4 spôsoby výpočtu pórovitosti

Pórovitosť je hodnota, ktorá sa používa na opis toho, koľko prázdneho alebo dutého priestoru sa nachádza v danej vzorke. Táto vlastnosť sa bežne meria v súvislosti s pôdou, pretože na rast rastlín je potrebná primeraná úroveň pórovitosti. Pórovitosť sa dá teoreticky vypočítať pomocou rovníc a daných hodnôt, čo je prípad, keď sa stretnete s otázkami na skúšku. Pórovitosť sa dá určiť aj tak, že sa experimentálne zistia hodnoty potrebné na riešenie rovníc, a to buď v laboratóriu, alebo v teréne.

Metóda 1 zo 4:Teoretický výpočet pórovitosti pomocou objemov


Výpis užitočných hodnôt z daných informácií. Pri teoretickom výpočte pórovitosti dostanete príkladovú situáciu, ktorá obsahuje niektoré potrebné hodnoty. Pozorne si prečítajte svoju otázku a hľadajte hodnoty, ako je celkový objem (

Vt{\displaystyle Vt}

), objem pevnej látky (

Vs{\displaystyle Vs}

) a objem pórov (

Vp{\displaystyle Vp}

). Vždy dávajte pozor na jednotky týchto hodnôt.

  • Pomôže vám, ak tieto hodnoty vypíšete samostatne. Napríklad, ak vaša otázka stanovuje
    Vt{\displaystyle Vt}

    a

    Vs{\displaystyle Vs}

    , by ste napísali:

    • Vt{\displaystyle Vt}

      = 5.00 cm^3

    • Vs{\displaystyle Vs}

      = 3.00 cm^3


Stanovte príslušnú rovnicu. Podľa definície je pórovitosť (

Pt{\displaystyle Pt}

) sa rovná objemu pórov (

Vp{\displaystyle Vp}

) delené celkovým objemom (

Vt{\displaystyle Vt}

), alebo

Pt{\displaystyle Pt}

=

Vp{\displaystyle Vp}

/

Vt{\displaystyle Vt}

. Nezabudnite, že toto nie je jediná rovnica, ktorou možno zistiť pórovitosť. Ak sú uvedené hodnoty objemovej hustoty a hustoty častíc namiesto hodnôt objemov, mali by ste použiť inú rovnicu.[1]


Nájdite hodnoty pre svoje objemové premenné. Je užitočné mať na pamäti, že

Vt{\displaystyle Vt}

je súčet objemov pevného telesa a pórov alebo

Vt{\displaystyle Vt}

=

Vs{\displaystyle Vs}

+

Vp{\displaystyle Vp}

. Tento vzťah sa dá preusporiadať tak, aby umožňoval riešiť ľubovoľnú objemovú veličinu, ak sú známe ostatné dve. Napríklad a

Vt{\displaystyle Vt}

Vp{\displaystyle Vp}

=

Vs{\displaystyle Vs}

.[2]

  • Pri použití rovnakých hodnôt, ako sú uvedené v predchádzajúcich krokoch,
    Vt{\displaystyle Vt}

    = 5.00 cm^3 a

    Vs{\displaystyle Vs}

    = 3.00 cm^3, môžeme vyriešiť

    Vt{\displaystyle Vt}

    Vs{\displaystyle Vs}

    =

    Vp{\displaystyle Vp}

    a zistíme, že

    Vp{\displaystyle Vp}

    = 5.00 cm^3 – 3.00 cm^3 = 2.00 cm^3.


Dosadíme známe objemové veličiny do rovnice pórovitosti. Po určení hodnoty pre

Vp{\displaystyle Vp}

a hodnota pre

Vt{\displaystyle Vt}

, môžete ich dosadiť do rovnice pórovitosti,

Pt{\displaystyle Pt}

=

Vp{\displaystyle Vp}

/

Vt{\displaystyle Vt}

. Uistite sa, že ste uviedli jednotky pre

Vp{\displaystyle Vp}

a

Vt{\displaystyle Vt}

. Tiež by ste si mali byť istí, že jednotky sa zhodujú, ak nie, budete musieť vykonať rozmerovú analýzu, aby sa zhodovali.

