Läpäisevyysmuunnin
Permeabiliteettimuunnin
Muunna 4 erillisen permeabiliteettiyksikön välillä tieteellisellä tarkkuudella. Magneettinen (H/m), fluidi- (darcy), kaasu- (barrer) ja höyrypermeabiliteetti (perm) mittaavat perustavanlaatuisesti erilaisia fysikaalisia ominaisuuksia, eikä niitä voi muuntaa tyyppien välillä.
Mitä on Permeabiliteetti?
Permeabiliteetti mittaa, kuinka helposti jokin läpäisee materiaalin, mutta tämä yksinkertainen määritelmä kätkee kriittisen tosiasian: fysiikassa ja insinööritieteissä on NELJÄ täysin erilaista permeabiliteettityyppiä, joista kukin mittaa eri fysikaalisia suureita.
Neljä Permeabiliteettityyppiä
Magneettinen Permeabiliteetti (μ)
Mittaa, kuinka helposti magneettivuo läpäisee materiaalin. Yhdistää magneettivuon tiheyden (B) magneettikentän voimakkuuteen (H).
Yksiköt: H/m, μH/m, nH/m, suhteellinen permeabiliteetti (μᵣ)
Kaava: B = μ × H
Sovellukset: Sähkömagneetit, muuntajat, magneettinen suojaus, kelat, magneettikuvauslaitteet
Esimerkit: Tyhjiö (μᵣ = 1), Rauta (μᵣ = 5,000), Permalloy (μᵣ = 100,000)
Fluidipermeabiliteetti (k)
Mittaa, kuinka helposti fluidit (öljy, vesi, kaasu) virtaavat huokoisten materiaalien, kuten kiven tai maaperän, läpi. Kriittinen öljytekniikassa.
Yksiköt: darcy (D), millidarcy (mD), nanodarcy (nD), m²
Kaava: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Sovellukset: Öljy-/kaasuesiintymät, pohjaveden virtaus, maaperän kuivatus, kivilajien karakterisointi
Esimerkit: Liuskekivi (1-100 nD), Hiekkakivi (10-1000 mD), Sora (>10 D)
Kaasupermeabiliteetti (P)
Mittaa, kuinka nopeasti tietyt kaasut läpäisevät polymeerejä, kalvoja tai pakkausmateriaaleja. Käytetään pakkaus- ja kalvotieteessä.
Yksiköt: barrer, GPU (kaasun läpäisy-yksikkö), mol·m/(s·m²·Pa)
Kaava: P = (N × L) / (A × Δp × t)
Sovellukset: Elintarvikepakkaukset, kaasunerotuskelmut, suojapinnoitteet, avaruuspuvut
Esimerkit: HDPE (0.5 barreria O₂:lle), Silikonikumi (600 barreria O₂:lle)
Vesihöyryn Läpäisevyys
Mittaa kosteuden läpäisynopeutta rakennusmateriaalien, kankaiden tai pakkausten läpi. Kriittinen kosteudenhallinnassa ja rakennustieteessä.
Yksiköt: perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
Kaava: WVTR = permeanssi × höyrynpaine-ero
Sovellukset: Rakennusten höyrysulut, hengittävät kankaat, kosteudenhallinta, pakkaukset
Esimerkit: Polyeteeni (0.06 permiä), Vaneri (0.7 permiä), Maalaamaton kipsilevy (20-50 permiä)
Pikafaktat
Tyyppien Välillä Ei Voi Muuntaa
Magneettinen permeabiliteetti (H/m) ≠ Fluidipermeabiliteetti (darcy) ≠ Kaasupermeabiliteetti (barrer) ≠ Höyrypermeabiliteetti (perm). Nämä mittaavat eri fysiikkaa!
