수분 함량

부피 및 질량별 토양 조성, 위상별: 공기, 물, 보이드(물 또는 공기로 채워진 포자), 토양 및 총.

수분 함량 또는 수분 함량은 토양(토양 수분이라고 함), 암석, 도자기, 농작물 또는 나무와 같은 물질에 포함된 물의 양입니다.수분 함량은 광범위한 과학 및 기술 영역에서 사용되며, 0(완전 건조)에서 포화 시 재료의 다공성 값까지 이르는 비율로 표현됩니다.부피 또는 질량(중량계) 기준으로 제공할 수 있습니다.

정의들

체적 수분 함량 δ는 수학적으로 다음과 같이 정의된다.

\theta = frac {V_{w}}{V_{\text{wet}}}

$V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ 서 V w $V_{w}$ w { $displaystyle V$ _ $V_{w}$ { w $V_{w}$ } $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ s + $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ w + $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ V a { $style$ V $_$ { \ $text$ { wet } $= V _$ { $s$ } + $V _$ { a $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ } e e of 、 ofeee, $V_{\text{wet}}=V_{s}+V_{w}+V_{a}$ 、 eeeege of ofee of,ee of, 、 즉, 고체의 총 부피와 같습니다., 물 $V_{w}$ 와 {\ $displaystyle V_{w$ 및 $V_{a}$ $V_{a}$ 의 $V_{a}$ {\ $displaystyle V_{a$

중량계 수분^[1] 함량은 다음과 같이 질량(중량)으로 표현된다.

({displaystyle u=mbrac {m_{w}}}{m_{s}}})

$m_{w}$ 서 m w $m_{w}$ {\ $displaystyle m_{$ w $m_{w}$ }}는 $m_{s}$ 의 질량이고 $m_{s}$ {\ $displaystyle m_$ {s}}은 $m_{s}$ 고체의 질량입니다.

석탄과 같이 수분 함량에 따라 부피가 변화하는 재료의 경우 중량계 수분 함량 u는 습윤 시료의 단위 질량당 물의 질량(건조 전):

u'=syslogfrac {m_{w}}{m_{\text{sys}}}

그러나 목공, 지질공학 및 토양과학에서는 표본의 건조 중량에 대해 중량계 수분 함량을 표시해야 합니다.

{{displaystyle u}=m_{w}}{m_{\text{dry}}}}

식품_db 과학에서는 uu uu uu $u'$ $u$ uu u_wb u u u u u $u$ u u u u u $u$ $u''$ u u u u u u u u u u u u u ^[2]u u style u u u u u u

값은 종종 백분율, 즉 u×100%로 표현됩니다.

중량 수분 함량을 체적 수분 함량으로 변환하려면 중량 수분 함량에 재료의 부피 $비중$ $(\displaystyle$ SG $)$ 를 $SG$ 곱합니다.

\theta =u\times SG

\theta =u\times SG

×

G (\displaystyle

\theta =

\theta =u\times SG

u

\times

SG )

파생수량

토양역학 및 석유공학에서 물의 포화도 또는 포화도( $S_{w}$ w $\$ 는 다음과 같이 정의된다.

S_{w}=black {V_{v}}=black {V_{w}}{V\phi}}=black {\theta}{\phi}}

여기서 $\phi =V_{v}/V$ $\phi =V_{v}/V$ V $\phi =V_{v}/V$ / $\phi =V_{v}/V$ ${\displaystyle$ \ $phi$ = $V_{v$ }/V $}$ 는 보이드 또는 $V_{v}$ V $V_{v}$ v {\ $displaystyle$ ^{[clarification needed]} $V_{$ v $V_{v}$ }}의 부피로 환산한 다공률이며 $,$ S의_w 총 부피는 0(건조)에서 1(saturated)까지이다.실제로 S는_w 0 또는 1에 도달하지 않습니다. 이는 엔지니어링 용도로 이상화됩니다.

정규화된 수분 함량 $\Theta$ (\ $displaystyle \Theta$ 유효 포화도 $S_{e}$ $S_{e}$ e(\ $displaystyle S_{e$ 는 van^[3] Genechten에 의해 다음과 같이 정의된 무차원 값이다.

