Структура песка: измерение плотности и пористости песка | Научный проект

1.9: Объемная плотность, плотность частиц и пористость

По завершении этого лабораторного упражнения учащиеся должны быть в состоянии непосредственно измерить объемную плотность и плотность частиц, используя метод градуированного цилиндра для грубозернистых, неагрегированных образцов почвы. Студенты также научатся рассчитывать пористость почвы.

Результаты обучения:

Выполнив это упражнение, вы должны быть в состоянии:

  • прямое измерение объемной плотности и плотности частиц с использованием метода градуированного цилиндра для грубозернистых, неагрегированных образцов почвы
  • определить насыпную плотность керна грунта с учетом уплотнения при сборе
  • рассчитать пористость почвы

Задний план:

Из Брейди и Вейла, Природа и свойства почв, 13-е изд. Почвы состоят из комбинации твердых веществ (почвенные частицы), жидкости (почвенная вода) и газов (почвенная атмосфера). Жидкие и газообразные части необходимы для роста растений и находятся в порах среди твердых частиц почвы. Объемная плотность – это мера массы почвы на данный объем (т.е. г/см3), включая твердые частицы и поры. Объемная плотность это свойство почвы, которое обычно измеряют земледельцы и инженеры. Почвы с высокой объемной плотностью — это почвы с небольшим поровым пространством, поэтому инфильтрация воды снижается, проникновение корней затруднено, а аэрация ограничена, что снижает продуктивность сельского хозяйства. Грунты с низкой объемной плотностью легко уплотняются и могут значительно оседать в ущерб дорогам, тротуарам и фундаментам зданий.

Плотность частиц – мера массы твердого вещества почвы в данном объеме (г/см3); однако поровое пространство не учитывается, как и объемная плотность. Плотность частиц аналогична удельному весу твердого вещества и не зависит от землепользования. Плотность частиц приблизительно равна 2.65 г/см3, хотя это число может значительно варьироваться, если образец почвы имеет высокую концентрацию органического вещества, что снижает плотность частиц, или минералов с высокой плотностью, таких как магнетит, гранат, роговая обманка и т. д.

пористость, объемный процент образца почвы, не занятого твердыми частицами, напрямую связан с объемной плотностью и плотностью частиц. Если плотность частиц остается постоянной, по мере увеличения объемной плотности пористость уменьшается.

Необходимое оборудование:

  • 2 образца песчаного грунта – один крупный и один мелкий
  • Максимальный баланс нагрузки
  • Почвенный шпатель
  • Градуированный цилиндр 100 мл
  • Стакан 50 мл (2)
  • Бутылка воды
  • Калькулятор
  • Бумажные полотенца
  • Грязевое ведро
Читайте также:
Затраты на замену электрических панелей

Упражнение:

  1. Добавьте чуть более 50 мл двух образцов почвы в стаканы на 50 мл.
  2. Очистите и тщательно высушите градуированный цилиндр объемом 100 мл. Взвесьте и запишите вес (А).
  3. Медленно добавьте образец почвы № 1 в предварительно взвешенный градуированный цилиндр до линии 10 мл. Уплотните почву, бросив ее на мягкую поверхность, такую ​​как книга, блокнот и т. д., не менее десяти раз с высоты примерно 2-3 дюйма.
  4. Повторяйте этот процесс с интервалами в десять мл, пока не достигнете отметки 50 мл.
  5. Используйте шпатель для почвы, чтобы выровнять верхнюю часть образца в градуированном цилиндре, и добавляйте почву с помощью шпателя до тех пор, пока верхняя часть образца почвы не сравняется с линией 50 мл – это общий объем уплотненной почвы (B) (1 мл = 1 см3).
  6. Взвесьте и запишите градуированный цилиндр плюс вес утрамбованного грунта (C).
  7. Верните любой образец почвы, оставшийся в стакане, в контейнер для хранения образцов и высушите стакан.
  8. Верните образец 50 мл в градуированном цилиндре в химический стакан на 50 мл. Удалите весь образец из градуированного цилиндра.
  9. Теперь добавьте ровно 50 мл воды в мерный цилиндр, запишите объем (E).
  10. Медленно налейте примерно 25 мл образца почвы из стакана в воду в мерном цилиндре. Аккуратно перемешайте почвенно-водную смесь, чтобы удалить пузырьки воздуха. Добавьте вторые 25 мл образца почвы и снова перемешайте, чтобы удалить пузырьки воздуха.
  11. Запишите новый том (F)
  12. Повторите процесс для образца почвы № 2.
  13. Рассчитайте объемную плотность, плотность частиц и пористость, используя следующие формулы:

