Calcolo della Porosità

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Passi
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Necessità

Porosità, o porosità, è il valore utilizzato per descrivere la quantità di spazio vuoto presente in un dato campione. Questa caratteristica viene solitamente misurata in relazione al terreno, in quanto il corretto grado di porosità è necessario per la crescita delle piante. La porosità può essere calcolata teoricamente utilizzando equazioni e valori dati, come nel caso delle domande d`esame. La porosità può essere determinata anche trovando i valori necessari per risolvere sperimentalmente le equazioni, sia in laboratorio che sul campo.

Passi

Metodo 1 di 4: Determinazione della porosità teoricamente in volume

Immagine titolata Calculate Porosità Step 1

1. Ottieni valori utili dalle informazioni fornite. Quando si calcola teoricamente la porosità, si ottiene una situazione di esempio che contiene alcuni dei valori di cui si ha bisogno. Leggi attentamente la tua domanda e cerca valori come il volume totale (

V T

${ displaystyle Vt}$ ), volume fisso (

V S

${ displaystyle Vs}$ ) e volume dei pori (

V P

${ displaystyle Vp}$ ). Prestare sempre molta attenzione alle unità di questi valori.

Aiuta a scrivere questi valori separatamente. Ad esempio, se la domanda $V T$ ${ displaystyle Vt}$ e $V S$ ${ displaystyle Vs}$ , allora potresti scrivere:

$V T$ ${ displaystyle Vt}$ = 5,00 cm^3
$V S$ ${ displaystyle Vs}$ = 3,00 cm^3

Immagine titolata Calculate Porosità Step 2

2. Disegna l`equazione corretta. Per definizione, la porosità (

P T

${ displaystyle Pt}$ ) uguale al volume dei pori (

V P

${ displaystyle Vp}$ ) diviso per il volume totale (

V T

${ displaystyle Vt}$ ), o

P T

${ displaystyle Pt}$ =

V P

${ displaystyle Vp}$ /

V T

${ displaystyle Vt}$ . Si prega di notare che questa non è l`unica equazione per determinare la porosità. Se vengono forniti i valori per la densità apparente e la densità delle particelle invece dei valori per i volumi, è necessario utilizzare un`equazione diversa.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 3

3. Trova i valori per le tue variabili di volume. È utile tenerlo presente

V T

${ displaystyle Vt}$ è la somma dei volumi solidi e dei pori, o

V T

${ displaystyle Vt}$ =

V S

${ displaystyle Vs}$ +

V P

${ displaystyle Vp}$ . Questa relazione può essere riorganizzata per consentire di risolvere una delle variabili di volume, purché siano note le altre due. Ad esempio:

V T

${ displaystyle Vt}$ -

V P

${ displaystyle Vp}$ =

V S

${ displaystyle Vs}$ .

Con gli stessi valori dei passaggi precedenti,

V T

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

V S

${ displaystyle Vs}$ = 3,00 cm^3, possiamo

V T

${ displaystyle Vt}$ -

V S

${ displaystyle Vs}$ =

V P

${ displaystyle Vp}$ risolverlo e calcolarlo

V P

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

Immagine titolata Calculate Porosità Step 4

4. Applicare le variabili di volume note all`equazione della porosità. Una volta che hai un valore per

V P

${ displaystyle Vp}$ e un valore per

V T

${ displaystyle Vt}$ hanno determinato, puoi inserirli nell`equazione di porosità

P T

${ displaystyle Pt}$ =

V P

${ displaystyle Vp}$ /

V T

${ displaystyle Vt}$ fermare. Assicurati che le tue unità siano in vantaggio

V P

${ displaystyle Vp}$ e

V T

${ displaystyle Vt}$ aggiunge. Devi anche assicurarti che le unità corrispondano; in caso contrario, devi eseguire un`analisi dimensionale per farle corrispondere.