Äärimmäinen Skaala
Fluidipermeabiliteetti kattaa 21 suuruusluokkaa: tiukasta liuskekivestä (10⁻⁹ darcya) soraan (10¹² darcya)
Yksiköiden Nimien Sekaannus
Sanaa 'permeabiliteetti' käytetään kaikista neljästä tyypistä, mutta ne ovat täysin eri suureita. Määritä aina, mistä tyypistä on kyse!
Materiaalikohtainen
Kaasupermeabiliteetti riippuu SEKÄ materiaalista ETTÄ kaasutyypistä. Hapen permeabiliteetti ≠ typen permeabiliteetti samalle materiaalille!
Magneettinen Permeabiliteetti (μ)
Magneettinen permeabiliteetti kuvaa, miten materiaali reagoi magneettikenttään. Se on magneettivuon tiheyden (B) suhde magneettikentän voimakkuuteen (H).
Kaava: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = magneettivuon tiheys (T), H = magneettikentän voimakkuus (A/m), μ = permeabiliteetti (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (vapaa tila), μᵣ = suhteellinen permeabiliteetti (dimensioton)
Materiaaliluokat
| Tyyppi | Suhteellinen Permeabiliteetti | Esimerkit |
|---|---|---|
| Diamagneettinen | μᵣ < 1 | Vismutti (0.999834), Kupari (0.999994), Vesi (0.999991) |
| Paramagneettinen | 1 < μᵣ < 1.01 | Alumiini (1.000022), Platina (1.000265), Ilma (1.0000004) |
| Ferromagneettinen | μᵣ >> 1 | Rauta (5,000), Nikkeli (600), Permalloy (100,000) |
Fluidipermeabiliteetti (Darcy)
Fluidipermeabiliteetti mittaa, kuinka helposti fluidit virtaavat huokoisen kiven tai maaperän läpi. Darcy on standardiyksikkö öljytekniikassa.
Kaava: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = virtausnopeus (m³/s), k = permeabiliteetti (m²), A = poikkileikkauspinta-ala (m²), ΔP = paine-ero (Pa), μ = fluidin viskositeetti (Pa·s), L = pituus (m)
Mikä on Darcy?
1 darcy on permeabiliteetti, joka sallii 1 cm³/s fluidia (viskositeetti 1 senttipoise) virrata 1 cm² poikkileikkauksen läpi 1 atm/cm painegradientilla.
SI-ekvivalentti: 1 darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
Läpäisevyysalueet öljytekniikassa
| Luokka | Läpäisevyys | Kuvaus | Esimerkit: |
|---|---|---|---|
| Erittäin tiivis (Liuskekivi) | 1-100 nanodarcya (nD) | Vaatii hydraulista särötystä taloudelliseen tuotantoon | Bakkenin liuskekivi, Marcellusin liuskekivi, Eagle Fordin liuskekivi |
| Tiivis Kaasu/Öljy | 0.001-1 millidarcya (mD) | Haastava tuottaa, tarvitsee stimulointia | Tiiviit hiekkakivet, jotkut karbonaatit |
| Perinteinen Esiintymä | 1-1000 millidarcya | Hyvä öljyn/kaasun tuottavuus | Useimmat kaupalliset hiekkakivi- ja karbonaattiesiintymät |
| Erinomainen Esiintymä | 1-10 darcya | Erinomainen tuottavuus | Korkealaatuiset hiekkakivet, säröiset karbonaatit |
| Erittäin Läpäisevä | > 10 darcya | Erittäin korkeat virtausnopeudet | Sora, karkea hiekka, erittäin säröinen kivi |
Kaasupermeabiliteetti (Barrer)
Kaasupermeabiliteetti mittaa, kuinka nopeasti tietyt kaasut läpäisevät polymeerejä ja kalvoja. Barrer on standardiyksikkö, joka on nimetty fyysikko Richard Barrerin mukaan.
Kaava: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = permeabiliteetti (barrer), N = läpäisseen kaasun määrä (cm³ STP:ssä), L = materiaalin paksuus (cm), A = pinta-ala (cm²), Δp = paine-ero (cmHg), t = aika (s)
Mikä on Barrer?