Эта страница под названием 1.9: Объемная плотность, плотность частиц и пористость распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Марком В. Боуэном посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Структура песка: измерение плотности и пористости песка

Для многих детей день на пляже был бы неполным без строительства замка из песка. Вы когда-нибудь задумывались, как можно засыпать песок в форму для замка из песка? Упаковывают ли некоторые виды песка лучше, чем другие? Этот проект покажет вам, как измерить пористость песка: сколько воздуха находится между песчинками. Может быть, вы сможете использовать свои знания, полученные в этом проекте, чтобы делать большие и лучшие проекты с песком.

Читайте также:
Как установить диммерный выключатель света: подключение и замена (сделай сам)

Заключение

Эндрю Олсон, доктор философии, друзья по науке

Целью этого проекта является измерение плотности и пористости различных образцов песка.

Введение

Если вы когда-либо строили замки из песка на пляже, вы знаете, что вам нужно сильно надавить и плотно набить песок внутри ведра, если вы хотите, чтобы он сохранял свою форму, когда вы переворачиваете ведро, чтобы построить башню. Вы когда-нибудь останавливались и думали, как сделать так, чтобы песок занимал меньше места?

Песок состоит из мельчайших отдельных песчинок. Зерна происходят из горных пород, а иногда и из других материалов, таких как кораллы или другие морские организмы с известковыми частями тела. Эти материалы со временем были разрушены естественными силами, такими как ветер, лед и движущаяся вода. Минеральный состав песка может сильно различаться в зависимости от материала, из которого он образовался.

Отдельные зерна бывают разных размеров. Вы даже можете купить песок, отсортированный по размеру (песок пропускают через разные сетки, чтобы получить зерна достаточно одинакового размера). Когда песчинки сложены друг на друга, они не идеально подходят друг к другу. Между зернами есть пустоты (пустые пространства). Объем этих пустот в образце песка иногда называют пористость песка.

В этом проекте вы будете измерять пористость и плотность различных типов песка. Упаковываются ли мелкие песчинки более плотно друг к другу, чтобы песок был менее пористым? Или количество воздушного пространства такое же (или даже больше) в мелкозернистом песке, потому что в том же пространстве больше зерен (следовательно, больше воздушных карманов)? Что вы думаете? Мы покажем вам, как сделать измерения, чтобы узнать для себя.

Термины и понятия

Чтобы выполнить этот проект, вы должны провести исследование, которое позволит вам понять следующие термины и понятия:

  • Масса
  • Громкости
  • Плотность
  • Воздушное пространство
  • Процент пористости
  • Структура песка
  • Как изменяется воздушное пространство при изменении размера песка?

Библиография

  • Вот некоторая полезная справочная информация о структуре песка:
    Армстронг, В. П., 2006. Песчаные песчинки: крошки от старой скалы, Слово Уэйна, онлайн-учебник естествознания. Проверено 25 июня 2007 г.
  • Астронавты несут песок в космос? Вот классная статья НАСА о свойствах песка под давлением:
    Барри, П.Л., 2002. Физика замков из песка, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Проверено 20 июня 2007 г.
  • Вот учебник по Excel, который поможет вам начать работу с программой для работы с электронными таблицами:
    Эксель Легкий. (й). Excel Easy: учебник по Excel №1 в сети. Проверено 15 июля 2014 г.
Читайте также:
Почему вы должны использовать пробковые полы для подвалов

Материалы и оборудование

Для проведения эксперимента вам потребуются следующие материалы и оборудование:

  • Несколько разных образцов сухого песка с разной зернистостью
  • раструб
  • мерный цилиндр на 10 мл; доступно на Amazon.com
  • мерный цилиндр на 50 мл; доступно на Amazon.com
  • Стержень для перемешивания (подходит для цилиндра на 50 мл)
  • Кухонные весы (предпочтительно с граммовой шкалой), такие как цифровые карманные весы Fast Weigh MS-500-BLK, 500 на 0.1 г, доступные на Amazon.com.
  • воды
  • Калькулятор или программа для работы с электронными таблицами (например, Microsoft Excel или WordPerfect QuattroPro)

Регистрационные данные: Science Buddies участвует в партнерских программах с Home Science Tools, Amazon.com, Carolina Biological и Jameco Electronics. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, общественную благотворительную организацию 501(c)(3), и обеспечивают бесплатность наших ресурсов для всех. Нашим главным приоритетом является обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам по адресу scibuddy@sciencebuddies.org.

