TILSYNELATENDE TETTHET: FORMEL, ENHETER OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2026

En tilsynelatende tetthet av en prøve er definert som kvotienten mellom dens masse og det uendrede volumet, som inkluderer alle rommene eller porene som den inneholder. Hvis det er luft i disse mellomrommene, er den tilsynelatende tettheten ρ _b , eller bulkdensitet:

ρ _b = Masse / Volum = masse av _partikler + Masse av _luft / volum av _partiklene + Volum av _luft

Figur 1. Massetetthet er veldig viktig for å karakterisere jordsmonn. Kilde: Wikimedia Commons.

Når du beregner bulktettheten til en jordprøve, må den for tørkes i en ovn ved 105 ºC til massen er konstant, noe som indikerer at all luften har fordampet.

I henhold til denne definisjonen beregnes den tilsynelatende tettheten av jordsmonn eller tørr densitet på denne måten:

ρ _s = Vekt av faste elementer / _Fast volum + _Porevolum

Betegner som M _s den tørre vekt eller masse og V _t = V _r + V _p som det totale volum, er formelen:

ρ _s = M _s / V _t

enheter

Enhetene for bulkdensitet i International System of Units er kg / m ³ . Andre enheter som g / cm ³ og megagram / kubikkmeter: Mg / m ^{3 er imidlertid} også mye brukt.

Begrepet tilsynelatende tetthet er veldig nyttig når det gjelder heterogene og porøse materialer som jordsmonn, ettersom det er en indikasjon på deres drenering og luftingskapasitet, blant andre kvaliteter.

For eksempel har dårlig porøs jordsmengde høye bulkdensiteter, er kompakte og har en tendens til å vannes lett, i motsetning til porøs jordsmonn.

Når det er vann eller en annen væske i porene i prøven, reduseres volumet etter tørking, derfor er det nødvendig å kjenne til den opprinnelige vannandelen når du foretar beregningene (se det løste eksemplet).

Jordmassetetthet

Den tilsynelatende tettheten av materialer generelt, inkludert jorden, er svært varierende, siden det er faktorer som graden av komprimering, tilstedeværelsen av organisk materiale, dens struktur, struktur, dybde og andre, som påvirker formen og formen. mengde porerom.

Jordsmonn er definert som en heterogen blanding av uorganiske stoffer, organiske stoffer, luft og vann. De kan være fine, middels eller grove i tekstur til berøring, mens komponentpartiklene kan ordnes på forskjellige måter, en parameter kjent som struktur.

Fine, godt strukturerte jordarter med en høy andel organisk materiale har en tendens til å ha lave verdier av tilsynelatende tetthet. Tvert imot, tykk jordsmonn, med mindre organisk materiale og lite struktur, har en tendens til å ha høyere verdier.

Tilsynelatende tetthet i henhold til tekstur

I henhold til strukturen har den tilsynelatende tettheten følgende verdier:

Tekstur	Tilsynelatende tetthet (g / cm 3 )
Fint	1,00 - 1,30
median	1,30 - 1,50
Ekkelt	1,50 - 1,70

Disse verdiene fungerer som en generell referanse. I torvjord, rikelig i planterester, kan den tilsynelatende densitet være så lav som 0,25 g / cm ³ , hvis det er en vulkansk mineral jord er det rundt 0,85 g / cm ³ , mens det i meget komprimert jord når det 1,90 g / cm ³ .

Tilsynelatende tetthet i henhold til dybde

Den tilsynelatende tetthetsverdien øker også med dybden, siden jorda generelt er mer komprimert og har en lavere prosentandel organisk materiale.

Terrengets indre er sammensatt av horisontale lag eller lag, kalt horisonter. Horisonter har forskjellige strukturer, komposisjoner og komprimering. Derfor presenterer de variasjoner når det gjelder tilsynelatende tetthet.

Figur 2. En jordprofil som viser de forskjellige horisontene. Kilde: Wikimedia Commons.

