Загрузить PDF
Загрузить PDF
Коэффициент пористости характеризует количество пустого пространства (пор) в том или ином образце. Эта величина имеет важное значение для почвы, поскольку для нормального роста растений необходима соответствующая пористость. Коэффициент пористости можно вычислить теоретически по известным формулам, если даны входящие в них величины, — с такой задачей вы можете столкнуться на экзамене. Пористость можно измерить и экспериментально в лаборатории или полевых условиях.
Шаги
-
Извлеките из имеющейся информации полезные значения. Для теоретического расчета пористости в условии задачи должна быть описана определенная ситуация, а также даны те значения, которые понадобятся для расчетов. Внимательно прочитайте условие задачи и поищите в нем такие величины, как общий объем ( ), объем твердой части ( ) и объем пор ( ). Обязательно обратите внимание на единицы измерения этих характеристик.
- Полезно записать эти величины отдельно. Например, если в условии указаны
и
, можно записать:
- = 5,00 см^3
- = 3,00 см^3
- Полезно записать эти величины отдельно. Например, если в условии указаны
и
, можно записать:
-
Запишите подходящую формулу. По определению пористость ( ) равна объему пор ( ), поделенному на общий объем ( ), то есть = / . Учтите, что это не единственная формула, по которой можно рассчитать пористость. Если в условии даны не объемы, а общая плотность и плотность твердой части, следует использовать другую формулу. [1] X Источник информации
-
Найдите величины объемов. Полезно помнить, что общий объем равен сумме объема твердой части и объема пор, то есть = + . Это соотношение можно переписать так, чтобы найти интересующий вас объем, если даны два других объема. Например, - = . [2] X Источник информации
- Для приведенных выше величин = 5,00 см^3 и = 3,00 см^3 можно записать - = и найти, что = 5,00 см^3 - 3,00 см^3 = 2,00 см^3.
-
Подставьте известные объемы в формулу для пористости. После того как вы найдете значения и , можно подставить их в уравнение для пористости = / . Не забудьте также записать, в каких единицах измеряются и . Проверьте, чтобы единицы измерения совпадали. Если они не совпадают, следует перевести оба объема в одинаковые единицы измерения.
- Единицы измерения объемов должны совпадать, так как пористость является безразмерной величиной и обычно выражается в процентах. При делении одного объема на другой единицы измерения сократятся. [3] X Источник информации
-
Проведите вычисления, чтобы найти величину пористости. После того как вы запишете формулу и подставите в нее численные значения, останется проделать простые вычисления. Для этого вам может пригодиться калькулятор.
- Поскольку пористость часто выражают в процентах, вычисленный результат можно умножить на 100 %.
- Для приведенного выше примера получаем:
- = 2,00 см^3 / 5,00 см^3 = 0,400.
- Если вы хотите выразить пористость в процентах, умножьте результат на 100 %. В итоге получится = 40 %.
Реклама
-
Предположим, плотность частиц ( ) образца составляет 2,66 г/(см^3). Плотность частиц, или плотность твердой фазы, равна массе образца, поделенной на его объем. При работе с образцами почвы обычно считают, что средняя плотность твердой фазы составляет 2,66 г/(см^3) независимо от вида почвы, если только не указана другая величина. [4] X Источник информации
-
Используем соотношение между объемом и плотностью, чтобы вывести нужную нам формулу. Поскольку плотность равна массе, поделенной на объем, а пористость представляет собой отношение объема пор к общему объему, можно выразить пористость через плотность. В результате получится формула = (1 - / ), где — пористость, — объемная плотность, — плотность твердой фазы. [5] X Источник информации
-
Найдите величину . Значение должно быть приведено в условии задачи. Если оно не дано непосредственно, его можно определить по другим величинам, таким как сухая масса образца и его объем. В этом случае следует поделить сухую массу на объем образца, и в результате у вас получится объемная плотность . [6] X Источник информации
-
Подставьте в формулу соответствующие значения плотности. Теперь, когда известны и , можно найти величину . Помните, что при делении на ВСЕГДА должно получаться значение меньше 1, поэтому пористость = (1 - / ) не может принимать отрицательных значений. Если у вас получится отрицательная пористость, вероятно, вы поделили на , что неправильно. [7] X Источник информации
- Данная формула дает величину пористости в виде десятичной дроби. Чтобы выразить пористость в процентах, просто умножьте полученный результат на 100 %. Например, 0,41 x 100 % = 41 %.
