Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это – плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.
О какой физической характеристике пойдет речь?
Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:
ρ = m/V.
Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).
Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).
Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:
- от массы составляющих вещество атомов и молекул;
- от средних межатомных и межмолекулярных расстояний.
Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз – это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.
Плотность металлов
Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.
Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.
Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:
- кубическая;
- ОЦК (объемно-центрированная кубическая);
- ГПУ (гексагональная плотноупакованная);
- ГЦК (гранецентрированная кубическая).
Плотность металлов – это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см3, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.
Из таблицы следует, что плотность металлов – это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см3.
Как находят величину?
Плотность металлов – это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
- экспериментальным;
- теоретическим.
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем – в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов – это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Плотность редкого металла осмия
Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.
Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:
ρ = 4*m/(√3*a2*c).
Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м3.
Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см3, что равняется измеренному экспериментально табличному значению.
Содержание
- Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия
- О какой физической характеристике пойдет речь?
- Плотность металлов
- Как находят величину?
- Плотность редкого металла осмия
- Плотность металлов в кг/м3: таблица. Экспериментальное и теоретическое определение плотности
- Плотность вещества
- Металлы и их плотность
- Экспериментальное определение плотности
- Теоретическое определение плотности
- Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия
- О какой физической характеристике пойдет речь?
- Плотность металлов
- Как находят величину?
- Плотность редкого металла осмия
- Плотность вещества
- Масса
- Откуда берется масса
- Объем тела
- Плотность вещества
Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.
О какой физической характеристике пойдет речь?
Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:
Вам будет интересно: Свинья в апельсинах, или что значит это выражение?
Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).
Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).
Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:
- от массы составляющих вещество атомов и молекул;
- от средних межатомных и межмолекулярных расстояний.
Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз — это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.
Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.
Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.
Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:
- кубическая;
- ОЦК (объемно-центрированная кубическая);
- ГПУ (гексагональная плотноупакованная);
- ГЦК (гранецентрированная кубическая).
Плотность металлов — это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см3, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.
Из таблицы следует, что плотность металлов — это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см3.
Как находят величину?
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.
Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:
Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м3.
Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см3, что равняется измеренному экспериментально табличному значению.
Источник
Металлы — это химические элементы, которые составляют большую часть периодической таблицы Д. И. Менделеева. В данной статье рассмотрим такое важное их физическое свойство, как плотность, а также приведем таблицу плотности металлов в кг/м3 .
Плотность вещества
Прежде чем разобраться с плотностью металлов в кг/м3, познакомимся с самой физической величиной. Плотностью называют отношение массы тела m к его объему V в пространстве, что математически можно записать так:
Изучаемую величину обычно обозначают буквой греческого алфавита ρ (ро).
Вам будет интересно: Что значит «чекать»: значение и варианты употребления
Если разные части тела имеют отличные массы, то с помощью записанной формулы можно определить среднюю плотность. При этом локальная плотность может значительно отличаться от средней.
Как видно из формулы, величина ρ выражается в кг/м3 в системе СИ. Она характеризует количество вещества, которое помещается в единице его объема. Эта характеристика во многих случаях является визитной карточкой веществ. Так, у разных металлов плотность в кг/м3 является различной, что позволяет их идентифицировать.
Металлические материалы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре и атмосферном давлении (исключением является лишь ртуть). Они обладают высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью и имеют характерный блеск в отполированном состоянии поверхности. Многие свойства металлов связаны с наличием у них упорядоченной кристаллической решетки, в узлах которой сидят положительные ионные остовы, связанные друг с другом с помощью отрицательного электронного газа.
Что касается плотности металлов, то она изменяется в широких пределах. Так, наименее плотными являются щелочные легкие металлы, такие как литий, калий или натрий. Например, плотность лития составляет 534 кг/м3, что практически в два раза меньше аналогичной величины для воды. Это означает, что пластинки из лития, калия и натрия не будут тонуть в воде. С другой стороны, такие переходные металлы, как рений, осмий, иридий, платина и золото, обладают огромной плотностью, которая в 20 и более раз превышает ρ воды.
Ниже приведена таблица плотности металлов. Все значения соответствуют комнатной температуре в г/см3. Если эти значения умножить на 1 000, то мы получим ρ в кг/м3.
Почему существуют металлы с высокой плотностью и с низким ее значением? Дело в том, что значение ρ для каждого конкретного случая определяется двумя основными факторами:
Экспериментальное определение плотности
Предположим, у нас имеется кусок неизвестного металла. Как можно определить его плотность? Вспоминая формулу для ρ, приходим к ответу на заданный вопрос. Для определения плотности металла достаточно взвесить его на каких-либо весах и измерить объем. Затем следует первую величину разделить на вторую, не забывая об использовании правильных единиц измерения.
Если геометрическая форма тела является сложной, то объем его измерить будет нелегко. В таких случаях можно воспользоваться законом Архимеда, поскольку объем вытесненной жидкости при погружении тела будет точно равен измеряемому объему.
На использовании закона Архимеда также основан метод гидростатических весов, изобретенных в конце XVI века Галилеем. Суть метода заключается в измерении веса тела в воздухе, а затем в жидкости. Если первую величину обозначить P0, а вторую — P1, тогда плотность металла в кг/м3 вычисляется по такой формуле:
ρ = P0 * ρl / (P0 — P1)
Где ρl — плотность жидкости.