È importante abbinare le unità perché la porosità è un valore senza unità solitamente espresso in percentuale. Le unità delle variabili di volume si cancelleranno a vicenda per divisione.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 5

5. Risolvi l`equazione per determinare la porosità. Ora che la tua equazione è completa e ha i valori corretti, puoi risolverla con un semplice calcolo. Potrebbe essere utile avere una calcolatrice a portata di mano per questa parte.

Poiché la porosità è spesso espressa in percentuale, è prassi comune moltiplicare questo valore per il 100%, una volta trovato il valore decimale.

Usando gli stessi valori degli esempi precedenti, la tua equazione sarà simile a questa:

P T

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

Se vuoi esprimere quel valore in percentuale, moltiplicalo per 100% e ottieni

P T

${ displaystyle Pt}$ = 40%.

Metodo 2 di 4: calcolo teorico della porosità utilizzando le densità

Immagine titolata Calculate Porosità Step 6

1. Si supponga che la densità delle particelle (PD{ displaystyle Pd} ${ displaystyle Pd}$ ) del tuo campione è 2,66 g/cm^3. La densità delle particelle di un campione è uguale alla massa del campione divisa per il volume del campione. Per i campioni di suolo, la densità media delle particelle del suolo è 2,66 g/cm^3. Pertanto, si presume che questo valore sia la densità delle particelle di ciascun campione di suolo, se non diversamente indicato.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 7

2. Usa la relazione tra volume e densità per ricavare la tua equazione. Poiché la densità è definita come massa per volume e la porosità è un confronto del volume dei pori con il volume totale, è possibile esprimere la porosità anche in termini di densità. Il risultato è l`equazione

P T

${ displaystyle Pt}$ = (1 -

P B

${ displaystyle Pb}$ /

P D

${ displaystyle Pd}$ ) per cui

P T

${ displaystyle Pt}$ la porosità è,

P B

${ displaystyle Pb}$ la densità apparente, e

P D

${ displaystyle Pd}$ la densità delle particelle del campione.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 8

3. Determina il valore di PB{ displaystyle Pb} ${ displaystyle Pb}$ . Il valore di

P B

${ displaystyle Pb}$ sarà dato in una semplice domanda. Se il valore non viene fornito, è possibile ottenere altri valori come il peso secco del campione e il volume del campione. In questo caso, dividere il peso secco del campione per il volume del campione per determinare la densità apparente, o

P B

${ displaystyle Pb}$ .

Immagine titolata Calculate Porosità Step 9

4. Risolvi l`equazione inserendo i valori di densità corretti. Ora che hai i valori per

P B

${ displaystyle Pb}$ e

P D

${ displaystyle Pd}$ puoi risolvere l`equazione per

P T

${ displaystyle Pt}$ . Si noti che il valore ottenuto da

P B

${ displaystyle Pb}$ essere diviso per

P D

${ displaystyle Pd}$ sempredeve essere minore di 1, quindi l`equazione può

P T

${ displaystyle Pt}$ = (1 -

P B

${ displaystyle Pb}$ /

P D

${ displaystyle Pd}$ ) non dare mai una risposta negativa. Se è così, probabilmente lo hai fatto

P D

${ displaystyle Pd}$ per mezzo di

P B

${ displaystyle Pb}$ condiviso, che non è corretto.

Questa equazione fornisce un valore decimale per la porosità. Per esprimere la porosità in percentuale, basta moltiplicare quel decimale per 100%. Ad esempio: 0,41 x 100% = 41%.

Metodo 3 di 4: Calcolo sperimentale della porosità mediante saturazione

Immagine titolata Calculate Porosità Step 10

1. Con il volume del tuo mostro. Puoi misurare il volume direttamente se il tuo campione riempie esattamente un contenitore con un volume noto. Puoi anche trasferire il campione in una bottiglia o tazza, come un misurino, per misurare il volume. Se non puoi misurare il volume direttamente, puoi farlo calcola matematicamente il volume.

