Hur man beräknar porositet

Porositet är en mängd som används för att beskriva volymen av hålrum i ett givet materialprov. Det brukar användas för att beskriva jorden, eftersom specifika nivåer av porositet är nödvändiga för odling av växter. Du kan beräkna det teoretiskt genom de ekvationer som beskrivs i artikeln (det här är den situation som du måste möta under skolundentamen) eller experimentellt (i laboratoriet eller i fältet) genom att hitta de data som behövs i urvalet.

Metod 1

via Theorica med volymer

Hitta användbar information från den information som lämnats. Vid beräkning av porositet teoretiskt utsätts ett problem som innehåller några av de data du behöver. Läs uppfattningen noggrant och leta efter de relativa värdena för den totala volymen (

{ displaystyle Vt}

), materialets (

{ displaystyle Vm}

) och den hos porerna (

{ displaystyle Vp}

). Var alltid mycket noggrann när det gäller de enheter som används.

Det är värt att skriva dessa data separat. Till exempel om problemet tillhandahåller ${ displaystyle Vt}$ och ${ displaystyle Vm}$ , du borde skriva:
${ displaystyle Vt}$ = 5,00 cm³;
${ displaystyle Vm}$ = 3,00 cm³.

Ange lämplig ekvation. Per definition är porositet (

{ displaystyle Pt}

) är förhållandet mellan volymen porer (

{ displaystyle Vp}

) och det totala (

{ displaystyle Vt}

), i matematiska termer:

{ displaystyle Pt}

{ displaystyle Vp}

{ displaystyle Vt}

. Kom ihåg att det här inte är den enda ekvationen som gör att du kan beräkna porositet - om du får matricitetsdensiteten och materialets storlek i stället för volymerna, kan du använda dessa kvantiteter med en annan formel.

Hitta värdena för volymvariablerna. Det är användbart att komma ihåg det

{ displaystyle Vt}

det är summan av den fasta volymen (av materialet) och den hos porerna (de tomma utrymmena), med andra ord:

{ displaystyle Vt}

{ displaystyle Vm}

{ displaystyle Vp}

. Detta förhållande kan omskrivas på olika sätt för att hitta något okänt, så länge som de andra två terminerna är kända. Till exempel:

{ displaystyle Vt}

{ displaystyle Vp}

{ displaystyle Vm}

Med samma värden som anges i föregående steg,

{ displaystyle Vt}

= 5,00 cm³ och

{ displaystyle Vm}

= 3,00 cm³, du kan lösa

{ displaystyle Vt}

{ displaystyle Vm}

{ displaystyle Vp}

att hitta

{ displaystyle Vp}

= 5,00 cm³ - 3,00 cm³ = 2,00 cm³.

Ange nu de kända värdena för volymen i porositetsekvationen. När du har hittat data som motsvarar

{ displaystyle Vp}

och

{ displaystyle Vt}

, du kan använda dem för att lösa formeln

{ displaystyle Pt}

{ displaystyle Vp}

{ displaystyle Vt}

. Kom ihåg att skriva måttenheterna för båda kvantiteterna - dessutom måste du vara säker på att de är desamma, annars måste du göra lämpliga omvandlingar.

Lös ekvationen för att känna till porositeten. Nu när formeln är perfekt inställd och de kända variablerna införs kan du lösa det genom enkla aritmetiska beräkningar. Det kan vara bra att ha en räknare praktisk - noterar att måttenheterna

{ displaystyle Vt}

och

{ displaystyle Vp}

de är desamma och då elimineras de under divisionen. Porositet är faktiskt ett dimensionslöst nummer.

Med tanke på att det uttrycks i procent, efter att ha hittat decimalvärdet måste du multiplicera det med 100.

Med hjälp av de värden som hittills använts tar ekvationen denna aspekt:

{ displaystyle Pt}

= 2,00 cm³ / 5,00 cm³ = 0,400.

Om du föredrar att uttrycka porositet i procent, multiplicera med 100% för att få.

{ displaystyle Pt}

= 40%.

Metod 2

av teorin med densiteterna

Tilldela matrisdensitet ( ${ displaystyle Pd}$ ) av provet värdet 2,66 g / cm³. Denna kvantitet erhålls genom att dela objektets massa med sin volym. Vid användning av jordprover bör du överväga den genomsnittliga densiteten som är lika med 2,66 g / cm³. Använd därför alltid detta när du behöver lösa problem som är relaterade till markprover, om inget annat anges.

