Μετατροπέας Διαπερατότητας
Μετατροπέας Διαπερατότητας
Μετατρέψτε μεταξύ 4 διαφορετικών τύπων μονάδων διαπερατότητας με επιστημονική ακρίβεια. Η μαγνητική (H/m), η ρευστή (darcy), η αέρια (barrer) και η ατμών (perm) διαπερατότητα μετρούν θεμελιωδώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες και δεν μπορούν να μετατραπούν μεταξύ των τύπων.
Τι είναι η Διαπερατότητα;
Η διαπερατότητα μετρά πόσο εύκολα κάτι διέρχεται μέσα από ένα υλικό, αλλά αυτός ο απλός ορισμός κρύβει ένα κρίσιμο γεγονός: υπάρχουν ΤΕΣΣΕΡΙΣ εντελώς διαφορετικοί τύποι διαπερατότητας στη φυσική και τη μηχανική, καθένας από τους οποίους μετρά διαφορετικές φυσικές ποσότητες.
Οι Τέσσερις Τύποι Διαπερατότητας
Μαγνητική Διαπερατότητα (μ)
Μετρά πόσο εύκολα η μαγνητική ροή διέρχεται μέσα από ένα υλικό. Συσχετίζει την πυκνότητα μαγνητικής ροής (B) με την ένταση του μαγνητικού πεδίου (H).
Μονάδες: H/m, μH/m, nH/m, σχετική διαπερατότητα (μᵣ)
Τύπος: B = μ × H
Εφαρμογές: Ηλεκτρομαγνήτες, μετασχηματιστές, μαγνητική θωράκιση, επαγωγείς, μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας
Παραδείγματα: Κενό (μᵣ = 1), Σίδηρος (μᵣ = 5,000), Permalloy (μᵣ = 100,000)
Διαπερατότητα Ρευστών (k)
Μετρά πόσο εύκολα τα ρευστά (πετρέλαιο, νερό, αέριο) ρέουν μέσα από πορώδη μέσα όπως πετρώματα ή έδαφος. Κρίσιμη για τη μηχανική πετρελαίου.
Μονάδες: darcy (D), millidarcy (mD), nanodarcy (nD), m²
Τύπος: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Εφαρμογές: Ταμιευτήρες πετρελαίου/αερίου, ροή υπόγειων υδάτων, αποστράγγιση εδάφους, χαρακτηρισμός πετρωμάτων
Παραδείγματα: Σχιστόλιθος (1-100 nD), Ψαμμίτης (10-1000 mD), Χαλίκι (>10 D)
Διαπερατότητα Αερίων (P)
Μετρά πόσο γρήγορα συγκεκριμένα αέρια μεταδίδονται μέσω πολυμερών, μεμβρανών ή υλικών συσκευασίας. Χρησιμοποιείται στη συσκευασία και την επιστήμη των μεμβρανών.
Μονάδες: barrer, GPU (μονάδα διαπερατότητας αερίου), mol·m/(s·m²·Pa)
Τύπος: P = (N × L) / (A × Δp × t)
Εφαρμογές: Συσκευασία τροφίμων, μεμβράνες διαχωρισμού αερίων, προστατευτικές επιστρώσεις, διαστημικές στολές
Παραδείγματα: HDPE (0.5 barrer για O₂), Καουτσούκ σιλικόνης (600 barrer για O₂)
Διαπερατότητα Υδρατμών
Μετρά τον ρυθμό μετάδοσης υγρασίας μέσω δομικών υλικών, υφασμάτων ή συσκευασίας. Κρίσιμη για τον έλεγχο της υγρασίας και την επιστήμη των κτιρίων.
Μονάδες: perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
Τύπος: WVTR = διαπερατότητα × διαφορά πίεσης ατμών
Εφαρμογές: Φράγματα υδρατμών κτιρίων, αναπνέοντα υφάσματα, διαχείριση υγρασίας, συσκευασία
Παραδείγματα: Πολυαιθυλένιο (0.06 perm), Κόντρα πλακέ (0.7 perm), Άβαφη γυψοσανίδα (20-50 perm)
Γρήγορα Γεγονότα
Δεν Μπορεί να Μετατραπεί Μεταξύ Τύπων
Μαγνητική διαπερατότητα (H/m) ≠ Διαπερατότητα ρευστών (darcy) ≠ Διαπερατότητα αερίων (barrer) ≠ Διαπερατότητα υδρατμών (perm). Αυτά μετρούν διαφορετική φυσική!