(\displaystyle \Theta = frac {theta -\theta _{r}}{\theta _{s}-\theta _{r}})

$\theta$ 서 ${\$ { $displaystyle \theta }$ 는 $\theta$ 체적 수분 함량, $\theta _{r}$ $d\theta /dh$ { $displaystyle \theta$ _ { $\theta _{r}$ $r$ $d\theta /dh$ 는 $\theta _{r}$ 잔류 수분 함량, $d\theta /dh$ { $displaystyle$ d $\$ $theta / dh}$ 는 $d\theta /dh$ 0이 되는 수분 함량, $\theta _{s}$ s { $displaystyle$ \ $theta$ _ { $\theta _{s}$ s}는 $\theta _{s}$ 포화 수분 함량입니다.s는 다공성과 $\phi$ 합니다. $§$ {\ $style \phi$

측정.

직접적 방법

건조 오븐을 사용하여 수분 함량을 직접 측정할 수 있습니다.

중량계 수분 함량 u는 물 $m_{w}$ $m_{w}$ w {\ $displaystyle m_{w$ 을 통해 계산됩니다^[4].

\displaystyle m_{w}=m_{\text{dry}}-m_{\text{dry}}

$m_{\text{wet}}$ 서 m wet $m_{\text{wet}}$ \ $displaystyle$ m _ { \ text { dry $}$ $m_{\text{dry}}$ m $m_{\text{wet}}$ $m_{\text{dry}}$ \ $displaystyle$ m $_$ { \ $text$ { $dry$ }는 $m_{\text{dry}}$ 오븐에서 건조하기 전과 후의 샘플 질량입니다.그러면 u의 분자가 나타납니다.분모는 분야에 따라 $m_{\text{wet}}$ wet $(\$ $m_{\text{dry}}$ $m_{\text{dry}}$ dry $($ 각각 u' 또는 m $displaystyle m_{\text{dry})$ 입니다.

한편, 부피 측정 수분 함량 δ는 $V_{w}$ V $V_{w}$ ${\$ V_ ${w$ 의 부피로 계산한다^[5].

({displaystyle V_{w}=m_{w}}{\rho_{w}}})

여기서 $\rho _{w}$ w $\rho _{w}$ w \ $displaystyle \rho$ _ ${w}$ 는 $\rho_w$ 물의 밀도입니다.분모( $V_{\text{wet}}$ {\displaystyle $V_{\text{wet$ 는 습식 재료의 총 부피로, 샘플 채취 시 기존의 부피(예: 깡통)를 채우는 것만으로 고정됩니다.

나무의 경우, 습기 함량은 오븐 건조 기준(즉, 일반적으로 105°C로 설정된 오븐에서 24시간 동안 또는 무게 감소가 멈출 때까지 샘플을 건조)으로 보고해야 합니다.목재 건조에서 이것은 중요한 개념이다.

실험실 방법

시료의 수분 함량을 결정하는 다른 방법으로는 화학적 적정(예: Karl Fischer 적정), 가열 시 질량 손실(아마도 불활성 가스 존재) 또는 동결 건조 후 측정 등이 있습니다.식품업계에서도 Dean-Stark 방법이 일반적으로 사용된다.

ASTM(American Society for Testing and Materials) 표준 연차 간행물(Annual Book of ASTM, American Society for Testing and Materials)에서 총 증발성 수분 함량은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

p=syslogfrac {W-D}{W}

$p$ 서 p $\displaystyle$ p는 $p$ 샘플의 총 증발 수분 함량 비율, $\displaystyle$ W는 $W$ 원래 샘플의 질량, $\displaystyle$ D는 $D$ 건조 샘플의 질량입니다.

토양 수분 측정

위의 직접 및 실험실 방법 외에 다음과 같은 옵션을 사용할 수 있습니다.

지구물리학적 방법

현장 토양 수분 함량에 근접할 수 있는 몇 가지 지구물리학적 방법이 있다.이러한 메서드:시간 영역 반사 측정법(개발), 중성자 수분 측정기, 주파수 영역 센서 정전 용량 조사, 진폭 영역 반사 측정법, 전기 비저항 단층 촬영, 땅 투시 레이더(GPR), 그리고 .[6]지구 물리학적 센서는 conti 토양 수분을 감시하기 위해 사용하는 물의 물리적 특성에 민감한 것이 포함되어 있습니다.뉴농업 및 과학 분야에 널리 응용되고 있습니다.

