MẬT ĐỘ BIỂU KIẾN: CÔNG THỨC, ĐƠN VỊ VÀ CÁC BÀI TẬP ĐÃ GIẢI - VẬT LÝ - 2025

Các mật độ rõ ràng của một mẫu được định nghĩa là thương số giữa khối lượng của nó và khối lượng không thay đổi gì, trong đó bao gồm tất cả các khoảng trống hoặc lỗ chân lông mà nó chứa. Nếu có không khí trong những không gian này, mật độ biểu kiến ​​ρ _b , hoặc mật độ khối là:

ρ _b = Khối lượng / Thể tích = Khối lượng của _{các hạt} + Khối lượng của _{không khí} / Khối lượng của _{các hạt} + Khối lượng của _{không khí}

Hình 1. Mật độ khối lượng lớn rất quan trọng để xác định đặc điểm của đất. Nguồn: Wikimedia Commons.

Khi tính khối lượng riêng của mẫu đất, mẫu đất phải được làm khô trước trong tủ sấy ở 105ºC cho đến khi khối lượng không đổi, chứng tỏ rằng tất cả không khí đã bay hơi hết.

Theo định nghĩa này, tỷ trọng biểu kiến ​​của đất hoặc tỷ trọng khô, được tính theo cách này:

ρ _s = Khối lượng của phần tử _rắn / Thể tích vật _rắn + Thể tích _{lỗ rỗng}

Ký hiệu M _s là trọng lượng hoặc khối lượng khô và V _t = V _s + V _p là tổng thể tích, công thức là:

ρ _s = M _s / V _t

Các đơn vị

Đơn vị của khối lượng riêng trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế là kg / m ³ . Tuy nhiên, các đơn vị khác như g / cm ³ và megagam / mét khối: Mg / m ³ cũng được sử dụng rộng rãi.

Khái niệm về tỷ trọng biểu kiến ​​rất hữu ích khi nói đến các vật liệu không đồng nhất và xốp như đất, vì nó biểu thị khả năng thoát nước và thông khí của chúng, cùng với các chất lượng khác.

Ví dụ, đất kém xốp có mật độ khối cao, chặt và có xu hướng dễ tưới nước, không giống như đất xốp.

Khi có nước hoặc chất lỏng khác trong các lỗ xốp của mẫu, thể tích sau khi làm khô giảm, do đó khi tính toán phải biết tỷ lệ nước ban đầu (xem ví dụ đã giải).

Mật độ đất lớn

Mật độ biểu kiến ​​của vật liệu nói chung, bao gồm đất, rất thay đổi, vì có các yếu tố như mức độ nén chặt, sự hiện diện của chất hữu cơ, kết cấu, cấu trúc, độ sâu và những yếu tố khác, ảnh hưởng đến hình dạng và hình dạng. số lượng không gian lỗ chân lông.

Đất được định nghĩa là một hỗn hợp không đồng nhất của các chất vô cơ, chất hữu cơ, không khí và nước. Chúng có thể có kết cấu mịn, trung bình hoặc thô khi chạm vào, trong khi các hạt thành phần có thể được sắp xếp theo nhiều cách khác nhau, một thông số được gọi là cấu trúc.

Đất mịn, có cấu trúc tốt với tỷ lệ chất hữu cơ cao thường có giá trị mật độ biểu kiến ​​thấp. Ngược lại, đất dày, ít chất hữu cơ và ít cấu trúc, có xu hướng có giá trị cao hơn.

Mật độ biểu kiến ​​theo kết cấu

Theo kết cấu của nó, mật độ biểu kiến ​​có các giá trị sau:

Kết cấu	Mật độ biểu kiến ​​(g / cm 3 )
Khỏe	1,00 - 1,30
Trung bình	1,30 - 1,50
Tổng	1,50 - 1,70

Các giá trị này đóng vai trò là tham chiếu chung. Trong đất than bùn, có nhiều tàn dư thực vật, mật độ biểu kiến ​​có thể thấp tới 0,25 g / cm ³ , nếu là đất khoáng núi lửa thì khoảng 0,85 g / cm ³ , trong khi ở đất rất chặt, nó đạt tới 1,90 g / cm ³ .

Mật độ biểu kiến ​​theo độ sâu

Giá trị mật độ biểu kiến ​​cũng tăng theo độ sâu, vì đất nói chung được nén chặt hơn và có tỷ lệ chất hữu cơ thấp hơn.

Phần bên trong của địa hình được cấu tạo bởi các lớp hoặc địa tầng nằm ngang, gọi là chân trời. Các đường chân trời có kết cấu, thành phần và độ nén khác nhau. Do đó, chúng thể hiện sự thay đổi về mật độ biểu kiến.