1 barrer = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg). Tämä mittaa kaasun tilavuutta (standardilämpötilassa ja -paineessa), joka läpäisee yksikön paksuuden yksikköpinta-alaa kohden yksikköajassa yksikköpaine-eroa kohden.
Vaihtoehtoiset yksiköt: 1 barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
Esimerkki: Silikonikumi: H₂ (550 barreria), O₂ (600 barreria), N₂ (280 barreria), CO₂ (3200 barreria)
Sovellukset
| Ala | Sovellus | Esimerkit |
|---|---|---|
| Elintarvikepakkaukset | Matala O₂-permeabiliteetti säilyttää tuoreuden | EVOH (0.05 barreria), PET (0.05-0.2 barreria) |
| Kaasujen Erotus | Korkea permeabiliteetti erottaa kaasuja (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | Silikonikumi, polyimidit |
| Lääkepakkaukset | Suojakalvot suojaavat kosteudelta/hapelta | Läpipainopakkaukset, lääkepullot |
| Renkaiden Sisävuoraukset | Matala ilmanläpäisevyys ylläpitää painetta | Halobutyylikumi (30-40 barreria) |
Vesihöyryn Läpäisevyys (Perm)
Vesihöyryn läpäisevyys mittaa kosteuden siirtymistä materiaalien läpi. Kriittinen rakennustieteessä, homeen, kondensaation ja rakenteellisten vaurioiden ehkäisyssä.
Kaava: WVTR = permeanssi × (p₁ - p₂)
WVTR = vesihöyryn läpäisynopeus, permeanssi = permeabiliteetti/paksuus, p₁, p₂ = höyrynpaineet kummallakin puolella
Mikä on Perm?
US Perm: 1 perm (US) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 perm (metrinen) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-tuumaa (US)
Huomaa: Perm-tuuma sisältää paksuuden; perm on permeanssi (jo jaettu paksuudella)
Rakennusmateriaalien luokitukset
| Luokka | Kuvaus | Esimerkit: |
|---|---|---|
| Höyrysulut (< 0.1 permiä) | Estävät lähes kaiken kosteuden siirtymisen | Polyeteenikalvo (0.06 permiä), alumiinifolio (0.0 permiä), vinyylitapetti (0.05 permiä) |
| Höyrynsulut (0.1-1 permiä) | Hidastavat merkittävästi kosteutta, mutta eivät ole täydellinen este | Öljymaali (0.3 permiä), voimapaperi (0.4 permiä), vaneri (0.7 permiä) |
| Puoliläpäisevä (1-10 permiä) | Sallivat jonkin verran kosteuden siirtymistä | Lateksimaali (1-5 permiä), OSB-levy (2 permiä), rakennuspaperi (5 permiä) |
| Läpäisevä (> 10 permiä) | Sallivat vapaan kosteuden siirtymisen | Maalaamaton kipsilevy (20-50 permiä), lasivillaeriste (>100 permiä), tuulensuojakangas (>50 permiä) |
Kylmä ilmasto: Kylmissä ilmastoissa höyrysulut asennetaan lämpimälle (sisäpuolelle) estämään sisäilman kosteuden tiivistyminen kylmiin seinäonteloihin.
Kuuma kostea ilmasto: Kuumissa ja kosteissa ilmastoissa höyrysulkujen tulisi olla ulkopuolella TAI käyttää läpäiseviä seiniä, jotta kuivuminen on mahdollista molempiin suuntiin.