위성 원격 감지 방법

인공위성 마이크로파 원격 감지는 습윤 토양과 건조한 토양의 유전 특성 간의 큰 대비에 기초하여 토양 수분을 추정하는 데 사용됩니다.극초단파 방사선은 대기 변수에 민감하지 않고 구름을 통과할 수 있습니다.또, 마이크로파 신호는 식생 캐노피를 어느 정도 투과해,^[7] 지면에서 정보를 취득할 수 있다.WindSat, AMSR-E, RADARSAT, ERS-1-2, Metop/ASCAT 및 SMAP과 같은 마이크로파 원격 감지 위성의 데이터는 지표면 토양 ^[8]수분을 추정하는 데 사용된다.

목재 수분 측정

나무의 수분 함량을 측정하는 주요 방법은 오븐 건조 시험과 전자 수분계 사용 두 가지가 있습니다.

오븐 건조법

오븐 건조 방법은 목재 시료를 특수 오븐 또는 가마에서 건조시키고 정기적으로 시료 중량을 확인해야 합니다.건조가 완료되면 시료의 무게와 건조 전 무게를 비교하여 목재 본래의 수분 함량을 산출한다.

수분계법

습도계는 핀과 핀리스 미터가 두 가지 주요 유형입니다.

핀 미터기는 핀이 나뭇결과 수직이 아닌 정렬되도록 하면서 핀 2개를 나무 표면에 박아야 합니다.핀 미터는 두 핀 사이의 전류 저항을 측정하여 수분 함량 수치를 제공합니다.목재가 건조할수록 목재 섬유 포화점 이하를 측정할 때 전류에 대한 저항이 커집니다.일반적으로 측정할 수 있는 나무의 평평한 표면이 없을 때 핀 미터기가 선호됩니다.

핀리스 미터는 목재에 전자파 신호를 방출하여 목재 표면의 손상을 허용할 수 없거나 대량의 판독이 필요하거나 사용 편의성이 더 높은 경우에 일반적으로 선호됩니다.

분류 및 용도

수분은 내부 표면에 흡착된 수분으로, 작은 모공에는 모세관 응축수로 존재할 수 있습니다.상대습도가 낮을 때 습기는 주로 흡착된 물로 구성됩니다.상대습도가 높을수록 액체 상태의 물은 점점 더 중요해지고, 모공의 크기에 따라서도 부피의 영향을 받을 수 있습니다.그러나 목재 기반 재료에서는 거의 모든 물이 98% RH 미만의 습도에서 흡착됩니다.

생물학적 적용에서 물리적 흡수수와 "자유" 물은 구별될 수 있다. 즉, 물리적 흡수수는 생물학적 물질과 밀접하게 관련되어 있고 상대적으로 제거하기가 어렵다.수분 함량을 결정하는 데 사용되는 방법은 이 형태로 존재하는 물의 설명 여부에 영향을 미칠 수 있다."자유" 및 "결합" 물을 더 잘 표시하기 위해 물질의 물 활동을 고려해야 한다.

물 분자는 또한 개별 분자와 밀접하게 연관된 물질, "결정화의 물" 또는 단백질 구조의 정적 구성요소인 물 분자로 존재할 수 있다.

지구 및 농업 과학

토양과학, 수문학, 농업과학에서 물의 함량은 지하수 재충전, 농업, 토양화학에 중요한 역할을 한다.최근의 많은 과학적 연구 노력은 시간과 공간에 걸친 물의 함량을 예측적으로 이해하는 것을 목표로 하고 있다.일반적으로 관찰 결과, 반건조 지역에서 전체적인 습도가 증가함에 따라 수분 함량의 공간적 편차가 증가하고, 습도가 높은 지역에서 전체적인 습도가 증가하면 감소하며, ^[9]온대 지역의 중간 습도 조건에서 최고조에 이르는 것으로 나타났다.

일상적으로 측정 및 사용되는 4가지 표준 수분 함량이 있으며, 이는 다음 표에 설명되어 있습니다.

이름.	표기법	흡입 압력 (J/kg 또는 kPa)	일반적인 수분 함량 (볼트/볼트)	조건들
포화 수분 함량	θ_s	0	0.2–0.5	유효 다공성과 동등한 완전 포화 토양
필드 용량	θ_fc	−33	0.1–0.35	비 또는 관개 후 2~3일 후 토양 수분
영구 시들점	θθθ_pwp_wp	−1500	0.01–0.25	식물이 시드는 최소 토양 수분
잔류 수분 함량	θ_r	−∞	0.001–0.1	고압 잔류수

그리고 마지막으로 사용 가능한 수분 함량인 β는_a 다음과 같습니다.

