну или три стены (это определяется необходимостью и возможностями), но можно обойтись и просто крышей, уложенной на столбы. В принципе, такой конструкции будет достаточно для того, чтобы защитить дрова от непогоды и обеспечить им проветривание.

Если и постройка навеса покажется хозяевам дачи непосильной задачей, то организовать хранение можно еще проще, установив постамент и натянув тент для защиты от дождя между двумя деревьями. Деревья будут обеспечивать опору по бокам, удерживая поленницу.

Некоторые дачники укладывают дрова у стен дома, в этом случае, защитой от непогоды выступает козырек крыши. Однако этот способ имеет существенный недостаток, уложенные вдоль стен дрова мешают вентиляции фасада дома, а это отнюдь не способствует увеличению срока службы стен дома.

Чем трескание дров отличается от шипения

orenkomp.ru :

Если и вы разделяете эту точку зрения и топите дровами, то полезным будет узнать о том, какие бывают дрова, их особенности и какие именно дрова лучше всего подойдут для отопления дома.

Войдите, чтобы ответить

Виктор:

Чтобы печь функционировала эффективно, быстро прогревалась и максимально долго сохраняла тепло, нужно обязательно знать, какими дровами лучше топить печь.

Войдите, чтобы ответить

Виктор :

Потрескивающие в камине или в печке дрова всегда ассоциируются с теплом, уютом и покоем. Горение дров отличаются от сжигания других видов топлива особой притягательностью. Если и вы разделяете эту точку зрения и топите дровами, то полезным будет узнать о том, какие бывают дрова, их особенности и какие именно дрова лучше всего подойдут для отопления дома.

Войдите, чтобы ответить

Виктор :

Каким бы дровам вы не отдали предпочтение, они должны быть хорошо просушены, выдержанны, рубки прошлого года. Поленья должны быть одинакового размера, не слишком тонкие и не слишком толстые, тогда будет получаться больше ценной золы.

Войдите, чтобы ответить

Александр:

Потрескивающие в камине или в печке дрова всегда ассоциируются с теплом, уютом и покоем. Горение дров отличаются от сжигания других видов топлива особой притягательностью. Если и вы разделяете эту точку зрения и топите дровами, то полезным будет узнать о том, какие бывают дрова, их особенности и какие именно дрова лучше всего подойдут для отопления дома.

Могут ли поврежденные дрова трескать при горении

Горение дерева происходит в две фазы:

• пиролиза дерева — при температурах до 450 градусов происходит разложение органики. Примерно четвёртая часть древесной массы выделяется как газы — водород, углекислый и угарный газ, метан. Половина выделяет жидкость в виде воды и различных органических составляющих (уксусная кислота, спирты и др.), которые сразу испаряются и поэтому не видны. Из оставшейся древесины при горении образуется пористый уголь, который при проникновении кислорода в его поры начинает тлеть.Пиролиз начинает происходить по мере прогревания внутренних слоёв поленьев;
• накопление образующихся при пиролизе газов между внутренними слоями древесины с их уничтожением и испарением капиллярной жидкости в результате горения.

Внешние слои полена прогорают, а давление газов во внутренних слоях возрастает при нагреве. Трещат дрова при горении из-за резкого разрыва слоев древесины скопившимися газами, нагретой жидкостью или смолой, находящимися в древесных капиллярах. Треск разогретой смолы происходит при сгорании дров хвойных пород, часто это сопровождается «стрельбой» горящими угольками. Эти термические процессы происходят при горении дерева в кострах или в любых очагах. Особенно сильно в печке трещат дрова при их перемешивании с переворачиванием, что приводит к усилению горения с ускорением нагрева внутренних слоёв поленьев.

Дрова, выделяющие много жара, должны обладать влажностью до 25%. При разгорании пламени происходит обугливание внешней поверхности дров и превращение содержащейся в них влаги в пар, который разрывает древесные волокна. При этом хорошо слышно как трещат дрова в печи. Горение поленьев происходит с непрерывными потрескиваниями в виде настоящих микроскопических взрывов в результате которых отдельные обугленные части поленьев отскакивают в разные стороны, что может сопровождаться громкими хлопками. Процесс становится максимально интенсивным при свободном доступе воздуха к огню на открытом пространстве, так трещат дрова в костре.

Помогает ли предварительная обработка древесины уменьшить трескание

При высыхании древесины, естественным ли способом или сушке в сушильной камере, внешняя поверхность быстро теряет влагу, внутри же она остается сырой, при этом интенсивно усыхающая наружная часть брёвен уменьшается в объёме. Соответственно в ней возникают напряжения, под воздействием которых образуются радиально направленные трещины.

Этот процесс в большей или меньшей мере проявляется уже на стадии заготовки древесины, причем, чем интенсивнее происходит потеря влаги (камерная сушка), тем это заметнее.

При сушке брёвен естественным способом интенсивность потери влаги намного меньше и соответственно, меньше трещин. Но в защите от растрескивания нуждается не только пиломатериал, но и уже собранные дома.

Живой деревянный сруб

Основное растрескивание составляющих сруб брёвен происходит в первый год после его сборки. Боковая поверхность, имея большую площадь испарения, интенсивно сохнет, отдавая влагу и создавая напряжения внутри древесины. Неравномерность температур и неодинаковая скорость усыхания в различных частях массива разрывают волокна, буквально взрывая древесину изнутри.

Бревно покрывается по всей своей длине мелкими трещинами. Срастаясь, они образуют ряд глубоких расколов и формируют основную трещину. Когда происходит раскол, напряжения снимаются и практически все мелкие трещины вновь стягиваются, поверхность бревна становится гладкой и ровной.

С подобным явлением научились справляться.

Для контроля над процессом снятия внутренних напряжений по всей длине по центру протёсов, предназначенных для укладки уплотнителя, в брёвнах делается неглубокий деформационный пропил.

Трещина всё равно образуется, компенсируя накопившиеся напряжения, но её не видно. Она как бы запрограммирована. Она не продувается, не нарушает эстетики сруба и остаётся внутри теплового замка. Подобный метод активно применяется при строительстве домов из оцилиндрованного бревна.

Но сам приём необходимо использовать осторожно и обдуманно. Ведь уменьшение толщины (и прочности) материала, пропил и сама трещина могут ослабить бревно настолько, что оно под весом верхних венцов просто расколется пополам. А если полного раскола и не произойдет, бревно может сильно разойтись в нижней части, образовав выходящие наружу пустоты, которые придётся дополнительно защищать.

Торцевое растрескивание бревен и пиломатериала

Волокна древесины расположены вдоль бревна. По школьному курсу физики всем известно капиллярное явление, когда жидкость перемещается внутри тонких трубочек-капилляров за счет смачивания поверхности.

Таким образом, древесина отдаёт и впитывает влагу через торцы в десятки раз быстрее, чем через боковые поверхности. Поэтому влаге намного проще испариться из торцевой части бревна, чем из боковой, ведь это более привычный для неё маршрут.

Со временем торцы брёвен темнеют и растрескиваются. И дело здесь не в потере товарного вида. Запускается процесс загнивания, который начинается с торцевых зон и с высокой скоростью распространяется вглубь брёвен.

Защитить древесину можно и нужно. Но каким образом лучше выполнить эту защиту?