見かけ密度：数式、単位、解答演習 - 物理的 - 2025

サンプルの見掛け密度は、サンプルの質量と変化しない体積との商として定義されます。これには、サンプルに含まれるすべてのスペースまたは細孔が含まれます。これらの空間内の空気が存在する場合、見掛け密度ρ _B、またはバルク密度は、次のとおりです。

ρ _Bの=質量/体積=質量_粒子の+質量_空気の/体積_粒子の体積+ _空気

図1.かさ密度は土壌を特徴付けるために非常に重要です。出典：ウィキメディア・コモンズ。

土壌サンプルのかさ密度を計算するときは、105℃のオーブンで質量が一定になるまで事前乾燥して、すべての空気が蒸発したことを確認する必要があります。

この定義によれば、土壌の見掛け密度または乾燥密度は次のように計算されます。

ρ _S =重量ソリッド要素/の_固体体積+ _細孔容積

M _sを乾燥重量または質量、V _t = V _s + V _pを総体積として表すと、式は次のようになります。

ρ _S = M _S / V _T

単位

国際単位系におけるかさ密度の単位は、kg / m ³です。ただし、g / cm ³やメガグラム/立方メートルなどの他の単位：Mg / m ³も広く使用されています。

見掛け密度の概念は、土壌などの不均質で多孔性の材料の場合、他の品質の中でも特に排水と曝気の能力を示すため、非常に役立ちます。

たとえば、多孔性の低い土壌は、多孔性の土壌とは異なり、かさ密度が高く、コンパクトで、水をやりやすい傾向があります。

サンプルの細孔内に水や他の液体があると、乾燥後の体積が減少するため、計算を行うときは、元の水の比率を知る必要があります（解決された例を参照）。

土壌嵩密度

固さの程度、有機物の存在、そのテクスチャ、構造、深さなど、形状や形状に影響を与える要因があるため、土壌を含む一般的な材料の見掛け密度は非常に変動します。細孔空間の量。

土壌は、無機物質、有機物質、空気、および水の不均一な混合物として定義されます。構成要素の粒子は、構造として知られているパラメータであるさまざまな方法で配置できますが、それらは、手触りの細かい、中程度、または粗いテクスチャにできます。

有機物の割合が高い、微細でよく構造化された土壌は、見掛け密度の値が低くなる傾向があります。逆に、有機物が少なく構造が少ない厚い土壌は、値が高くなる傾向があります。

テクスチャーによる見掛け密度

そのテクスチャによれば、見掛け密度は次の値を持ちます：

テクスチャー	見掛け密度（g / cm 3）
良い	1.00〜1.30
中央値	1.30-1.50
キモい	1.50-1.70

これらの値は一般的な参照として役立ちます。泥炭土壌では植物残留物が豊富で、見かけ密度は0.25 g / cm ³と低く、火山性鉱物土壌の場合は約0.85 g / cm ³ですが、非常に圧縮された土壌では1.90 g / cm ³。

深さによる見掛け密度

土壌は一般的に圧縮されており、有機物の割合が低いため、見掛け密度値は深度とともに増加します。

地形の内部は、地平線と呼ばれる水平な層または層で構成されています。地平線には、異なるテクスチャ、構成、および圧縮があります。したがって、見かけ密度の点でばらつきがあります。

図2.異なる地平を示す土壌プロファイル。出典：ウィキメディア・コモンズ。

土壌の研究は、そのプロファイルに基づいています。このプロファイルは、規則正しい垂直方向に互いに続くさまざまな地平から構成されています。

見掛け密度を測定する方法は？

かさ密度の変動は非常に大きいため、多くの場合、さまざまな手順で直接測定する必要があります。

最も簡単な方法は、土壌からサンプルを抽出し、既知の体積のスペース金属シリンダーを備えたビットをその中に挿入し、土壌を圧縮しないようにすることです。抽出されたサンプルは、湿度の低下や特性の変化を防ぐために密閉されています。