Ακραίο Εύρος
Η διαπερατότητα ρευστών καλύπτει 21 τάξεις μεγέθους: από τον στεγανό σχιστόλιθο (10⁻⁹ darcy) έως το χαλίκι (10¹² darcy)
Σύγχυση στο Όνομα της Μονάδας
Η λέξη «διαπερατότητα» χρησιμοποιείται και για τους τέσσερις τύπους, αλλά είναι εντελώς διαφορετικές ποσότητες. Πάντα να προσδιορίζετε ποιον τύπο!
Ειδική για το Υλικό
Η διαπερατότητα αερίων εξαρτάται ΤΟΣΟ από το υλικό ΟΣΟ και από τον τύπο του αερίου. Η διαπερατότητα του οξυγόνου ≠ η διαπερατότητα του αζώτου για το ίδιο υλικό!
Μαγνητική Διαπερατότητα (μ)
Η μαγνητική διαπερατότητα περιγράφει πώς ένα υλικό ανταποκρίνεται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Είναι ο λόγος της πυκνότητας της μαγνητικής ροής (B) προς την ένταση του μαγνητικού πεδίου (H).
Τύπος: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = πυκνότητα μαγνητικής ροής (T), H = ένταση μαγνητικού πεδίου (A/m), μ = διαπερατότητα (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (ελεύθερος χώρος), μᵣ = σχετική διαπερατότητα (αδιάστατη)
Κατηγορίες Υλικών
| Τύπος | Σχετική Διαπερατότητα | Παραδείγματα |
|---|---|---|
| Διαμαγνητικό | μᵣ < 1 | Βισμούθιο (0.999834), Χαλκός (0.999994), Νερό (0.999991) |
| Παραμαγνητικό | 1 < μᵣ < 1.01 | Αλουμίνιο (1.000022), Πλατίνα (1.000265), Αέρας (1.0000004) |
| Σιδηρομαγνητικό | μᵣ >> 1 | Σίδηρος (5,000), Νικέλιο (600), Permalloy (100,000) |
Διαπερατότητα Ρευστών (Darcy)
Η διαπερατότητα ρευστών μετρά πόσο εύκολα τα ρευστά ρέουν μέσα από πορώδη πετρώματα ή έδαφος. Το darcy είναι η τυπική μονάδα στη μηχανική πετρελαίου.
Τύπος: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = ρυθμός ροής (m³/s), k = διαπερατότητα (m²), A = εμβαδόν διατομής (m²), ΔP = διαφορά πίεσης (Pa), μ = ιξώδες ρευστού (Pa·s), L = μήκος (m)
Τι είναι ένα Darcy;
1 darcy είναι η διαπερατότητα που επιτρέπει σε 1 cm³/s ρευστού (ιξώδους 1 centipoise) να ρέει μέσα από μια διατομή 1 cm² υπό μια κλίση πίεσης 1 atm/cm.
Ισοδύναμο SI: 1 darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
Εύρη διαπερατότητας στη μηχανική πετρελαίου
| Κατηγορία | Διαπερατότητα | Περιγραφή | Παραδείγματα: |
|---|---|---|---|
| Υπερ-στεγανό (Σχιστόλιθος) | 1-100 nanodarcy (nD) | Απαιτεί υδραυλική ρωγμάτωση για οικονομική παραγωγή | Σχιστόλιθος Bakken, σχιστόλιθος Marcellus, σχιστόλιθος Eagle Ford |
| Στεγανό Αέριο/Πετρέλαιο | 0.001-1 millidarcy (mD) | Δύσκολο στην παραγωγή, χρειάζεται διέγερση | Στεγανοί ψαμμίτες, ορισμένα ανθρακικά πετρώματα |
| Συμβατικός Ταμιευτήρας | 1-1000 millidarcy | Καλή παραγωγικότητα πετρελαίου/αερίου | Οι περισσότεροι εμπορικοί ταμιευτήρες ψαμμίτη και ανθρακικών πετρωμάτων |
| Εξαιρετικός Ταμιευτήρας | 1-10 darcy | Εξαιρετική παραγωγικότητα | Υψηλής ποιότητας ψαμμίτες, ρηγματωμένα ανθρακικά πετρώματα |
| Εξαιρετικά Διαπερατό | > 10 darcy | Πολύ υψηλοί ρυθμοί ροής | Χαλίκι, χονδρή άμμος, έντονα ρηγματωμένο πέτρωμα |
Διαπερατότητα Αερίων (Barrer)
Η διαπερατότητα αερίων μετρά πόσο γρήγορα συγκεκριμένα αέρια μεταδίδονται μέσω πολυμερών και μεμβρανών. Το barrer είναι η τυπική μονάδα, που πήρε το όνομά της από τον φυσικό Richard Barrer.