  • Je dôležité zosúladiť jednotky, pretože pórovitosť je bezjednotková hodnota, ktorá sa zvyčajne vyjadruje v percentách. Jednotky z objemových premenných sa vzájomne vyrušia delením.[3]


Riešte rovnicu, aby ste získali hodnotu pórovitosti. Teraz, keď je vaša rovnica úplne zostavená a má príslušné hodnoty, môžete ju vyriešiť jednoduchým aritmetickým postupom. Na túto časť by vám mohlo pomôcť mať po ruke kalkulačku.

  • Keďže pórovitosť sa často vyjadruje v percentách, po zistení desatinnej hodnoty sa táto hodnota bežne vynásobí 100 %.
  • Pri použití rovnakých hodnôt z predchádzajúcich príkladov bude vaša rovnica vyzerať podobne:
    • Pt{\displaystyle Pt}

      = 2.00 cm^3 / 5.00 cm^3 = 0.400.

    • Ak by ste chceli túto hodnotu vyjadriť v percentách, vynásobili by ste ju 100 % a dostali by ste
      Pt{\displaystyle Pt}

      = 40%.

Metóda 2 zo 4:Teoretický výpočet pórovitosti pomocou hustôt


Predpokladajme, že hustota častíc (

Pd{\displaystyle Pd}

) vašej vzorky je 2.66 g/(cm^3). Hustota častíc vzorky sa rovná hmotnosti vzorky vydelenej objemom vzorky. Pri práci so vzorkami pôdy je priemerná hustota častíc pôdy 2.66 g/(cm^3). Z tohto dôvodu sa táto hodnota považuje za hustotu častíc každej vzorky pôdy, ak nie je uvedené inak.[4]


Na odvodenie rovnice použite vzťah medzi objemom a hustotou. Keďže hustota je definovaná ako hmotnosť na objem a pórovitosť je porovnanie objemu pórov s celkovým objemom, je možné vyjadriť pórovitosť aj v podobe hustoty. Výsledkom je rovnica

Pt{\displaystyle Pt}

= (1 –

Pb{\displaystyle Pb}

/

Pd{\displaystyle Pd}

) kde

Pt{\displaystyle Pt}

je vaša pórovitosť,

Pb{\displaystyle Pb}

je objemová hustota a

Pd{\displaystyle Pd}

je hustota častíc vzorky.[5]


Nájdite svoj

Pb{\displaystyle Pb}

hodnota.

Pb{\displaystyle Pb}

hodnota vám bude poskytnutá v priamej otázke. Ak hodnota nie je uvedená, môžete dostať iné hodnoty, napríklad hmotnosť suchej vzorky a objem vzorky. V tomto prípade by ste vydelili suchú hmotnosť vzorky objemom vzorky, aby ste zistili objemovú hustotu, alebo

Pb{\displaystyle Pb}

.[6]


Riešte rovnicu dosadením príslušných hodnôt hustoty. Teraz, keď ste získali hodnoty pre

Pb{\displaystyle Pb}

a

Pd{\displaystyle Pd}

, môžete vyriešiť pre

Pt{\displaystyle Pt}

. Všimnite si, že hodnota získaná delením

Pb{\displaystyle Pb}

podľa

Pd{\displaystyle Pd}

by mala byť VŽDY menšia ako 1, teda rovnica

Pt{\displaystyle Pt}

= (1 –

Pb{\displaystyle Pb}

/

Pd{\displaystyle Pd}

) by nikdy nemal dať zápornú odpoveď. Ak áno, pravdepodobne ste vydelili

Pd{\displaystyle Pd}

podľa

Pb{\displaystyle Pb}

, čo je nesprávne.[7]

  • Táto rovnica vám poskytne desatinnú hodnotu pórovitosti. Ak chcete vyjadriť pórovitosť v percentách, jednoducho vynásobte toto desatinné číslo 100 %. Napríklad 0.41 x 100% = 41%.