Теоретическое определение плотности
В приведенной выше таблице плотностей химических элементов красным обозначены металлы, для которых приведена теоретическая плотность. Эти элементы являются радиоактивными, и получены они были искусственно в небольших количествах. Указанные факторы затрудняют их точное измерение плотности. Однако величину ρ можно успешно рассчитать.
Метод теоретического определения плотности достаточно прост. Для этого нужно знать массу одного атома, количество атомов в элементарной кристаллической решетке и тип этой решетки.
Для примера приведем расчет для железа. Его атом имеет массу 55,847 а.е.м. Железо при комнатных условиях имеет ОЦК решетку с параметром 2,866 ангстрема. Поскольку на один элементарный кубик ОЦК приходится два атома, то получаем:
ρ = 2 * 55,847 * 1,66 * 10-27 / (2,8663 * 10-30) = 7,876 кг/м3
Если сравнить это значение с табличным, то видно, что различаются они лишь в третьем знаке после запятой.
Источник
Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.
О какой физической характеристике пойдет речь?
Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:
Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).
Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).
Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:
- от массы составляющих вещество атомов и молекул;
- от средних межатомных и межмолекулярных расстояний.
Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз — это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.
Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.
Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.
Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:
- кубическая;
- ОЦК (объемно-центрированная кубическая);
- ГПУ (гексагональная плотноупакованная);
- ГЦК (гранецентрированная кубическая).
Плотность металлов — это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см 3 , которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.
Из таблицы следует, что плотность металлов — это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см 3 .
Как находят величину?
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.
Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:
Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м 3 .
Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см 3 , что равняется измеренному экспериментально табличному значению.
Источник
Плотность вещества
О чем эта статья:
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Масса
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.
Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона
F = ma
a — ускорение [м/с2]
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон Всемирного тяготения
F = GMm/R2
M — масса первого тела (часто планеты) [кг]
m — масса второго тела [кг]
R — расстояние между телами [м]
G — гравитационная постоянная
G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне🙃
Откуда берется масса
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем тела
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда
V = a*b*c
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра
V = S*h
S — площадь основания [м^2]
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Формула плотности вещества
р — плотность вещества [кг/м^3]
m — масса вещества [кг]
V — объем вещества [м^3]
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Источник
Adblock
detector
Из учебного курса химии и физики вспоминаются решения задач с использованием разных показателей.
Окружающие тела состоят из веществ, масса каждого зависит от размера, объема и других критериев.
Плотность вещества показывает численное выражение массы тела в определенном объеме.
Существуют разные виды скалярной физической величины.
Удельный вес алюминия кг м3 – Telegraph
Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката.
Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе – удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества.
Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.
В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа.
Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления.
Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа – 7850 кг/м3.
Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности – 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа.
К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:
− легкие – магний, алюминий;
− благородные металлы (драгоценные) – платина, золото, серебро и полублагородная медь;
− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.
| Наименование металла, обозначение | Атомный вес | Температура плавления, °C | Удельный вес, г/куб.см |
| Цинк Zn (Zinc) | 65,37 | 419,5 | 7,13 |
| Алюминий Al (Aluminium) | 26,9815 | 659 | 2,69808 |
| Свинец Pb (Lead) | 207,19 | 327,4 | 11,337 |
| Олово Sn (Tin) | 118,69 | 231,9 | 7,29 |
| Медь Cu (Сopper) | 63,54 | 1083 | 8,96 |
| Титан Ti (Titanium) | 47,90 | 1668 | 4,505 |
| Никель Ni (Nickel) | 58,71 | 1455 | 8,91 |
| Магний Mg (Magnesium) | 24 | 650 | 1,74 |
| Ванадий V (Vanadium) | 6 | 1900 | 6,11 |
| Вольфрам W (Wolframium) | 184 | 3422 | 19,3 |
| Хром Cr (Chromium) | 51,996 | 1765 | 7,19 |
| Молибден Mo (Molybdaenum) | 92 | 2622 | 10,22 |
| Серебро Ag (Argentum) | 107,9 | 1000 | 10,5 |
| Тантал Ta (Tantal) | 180 | 3269 | 16,65 |
| Железо Fe (Iron) | 55,85 | 1535 | 7,85 |
| Золото Au (Aurum) | 197 | 1095 | 19,32 |
| Платина Pt (Platina) | 194,8 | 1760 | 21,45 |
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
| Список сплавов металлов | Плотность сплавов(кг/м3) |
| Адмиралтейская латунь – Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова) | 8525 |
| Алюминиевая бронза – Aluminum Bronze (3-10% алюминия) | 7700 – 8700 |
| Баббит – Antifriction metal | 9130 -10600 |
| Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) – Beryllium Copper | 8100 – 8250 |
| Дельта металл – Delta metal | 8600 |
| Желтая латунь – Yellow Brass | 8470 |
| Фосфористые бронзы – Bronze – phosphorous | 8780 – 8920 |
| Обычные бронзы – Bronze (8-14% Sn) | 7400 – 8900 |
| Инконель – Inconel | 8497 |
| Инкалой – Incoloy | 8027 |
| Ковкий чугун – Wrought Iron | 7750 |
| Красная латунь (мало цинка) – Red Brass | 8746 |
| Латунь, литье – Brass – casting | 8400 – 8700 |
| Латунь, прокат – Brass – rolled and drawn | 8430 – 8730 |
Классификация стали
В зависимости от доли неметаллических примесей, определяемой методом выплавки данной марки, стальные сплавы разделяют на:
- особо высококачественные;
- высококачественные;
- обыкновенного качества.