Τύπος: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = διαπερατότητα (barrer), N = ποσότητα μεταδιδόμενου αερίου (cm³ σε STP), L = πάχος υλικού (cm), A = εμβαδόν (cm²), Δp = διαφορά πίεσης (cmHg), t = χρόνος (s)
Τι είναι ένα Barrer;
1 barrer = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg). Αυτό μετρά τον όγκο του αερίου (σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης) που διαπερνά μια μονάδα πάχους ανά μονάδα εμβαδού ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα διαφοράς πίεσης.
Εναλλακτικές μονάδες: 1 barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
Παράδειγμα: Καουτσούκ σιλικόνης: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
Εφαρμογές
| Πεδίο | Εφαρμογή | Παραδείγματα |
|---|---|---|
| Συσκευασία Τροφίμων | Η χαμηλή διαπερατότητα O₂ διατηρεί τη φρεσκάδα | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| Διαχωρισμός Αερίων | Η υψηλή διαπερατότητα διαχωρίζει αέρια (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | Καουτσούκ σιλικόνης, πολυιμίδια |
| Ιατρική Συσκευασία | Οι μεμβράνες φραγμού προστατεύουν από την υγρασία/οξυγόνο | Συσκευασίες blister, φαρμακευτικά μπουκάλια |
| Επενδύσεις Ελαστικών | Η χαμηλή διαπερατότητα αέρα διατηρεί την πίεση | Καουτσούκ αλοβουτυλίου (30-40 barrer) |
Διαπερατότητα Υδρατμών (Perm)
Η διαπερατότητα υδρατμών μετρά τη μετάδοση υγρασίας μέσω υλικών. Κρίσιμη για την επιστήμη των κτιρίων, την πρόληψη της μούχλας, της συμπύκνωσης και των δομικών ζημιών.
Τύπος: WVTR = διαπερατότητα × (p₁ - p₂)
WVTR = ρυθμός μετάδοσης υδρατμών, διαπερατότητα = διαπερατότητα/πάχος, p₁, p₂ = πιέσεις ατμών σε κάθε πλευρά
Τι είναι ένα Perm;
US Perm: 1 perm (ΗΠΑ) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 perm (μετρικό) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (ΗΠΑ)
Σημείωση: Το Perm-inch περιλαμβάνει το πάχος. το perm είναι η διαπερατότητα (ήδη διαιρεμένη με το πάχος)
Ταξινομήσεις δομικών υλικών
| Κατηγορία | Περιγραφή | Παραδείγματα: |
|---|---|---|
| Φράγματα Υδρατμών (< 0.1 perm) | Εμποδίζουν σχεδόν όλη τη μετάδοση υγρασίας | Φύλλο πολυαιθυλενίου (0.06 perm), φύλλο αλουμινίου (0.0 perm), βινυλική ταπετσαρία (0.05 perm) |
| Επιβραδυντές Υδρατμών (0.1-1 perm) | Επιβραδύνουν σημαντικά την υγρασία, αλλά δεν είναι πλήρες φράγμα | Λαδομπογιά (0.3 perm), χαρτί kraft (0.4 perm), κόντρα πλακέ (0.7 perm) |
| Ημιδιαπερατά (1-10 perm) | Επιτρέπουν κάποια μετάδοση υγρασίας | Λατέξ μπογιά (1-5 perm), επένδυση OSB (2 perm), χαρτί οικοδομής (5 perm) |
| Διαπερατά (> 10 perm) | Επιτρέπουν ελεύθερα τη μετάδοση υγρασίας | Άβαφη γυψοσανίδα (20-50 perm), μόνωση από υαλοβάμβακα (>100 perm), περιτύλιγμα σπιτιού (>50 perm) |
Ψυχρό κλίμα: Σε ψυχρά κλίματα, τα φράγματα υδρατμών τοποθετούνται στη ζεστή (εσωτερική) πλευρά για να αποτρέψουν τη συμπύκνωση της εσωτερικής υγρασίας σε ψυχρούς τοίχους.
Θερμό υγρό κλίμα: Σε θερμά υγρά κλίματα, τα φράγματα υδρατμών θα πρέπει να βρίσκονται στο εξωτερικό Ή να χρησιμοποιούνται διαπερατοί τοίχοι για να επιτρέπεται η ξήρανση και προς τις δύο κατευθύνσεις.
