محتوای آب

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

محتوی آب مقدار آبی است که ماده‌ای مانند خاک، سنگ، سرامیک، میوه یا چوب می‌تواند دربر داشته باشد. محتوی آب در بسیاری از بحث‌های علمی و مهندسی کاربرد دارد و معمولاً به صورت نسبی بیان می‌شود و مقدار آن می‌تواند از صفر (کاملاً خشک) تا به اندازهٔ پوکی ماده (در حالت اشباع) باشد همچنین می‌توان آن را به صورت حجمی و جرمی بیان داشت.

سه فاز موجود در خاک: فاز جامد یا خشک (s)، فضای خالی یا تخلخل‌ها که می‌تواند با آب یا هوا پر شود (v) و آب (w) در اینپرونده: M نشانهٔ جرم و V نشانهٔ حجم.

تعریف[ویرایش]

محتوی حجمی آب یا θ با بیان ریاضی به صورت زیر است:

\theta = \frac{V_w}{V_T}

که در این رابطه V_w حجم آب و V_T = V_s + V_v = V_s + V_w + V_a حجم کل است که برابر است با مجموع حجم خاک، آب و هوا.

محتوی وزنی یا جرمی آب[۱] که بر اساس جرم ماده به صورت زیر بیان می‌شود:

u = \frac{m_w}{m_t}

در این رابطه m_w جرم آب و m_t جرم کل است (وزن هوا را صفر می‌گیریم). در مهندسی خاک و پی و دانش‌های مربوط به خاک، m_s خاکی که در کوره خشک شده باشد برابر با جرم کل یا m_t در نظر گرفته می‌شود.

در مکانیک خاک و مهندسی نفت، عبارت درجهٔ اشباع (degree of saturation) یا اشباع آب (water saturation) با نشانهٔ S_w به صورت زیر تعریف می‌شود:

S_w = \frac{V_w}{V_v} = \frac{V_w}{V_T\phi} = \frac{\theta}{\phi}

که در آن \phi = V_v / V_T همان پوکی و V_v حجم فضاهای خالی خاک است. مقدار S_w می‌تواند از ۰ (خشک) تا ۱ (اشباع) تغییر کند. البته در واقعیت مقدار S_w هرگز به صفر یا ۱ نمی‌رسد بلکه این مقدارها تنها در مهندسی کاربرد دارند.

محتوی آب نرمال شده (normalized water content) با علامت \Theta، همچنین با نام اشباع موثر (effective saturation) یا S_e یک مقدار بی بعد است که نخستین بار از سوی فن گنوختن[۲] به صورت زیر تعریف شد:

\Theta = \frac{\theta - \theta_r}{\theta_s-\theta_r}

در رابطهٔ بالا، \theta محتوی آب حجمی و \theta_r محتوی آبی است که در آن گرادیان d\theta/dh برابر با صفر شود و \theta_s محتوی آب اشباع است که خود برابر با پوکی، \phi است.

اندازه گیری[ویرایش]

روش مستقیم[ویرایش]

اگر حجم مشخصی از ماده، و خشک شدهٔ آن در کوره را داشته باشیم می‌توانیم محتوی آب حجمی یا θ را به صورت زیر محاسبه کنیم[۳] using:

\theta = \frac{m_{\text{wet}}-m_{\text{dry}}}{\rho_w \cdot V_b}

که در آن

m_{\text{wet}} و m_{\text{dry}} جرم نمونه پیش و پس از خشک شدن در کوره‌اند؛
\rho_w چگالی آب؛
V_b حجم نمونه پیش از خشک شدن است.

برای موادی مانند زغال سنگ که با افزوده شدن آب به آن‌ها حجمشان تغییر می‌کند، محتوی آب، u بر پایهٔ جرم آب در یکای جرم نمونهٔ مرطوب بیان می‌شود:

u  = \frac{m_{\text{wet}} - m_{\text{dry}}}{m_{\text{wet}}}

البته زمین شناسان ترجیح دارند که محتوی آب به صورت درصدی از وزن نمونهٔ خشک بیان شود:

u  = \frac{m_{\text{wet}} - m_{\text{dry}}}{m_{\text{dry}}}

که در آن محتوی آب مورد نظر = u*100%

برای چوب، قرارداد این است که محتوی آب برای نمونهٔ خشک شده در کوره بیان شود (نمونهٔ خشک شده یعنی نمونه‌ای که پیش تر در کوره‌ای با دمای ۱۰۵ درجهٔ سانتیگراد به مدت ۲۴ ساعت قرار داشته است.) در خشک کردن چوب، این کار نکتهٔ مهمی است که حتماً باید رعایت شود.

در آزمایشگاه[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. T. William Lambe & Robert V. Whitman (1969). "Chapter 3: Description of an Assemblage of Particles". Soil Mechanics (First ed.). John Wiley & Sons, Inc.. p. 553. ISBN 0-471-51192-7. 
  2. van Genuchten, M.Th. (1980). "A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils". Soil Science Society of America Journal 44 (5): 892–898. DOI:10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x. 
  3. Dingman, S.L. (2002). "Chapter 6, Water in soils: infiltration and redistribution". Physical Hydrology (Second ed.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.. p. 646. ISBN 0-13-099695-5.