Экспериментальная процедура

  1. Проведите предварительное исследование, чтобы ознакомиться с терминами, понятиями и вопросами, приведенными выше.
  2. Взвесьте пустой мерный цилиндр на кухонных весах. Запишите массу цилиндра (в г) в лабораторную тетрадь.
  3. Используйте воронку, чтобы насыпать образец сухого песка в градуированный цилиндр. Вы хотите, чтобы он был заполнен примерно наполовину (5-6 мл), но точное количество не имеет решающего значения.
  4. Считайте фактический объем песка, используя отметки на градуированном цилиндре. Запишите измеренный объем в лабораторную тетрадь.
  5. Снова взвесьте цилиндр (теперь с образцом песка внутри) и запишите массу.
  6. Вычтите вес пустого цилиндра, чтобы получить массу самого образца песка.
  7. Вылейте образец почвы из мерного цилиндра на 10 мл в мерный цилиндр на 50 мл.
  8. Отмерьте 7-8 мл воды в градуированном цилиндре на 10 мл. Запишите точное количество в лабораторную тетрадь.
  9. Добавьте воду в мерный цилиндр объемом 50 мл с песком. Перемешайте смесь, чтобы вода полностью проникла в песок.
  10. Измерьте и запишите общий объем смеси песка и воды.
  11. Очистите и высушите оба градуированных цилиндра и повторите шаги 2–9 три раза для каждого типа песка, который вы тестируете (выполните не менее четырех испытаний для каждого типа песка).
Читайте также:
Советы и методы покраски стен своими руками (с иллюстрациями) | Семейный Разнорабочий

Анализ ваших данных

  1. Вы можете организовать свои данные в виде таблицы, подобной приведенной ниже:
  1. Разделите объем воздушного пространства (в мл) на начальный объем песка (также в мл).
  2. Умножьте полученную дробь на 100.
  3. Результатом является процент от первоначального объема песка, который занят воздухом между зернами.

Задайте вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Вариации

  • Почва может со временем уплотняться под давлением сверху. Попробуйте уплотнить образцы песка и сравнить измерения плотности и пористости с неуплотненными образцами. Используйте ластик на конце карандаша, чтобы утрамбовать образец в градуированном цилиндре объемом 10 мл перед измерением объема. Теперь самое сложное: сможете ли вы придумать способ заставить воду проникнуть в образец, не перемешивая его? Перемешивание «распаковывает» песок, поэтому вам нужно придумать хороший способ подачи воды в образец, не нарушая при этом песок. Как трамбовка карандашом влияет на плотность образца песка? Как трамбовка карандашом влияет на пористость образца песка?
  • Связанный эксперимент, в котором изучается, как объем песка изменяется под давлением, см. в проекте Science Buddies Beach Bum Science: Compression of Wet Sand.

Карьера

Если вам нравится этот проект, вам может понравиться изучение следующих связанных профессий:

Что позволяет создавать высокотехнологичные объекты, такие как компьютеры и спортивный инвентарь? Это материалы внутри этих продуктов. Материаловеды и инженеры разрабатывают такие материалы, как металлы, керамика, полимеры и композиты, которые нужны другим инженерам для их проектов. Материаловеды и инженеры мыслят атомарно (имеется в виду, что они понимают вещи на наноуровне), но проектируют микроскопически (на уровне микроскопа), а их материалы используются макроскопически… Читать дальше

Точно так же, как врач использует инструменты и методы, такие как рентгеновские лучи и стетоскопы, чтобы заглянуть внутрь человеческого тела, ученые-геологи исследуют внутренности гораздо более крупного пациента — планеты Земля. Ученые-геологи стремятся лучше понять нашу планету и открыть для себя природные ресурсы, такие как вода, минералы и нефтяное масло, которые используются во всем: от обуви, тканей, дорог, крыш и лосьонов до удобрений, упаковки для пищевых продуктов, чернил и компакт-дисков. Работа геологов затрагивает всех и вся. Читать далее

Читайте также:
75 идей цветочных клумб, которые вам понравятся — декабрь 2022 г. | Хоузз

Не вся грязь одинакова. Фактически, различные типы почвы могут иметь большое значение в некоторых очень важных областях нашего общества. Здание, построенное на песчаной почве, может рухнуть во время землетрясения, а сельскохозяйственные культуры, посаженные в почву с плохим дренажем, могут заболачиваться и гнить после ливня. Задача почвоведа — оценивать состояние почвы и помогать фермерам, строителям и экологам решать, как лучше всего использовать местные почвы. Читать далее

Ссылки по теме

Лента новостей по этой теме

Цитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

Тест на объемную плотность и процентное содержание пустот для заполнителей

Вместимость цилиндрической металлической меры соответствует характеристикам таблицы 1.