Реклама
-
Измерьте объем образца. Это можно сделать непосредственно, если образец как раз заполняет емкость с известным объемом. Можно также засыпать образец в мерную пробирку и определить его объем. Если вы не можете измерить объем непосредственно, его можно рассчитать .
- Учтите, что при пересыпании образца из одной емкости в другую его пористость может измениться.
-
Измерьте объем воды. Необходимо точно знать, какое количество воды вы используете. На данном этапе важны две вещи: следует отмерить больше воды, чем вам понадобится для того, чтобы пропитать ею образец, и точно записать начальное количество воды. Лишь таким образом вы определите, сколько воды потребовалось для насыщения образца.
-
Насытьте образец водой. Этот на первый взгляд простой этап может представлять некоторые трудности. Необходимо добавить достаточное количество воды, чтобы она проникла во все поры, но не следует использовать слишком много воды. Следует как можно полнее пропитать образец водой, и здесь можно ошибиться. Постарайтесь, чтобы уровень воды был как можно ближе к уровню твердого образца. [8] X Источник информации
-
Запишите количество использованной воды. Для этого вычтите объем оставшейся воды из ее первоначального объема. В результате вы получите объем воды, которая ушла на то, чтобы пропитать образец. Этот объем примерно равен объему пор в данном образце. [9] X Источник информации
-
Запишите формулу для определения пористости по объему. Теперь, когда известны объем образца ( ) и объем пор ( ), можно сложить их вместе и определить общий объем ( ). После этого можно вычислить пористость ( ) по формуле = ( / ) x 100 %. [10] X Источник информации
-
Проделайте вычисления и определите пористость образца. Подставьте в формулу соответствующие численные значения. Не забывайте о единицах измерения и проследите, чтобы они сократились, так как пористость является безразмерной величиной. На данном этапе удобно использовать калькулятор. [11] X Источник информацииРеклама
-
Пропитайте водой то место, откуда вы хотите взять образец. Хороший способ заключается в том, чтобы поместить на землю в нужном вам месте стальное кольцо известной массы (например, диаметром 7 сантиметров и высотой 10 сантиметров) и наполнить его водой. Оставьте воду в кольце на ночь или до тех пор, пока она не впитается в почву. В результате вам будет легче взять образец. [12] X Источник информации
- Стальные кольца определенной массы можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
-
Вдавите кольцо в землю. Возьмите доску и молоток и вбейте стальное кольцо в почву. Оказавшаяся в кольце почва послужит керном, или керновым образцом. Кольцо не даст земле рассыпаться при заборе пробы. [13] X Источник информации
-
Выкопайте ямку вокруг стального кольца. С помощью лопаты или другого инструмента аккуратно удалите землю вокруг кольца. При этом не трогайте почву внутри кольца. Если внизу кольца окажутся какие-либо корни, обрежьте их. [14] X Источник информации
-
Достаньте кольцо. После того как вы расчистите землю вокруг кольца, можно достать его из ямы вместе с оставшейся внутри почвой. Следите, чтобы почва оставалась внутри кольца и не высыпалась из него. Не потеряйте кусочки земли, когда достаете кольцо. [15] X Источник информации
-
Запишите массу насыщенного водой образца. Положите кольцо в большую чистую емкость. Добавляйте воду до тех пор, пока образец в кольце не пропитается ею полностью и не сможет впитывать ее. Взвесьте образец вместе со стальным кольцом и вычтите массу кольца. В результате у вас получится масса насыщенного водой образца.
