Beregne porøsitet

Innhold

Trinn
Tips
Advarsler
Nødvendigheter

Porøsitet, eller porøsitet, er verdien som brukes for å beskrive hvor mye tom plass det er i en gitt prøve. Denne egenskapen måles vanligvis i forhold til jorda, da riktig grad av porøsitet er nødvendig for plantens vekst. Porøsitet kan beregnes teoretisk ved hjelp av ligninger og gitte verdier, noe som er tilfellet ved håndtering av eksamensspørsmål. Porøsitet kan også bestemmes ved å finne verdiene som er nødvendige for å løse likningene eksperimentelt, enten i laboratoriet eller i felten.

Trinn

Metode 1 av 4: Bestemme porøsitet teoretisk etter volum

1. Få nyttige verdier fra informasjonen som er gitt. Når du teoretisk beregner porøsiteten, får du en eksempelsituasjon som inneholder noen av verdiene du trenger. Les spørsmålet ditt nøye og se etter verdier som totalt volum (

V t

${displaystyle Vt}$ ), fast volum (

V s

${displaystyle vs}$ ) og porevolum (

V s

${displaystyle Vp}$ ). Vær alltid oppmerksom på enhetene for disse verdiene.

Det hjelper å skrive ut disse verdiene separat. For eksempel hvis spørsmålet $V t$ ${displaystyle Vt}$ og $V s$ ${displaystyle vs}$ , så kan du skrive:

$V t$ ${displaystyle Vt}$ = 5,00 cm^3
$V s$ ${displaystyle vs}$ = 3,00 cm^3

Bilde med tittelen Beregn porøsitet trinn 2

2. Tegn den riktige ligningen. Per definisjon, porøsitet (

s t

${displaystyle Pt}$ ) lik porevolumet (

V s

${displaystyle Vp}$ ) delt på det totale volumet (

V t

${displaystyle Vt}$ ), eller

s t

${displaystyle Pt}$ =

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ . Vær oppmerksom på at dette ikke er den eneste ligningen for å bestemme porøsitet. Hvis det er gitt verdier for bulkdensitet og partikkeldensitet i stedet for verdier for volumer, må du bruke en annen ligning.

Bilde med tittelen Beregn porøsitet Trinn 3

3. Finn verdier for volumvariablene dine. Det er nyttig å huske på det

V t

${displaystyle Vt}$ er summen av faststoff- og porevolum, eller

V t

${displaystyle Vt}$ =

V s

${displaystyle vs}$ +

V s

${displaystyle Vp}$ . Dette forholdet kan omorganiseres slik at du kan løse for en av volumvariablene, så lenge de to andre er kjent. For eksempel:

V t

${displaystyle Vt}$ -

V s

${displaystyle Vp}$ =

V s

${displaystyle vs}$ .

Med samme verdier som i de foregående trinnene,

V t

${displaystyle Vt}$ = 5,00 cm^3 og

V s

${displaystyle vs}$ = 3,00 cm^3, det kan vi

V t

${displaystyle Vt}$ -

V s

${displaystyle vs}$ =

V s

${displaystyle Vp}$ løse og regne ut det

V s

${displaystyle Vp}$ = 5,00 cm^3 - 3,00 cm^3 = 2,00 cm^3.

Bilde med tittelen Beregn porøsitet Trinn 4

4. Bruk de kjente volumvariablene på porøsitetsligningen. Når du har en verdi for

V s

${displaystyle Vp}$ og en verdi for

V t

${displaystyle Vt}$ har bestemt, kan du sette dem inn i porøsitetsligningen

s t

${displaystyle Pt}$ =

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ Stoppe. Sørg for at enhetene dine er foran

V s

${displaystyle Vp}$ og

V t

${displaystyle Vt}$ legger til. Du må også sørge for at enhetene samsvarer -- hvis ikke, må du gjøre en dimensjonsanalyse for å få dem til å matche.

