SCHIJNBARE DICHTHEID: FORMULE, EENHEDEN EN OPGELOSTE OEFENINGEN - FYSIEK - 2025

De schijnbare dichtheid van een monster wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen de massa en het ongewijzigde volume, inclusief alle ruimtes of poriën die het bevat. Als er lucht in deze ruimtes is, is de schijnbare dichtheid ρ _b of bulkdichtheid:

ρ _b = massa / volume = massa van _deeltjes + massa van _lucht / volume van _deeltjes + volume van _lucht

Figuur 1. Bulkdichtheid is erg belangrijk om bodems te karakteriseren. Bron: Wikimedia Commons.

Bij het berekenen van de bulkdichtheid van een grondmonster moet het worden voorgedroogd in een oven bij 105 ºC totdat de massa constant is, wat aangeeft dat alle lucht is verdampt.

Volgens deze definitie wordt de schijnbare dichtheid van bodems of droge dichtheid op deze manier berekend:

ρ _s = Gewicht van vaste elementen / _vast volume + _{poriënvolume}

Aangegeven als M _s het droge gewicht of de massa en V _t = V _s + V _p als het totale volume, is de formule:

ρ _s = M _s / V _t

Eenheden

De eenheden van bulkdichtheid in het International System of Units zijn kg / m ³ . Andere eenheden zoals g / cm ³ en megagrammen / kubieke meter: Mg / m ^{3 worden echter} ook veel gebruikt.

Het concept van schijnbare dichtheid is erg handig als het gaat om heterogene en poreuze materialen zoals bodems, aangezien het indicatief is voor hun drainage- en beluchtingscapaciteit, naast andere kwaliteiten.

Slecht poreuze bodems hebben bijvoorbeeld een hoge bulkdichtheid, zijn compact en hebben de neiging om gemakkelijk water te geven, in tegenstelling tot poreuze bodems.

Als er water of een andere vloeistof in de poriën van het monster zit, neemt het volume na het drogen af, daarom is het bij het maken van de berekeningen noodzakelijk om het oorspronkelijke wateraandeel te kennen (zie het opgeloste voorbeeld).

Bodemdichtheid

De schijnbare dichtheid van materialen in het algemeen, inclusief de bodem, is zeer variabel, aangezien er factoren zijn zoals de mate van verdichting, de aanwezigheid van organisch materiaal, de textuur, structuur, diepte en andere die de vorm en vorm beïnvloeden. hoeveelheid porieruimten.

Bodems worden gedefinieerd als een heterogeen mengsel van anorganische stoffen, organische stoffen, lucht en water. Ze kunnen fijn, medium of grof van structuur zijn en de deeltjes kunnen op verschillende manieren worden gerangschikt, een parameter die bekend staat als structuur.

Fijne, goed gestructureerde bodems met een hoog percentage organisch materiaal hebben doorgaans een lage schijnbare dichtheid. Integendeel, dikke bodems, met minder organisch materiaal en weinig structuur, hebben doorgaans hogere waarden.

Schijnbare dichtheid volgens textuur

Afhankelijk van de textuur heeft de schijnbare dichtheid de volgende waarden:

Textuur	Schijnbare dichtheid (g / cm 3 )
Prima	1,00 - 1,30
Mediaan	1.30 - 1.50
Bruto	1,50 - 1,70

Deze waarden dienen als algemene referentie. In veengrond, rijk aan plantenresten, kan de schijnbare dichtheid zo laag als 0,25 g / cm ³ , als het een vulkanische minerale bodem is ongeveer 0,85 g / cm ³ , terwijl in zeer verdichte grond zij tot 1,90 g / cm ³ .

Schijnbare dichtheid volgens diepte

De schijnbare dichtheidswaarde neemt ook toe met de diepte, aangezien de grond over het algemeen meer verdicht is en een lager percentage organische stof bevat.

Het interieur van het terrein is samengesteld uit horizontale lagen of lagen, horizon genoemd. Horizons hebben verschillende texturen, composities en verdichting. Daarom vertonen ze variatie in termen van schijnbare dichtheid.

Figuur 2. Een bodemprofiel met de verschillende horizonten. Bron: Wikimedia Commons.

Een bodemstudie is gebaseerd op het profiel, dat bestaat uit verschillende horizonten die elkaar ordelijk verticaal opvolgen.

Hoe de schijnbare dichtheid meten?

Omdat de variabiliteit in bulkdichtheid erg groot is, moet deze vaak direct worden gemeten met verschillende procedures.

