Porosität berechnen

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Porosität oder Porosität ist der Wert, der verwendet wird, um zu beschreiben, wie viel Leerraum in einer bestimmten Probe vorhanden ist. Diese Eigenschaft wird in der Regel bodenbezogen gemessen, da die richtige Porosität für das Wachstum der Pflanzen notwendig ist. Die Porosität kann theoretisch anhand von Gleichungen und vorgegebenen Werten berechnet werden, was bei Prüfungsfragen der Fall ist. Die Porosität kann auch bestimmt werden, indem die Werte ermittelt werden, die zum Lösen der Gleichungen erforderlich sind, entweder im Labor oder im Feld.

Schritte

Methode 1 von 4: Porosität theoretisch nach Volumen bestimmen

1. Holen Sie sich nützliche Werte aus den gegebenen Informationen. Bei der theoretischen Berechnung der Porosität erhalten Sie eine Beispielsituation, die einige der von Ihnen benötigten Werte enthält. Lesen Sie Ihre Frage sorgfältig durch und suchen Sie nach Werten wie Gesamtvolumen (

V T

${displaystyle Vt}$ ), fixierte Lautstärke (

V S

${displaystyle vs}$ ) und Porenvolumen (

V P

${displaystyle Vp}$ ). Achten Sie immer genau auf die Einheiten dieser Werte.

Es hilft, diese Werte separat aufzuschreiben. Zum Beispiel, wenn die Frage $V T$ ${displaystyle Vt}$ und $V S$ ${displaystyle vs}$ , dann könntest du schreiben:

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

2. Stelle die richtige Gleichung auf. Per Definition ist die Porosität (

P T

${displaystyle Pt}$ ) gleich dem Porenvolumen (

V P

${displaystyle Vp}$ ) geteilt durch das Gesamtvolumen (

V T

${displaystyle Vt}$ ), oder

P T

${displaystyle Pt}$ =

V P

${displaystyle Vp}$ /

V T

${displaystyle Vt}$ . Bitte beachten Sie, dass dies nicht die einzige Gleichung zur Bestimmung der Porosität ist. Werden statt Werte für Volumina Werte für Schüttdichte und Partikeldichte angegeben, muss eine andere Gleichung verwendet werden.

3. Finden Sie Werte für Ihre Volumenvariablen. Es ist nützlich zu bedenken, dass

V T

${displaystyle Vt}$ ist die Summe aus Feststoff- und Porenvolumen, oder

V T

${displaystyle Vt}$ =

V S

${displaystyle vs}$ +

V P

${displaystyle Vp}$ . Diese Beziehung kann neu angeordnet werden, damit Sie nach einer der Volumenvariablen auflösen können, solange die anderen beiden bekannt sind. Zum Beispiel:

V T

${displaystyle Vt}$ -

V P

${displaystyle Vp}$ =

V S

${displaystyle vs}$ .

Mit den gleichen Werten wie in den vorherigen Schritten,

V T

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

V S

${displaystyle vs}$ = 3,00 cm^3, wir können

V T

${displaystyle Vt}$ -

V S

${displaystyle vs}$ =

V P

${displaystyle Vp}$ löse und berechne das

V P

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

4. Wenden Sie die bekannten Volumenvariablen auf die Porositätsgleichung an. Sobald Sie einen Wert für . haben

V P

${displaystyle Vp}$ und ein Wert für

V T

${displaystyle Vt}$ bestimmt hast, kannst du sie in die Porositätsgleichung einsetzen

P T

${displaystyle Pt}$ =

V P

${displaystyle Vp}$ /

V T

${displaystyle Vt}$ halt. Stellen Sie sicher, dass Ihre Einheiten die Nase vorn haben

V P

${displaystyle Vp}$ und

V T

${displaystyle Vt}$ fügt hinzu. Sie müssen auch sicherstellen, dass die Einheiten übereinstimmen – wenn nicht, müssen Sie eine Dimensionsanalyse durchführen, damit sie übereinstimmen.

Es ist wichtig, die Einheiten abzugleichen, da die Porosität ein einheitenloser Wert ist, der normalerweise in Prozent ausgedrückt wird. Die Einheiten der Volumenvariablen heben sich durch Division auf.

5. Lösen Sie die Gleichung, um die Porosität zu bestimmen. Da Ihre Gleichung nun vollständig ist und die richtigen Werte hat, können Sie sie mit einer einfachen Rechnung lösen. Es könnte hilfreich sein, einen Taschenrechner für diesen Teil zur Hand zu haben.