Det er viktig å matche enhetene fordi porøsitet er en enhetsløs verdi vanligvis uttrykt i prosent. Enhetene til volumvariablene vil oppheve hverandre ved divisjon.

Bilde med tittelen Beregn porøsitet Trinn 5

5. Løs ligningen for å bestemme porøsiteten. Nå som ligningen din er komplett og har de riktige verdiene, kan du løse den med en enkel utregning. Det kan hjelpe å ha en kalkulator tilgjengelig for denne delen.

Siden porøsitet ofte uttrykkes i prosent, er det vanlig praksis å multiplisere denne verdien med 100 % når du har funnet desimalverdien.

Ved å bruke de samme verdiene fra eksemplene ovenfor, vil ligningen din se omtrent slik ut:

s t

${displaystyle Pt}$ = 2,00 cm^3 / 5,00 cm^3 = 0,400.

Hvis du vil uttrykke den verdien i prosent, multipliser den med 100 % og du får

s t

${displaystyle Pt}$ = 40 %.

Metode 2 av 4: Teoretisk beregning av porøsitet ved bruk av tettheter

Bilde med tittelen Beregn porøsitet Trinn 6

1. Anta at partikkeltettheten (sd{displaystyle Pd} ${displaystyle Pd}$ ) av prøven din er 2,66 g/cm^3. Partikkeltettheten til en prøve er lik massen til prøven delt på volumet av prøven. For jordprøver er gjennomsnittlig partikkeltetthet i jorda 2,66 g/cm^3. Derfor antas denne verdien å være partikkeltettheten til hver jordprøve, med mindre annet er angitt.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 7

2. Bruk forholdet mellom volum og tetthet for å utlede ligningen din. Siden tettheten er definert som masse per volum, og porøsitet er en sammenligning av porevolumet med det totale volumet, er det mulig å uttrykke porøsiteten også i form av tetthet. Resultatet er ligningen

s t

${displaystyle Pt}$ = (1 -

s b

${displaystyle Pb}$ /

s d

${displaystyle Pd}$ ) hvorved

s t

${displaystyle Pt}$ porøsiteten er,

s b

${displaystyle Pb}$ bulkdensiteten, og

s d

${displaystyle Pd}$ partikkeltettheten til prøven.

Bilde med tittelen Beregn porøsitet trinn 8

3. Bestem verdien av sb{displaystyle Pb} ${displaystyle Pb}$ . Verdien av

s b

${displaystyle Pb}$ vil bli gitt i et enkelt spørsmål. Hvis verdien ikke er oppgitt, kan du få andre verdier som prøvetørrvekt og prøvevolum. I dette tilfellet, del tørrvekten av prøven med volumet av prøven for å bestemme bulkdensiteten, eller

s b

${displaystyle Pb}$ .

Bilde med tittelen Beregn porøsitet trinn 9

4. Løs ligningen ved å sette inn riktige tetthetsverdier. Nå som du har verdiene for

s b

${displaystyle Pb}$ og

s d

${displaystyle Pd}$ du kan løse ligningen for

s t

${displaystyle Pt}$ . Merk at verdien oppnådd av

s b

${displaystyle Pb}$ å deles på

s d

${displaystyle Pd}$ alltidmå være mindre enn 1, så ligningen kan

s t

${displaystyle Pt}$ = (1 -

s b

${displaystyle Pb}$ /

s d

${displaystyle Pd}$ ) gi aldri et negativt svar. I så fall har du sannsynligvis det

s d

${displaystyle Pd}$ ved hjelp av

s b

${displaystyle Pb}$ delt, noe som er feil.

Denne ligningen gir deg en desimalverdi for porøsitet. For å uttrykke porøsitet i prosent, multipliser bare den desimalen med 100 %. For eksempel: 0,41 x 100 % = 41 %.

