ZDÁNLIVÁ HUSTOTA: FORMULE, JEDNOTKY A ŘEŠENÁ CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Zdánlivá hustota vzorku je definován jako kvocient mezi jeho hmotnosti a nezměněném objemu, který zahrnuje všechny prostory nebo póry, které obsahuje. Pokud je v těchto prostorech vzduch, je zřejmá hustota ρ _b nebo sypná hustota:

ρ _b = hmotnost / objem = hmotnost _částic + hmotnost _vzduchu / objem _částic + objem _vzduchu

Obrázek 1. Objemová hustota je velmi důležitá pro charakterizaci půdy. Zdroj: Wikimedia Commons.

Při výpočtu objemové hustoty vzorku půdy musí být vzorek předem sušen v peci při 105 ° C, dokud není hmota konstantní, což znamená, že se veškerý vzduch odpařil.

Podle této definice se zdánlivá hustota půdy nebo suchá hustota počítá tímto způsobem:

p _s = hmotnost pevné prvky / _Pevný objem + _Pore objem

Označíme jako M _je suchá hmotnost nebo hmotnost a V _t = V _s + V _p jako celkový objem, vzorec je:

ρ _s = M _s / V _t

Jednotky

Jednotky objemové hustoty v mezinárodním systému jednotek jsou kg / m ³. Nicméně, další jednotky, jako je g / cm ^3, a kameniva / metr krychlový: Mg / m ^{3, jsou} také široce používány.

Koncept zdánlivé hustoty je velmi užitečný, pokud jde o heterogenní a porézní materiály, jako jsou půdy, protože mimo jiné svědčí o jejich drenážní a aerační kapacitě.

Například nízkoporézní půdy mají vysokou sypnou hustotu, jsou kompaktní a na rozdíl od porézních půd mají sklon k vodě snadno.

Pokud je v pórech voda nebo jiná tekutina, objem po vysušení se snižuje, proto je při výpočtu nutné znát podíl původní vody (viz vyřešený příklad).

Hustota půdy

Zdánlivá hustota materiálů obecně, včetně půdy, je velmi variabilní, protože existují faktory, jako je stupeň zhutnění, přítomnost organické hmoty, její struktura, struktura, hloubka a další, které ovlivňují tvar a tvar. množství pórových prostorů.

Půdy jsou definovány jako heterogenní směs anorganických látek, organických látek, vzduchu a vody. Mohou být jemné, střední nebo hrubé textury na dotek, zatímco částice složky mohou být uspořádány různými způsoby, což je parametr známý jako struktura.

Jemné, dobře strukturované půdy s vysokým procentem organické hmoty mají sklon vykazovat nízké hodnoty zdánlivé hustoty. Naopak, husté půdy s méně organickými látkami a malou strukturou mají tendenci mít vyšší hodnoty.

Zdánlivá hustota podle textury

Zdánlivá hustota má podle své textury následující hodnoty:

Textura	Zdánlivá hustota (g / cm 3)
Pokuta	1,00 - 1,30
Medián	1,30 - 1,50
Hrubý	1,50 - 1,70

Tyto hodnoty slouží jako obecný odkaz. V rašelinových půdách, bohatý na zbytky rostlin, zdánlivá hustota může být tak nízké, jak je 0,25 g / cm ³, je-li to je sopečný minerální půdě je asi 0,85 g / cm ³, přičemž ve velmi stlačené půd dosahuje 1,90 g / cm ³.

Zdánlivá hustota podle hloubky

Hodnota zjevné hustoty se také zvyšuje s hloubkou, protože půda je obecně kompaktnější a má nižší procento organické hmoty.

Interiér terénu se skládá z horizontálních vrstev nebo vrstev, zvaných horizonty. Horizonty mají různé textury, složení a zhutnění. Proto představují odchylky, pokud jde o zdánlivou hustotu.

Obrázek 2. Půdní profil ukazující různé horizonty. Zdroj: Wikimedia Commons.

Studie půdy je založena na jejím profilu, který se skládá z různých horizontů, které po sobě následují uspořádaným vertikálním způsobem.

Jak změřit zdánlivou hustotu?

