Beregning af porøsitet

Indhold

Trin
Tips
Advarsler
Fornødenheder

Porøsitet eller porøsitet er den værdi, der bruges til at beskrive, hvor meget tom plads der er i en given prøve. Denne egenskab måles normalt i forhold til jorden, da den korrekte grad af porøsitet er nødvendig for planternes vækst. Porøsitet kan beregnes teoretisk ved hjælp af ligninger og givne værdier, hvilket er tilfældet ved håndtering af eksamensspørgsmål. Porøsitet kan også bestemmes ved at finde de værdier, der er nødvendige for at løse ligningerne eksperimentelt, enten i laboratoriet eller i marken.

Trin

Metode 1 af 4: Bestemmelse af porøsitet teoretisk efter volumen

1. Få nyttige værdier fra de givne oplysninger. Når du teoretisk beregner porøsiteten, får du en eksempelsituation, der indeholder nogle af de værdier, du har brug for. Læs dit spørgsmål omhyggeligt og se efter værdier som samlet volumen (

V t

${displaystyle Vt}$ ), fast volumen (

V s

${displaystyle vs}$ ) og porevolumen (

V s

${displaystyle Vp}$ ). Vær altid meget opmærksom på enhederne for disse værdier.

Det hjælper at skrive disse værdier ud hver for sig. For eksempel hvis spørgsmålet $V t$ ${displaystyle Vt}$ og $V s$ ${displaystyle vs}$ , så kunne du skrive:

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

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 2

2. Tegn den rigtige ligning. Per definition, porøsitet (

s t

${displaystyle Pt}$ ) lig med porevolumen (

V s

${displaystyle Vp}$ ) divideret med det samlede volumen (

V t

${displaystyle Vt}$ ), eller

s t

${displaystyle Pt}$ =

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ . Bemærk venligst, at dette ikke er den eneste ligning til at bestemme porøsitet. Hvis der er givet værdier for bulkdensitet og partikeldensitet i stedet for værdier for volumener, skal du bruge en anden ligning.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 3

3. Find værdier for dine volumenvariabler. Det er nyttigt at huske på

V t

${displaystyle Vt}$ er summen af faststof og porevolumener, eller

V t

${displaystyle Vt}$ =

V s

${displaystyle vs}$ +

V s

${displaystyle Vp}$ . Dette forhold kan omarrangeres, så du kan løse en af volumenvariablerne, så længe de to andre er kendte. For eksempel:

V t

${displaystyle Vt}$ -

V s

${displaystyle Vp}$ =

V s

${displaystyle vs}$ .

Med de samme værdier som i de foregående trin,

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 beregne det

V s

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

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 4

4. Anvend de kendte volumenvariabler på porøsitetsligningen. Når du har en værdi for

V s

${displaystyle Vp}$ og en værdi for

V t

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

s t

${displaystyle Pt}$ =

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ hold op. Sørg for, at dine enheder er foran

V s

${displaystyle Vp}$ og

V t

${displaystyle Vt}$ tilføjer. Du skal også sikre dig, at enhederne matcher - hvis ikke, skal du lave en dimensionsanalyse for at få dem til at matche.

Det er vigtigt at matche enhederne, fordi porøsitet er en enhedsløs værdi normalt udtrykt som en procentdel. Enhederne for volumenvariablerne vil ophæve hinanden ved division.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 5

5. Løs ligningen for at bestemme porøsiteten. Nu hvor din ligning er komplet og har de rigtige værdier, kan du løse den med en simpel udregning. Det kan måske hjælpe at have en lommeregner ved hånden til denne del.

Da porøsitet ofte udtrykkes som en procentdel, er det almindelig praksis at gange denne værdi med 100 %, når du har fundet decimalværdien.

Ved at bruge de samme værdier fra ovenstående eksempler vil din ligning se sådan ud:

s t

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

Hvis du vil udtrykke denne værdi i procent, skal du gange den med 100 %, og du får

s t

${displaystyle Pt}$ = 40 %.

Metode 2 af 4: Teoretisk beregning af porøsitet ved hjælp af tætheder

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 6

1. Antag, at partikeldensiteten (sd{displaystyle Pd} ${displaystyle Pd}$ ) af din prøve er 2,66 g/cm^3. Partikeldensiteten af en prøve er lig med prøvens masse divideret med prøvens volumen. For jordprøver er jordens gennemsnitlige partikeltæthed 2,66 g/cm^3. Derfor antages denne værdi at være partikeltætheden af hver jordprøve, medmindre andet er angivet.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 7

2. Brug forholdet mellem volumen og tæthed til at udlede din ligning. Da densiteten er defineret som masse pr. volumen, og porøsiteten er en sammenligning af porevolumenet med det totale volumen, er det muligt også at udtrykke porøsiteten i form af densitet. 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

${displaystyle Pb}$ rumvægten, og

s d

${displaystyle Pd}$ prøvens partikeltæthed.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 8

3. Bestem værdien af sb{displaystyle Pb} ${displaystyle Pb}$ . Værdien af

s b

${displaystyle Pb}$ vil blive givet i et simpelt spørgsmål. Hvis værdien ikke er angivet, kan du få andre værdier som prøvetørvægt og prøvevolumen. I dette tilfælde divideres tørvægten af prøven med prøvens volumen for at bestemme bulkdensiteten, eller

s b

${displaystyle Pb}$ .