Använd förhållandet mellan volym och densitet för att härleda ekvationen. Med tanke på att densitet definieras som förhållandet mellan massa och volym och porositet som förhållandet mellan porvolymen och den totala volymen är det möjligt att uttrycka denna magnitud även när det gäller densitet. Den resulterande formeln är

{ displaystyle Pt}

= (1 -

{ displaystyle Pb}

{ displaystyle Pd}

) var

{ displaystyle Pt}

det är porositeten,

{ displaystyle Pb}

det är den totala densiteten e

{ displaystyle Pd}

det är matrisen en.

Hitta värdet av ${ displaystyle Pb}$ . Generellt tillhandahålls det direkt av problemets uppgift, men om det inte är angivet kan annan information vara känd - såsom provets massa och volym. I så fall delar du bara volymen och får densiteten, det vill säga

{ displaystyle Pb}

Lös upp formeln genom att ange lämpliga värden. Nu när du vet

{ displaystyle Pb}

och

{ displaystyle Pd}

, du kan hitta

{ displaystyle Pt}

. Kom ihåg att numret du får genom att dela

{ displaystyle Pb}

för

{ displaystyle Pd}

bör någonsin vara mindre än 1, därför ekvationen

{ displaystyle Pt}

= (1 -

{ displaystyle Pb}

{ displaystyle Pd}

) det borde aldrig vara negativt. Om så är fallet har du antagligen reverserat villkoren för divisionen genom att göra ett misstag.

Formeln gör det möjligt att uppnå decimaltalet för porositeten. För att göra det till ett procenttal, multiplicera det med 100, till exempel 0,41 x 100 = 41%.

Metod 3

på experimentellt sätt med mättnad

Mät provets volym. Om materialet fyller en behållare med känd volym kan du fortsätta direkt. Du kan även överföra den till en behållare som t.ex. en bägare. Om du inte kan mäta volymen direkt kan du hitta den på språng matematik.

Överföring av provet från en behållare till en annan kan modifiera dess porositet genom att flytta materialet som det är sammansatt av.

Mät vattenvolymen. Den exakta dosen är inte viktig. De två grundläggande uppgifterna är den mängd vätska som du förbereder i början och det som behövs för att helt mätta provet. Den här metoden är den enda som låter dig veta hur mycket vatten du har använt.

Mätta materialet. Det är en enkel fas, men det medför vissa problem. Du måste hälla tillräckligt med vätska för att fylla alla porer, men inte mer. Även om det är viktigt att komma så nära som möjligt till den perfekta mättnaden, finns det alltid en viss felmarginal. Försök att tillsätta en dos av vatten som gör att du kan ta nivån så nära provytan som möjligt.

Notera volymen vatten som används. Det räcker att subtrahera från den ursprungliga mängden dosen kvar i behållaren. På så sätt vet du volymen vätska som hälls i provet, vilket är ungefär lika med det för de porer som finns i materialet.

Ställ ekvationen för att hitta porositeten genom volymen. Vid denna tidpunkt vet man informationen om materialets volym (

{ displaystyle Vm}

) och den hos porerna (

{ displaystyle Vp}

), kan du lägga till dem för att hitta den totala (

{ displaystyle Vt}

) - På så sätt kan du utnyttja formeln

{ displaystyle Pt}

= (

{ displaystyle Vp}

{ displaystyle Vt}

) x 100% och hitta procentuell porositet (

{ displaystyle Pt}

Gör beräkningarna för att hitta porositeten. Ange lämpliga värden i ekvationen, var uppmärksam på måttenheterna så att de korrigeras korrekt, eftersom porositeten är ett dimensionslöst tal - i denna fas kan användningen av en miniräknare vara användbar.

Metod 4

på fältupptagningsproverna genom kärnborrning

Mätta det område du vill extrahera som ett prov. Ett bra sätt att gå vidare är att placera en stålring med känd vikt på marken där du vill carotera och fylla den med vatten. Låt vätskan tränga in på marken över natten - det är lättare att ta provet.

Skjut ringen i marken. Använd ett träblock och en hammare så att den tränger in i marken och få ett prov, eller "morot". Ringen skyddar materialet så att det inte rör sig under provtagningen.

