ความหนาแน่นที่ปรากฏ: สูตรหน่วยและแบบฝึกหัดที่แก้ไข - กายภาพ - 2025

ความหนาแน่นปรากฏของกลุ่มตัวอย่างถูกกำหนดให้เป็นความฉลาดทางระหว่างมวลและปริมาณการเปลี่ยนแปลงซึ่งรวมถึงช่องว่างทั้งหมดหรือรูขุมขนที่ว่ามันมี หากมีอากาศอยู่ในช่องว่างเหล่านี้ความหนาแน่นชัดเจนρ _bหรือความหนาแน่นรวมคือ:

ρ _b = มวล / ปริมาตร = มวลของ_{อนุภาค} + มวลของ_{อากาศ} / ปริมาตรของ_{อนุภาค} + ปริมาตร_{อากาศ}

รูปที่ 1. ความหนาแน่นรวมเป็นสิ่งสำคัญมากในการกำหนดลักษณะของดิน ที่มา: Wikimedia Commons

เมื่อคำนวณความหนาแน่นรวมของตัวอย่างดินต้องอบให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 105 105C จนกว่ามวลจะคงที่แสดงว่าอากาศทั้งหมดระเหยไปแล้ว

ตามคำจำกัดความนี้ความหนาแน่นที่ชัดเจนของดินหรือความหนาแน่นของแห้งคำนวณด้วยวิธีนี้:

ρ _s = น้ำหนักขององค์ประกอบที่เป็นของแข็ง / ปริมาตร_{ของแข็ง} + ปริมาตรของ_{รูพรุน}

แสดงเป็น M _sของน้ำหนักแห้งหรือมวลและ V _t = V _s + V _pเป็นปริมาตรรวมสูตรคือ:

ρ _s = M _s / V _t

หน่วย

หน่วยของความหนาแน่นในระบบหน่วยเป็นกิโลกรัม / เมตร3 อย่างไรก็ตามหน่วยอื่น ๆ เช่น g / cm ³และ megagrams / ลบ.ม. : Mg / m ³ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน

แนวคิดของความหนาแน่นที่ชัดเจนมีประโยชน์มากเมื่อพูดถึงวัสดุที่แตกต่างกันและมีรูพรุนเช่นดินเนื่องจากเป็นสิ่งที่บ่งบอกถึงการระบายน้ำและความสามารถในการเติมอากาศรวมถึงคุณสมบัติอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นดินที่มีรูพรุนต่ำมีความหนาแน่นสูงมีขนาดกะทัดรัดและมีแนวโน้มที่จะรดน้ำได้ง่ายซึ่งแตกต่างจากดินที่มีรูพรุน

เมื่อมีน้ำหรือของเหลวอื่นอยู่ในรูขุมขนของตัวอย่างปริมาตรหลังจากการอบแห้งจะลดลงดังนั้นเมื่อทำการคำนวณจึงจำเป็นต้องทราบสัดส่วนของน้ำเดิม (ดูตัวอย่างที่แก้ไขแล้ว)

ความหนาแน่นของดิน

ความหนาแน่นที่ชัดเจนของวัสดุโดยทั่วไปรวมถึงดินมีความผันแปรสูงเนื่องจากมีปัจจัยต่างๆเช่นระดับของการบดอัดการมีอยู่ของอินทรียวัตถุพื้นผิวโครงสร้างความลึกและอื่น ๆ ซึ่งส่งผลต่อรูปร่างและรูปร่าง จำนวนช่องว่างของรูขุมขน

ดินหมายถึงส่วนผสมที่แตกต่างกันของสารอนินทรีย์สารอินทรีย์อากาศและน้ำ พวกมันสามารถละเอียดปานกลางหรือหยาบเมื่อสัมผัสในขณะที่อนุภาคของส่วนประกอบสามารถจัดเรียงได้หลายวิธีพารามิเตอร์ที่เรียกว่าโครงสร้าง

ดินที่มีโครงสร้างดีและมีอินทรีย์วัตถุสูงมักจะมีค่าความหนาแน่นต่ำ ในทางตรงกันข้ามดินหนาที่มีอินทรียวัตถุน้อยและมีโครงสร้างน้อยมักจะมีมูลค่าสูงกว่า

ความหนาแน่นที่เห็นได้ชัดตามพื้นผิว

ตามพื้นผิวความหนาแน่นที่ชัดเจนมีค่าดังต่อไปนี้:

