Wilgotność objętościowa a porowatość gleby – definicje i zależności
- Szczegóły
Pomiary wilgotności są na drugim miejscu za temperaturą w miernictwie wielkości nieelektrycznych.
W poniższym artykule skupimy się głównie na definicji wilgotności materiałów typu ciała stałe i ciecze.
Jak to zostało zasygnalizowane we wstępie termin wilgotność (ang. humidity) najczęściej odnosi się do wilgotności powietrza.
W języku angielskim bardziej powszechne jest odróżnienie wilgotności powietrza (ang. air humidity) od wilgotności materiału (ang. material moisture).
Moisture tłumaczmy jako wilgoć.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
W języku polskim polskim nazwa „wilgoć materiału” raczej nie funkcjonuje - już bardziej „zawartość wilgoci w materiale” ale jest to wielowyrazowe określenie i w języku mówionym się nie przyjęło (tzw. zasada oszczędzania wysiłku - dążenie do zmniejszania ilości słów/wyrazów).
Przyjęło się za to określenie „mierniki wilgoci” (dotyczą materiału) w odróżnieniu od mierników wilgotności (na ogół dotyczą wilgotności powietrza).
Dodatkowo sprawę nazewnictwa komplikuje możliwość określenia wilgoci materiału na podstawie wilgotności powietrza, którym materiał jest otoczony - tzw. metoda równowagowa pomiaru wilgoci (stosowana dla materiałów higroskopijnych tzn.takich, które chłoną parę wodną z powietrza np. drewno, papier).
Podsumowując - dla pewności przy pomiarach wilgotności należy zwrócić uwagę czy chodzi o wilgotność powietrza czy materiału, bo inaczej definiuje się wilgotności dla ciał stałych a inaczej dla gazów (np. powietrza).
Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Są różne definicje wilgotności materiałów.
Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim.
W artykule został przyjęty symbol literowy M (od ang.
Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności.
Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Na przykład jeżeli wilgotność względna kukurydzy wynosi 15% to oznacza, że np. w próbce 100 gram kukurydzy 15 gramów stanowi woda a 85 gramów to sucha masa kukurydzy.
Jeżeli chodzi o wilgotność bezwzględną, to dobrze definicję tej wilgotności oddaje angielska nazwa „moisture ratio” - wilgotność bezwzględna jest stosunkiem masy wody do masy suchego materiału.
Korzystając z tego samego przykładu jak wyżej, jeżeli 85 gramów to sucha masa kukurydzy a 15g to woda, więc wilgotność bezwzględna będzie wynosiła (15/85)*100 = 17.6%.
Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej.
Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów.
Ze względów historycznych wilgotność bezwzględna jest używana przy pomiarach wilgotności drewna.
Poniższy wykres przedstawia relacje między wilgotnością względną i bezwzględną.
Charakterystyczną wartością wilgotności względnej jest 50% - wtedy wilgotność bezwzględna wynosi 100%.
Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika.
W razie potrzeby można dokonać odpowiedniego przeliczenia na potrzebny typ wilgotności.
Porowatość gleby
Porowatość gleby (Po) - właściwość fizyczna gleby polegająca na występowaniu pomiędzy składnikami fazy stałej gleby wolnych przestworów wypełnionych wodą lub powietrzem.
Porowatość gleby wyrażana jako procentowy stosunek objętości wolnych przestworów glebowych (Vp) do całkowitej objętości gleby (V).
Gleba jest porowatą strukturą trójfazową, składającą się z następujących faz:
- fazy stałej (składników stałych, materiału macierzystego) - cząstek mineralnych (okruchów skał, minerałów, substancji mineralnych), organicznych (próchnicy, resztek roślinnych i zwierzęcych, organizmów glebowych) i mineralno-organicznych, cechujących się różnym stopniem rozdrobnienia, wchodzących w skład kompleksu sorpcyjnego gleby;
- fazy ciekłej (składników płynnych) - wody i roztworu glebowego (wody glebowej wraz z rozpuszczonym w niej związkami mineralnymi i organicznymi);
- fazy gazowej (składników gazowych) - powietrza glebowego (mieszaniny gazów i pary wodnej).
Całkowita objętość gleby (V) stanowi sumę objętości fazy stałej (Vs) oraz objętości wolnych przestrzeni (porów) znajdujących się pomiędzy składnikami fazy stałej (Vp), na którą składa się objętość porów wypełnionych roztworem glebowym (Vw) i objętość porów wypełnionych przez powietrze glebowe (Va).