Gräva runt ringen. Använd en spade eller ett annat liknande verktyg för att ta bort jorden runt ringen utan den "störa" moroten. Försök att skära alla rötterna i botten av cirkeln.

Ta bort ringen. När omgivningen är fri kan du ta bort skyddet medan du håller provet inuti och var försiktig så att du inte förstör det. Var försiktig så du inte förlorar bitar av jord under transporten.

Notera den mättade massan av moroten. Lägg lite vatten i ringen tills jorden är helt mättad, vilket inte längre kan absorbera vätskan. Den väger morot (inklusive ring) och subtraherar från det inspelade värdet den kända av stålcirkeln - på så sätt hitta bara det våta provets massa.

Skriv volymen på moroten. Detta är lika med själva ringen - den senare är en cylinder, du kan hitta den volym multiplicera höjden med radien till torget (radien är avståndet från mitten av cirkeln till omkretsen) och av pi (avrundad ofta till 3,14). Om du inte känner till ringen av ringen kan du mäta sin maximala bredd och dela den med två.

Överför morot i en behållare som kan placeras i ugnen. Kom ihåg att väga behållaren först och notera data (

{ displaystyle mc}

). Om du har bestämt dig för att använda en mikrovågsugn för att torka marken, kontrollera att det inte finns några metallelement och att behållaren är säker för denna typ av apparat.

Torka provet. Om du använder mikrovågsugnen ska den vara tillräcklig "kock" vid maximal effekt i 10 minuter - så sätt bort alla porer från vattnet. Du kan också använda den konventionella ugnen genom att ställa temperaturen till 105 ° C och lämna jorden inuti i 2 timmar. Även om porerna är fulla av luft förändras inte moroten.

Väg det torra provet tillsammans med behållaren för att hitta den totala massan ( ${ displaystyle mt}$ ). Detta värde representerar inte materialets massa, eftersom det finns också behållarens behållare, och du kan därför inte använda den för beräkning av porositet.

subtrahera ${ displaystyle mc}$ från ${ displaystyle mt}$ att hitta markmassan torr ( ${ displaystyle md}$ ). Du måste helt enkelt ta bort behållarens massa från den du mätt i slutet av "matlagning". Se till att numret är logiskt, till exempel kan det inte vara negativt. Om du hittar ett avvikande värde, kolla beräkningarna igen.

Beräkna massan av vatten som du har mättat provet med. Subtrahera massvärdet "torr" (

{ displaystyle md}

) från den mättade (

{ displaystyle ms}

) - skillnaden motsvarar mängden vatten (

{ displaystyle mw}

) indunstas nu. Återigen, kom ihåg att massan "torr" måste vara mindre än mättad.

Konvertera vattenmassan i provporvolymen. Per definition upptar ett gram vatten utrymme på en kubikcentimeter. När materialet var mättat fylldes hela porvolymen med vatten - följaktligen är porvolymen densamma som vattnet hällt i provet.

Dela porvolymen med den totala volymen av provet. Med detta steg kan du få ett decimaltal mindre än 1 gånger multiplicerat med 100 och få porositetsdata i procent.

tips

Ta flera markprover för att minska mätfelet.
Om du överför ett prov från marken till en annan plats för analys, försegla den i en plastpåse.
Det finns också datorprogram, t.ex. RESRAD, vilket bidrar till att bestämma porositet, även om sådana verktyg är långt mer avancerade än det populäraste syftet med denna artikel.
Du kan hitta matrisdensiteten och den totala densiteten experimentellt och sedan beräkna porositeten. Den totala densiteten erhålles genom att den torra massan divideras med sin volym, medan den hos matrisen kan approximeras till 2,66 g / cm ^³.

varningar

Mätinstrumentet bidrar till själva mätningsgraden. Ju känsligare ett instrument är desto mindre är det, men kom ihåg att varje verktyg har sina gränser.
Mänskligt fel är närvarande i alla försöksåtgärder med variabel förekomst.
Ändra provet leder till en förändring i porositeten, eftersom partiklarna är komprimerade eller separerade - manipulera det försiktigt.

Saker du behöver

via Theorica med volymer och densiteter
kalkylator
på experimentellt sätt med mättnad
mästare
Provbehållare
vatten
Vattenbehållare
på fältupptagningsproverna genom kärnborrning
Stålring
Hammer och träblock
pala
Vågen
Ugn eller mikrovågsugn

Dela på sociala nätverk:

Relaterade