По химическому составу сплавы также разделяют на легированные и углеродистые.
Углеродистые стали
Используются преимущественно для производства сварных конструкций и содержит от 0,25 до 2,14 процента углерода. Внутри группы они далее разделяются на подгруппы, и также по процентной доле углерода:
- высокоуглеродистые (0,6-2,14);
- среднеуглеродистые (0,3-0,55);
- низкоуглеродистые (ниже 0,25).
В качестве присадок в них также входят кремний и марганец. Кроме полезных, вводимых целенаправленно присадок в сплаве могут содержаться и вредные примеси, отрицательно влияющие на ее физико- химические свойства:
- фосфор снижает пластичность при нагреве и повышает хрупкость при охлаждении;
- сера приводит к образованию микротрещин.
В состав сплава могут попадать и другие примеси.
Легированная сталь
Для обретения сплавом требуемых свойств при плавке в него добавляют полезные присадки, или легирующие элементы, чаще всего металлы, такие, как алюминий, молибден, хром, марганец, никель, ванадий и другие.
Свойства сплава меняются при этом весьма существенно: сплав приобретает стойкость к коррозии, особую прочность, высокую ковкость, повышенную или пониженную электропроводность и т.д. Сплав с такими добавками называют легированной сталью.
По процентному содержанию легирующих присадок они делятся на три группы:
- высоколегированные – свыше 11;
- среднелегированные – от 4 до 11;
- низколегированные – менее 4.
По области применения стальные сплавы делятся на:
- инструментальные — высокопрочные сплавы применяются для изготовления инструментов, штампов, фрез, сверл и резцов;
- конструкционные – применяются для производства корпусов и узлов транспортных средств, станков, строительных конструкций;
- специальные. В эту группу включают сплавы с повышенной стойкостью к кислотной и щелочной среде, радиации, нержавеющие сплавы, электроматериалы и др.
Некоторые присадки и виды обработки повышают плотность материала, а другие – снижают, например:
| Метод обработки или присадка | Изменение плотности |
| углерод | снижается |
| хром, алюминий, марганец | снижается |
| кобальт, вольфрам, медь | растет |
| волочение | растет в пределах трех процентов |
, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Для быстрого поиска определенного материала или вещества нажмите Ctrl+F.
На этой странице представлена таблица плотностей основных материалов (металлы, резины, древесина, газы, масла) при нормальных условиях.
| Материал | Плотность, кг/м3 |
| Сталь 10 ГОСТ 1050-88 | 7856 |
| Сталь 20 ГОСТ 1050-88 | 7859 |
| Сталь 40 ГОСТ 1050-88 | 7850 |
| Сталь 60 ГОСТ 1050-88 | 7800 |
| С235-С375 ГОСТ 27772-88 | 7850 |
| Ст3пс ГОСТ 380-2005 | 7850 |
‘);> //–>
‘);> //–>
| Чугун ковкий КЧ 70-2 ГОСТ 1215-79 | 7000 |
| Чугун высокопрочный ВЧ35 ГОСТ 7293-85 | 7200 |
| Чугун серый СЧ10 ГОСТ 1412-85 | 6800 |
| Чугун серый СЧ20 ГОСТ 1412-85 | 7100 |
| Чугун серый СЧ30 ГОСТ 1412-85 | 7300 |
| Силумин АК12ж ГОСТ 1583-93 | 2700 |
| Сплав АК12 ГОСТ 1583-93 | 2710 |
| Сплав АК5М ГОСТ 1583-93 | 2640 |
| Сплав АК7 ГОСТ 1583-93 | 2700 |
| Сплав АО9-1 ГОСТ 14113-78 | 2700 |
| Б83 ГОСТ 1320-74 | 7380 |
| Б87 ГОСТ 1320-74 | 7300 |
| БН ГОСТ 1320-74 | 9550 |
| Сплав МЛ10. МЛ19 ГОСТ 2856-79 | 1810 |
| Сплав ВМЛ5 | 1890 |
| Сплав ВМЛ9 | 1850 |
| Бронза оловянная БрО10C10 | 8800 |
| Бронза оловянная БрО19 | 8600 |
| Бронза оловянная БрОC10-10 | 9100 |
| Бронза оловянная БрОA10-1 | 8750 |
| Бронза БрА10Ж3Мч2 ГОСТ 493-79 | 8200 |
| Бронза БрА9Ж3Л ГОСТ 493-79 | 8200 |
| Бронза БрМц5 ГОСТ 18175-78 | 8600 |
| Латунь Л60 ГОСТ 15527-2004 | 8800 |
| Латунь ЛА ГОСТ 1020-97 | 8500 |
| Медь М0, М1, М2, М3 ГОСТ 859-2001 | 8940 |
| Медь МСр1 ГОСТ 16130-90 | 8900 |
| ВТ1-0 ГОСТ 19807-91 | 4500 |
| ВТ14 ГОСТ 19807-91 | 4500 |
| ВТ20Л ГОСТ 19807-91 | 4470 |
| Ф-4 ГОСТ 10007-80 Е | 2100 |
| Фторопласт – 1 ГОСТ 13744-87 | 1400 |
| Фторопласт – 2 ГОСТ 13744-87 | 1700 |
| Фторопласт – 3 ГОСТ 13744-87 | 2710 |
| Фторопласт – 4Д ГОСТ 14906-77 | 2150 |
| Дакрил-2М ТУ 2216-265-057 57 593-2000 | 1190 |
| Полиметил метакрилат ЛПТ ТУ 6-05-952-74 | 1180 |
Почему лучше использовать калькулятор расчета металла
Металлопрокат используется повсеместно: в строительстве, ЖКХ и т.д. Часто требуется его транспортировка. Однако машины имеют определенную грузоподъемность, превышение которой недопустимо. Тут встает вопрос, как узнать тоннажность металла, если его нельзя разместить на весах из-за большого объема? Данный расчет выполняет специальный калькулятор, разработанный так, что способен учесть все особенности металлопроката, включая нестандартную форму.