Metode 3 av 4: Beregning av porøsiteten eksperimentelt ved bruk av metning

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 10

1. Med volumet til monsteret ditt. Du kan måle volumet direkte hvis prøven nøyaktig fyller en beholder med et kjent volum. Du kan også overføre prøven til en flaske eller kopp, for eksempel et målebeger, for å måle volumet. Hvis du ikke kan måle volumet direkte, kan du beregne volumet matematisk.

Merk at overføring av prøven fra en beholder til en annen kan påvirke porøsiteten ved å forstyrre materialet.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 11

2. Mål et volum vann. Det er ikke viktig hvor mye vann du måler nøyaktig. De to tingene som er viktige i dette trinnet er å måle mer vann enn du trenger for å mette prøven, og registrere den nøyaktige mengden vann du startet med. Dette er den eneste måten du kan vite hvor mye du har brukt.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 12

3. Mett testprøven med vann. Dette er et enkelt trinn, men kan være vanskelig. Du må tilsette nok vann til å fylle alle porene i prøven, men du må ikke tilsette for mye vann. Selv om det er viktig å komme så nært å mette prøven som mulig, vil det være en viss feilmargin. Få vannstanden så nær overflaten av det faste monsternivået som mulig.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 13

4. Registrer mengden vann som brukes. Trekk fra mengden vann som er igjen fra mengden vann du startet med. Slik beholder du volumet med vann som er hellet av. Vannvolumet du bruker er (omtrent) lik porevolumet til testprøven.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 14

5. Sett opp ligningen for å beregne porøsitet med et kjent volum. Nå som du har volumet på prøven (

V s

${displaystyle vs}$ ) og porevolumet (

V s

${displaystyle Vp}$ ), kan du legge dem sammen for å få det totale volumet (

V t

${displaystyle Vt}$ ). Det er nå mulig å sammenligne

s t

${displaystyle Pt}$ = (

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ ) x 100 % for å beregne porøsiteten din (

s t

${displaystyle Pt}$ ) å finne.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 15

6. Gjør beregningene for å finne porøsiteten til prøven. Skriv inn de riktige verdiene i ligningen. Sørg for å holde styr på enhetene dine og sørg for at de kanselleres riktig, siden porøsitet er en enhetsløs verdi. En kalkulator kan også være nyttig med dette trinnet.

Metode 4 av 4: Beregn porøsitet i felt ved å ta kjerneprøver

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 16

1. Mett området du vil prøve. En god måte å gjøre dette på er å plassere en stålring med kjent vekt (som en ring med en diameter på 7 cm og en høyde på 10 cm på bakken der du ønsker å ta en prøve, og fylle den med vann. La vannet sitte i ringen over natten, eller til det absorberes av jorden. Dette gjør det enklere å samle inn prøven.

Du finner stålringer med fast vekt i oppussingsbutikker og på nett.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 17

2. Skyv stålringen ned i bakken. Arbeid ringen ned i bakken med en trekloss og en hammer. Jorda inne i ringen kalles en kjerne eller kjerneprøve. Ringen beskytter kjerneprøven mot forstyrrelser under innsamling.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 18

3. Grav rundt stålringen. Grav forsiktig rundt stålringen med en spade og andre graveverktøy. Du vil ikke forstyrre bakken i ringen. Trim eventuelle røtter fra bunnen av ringen.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 19

4. Fjern ringen. Når du har fjernet jorda rundt ringen, kan du ta ringen og monsteret ut av hullet. Hold kjerneprøven inne i ringen og ikke forstyrr den. Vær forsiktig så du ikke mister monstre mens du beveger deg.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 20

5. Skriv ned den mettede massen til prøven din. Plasser ringen i en stor, gjennomsiktig beholder. Tilsett vann til prøven i ringen er fullstendig mettet og ikke kan inneholde mer vann. Vei prøven i stålringen. Trekk fra denne verdien massen til stålringen. Dette etterlater den mettede massen til prøven.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 21