Γρήγοροι Πίνακες Μετατροπής
Μαγνητική Διαπερατότητα
| Από | Προς |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (κενό) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (κενό) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (σίδηρος) | 0.001257 H/m |
Διαπερατότητα Ρευστών (Darcy)
| Από | Προς |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 millidarcy (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 millidarcy | 10⁻⁶ darcy |
| 1 nanodarcy | 10⁻⁹ darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcy |
Διαπερατότητα Αερίων
| Από | Προς |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barrer |
| 100 barrer | Καλό φράγμα |
| > 1000 barrer | Κακό φράγμα (υψηλή διαπερατότητα) |
Διαπερατότητα Υδρατμών
| Από | Προς |
|---|---|
| 1 perm (ΗΠΑ) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (μετρικό) | 57.45 perm-inch (ΗΠΑ) |
| < 0.1 perm | Φράγμα υδρατμών |
| > 10 perm | Διαπερατό από υδρατμούς |
Συχνές Ερωτήσεις
Μπορώ να μετατρέψω το darcy σε barrer ή perm;
Όχι! Αυτά μετρούν εντελώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Η διαπερατότητα ρευστών (darcy), η διαπερατότητα αερίων (barrer), η διαπερατότητα υδρατμών (perm) και η μαγνητική διαπερατότητα (H/m) είναι τέσσερις διακριτές ποσότητες που δεν μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους. Χρησιμοποιήστε το φίλτρο κατηγορίας στον μετατροπέα.
Γιατί η διαπερατότητα αερίων εξαρτάται από το ποιο αέριο είναι;
Διαφορετικά αέρια έχουν διαφορετικά μοριακά μεγέθη και αλληλεπιδράσεις με τα υλικά. Το H₂ και το He διαπερνούν γρηγορότερα από το O₂ ή το N₂. Πάντα να προσδιορίζετε το αέριο: «διαπερατότητα O₂ = 0.5 barrer» και όχι απλώς «διαπερατότητα = 0.5 barrer».
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ perm και perm-inch;
Το perm-inch είναι η διαπερατότητα (ιδιότητα υλικού ανεξάρτητη από το πάχος). Το perm είναι η διαπερατότητα (εξαρτάται από το πάχος). Σχέση: διαπερατότητα = διαπερατότητα/πάχος. Χρησιμοποιήστε το perm-inch για τη σύγκριση υλικών.
Πώς χρησιμοποιούν οι μηχανικοί πετρελαίου το darcy;
Η διαπερατότητα του ταμιευτήρα καθορίζει τους ρυθμούς ροής πετρελαίου/αερίου. Ένας ταμιευτήρας 100 mD μπορεί να παράγει 500 βαρέλια/ημέρα. ένας στεγανός ταμιευτήρας αερίου 1 mD απαιτεί υδραυλική ρωγμάτωση. Οι σχηματισμοί σχιστόλιθου (1-100 nD) είναι εξαιρετικά στεγανοί.
Γιατί η σχετική διαπερατότητα (μᵣ) είναι αδιάστατη;
Είναι ένας λόγος που συγκρίνει τη διαπερατότητα ενός υλικού με τη διαπερατότητα του κενού (μ₀). Για να λάβετε την απόλυτη διαπερατότητα σε H/m: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. Για το σίδηρο (μᵣ = 5000), το μ = 0.00628 H/m.
Είναι πάντα καλή η υψηλή διαπερατότητα;
Εξαρτάται από την εφαρμογή! Η υψηλή τιμή darcy είναι καλή για τις πετρελαιοπηγές αλλά κακή για τον περιορισμό. Η υψηλή τιμή barrer είναι καλή για τα αναπνέοντα υφάσματα αλλά κακή για τη συσκευασία τροφίμων. Σκεφτείτε τον μηχανικό σας στόχο: φράγμα (χαμηλό) ή ροή (υψηλή).
Τι καθορίζει την τοποθέτηση του φράγματος υδρατμών ενός κτιρίου;
Το κλίμα! Τα ψυχρά κλίματα χρειάζονται φράγματα υδρατμών στη ζεστή (εσωτερική) πλευρά για να αποτρέψουν τη συμπύκνωση της εσωτερικής υγρασίας σε ψυχρούς τοίχους. Τα θερμά υγρά κλίματα χρειάζονται φράγματα στο εξωτερικό Ή διαπερατούς τοίχους για να επιτρέπεται η ξήρανση και προς τις δύο κατευθύνσεις. Η λανθασμένη τοποθέτηση προκαλεί μούχλα και σήψη.
Ποια υλικά έχουν την υψηλότερη/χαμηλότερη διαπερατότητα;
Μαγνητική: Supermalloy (μᵣ~1M) έναντι του κενού (μᵣ=1). Ρευστή: Χαλίκι (>10 D) έναντι του σχιστόλιθου (1 nD). Αέρια: Σιλικόνη (3000+ barrer για CO₂) έναντι των μεταλλικών ταινιών (0.001 barrer). Ατμών: Υαλοβάμβακας (>100 perm) έναντι του φύλλου αλουμινίου (0 perm).
Πλήρης Κατάλογος Εργαλείων
Όλα τα 71 εργαλεία που είναι διαθέσιμα στο UNITS