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A porosidade se refere ao valor usado para descrever quanto espaço vazio, ou vácuo, existe em uma determinada amostra. Essa característica costuma ser mensurada em estudos do solo, uma vez que é necessário ter níveis de porosidade determinados para que as plantas cresçam. É possível calculá-la teoricamente através de equações e valores dados, itens que estão presentes em perguntas de testes e avaliações. No entanto, a porosidade também pode ser determinada encontrando-se os valores necessários para essa resolução de forma experimental, quer em laboratório ou em campo.
Passos
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Extraia variáveis úteis das informações apresentadas. Ao calcular a porosidade teoricamente, você terá uma situação de exemplo contendo alguns dos valores necessários. Leia a questão com cuidado e procure por variáveis como o volume total ( ), o volume sólido ( ) e o volume do poro ( ). Preste sempre muita atenção às unidades desses valores.
- É útil escrever esses valores separadamente. Por exemplo, se o problema oferece os valores de
e
, você escreverá:
- ;
- .
- É útil escrever esses valores separadamente. Por exemplo, se o problema oferece os valores de
e
, você escreverá:
-
Escreva a equação apropriada. Por definição, a porosidade ( ) é igual ao volume do poro ( ) dividido pelo volume total ( ), ou . Tenha em mente que essa não é a única equação com essa finalidade. Se os valores estiverem dados com relação à densidade com relação a um lote ou uma partícula em vez de a um volume, será necessário usar uma fórmula diferente.
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Estabeleça valores para as suas variáveis de volume. É sempre útil ter em mente que representa a soma entre os volumes sólido e de poro, ou . Essa relação pode ser reordenada a fim de se conseguir solucionar quaisquer das variáveis de volume, desde que as outras duas sejam conhecidas. Por exemplo, .
- Usando os mesmos valores listados no passo anterior ( e ), será possível resolver para descobrir que .
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Insira as variáveis de volume conhecidas na equação da porosidade. Depois de determinar um valor para e um valor para , você poderá inserir a ambos na equação da porosidade, . Lembre-se de incluir também as unidades para e . Além disso, é importante que as unidades possuam a mesma grandeza, ou será necessário realizar uma análise dimensional para chegar à compatibilidade esperada.
- É importante que as unidades sejam compatíveis porque a porosidade é indicada por um valor sem unidades, sendo geralmente expressa em forma percentual. As unidades das variáveis de volume se cancelam pela divisão.
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Resolva a equação para obter um valor para a porosidade. Agora que a equação está inteiramente definida e com os valores apropriados no lugar, você pode solucioná-la com aritmética simples. Pode ser útil ter uma calculadora em mãos nessa parte.
- Uma vez que a porosidade costuma ser expressa em formato percentual, é comum multiplicar o valor decimal resultante por .
- Usando os mesmos valores dos exemplos acima, a equação se parecerá com algo como:
- Caso queira expressar esse valor em formato percentual, você deve multiplicá-lo por a fim de determinar que .
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Assuma que a densidade de partícula ( ) da amostra equivalha a . Esse valor em uma amostra consiste em dividir a massa pelo volume. Ao lidar com amostras de solo, a densidade de partícula média estará próxima de . Por essa razão, assume-se que o valor equivalha à densidade de partícula de qualquer amostra de solo exceto quando especificado. [1] X Fonte de pesquisa
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Use a relação entre volume e densidade para derivar a sua equação. Uma vez que a densidade é definida como massa por volume, e a porosidade pode ser definida por volume de poro sobre volume total, é possível expressar a porosidade também em termos da densidade. O resultado será a equação , onde representa a porosidade, representa a densidade em lote e representa a densidade de partícula da amostra.
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Determine o valor . Em uma questão direta, ele já estará expresso de forma clara. Se o valor não houver sido dado, você talvez conheça outros valores, como a massa seca e o volume da amostra. Nesse caso, você dividirá a massa seca da amostra por seu volume a fim de determinar o valor da densidade de lote, ou . [2] X Fonte de pesquisa
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Resolva a questão inserindo os valores de densidade apropriados. Agora que você já conhece os valores necessários em e , será possível determinar o valor de . Observe que o valor obtido pela divisão entre e deve sempre ser inferior a , de modo que a equação jamais resultará em um valor negativo. Se isso acontecer, você possivelmente efetuou a divisão de por , que está incorreta.
