Densitatea aluminiului în fizică. Greutatea specifică a aluminiului

Astăzi, au fost dezvoltate numeroase structuri și dispozitive complexe, unde sunt utilizate metalele și aliajele lor cu proprietăți variate. Pentru a utiliza cel mai potrivit aliaj într-un anumit design, proiectanții îl selectează în conformitate cu cerințele de rezistență, fluiditate, elasticitate etc., precum și stabilitatea acestor caracteristici în intervalul de temperatură necesar. Apoi, se calculează cantitatea necesară de metal, care este necesară pentru producția de produse din acesta. Pentru a face acest lucru, trebuie să faceți un calcul pe baza greutății sale specifice. Această valoare este constantă - aceasta este una dintre caracteristicile principale ale metalelor și aliajelor, care coincide practic cu densitatea. Este simplu să o calculați: trebuie să împărțiți greutatea (P) a unei bucăți solide de metal la volumul acesteia (V). Valoarea rezultată este notată cu γ și se măsoară în Newtoni pe metru cub.

Formula cu greutate specifică:

Pe baza faptului că greutatea este masă înmulțită cu accelerația gravitației, obținem următoarele:

Acum despre unitățile de măsură ale greutății specifice. Newtonii de mai sus pe metru cub se referă la sistemul SI. Dacă se utilizează sistemul metric CGS, atunci această valoare se măsoară în dyne pe centimetru cub. Pentru a desemna greutatea specifică în sistemul MKSS, se utilizează următoarea unitate: kilogram-forță pe metru cub. Uneori este permisă utilizarea forței gramului pe centimetru cub - această unitate se află în afara tuturor sistemelor metrice. Rapoartele principale se obțin după cum urmează:

1 dyne / cm 3 \u003d 1,02 kg / m 3 \u003d 10 n / m 3.

Cu cât greutatea specifică este mai mare, cu atât metalul este mai greu. Pentru aluminiu ușor, această valoare este destul de mică - în unitățile SI este egală cu 2,69808 g / cm 3 (de exemplu, pentru oțel este de 7,9 g / cm3). Aluminiul, la fel ca aliajele sale, este la mare căutare astăzi, iar producția sa este în continuă creștere. La urma urmei, acesta este unul dintre puținele metale necesare industriei, a cărui aprovizionare se află în scoarța terestră. Cunoscând greutatea specifică a aluminiului, puteți calcula orice produs din acesta. Pentru aceasta, există un calculator metalic convenabil sau puteți face un calcul manual luând greutatea specifică a aliajului de aluminiu dorit de pe placa de mai jos.

Cu toate acestea, este important să se țină cont de faptul că aceasta este greutatea teoretică a produselor laminate, deoarece conținutul aditivilor din aliaj nu este strict definit și poate varia în limite mici, atunci greutatea produselor laminate de aceeași lungime, dar diferiți producători sau loturi pot diferi, desigur că această diferență este mică, dar este.

Iată câteva exemple de calcul:

Exemplul 1. Să calculăm greutatea firului de aluminiu de calitate A97 cu un diametru de 4 mm și o lungime de 2100 de metri.

Determinați secțiunea transversală a unui cerc S \u003d πR 2 înseamnă S \u003d 3,1415 2 2 \u003d 12,56 cm 2

Determinați greutatea produselor laminate știind că greutatea specifică a clasei A97 \u003d 2,71 g / cm 3

M \u003d 12,56 2,71 2100 \u003d 71478,96 grame \u003d 71,47 kg

Totalgreutatea firului 71,47 kg

Exemplul 2. Să calculăm greutatea unui cerc realizat din aluminiu grad AL8 cu un diametru de 60 mm și o lungime de 150 cm în cantitate de 24 de bucăți.

Determinați aria secțiunii transversale a unui cerc S \u003d πR 2 înseamnă S \u003d 3,1415 3 2 \u003d 28,26 cm 2

Determinăm greutatea produselor laminate știind că greutatea specifică a mărcii AL8 \u003d 2,55 g / cm 3

Pentru cele mai frecvente lichide este oferit un tabel al densității lichidelor la diferite temperaturi și presiune atmosferică. Valorile densității din tabel corespund temperaturilor indicate, interpolarea datelor este permisă.

Multe substanțe pot fi în stare lichidă. Lichidele sunt substanțe de diferite origini și compoziții care au fluiditate - sunt capabile să-și schimbe forma sub influența anumitor forțe. Densitatea unui lichid este raportul dintre masa unui lichid și volumul pe care îl ocupă.

Să luăm în considerare exemple de densitate a unor lichide. Prima substanță care îmi vine în minte atunci când cuvântul „lichid” este apă. Și acest lucru nu este deloc întâmplător, deoarece apa este substanța cea mai răspândită pe planetă și, prin urmare, poate fi luată ca ideal.