En studie av jordsmonnet er basert på dens profil, som består av forskjellige horisonter som følger hverandre på en ryddig vertikal måte.

Hvordan måle den tilsynelatende tettheten?

Siden variasjonen i bulktetthet er veldig stor, må den ofte måles direkte ved forskjellige prosedyrer.

Den enkleste metoden er å trekke ut en prøve fra jorda, sette inn en bor med en rommetallsylinder med kjent volum i den og sørge for ikke å komprimere jorda. Den ekstraherte prøven forsegles for å unngå tap av fuktighet eller endring av karakteristikkene.

Deretter trekkes prøven ut i laboratoriet, veies og legges deretter i en ovn ved 105 ° C for å tørke i 24 timer.

Selv om det er den enkleste måten å finne jordens tørre tetthet, er den ikke den mest anbefalte for jordsmonn med veldig løs teksturer eller full av steiner.

For disse er metoden for å grave et hull og redde den utvunnede jorden å foretrekke, som vil være prøven til å tørke. Volumet av prøven bestemmes ved å helle tørr sand eller vann i det gravde hullet.

Uansett er det fra prøven mulig å bestemme veldig interessante egenskaper for jorda for å karakterisere den. Følgende løste øvelse beskriver hvordan du gjør det.

Trening løst

Fra prøvesylinderen trekkes en leirprøve med en lengde på 100 mm, hvis indre diameter også er 100 mm. Når den ble veid, ble det oppnådd en masse på 1531 g, som en gang var tørr redusert til 1178 g. Partikkelenes egenvekt er 2,75. Det blir bedt om å beregne:

a) Bulkdensiteten til prøven

b) Fuktighetsinnhold

c) Størrelsesforholdet

d) Tørr tetthet

e) Metningsgraden

f) Luftinnhold

Løsning på

Den uforandrede volumet V _t er den opprinnelige volum av prøven. For en sylinder med diameter D og høyde h er volumet:

V _sylinder = V _t = Areal av base x høyde = πD ² /4 = x π (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Setningen fastslår at massen av prøven er M _r = 1,531 g, således i henhold til ligningen gitt i begynnelsen;

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

Løsning b

Siden vi har den opprinnelige massen og den tørre massen, er massen av vannet i prøven forskjellen på disse to:

M _vann = 1531 g - 1178 g = 353 g

Andelen fuktighet i prøven beregnes som følger:

% Fuktighet = (masse _vann / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Løsning c

For å finne tomrommet, må totalvolumet til prøven V _t fordeles i:

V _t = V- _partikler + _porevolum

Volumet som opptas av partiklene oppnås fra den tørre massen og den spesifikke tyngdekraften, data hentet fra setningen. Den spesifikke tyngdekraften s _g er kvotienten mellom tettheten til materialet og tettheten av vann under standardbetingelser, derfor er tettheten til materialet:

ρ = s _g x ρ _vann = 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

Volumet av hulrom i prøven er V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Tomromsforholdet e er:

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

Løsning d

Tørrtettheten til prøven beregnes som angitt i innledningen:

ρ _s = vekten av den faste elementer / Volum _faststoffer + volum _porer = 1,178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Løsning e

Metningsgraden er S = (V _vann / V _v ) x 100%. Siden vi kjenner massen av vann i prøven, beregnet i post b) og dens tetthet, er beregningen av volumet øyeblikkelig:

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

På den annen side ble volumet av tomrom beregnet i post c)

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

Løsning f

Til slutt er prosentinnholdet i luft A = (V _luft / V _t ) x 100%. Luftvolumet tilsvarer:

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

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

referanser

1. Berry, P. Jordsmekanikk. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Tilsynelatende tetthet. Gjenopprettet fra: construmatica.com.
3. NRCS. Jordmassetetthet. Gjenopprettet fra: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Institutt for edafologi. Jordfysikk analytiske prosedyrer Manual. Gjenopprettet fra: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Romvekt. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Gulv. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org.