Da die Porosität oft in Prozent angegeben wird, ist es üblich, diesen Wert mit 100 % zu multiplizieren, wenn Sie den Dezimalwert gefunden haben.

Wenn Sie dieselben Werte aus den obigen Beispielen verwenden, sieht Ihre Gleichung ungefähr so aus:

P T

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

Wenn Sie diesen Wert in Prozent ausdrücken möchten, multiplizieren Sie ihn mit 100 % und Sie erhalten

P T

${displaystyle Pt}$ = 40%.

Methode 2 von 4: Theoretische Berechnung der Porosität anhand von Dichten

1. Angenommen, die Teilchendichte (PD{displaystyle Pd} ${displaystyle Pd}$ ) Ihrer Probe beträgt 2,66 g/cm^3. Die Partikeldichte einer Probe ist gleich der Masse der Probe geteilt durch das Volumen der Probe. Bei Bodenproben beträgt die mittlere Partikeldichte des Bodens 2,66 g/cm^3. Daher wird dieser Wert als Partikeldichte jeder Bodenprobe angenommen, sofern nicht anders angegeben.

2. Verwenden Sie die Beziehung zwischen Volumen und Dichte, um Ihre Gleichung abzuleiten. Da die Dichte als Masse pro Volumen definiert ist und die Porosität ein Vergleich des Porenvolumens mit dem Gesamtvolumen ist, kann die Porosität auch als Dichte ausgedrückt werden. Das Ergebnis ist die Gleichung

P T

${displaystyle Pt}$ = (1 -

P B

${displaystyle Pb}$ /

P D

${displaystyle Pd}$ ) wobei

P T

${displaystyle Pt}$ die Porosität ist,

P B

${displaystyle Pb}$ die Schüttdichte und

P D

${displaystyle Pd}$ die Partikeldichte der Probe.

3. Bestimmen Sie den Wert von PB{displaystyle Pb} ${displaystyle Pb}$ . Der Wert von

P B

${displaystyle Pb}$ wird in einer einfachen Frage gegeben. Wenn der Wert nicht angegeben ist, können Sie andere Werte wie Probentrockengewicht und Probenvolumen abrufen. Teilen Sie in diesem Fall das Trockengewicht der Probe durch das Volumen der Probe, um die Schüttdichte zu bestimmen, oder

P B

${displaystyle Pb}$ .

4. Lösen Sie die Gleichung, indem Sie die richtigen Dichtewerte einsetzen. Jetzt hast du die Werte für

P B

${displaystyle Pb}$ und

P D

${displaystyle Pd}$ du kannst die Gleichung auflösen nach

P T

${displaystyle Pt}$ . Beachten Sie, dass der Wert von

P B

${displaystyle Pb}$ geteilt werden durch

P D

${displaystyle Pd}$ stetsmuss kleiner als 1 sein, also kann die Gleichung

P T

${displaystyle Pt}$ = (1 -

P B

${displaystyle Pb}$ /

P D

${displaystyle Pd}$ ) Gib niemals eine negative Antwort. Wenn ja, hast du wahrscheinlich

P D

${displaystyle Pd}$ mittels

P B

${displaystyle Pb}$ geteilt, was falsch ist.

Diese Gleichung liefert einen Dezimalwert für die Porosität. Um die Porosität als Prozentsatz auszudrücken, multiplizieren Sie diese Dezimalzahl einfach mit 100 %. Beispiel: 0,41 x 100 % = 41 %.

Methode 3 von 4: Experimentelle Berechnung der Porosität anhand der Sättigung

1. Mit dem Volumen deines Monsters. Sie können das Volumen direkt messen, wenn Ihre Probe genau einen Behälter mit bekanntem Volumen füllt. Sie können die Probe auch in eine Flasche oder einen Becher, z. B. einen Messbecher, geben, um das Volumen zu messen. Wenn Sie das Volumen nicht direkt messen können, können Sie das Volumen mathematisch berechnen.

Beachten Sie, dass die Übertragung der Probe von einem Behälter in einen anderen die Porosität durch Aufbrechen des Materials beeinträchtigen kann.

2. Messen Sie eine Wassermenge. Es ist nicht wichtig, wie viel Wasser Sie genau messen. Die beiden wichtigen Dinge in diesem Schritt sind, mehr Wasser zu messen, als Sie benötigen, um Ihre Probe zu sättigen, und die genaue Wassermenge aufzuzeichnen, mit der Sie begonnen haben. Nur so kannst du wissen, wie viel du verbraucht hast.