次に、実験室でサンプルを抽出して計量し、105℃のオーブンに入れて24時間乾燥させます。

これは、土壌の乾燥密度を求める最も簡単な方法ですが、非常に緩やかなテクスチャーや石でいっぱいの土壌には、あまりお勧めできません。

これらには、穴を掘って採取した土を保存する方法が好ましく、これがサンプルを乾燥させます。サンプルの量は、乾いた砂または水を掘った穴に注ぐことによって決定されます。

いずれにせよ、サンプルから土壌の非常に興味深い特性を決定して、それを特徴付けることができます。次の解決済みの演習では、その方法を説明します。

運動が解決されました

内径100 mmのサンプルシリンダーから、長さ100 mmの粘土サンプルを抜き取ります。秤量すると、1531 gの質量が得られ、これは乾燥すると1178 gに減少しました。粒子の比重は2.75です。計算するよう求められます：

a）サンプルのかさ密度

b）水分含有量

c）ボイド率

d）乾燥密度

e）飽和度

f）空気量

への解決策

変更されていないボリュームV _tは、サンプルの元のボリュームです。直径D、高さhの円柱の場合、体積は次のとおりです。

Vの_シリンダ = Vの_T =底面積X高さ=πD ² /4 =πX（100×10 ^-3 M）² ×100×10 ^-3 M / 4 = 0.000785メートル³

ステートメントは、サンプルの質量がM _s = 1531 gであることを示しています。したがって、冒頭で与えられた方程式に従います。

ρ _B = M _S / V _T = 1531グラム/ 0.000785メートル³ = 1950 319グラム/ m ³ = 1.95のMg / m ³

ソリューションb

元の質量と乾燥質量があるので、サンプルに含まれる水の質量はこれら2つの違いです。

M _水 = 1531 g-1178 g = 353 g

サンプルの水分率は次のように計算されます。

％湿気=（_水の質量/ Ms）x 100％=（353 g / 1178 g）= 29. 97％

ソリューションc

ボイド比を見つけるには、サンプルの総容量V _tを次のように分類する必要があります。

V _t = V _粒子 + _細孔容積

粒子が占める体積は、ステートメントから得られるデータである乾燥質量と比重から得られます。比重s _gは、標準的な条件下での材料の密度と水の密度の比率です。したがって、材料の密度は次のとおりです。

ρ= s _g xρ _水 = 2.75 x 1 g / cm ³ = 2.75 g / cm ³

ρ= M _S / V _S →V _S = 1.178グラム/ 2.75グラム/ cmで³ = 0.428センチメートル³ = 0.000428メートル³

試料中の空隙の体積は、Vである_V = V _T - V _S = 0.000785メートル³ - 0.000428 m個³ = 0.000357メートル³。

ボイド率eは次のとおりです。

e = V _v / V _s = 0.000357 m ³ / 0.000428 m ³ = 0.83

ソリューションd

はじめに示したように、サンプルの乾燥密度が計算されます。

ρ _S =重量ソリッド要素/ボリュームの_固体 +ボリューム_細孔 = 1178グラム/ 0.000785メートル³ = 1.5のMg / m ³

ソリューションe

飽和度はS =（V _水 / V _v）x 100％です。項目b）で計算されたサンプル内の水の質量とその密度がわかっているため、その体積の計算はすぐに行われます。

ρ _水 = M _水 / V _水 →V _水 = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0.000353 m ³

一方、ボイドの体積はc）で計算した。

S =（0.000353 m ³ / 0.000357 m ³）x 100％= 98.9％

ソリューションf

最後に、空気の含有率は、A =（V _air / V _t）x 100％です。風量は以下に対応します：

V _V - Vの_水 = 0.000357メートル³ - 0.000353 m個³ = 0.000004メートル³

A =（V _air / V _t）x 100％=（0.000004 m ³ / 0.000785 m ³）x100％= 0.51％

参考文献

1. ベリー、P。土壌力学。マグローヒル。
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