Egal cu 1000 kg / m 3 pentru apa distilată și 1030 kg / m 3 pentru apa de mare. Deoarece această valoare este strâns legată de temperatură, trebuie remarcat faptul că această valoare „ideală” a fost obținută la + 3,7 ° C. Densitatea apei clocotite va fi puțin mai mică - este egală cu 958,4 kg / m 3 la 100 ° C. Când lichidele sunt încălzite, densitatea lor scade de obicei.

Densitatea apei are o valoare apropiată de diferite produse alimentare. Acestea sunt produse precum: soluție de oțet, vin, 20% smântână și 30% smântână. Produsele individuale sunt mai dense, de exemplu, gălbenușul de ou - densitatea sa este de 1042 kg / m 3. De exemplu, se dovedește a fi mai dens decât apa: suc de ananas - 1084 kg / m 3, suc de struguri - până la 1361 kg / m 3, suc de portocale - 1043 kg / m 3, coca-cola și bere - 1030 kg / m 3.

Multe substanțe au o densitate inferioară apei. De exemplu, alcoolii sunt mult mai ușori decât apa. Deci densitatea este de 789 kg / m 3, butil - 810 kg / m 3, metil - 793 kg / m 3 (la 20 ° C). Anumite tipuri de combustibil și ulei au valori de densitate chiar mai mici: ulei - 730-940 kg / m 3, benzină - 680-800 kg / m 3. Densitatea kerosenului este de aproximativ 800 kg / m 3 - 879 kg / m 3, păcură - până la 990 kg / m 3.

Densitatea lichidelor - masa la diferite temperaturi

Lichid	Temperatura, ° C	Densitatea lichidului, kg / m 3
Anilină	0…20…40…60…80…100…140…180	1037…1023…1007…990…972…952…914…878
(GOST 159-52)	-60…-40…0…20…40…80…120	1143…1129…1102…1089…1076…1048…1011
Acetonă C 3 H 6 O	0…20	813…791
Albus de ou de pui	20	1042
	20	680-800
	7…20…40…60	910…879…858…836
Brom	20	3120
Apă	0…4…20…60…100…150…200…250…370	999,9…1000…998,2…983,2…958,4…917…863…799…450,5
Apa de mare	20	1010-1050
Apa este grea	10…20…50…100…150…200…250	1106…1105…1096…1063…1017…957…881
Vodcă	0…20…40…60…80	949…935…920…903…888
Vin fortificat	20	1025
Vin sec	20	993
Motorină	20…60…100…160…200…260…300	848…826…801…761…733…688…656
	20…60…100…160…200…240	1260…1239…1207…1143…1090…1025
GTP (agent de răcire)	27…127…227…327	980…880…800…750
Dowtherm	20…50…100…150…200	1060…1036…995…953…912
Gălbenuș de ou de pui	20	1029
Carboran	27	1000
	20	802-840
Acid azotic HNO 3 (100%)	-10…0…10…20…30…40…50	1567…1549…1531…1513…1495…1477…1459
Acid palmitic C 16 H 32 O 2 (concentrat)	62	853
Acid sulfuric H 2 SO 4 (conc.)	20	1830
Acid clorhidric HCI (20%)	20	1100
Acid acetic CH3 COOH (concentrat)	20	1049
Coniac	20	952
Creozot	15	1040-1100
	37	1050-1062
Xilen C8H10	20	880
Sulfat de cupru (10%)	20	1107
Sulfat de cupru (20%)	20	1230
Lichior de cireșe	20	1105
Păcură	20	890-990
Unt de arahide	15	911-926
Ulei pentru mașini	20	890-920
Ulei motor T	20	917
Ulei de masline	15	914-919
(rafinat.)	-20…20…60…100…150	947…926…898…871…836
Miere (deshidratată)	20	1621
Acetat de metil CH3 COOCH 3	25	927
	20	1030
Laptele condensat cu zahăr	20	1290-1310
Naftalină	230…250…270…300…320	865…850…835…812…794
Ulei	20	730-940
Ulei de uscare	20	930-950
Pasta de tomate	20	1110
Melasă fiartă	20	1460
Sirop de amidon	20	1433
PUB	20…80…120…200…260…340…400	990…961…939…883…837…769…710
Bere	20	1008-1030
PMS-100	20…60…80…100…120…160…180…200	967…934…917…901…884…850…834…817
PES-5	20…60…80…100…120…160…180…200	998…971…957…943…929…902…888…874
Piure de mere	0	1056
(10%)	20	1071
O soluție de clorură de sodiu în apă (20%)	20	1148
Soluție de zahăr în apă (saturată)	0…20…40…60…80…100	1314…1333…1353…1378…1405…1436
Mercur	0…20…100…200…300…400	13596…13546…13350…13310…12880…12700
Disulfură de carbon	0	1293
Silicon (dietilpolisiloxan)	0…20…60…100…160…200…260…300	971…956…928…900…856…825…779…744
Sirop de mere	20	1613
Terebentină	20	870
(conținut de grăsime 30-83%)	20	939-1000
Răşină	80	1200
Gudron de cărbune	20	1050-1250
suc de portocale	15	1043
Suc de struguri	20	1056-1361
Suc de Grapefuit	15	1062
Suc de roșii	20	1030-1141
suc de mere	20	1030-1312
Alcool amilic	20	814
Alcool butilic	20	810
Alcool izobutilic	20	801
Alcool izopropilic	20	785
Alcool metilic	20	793
Alcool propilic	20	804
Alcool etilic C 2 H 5 OH	0…20…40…80…100…150…200	806…789…772…735…716…649…557
Aliaj de sodiu-potasiu (25% Na)	20…100…200…300…500…700	872…852…828…803…753…704
Aliaj de plumb-bismut (45% Pb)	130…200…300…400…500..600…700	10570…10490…10360…10240…10120..10000…9880
lichid	20	1350-1530
Zer din lapte	20	1027
Tetracresiloxisilan (CH 3 C 6 H 4 O) 4 Si	10…20…60…100…160…200…260…300…350	1135…1128…1097…1064…1019…987…936…902…858
Tetraclorodifenil C 12 H 6 Cl 4 (clorură)	30…60…150…250…300	1440…1410…1320…1220…1170
	0…20…50…80…100…140	886…867…839…810…790…744
Combustibil diesel	20…40…60…80…100	879…865…852…838…825
Combustibil carburator	20	768
Combustibil pentru motor	20	911
Combustibil RT		836…821…792…778…764…749…720…692…677…648
Combustibil T-1	-60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200	867…853…824…819…808…795…766…736…720…685
Combustibil T-2	-60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200	824…810…781…766…752…745…709…680…665…637
Combustibil T-6	-60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200	898…883…855…841…827…813…784…756…742…713
Combustibil T-8	-60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200	847…833…804…789…775…761…732…703…689…660
Combustibil TS-1	-60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200	837…823…794…780…765…751…722…693…879…650
Tetraclorură de carbon (CTC)	20	1595
Urotoropin C 6 H 12 N 2	27	1330
Fluorobenzen	20	1024
Clorobenzen	20	1066
Acetat etilic	20	901
Bromură de etil	20	1430
Iodură de etil	20	1933
Clorură de etil	0	921
Eter	0…20	736…720
Eter al lui Garpius	27	1100