Не рассчитав вес металлопроката вы рискуете переплатить за доставку груза. Если вызовете фуру, которая будет слишком большой для транспортировки, то вы однозначно переплатите. Стоимость доставки будет высокой. При решении сэкономить, рискуете оформить машину с меньшей грузоподъемностью. В результате вам придется либо заказывать еще один грузовик, либо оформлять более большой грузовой транспорт. Результат будет аналогичным — переплата и потеря времени.
Раньше люди самостоятельно занимались расчетом массы определенного количества металлопроката. Однако они были крайне сложными и часто приводили к ошибкам. С популяризацией интернета, рассчитать вес металлопроката не составит труда.
Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия
Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.
О какой физической характеристике пойдет речь?
Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:
ρ = m/V.
Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).
Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).
Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:
- от массы составляющих вещество атомов и молекул;
- от средних межатомных и межмолекулярных расстояний.
Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз — это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.
Плотность металлов
Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.
Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.
Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:
- кубическая;
- ОЦК (объемно-центрированная кубическая);
- ГПУ (гексагональная плотноупакованная);
- ГЦК (гранецентрированная кубическая).
Плотность металлов — это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см3, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.
Из таблицы следует, что плотность металлов — это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см3.
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
- экспериментальным;
- теоретическим.
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Плотность редкого металла осмия
Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.
Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:
ρ = 4*m/(√3*a2*c).
Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м3.
Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см3, что равняется измеренному экспериментально табличному значению.
Как определить плотность металла — Справочник металлиста
Первые упоминания о стали содержатся в индийские источники, датируемые приблизительно 1 тысячелетием до н. э.
Стальные мечи, изготовленные индийскими мастерами, были прочнее и острее бронзовых. Сталь обрабатывалась на Ближнем Востоке и в Древнем Риме.
Именно стальные мечи и доспехи помогли римским легионам в их победоносном шествии по античному миру.
Второе рождение материала произошло в 19 веке, года был разработан мартеновский метод ее выплавки, позволяющий получать сплавы высокого и стабильного качества в больших количествах. В 20 веке сталь стала основным конструкционным материалом. Одной из важных характеристик любого материала, является его плотность — масса вещества в единице объема.
Плотность стали
Плотность измеряется в граммах на кубический сантиметр или в тоннах на кубометр. Цифровое значение плотности для этих двух единиц измерения будет совпадать.
Плотность одного и того же материала при разной температуре меняется вследствие явления теплового и объемного расширения.
У большинства веществ, включая металлы, плотность с ростом температуры падает.
Плотность стали конструкционной легированной
Конструкционные легированные сплавы применяются в производстве высоконагруженных ответственных конструкций, в том числе работающих в агрессивных средах. Плотность марки 30ХГСА близка к стандартному значению в 7,85 т/м3 плотность стали конструкционной низколегированной для сварных конструкций
Низколегированные сплавы обладают прекрасной свариваемостью и высокой стойкостью к коррозии, поэтому их широко применяют для ответственных конструкций в строительстве и кораблестроении. УВ стали этой группы колеблется в пределах 7,85-7,87 т/м3 и приведен в таблице:
| Группа | Марка | Плотность |
| низколегированная конструкционная | 09Г2С | 7,85 |
| высоко-углеродистая | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| среднеуглеродистая | 45 | 7,85 |
| мало-углеродистая | 10, 10А, 20, 20А | 7,85 |
| углеродистая конструкционная | Ст3сп, Ст3пс | 7,87 |
Плотность стали конструкционной повышенной обрабатываемости
Удельный вес стали 30ХГСА, применяемой для валов, осей, рычагов составляет 7,85 т/м3. При нагреве до 200 ºС он снижается до 7,8. Плотность стали конструкционной подшипниковой марки 35ХГ2 равна 7,8 т/м3.