Si noti che il trasferimento del campione da un contenitore all`altro può influire sulla porosità interrompendo il materiale.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 11

2. Misura un volume d`acqua. Non è importante quanta acqua misuri esattamente. Le due cose che sono importanti in questo passaggio sono misurare più acqua di quella necessaria per saturare il campione e registrare la quantità esatta di acqua con cui hai iniziato. Questo è l`unico modo per sapere quanto hai usato.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 12

3. Saturare il campione di prova con acqua. Questo è un passaggio facile, ma può essere complicato. Devi aggiungere abbastanza acqua per riempire tutti i pori del tuo campione, ma non devi aggiungere troppa acqua. Sebbene sia importante avvicinarsi il più possibile alla saturazione del campione, ci sarà un certo margine di errore. Porta il livello dell`acqua il più vicino possibile alla superficie del tuo livello di mostro fisso.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 13

4. Registrare il volume d`acqua utilizzato. Sottrarre la quantità di acqua rimanente dalla quantità di acqua con cui hai iniziato. In questo modo si mantiene il volume d`acqua che è stato versato. Il volume di acqua che usi è (approssimativamente) uguale al volume dei pori del tuo campione di prova.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 14

5. Impostare l`equazione per calcolare la porosità con un volume noto. Ora che hai il volume del tuo campione (

V S

${ displaystyle Vs}$ ) e il volume dei pori (

V P

${ displaystyle Vp}$ ), puoi sommarli insieme per ottenere il volume totale (

V T

${ displaystyle Vt}$ ). Ora è possibile confrontare

P T

${ displaystyle Pt}$ = (

V P

${ displaystyle Vp}$ /

V T

${ displaystyle Vt}$ ) x 100% per calcolare la tua porosità (

P T

${ displaystyle Pt}$ ) trovare.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 15

6. Fai i calcoli per trovare la porosità del tuo campione. Inserisci i valori corretti nell`equazione. Assicurati di tenere traccia delle tue unità e assicurati che vengano cancellate correttamente poiché la porosità è un valore senza unità. Anche una calcolatrice può essere utile in questo passaggio.

Metodo 4 di 4: Calcolare la porosità nel campo prelevando campioni di carote

Immagine titolata Calculate Porosità Step 16

1. Saturare l`area che si desidera campionare. Un buon modo per farlo è posizionare un anello d`acciaio di peso noto (ad esempio un anello con un diametro di 7 cm e un`altezza di 10 cm sul terreno dove si vuole prelevare un campione e riempirlo d`acqua. Lascia riposare l`acqua nell`anello durante la notte o fino a quando non viene assorbita dal terreno. Questo rende più facile raccogliere il tuo campione.

Puoi trovare anelli in acciaio con un peso fisso nei negozi di bricolage e online.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 17

2. Spingi l`anello d`acciaio nel terreno. Lavorare l`anello nel terreno con un blocco di legno e un martello. Il terreno all`interno dell`anello è chiamato carotaggio o carotaggio. L`anello protegge il campione di carota da disturbi durante la raccolta.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 18

3. Scava intorno all`anello d`acciaio. Scava con attenzione intorno all`anello d`acciaio con una vanga e altri strumenti di scavo. Non vuoi disturbare il terreno sul ring. Taglia le radici dal fondo dell`anello.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 19

4. Rimuovere l`anello. Dopo aver rimosso il terreno attorno all`anello, puoi togliere l`anello e il mostro dal buco. Tenere il campione di carota all`interno dell`anello e non disturbarlo. Fai attenzione a non perdere mostri mentre ti muovi.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 20

5. Annota la massa satura del tuo campione. Metti l`anello in un contenitore grande e trasparente. Aggiungere acqua fino a quando il campione nell`anello non è completamente saturo e non può contenere più acqua. Pesare il campione nell`anello d`acciaio. Sottrarre da quel valore la massa dell`anello d`acciaio. Questo lascia la massa satura del campione.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 21

6. Prendi nota del volume del tuo campione. Il volume del tuo campione sarà lo stesso del volume del tuo anello. Poiché il tuo anello è un cilindro, vai in giro calcola il volume, moltiplica l`altezza del cilindro per il raggio al quadrato (il raggio è la distanza dal centro del cerchio al bordo), quindi moltiplicalo per pi (spesso arrotondato a 3,14). Se non conosci il raggio, puoi misurare la parte superiore del cilindro nel punto più largo e dividerlo per due.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 22