De eenvoudigste methode is om een ​​monster uit de grond te halen, een boor met een metalen cilinder met een bekend volume erin te steken en ervoor te zorgen dat de grond niet wordt verdicht. Het geëxtraheerde monster wordt verzegeld om vochtverlies of verandering van de eigenschappen te voorkomen.

Vervolgens wordt het monster in het laboratorium geëxtraheerd, gewogen en vervolgens gedurende 24 uur in een oven bij 105 ° C gedroogd.

Hoewel het de eenvoudigste manier is om de droge dichtheid van de grond te vinden, is het niet de meest aanbevolen manier voor bodems met zeer losse texturen of vol stenen.

Hiervoor verdient de methode van het graven van een gat en het redden van de gewonnen aarde de voorkeur, namelijk het te drogen monster. Het volume van het monster wordt bepaald door droog zand of water in het gegraven gat te gieten.

In ieder geval is het uit het monster mogelijk om zeer interessante eigenschappen van de bodem te bepalen om deze te karakteriseren. De volgende opgeloste oefening beschrijft hoe je dit moet doen.

Oefening opgelost

Uit de monstercilinder wordt een kleimonster met een lengte van 100 mm getrokken, waarvan de binnendiameter eveneens 100 mm is. Bij het wegen werd een massa van 1531 g verkregen, die eenmaal droog werd teruggebracht tot 1178 g. Het soortelijk gewicht van de deeltjes is 2,75. Er wordt gevraagd om te berekenen:

a) De bulkdichtheid van het monster

b) Vochtgehalte

c) De leegte-ratio

d) Droge dichtheid

e) De mate van verzadiging

f) Luchtinhoud

Oplossing voor

Het ongewijzigde volume V _t is het oorspronkelijke volume van het monster. Voor een cilinder met diameter D en hoogte h is het volume:

V _cylinder = V _t = Soort breedte x hoogte = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

De verklaring stelt dat de massa van het monster M _s = 1531 g is, dus volgens de vergelijking die aan het begin is gegeven:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Oplossing b

Omdat we de oorspronkelijke massa en de droge massa hebben, is de massa van het water in het monster het verschil van deze twee:

M _water = 1531 g - 1178 g = 353 g

Het percentage vocht in het monster wordt als volgt berekend:

% Vocht = (massa _water / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%

Oplossing c

Om de leegte-verhouding te vinden, moet het totale volume van het monster V _t worden opgesplitst in:

V _t = V _deeltjes + _{poriënvolume}

Het volume dat door de deeltjes wordt ingenomen, wordt verkregen uit de droge massa en het soortelijk gewicht, gegevens verkregen uit de verklaring. Het soortelijk gewicht s _g is het quotiënt tussen de dichtheid van het materiaal en de dichtheid van water onder standaardomstandigheden, daarom is de dichtheid van het materiaal:

ρ = s _g x ρ _water = 2,75 x 1 g / cm ³ = 2,75 g / cm ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1,178 g / 2,75 g / cm ³ = 0,428 cm ³ = 0,000428 m ³

Het volume van de holtes in het monster is V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0.000428 m ³ = 0.000357 m ³ .

De leegte ratio e is:

e = V _v / V _s = 0.000357 m ³ / 0.000428 m ³ = 0.83

Oplossing d

De droge dichtheid van het monster wordt berekend zoals aangegeven in de inleiding:

ρ _s = gewicht van de vaste elementen / volume _{vaste stoffen} + volume _poriën = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Oplossing e

De verzadigingsgraad is S = (V _water / V _v ) x 100%. Omdat we de massa water in het monster kennen, berekend in punt b) en de dichtheid ervan, is de berekening van het volume onmiddellijk:

ρ _water = M _water / V _water → V _water = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0,000353 m ³

Aan de andere kant werd het volume van de holtes berekend in item c)

S = (0.000353 m ³ / 0.000357 m ³ ) x 100% = 98,9%

Oplossing f

Ten slotte is het percentage luchtgehalte A = (V _lucht / V _t ) x 100%. Het luchtvolume komt overeen met:

V _v - V _water = 0.000357 m ³ - 0.000353 m ³ = 0.000004 m ³

A = (V _lucht / V _t ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x100% = 0,51%

Referenties

1. Berry, P. Bodemmechanica. McGraw Hill.
2. Constrummatiek. Schijnbare dichtheid. Hersteld van: construmatica.com.
3. NRCS. Bodem Bulkdichtheid. Hersteld van: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Afdeling Edafologie. Handleiding voor analytische procedures in de bodemfysica. Hersteld van: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Bulkdichtheid. Hersteld van: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Verdieping. Hersteld van: en.wikipedia.org.