NAVIDEZNA GOSTOTA: FORMULA, ENOTE IN REŠENE VAJE - FIZIČNO - 2025

Navidezna gostota vzorca je definirana kot kvocient med njegovo maso in nespremenjenem volumen, ki vključuje vse prostore ali pore, ki vsebuje. Če je zrak v teh prostorih, je navidezna gostota ρ _b ali nasipna gostota:

ρ _b = masa / prostornina = masa _delcev + masa _zraka / prostornina _delcev + količina _zraka

Slika 1. Nasipna gostota je zelo pomembna za karakterizacijo tal. Vir: Wikimedia Commons.

Pri izračunu gostote vzorca zemlje ga je treba predhodno posušiti v pečici pri 105 ° C, dokler masa ni konstantna, kar kaže, da je ves zrak izhlapel.

V skladu s to definicijo se navidezna gostota tal ali suha gostota izračuna na naslednji način:

ρ _s = Teža trdnih elementov / _Trdna prostornina + Prostornina _pora

Označujemo kot M _s suho maso ali maso in V _t = V _s + V _p kot skupno prostornino, formula je:

ρ _s = M _s / V _t

Enote

Enote gostote v mednarodnem sistemu enot so kg / m ³ . Vendar pa ^se pogosto uporabljajo tudi druge enote, kot so g / cm ³ in megagrami / kubični meter: Mg / m ³ .

Koncept navidezne gostote je zelo uporaben, ko gre za raznolike in porozne materiale, kot so tla, saj med drugimi kvalitetami kaže na njihovo drenažno in prezračevalno sposobnost.

Na primer, slabo porozna tla imajo veliko gostoto, so kompaktna in se ponavadi zalijejo z vodo, za razliko od poroznih tal.

Ko je v pore vzorca voda ali druga tekočina, se prostornina po sušenju zmanjša, zato je treba v času izračunov poznati izvorni delež vode (glejte razrešeni primer).

Nasipna gostota prsti

Navidezna gostota materialov na splošno, vključno s tlemi, je zelo spremenljiva, saj obstajajo dejavniki, kot so stopnja stiskanja, prisotnost organske snovi, njena tekstura, struktura, globina in drugi, ki vplivajo na obliko in obliko. količina por.

Tla so opredeljena kot heterogena mešanica anorganskih snovi, organskih snovi, zraka in vode. Lahko so drobne, srednje ali grobe teksture na dotik, medtem ko so sestavni delci lahko razporejeni na različne načine, parameter, znan kot struktura.

Fina, dobro strukturirana tla z visokim odstotkom organske snovi imajo ponavadi nizke vrednosti navidezne gostote. Nasprotno, debela tla z manj organske snovi in ​​malo strukture imajo ponavadi višje vrednosti.

Navidezna gostota glede na teksturo

Glede na teksturo ima navidezna gostota naslednje vrednosti:

Tekstura	Navidezna gostota (g / cm 3 )
V redu	1,00 - 1,30
Mediana	1,30 - 1,50
Bruto	1,50 - 1,70

Te vrednosti služijo kot splošna referenca. V peščenih tleh, ki obilujejo rastlinske ostanke, je lahko navidezna gostota kar 0,25 g / cm ³ , če gre za vulkansko mineralno zemljo, pa približno 0,85 g / cm ³ , medtem ko v zelo strnjenih tleh doseže 1,90 g / cm ³ .

Navidezna gostota glede na globino

Navidezna vrednost gostote narašča tudi z globino, saj so tla na splošno bolj strnjena in imajo nižji odstotek organske snovi.

Notranjost terena je sestavljena iz vodoravnih plasti ali slojev, ki se imenujejo obzorja. Obzorja imajo različne teksture, sestavo in zbijanje. Zato predstavljajo razlike v navidezni gostoti.

Slika 2. Profil tal, ki prikazuje različna obzorja. Vir: Wikimedia Commons.

Študija tal temelji na njenem profilu, ki ga sestavljajo različna obzorja, ki si med seboj sledijo pravilno navpično.

Kako izmeriti navidezno gostoto?

Ker je spremenljivost nasipne gostote zelo velika, jo je treba pogosto meriti z različnimi postopki.