- Essa equação resulta em um valor decimal para a porosidade. Para expressá-la em forma percentual, basta multiplicá-la por . Por exemplo, .
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Meça o volume da amostra. Você pode medi-lo diretamente se a amostra preencher exatamente um recipiente com volume conhecido. Também é possível transferi-la para um recipiente como um béquer graduado a fim de efetuar essa mensuração. Caso não seja possível determinar o volume diretamente, tente fazê-lo matematicamente .
- Observe que transferir a amostra de um recipiente para outro pode afetar a porosidade e desintegrar o material.
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Meça um volume de água. A quantidade exata a ser medida não importa. Os dois pontos cruciais nesse passo são mensurar mais água do que é necessária para a saturação da amostra e anotar a quantidade precisa com que você começou. Essa é a única forma de saber exatamente quanto foi usado.
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Sature a amostra com água. Esse é um passo simples, mas que pode ter seus desafios. Você deve acrescentar água suficiente para que todos os poros na amostra estejam preenchidos, mas nada além disso. Apesar de ser importante se aproximar tanto quanto possível ao saturar a amostra, alguma margem de erro sempre existirá. Traga o nível de água o máximo possível até o nível da superfície do sólido.
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Registre o valor do volume de água utilizado. Para isso, você deve subtrair o volume de água que sobrou do volume inicial, resultando com a quantidade que foi extraída. O volume de água usado é (aproximadamente) igual ao volume de poro de sua amostra.
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Prepare a equação a fim de encontrar a porosidade a partir do volume. Agora que já conhece o volume de sua amostra ( ) e o volume de poro ( ), você pode somá-los a fim de obter o volume total ( ). Agora, é possível usar a equação para determinar o valor da porosidade ( ).
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Faça os cálculos para calcular o valor da porosidade da amostra. Insira os valores adequados na equação, lembrando-se sempre das unidades usadas e cuidando para que elas se cancelem adequadamente, uma vez que se trata de uma grandeza sem unidades. Uma calculadora também pode ser útil nesse passo.Publicidade
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Sature a área a ser amostrada. Uma boa forma de fazê-lo é posicionar um peso anelar de aço (como, por exemplo, um com diâmetro de e altura de ) sobre o solo, no ponto em que a amostra será extraída, e enchê-lo com água. Deixe-a repousar durante a noite, ou até que tenha sido completamente absorvida pelo solo. Isso facilitará a coleta de sua amostra. [3] X Fonte de pesquisa
- É possível encontrar pesos anelares de aço em lojas de materiais para construção e na internet.
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Firme o peso anelar no solo. Com um bloco de madeira e um martelo, pressione o peso anelar até penetrá-lo na superfície do solo. A porção que estiver dentro da circunferência é chamada de núcleo, ou amostra central. O aro serve para protegê-la de perturbações durante a coleta. [4] X Fonte de pesquisa
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Cave ao redor do aro de aço. Use uma pá e outras ferramentas para escavar cuidadosamente ao redor do peso anelar, cuidando para não perturbar o solo em seu interior. Corte quaisquer raízes presentes na parte de baixo. [5] X Fonte de pesquisa
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Remova o anel. Depois de limpar o solo que o circunda, será possível removê-lo junto com a amostra do buraco escavado. Mantenha-a dentro da circunferência sem perturbá-la, tomando sempre o cuidado para não perder partes da amostra durante o transporte. [6] X Fonte de pesquisa
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Anote o valor da massa saturada da amostra. Coloque o peso anelar em um recipiente grande e limpo. Acrescente água até que a amostra esteja completamente saturada e incapaz de absorver mais. Pese a amostra presente no interior, e subtraia desse valor a massa do peso anelar. Como resultado, você estará com a massa saturada de sua amostra.