Metóda 3 zo 4:Experimentálny výpočet pórovitosti pomocou nasýtenia


Odmerajte objem vzorky. Objem môžete zmerať priamo, ak vaša vzorka presne vyplní nádobu so známym objemom. Vzorku môžete preniesť aj do nádoby, napríklad do vopred odmeranej kadičky, aby ste zmerali objem. Ak nemôžete zmerať objem priamo, môžete ho vypočítať matematicky.

  • Upozorňujeme, že prenášanie vzorky z jednej nádoby do druhej môže ovplyvniť pórovitosť narušením materiálu.


Odmerajte objem vody. Nie je dôležité, koľko vody ste presne odmerali. V tomto kroku sú dôležité dve veci: odmerať viac vody, ako budete potrebovať na nasýtenie vzorky, a presne si zapísať, s akým množstvom vody ste začali. Iba tak zistíte, koľko ste použili.


Nasýtenie vzorky vodou. Je to jednoduchý krok, ale môže byť zložitý. Chcete pridať toľko vody, aby sa zaplnili všetky póry vo vašej vzorke, ale nechcete pridať žiadnu vodu navyše. Aj keď je dôležité, aby ste sa čo najviac priblížili k presnému nasýteniu vzorky, bude tu určitý stupeň chyby. Dostaňte hladinu vody čo najbližšie k úrovni povrchu vašej pevnej vzorky.[8]


Zaznamenajte objem použitej vody. Na tento účel musíte od objemu vody, s ktorým ste začínali, odčítať objem vody, ktorá vám zostala. Takto získate objem vody, ktorý bol vyliaty. Objem vody, ktorý ste použili, sa (približne) rovná objemu pórov vašej vzorky.[9]


Nastavte rovnicu na riešenie pórovitosti pomocou objemu. Teraz, keď máte objem vašej vzorky (

Vs{\displaystyle Vs}

) a objem pórov (

Vp{\displaystyle Vp}

), môžete ich sčítať a získať celkový objem (

Vt{\displaystyle Vt}

). Teraz je možné použiť rovnicu

Pt{\displaystyle Pt}

= (

Vp{\displaystyle Vp}

/

Vt{\displaystyle Vt}

) x 100 %, aby ste zistili pórovitosť (

Pt{\displaystyle Pt}

). [10]


Vykonajte výpočty, aby ste zistili pórovitosť vašej vzorky. Do rovnice zadajte príslušné hodnoty. Nezabudnite sledovať jednotky a uistite sa, že sa vhodne anulujú, pretože pórovitosť je bezjednotková hodnota. Pri tomto kroku sa môže hodiť aj kalkulačka.[11]

Metóda 4 zo 4:Výpočet pórovitosti v teréne pomocou odberu jadrových vzoriek


Nasýtite oblasť, z ktorej chcete odobrať vzorku. Dobrým spôsobom, ako to urobiť, je umiestniť vopred odvážený oceľový krúžok (napríklad s priemerom 7 cm (2.8 palcov) a výške 10 centimetrov (3.9 in)) na zemi, kde chcete odobrať vzorku, a naplňte ju vodou. Vodu nechajte v kruhu odstáť cez noc alebo kým ju zemina neabsorbuje. To vám uľahčí odber vzorky.[12]

  • Vopred odvážené oceľové krúžky nájdete v obchodoch s domácimi potrebami a na internete.


Zapichnite oceľový krúžok do zeme. Použite drevený blok a kladivo na zatlčenie krúžku do zeme. Pôda vo vnútri krúžku sa označuje ako jadro alebo jadrová vzorka. Krúžok chráni vzorku jadra pred narušením počas odberu.[13]


Vykopať okolo oceľového krúžku. Pomocou rýľa a iných kopacích nástrojov opatrne kopte okolo oceľového krúžku. Nechcete narušiť pôdu vo vnútri krúžku. Odrežte všetky korene zo spodnej časti kruhu.[14]


Odstráňte krúžok. Po odstránení pôdy okolo krúžku môžete krúžok a vzorku z otvoru vybrať. Vzorku jadra udržujte vo vnútri krúžku a nenarušujte ju. Dávajte pozor, aby ste pri premiestňovaní nestratili žiadnu vzorku.[15]


Zaznamenajte nasýtenú hmotnosť vašej vzorky. Vložte prstenec do veľkej priehľadnej nádoby. Vodu pridávajte dovtedy, kým nie je vzorka v krúžku úplne nasýtená a už nedokáže zadržať viac vody. Odvážte vzorku v oceľovom krúžku. Od tejto hodnoty odpočítajte hmotnosť oceľového krúžku. Takto získate nasýtenú hmotnosť vašej vzorky.


