Wie berechnet man die Reindichte eines porösen Körpers (Holz)?
Laut Wikipedia berechnet man dies über die sog. Stampfdichte, will heissen der Körper wird solange zerkleinert, bis keine Poren mehr vorhanden sind und dann zusammengepresst.
Diese Methode ist jedoch für Material wie zum Beispiel Holz ungenau und damit ungeeignet.
Ich studiere nun bereits seit zwei Stunden an einer Methode durch das Archimedische Prinzip rum, wie ich über die Auftriebskraft oder das Volumen des Verdrängten Wassers bzw. dessen Gewichts irgendwie das Volumen des Körpers ohne Poren berechnen kann. Mir will aber das ganze nicht so logisch erscheinen.
Ich habe ja bereits die Masse des porösen Körpers, es fehlt mir also nur noch das Volumen des Körpers ohne Poren. Gehe ich richtig in der Annahme, dass ich, wenn ich ein Stück Holz eines bestimmten Volumens in Wasser eintauche und solange warte, bis das Holz wassergesättigt ist, das verdrängte Volumen messe, und somit über das Verhältnis von Volumen des Stück Holzes zu Volumen des Wassers (welches ja eigentlich - sei das Holz einen 1cm3 - etwas kleiner als 1cm3 sein müsste, da sich das Holz ja mit Wasser vollsaugt und somit weniger vorhanden ist, welches verdrängt werden könnte? Aber irgendwie geht das ganze nicht auf, weil ja das Holz auch noch guillt wenn es nass wird.. Oder muss ich das irgendwie über die Gewichtskraft und die Auftriebskraft berechnen?
Danke für jeden Denkanstoss..
3 Antworten
Die Berechnung ist doch recht einfach:
Wenn 1 m² trockenes Holz eine Masse von 600 kg hat, dasselbe Volumen vollgesogen 1050 kg, dann hat es 450 kg Wasser aufgenommen, und das sind wegen der Dichte von Wasser (1 kg/l) dann 450 l.
Also hatte das Holz ein "Reinvolumen" von 550 l.
600 kg Masse durch 550 l Reinvolumen ergibt eine Reindichte von 1,09.
Bleibt natürlich das Problem der Quellung.
Da habe ich nur die Idee, statt des Wassers eine andere Flüssigkeit zu verwenden, die das Holz nicht quellen lässt.
Ja, dann also wie TJN vorgeschlagen hat, eine Flüssigkeit nehmen, die Holz nicht quellen lässt, oder eben das Holz pulverisieren und mit einem Gaspyknometer messen.
eine "Flüssigkeit, die Ho.z nicht quellen lässt"? Na die würd ich gerne kennen... ^^
Es bleibt natürlich die Probe, aber alle unpolaren Lösungsmittel würde ich in die engere Wahl ziehen.
Also reine oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, überkritisches Kohlendioxid, Äther ... VIelleicht geht auch Äthanol.
Denn soweit ich weiß, beruht die Quellung auf der Anlagerung von Wasser an polare Gruppen, hauptsächlich wohl der Zellulose, evtll. auch des Lignin. Aber da bin ich nicht so im Thema.
Nun, die Quellung bewirkt zum einen, dass sich das Volumen des Holzes vergrößert (diesen Effekt könnte man messen und in der Rechnung berücksichtigen. Zum anderen dringt das Wasser nicht nur in bisher luftgefüllte Poren ein, sondern auch direkt in die Zellwände. Das Porenvolumen lässt sich so nicht ermitteln.
Anderer Ansatz: Bringe das luftgesättigte Holz in eine Flasche, welche mit sauerstofffreiem (oder stickstofffreiem) Gas gefüllt ist. Helium würde sich anbieten.
Warte ab, bis sich ein Gleichgewicht einstellt - bzw. messe so lange, bis die Ergebnisse zeigen, dass ein Gleichgewicht erreicht wurde. Bestimme dann den Sauerstoffgehalt (bzw. Stickstoffgehalt) in der Gasmischung.
Die Stampfdichte gibt nie genau die wahre Dichte eines Materials wieder. Für ein Stück Holz ist es auch wirklich nicht so einfach. Die Methode, sich das Holz mit Wasser sättigen zu lassen (aber wann ist die Sättigung erreicht?), ist eigentlich eine sehr gute Idee, die aber wohl an der Praxis scheitert.
Man könnte das Holz zu einem Pulver vermahlen und dann mit einem Gaspyknometer die Dichte bestimmen.
Ja, die Berechnung wäre recht einfach, wenn das Holz nicht quellen würde. Diese Antwort ist unbefriedigend, das weiss ich, weil dies auch meine erste Vermutung in der Vorlesung war, und sie vom Professor mit Verweis auf die Quellung verworfen wurde.. ^^