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 9

4. Løs ligningen ved at indsætte de korrekte tæthedsværdier. Nu hvor du har værdierne til

s b

${displaystyle Pb}$ og

s d

${displaystyle Pd}$ du kan løse ligningen for

s t

${displaystyle Pt}$ . Bemærk, at værdien opnået ved

s b

${displaystyle Pb}$ at blive divideret med

s d

${displaystyle Pd}$ altidskal være mindre end 1, så ligningen kan evt

s t

${displaystyle Pt}$ = (1 -

s b

${displaystyle Pb}$ /

s d

${displaystyle Pd}$ ) giv aldrig et negativt svar. Hvis ja, har du sandsynligvis

s d

${displaystyle Pd}$ ved hjælp af

s b

${displaystyle Pb}$ delt, hvilket er forkert.

Denne ligning giver dig en decimalværdi for porøsitet. For at udtrykke porøsitet som en procentdel skal du bare gange den decimal med 100 %. For eksempel: 0,41 x 100 % = 41 %.

Metode 3 af 4: Beregning af porøsiteten eksperimentelt ved hjælp af mætning

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 10

1. Med volumen af dit monster. Du kan måle volumen direkte, hvis din prøve nøjagtigt fylder en beholder med et kendt volumen. Du kan også overføre prøven til en flaske eller kop, såsom et målebæger, for at måle volumen. Hvis du ikke kan måle lydstyrken direkte, kan du beregne volumen matematisk.

Bemærk, at overførsel af prøven fra en beholder til en anden kan påvirke porøsiteten ved at forstyrre materialet.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 11

2. Mål en mængde vand. Det er ikke vigtigt, hvor meget vand du måler præcist. De to ting, der er vigtige i dette trin, er at måle mere vand, end du behøver for at mætte din prøve, og at registrere den nøjagtige mængde vand, du startede med. Dette er den eneste måde, du kan vide, hvor meget du har brugt.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 12

3. Mæt prøven med vand. Dette er et nemt trin, men det kan være vanskeligt. Du skal tilføje nok vand til at fylde alle porerne i din prøve, men du må ikke tilføje for meget vand. Selvom det er vigtigt at komme så tæt på at mætte prøven som muligt, vil der være en vis fejlmargin. Få vandstanden så tæt som muligt på overfladen af dit faste monsterniveau.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 13

4. Registrer mængden af brugt vand. Træk mængden af resterende vand fra den mængde vand, du startede med. Sådan holder du den mængde vand, der er hældt fra. Den mængde vand, du bruger, er (ca.) lig med porevolumenet af din testprøve.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 14

5. Opstil ligningen for at beregne porøsitet med et kendt volumen. Nu hvor du har volumen af din prøve (

V s

${displaystyle vs}$ ) og porevolumen (

V s

${displaystyle Vp}$ ), kan du lægge dem sammen for at få det samlede volumen (

V t

${displaystyle Vt}$ ). Det er nu muligt at sammenligne

s t

${displaystyle Pt}$ = (

V s

${displaystyle Vp}$ /

V t

${displaystyle Vt}$ ) x 100 % for at beregne din porøsitet (

s t

${displaystyle Pt}$ ) at finde.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 15

6. Foretag beregningerne for at finde porøsiteten af din prøve. Indtast de korrekte værdier i ligningen. Sørg for at holde styr på dine enheder og sørg for, at de annulleres korrekt, da porøsitet er en enhedsløs værdi. En lommeregner kan også være behjælpelig med dette trin.

Metode 4 af 4: Beregn porøsitet i marken ved at tage kerneprøver

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 16

1. Mæt det område, du vil prøve. En god måde at gøre dette på er at placere en stålring med en kendt vægt (såsom en ring med en diameter på 7 cm og en højde på 10 cm på jorden, hvor du vil tage en prøve, og fylde den med vand. Lad vandet sidde i ringen natten over, eller indtil det absorberes af jorden. Dette gør det nemmere at indsamle din prøve.