Удельный вес стали 12Х2Н4А, применяемой для создания высоконагруженных шестерен, поршневых пальцев и т. п., составляет 7,84 т/м3 при 20 ºС и снижается до 7,63 при нагреве до 600 ºС
Плотность стали конструкционной рессорно – пружинной
Рессорно-пружинные сплавы обладают повышенной упругостью при сохранении высокой прочности и применяются для изготовления элементов упругости механизмов — рессор, пружин, амортизаторов. Плотность марки 65Г составляет 7,85 т/м3.
Плотность стали конструкционной углеродистой качественной
Сталь качественная конструкционная углеродистая марок 10, 20, 30, 40 имеет плотность 7,85 т/м3
Плотность нержавеющей стали
Плотность вещества вычисляется путем деления массы объекта на его объем.
Такие вычисления для всех известных человеку веществ уже сделаны, и метрологические службы периодически повторяют и уточняют эти измерения.
На практике перед людьми встает другая практическая задача: зная материал, из которого изготовлено изделие, определить его массу.
Плотность вещества также называют удельной массой (или, в быту, удельным весом) — т. е. массой сплошного физического тела изготовленного из данного вещества и имеющего единичный объем.
Нержавеющая сталь
Следует отметить, что, используя термин «масса», в 99% случаев люди имеют дело с весом — силой притяжения физического тела к Земле.
Дело в том, что для определения массы тела в строгом физическом смысле требуется сложное оборудование, доступное лишь в крупнейших научных центрах.
Для практического применения в большинстве случаев достаточно обычных, более или менее точных весов, использующих гравитацию Земли и пружины, либо рычаги и стандартные гири, либо пьезоэлементы.
На практике, чтобы рассчитать вес погонного или квадратного метра металлопроката используют удельную массу, или плотность материала, из которого он изготовлен.
В справочниках по сортаменту металлопроката среди основных характеристик каждого сорта обязательно указывается масса погонного или квадратного метра и значение плотности, использованное при вычислениях.
В большинстве случаев расчета по массе погонного или квадратного метра хватает для практических применений. Сырье и комплектующие закупаются с некоторым нормированным запасом, а перед отгрузкой потребителю изделие взвешивают на весах для точных взаиморасчетов между контрагентами.
Однако нужно понимать, что данные в справочнике рассчитываются на основании стандартной плотности стали, чаще всего это 7,85 т/м3. В то же время фактическая плотность стали конкретной марки зависит от состава и удельного количества присадок и может колебаться от 7,6 до 8,8 т/м3.
Это может дать погрешность до 10% в большую или в меньшую сторону для изделия, сделанного из очень легкого или, наоборот, очень тяжелого сплаваю. Для малого количества металла разница будет мала, и ею можно будет пренебречь. Однако для сложных изделий, использующих большие объемы металла, потребуются более точные расчеты.
Масса понадобится при формировании заявки на закупку металла. На основе плотности данного сплава делают корректировку справочных значений массы одного погонного или квадратного метра, и далее в расчетах используют уже уточненное значение.
Как рассчитать P или выполнить корректировку массы 1 метра?
Практический способ определения плотности достаточно прост и известен нам из школьного курса физики. В мерную емкость, заполненную водой до определенной отметки, опускают образец материала.
Уровень воды поднимается на определенную высоту. Объем вытесненной воды равен объему образца. Массу образца определяют взвешиванием на точных весах. Плотность будет равна отношению массы и объема.
Чтобы выполнить корректировку массы погонного или квадратного метра, нужно значение из справочника разделить на плотность из справочника и результат умножить на измеренную плотность материала образца. Получится откорректированная величина.
Если предвидится повторение подобных вычислений, то удобнее будет вычислить корректировочный коэффициент, равный отношению стандартной плотности и плотности образца, и далее применять его в расчетах.
Плотность 12Х18Н10Т и некоторых нержавеющих сталей
Марка 12×18Н10Т является одной из самых широко применяемых нержавеющих сталей. Плотность для нее и нескольких популярных в производстве марок приведена в таблице, марки расположены по мере возрастания плотности. В третьей колонке показан коэффициент корректировки плотности относительно стандартного значения в 7,85:
| Марка стали | Плотность т/м3 | Корректировочный коэффициент |
| 08Х22Н6Т15Х28 | 7,60 | 0,97 |
| 08Х1312Х17 | 7,70 | 0,98 |
| 04Х18Н1008Х18Н12Б12Х18Н10Т17Х18Н9 | 7,90 | 1,01 |
| 08Х18Н12Т10Х23Н18 | 7,95 | 1,01 |
| 06ХН28МДТ08ХН28МДТ | 7,96 | 1,01 |
| 10Х17Н13М2Т | 8,00 | 1,02 |
| 08Х17Н15М3Т | 8,10 | 1,03 |
Плотность других сталей и сплавов
Удельный вес стали других групп приведен в таблице:
| Тип стали | Марка | Плотность |
| криогенная нержавеющая конструкционная | 12Х18Н10Т | 7,9 |
| жаропрочная нержавеющая коррозионно-стойкая | 08Х18Н10Т | 7,9 |
| штамповая инструментальная | Х12МФ | 7,7 |
| штамповая инструментальная | 5ХНМ | 7,8 |
| мало-углеродистая электро-техническая (Армко) | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| хромистая | 15ХА | 7,74 |
| хромоалюминиевомолибденовая азотируемая | 38ХМЮА | 7,71 |
| хромомарганцовокремнистая | 25ХГСА | 7,85 |
| хромованадиевая | 30ХГСА; 20ХН3А | 7,85 |
Сталь — понятие и ее характеристики
Сталь– является самым распространенным материалом для изготовления конструкций, деталей, механизмов и инструмента.
