Как определить, какой объём песка занимают сами песчинки, а какой — воздух? Какое оборудование вам для этого потребуется?

Чтобы разделить общий объём песка на объём самих песчинок и объём воздуха между ними, нужно измерить:

• насыпной объём — объём песка вместе с межзерновыми пустотами;

• объём твёрдой фазы — объём, который занимают песчинки;

• разность этих величин даст объём воздуха.

Формула простая:

А долю пустот, или пористость, обычно выражают в процентах:

Простой домашний способ

Понадобятся:

• мерный цилиндр, мерный стакан или банка известного объёма;

• вода;

• весы желательны, но необязательны;

• сухой песок;

• ложка или палочка для перемешивания.

1. Измерьте насыпной объём

Насыпьте сухой песок в мерный цилиндр, не утрамбовывая его. Например, уровень остановился на отметке 500 мл.

Это:

Важно заранее решить, какой именно песок вы изучаете: рыхло насыпанный, слегка встряхнутый или утрамбованный. От этого сильно зависит объём воздуха между песчинками.

2. Определите объём песчинок вытеснением воды

Налейте в другой мерный цилиндр, например, 300 мл воды. Затем постепенно всыпьте весь песок, перемешивая его палочкой, чтобы убрать пузырьки воздуха. После оседания песка уровень воды, допустим, стал 490 мл.

Тогда объём, вытесненный песчинками:

Вода заполняет промежутки между зёрнами, поэтому прирост уровня показывает именно объём твёрдых песчинок, а не общий объём насыпи.

3. Рассчитайте объём воздуха

То есть в 500 мл рыхло насыпанного песка содержится примерно 190 мл твёрдых зёрен и 310 мл воздуха.

Пористость в этом примере:

На практике для обычного кварцевого песка это число часто оказывается ниже — примерно 30–45 % для рыхлой или умеренно уплотнённой насыпи. Значение 62 % здесь лишь иллюстрирует расчёт; реальные результаты зависят от крупности, формы зёрен, влажности и способа засыпки.

Более точный лабораторный способ

Для точного определения используют пикнометр. Это сосуд известного объёма с узкой горловиной и меткой.

Понадобятся:

• пикнометр;

• аналитические или лабораторные весы;

• дистиллированная вода либо другая подходящая жидкость;

• сушильный шкаф или возможность хорошо высушить пробу;

• вакуумный насос или ультразвуковая ванна — желательно, чтобы удалить воздух из песка.

Сначала взвешивают пустой пикнометр, затем пикнометр с сухим песком, потом — заполненный жидкостью без песка и, наконец, пикнометр с песком и жидкостью до метки. По разнице масс жидкости определяют, какой её объём вытеснили зёрна. Этот способ точнее, потому что позволяет учитывать температуру и уменьшает ошибку отсчёта по шкале цилиндра.

На что обратить внимание

Песок должен быть сухим при измерении насыпного объёма. Влажный песок образует комки, и объём пустот будет другим.

При добавлении воды нужно удалить пузырьки: медленно засыпать песок, перемешивать смесь, слегка постукивать по стенкам сосуда. Оставшийся воздух даст завышенный результат объёма песчинок и занизит рассчитанный объём воздуха.

Для обычного кварцевого песка вода подходит хорошо. Если песок содержит глину, растворимые соли или очень пористые частицы, результат может быть менее точным: часть воды может проникать в поры частиц или изменять их состояние.

Таким образом, минимальный набор оборудования — два мерных цилиндра или один цилиндр, вода и палочка для перемешивания. Для точных измерений нужны пикнометр, точные весы и средства для удаления пузырьков воздуха.