θ_a_fc≡ - θ_pwp

자갈은 0.1에서 토탄은 0.3 사이일 수 있습니다.

농업

토양이 너무 건조해지면 물이 흡입에 의해 토양 입자에 점점 더 결합되기 때문에 식물의 증산은 떨어집니다.시들어가는 지점 아래 식물들은 더 이상 물을 추출할 수 없다.이 시점에서 그들은 시들해지고 완전히 멈추었다.토양이 너무 건조하여 신뢰할 수 있는 식물 성장을 유지할 수 없는 상태를 농업 가뭄이라고 하며, 관개 관리의 특별한 초점입니다.이러한 조건은 건조하고 반건조 환경에서 흔히 볼 수 있다.

일부 농업 전문가들은 관개 일정을 잡기 위해 토양 수분과 같은 환경 측정치를 사용하기 시작하고 있다.이 방법을 스마트 관개 또는 토양 ^{[citation needed]}재배라고 합니다.

지하수

포화 지하수 대수층에서는 사용 가능한 모든 공극 공간이 물로 채워집니다(측정 수분 함량 = 다공성).모세관 가장자리 위에는 모공 공간에도 공기가 들어 있습니다.

대부분의 토양은 불포화 조건의 정의인 다공성보다 적은 수분 함량을 가지고 있으며, 그것들은 바도스 구역 수문 지질학의 주제를 구성합니다.수표의 모세관 가장자리는 포화 상태와 불포화 상태를 구분하는 선입니다.모세관 가장자리의 수분 함량은 수증기 표면 위로 갈수록 감소한다.토양의 불포화 구역을 통과하는 물의 흐름은 종종 사프만-테일러의 불안정성으로 인한 핑거링 과정을 수반한다.이는 대부분 배수 과정을 통해 발생하며 포화 영역과 불포화 영역 간의 불안정한 계면을 생성한다.

바도스 구역을 연구할 때 발생하는 주요 문제 중 하나는 불포화 유압 전도율이 재료의 수분 함량의 함수라는 사실이다.재료가 마르면 미디어를 통과하는 연결된 습식 경로가 작아지고 수분 함량이 낮아지면서 매우 비선형적인 방식으로 유압 전도율이 감소합니다.

수분 유지 곡선은 다공질 매체의 체적 수분 함량과 수분 전위 간의 관계입니다.다공질 매체의 종류에 따라 특성이 있습니다.히스테리시스로 인해 습윤곡선과 건조곡선이 다를 수 있다.

집약내

일반적으로 골재는 4가지 다른 수분 조건을 가진다.오븐 건조(OD), 공기 건조(AD), 포화 표면 건조(SSD) 및 습기(또는 습기)^[10]입니다.오븐 건조 및 포화 표면 건조는 실험실에서 실험을 통해 달성할 수 있는 반면, 공기 건조 및 습기(또는 습기)는 골재의 일반적인 자연 조건입니다.

4가지 조건

오븐 건조(OD)란 골재의 어느 부분에도 수분이 없는 상태를 말합니다.이 조건은 실험실에서 ^[10]일정 기간 동안 골재를 220°F(105°C)로 가열하여 달성할 수 있습니다.
에어드라이(AD)란 골재의 외면이 건조한 상태에서 골재의 모공에 물이나 수분이 있는 상태를 말합니다.이는 여름 또는 건조한 지역의 골재 자연 조건입니다.이 상태에서 골재는 표면에 첨가된 다른 물질로부터 물을 흡수하므로 골재의 일부 특성에 ^[10]영향을 미칠 수 있다.
포화 표면 건조(SSD)는 입자의 표면이 "건조"(즉, 첨가된 혼합수를 흡수하지 않으며 포함된 물을 혼합물에^[10] 기여하지 않음)한 골재의 상태를 의미하지만 입자 간 공간은 물로 포화됩니다.이 조건에서 골재는 복합 재료의 ^[11]^[12]자유 수분 함량에 영향을 미치지 않는다.