К сталям относятся все сплавы железа и углерода, причем доля железа должна быть не менее 45 %, а доля углерода — менее 2,14 процента.
Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия
Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.
Как находят величину?
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
- экспериментальным;
- теоретическим.
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Онлайн калькулятор металлопроката
К металлопрокату относится вся продукция, которая прошла горячий или холодный прокат на специальных станках. На сегодняшний день существует много видов с различными характеристиками. Запомнить плотность каждого металла и сплава невозможно. Поэтому и рассчитать тоннажность крайне сложно. Для этого используйте калькулятор металла на нашем сайте. Он быстро произведет расчеты исходя из особенностей изделия.
Вопросы, рассмотренные в материале:
- Понятие и определение плотности металла
- Важность определения плотности металла в промышленности
- Примеры значений плотности наиболее востребованных металлов
- Важность плотности металла шва при сварке
Понятие и определение плотности металла
Под плотностью принято понимать количество вещества в определенном объеме, соответственно, формула для математического вычисления этой величины следующая:
ρ = m / V.
Для обозначения этого показателя используют греческую букву ρ.
Благодаря универсальности этой характеристики с ее помощью сравнивают различные материалы. Также последние можно идентифицировать по плотности, как сделал это Архимед, усомнившийся в подлинности золотой короны. Он вычислил плотность металла и доказал, что перед ним подделка.
Величина этого показателя определяется двумя факторами:
- атомарной и молекулярной массой вещества;
- средним расстоянием между атомами и молекулами.
К примеру, плотность углеродных материалов ниже, чем этот показатель у любого переходного металла за счет более высокой массы атомов последних. Также можно привести в пример два углеродных материала графит и алмаз – более высокая плотность второго обусловлена меньшими межатомными расстояниями.
К самой многочисленной в периодической таблице элементов группе металлов относятся простые вещества, которые обладают:
- ковкостью (способностью к пластическому деформированию без разрушения);
- высокой электро- и теплопроводностью;
- отрицательным температурным коэффициентом проводимости;
- характерным металлическим блеском.
Металлам свойственна низкая электроотрицательность, отличающая их от азота, кислорода или углерода, что делает возможным образование металлических межатомных связей. Последние проявляются в электрическом взаимодействии несущих положительный заряд ионов с отрицательно заряженными электронами, причем силы такого взаимного влияния имеют ненаправленный и нелокализованный характер.
На атомарном уровне структура любого металла упорядочена и представляет собой так называемую кристаллическую решетку, строение которой и определяет плотность.
Этот показатель может сильно отличаться у разных металлов. Например, наименьшую плотность имеет литий, который вдвое уступает по этому параметру воде. А осмий стоит на первом месте с плотностью, достигающей 22,59 г/см³.
Определить, какая плотность свойственна конкретному металлу, можно различными методами.
К экспериментальным способам относят два основных вида определения плотности металлов:
- Для тел идеальной геометрической формы (шара, куба, параллелепипеда и т. д.) можно воспользоваться взвешиванием и несложным вычислением объема.
- Для гидростатического измерения плотности пользуются специальными весами, которые Галилео Галилей разработал в XVI веке. Для вычисления значения ρ здесь пользуются несложной формулой, в которую проставляют массы тела в двух средах – воздушной и водной.
Теоретический метод, позволяющий определить плотность металлов и сплавов, также довольно прост: нужно располагать данными о типе кристаллической решетки, атомарной массе и среднем расстоянии между атомами.
Важность определения плотности металла в промышленности
Плотность материалов или отношение массы на единицу объема является физической величиной, на которой базируется большая часть технологий. Данный показатель принято измерять в г/см³, реже – в кг/м³.
Информация о плотности большей части широко применяемых в производстве типов стали, чугуна и других металлов и сплавов, включая цветные, содержится в специализированных справочниках и другой технической литературе. Если же для сплава с нестандартным составом нет таких данных, его плотность определяют в подавляющем большинстве случаев гидростатическим методом и примерно в пяти случаях из 100 прибегают к помощи пикнометра.
ГОСТы по гидростатическому методу измерения плотности:
- ГОСТ 15239 (1969 год).
- ГОСТ 20018 (1974 год).
- ГОСТ 25281 (1982 год).
- Технические условия 48-19-76-90.
Для измерения плотности используют хорошо смачивающую жидкость с максимально низкой летучестью, которая не реагирует с исследуемым металлом. Самым доступным и простым вариантом является дистиллированная вода.
Точное измерение плотности имеет критическое значение при выборе материалов для изготовления деталей самолетов и ракет, где конструкционные элементы, детали и узлы механизмов обязательно должны обладать максимально высокими механическими характеристиками при минимальной массе.
Одно из основных современных направлений в разработке новых конструкций и узлов – достижение оптимального соотношения прочности и веса. Определяющее значение в решении таких задач имеет плотность.