Protože variabilita objemové hustoty je velmi velká, musí být často měřena přímo různými postupy.

Nejjednodušší metodou je extrahovat vzorek z půdy, vložit do něj kousek kovového válce se známým objemem a zajistit, aby se půda nekomprimovala. Extrahovaný vzorek je utěsněn, aby se zabránilo ztrátě vlhkosti nebo změnám charakteristik.

Poté je vzorek v laboratoři extrahován, zvážen a poté umístěn do pece při 105 ° C, aby byl sušen po dobu 24 hodin.

Ačkoli je to nejjednodušší způsob, jak zjistit hustotu půdy v suchu, není to nejvíce doporučované pro půdy s velmi volnými texturami nebo plnými kameny.

Pro tyto je výhodná metoda kopání díry a ukládání vytěžené zeminy, což bude vzorek, který uschne. Objem vzorku se stanoví nalitím suchého písku nebo vody do vykopaného otvoru.

V každém případě je ze vzorku možné určit velmi zajímavé vlastnosti půdy pro jeho charakterizaci. Následující řešené cvičení popisuje, jak to udělat.

Cvičení vyřešeno

Vzorek hlíny o délce 100 mm je odebrán z válce pro vzorky, jehož vnitřní průměr je také 100 mm. Po zvážení byla získána hmota 1531 g, která byla po vysušení snížena na 1178 g. Měrná hmotnost částic je 2,75. Je požadováno vypočítat:

a) Hustota vzorku

b) Obsah vlhkosti

c) Prázdný poměr

d) Hustota za sucha

e) Stupeň nasycení

f) Obsah vzduchu

Řešení

Nezměněný objem V _t je původní objem vzorku. Pro válec o průměru D a výšce h je objem:

V _válec = V _t = plocha základny x výška = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 M) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Výrok uvádí, že hmotnost vzorku je M _s = 1531 g, proto podle rovnice uvedené na začátku:

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

B. Řešení

Protože máme původní hmotnost a suchou hmotnost, hmotnost vody obsažené ve vzorku je rozdílem těchto dvou:

M _voda = 1531 g - 1178 g = 353 g

Procento vlhkosti ve vzorku se vypočte takto:

% Vlhkosti = (hmotnost _vody / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Řešení c

Pro nalezení poměru prázdnoty musí být celkový objem vzorku V _t rozdělen na:

V _t = V _částice + objem _pórů

Objem obsazený částicemi je získán ze suché hmotnosti a měrné hmotnosti, dat získaných z výroku. Měrná hmotnost s _g je kvocient mezi hustotou materiálu a hustotou vody za standardních podmínek, proto je hustota materiálu:

ρ = y _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

Objem pórů ve vzorku je V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³.

Prázdný poměr e je:

e = V _V / V _s = 0.000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0,83

Řešení d

Hustota vzorku ve vzorku se vypočítá tak, jak je uvedeno v úvodu:

ρ _s = hmotnost pevných látek / objem _{pevných látek} + objemové _póry = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

E. Řešení

Stupeň nasycení je S = (V _voda / _Vv) x 100%. Protože známe množství vody ve vzorku, vypočtené v bodě b) a jeho hustotu, je výpočet jeho objemu okamžitý:

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

Na druhé straně byl objem dutin vypočten v položce c)

S = (0.000353 m ³ / 0,000357 m ³) x 100% = 98,9%

F. Řešení

Nakonec je procentuální obsah vzduchu A = (V _vzduch / V _t) x 100%. Objem vzduchu odpovídá:

V _v - V _voda = 0.000357 m ³ -,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = (V _vzduch / V _t) x 100% = (0,000004 m ³ / 0.000785 m ³) x 100% = 0,51%

Reference

1. Berry, P. Soil Mechanics. McGraw Hill.
2. Konstrummatika. Zdánlivá hustota. Obnoveno z: construmatica.com.
3. NRCS. Hustota půdy. Obnoveno z: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Oddělení Edaphology. Příručka analytických postupů pro fyziku půdy. Obnoveno z: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Objemová hustota. Obnoveno z: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Podlaha. Obnoveno z: en.wikipedia.org.