Zależności te można przedstawić równaniem:
Porowatość gleby w dużym stopniu zależy od składu granulometrycznego (uziarnienia) gleby - stanu rozdrobnienia mineralnych cząstek glebowych.
Właściwości fizyczne gleby
Fizyczne właściwości gleb obejmują ogół cech, procesów i reakcji składników glebowych powiązanych ze zjawiskami fizycznymi.
Wyróżnia się podstawowe (pierwotne) właściwości fizyczne gleb, wynikające bezpośrednio z jakości substratu glebowego i jego stosunku do zajmowanej objętości oraz funkcjonalne (wtórne) właściwości fizyczne gleb, zależne od właściwości podstawowych.
Właściwości pierwotne gleb obejmują:
- skład granulometryczny (uziarnienie, tekstura) - stan rozdrobnienia cząstek mineralnych w glebie (procentowy udział cząstek mineralnych o określonej wielkości w masie glebowej);
- gęstość właściwa - gęstość fazy stałej (stosunek masy fazy stałej gleby do jej objętości);
- gęstość objętościowa - stosunek masy fazy stałej gleby do objętości zajmowanej przez glebę w stanie naturalnym;
- porowatość - występowanie wolnych przestworów wypełnionych wodą lub powietrzem w określonej objętości gleby;
- zwięzłość - opór gleby stawiany podczas jej rozklinowywania lub rozcinania;
- plastyczność - zdolność gleby do przyjmowania różnych kształtów w stanie wilgotnym;
- lepkość - zdolność gleby do przylegania do stykających się z nią przedmiotów;
- pęcznienie i kurczenie się - zmiany objętości gleby wskutek zmian wilgotności.
Właściwości wtórne gleb obejmują:
- właściwości wodne - potencjał wody glebowej, pojemność wodna, bilans wodny
- właściwości powietrzne - skład powietrza glebowego, stopień wymiany gazowej między glebą i atmosferą
- właściwości cieplne - ciepło właściwe, przewodność cieplna, bilans cieplny.
Porowatość gleby jest właściwością fizyczną gleby polegającą na występowaniu pomiędzy składnikami fazy stałej gleby wolnych przestworów (porów) wypełnionych roztworem glebowym lub powietrzem glebowym.
Porowatość gleby zależy od:
- czynników wewnętrznych - składu granulometrycznego (uziarnienia) gleby, struktury i tekstury gleby, zawartości próchnicy, obecności fauny glebowej oraz ilości korzeni
- czynników zewnętrznych - czynników klimatycznych (wilgotność, temperatura) oraz działalności człowieka (zabiegi agrotechniczne).
Porowatość ogólna gleby wyrażana jest jako procentowy stosunek objętości wolnych przestworów glebowych do całkowitej objętości gleby zgodnie z poniższym równaniem:
Pomiar objętości przestworów glebowych przeprowadza się z wykorzystaniem urządzenia zwanego porometrem Loebella.
Wartość porowatości ogólnej gleby można również wyznaczyć z wykorzystaniem znajomości wartości gęstości właściwej oraz gęstości objętościowej gleby.
Gęstość właściwa gleby (gęstość fazy stałej gleby) jest wartością stałą dla danego typu gleby oraz zależy od zawartości składników mineralnych i organicznych w glebie.
Stanowi stosunek masy fazy stałej gleby do jej objętości:
Gęstość właściwa wyznaczana jest za pomocą urządzenia zwanego piknometrem.
Gęstość objętościowa gleby jest właściwością zmienną w czasie i zależy od zagęszczenia wolnych przestrzeni (porów) w glebie oraz zawartości substancji organicznej.
Stanowi stosunek masy fazy stałej gleby do całkowitej objętości gleby:
Porowatość ogólną gleby można więc wyznaczyć ze wzoru:
Wartość porowatości ogólnej dla poszczególnych rodzajów gleb wynosi:
- gleby piaszczyste - 35-45%,
- gleby gliniaste i lessy - 40-50%,
- iły i gleby wysoko próchnicze - 50-60%,
- gleby organiczne (torfy) - 80-90%.
Gęstość gleby a wilgotność
Gęstość (dawniej zwana gęstością właściwą) to stosunek masy fazy stałej gleby do objętości tej fazy.
Gęstość objętościowa gleby to stosunek masy gleby do objętości wraz z zachowanymi porami i wolnymi przestrzeniami.
By ją oznaczyć pobiera się próbkę objętościową, o zachowanej strukturze i układzie.
Jest to cecha bardzo zmienna, uzależniona od stopnia ułożenia ziaren gleby.
tags: #wilgotność #objętościowa #a #porowatość #gleby #definicja