-
Запишите объем образца. Этот объем будет равен внутреннему объему кольца. Поскольку кольцо имеет форму цилиндра, чтобы найти объем , следует умножить высоту на квадрат радиуса (радиус представляет собой расстояние от центра кольца до его края) и умножить полученный результат на число «пи» (его часто округляют до 3,14). Если вы не знаете радиус, можно измерить вдоль верхнего края цилиндра в самом широком его месте диаметр и поделить его на два. [16] X Источник информации
-
Переложите почву в подходящую для духовки емкость. Не забудьте перед этим взвесить пустую емкость и записать ее массу ( ). Если вы собираетесь использовать микроволновую печь, возьмите подходящую для нее неметаллическую посуду. [17] X Источник информации
-
Высушите образец. Если вы используете микроволновую печь, для этого достаточно будет 10 минут при высокой мощности. В результате вода испарится из всех пор. Можно также высушить образец в обычной духовке при 105 °C в течение хотя бы двух часов. Хотя в порах останется воздух, это не повлияет на массу образца. [18] X Источник информации
-
Взвесьте сухой образец в емкости, чтобы определить общую массу ( ). Помните, что это еще не масса образца. Это общая масса образца и емкости, в которой он находится. Не используйте измеренный вес для вычисления пористости. [19] X Источник информации
-
Вычтите из , чтобы найти массу сухого образца ( ). Чтобы определить массу сухого образца, достаточно просто вычесть массу пустой емкости из измеренной массы образца вместе с емкостью. Проследите, чтобы полученная величина была правдоподобной. Например, у вас не должна получиться отрицательная масса — в таком случае вы где-то допустили ошибку, поэтому проверьте свои вычисления еще раз. [20] X Источник информации
-
Вычислите массу воды в пропитанном водой образце. Вычтите массу сухого образца ( ) из массы насыщенного водой образца ( ). В результате вы получите массу воды ( ). Помните, что масса сухого образца должна быть меньше, чем масса насыщенного водой образца.
-
Переведите найденную массу воды в пористость образца. Как известно, один грамм воды занимает один кубический сантиметр. Это означает, что масса воды в граммах эквивалентна ее объему в кубических сантиметрах. Поскольку образец был насыщен водой, объем пор равен объему воды в пропитанном ею образце.
-
Поделите объем пор на общий объем образца. В результате у вас получится десятичная дробь меньше единицы. Умножьте найденный результат на 100 %, чтобы выразить пористость образца в процентах.Реклама
Советы
- Измерьте пористость нескольких образцов почвы. Это позволит уменьшить ошибку ваших измерений.
- Если вы передаете образец почвы куда-либо в другое место для анализа, запечатайте его в пластиковый пакет.
- Есть компьютерные программы, например RESRAD, которые позволяют вычислить пористость, однако этот вопрос выходит за рамки данной статьи.
- Объемную плотность и плотность твердой фазы также можно измерить экспериментально, чтобы затем вычислить пористость. Чтобы найти объемную плотность, следует сухую массу образца поделить на его объем. Плотность твердой фазы почвы часто принимают равной 2,66 г/(см^3).
Реклама
Предупреждения
- Используемые для измерений инструменты также повлияют на точность определения пористости. Чем точнее будут инструменты, тем меньше получится ошибка. Тем не менее учтите, что каждый инструмент имеет свои ограничения по точности.
- Во всех экспериментальных измерениях в той или иной мере присутствует ошибка со стороны экспериментатора.
- Если образец разрушится, его частицы могут спрессоваться или разделиться, что повлияет на результаты измерения пористости. Будьте аккуратны.
Реклама
Что вам понадобится
-
Вычисление пористости по объему
- Калькулятор
-
Экспериментальное определение пористости по насыщению
- Образец
- Емкость для образца
- Вода
- Емкость для воды
-
Определение пористости в полевых условиях по керновым пробам
- Стальное кольцо
- Молоток и доска
- Лопата
- Весы
- Духовка или микроволновая печь
Источники
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=1130447039&topicorder=5&maxto=10&minto=1
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ http://web.ead.anl.gov/resrad/datacoll/porosity.htm
- ↑ 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
- ↑ http://soilquality.org.au/factsheets/bulk-density-measurement
Реклама