3. Tränken Sie die Testprobe mit Wasser. Dies ist ein einfacher Schritt, kann aber schwierig sein. Sie müssen genug Wasser hinzufügen, um alle Poren in Ihrer Probe zu füllen, aber Sie dürfen nicht zu viel Wasser hinzufügen. Es ist zwar wichtig, der Sättigung der Probe so nahe wie möglich zu kommen, es gibt jedoch eine gewisse Fehlerquote. Bringe den Wasserstand so nah wie möglich an die Oberfläche deines festen Monsterlevels.

4. Notieren Sie die verbrauchte Wassermenge. Ziehen Sie die verbleibende Wassermenge von der Wassermenge ab, mit der Sie begonnen haben. So halten Sie die abgegossene Wassermenge fest. Die von Ihnen verwendete Wassermenge entspricht (ungefähr) dem Porenvolumen Ihrer Testprobe.

5. Stellen Sie die Gleichung auf, um die Porosität mit einem bekannten Volumen zu berechnen. Jetzt haben Sie das Volumen Ihrer Probe (

V S

${displaystyle vs}$ ) und das Porenvolumen (

V P

${displaystyle Vp}$ ), können Sie sie addieren, um das Gesamtvolumen zu erhalten (

V T

${displaystyle Vt}$ ). Jetzt kann man vergleichen

P T

${displaystyle Pt}$ = (

V P

${displaystyle Vp}$ /

V T

${displaystyle Vt}$ ) x 100 % zur Berechnung Ihrer Porosität (

P T

${displaystyle Pt}$ ) finden.

6. Führen Sie die Berechnungen durch, um die Porosität Ihrer Probe zu ermitteln. Trage die richtigen Werte in die Gleichung ein. Achten Sie darauf, Ihre Einheiten im Auge zu behalten und sicherzustellen, dass sie richtig storniert werden, da Porosität ein einheitenloser Wert ist. Auch ein Taschenrechner kann bei diesem Schritt hilfreich sein.

Methode 4 von 4: Berechnung der Porosität im Feld durch Entnahme von Kernproben

1. Sättigen Sie den Bereich, den Sie testen möchten. Eine gute Möglichkeit dazu ist, einen Stahlring mit bekanntem Gewicht (z. Lassen Sie das Wasser über Nacht im Ring sitzen oder bis es von der Erde aufgenommen wird. Dies erleichtert die Entnahme Ihrer Probe.

Stahlringe mit festem Gewicht finden Sie im Baumarkt und online.

2. Drücken Sie den Stahlring in den Boden. Den Ring mit einem Holzklotz und einem Hammer in den Boden einarbeiten. Der Boden im Inneren des Rings wird als Kern oder Kernprobe bezeichnet. Der Ring schützt die Kernprobe vor Störungen während der Entnahme.

3. Grabe um den Stahlring herum. Graben Sie vorsichtig mit einem Spaten und anderen Grabwerkzeugen um den Stahlring herum. Du willst den Boden im Ring nicht stören. Schneiden Sie alle Wurzeln von der Unterseite des Rings ab.

4. Entfernen Sie den Ring. Sobald du die Erde um den Ring herum entfernt hast, kannst du den Ring und das Monster aus dem Loch nehmen. Bewahren Sie die Kernprobe im Ring auf und stören Sie sie nicht. Pass auf, dass du keine Monster verlierst, während du dich bewegst.

5. Notieren Sie die gesättigte Masse Ihrer Probe. Legen Sie den Ring in einen großen, durchsichtigen Behälter. Fügen Sie Wasser hinzu, bis die Probe im Ring vollständig gesättigt ist und kein Wasser mehr enthalten kann. Wiegen Sie die Probe im Stahlring. Ziehen Sie von diesem Wert die Masse des Stahlrings ab. Damit bleibt die gesättigte Masse der Probe.

6. Notieren Sie das Volumen Ihrer Probe. Das Volumen Ihrer Probe entspricht dem Volumen Ihres Rings. Weil dein Ring ein Zylinder ist, gehst du herum berechne das Volumen, multipliziere die Höhe des Zylinders mit dem quadrierten Radius (Radius ist der Abstand vom Mittelpunkt des Kreises zum Rand), dann multipliziere das mit pi (oft auf 3,14 gerundet). Wenn Sie den Radius nicht kennen, können Sie die Oberseite des Zylinders an seiner breitesten Stelle messen und durch zwei teilen.

7. Bewegen Sie die Erde in ein für den Backofen geeignetes Gefäß. Stellen Sie sicher, dass Sie den Behälter vorher wiegen und die Masse (

m C

${displaystyle mc}$ ) des Behälters. Wenn Sie die Probe in der Mikrowelle erhitzen möchten, vergewissern Sie sich, dass Ihr Behälter frei von Metall und mikrowellengeeignet ist.

8. Trocknen Sie Ihre Probe. Wenn Sie eine Mikrowelle verwenden, sollten 10 Minuten ausreichen, um Ihre Probe zu trocknen. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Poren in der Probe von Wasser befreit werden. Sie können die Probe auch in einem herkömmlichen Ofen bei 105 Grad Celsius für mindestens zwei Stunden trocknen. Obwohl es noch mit Luft gefüllt ist, hat dies keinen Einfluss auf die Masse der Probe.

9. Wiegen Sie Ihre getrocknete Probe in die Schale, um die Gesamtmasse zu bestimmen (mT{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ ) bestimmen. Denken Sie daran, dass dieser Wert nicht die Masse Ihres Monsters ist. Es ist die Masse der Probe plus die Masse des Behälters. Verwenden Sie diesen Wert nicht zur Berechnung der Porosität.

10. ziehen mC{displaystyle mc} ${displaystyle mc}$ ab von

mT{displaystyle mt} ${displaystyle mt}$ um die Trockenmasse der Probe zu erhalten (

mD{displaystyle md} ${displaystyle md}$ ) finden. Um das Trockengewicht Ihrer Probe zu ermitteln, ziehen Sie einfach die Anfangsmasse des Behälters von der Endmasse des Behälters plus der Probe ab. Stellen Sie sicher, dass die Nummer, die Sie erhalten, Sinn macht. Zum Beispiel darf die Masse keinen negativen Wert haben. Wenn dies der Fall ist, ist dies falsch und Sie sollten Ihre Berechnungen erneut überprüfen.

11. Berechnen Sie die Masse des Wassers in der gesättigten Probe. Subtrahiere die Trockenmasse (

m D

${displaystyle md}$ ) aus der gesättigten Masse (

m S

${displaystyle ms}$ ). Der Unterschied ist die Masse des Wassers (

m w

${displaystyle Frau}$ ). Auch hier muss die Trockenmasse kleiner als die gesättigte Masse sein.

12. Rechne die Masse des Wassers in das Porenvolumen deiner Probe um. Per Definition entspricht ein Gramm Wasser einem Kubikzentimeter Wasser. Das bedeutet, dass die Masse Ihres Wassers in Gramm gleich dem Wasservolumen in Kubikzentimetern ist. Da die Probe gesättigt ist, sind alle Poren mit Wasser gefüllt, das Porenvolumen ist also gleich dem Wasservolumen in der gesättigten Probe.

13. Teilen Sie das Porenvolumen durch das Gesamtvolumen Ihrer Probe. Dies gibt eine Dezimalzahl kleiner als eins zurück. Multiplizieren Sie diese Zahl mit 100 %. Das Ergebnis ist die Porosität Ihrer Probe in Prozent.

Tipps

Nehmen Sie mehrere Proben im Feld. Dies wird dazu beitragen, Fehler in Ihren Messwerten zu minimieren.
Wenn Sie die Probe vom Feld zur Analyse an einen anderen Ort bringen, verschließen Sie sie in einem Plastikbeutel.
Es gibt auch Softwareprogramme wie RESRAD, die bei der Bestimmung der Porosität helfen können, aber sie würden den Rahmen dieses Artikels sprengen.
Schüttdichte und Partikeldichte können auch experimentell ermittelt werden, um die Porosität zu berechnen. Die Schüttdichte wird durch Division der Trockenmasse durch das Probenvolumen ermittelt. Die Partikeldichte beträgt oft 2,66 g/cm^3.

Warnungen

Auch die zur Messung verwendeten Instrumente beeinflussen die Fehlerquote der Messung. Je feiner ein Instrument gestimmt ist, desto kleiner ist die Fehlerquote. Bedenken Sie jedoch, dass alle Instrumente ihre Grenzen haben.
Bei allen experimentellen Messungen ist bis zu einem gewissen Grad menschliches Versagen vorhanden.
Eine Störung der Prüfprobe kann durch die Verdichtung oder Abscheidung von Partikeln eine Veränderung der Porosität der Probe bewirken. Mit Vorsicht fortfahren.