Du kan finde stålringe med fast vægt i boligforretninger og online.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 17

2. Skub stålringen ned i jorden. Arbejd ringen ned i jorden med en træblok og en hammer. Jorden inde i ringen kaldes en kerne eller kerneprøve. Ringen beskytter kerneprøven mod forstyrrelse under indsamlingen.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 18

3. Grav rundt om stålringen. Grav forsigtigt rundt om stålringen med en spade og andet graveværktøj. Du ønsker ikke at forstyrre jorden i ringen. Trim eventuelle rødder fra bunden af ringen.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 19

4. Fjern ringen. Når du har fjernet jorden omkring ringen, kan du tage ringen og monsteret ud af hullet. Hold kerneprøven inde i ringen og forstyr den ikke. Pas på ikke at miste monstre, mens du bevæger dig.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 20

5. Skriv den mættede masse af din prøve ned. Læg ringen i en stor, klar beholder. Tilsæt vand, indtil prøven i ringen er fuldstændig mættet og ikke kan indeholde mere vand. Vej prøven i stålringen. Træk massen af stålringen fra denne værdi. Dette efterlader prøvens mættede masse.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 21

6. Bemærk volumen af din prøve. Volumen af din prøve vil være den samme som volumen af din ring. Fordi din ring er en cylinder, går du rundt beregne volumen, gang cylinderens højde med radius i anden kvadrat (radius er afstanden fra centrum af cirklen til kanten), og gange det med pi (ofte afrundet til 3,14). Hvis du ikke kender radius, kan du måle toppen af cylinderen på det bredeste sted og dividere den med to.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 22

7. Flyt jorden til en beholder, der passer til ovnen. Sørg for at veje beholderen på forhånd og massen (

m c

${displaystyle mc}$ ) af beholderen. Hvis du planlægger at mikroovne prøven, skal du sørge for, at din beholder er fri for metal og mikrobølgesikker.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 23

8. Tør din prøve. Hvis du bruger en mikrobølgeovn, bør 10 minutter være nok tid til at tørre din prøve. Dette sikrer, at alle porer i prøven er renset for vand. Du kan også tørre prøven i en konventionel ovn ved 105 grader Celsius i mindst to timer. Selvom den stadig er fuld af luft, vil dette ikke påvirke prøvens masse.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 24

9. Vej din tørrede prøve ind i skålen for at bestemme den samlede masse (mt{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ ) at bestemme. Husk, at denne værdi ikke er dit monsters masse. Det er prøvens masse plus beholderens masse. Brug ikke denne værdi til at beregne porøsitet.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 25

10. trække mc{displaystyle mc} ${displaystyle mc}$ væk fra

mt{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ for at få prøvens tørre masse (

md{displaystyle md} ${displaystyle md}$ ) at finde. For at finde tørvægten af din prøve skal du blot trække beholderens begyndelsesmasse fra beholderens endelige masse plus prøven. Sørg for, at det tal, du får, giver mening. Massen kan for eksempel ikke have en negativ værdi. Hvis det er tilfældet, er dette forkert, og du bør tjekke dine beregninger igen.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 26

11. Beregn massen af vandet i den mættede prøve. Træk den tørre masse fra (

m d

${displaystyle md}$ ) fra den mættede masse (

m s

${displaystyle ms}$ ). Forskellen er massen af vandet (

m w

${displaystyle fru}$ ). Igen skal den tørre masse være mindre end den mættede masse.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 27

12. Konverter massen af vandet til porevolumenet af din prøve. Per definition er et gram vand lig med en kubikcentimeter vand. Det betyder, at massen af dit vand i gram er lig med volumenet af vand i kubikcentimeter. Da prøven er mættet, er alle porerne fyldt med vand, så porevolumenet er lig med volumenet af vand i den mættede prøve.

Billede med titlen Beregn porøsitet Trin 28

13. Divider porevolumenet med det samlede volumen af din prøve. Dette returnerer et decimaltal mindre end én. Gang dette tal med 100 %. Resultatet er porøsiteten af din prøve i procent.

Tips

Tag flere prøver i marken. Dette vil hjælpe med at minimere fejl i dine aflæsninger.
Hvis du overfører prøven fra marken til et andet sted til analyse, skal du forsegle den i en plastikpose.
Der er også softwareprogrammer såsom RESRAD, der kan hjælpe med at bestemme porøsitet, men de er uden for rammerne af denne artikel.
Bulkdensitet og partikeldensitet kan også findes eksperimentelt for at beregne porøsitet. Bulkdensiteten findes ved at dividere tørmassen med prøvevolumenet. Partikeltætheden er ofte 2,66 g/cm^3.

Advarsler

De instrumenter, der bruges til at tage målinger, påvirker også målingens fejlmargin. Jo finere et instrument er indstillet, jo mindre er fejlmarginen. Husk dog på, at alle instrumenter har deres begrænsninger.
Menneskelige fejl er til en vis grad til stede i alle eksperimentelle målinger.
Forstyrrelse af testprøven kan forårsage en ændring i prøvens porøsitet på grund af komprimering eller adskillelse af partikler. Fortsæt med forsigtighed.