TYDLIG DENSITET: FORMEL, ENHETER OCH LÖSTA ÖVNINGAR - FYSISK

Den uppenbara densiteten för ett prov definieras som kvoten mellan dess massa och den oförändrade volymen, som inkluderar alla utrymmen eller porerna som det innehåller. Om det finns luft i dessa utrymmen är den uppenbara densiteten ρ _b eller bulktätheten:

ρ _b = massa / volym = Massa av _partiklar + Massa av _luft / volym av _partiklar + Volume av _luft

Figur 1. Bulkdensitet är mycket viktigt för att karakterisera jord. Källa: Wikimedia Commons.

Vid beräkning av bulktäthets bulkdensitet måste det förtorkas i en ugn vid 105 ºC tills massan är konstant, vilket indikerar att all luften har förångats.

Enligt denna definition beräknas jordens uppenbara densitet eller torr densitet på detta sätt:

ρ _s = Massa av fasta element / _fast volym + _porvolym

Betecknar som M _s torrvikt eller vikt och V _t = V _s + V _p som den totala volymen, är formeln:

ρ _s = M _s / V _t

Enheter

Enheterna för bulkdensitet i International System of Units är kg / m ³ . Emellertid kan andra enheter såsom g / cm ³ och megagrams / kubikmeter: Mg / m ^{är 3} också i stor utsträckning.

Begreppet synlig täthet är mycket användbart när det gäller heterogena och porösa material såsom jord, eftersom det bland annat visar på deras dränering och luftningskapacitet.

Till exempel har dåligt porösa jordar stora bulkdensiteter, är kompakta och tenderar att vattna lätt, till skillnad från porösa jordar.

När det finns vatten eller en annan vätska i provets porer minskar volymen efter torkning, därför är det nödvändigt att känna till den ursprungliga vattenandelen när du gör beräkningarna (se det lösta exemplet).

Jorddensitet

Materialens synliga täthet i allmänhet, inklusive jord, är mycket varierande, eftersom det finns faktorer såsom graden av kompaktering, närvaron av organiskt material, dess struktur, struktur, djup och andra, som påverkar formen och formen. mängden porutrymmen.

Jordar definieras som en heterogen blandning av oorganiska ämnen, organiska ämnen, luft och vatten. De kan vara fina, medelstora eller grova i textur vid beröring, medan komponentpartiklarna kan ordnas på olika sätt, en parameter som kallas struktur.

Fina, välstrukturerade jordar med en hög andel organiskt material tenderar att ha låga värden på uppenbar densitet. Tvärtom tenderar tjocka jordar, med mindre organiskt material och liten struktur, att ha högre värden.

Uppenbar densitet enligt struktur

Enligt dess struktur har den uppenbara densiteten följande värden:

Textur	Uppenbar densitet (g / cm ³ )
Bra	1,00 - 1,30
Median	1,30 - 1,50
Äckligt	1,50 - 1,70

Dessa värden tjänar som en allmän referens. I torvjordar, rikligt förekommande i växtrester, kan den skenbara densiteten vara så låg som 0,25 g / cm ³ , om det är en vulkanisk mineraljord det är runt 0,85 g / cm ³ , medan i mycket komprimerade jordar den når 1,90 g / cm ³ .

Tydlig densitet beroende på djup

Det uppenbara densitetsvärdet ökar också med djupet, eftersom jorden i allmänhet är mer kompakterad och har en lägre andel organisk substans.

Terrängets inre består av horisontella lager eller skikt, kallade horisonter. Horisonter har olika strukturer, komposition och komprimering. Därför presenterar de variationer i termer av uppenbar densitet.

Bild 2. En markprofil som visar de olika horisonterna. Källa: Wikimedia Commons.

En studie av jorden bygger på dess profil, som består av olika horisonter som följer varandra på ett ordnat vertikalt sätt.

Hur mäter den uppenbara densiteten?

Eftersom variationen i bulkdensitet är mycket stor måste den ofta mätas direkt med olika procedurer.

Den enklaste metoden är att extrahera ett prov från jorden, infoga lite med en rymdmetallcylinder med känd volym i den och se till att inte pressa jorden. Det extraherade provet förseglas för att undvika förlust av fuktighet eller förändring av egenskaperna.

