الكثافة الظاهرية: الصيغة والوحدات والتمارين المحلولة - جسدي - بدني - 2025

تُعرَّف الكثافة الظاهرية للعينة بأنها الحاصل بين كتلتها والحجم غير المتغير ، والذي يشمل جميع الفراغات أو المسام التي تحتويها. إذا كان هناك هواء في هذه المساحات ، فإن الكثافة الظاهرية ρ _ب ، أو الكثافة الظاهرية هي:

ρ _ب = الكتلة / الحجم = كتلة _{الجسيمات} + كتلة _الهواء / حجم _{الجسيمات} + حجم _الهواء

الشكل 1. تعد الكثافة الظاهرية مهمة جدًا لتوصيف التربة. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

عند حساب الكثافة الظاهرية لعينة من التربة ، يجب تجفيفها مسبقًا في فرن عند 105 درجة مئوية حتى تصبح الكتلة ثابتة ، مما يشير إلى أن كل الهواء قد تبخر.

وفقًا لهذا التعريف ، يتم حساب الكثافة الظاهرية للتربة أو الكثافة الجافة ، على النحو التالي:

ρ _s = وزن العناصر _الصلبة / الحجم _الصلب + حجم _المسام

تدل على أنها M _s الوزن الجاف أو الكتلة و V _t = V _s + V _{p كحجم} إجمالي ، الصيغة هي:

ρ _s = M _s / V _t

الوحدات

وحدات الكثافة الظاهرية في النظام الدولي للوحدات هي كجم / م ³. ومع ذلك ، فإن الوحدات الأخرى مثل g / cm ³ والميغاغرام / متر مكعب: Mg / m ^{3 تستخدم} أيضًا على نطاق واسع.

يعد مفهوم الكثافة الظاهرية مفيدًا جدًا عندما يتعلق الأمر بالمواد غير المتجانسة والمسامية مثل التربة ، حيث إنها تدل على قدرتها على الصرف والتهوية ، من بين صفات أخرى.

على سبيل المثال ، تتميز التربة ذات المسام السيئة بكثافة كبيرة ومضغوطة وتميل إلى الماء بسهولة ، على عكس التربة المسامية.

عندما يكون هناك ماء أو سائل آخر في مسام العينة ، يتناقص الحجم بعد التجفيف ، لذلك ، عند إجراء الحسابات ، من الضروري معرفة نسبة الماء الأصلي (انظر المثال الذي تم حله).

الكثافة الظاهرية للتربة

الكثافة الظاهرية للمواد بشكل عام ، بما في ذلك التربة ، متغيرة بشكل كبير ، حيث توجد عوامل مثل درجة الضغط ووجود المادة العضوية ونسيجها وبنيتها وعمقها وغيرها ، والتي تؤثر على الشكل والشكل. كمية المساحات المسامية.

تُعرَّف التربة بأنها خليط غير متجانس من المواد غير العضوية والمواد العضوية والهواء والماء. يمكن أن تكون ناعمة أو متوسطة أو خشنة الملمس عند لمسها ، بينما يمكن ترتيب جزيئات المكون بطرق مختلفة ، وهي معلمة تعرف بالبنية.

تميل التربة الدقيقة جيدة التنظيم التي تحتوي على نسبة عالية من المواد العضوية إلى قيم منخفضة من الكثافة الظاهرية. على العكس من ذلك ، فإن التربة السميكة ، التي تحتوي على مواد عضوية أقل وبنية قليلة ، تميل إلى الحصول على قيم أعلى.

الكثافة الظاهرية حسب الملمس

وفقًا لقوامها ، فإن الكثافة الظاهرية لها القيم التالية:

الملمس	كثافة ظاهرة (جم / سم 3)
غرامة	1.00 - 1.30
الوسيط	1.30 - 1.50
إجمالي	1.50 - 1.70

هذه القيم بمثابة مرجع عام. في التربة الخثية ، وفيرة في المخلفات النباتية ، يمكن أن تكون الكثافة الظاهرية منخفضة تصل إلى 0.25 جم / سم ³ ، إذا كانت تربة معدنية بركانية ، تبلغ حوالي 0.85 جم / سم ³ ، بينما تصل في التربة المضغوطة جدًا إلى 1.90 جم / سم ³ سم ³.

الكثافة الظاهرية حسب العمق

تزداد قيمة الكثافة الظاهرية أيضًا مع العمق ، نظرًا لأن التربة بشكل عام أكثر ضغطًا وتحتوي على نسبة أقل من المواد العضوية.

يتكون الجزء الداخلي من التضاريس من طبقات أو طبقات أفقية تسمى الآفاق. الآفاق لها قوام وتكوين وانضغاط مختلف. لذلك يقدمون تباينًا من حيث الكثافة الظاهرية.

الشكل 2. ملف تعريف التربة يوضح الآفاق المختلفة. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

تعتمد دراسة التربة على ملفها الجانبي ، والذي يتكون من آفاق مختلفة تتبع بعضها البعض بطريقة رأسية منظمة.

كيف تقيس الكثافة الظاهرية؟

نظرًا لأن التباين في الكثافة الظاهرية كبير جدًا ، فغالبًا ما يجب قياسه مباشرة من خلال إجراءات مختلفة.

إن أبسط طريقة هي استخراج عينة من التربة ، وإدخال القليل من الأسطوانة المعدنية الفضائية ذات الحجم المعروف فيها والتأكد من عدم ضغط التربة. العينة المستخلصة مختومة ، لتجنب فقدان الرطوبة أو تغيير الخصائص.

ثم يتم استخراج العينة في المختبر ووزنها ثم وضعها في فرن عند درجة حرارة 105 مئوية حتى تجف لمدة 24 ساعة.

على الرغم من أنها أبسط طريقة لمعرفة الكثافة الجافة للتربة ، إلا أنها ليست الأكثر موصى بها للتربة ذات القوام السائب جدًا أو المليئة بالحجارة.

بالنسبة لهؤلاء ، فإن طريقة حفر حفرة وحفظ الأرض المستخرجة هي الأفضل ، والتي ستكون العينة لتجف. يتم تحديد حجم العينة عن طريق صب الرمل الجاف أو الماء في الحفرة المحفورة.

في أي حال ، من الممكن تحديد خصائص مثيرة للاهتمام للغاية للتربة لتمييزها من العينة. يصف التمرين التالي الذي تم حله كيفية القيام بذلك.

تمرين حل

يتم أخذ عينة من الطين بطول 100 مم من أسطوانة العينة ، وقطرها الداخلي أيضًا 100 مم. عند وزنها ، تم الحصول على كتلة قدرها 1531 جم ، والتي تم تقليلها مرة واحدة إلى 1178 جم. الثقل النوعي للجسيمات 2.75. يطلب حساب:

أ) الكثافة الظاهرية للعينة

ب) محتوى الرطوبة

ج) نسبة الفراغ

د) الكثافة الجافة

هـ) درجة التشبع

و) محتوى الهواء

الاجابه على

الحجم غير المتغير V _t هو الحجم الأصلي للعينة. بالنسبة لأسطوانة قطرها D وارتفاعها h ، يكون الحجم:

V _{اسطوانة} = V _ر = مساحة القاعدة × الارتفاع = πD ² /4 = π س (100 × 10 ^-3 م) ² × 100 × 10 ^-3 م / 4 = 0.000785 م ³

ينص البيان على أن كتلة العينة M _s = 1531 g ، وبالتالي وفقًا للمعادلة الواردة في البداية:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 جم / 0.000785 م ³ = 1950319 جم / م ³ = 1.95 مج / م ³

الحل ب

نظرًا لأن لدينا الكتلة الأصلية والكتلة الجافة ، فإن كتلة الماء الموجودة في العينة هي الفرق بينهما:

م _ماء = 1531 جم - 1178 جم = 353 جم

يتم حساب نسبة الرطوبة في العينة على النحو التالي:

النسبة المئوية للرطوبة = (كتلة _الماء / مللي ثانية) × 100٪ = (353 جم / 1178 جم) = 29.97٪

الحل ج

لإيجاد نسبة الفراغ ، يجب تقسيم الحجم الإجمالي للعينة V _t إلى:

V _t = _جسيمات V + حجم _المسام

يتم الحصول على الحجم الذي تشغله الجسيمات من الكتلة الجافة والجاذبية النوعية ، البيانات التي تم الحصول عليها من البيان. الثقل النوعي s _g هو الحاصل بين كثافة المادة وكثافة الماء في ظل الظروف القياسية ، وبالتالي فإن كثافة المادة هي:

ρ = s _g x ρ _ماء = 2.75 x 1 g / cm ³ = 2.75 g / cm ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1.178 جم / 2.75 جم / سم ³ = 0.428 سم ³ = 0.000428 م ³

حجم الفراغات في العينة هو V _v = V _t - V _s = 0.000785 م ³ - 0.000428 م ³ = 0.000357 م ³.

نسبة الفراغ e هي:

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

الحل د

يتم حساب الكثافة الجافة للعينة كما هو موضح في المقدمة:

ρ _ق = وزن العناصر الصلبة / حجم _{المواد الصلبة} + _مسام الحجم = 1178 جم / 0.000785 م ³ = 1.5 مجم / م ³

الحل ه

درجة التشبع هي S = (V _water / V _v) x 100٪. بما أننا نعرف كتلة الماء في العينة المحسوبة في البند ب) وكثافتها ، فإن حساب حجمها يكون فوريًا:

ρ _ماء = M _ماء / V _ماء → V _ماء = 353 جم / 1 جم / سم ³ = 353 سم ³ = 0.000353 م ³

من ناحية أخرى تم حساب حجم الفراغات في البند ج).

S = (0.000353 م ³ / 0.000357 م ³) × 100٪ = 98.9٪

الحل و

أخيرًا ، تكون النسبة المئوية لمحتوى الهواء A = (V _air / V _t) x 100٪. حجم الهواء يتوافق مع:

V _v - V _ماء = 0.000357 م ³ - 0.000353 م ³ = 0.000004 م ³

A = (V _air / V _t) × 100٪ = (0.000004 م ³ / 0.000785 م ³) × 100 ٪ = 0.51٪

المراجع

1. بيري ، P. ميكانيكا التربة. ماكجرو هيل.
2. تفسيرات. كثافة واضحة. تم الاسترجاع من: construmatica.com.
3. NRCS. كثافة التربة السائبة. تم الاسترجاع من: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. قسم التربية. دليل الإجراءات التحليلية لفيزياء التربة. تم الاسترجاع من: geologia.unam.mx.
5. ويكيبيديا. الكثافة الظاهرية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.
6. ويكيبيديا. أرضية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.