Объемная плотность

В материаловедении определяемое объемная плотность , также называемая кажущейся плотностью , представляет собой свойство материала, как масса многих частиц материала, разделенная на объемный объем . Объемный объем определяется как общий объем, занимаемый частицами, включая собственный объем частицы, объем межчастичных пустот частиц и объем внутренних пор . ^[1]

Объемная плотность полезна для таких материалов, как порошки , гранулы и другие «разделенные» твердые вещества , особенно в отношении минеральных компонентов ( почвы , гравия ), химических веществ , фармацевтических ингредиентов , пищевых продуктов или любых других масс корпускулярных или твердых частиц ( частицы ).

Объемная плотность — это не то же самое, что плотность частиц , которая является внутренним свойством твердого тела и не включает объем пустот между частицами (см. Плотность некомпактных материалов ). Объемная плотность — это внешнее свойство материала; оно может меняться в зависимости от способа обращения с материалом. Например, порошок, насыпанный в цилиндр, будет иметь определенную объемную плотность; если цилиндр потревожен, частицы порошка будут перемещаться и обычно осядут ближе друг к другу, что приведет к более высокой объемной плотности. По этой причине объемная плотность порошков обычно указывается как «свободно осевшая» (или «налитая» плотность), так и «выпущенная» плотность (где «выпущенная» плотность относится к объемной плотности порошка после определенного процесса уплотнения, обычно включая вибрацию контейнера. ^[2])

Земля

Объемная плотность почвы во многом зависит от минерального состава почвы и степени ее уплотнения . ^[3] Плотность кварца составляет около 2,65 г/см. ³ но (сухая) объемная плотность минеральной почвы обычно составляет примерно половину этой плотности, от 1,0 до 1,6 г/см. ³. Напротив, почвы, богатые почвенным органическим углеродом и некоторыми рыхлыми глинами, как правило, имеют более низкую объемную плотность ( <1,0 г/см2). ³) из-за сочетания малой плотности самих органических материалов и повышенной пористости . Например, торфяные почвы имеют объемную плотность от 0,02 до 0,98 г/см. ³. ^[4] В подробном исследовании, в котором использовалось 6000 проанализированных образцов в Европейском Союзе, была создана карта объемной плотности почвы с высоким разрешением (100 м) для глубины 0–20 см с использованием регрессионной модели. ^[5] Объемная плотность возделываемых земель почти в 1,5 раза выше, чем у лесных массивов.

Объемная плотность почвы обычно определяется по образцу керна , который отбирается путем вбивания металлического керна в почву на желаемой глубине и горизонте. ^[6] Это дает образец почвы известного общего объема $V t$ . По этому образцу можно определить объемную плотность во влажном состоянии и объемную плотность в сухом состоянии. ^[7]

Для определения объемной плотности во влажном состоянии (общая объемная плотность) этот образец взвешивают, получая массу $M t$ . Для определения насыпной плотности в сухом состоянии образец высушивают в печи и взвешивают, получая массу твердых частиц почвы $M s$ . Соотношение этих двух масс равно $M t = M s + M l$ , где $M l$ — масса веществ, теряемых при сушке в печи (часто, преимущественно воды). Сухую и влажную объемную плотность рассчитывают как

Сухая объемная плотность = масса почвы/объем в целом

\rho _{b}={\frac {M_{s}}{V_{t}}}

Объемная плотность во влажном состоянии = масса почвы плюс жидкости/объем в целом.

\rho _{t}={\frac {M_{t}}{V_{t}}}

Сухая объемная плотность почвы обратно пропорциональна пористости той же почвы: чем больше порового пространства в почве, тем ниже значение объемной плотности. Объемная плотность области внутри Земли также связана с сейсмической скоростью волн, проходящих через нее: для P-волн это было количественно определено с помощью соотношения Гарднера . Чем выше плотность, тем выше скорость.

См. также

Примечания

^ Бакман, Гарри О.; Брэди, Найл К. (1960). Природа и свойства почв - Учебник по Эдафологии (6-е изд.). Нью-Йорк: Макмиллан. п. 50.
^ «Насыпная плотность порошка - Объемная плотность твердых веществ - Объемные свойства порошка - Свободная плотность порошка - Плотность высыпки порошка - PowderProcess.net» . www.powderprocess.net . Проверено 22 февраля 2018 г.
^ Наваз, Мухаммад Фаррах; Бурри, Гильем; Тролар, Фабьен (2013). «Воздействие уплотнения почвы и моделирование. Обзор» . Агрономия для устойчивого развития . 33 (2): 291–309. дои : 10.1007/s13593-011-0071-8 .
^ Соан, Б.Д. (1990). «Роль органического вещества в уплотняемости почвы: обзор некоторых практических аспектов». Исследования почвы и обработки почвы . 16 (1–2): 179–201. Бибкод : 1990STilR..16..179S . дои : 10.1016/0167-1987(90)90029-Д .
^ Панагос, Панос; Де Роза, Даниэле; Лиакос, Леонид; Лабуири, Маева; Боррелли, Паскуале; Баллабио, Криштиану (01 апреля 2024 г.). «Оценка объемной плотности почвы в Европе» . Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 364 : 108907. Бибкод : 2024AgEE..36408907P . дои : 10.1016/j.agee.2024.108907 .
^ Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США «Индикаторы качества почвы - объемная плотность». Архивировано 13 апреля 2020 г. на Wayback Machine, получено 5 декабря 2013 г.
^ Аргоннская национальная лаборатория «Руководство по сбору данных RESRAD, глава 2 — Плотность почвы» получено 26 мая 2012 г. Архивировано 15 сентября 2016 г. на Wayback Machine .

Внешние ссылки

[1] Бакман, Гарри О.; Брэди, Найл К. (1960). Природа и свойства почв - Учебник по Эдафологии (6-е изд.). Нью-Йорк: Макмиллан. п. 50.

[2] «Насыпная плотность порошка - Объемная плотность твердых веществ - Объемные свойства порошка - Свободная плотность порошка - Плотность высыпки порошка - PowderProcess.net» . www.powderprocess.net . Проверено 22 февраля 2018 г.

[3] Наваз, Мухаммад Фаррах; Бурри, Гильем; Тролар, Фабьен (2013). «Воздействие уплотнения почвы и моделирование. Обзор» . Агрономия для устойчивого развития . 33 (2): 291–309. дои : 10.1007/s13593-011-0071-8 .

[4] Соан, Б.Д. (1990). «Роль органического вещества в уплотняемости почвы: обзор некоторых практических аспектов». Исследования почвы и обработки почвы . 16 (1–2): 179–201. Бибкод : 1990STilR..16..179S . дои : 10.1016/0167-1987(90)90029-Д .

[5] Панагос, Панос; Де Роза, Даниэле; Лиакос, Леонид; Лабуири, Маева; Боррелли, Паскуале; Баллабио, Криштиану (01 апреля 2024 г.). «Оценка объемной плотности почвы в Европе» . Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 364 : 108907. Бибкод : 2024AgEE..36408907P . дои : 10.1016/j.agee.2024.108907 .

[6] Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США «Индикаторы качества почвы - объемная плотность». Архивировано 13 апреля 2020 г. на Wayback Machine, получено 5 декабря 2013 г.

[7] Аргоннская национальная лаборатория «Руководство по сбору данных RESRAD, глава 2 — Плотность почвы» получено 26 мая 2012 г. Архивировано 15 сентября 2016 г. на Wayback Machine .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]