Zaznamenajte objem vzorky. Objem vašej vzorky bude rovnaký ako objem vášho krúžku. Keďže váš kruh je valec, na výpočet objemu vynásobíte výšku valca polomerom na druhú (polomer je vzdialenosť od stredu kruhu k okraju) a potom vynásobíte číslom pí (často sa zaokrúhľuje na 3.14). Ak nepoznáte polomer, môžete merať naprieč vrchom valca v jeho najširšom bode a túto hodnotu vydeliť dvoma.[16]


Preneste pôdu do nádoby vhodnej na pečenie. Nezabudnite nádobu vopred odvážiť a zapísať jej hmotnosť (

mc{\displaystyle mc}

). Ak plánujete na sušenie vzorky použiť mikrovlnnú rúru, uistite sa, že vaša nádoba neobsahuje kov a je bezpečná pre mikrovlnné rúry.[17]


Vysušte vzorku. Ak používate mikrovlnnú rúru, na vysušenie vzorky by malo stačiť 10 minút na vysokej teplote. Tým sa zabezpečí, že všetky póry vo vzorke boli zbavené vody. Vzorku môžete tiež sušiť v bežnej sušičke pri teplote 105 stupňov Celzia alebo 221 stupňov Fahrenheita najmenej 2 hodiny.Hoci sú stále plné vzduchu, neovplyvní to hmotnosť vzorky.[18]


Odvážte vysušenú vzorku v miske a zistite celkovú hmotnosť (

mt{\displaystyle mt}

). Nezabudnite, že táto hodnota nie je hmotnosť vašej vzorky. Je to hmotnosť vašej vzorky plus hmotnosť vašej nádoby. Nepoužívajte túto hodnotu na výpočet pórovitosti.[19]


Odpočítajte

mc{\displaystyle mc}

z

mt{\displaystyle mt}

aby ste zistili hmotnosť suchej vzorky (

md{\displaystyle md}

). Ak chcete zistiť hmotnosť suchej vzorky, môžete jednoducho odčítať počiatočnú hmotnosť nádoby od konečnej hmotnosti nádoby plus vzorky. Uistite sa, že číslo, ktoré dostanete, dáva zmysel. Napríklad za hmotnosť nebudete mať zápornú hodnotu. Ak sa tak stane, je to nesprávne a mali by ste vyriešiť problémy s matematikou.[20]


Vypočítajte hmotnosť vody v nasýtenej vzorke. Odpočítajte hmotnosť suchej vzorky (

md{\displaystyle md}

) z nasýtenej hmotnosti (

ms{\displaystyle ms}

). Rozdiel bude predstavovať hmotnosť vody (

mw{\displaystyle mw}

). Opäť platí, že suchá hmotnosť by mala byť menšia ako nasýtená hmotnosť.


Prepočítajte hmotnosť vody na objem pórov vašej vzorky. Podľa definície sa jeden gram vody rovná jednému kubickému centimetru vody. To znamená, že hmotnosť vašej vody v gramoch sa rovná objemu vody v centimetroch kubických. Keďže vaša vzorka bola nasýtená, všetky póry sú vyplnené vodou, preto sa objem pórov rovná objemu vody prítomnej v nasýtenej vzorke.


  • Vydelte objem pórov celkovým objemom vašej vzorky. Získate tak desatinné číslo, ktoré je menšie ako jedna. Vynásobte toto číslo 100 %. Výsledkom je pórovitosť vašej vzorky vyjadrená v percentách.
  • Odkazy