질량별 수분 흡착(A_m)은 포화 표면 건조(M_ssd) 시료의 질량과 오븐 건조 시험 시료(M_dry)의 질량의 관점에서 다음 공식으로 정의됩니다.

({displaystyle A=sdfrac {M_{ssd}-M_{dry}}) {M_{dry}}}

습기(또는 습기)는 골재 내의 모공을 통해 물이 골재에 완전히 침투하여 혼합수의 ^[10]일부가 되는 표면에는 SSD를 초과하는 유분이 존재하는 상태를 말합니다.

어플

골재의 4가지 수분 조건 중 포화 표면 건조는 실험실 실험, 연구 및 연구에서 가장 많이 사용되는 조건이며, 특히 콘크리트 등의 재료에 대한 수분 흡수, 조성비 또는 수축 시험과 관련된 조건이다.많은 관련 실험에서 포화 표면 건조 조건은 실험 전에 실현되어야 하는 전제 조건입니다.포화 표면 건조 상태에서 골재의 수분 함량은 환경에 영향을 받지 않는 비교적 안정적이고 정적인 상태에 있습니다.따라서 골재가 포화 표면 건조 상태에 있는 실험 및 테스트에서는 다른 세 가지 ^[13]^[14]조건보다 교란 요인이 적습니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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Wesel-Bothe, Weihermüler (2020): 토양과학의 현장측정방법.토양 측정에 대한 새로운 실용적인 가이드에서는 다양한 습도 센서 유형(제조업체와 무관)의 작동 원리, 정확도, 적용 분야 및 그러한 센서가 어떻게 설치되는지에 대해 설명하고 있으며, 그렇게 얻어진 데이터의 섬세함도 설명합니다.또한 다른 농작물 관련 토양 매개변수를 처리합니다.

[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 978-0-471-51192-2.

[2] R. Paul Singh; Dennis R. Heldman (2014). "Chapter 1: Introduction". Introduction to Food Engineering (Fifth ed.). Elsevier. doi:10.1016/c2011-0-06101-x. ISBN 978-0-12-398530-9.

[3] 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. Bibcode:1980SSASJ..44..892V. doi:10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x. hdl:10338.dmlcz/141699.

[4] "Gravimetric & Volumetric Soil Water Content Edaphic Scientific". 9 May 2016.

[5] 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 978-0-13-099695-4.

[6] F. Ozcep; M. Asci; O. Tezel; T. Yas; N. Alpaslan; D. Gundogdu (2005). "Relationships Between Electrical Properties (in Situ) and Water Content (in the Laboratory) of Some Soils in Turkey" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 7.

[7] Lakhankar, Tarendra; Ghedira, Hosni; Temimi, Marouane; Sengupta, Manajit; Khanbilvardi, Reza; Blake, Reginald (2009). "Non-parametric Methods for Soil Moisture Retrieval from Satellite Remote Sensing Data". Remote Sensing. 1 (1): 3–21. Bibcode:2009RemS....1....3L. doi:10.3390/rs1010003.

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[9] Lawrence, J. E. & G. M. Hornberger (2007). "Soil moisture variability across climate zones". Geophys. Res. Lett. 34 (L20402): L20402. Bibcode:2007GeoRL..3420402L. doi:10.1029/2007GL031382.

[:0-10] "Water-to-Cement Ratio and Aggregate Moisture Corrections". precast.org. Retrieved 2018-11-18.

[11] "Aggregate Moisture in Concrete". Concrete Construction. Retrieved 2018-11-08.

[12] tp://ftp.dot.state.tx.us/pub/txdot-info/cst/TMS/400-A_series/pdfs/cnn403.pdf

[13] Zaccardi, Y. A. Villagrán; Zega, C. J.; Carrizo, L. E.; Sosa, M. E. (2018-10-01). "Water absorption of fine recycled aggregates: effective determination by a method based on electrical conductivity". Materials and Structures. 51 (5): 127. doi:10.1617/s11527-018-1248-2. ISSN 1871-6873. S2CID 139201161.

[14] Kawamura, Masashi; Kasai, Yoshio (2009-05-29). "Determination of saturated surface-dry condition of clay–sand mixed soils for soil–cement concrete construction". Materials and Structures. 43 (4): 571–582. doi:10.1617/s11527-009-9512-0. ISSN 1359-5997. S2CID 137282443.

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