Таблица 1 Возможности мер

4. Лопата или совок

Лопата или совок удобного размера для наполнения мерки заполнителем.

5. Оборудование для измерения объема меры

Он включает в себя листовое стекло, смазку, термометр и весы.

Базовые приготовления

  1. Размер тестовой выборки колеблется от 125 % до 200 % от суммы, необходимой для заполнения меры.
  2. Образец агрегата высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 110±5°С.

Определение объема меры

  1. Оцените массу листового стекла и измерьте с точностью до 0.05 кг.
  2. Нанесите тонкий слой смазки на обод мера, чтобы предотвратить утечку воды.
  3. Наполните мерку водой и накройте ее листовым стеклом так, чтобы удалить пузырьки и лишнюю воду.
  4. Определите массу воды, листового стекла и измерьте с точностью до 0.05 кг.
  5. Измерьте температуру воды с точностью до 0.5 °С и укажите ее плотность по таблице 2.
  6. Рассчитать объем, V, меры с использованием следующего выражения:

W: масса воды, листового стекла и меры, кг

M: масса листового стекла и меры, кг

D: плотность воды при измеренной температуре, кг/м^3, и

F: коэффициент меры, 1/м^3

Таблица 2 Плотность воды

Тестовая процедура

  1. Измерьте вес пустой меры (W) с точностью до 0.05 кг, как описано выше.
  2. Заполните меру тремя слоями и уплотните агрегат в три слоя, используя один из трех методов в зависимости от размера агрегата.
Читайте также:
Ротавирус: симптомы, причины, пути распространения и лечение

Метод А. Проволока для максимального размера заполнителя 37.5 мм или менее, Метод В — Отсадка для максимального размера заполнителя более 37.5 мм, но не более 125 мм, и Метод С — Перелопачивание для определения насыпной плотности заполнителя.

Метод А: Роддинг

Заполните меру заполнителем почти равными тремя слоями. Нанесите 25 равномерных ударов стержнем на поверхность каждого слоя. Стержень не должен ударяться о дно меры во время стержня слоя, и необходимо предотвратить проникновение стержня в первый и второй слой во время стержня второго и третьего слоя.

Метод B: отсадка

Заполните меру заполнителем почти равными тремя слоями. Уплотните каждый слой, поместив мерку на твердое основание, попеременно поднимая противоположные стороны примерно на 50 мм и позволяя мерке опускаться таким образом, чтобы наносить резкий хлесткий удар. Уплотните каждый слой, опуская мерку 50 раз, по 25 раз с каждой стороны, и, наконец, выровняйте поверхность заполнителя.

Метод C: перелопачивание

Наполнить мерку до отказа с помощью лопаты или совка, выгружая заполнитель с высоты не более 50 мм над верхом мерки. Предотвратить сегрегацию размеров частиц, из которых состоит образец. Выровняйте поверхность заполнителя.

3. Наконец, определите и запишите массу меры плюс ее содержимое с точностью до 0.05 кг.

вычисления

1. Расчет уплотненной объемной плотности заполнителя

Объемная плотность (M) = (GT) / V Уравнение 3

Объемная плотность (M) = (GT) / F Уравнение 4

M: насыпная плотность заполнителя, кг/м^3,

G: масса агрегата плюс мера, кг,

F: коэффициент измерения, м^3, рассчитанный по уравнению 2.

Насыпная плотность, определенная этим методом испытаний, предназначена для заполнителя в сухом состоянии. Если требуется объемная плотность в условиях насыщения-сухой поверхности (SSD), ее можно рассчитать по следующей формуле:

Mssd= M[1+(A/100)] Уравнение 5

MSSD : насыпная плотность в состоянии SSD, кг/м^3.

2. Пустой контент

Рассчитайте содержание пустот в заполнителе, используя насыпную плотность, определенную с помощью стержневой, отсадочной или лопатной процедуры, следующим образом:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: