ממיר חדירות
ממיר חדירות
המר בין 4 סוגים שונים של יחידות חדירות בדיוק מדעי. חדירות מגנטית (H/m), חדירות לנוזל (darcy), חדירות לגז (barrer), וחדירות לאדים (perm) מודדות תכונות פיזיקליות שונות במהותן ואינן ניתנות להמרה בין הסוגים.
מהי חדירות?
חדירות מודדת באיזו קלות משהו עובר דרך חומר, אך הגדרה פשוטה זו מסתירה עובדה קריטית: ישנם ארבעה סוגים שונים לחלוטין של חדירות בפיזיקה ובהנדסה, שכל אחד מהם מודד כמויות פיזיקליות שונות.
ארבעת סוגי החדירות
חדירות מגנטית (μ)
מודדת באיזו קלות שטף מגנטי עובר דרך חומר. מקשרת בין צפיפות השטף המגנטי (B) לחוזק השדה המגנטי (H).
יחידות: H/m, μH/m, nH/m, חדירות יחסית (μᵣ)
נוסחה: B = μ × H
יישומים: אלקטרומגנטים, שנאים, מיגון מגנטי, סלילים, מכשירי MRI
דוגמאות: ריק (μᵣ = 1), ברזל (μᵣ = 5,000), פרמלוי (μᵣ = 100,000)
חדירות לנוזל (k)
מודדת באיזו קלות נוזלים (נפט, מים, גז) זורמים דרך תווך נקבובי כמו סלע או קרקע. קריטית להנדסת נפט.
יחידות: darcy (D), millidarcy (mD), nanodarcy (nD), m²
נוסחה: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
יישומים: מאגרי נפט/גז, זרימת מי תהום, ניקוז קרקע, אפיון סלעים
דוגמאות: פצלים (1-100 nD), אבן חול (10-1000 mD), חצץ (>10 D)
חדירות לגז (P)
מודדת באיזו מהירות גזים ספציפיים עוברים דרך פולימרים, ממברנות או חומרי אריזה. משמשת באריזה ובמדע הממברנות.
יחידות: barrer, GPU (gas permeation unit), mol·m/(s·m²·Pa)
נוסחה: P = (N × L) / (A × Δp × t)
יישומים: אריזות מזון, ממברנות להפרדת גזים, ציפויים מגנים, חליפות חלל
דוגמאות: HDPE (0.5 barrer עבור O₂), גומי סיליקון (600 barrer עבור O₂)
חדירות לאדי מים
מודדת את קצב מעבר הלחות דרך חומרי בנייה, בדים או אריזות. קריטית לבקרת לחות ולמדע הבנייה.
יחידות: perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
נוסחה: WVTR = חדירות × הפרש לחץ אדים
יישומים: מחסומי אדים בבניינים, בדים נושמים, ניהול לחות, אריזות
דוגמאות: פוליאתילן (0.06 perm), דיקט (0.7 perm), קיר גבס לא צבוע (20-50 perm)
עובדות מהירות
לא ניתן להמיר בין סוגים
חדירות מגנטית (H/m) ≠ חדירות לנוזל (darcy) ≠ חדירות לגז (barrer) ≠ חדירות לאדים (perm). אלה מודדים פיזיקה שונה!
טווח קיצוני
חדירות לנוזל משתרעת על פני 21 סדרי גודל: מפצלים אטומים (10⁻⁹ darcy) ועד חצץ (10¹² darcy)
בלבול בשמות היחידות
המילה 'חדירות' משמשת לכל ארבעת הסוגים, אך הם כמויות שונות לחלוטין. ציין תמיד איזה סוג!
תלוי בחומר
חדירות לגז תלויה גם בחומר וגם בסוג הגז. חדירות לחמצן ≠ חדירות לחנקן עבור אותו חומר!
חדירות מגנטית (μ)
חדירות מגנטית מתארת כיצד חומר מגיב לשדה מגנטי. זהו היחס בין צפיפות השטף המגנטי (B) לחוזק השדה המגנטי (H).
נוסחה: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = צפיפות שטף מגנטי (T), H = חוזק שדה מגנטי (A/m), μ = חדירות (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (חלל ריק), μᵣ = חדירות יחסית (חסרת ממדים)
קטגוריות חומרים
| סוג | חדירות יחסית | דוגמאות |
|---|---|---|
| דיאמגנטי | μᵣ < 1 | ביסמוט (0.999834), נחושת (0.999994), מים (0.999991) |
| פאראמגנטי | 1 < μᵣ < 1.01 | אלומיניום (1.000022), פלטינה (1.000265), אוויר (1.0000004) |
| פרומגנטי | μᵣ >> 1 | ברזל (5,000), ניקל (600), פרמלוי (100,000) |
חדירות לנוזל (Darcy)
חדירות לנוזל מודדת באיזו קלות נוזלים זורמים דרך סלע נקבובי או קרקע. דארסי היא היחידה הסטנדרטית בהנדסת נפט.
נוסחה: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = קצב זרימה (m³/s), k = חדירות (m²), A = שטח חתך (m²), ΔP = הפרש לחצים (Pa), μ = צמיגות הנוזל (Pa·s), L = אורך (m)
מהו דארסי?
1 דארסי הוא החדירות המאפשרת ל-1 סמ"ק/שנייה של נוזל (בצמיגות של 1 סנטיפואז) לזרום דרך שטח חתך של 1 סמ"ר תחת מפל לחצים של 1 אטמ'/ס"מ.
שווה ערך SI: 1 darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
טווחי חדירות בהנדסת נפט
| קטגוריה | חדירות | תיאור | דוגמאות: |
|---|---|---|---|
| אטום במיוחד (פצלים) | 1-100 ננודארסי (nD) | דורש סידוק הידראולי להפקה כלכלית | פצלי באקן, פצלי מרסלוס, פצלי איגל פורד |
| גז/נפט צפוף | 0.001-1 מילידארסי (mD) | מאתגר להפקה, דורש גירוי | אבני חול צפופות, פחמנים מסוימים |
| מאגר קונבנציונלי | 1-1000 מילידארסי | תפוקת נפט/גז טובה | רוב מאגרי אבן החול והפחמן המסחריים |
| מאגר מצוין | 1-10 דארסי | תפוקה מצוינת | אבני חול איכותיות, פחמנים סדוקים |
| חדיר במיוחד | > 10 דארסי | קצבי זרימה גבוהים מאוד | חצץ, חול גס, סלע סדוק מאוד |
חדירות לגז (Barrer)
חדירות לגז מודדת באיזו מהירות גזים ספציפיים עוברים דרך פולימרים וממברנות. בארר היא היחידה הסטנדרטית, על שם הפיזיקאי ריצ'רד בארר.
נוסחה: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = חדירות (barrer), N = כמות הגז שעבר (סמ"ק ב-STP), L = עובי החומר (ס"מ), A = שטח (סמ"ר), Δp = הפרש לחצים (ס"מ כספית), t = זמן (שניות)
מהו בארר?
1 בארר = 10⁻¹⁰ סמ"ק(STP)·ס"מ/(שנייה·סמ"ר·ס"מ כספית). זה מודד את נפח הגז (בטמפרטורה ולחץ סטנדרטיים) החודר דרך יחידת עובי ליחידת שטח ליחידת זמן ליחידת הפרש לחצים.
יחידות חלופיות: 1 barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
דוגמה: גומי סיליקון: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
יישומים
| תחום | יישום | דוגמאות |
|---|---|---|
| אריזות מזון | חדירות נמוכה ל-O₂ שומרת על טריות | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| הפרדת גזים | חדירות גבוהה מפרידה גזים (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | גומי סיליקון, פוליאמידים |
| אריזות רפואיות | סרטי מחסום מגנים מפני לחות/חמצן | אריזות בליסטר, בקבוקים תרופתיים |
| שכבות פנימיות של צמיגים | חדירות נמוכה לאוויר שומרת על לחץ | גומי הלובוטיל (30-40 barrer) |
חדירות לאדי מים (Perm)
חדירות לאדי מים מודדת מעבר לחות דרך חומרים. קריטית למדע הבנייה, מניעת עובש, עיבוי ונזק מבני.
נוסחה: WVTR = חדירות × (p₁ - p₂)
WVTR = קצב מעבר אדי מים, חדירות = חדירות/עובי, p₁, p₂ = לחצי אדים בכל צד
מהו פרם?
US Perm: 1 perm (US) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 perm (metric) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (US)
הערה: פרם-אינץ' כולל עובי; פרם הוא חדירות (כבר מחולק בעובי)
סיווגי חומרי בנייה
| קטגוריה | תיאור | דוגמאות: |
|---|---|---|
| מחסומי אדים (< 0.1 perm) | חוסמים כמעט את כל מעבר הלחות | יריעת פוליאתילן (0.06 perm), רדיד אלומיניום (0.0 perm), טפט ויניל (0.05 perm) |
| מעכבי אדים (0.1-1 perm) | מאטים משמעותית את הלחות, אך אינם מחסום מלא | צבע שמן (0.3 perm), נייר קראפט (0.4 perm), דיקט (0.7 perm) |
| חדיר למחצה (1-10 perm) | מאפשרים מעבר מסוים של לחות | צבע לטקס (1-5 perm), לוח OSB (2 perm), נייר בניין (5 perm) |
| חדיר (> 10 perm) | מאפשרים מעבר חופשי של לחות | קיר גבס לא צבוע (20-50 perm), בידוד פיברגלס (>100 perm), עטיפת בית (>50 perm) |
אקלים קר: באקלים קר, מחסומי אדים ממוקמים בצד החם (הפנימי) כדי למנוע מלחות פנימית להתעבות בחללי קיר קרים.