Najenostavnejša metoda je izvleči vzorec iz zemlje, tako da vanj vstavimo košček z vesoljskim kovinskim cilindrom znane prostornine in poskrbimo, da se tla ne stisne. Izvlečeni vzorec se zapre, da se prepreči izguba vlažnosti ali sprememba lastnosti.

Nato se v laboratoriju vzorec odvzame, stehta in nato postavi v pečico pri 105 ° C, da se 24 ur posuši.

Čeprav je najpreprostejši način najti suho gostoto zemlje, ni najbolj priporočljiv za tla z zelo ohlapnimi teksturami ali polnimi kamni.

Pri tem je prednostni način izkopavanja luknje in shranjevanje izkopane zemlje, ki bo vzorec posušil. Prostornina vzorca se določi z vlivanjem suhega peska ali vode v izkopano luknjo.

Vsekakor je iz vzorca mogoče določiti zelo zanimive lastnosti tal za njihovo karakterizacijo. Naslednja rešena vaja opisuje, kako to storiti.

Vaja rešena

Vzorec gline dolžine 100 mm se vzame iz jeklenke z vzorcem, katerega notranji premer je tudi 100 mm. Pri tehtanju dobimo maso 1531 g, ki se je enkrat suha zmanjšala na 1178 g. Specifična teža delcev je 2,75. Prosimo za izračun:

a) Nasipna gostota vzorca

b) Vsebnost vlage

c) Razmerje ničnosti

d) Suha gostota

e) Stopnja nasičenosti

f) Vsebnost zraka

Rešitev za

Nespremenjena prostornina V _t je prvotna prostornina vzorca. Za cilinder s premerom D in višino h je prostornina:

V _valj = V _t = površina višina lokaciji x = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

V izjavi je navedeno, da je masa vzorca M _s = 1531 g, torej v skladu z enačbo na začetku:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0.000785 m ³ = 1950 319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Rešitev b

Ker imamo prvotno maso in suho maso, je masa vode, ki jo vsebuje vzorec, razlika teh dveh:

M _voda = 1531 g - 1178 g = 353 g

Odstotek vlage v vzorcu se izračuna na naslednji način:

% Vlaga = (masa _vode / ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Rešitev c

Če želite najti razmerje praznine, je treba skupni volumen vzorca V _t razdeliti na:

V _t = V _delci + volumen _por

Prostornina, ki jo zasedajo delci, je pridobljena iz suhe mase in specifične teže, podatki iz izjave. Specifična teža s _g je količnik med gostoto materiala in gostoto vode v standardnih pogojih, zato je gostota materiala:

ρ = s _g x ρ _voda = 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

Prostornina praznin v vzorcu je V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0.000428 m ³ = 0.000357 m ³ .

Razmerje praznine e je:

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

Rešitev d

Suha gostota vzorca se izračuna, kot je navedeno v uvodu:

ρ _s = Teža trdnih elementov / Prostornina _{trdnih snovi} + Prostornina _pora = 1178 g / 0.000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Rešitev e

Stopnja nasičenosti je S = (V _voda / V _v ) x 100%. Ker poznamo maso vode v vzorcu, izračunano v točki b), in njeno gostoto, je izračun njene prostornine takoj:

ρ _voda = M _voda / V _voda → V _voda = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0.000353 m ³

Po drugi strani je bila v točki c izračunana količina praznin

S = (0.000353 m ³ / 0.000357 m ³ ) x 100% = 98,9%

Rešitev f

Končno je odstotek vsebnosti zraka A = (V _zrak / V _t ) x 100%. Prostornina zraka ustreza:

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

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

Reference

1. Berry, P. Mehanika tal. McGraw Hill.
2. Konstrumatika. Navidezna gostota. Pridobljeno: construmatica.com.
3. NRCS. Nasipna gostota tal. Pridobljeno: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Oddelek za edafologijo. Priročnik o analitičnih postopkih za fiziko tal. Pridobljeno: geologia.unam.mx.
5. Wikipedija. Nasipna gostota Pridobljeno: en.wikipedia.org.
6. Wikipedija. Nadstropje. Pridobljeno: en.wikipedia.org.