เนื้อผ้า	ความหนาแน่นที่ชัดเจน (g / cm 3 )
ละเอียด	1.00 - 1.30
มัธยฐาน	1.30 - 1.50
ทั้งหมด	1.50 - 1.70

ค่าเหล่านี้ใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วไป ในดินพรุที่มีเศษพืชเหลืออยู่มากความหนาแน่นที่ชัดเจนอาจต่ำถึง 0.25 g / cm ³ถ้าเป็นดินแร่ภูเขาไฟจะอยู่ที่ประมาณ 0.85 g / cm ³ในขณะที่ในดินที่มีการบดอัดมากจะมีค่าสูงถึง 1.90 g / ซม. ³ .

ความหนาแน่นปรากฏตามความลึก

ค่าความหนาแน่นที่ชัดเจนจะเพิ่มขึ้นตามความลึกเนื่องจากโดยทั่วไปดินจะมีการบดอัดมากขึ้นและมีเปอร์เซ็นต์อินทรียวัตถุต่ำกว่า

การตกแต่งภายในของภูมิประเทศประกอบด้วยชั้นแนวนอนหรือชั้นที่เรียกว่าขอบฟ้า Horizons มีพื้นผิวองค์ประกอบและการบดอัดที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงในแง่ของความหนาแน่นที่ชัดเจน

รูปที่ 2. รายละเอียดดินแสดงขอบเขตที่แตกต่างกัน ที่มา: Wikimedia Commons

การศึกษาดินขึ้นอยู่กับลักษณะของดินซึ่งประกอบด้วยขอบฟ้าต่าง ๆ ที่เรียงตามกันในแนวตั้งที่เป็นระเบียบ

จะวัดความหนาแน่นได้อย่างไร?

เนื่องจากความแปรปรวนของความหนาแน่นรวมมีขนาดใหญ่มากจึงมักต้องวัดโดยตรงโดยขั้นตอนต่างๆ

วิธีที่ง่ายที่สุดคือการดึงตัวอย่างออกจากดินโดยใส่กระบอกโลหะอวกาศที่มีปริมาตรเท่าที่ทราบลงไปและอย่าให้ดินอัดแน่น ตัวอย่างที่สกัดได้ถูกปิดผนึกเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความชื้นหรือการเปลี่ยนแปลงลักษณะ

จากนั้นในห้องปฏิบัติการจะสกัดตัวอย่างชั่งน้ำหนักแล้วนำเข้าเตาอบที่อุณหภูมิ105ºCเพื่อให้แห้ง 24 ชั่วโมง

แม้ว่าจะเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการหาความหนาแน่นของดิน แต่ก็ไม่แนะนำให้ใช้มากที่สุดสำหรับดินที่มีพื้นผิวหลวมมากหรือเต็มไปด้วยหิน

สำหรับวิธีนี้ควรใช้วิธีการขุดหลุมและช่วยโลกที่แยกออกมาซึ่งจะเป็นตัวอย่างให้แห้ง ปริมาตรของตัวอย่างถูกกำหนดโดยการเททรายหรือน้ำแห้งลงในหลุมที่ขุด

ไม่ว่าในกรณีใด ๆ จากตัวอย่างเป็นไปได้ที่จะกำหนดคุณสมบัติที่น่าสนใจของดินเพื่อระบุลักษณะ แบบฝึกหัดที่แก้ไขได้ต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการทำ

การออกกำลังกายได้รับการแก้ไข

ตัวอย่างดินเหนียวที่มีความยาว 100 มม. ถูกดึงออกมาจากกระบอกสูบตัวอย่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายในคือ 100 มม. เมื่อชั่งน้ำหนักจะได้มวล 1531 กรัมซึ่งเมื่อแห้งแล้วจะลดลงเหลือ 1178 กรัม ความถ่วงจำเพาะของอนุภาคคือ 2.75 ระบบจะขอให้คำนวณ:

ก) ความหนาแน่นรวมของตัวอย่าง

b) ปริมาณความชื้น

c) อัตราส่วนโมฆะ

d) ความหนาแน่นแห้ง

จ) ระดับความอิ่มตัว

f) เนื้อหาทางอากาศ

วิธีแก้ปัญหา

ปริมาตรที่ไม่เปลี่ยนแปลง V _tคือปริมาตรดั้งเดิมของตัวอย่าง สำหรับกระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D และความสูง h ปริมาตรคือ:

V _{กระบอกสูบ} = V _T = พื้นที่ฐาน x สูง = πD ² /4 x = (100 x 10 π ^-3เมตร) ² x 100 x 10 ^-3เมตร / 4 = m 0.000785 ³

คำสั่งระบุว่ามวลของตัวอย่างคือ M _s = 1531 g ดังนั้นตามสมการที่ให้ไว้ตอนต้น:

ρ _b = M _s / V _{เสื้อ} = 1531 ก. / 0.000785 ม. ³ = 2493 319 ก. / ม. ³ = 1.95 มก. / ม. ³

แนวทางแก้ไข b

เนื่องจากเรามีมวลเดิมและมวลแห้งมวลของน้ำที่อยู่ในตัวอย่างจึงมีความแตกต่างของทั้งสองนี้:

M _น้ำ = 1531 ก. - 1178 ก. = 353 ก

เปอร์เซ็นต์ของความชื้นในตัวอย่างคำนวณได้ดังนี้:

% ความชื้น = (มวลของ_น้ำ / นางสาว) x 100% = (353 ก. / 1178 ก.) = 29. 97%

แนวทางแก้ไข c

ในการหาอัตราส่วนโมฆะปริมาตรทั้งหมดของตัวอย่าง V _tต้องแบ่งออกเป็น:

V _t = V _{อนุภาค} + ปริมาตร_{รูพรุน}

ปริมาตรที่ถูกครอบครองโดยอนุภาคนั้นได้มาจากมวลแห้งและความถ่วงจำเพาะข้อมูลที่ได้จากข้อความ ความถ่วงจำเพาะ s _gคือผลหารระหว่างความหนาแน่นของวัสดุและความหนาแน่นของน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐานดังนั้นความหนาแน่นของวัสดุคือ:

ρ = s _g x ρ _น้ำ = 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

ปริมาณของช่องว่างในกลุ่มตัวอย่างเป็น V _V = V _T - V _s = 0.000785 ม. ³ - ม. 0,000428 ³ = 0.000357 ม. 3

อัตราส่วนโมฆะ e คือ:

e = V _v / V _s = 0.000357 ม³ / 0.000428 ม. ³ = 0.83

แนวทางแก้ไข d

ความหนาแน่นแห้งของตัวอย่างคำนวณตามที่ระบุไว้ในบทนำ:

ρ _s = น้ำหนักขององค์ประกอบของแข็ง / ปริมาตร_{ของแข็ง} + _{รูพรุน}ปริมาตร= 1178 g / 0.000785 m ³ = 1.5 Mg / m ³

แนวทางแก้ไข e

ระดับความอิ่มตัวคือ S = (V _น้ำ / V _v ) x 100% เนื่องจากเราทราบมวลของน้ำในตัวอย่างคำนวณในข้อ b) และความหนาแน่นการคำนวณปริมาตรจึงทำได้ทันที:

ρ _น้ำ = M _น้ำ / V _น้ำ → V _น้ำ = 353 กรัม / 1 กรัม / ซม. ³ = 353 ซม. ³ = m 0.000353 ³

ในทางกลับกันปริมาตรของช่องว่างถูกคำนวณในรายการ c)

S = (0.000353 ม. ³ / 0.000357 ม. ³ ) x 100% = 98.9%

แนวทางแก้ไข f

สุดท้ายเนื้อหาเปอร์เซ็นต์ของอากาศคือ A = (V _{อากาศ} / V _t ) x 100% ปริมาณอากาศสอดคล้องกับ:

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

A = (V _{อากาศ} / V _{เสื้อ} ) x 100% = (0.000004 ม. ³ / 0.000785 ม. ³ ) x100% = 0.51%

อ้างอิง

1. Berry, P. กลศาสตร์ดิน. McGraw Hill
2. Constrummatics ความหนาแน่นที่ชัดเจน ดึงมาจาก: construmatica.com.
3. NRCS ความหนาแน่นของดิน กู้คืนจาก: nrcs.usda.gov.
4. ไต้หวัน ภาควิชา Edaphology. คู่มือขั้นตอนการวิเคราะห์ฟิสิกส์ดิน. ดึงมาจาก: geologia.unam.mx.
5. วิกิพีเดีย ความหนาแน่นจำนวนมาก สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.
6. วิกิพีเดีย ชั้น สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.