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Anote qual é o volume da amostra. Esse será o mesmo que o volume do anel. Uma vez que se trata de um cilindro, para calcular o volume será necessário multiplicar a altura do solido pelo raio elevado ao quadrado (o raio é a distância que vai do centro à borda do círculo), e multiplicar esse valor por (geralmente arredondado para ). Se você não conhece o valor do raio, será possível medi-lo por cima do cilindro em sua parte mais larga e dividir esse valor por dois. [7] X Fonte de pesquisa
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Transfira o solo para um recipiente térmico. Lembre-se de pesá-lo e de escrever sua massa ( ). Se você planeja usar um micro-ondas na secagem da amostra, é crucial que o recipiente não contenha elementos metálicos e seja seguro para uso nesse tipo de forno. [8] X Fonte de pesquisa
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Seque a amostra. Caso esteja usando um micro-ondas, dez minutos em potência alta devem ser suficientes para a secagem. Isso garante que todos os poros nela presentes fiquem completamente sem água. Você também pode secar a amostra em um forno convencional à temperatura de ° por, pelo menos, duas horas. Apesar de ainda estarem cheios de ar, isso não afetará a massa da amostra. [9] X Fonte de pesquisa
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Pese a amostra seca a fim de determinar a massa total ( ). Lembre-se de que esse valor não representa a massa de sua amostra, mas sim a massa da amostra mais a massa do recipiente. Não use esse valor para calcular a porosidade. [10] X Fonte de pesquisa
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Subtraia de a fim de determinar o valor da massa seca da amostra ( ). Para isso, basta subtrair a massa inicial do recipiente da massa final do recipiente com a amostra. Os valores devem fazer sentido. Por exemplo, não se pode ter um valor negativo como massa. Se isso ocorrer, o resultado está incorreto, e você deverá fazer uma análise em seus cálculos. [11] X Fonte de pesquisa
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Calcule a massa da água na amostra saturada. Subtraia a massa seca ( ) da massa saturada ( ). A diferença equivalerá à massa da água ( ). Uma vez mais, a massa seca deve ter um valor menor do que a massa saturada.
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Converta a massa de água ao volume de poro de sua amostra. Por definição, um grama de água equivale a um centímetro cúbico de água. Em outras palavras, isso significa que a massa da água em gramas é igual a seu volume em centímetros cúbicos. Uma vez que a amostra estava saturada, todos os poros estavam preenchidos com água, de modo que o volume de poro será igual ao volume da água presente na amostra saturada.
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Divida o volume de poro pelo volume total da amostra. Como resultado, você terá um número decimal menor do que . Multiplique-o por e você terá obtido o valor da porosidade da amostra expresso em forma percentual.Publicidade
Dicas
- Tome múltiplas amostras em campo. Isso minimizará a margem de erro em suas medições.
- Se estiver transferindo a amostra em campo para outro local a fim de analisá-la, sele-a em um saco plástico.
- Há também programas de computador como o RESRAD capazes de auxiliar na determinação da porosidade, mas aprendê-los vai além do escopo desse artigo.
- As densidades em lote e de partícula também podem ser determinadas experimentalmente para se calcular a porosidade. A densidade em lote pode ser calculada dividindo-se a massa seca pelo volume da amostra. A densidade de partícula, por sua vez, costuma geralmente ser considerada como sendo .
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Avisos
- Os instrumentos usados nas medições também afetarão a margem de erro nelas presentes. Quanto mais preciso for um determinado instrumento, menos erros haverá. No entanto, tenha em mente que todos os instrumentos têm seus limites.
- O erro humano está presente até certo ponto em todas as medições experimentais.
- Perturbar a amostra pode alterar sua porosidade compactando ou separando suas partículas. Manuseie-a com cuidado.
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Materiais Necessários
Calculando a porosidade teoricamente por volumes
- Calculadora.
Calculando a porosidade teoricamente por densidades
- Amostra;
- Recipiente para a amostra;
- Água;
- Recipiente para a água.
Calculando a porosidade em campo através de amostras
- Peso anelar;
- Bloco de madeira e martelo;
- Pá;
- Balança;
- Forno ou micro-ondas.
Referências
- ↑ http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=1130447039&topicorder=5&maxto=10&minto=1
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
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