Hình 2. Một mặt cắt đất cho thấy các chân trời khác nhau. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nghiên cứu về đất dựa trên mặt cắt của nó, bao gồm các chân trời khác nhau nối tiếp nhau theo một cách thẳng đứng có trật tự.

Làm thế nào để đo mật độ biểu kiến?

Vì sự biến thiên về mật độ khối là rất lớn, nên nó thường phải được đo trực tiếp bằng nhiều quy trình khác nhau.

Phương pháp đơn giản nhất là lấy một mẫu từ đất, chèn một chút bằng một hình trụ kim loại không gian có thể tích đã biết vào đó và đảm bảo không nén chặt đất. Mẫu chiết được đậy kín để tránh làm mất độ ẩm hoặc thay đổi các đặc tính.

Sau đó, trong phòng thí nghiệm, mẫu được chiết xuất, cân và sau đó cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 105ºC để làm khô trong 24 giờ.

Mặc dù đây là cách đơn giản nhất để tìm độ đặc khô của đất, nhưng đây không phải là cách tốt nhất đối với đất có kết cấu quá lỏng lẻo hoặc có nhiều đá.

Đối với những trường hợp này, phương pháp đào hố và tiết kiệm đất được chiết xuất được ưu tiên hơn cả, đây sẽ là phương pháp làm khô mẫu. Thể tích của mẫu được xác định bằng cách đổ cát khô hoặc nước vào lỗ đã đào.

Trong mọi trường hợp, từ mẫu có thể xác định các đặc tính rất thú vị của đất để đặc trưng cho nó. Bài tập đã giải sau đây mô tả cách thực hiện.

Bài tập đã giải quyết

Một mẫu đất sét có chiều dài 100 mm được lấy từ hình trụ mẫu, đường kính trong của ống này cũng là 100 mm. Khi cân thì thu được khối lượng 1531 g, khi khô thì khối lượng này giảm xuống còn 1178 g. Trọng lượng riêng của các hạt là 2,75. Nó được yêu cầu tính toán:

a) Mật độ khối của mẫu

b) Độ ẩm

c) Tỷ lệ rỗng

d) Mật độ khô

e) Mức độ bão hòa

f) Nội dung không khí

Giải pháp cho

Thể tích không thay đổi V _t là thể tích ban đầu của mẫu. Đối với hình trụ có đường kính D và chiều cao h, thể tích là:

V _{hình trụ} = V _t = Diện tích đáy x chiều cao = πD ^2/4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Tuyên bố nói rằng khối lượng của mẫu là M _s = 1531 g, do đó theo phương trình đã cho ở đầu:

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

Giải pháp b

Vì chúng ta có khối lượng ban đầu và khối lượng khô, khối lượng của nước chứa trong mẫu là hiệu của hai khối lượng này:

M _nước = 1531 g - 1178 g = 353 g

Phần trăm độ ẩm trong mẫu được tính như sau:

% Độ ẩm = (Khối lượng _nước / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Giải pháp c

Để tìm tỷ lệ rỗng, tổng thể tích của mẫu V _t phải được chia nhỏ thành:

V _t = V _hạt + thể tích _lỗ

Thể tích chiếm bởi các hạt thu được từ khối lượng khô và trọng lượng riêng, dữ liệu thu được từ tuyên bố. Trọng lượng riêng s _g là thương số giữa khối lượng riêng của vật liệu và khối lượng riêng của nước ở điều kiện tiêu chuẩn, do đó khối lượng riêng của vật liệu là:

ρ = s _g x ρ _nước = 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

Thể tích của khoảng trống trong mẫu là V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Tỷ lệ rỗng e là:

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

Giải pháp d

Tỷ trọng khô của mẫu được tính như chỉ dẫn trong phần giới thiệu:

ρ _s = Khối lượng của các phần tử rắn / Khối lượng _{chất rắn} + Khối lượng _{lỗ rỗng} = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Giải pháp e

Mức độ bão hòa là S = (V _nước / V _v ) x 100%. Vì chúng ta biết khối lượng của nước trong mẫu, được tính ở mục b) và khối lượng riêng của nó, việc tính thể tích của nó là ngay lập tức:

ρ _nước = M _nước / V _nước → V _nước = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0,000353 m ³

Mặt khác, khối lượng khoảng trống được tính toán trong mục c)

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

Giải pháp f

Cuối cùng, thành phần phần trăm của không khí là A = (V _{không khí} / V _t ) x 100%. Thể tích không khí tương ứng với:

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

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

Người giới thiệu

1. Berry, P. Cơ học đất. Đồi McGraw.
2. Cấu tạo. Mật độ rõ ràng. Được khôi phục từ: construmatica.com.
3. NRCS. Mật độ đất lớn. Đã khôi phục từ: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Khoa Biên tập. Sổ tay Quy trình Phân tích Vật lý Đất. Đã khôi phục từ: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Mật độ số lượng lớn. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Sàn nhà. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.