KETUMPATAN KETARA: FORMULA, UNIT DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FIZIKAL - 2026

The ketumpatan ketara sampel ditakrifkan sebagai hasil bahagi antara jisim dan isipadu tidak diubah, yang merangkumi semua ruang atau liang yang terkandung di dalamnya. Sekiranya terdapat udara di ruang-ruang ini, ketumpatan nyata ρ _b , atau ketumpatan pukal adalah:

ρ _b = Jisim / Isipadu = Jisim _zarah + Jisim _udara / Isipadu _zarah + Isi padu _udara

Rajah 1. Ketumpatan pukal sangat penting untuk mencirikan tanah. Sumber: Wikimedia Commons.

Semasa mengira ketumpatan pukal sampel tanah, ia mesti dikeringkan terlebih dahulu di dalam ketuhar pada suhu 105 ºC sehingga jisimnya tetap, menunjukkan bahawa semua udara telah tersejat.

Menurut definisi ini, ketumpatan tanah atau ketumpatan kering, dikira dengan cara ini:

ρ _s = Berat unsur pepejal / Isipadu _pepejal + Isipadu _liang

Menandakan sebagai M _s berat kering atau besar-besaran dan V _t = V _s + V _p sebagai jumlah keseluruhan, formula adalah:

ρ _s = M _s / V _t

Unit

Unit ketumpatan pukal dalam Sistem Antarabangsa Unit adalah kg / m ³ . Walau bagaimanapun, unit lain seperti g / cm ³ dan megagram / meter padu: Mg / m ³ juga banyak digunakan.

Konsep ketumpatan jelas sangat berguna ketika datang ke bahan heterogen dan berpori seperti tanah, kerana ini menunjukkan keupayaan saliran dan pengudaraan mereka, antara kualiti lain.

Sebagai contoh, tanah berpori yang buruk mempunyai ketumpatan pukal yang tinggi, padat, dan cenderung menyiram dengan mudah, tidak seperti tanah berliang.

Apabila terdapat air atau cecair lain di liang-liang sampel, isipadu setelah pengeringan berkurang, oleh itu, semasa membuat pengiraan, perlu mengetahui bahagian air asli (lihat contoh yang diselesaikan).

Ketumpatan pukal tanah

Ketumpatan ketara bahan secara umum, termasuk tanah, sangat berubah-ubah, kerana terdapat faktor-faktor seperti tahap pemadatan, kehadiran bahan organik, tekstur, struktur, kedalaman dan lain-lain, yang mempengaruhi bentuk dan bentuknya. jumlah ruang liang.

Tanah didefinisikan sebagai campuran heterogen dari bahan bukan organik, bahan organik, udara dan air. Teksturnya halus, sederhana atau kasar hingga sentuhan, sementara partikel komponen dapat disusun dengan berbagai cara, parameter yang dikenal sebagai struktur.

Tanah yang halus dan berstruktur dengan baik dengan peratusan bahan organik yang tinggi cenderung mempunyai nilai kepadatan yang jelas. Sebaliknya, tanah tebal, dengan bahan organik dan struktur yang sedikit, cenderung mempunyai nilai yang lebih tinggi.

Ketumpatan ketara mengikut tekstur

Menurut teksturnya, ketumpatan yang nyata mempunyai nilai berikut:

Tekstur	Ketumpatan Rupanya (g / cm 3 )
Baik	1.00 - 1.30
Median	1.30 - 1.50
Kasar	1.50 - 1.70

Nilai-nilai ini berfungsi sebagai rujukan umum. Dalam tanah bergambut, banyak dalam sisa-sisa tumbuhan, ketumpatan ketara boleh menjadi serendah 0.25 g / cm ³ , jika ia adalah tanah mineral gunung berapi itu adalah sekitar 0.85 g / cm ³ , manakala di tanah yang sangat dipadatkan ia mencapai 1.90 g / cm ³ .

Ketumpatan nyata mengikut kedalaman

Nilai ketumpatan yang nyata juga meningkat dengan kedalaman, kerana tanah pada umumnya lebih padat dan mempunyai peratusan bahan organik yang lebih rendah.

Bahagian dalam medan terdiri dari lapisan mendatar atau strata, yang disebut cakrawala. Horizon mempunyai tekstur, komposisi, dan pemadatan yang berbeza. Oleh itu, mereka menunjukkan variasi dari segi ketumpatan yang jelas.

Gambar 2. Profil tanah yang menunjukkan cakrawala yang berbeza. Sumber: Wikimedia Commons.

Kajian tanah berdasarkan profilnya, yang terdiri dari pelbagai cakrawala yang saling mengikut satu sama lain secara menegak teratur.

Bagaimana mengukur ketumpatan yang jelas?

Oleh kerana kebolehubahan dalam ketumpatan pukal sangat besar, selalunya ia harus diukur secara langsung dengan pelbagai prosedur.

Kaedah paling mudah adalah mengekstrak sampel dari tanah, memasukkan sedikit dengan silinder logam ruang dengan isipadu yang diketahui ke dalamnya dan memastikan tidak memampatkan tanah. Sampel yang diekstrak ditutup, untuk mengelakkan kehilangan kelembapan atau perubahan ciri.

Kemudian di makmal sampel diekstrak, ditimbang dan kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 105ºC hingga kering selama 24 jam.

Walaupun cara paling mudah untuk mencari ketumpatan kering tanah, ini bukanlah kaedah yang paling sesuai untuk tanah dengan tekstur yang sangat longgar atau penuh dengan batu.

Untuk ini, kaedah menggali lubang dan menyelamatkan bumi yang diekstrak lebih disukai, yang akan menjadi sampel untuk dikeringkan. Isipadu sampel ditentukan dengan menuangkan pasir kering atau air ke dalam lubang yang digali.

Bagaimanapun, dari sampel adalah mungkin untuk menentukan sifat tanah yang sangat menarik untuk mencirikannya. Latihan yang diselesaikan berikut menerangkan cara melakukannya.

Latihan diselesaikan

Sampel tanah liat dengan panjang 100 mm diambil dari silinder sampel, diameter dalamannya juga 100 mm. Apabila ditimbang, jisim 1531 g diperoleh, yang sekali kering dikurangkan menjadi 1178 g. Graviti tentu zarah adalah 2.75. Ia diminta untuk mengira:

a) Ketumpatan pukal sampel

b) Kandungan lembapan

c) Nisbah kekosongan

d) Ketumpatan kering

e) Tahap ketepuan

f) Kandungan udara

Penyelesaian untuk

Isipadu yang tidak berubah V _t adalah isipadu asal sampel. Untuk silinder berdiameter D dan tinggi h, isipadu adalah:

V _silinder = V _t = Kawasan asas x height = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Pernyataan tersebut menyatakan bahawa jisim sampel adalah M _s = 1531 g, oleh itu menurut persamaan yang diberikan pada awal:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950 319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Penyelesaian b

Oleh kerana kita mempunyai jisim asli dan jisim kering, jisim air yang terdapat dalam sampel adalah perbezaan kedua-duanya:

_Air M = 1531 g - 1178 g = 353 g

Peratusan kelembapan dalam sampel dikira seperti berikut:

% Kelembapan = (Jisim _air / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Penyelesaian c

Untuk mengetahui nisbah kekosongan, jumlah isi sampel V _t mesti dipecah menjadi:

V _t = V _zarah + isi _pori

Isipadu yang ditumpukan oleh zarah diperoleh dari jisim kering dan graviti spesifik, data yang diperoleh dari pernyataan tersebut. Tertentu graviti s _g adalah hasil bahagi antara ketumpatan bahan dan ketumpatan air di bawah keadaan piawai, oleh itu ketumpatan bahan adalah:

ρ = s _g x ρ _air = 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

Isipadu lompang dalam sampel ialah V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Nisbah kekosongan e adalah:

e = V _v / V _s = 0,000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0,83

Penyelesaian d

Ketumpatan kering sampel dihitung seperti yang ditunjukkan dalam pendahuluan:

ρ _s = Berat unsur pepejal / _Pepejal isi padu + _Pori isi padu = 1178 g / 0.000785 m ³ = 1.5 Mg / m ³

Penyelesaian e

Tahap ketepuan adalah S = (V _air / V _v ) x 100%. Oleh kerana kita mengetahui jisim air dalam sampel, dikira dalam item b) dan ketumpatannya, pengiraan isipadunya segera:

ρ _air = M _air / V _air → V _air = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0.000353 m ³

Sebaliknya, jumlah lompang dikira dalam item c)

S = (0,000353 m ³ / 0,000357 m ³ ) x 100% = 98,9%

Penyelesaian f

Akhirnya, peratusan kandungan udara adalah A = (V _udara / V _t ) x 100%. Isipadu udara sepadan dengan:

V _v - V _air = 0,000357 m ³ - 0,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = ( _udara V / _{t t} ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x100% = 0,51%

Rujukan

1. Berry, P. Tanah Mekanik. Bukit McGraw.
2. Konstrukmatik. Ketumpatan ketara. Dipulihkan dari: construmatica.com.
3. NRCS. Ketumpatan Pukal Tanah. Dipulihkan dari: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Jabatan Edaphology. Manual Prosedur Analisis Fizik Tanah. Dipulihkan dari: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Ketumpatan pukal. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Lantai. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.