Sedan i laboratoriet extraheras, vägs och placeras det sedan i en ugn vid 105 ° C för att torka i 24 timmar.

Även om det är det enklaste sättet att hitta jordens torra täthet, är det inte det mest rekommenderade för jord med mycket lösa strukturer eller full av sten.

För dessa är metoden att gräva ett hål och rädda den utvunna jorden att föredra, vilket kommer att vara provet att torka. Provets volym bestäms genom att hälla torr sand eller vatten i det grävda hålet.

Hur som helst, från provet är det möjligt att bestämma mycket intressanta egenskaper hos jorden för att karakterisera den. Följande lösta övning beskriver hur man gör det.

Träningen löst

Ett lerprov med en längd på 100 mm dras från provcylindern, vars inre diameter också är 100 mm. Vid vägning erhölls en massa av 1531 g, som en gång var torr reducerades till 1178 g. Partiklarnas specifika vikt är 2,75. Det uppmanas att beräkna:

a) Provets bulkdensitet

b) Fuktinnehåll

c) Tomtförhållandet

d) Torr densitet

e) Mättnadsgraden

f) Luftinnehåll

Lösning till

Den oförändrade volymen _Vt är den ursprungliga volymen för provet. För en cylinder med diameter D och höjd h är volymen:

V _cylinder = V _t = Area av bas x höjd = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Uttalandet anges att provets massa är M _s = 1531 g, därför enligt ekvationen ges i början:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950 319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Lösning b

Eftersom vi har den ursprungliga massan och den torra massan, är massan av vattnet i provet skillnaden mellan dessa två:

M _vatten = 1531 g - 1178 g = 353 g

Procentandelen fukt i provet beräknas enligt följande:

% Fukt = (massa _vatten / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Lösning c

Att hitta hålrumsförhållandet, den totala volymen av provet V _t måste delas upp i:

V _t = V- _partiklar + _porvolym

Volymen som upptas av partiklarna erhålls från den torra massan och den specifika tyngdkraften, data erhållna från satsen. Den specifika vikten s _g är kvoten mellan materialets densitet och vattentätheten under standardförhållanden, därför är materialets densitet:

ρ = s _g x ρ _vatten = 2,75 x 1 g / cm ³ = 2,75 g / cm ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1,178 g / 2,75 g / cm ³ = 0,428 cm ³ = 0,000428 m ³

Volymen av tomrum i provet är V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Tomtförhållandet e är:

e = V _v / V _s = 0,000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0,83

Lösning d

Provets torra täthet beräknas som anges i inledningen:

ρ _s = Vikten av de fasta elementen / Volymfast _material + _Volymporer = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Lösning e

Mättnadsgraden är S = (V _vatten / V _v ) x 100%. Eftersom vi vet massan av vatten i provet, beräknat i punkt b) och dess densitet, är beräkningen av dess volym omedelbar:

ρ _vatten = M _vatten / V _vatten → V _vatten = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0,000353 m ³

Å andra sidan beräknades tomrumsvolymen i punkt c)

S = (0,000353 m ³ / 0,000357 m ³ ) x 100% = 98,9%

Lösning f

Slutligen är procenthalten av luft A = (V _luft / _Vt ) x 100%. Luftvolymen motsvarar:

V _v - V _vatten = 0,000357 m ³ - 0,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = (V _luft / _Vt ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x100% = 0,51%

referenser

Berry, P. Jordmekanik. McGraw Hill.
Constrummatics. Tydlig densitet. Återställd från: construmatica.com.
NRCS. Jorddensitet. Återställd från: nrcs.usda.gov.
UNAM. Institutionen för Edaphology. Jordfysik analytiska procedurer Manual. Återställd från: geologia.unam.mx.
Wikipedia. Massdensitet. Återställd från: en.wikipedia.org.
Wikipedia. Golv. Återställd från: en.wikipedia.org.

TYDLIG DENSITET: FORMEL, ENHETER OCH LÖSTA ÖVNINGAR - FYSISK - 2025