7. Sposta il terreno in un contenitore adatto al forno. Assicurati di pesare prima il contenitore e la massa (

m C

${ displaystyle mc}$ ) del contenitore. Se prevedi di cuocere il campione nel microonde, assicurati che il contenitore sia privo di metallo e adatto al microonde.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 23

8. Asciuga il tuo campione. Se si utilizza un microonde, 10 minuti dovrebbero essere sufficienti per asciugare il campione. Ciò garantisce che tutti i pori del campione vengano eliminati dall`acqua. Puoi anche essiccare il campione in un forno convenzionale a 105 gradi Celsius per almeno due ore. Sebbene sia ancora pieno d`aria, ciò non influirà sulla massa del campione.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 24

9. Pesare il campione essiccato nel piatto per determinare la massa totale (mT{ displaystyle mt} ${ displaystyle mt}$ ) determinare. Ricorda che questo valore non è la massa del tuo mostro. È la massa del campione più la massa del contenitore. Non utilizzare questo valore per calcolare la porosità.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 25

10. tiro mC{ displaystyle mc} ${ displaystyle mc}$ via da

mT{ displaystyle mt} ${ displaystyle mt}$ per ottenere la massa secca del campione (

mD{ displaystyle md} ${ displaystyle md}$ ) trovare. Per trovare il peso a secco del tuo campione, sottrai semplicemente la massa iniziale del contenitore dalla massa finale del contenitore più il campione. Assicurati che il numero che ottieni abbia un senso. Ad esempio, la massa non può avere un valore negativo. In tal caso, ciò non è corretto e dovresti ricontrollare i tuoi calcoli.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 26

11. Calcolare la massa dell`acqua nel campione saturo. Sottrarre la massa secca (

m D

${ displaystyle md}$ ) dalla massa satura (

m S

${ displaystyle ms}$ ). La differenza è la massa dell`acqua (

m w

${ displaystyle signora}$ ). Anche in questo caso, la massa secca deve essere inferiore alla massa satura.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 27

12. Converti la massa dell`acqua nel volume dei pori del tuo campione. Per definizione, un grammo d`acqua equivale a un centimetro cubo d`acqua. Ciò significa che la massa della tua acqua in grammi è uguale al volume dell`acqua in centimetri cubi. Poiché il campione è saturo, tutti i pori sono riempiti con acqua, quindi il volume dei pori è uguale al volume di acqua nel campione saturo.

Immagine titolata Calculate Porosità Step 28

13. Dividi il volume dei pori per il volume totale del tuo campione. Questo restituisce un numero decimale inferiore a uno. Moltiplica quel numero per il 100%. Il risultato è la porosità del tuo campione in percentuale.

Consigli

Prendi più campioni sul campo. Ciò contribuirà a ridurre al minimo gli errori nelle letture.
Se trasferisci il campione dal campo in un altro luogo per l`analisi, sigillalo in un sacchetto di plastica.
Esistono anche programmi software come RESRAD che possono aiutare a determinare la porosità, ma esulano dallo scopo di questo articolo.
La densità apparente e la densità delle particelle possono anche essere trovate sperimentalmente per calcolare la porosità. La densità apparente si trova dividendo la massa secca per il volume del campione. La densità delle particelle è spesso 2,66 g/cm^3.

Avvertenze

Gli strumenti utilizzati per effettuare le misurazioni influiscono anche sul margine di errore della misurazione. Più uno strumento è accordato, più piccolo è il margine di errore. Tuttavia, tieni presente che tutti gli strumenti hanno i loro limiti.
L`errore umano è presente in una certa misura in tutte le misurazioni sperimentali.
Disturbare il campione di prova può causare un cambiamento nella porosità del campione a causa della compattazione o della separazione delle particelle. Procedi con cautela.