6. Legg merke til volumet på prøven. Volumet på prøven din vil være det samme som volumet på ringen. Fordi ringen din er en sylinder, går du rundt beregne volumet, multipliser høyden på sylinderen med radius i annen (radius er avstanden fra sentrum av sirkelen til kanten), og gang det med pi (ofte avrundet til 3,14). Hvis du ikke kjenner radiusen, kan du måle toppen av sylinderen på det bredeste punktet og dele den med to.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 22

7. Flytt jorda til en beholder som passer for ovnen. Pass på at du veier beholderen på forhånd og massen (

m c

${displaystyle mc}$ ) av beholderen. Hvis du planlegger å mikrobølge prøven, sørg for at beholderen er fri for metall og mikrobølgeovnsikker.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 23

8. Tørk prøven. Hvis du bruker en mikrobølgeovn, bør 10 minutter være nok tid til å tørke prøven. Dette sikrer at alle porene i prøven er renset for vann. Du kan også tørke prøven i en vanlig ovn ved 105 grader Celsius i minst to timer. Selv om den fortsatt er full av luft, vil dette ikke påvirke massen til prøven.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 24

9. Vei den tørkede prøven inn i fatet for å bestemme den totale massen (mt{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ ) å bestemme. Husk at denne verdien ikke er massen til monsteret ditt. Det er massen til prøven pluss massen til beholderen. Ikke bruk denne verdien til å beregne porøsitet.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 25

10. dra mc{displaystyle mc} ${displaystyle mc}$ av fra

mt{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ for å få den tørre massen av prøven (

md{displaystyle md} ${displaystyle md}$ ) å finne. For å finne tørrvekten til prøven din, trekk ganske enkelt den opprinnelige massen til beholderen fra den endelige massen til beholderen pluss prøven. Sørg for at nummeret du får er fornuftig. For eksempel kan massen ikke ha en negativ verdi. Hvis det er tilfelle, er dette feil, og du bør sjekke beregningene på nytt.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 26

11. Beregn massen av vannet i den mettede prøven. Trekk fra den tørre massen (

m d

${displaystyle md}$ ) fra den mettede massen (

m s

${displaystyle ms}$ ). Forskjellen er massen til vannet (

m w

${displaystyle fru}$ ). Igjen må den tørre massen være mindre enn den mettede massen.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 27

12. Konverter massen av vannet til porevolumet til prøven. Per definisjon tilsvarer ett gram vann en kubikkcentimeter vann. Dette betyr at massen av vannet ditt i gram er lik volumet av vann i kubikkcentimeter. Siden prøven er mettet, er alle porene fylt med vann, så porevolumet er lik volumet av vann i den mettede prøven.

Bilde med tittelen Calculate Porøsity Step 28

1. 3. Del porevolumet med det totale volumet av prøven. Dette returnerer et desimaltall mindre enn én. Multipliser det tallet med 100 %. Resultatet er porøsiteten til prøven din i prosent.

Tips

Ta flere prøver i felten. Dette vil bidra til å minimere feil i avlesningene dine.
Hvis du overfører prøven fra feltet til et annet sted for analyse, lukk den i en plastpose.
Det finnes også programmer som RESRAD som kan hjelpe med å bestemme porøsitet, men de er utenfor rammen av denne artikkelen.
Bulkdensitet og partikkeltetthet kan også finnes eksperimentelt for å beregne porøsitet. Bulkdensitet finnes ved å dele tørrmassen med prøvevolumet. Partikkeltettheten er ofte 2,66 g/cm^3.

Advarsler

Instrumentene som brukes til å ta målinger påvirker også feilmarginen til målingen. Jo finere et instrument er innstilt, jo mindre feilmargin. Men husk at alle instrumenter har sine begrensninger.
Menneskelige feil er til en viss grad til stede i alle eksperimentelle målinger.
Forstyrrelse av testprøven kan forårsake en endring i porøsiteten til prøven på grunn av komprimering eller separering av partikler. Fortsett forsiktig.