אקלים חם ולח: באקלים חם ולח, מחסומי אדים צריכים להיות בצד החיצוני או להשתמש בקירות חדירים כדי לאפשר ייבוש לשני הכיוונים.
טבלאות המרה מהירות
חדירות מגנטית
| מ | ל |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (ריק) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (ריק) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (ברזל) | 0.001257 H/m |
חדירות לנוזל (Darcy)
| מ | ל |
|---|---|
| 1 דארסי | 1,000 מילידארסי (mD) |
| 1 דארסי | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 מילידארסי | 10⁻⁶ דארסי |
| 1 ננודארסי | 10⁻⁹ דארסי |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² דארסי |
חדירות לגז
| מ | ל |
|---|---|
| 1 בארר | 10,000 GPU |
| 1 בארר | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ בארר |
| 100 בארר | מחסום טוב |
| > 1000 בארר | מחסום גרוע (חדירות גבוהה) |
חדירות לאדי מים
| מ | ל |
|---|---|
| 1 perm (US) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (metric) | 57.45 perm-inch (US) |
| < 0.1 perm | מחסום אדים |
| > 10 perm | חדיר לאדים |
שאלות נפוצות
האם ניתן להמיר דארסי לבארר או פרם?
לא! אלה מודדים תכונות פיזיקליות שונות לחלוטין. חדירות לנוזל (darcy), חדירות לגז (barrer), חדירות לאדים (perm), וחדירות מגנטית (H/m) הן ארבע כמויות נפרדות שלא ניתן להמיר ביניהן. השתמש במסנן הקטגוריות בממיר.
מדוע חדירות לגז תלויה בסוג הגז?
לגזים שונים יש גדלי מולקולות ואינטראקציות שונות עם חומרים. H₂ ו-He חודרים מהר יותר מ-O₂ או N₂. ציין תמיד את הגז: 'חדירות ל-O₂ = 0.5 בארר' ולא רק 'חדירות = 0.5 בארר'.
מה ההבדל בין פרם לפרם-אינץ'?
פרם-אינץ' הוא חדירות (תכונת חומר בלתי תלויה בעובי). פרם הוא חדירות (תלוי בעובי). קשר: חדירות = חדירות/עובי. השתמש בפרם-אינץ' להשוואת חומרים.
כיצד מהנדסי נפט משתמשים בדארסי?
חדירות המאגר קובעת את קצבי זרימת הנפט/גז. מאגר של 100 mD עשוי להפיק 500 חביות ליום; מאגר גז צפוף של 1 mD דורש סידוק הידראולי. תצורות פצלים (1-100 nD) הן אטומות ביותר.
מדוע חדירות יחסית (μᵣ) היא חסרת ממדים?
זהו יחס המשווה את חדירות החומר לחדירות הריק (μ₀). כדי לקבל חדירות מוחלטת ב-H/m: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. עבור ברזל (μᵣ = 5000), μ = 0.00628 H/m.
האם חדירות גבוהה היא תמיד טובה?
תלוי ביישום! דארסי גבוה טוב לבארות נפט אך רע להכלה. בארר גבוה טוב לבדים נושמים אך רע לאריזות מזון. שקול את המטרה ההנדסית שלך: מחסום (נמוך) או זרימה (גבוה).
מה קובע את מיקום מחסום האדים בבניין?
האקלים! אקלים קר דורש מחסומי אדים בצד החם (הפנימי) כדי למנוע מלחות פנימית להתעבות בקירות קרים. אקלים חם ולח דורש מחסומים בצד החיצוני או קירות חדירים כדי לאפשר ייבוש לשני הכיוונים. מיקום שגוי גורם לעובש וריקבון.
לאילו חומרים יש את החדירות הגבוהה/הנמוכה ביותר?
מגנטית: סופרמלוי (μᵣ~1M) לעומת ריק (μᵣ=1). נוזל: חצץ (>10 D) לעומת פצלים (1 nD). גז: סיליקון (3000+ בארר עבור CO₂) לעומת סרטים מתכתיים (0.001 בארר). אדים: פיברגלס (>100 perm) לעומת רדיד אלומיניום (0 perm).
מדריך כלים מלא
כל 71 הכלים הזמינים ב-UNITS