Примеры значений плотности наиболее востребованных металлов
Железо обладает плотностью 7,874 г/см³, никель – 8,91 г/см³, хром – 7,19 г/см³, вольфрам – 19,25 г/см³. Эти значения приведены для твердого состояния сплавов. В расплаве металла плотность меняется.
Без металлов сложно представить себе промышленность и быт современного человека. С каждым годом увеличиваются объемы их выплавки. Земная кора содержит большие количества отдельных представителей этой группы. К примеру, железо составляет около 4,6 % ее состава, алюминий – 8,9 %, магний – 2,1 %, а титан – 0,63 %. В металлургии принято разделение этих элементов на подгруппы.
Группа черных металлов включает в себя сталь и чугун различных сортов. Сталью принято называть сплавы с процентной долей железа от 45 % и выше, а углерода в диапазоне от 0,1 до 2,14 %. При более высоком содержании углерода сплав относят к чугуну.
При введении в состав металла при его выплавке определенного количества легирующих добавок можно получать сплавы с заданными физико-химическими характеристиками. Плотность черных металлов наряду с другими их свойствами регламентируется соответствующими нормами ГОСТ.
Плотность стальных сплавов зависит от их химического состава и может варьироваться от 7,6 до 8,8 г/см³. Такой металл имеет сложную структуру. Легирующие добавки не просто смешиваются с основным материалом, а встраиваются в решетку, образуя сложные связи, что позволяет менять целый ряд характеристик, в том числе и плотность. Наибольшее значение по этому параметру имеют марки быстрорежущих сталей, в состав которых введен высокий процент вольфрама.
Широкое распространение в промышленности получили бронза (медные сплавы, содержащие олово, алюминий, свинец и бериллий), латунь, медь и алюминий. Сплав, давший название бронзовому веку, когда практически все оружие, орудия труда и бытовые предметы изготавливались из него, состоял из меди и мышьяка.
Латунью называются сплавы меди с цинком и/или оловом. Для увеличения ломкости стружки в состав может быть введен свинец. Помимо использования для изготовления большого разнообразия деталей, применяющихся в самых различных областях – от космической отрасли до судостроения, эти сплавы востребованы в качестве материала для ювелирных и художественных изделий.
Дюралюминий – алюминиевый сплав, содержащий 4,4 % меди, – нашел широкое применение в авиационной промышленности благодаря высокой прочности в сочетании с малым удельным весом.
Говоря о плотности легких металлов, следует упомянуть титан, прочность которого сравнима с аналогичным показателем многих марок стали при почти вдвое меньшем удельном весе. Этот металл используют в изготовлении протезов, спортивного инвентаря, оружия, оборудования для химической промышленности (почти 15 % от всего объема). Не менее 70 % всего производимого титана используется в самолетостроении.
Знакомство человечества с металлами началось с золота и серебра. С незапамятных времен и до нашего времени эти драгоценные металлы в основном использовались как материал для изготовления ювелирных украшений и предметов искусства.
Высокая тугоплавкость вольфрама делает его незаменимым материалом для изготовления деталей различных приборов, а благодаря высокой плотности из него часто производят элементы радиационной защиты.
Из пластичного жаропрочного сплава хрома и никеля – нихрома – изготавливают, в частности, долговечные и прочные нити для электронагревательных элементов производственного оборудования и бытовых приборов.
Плотность всех этих металлов и сплавов, обладающих различным химическим составом, занесена в специальные таблицы и справочники, что позволяет быстро рассчитать вес металлической детали по ее размерам.
Важность плотности металла шва при сварке
На плотность материала сварных швов, помимо свойств металла соединяемых элементов и сварочного стержня, влияют также пустоты и мелкие усадочные раковины. Порообразование при сваривании деталей обусловлено, как правило, растворением в расплаве выделяющегося при сварке газа.
Оценить пористость металла в сварных швах можно, пользуясь разными методиками:
-
Чаще всего проверяют прочность сварных соединений канистр для горючих материалов, масла, воды, а также газгольдеров, трубопроводов, паровых котлов и т. д. Испытания непроницаемости и герметичности сварных швов корпуса металлического судна регламентирует ГОСТ 3285 от 1977 года, металлических труб с помощью гидравлического давления – ГОСТ 3845 от 1975 года.
Гидравлические и воздушные испытания, которым подвергают машины, механизмы, паровые котлы, сосуды и аппараты судов регламентированы ГОСТ 22161 (1976 год).
-
Для проведения гидравлического испытания в воде или другой жидкости, наполняющей сосуд, насосом или гидравлическим прессом создают давление в 1,1–1,5 раза выше рабочего. Для измерения давления используют поверенный и опломбированный манометр. Выдержка составляет от 5 до 10 минут, в течение которых проводят осмотр сварных швов, чтобы исключить подтекание и отпотевание (образование конденсата).
-
Открытые нефтяные резервуары, газгольдеры и другие сосуды для испытания наполняют водой и через несколько часов производят тщательный осмотр. Помимо струек и отпотевания на корпусе, о нарушенной герметичности швов может свидетельствовать понижение уровня жидкости.