Pikamuuntotaulukot
Magneettinen Permeabiliteetti
| Lähtien | Asti |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (tyhjiö) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (tyhjiö) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (rauta) | 0.001257 H/m |
Fluidipermeabiliteetti (Darcy)
| Lähtien | Asti |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 millidarcya (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 millidarcy | 10⁻⁶ darcya |
| 1 nanodarcy | 10⁻⁹ darcya |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcya |
Kaasupermeabiliteetti
| Lähtien | Asti |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barreria |
| 100 barreria | Hyvä este |
| > 1000 barreria | Huono este (korkea permeabiliteetti) |
Vesihöyryn Läpäisevyys
| Lähtien | Asti |
|---|---|
| 1 perm (US) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-tuuma | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (metrinen) | 57.45 perm-tuumaa (US) |
| < 0.1 permiä | Höyrysulku |
| > 10 permiä | Höyryä läpäisevä |
Usein Kysytyt Kysymykset
Voinko muuntaa darcya barreriksi tai permiksi?
Et! Nämä mittaavat täysin erilaisia fysikaalisia ominaisuuksia. Fluidipermeabiliteetti (darcy), kaasupermeabiliteetti (barrer), höyrypermeabiliteetti (perm) ja magneettinen permeabiliteetti (H/m) ovat neljä erillistä suuretta, joita ei voi muuntaa keskenään. Käytä muuntimen luokkasuodatinta.
Miksi kaasupermeabiliteetti riippuu kaasusta?
Eri kaasuilla on erilaiset molekyylikoot ja vuorovaikutukset materiaalien kanssa. H₂ ja He läpäisevät nopeammin kuin O₂ tai N₂. Määritä aina kaasu: 'O₂-permeabiliteetti = 0.5 barreria', ei vain 'permeabiliteetti = 0.5 barreria'.
Mitä eroa on permillä ja perm-tuumalla?
Perm-tuuma on permeabiliteetti (materiaalin ominaisuus, joka on riippumaton paksuudesta). Perm on permeanssi (riippuu paksuudesta). Suhde: permeanssi = permeabiliteetti/paksuus. Käytä perm-tuumaa materiaalien vertailuun.
Miten öljyinsinöörit käyttävät darcya?
Esiintymän permeabiliteetti määrittää öljyn/kaasun virtausnopeudet. 100 mD:n esiintymä voi tuottaa 500 barrelia päivässä; 1 mD:n tiivis kaasuesiintymä vaatii hydraulista särötystä. Liuskekivimuodostelmat (1-100 nD) ovat erittäin tiiviitä.
Miksi suhteellinen permeabiliteetti (μᵣ) on dimensioton?
Se on suhde, joka vertaa materiaalin permeabiliteettia tyhjiön permeabiliteettiin (μ₀). Absoluuttisen permeabiliteetin saamiseksi H/m:ssä: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. Raudalle (μᵣ = 5000), μ = 0.00628 H/m.
Onko korkea permeabiliteetti aina hyvä?
Se riippuu sovelluksesta! Korkea darcy-arvo on hyvä öljylähteille, mutta huono eristämiseen. Korkea barrer-arvo on hyvä hengittäville kankaille, mutta huono elintarvikepakkauksille. Harkitse insinööritavoitettasi: este (matala) tai virtaus (korkea).
Mikä määrittää rakennuksen höyrysulun sijainnin?
Ilmasto! Kylmät ilmastot vaativat höyrysulkuja lämpimälle (sisäpuolelle) estämään sisäilman kosteuden tiivistymisen kylmiin seiniin. Kuumat ja kosteat ilmastot vaativat sulkuja ulkopuolelle TAI läpäiseviä seiniä kuivumisen mahdollistamiseksi molempiin suuntiin. Väärä sijoitus aiheuttaa hometta ja lahoa.
Millä materiaaleilla on korkein/matalin permeabiliteetti?
Magneettinen: Supermalloy (μᵣ~1M) vs. tyhjiö (μᵣ=1). Fluidi: Sora (>10 D) vs. liuskekivi (1 nD). Kaasu: Silikoni (3000+ barreria CO₂:lle) vs. metalloidut kalvot (0.001 barreria). Höyry: Lasivilla (>100 permiä) vs. alumiinifolio (0 permiä).
Täydellinen Työkaluhakemisto
Kaikki 71 työkalua saatavilla UNITSissa