При испытании места соединения проливают водяной струей, используя рукав, после чего осматривают обратную сторону, чтобы исключить наличие капель или струек воды. С помощью гидравлических испытаний швы проверяются как на плотность, так и на прочность.
-
Для пневматических испытаний испытываемые емкости заполняют под давлением воздухом или другим газом. Если позволяют размеры, сосуд погружают в воду, чтобы обнаружить выходящие через дефекты шва пузырьки. Для обследования больших резервуаров или труб, на участки сварного соединения наносят специальные пенные растворы. О наличии дефектов может говорить падение давления в испытываемом сосуде в течение 10–100 часов.
Для испытания крупногабаритных резервуаров или соединений трубопроводов также можно использовать струю сжатого воздуха, который подается с расстояния 3 см под прямым углом к сварному шву. Давление должно составлять не менее 400 кПа. Для того чтобы можно было визуально определить места пониженной плотности металла шва, на его обратную сторону наносят пенный раствор.
Важно! Недопустимо обстукивать испытываемые давлением сварные швы и пытаться избавиться от дефектов в ходе испытаний.
-
Вакуумное испытание проводят, устанавливая на нужный участок шва, смоченный мыльным раствором, специальную камеру, которая представляет собой короб без дна с прозрачным верхом. Для герметичности края короба снизу снабжены резиновым уплотнением. В камере создают отрицательное давление, причем перепад должен составлять от 6 до 7 кПа.
Если через прозрачный верх коробки наблюдается образование пузырей, это указывает на наличие дефектных участков соединения. Для проведения осмотра при отрицательной температуре в эмульсию добавляют хлористый калий или натрий. Этим методом широко пользуются для контроля качества швов, к которым невозможен доступ с обеих сторон.
Плотность металлов служит одной из ключевых характеристик в большинстве современных производственных процессов.
Download Article
Download Article
Density is a basic property of matter defined as the mass of an object per unit volume. If two objects have the same volume, but different densities, the object with the higher density will weigh more than the identical looking object with the lower density. Because no two metals have the same density, knowing the density of an object can be a valuable tool in determining the make-up of a sample of unknown material.
-
1
Determine the mass of the object. Mass is the amount of matter in an object and its unit is grams. It is measured by weighing the object directly.
- Place the object on an accurate scale and record the mass in your notebook.
- Alternatively, you can measure mass by using a balance. Place your object on one side and place weights of known mass on the other side until both sides are balanced. The total mass of the balance weights is equal to the mass of your object.
- Make sure object is dry so that absorbed water does not affect the accuracy of the weighing.
-
2
Calculate the volume of the object through direct measurement. If the object is regularly shaped and uniform—such as a cylinder or rectangular prism—you can measure its dimensions with a ruler and calculate the volume with a simple equation.[1]
- Measure the length and radius if it is a cylinder or length, width, and depth if it is a rectangle.
- Record your dimensions in millimeters or centimeters.
- Calculate volume using the formula for the shape of your object. For example, volume of a cylinder is length times pi times radius squared, while the volume of a rectangle is the product of length width and depth.
- Units of volume are centimeters cubed.
Advertisement
-
3
Calculate the volume of the object using displacement. Measuring dimensions of objects that are irregularly shaped can be difficult and lead to inaccurate measurements and calculations of density. By measuring the amount of water displaced by an object, you can easily determine its volume without complex formulas.[2]
- Fill a graduated cylinder with enough water to completely submerge the object, but not overflow.
- Record the water level of the beaker.
- Gently place the object in the beaker ensuring that it is fully submerged.
- Record the new water level of the beaker.
- Subtract the new water level from the starting water level. This is the volume of the object in cubic centimeters. Liquids are generally measured in milliliters however one milliliter is equal to one cubic centimeter.[3]
-
4
Calculate the density. Density is defined as mass divided by volume. To finish your measurement of density, divide the mass you measured by the volume you calculated. The result is the density of the metal measured in g/cm cubed.[4]
Advertisement
-
1
Fill containers with liquids of known density. Choose liquids of various high and low densities. Your estimate will be more accurate if you have a number of liquids of various densities.[5]
- Place your object in the different liquids to see if it sinks or floats.
-
2
Test the object in the liquids. An object immersed in a fluid of similar density will float within the fluid. If it is less dense, it will float, but if it is more dense, it will sink.[6]
- Drop your object in a fluid of known density.
- If it sinks, try putting it in a different fluid that is more dense. If it floats, put it in a fluid that is less dense.
-
3
Estimate the density of your object. Archimedes’ principle states that an object submerged in a fluid will produce a buoyant force equal to the weight of fluid displaced.[7]
- When your object floats within the fluid, you have found the approximate density of the object.
Advertisement
Add New Question
-
Question
How do I find the mass of a metal object?
Vaishnavi Nistala
Community Answer
The best way would be to weigh it on a scale. A beam balance can be used for bigger objects, while a spring balance would be ideal for smaller objects.
Ask a Question
200 characters left
Include your email address to get a message when this question is answered.
Submit
Advertisement
Video
Things You’ll Need
- Scale or balance
- Ruler
- Graduate cylinder
- Water
- Calculator
About This Article
Thanks to all authors for creating a page that has been read 99,810 times.