Indicatorii de densitate scăzută se disting prin lichide precum: terebentină 870 kg / m 3,

Oamenii folosesc cuprul în viața de zi cu zi de multă vreme. Un parametru foarte important pentru oamenii moderni este densitatea și greutatea sa specifică.

Aceste date sunt utilizate în calcularea compoziției materialelor în producția diferitelor comunicații, piese, produse și componente din industria tehnică.

Informații de bază despre cupru

Cuprul este cel mai frecvent metal neferos. Numele său în latină - Cuprum - a primit-o în cinstea insulei Cipru. Acolo a fost exploatat de grecii antici cu mii de ani în urmă. Istoricii au inventat chiar epoca cuprului, care a durat din secolul IV până în V î.Hr. e. La acea vreme, oamenii făceau din popularul metal:

instrument;
bucate;
decorațiuni;
monede.

D.I. Mendeleev, ocupă locul 29. Acest element are proprietăți unice - fizice, chimice și mecanice. În antichitate, cuprul se găsea în mediul natural sub formă de pepite, uneori de dimensiuni foarte mari. Oamenii au încălzit stânca la foc deschis și apoi au răcit-o brusc. Ca urmare, s-a fisurat, ceea ce a făcut posibilă efectuarea recuperării metalului. Această tehnologie simplă a făcut posibilă începerea stăpânirii elementului popular.

Proprietăți

Cuprul este un metal neferos roșiatic cu o nuanță roz.înzestrat cu densitate mare. În natură, există mai mult de 170 de tipuri de minerale care conțin Cuprum. Doar din 17 acest element este exploatat industrial. Cea mai mare parte a acestui element chimic este conținută în compoziția metalelor minereu:

calcocit - până la 80%;
bronită - până la 65%;
covelina - până la 64%.

Cuprul este îmbogățit și topit din aceste minerale. Conductivitatea termică și electrică ridicată sunt proprietățile distinctive ale metalelor neferoase. Începe să se topească la 1063 ° C și fierbe la 2600 ° C. Marca Cuprum va depinde de metoda de producție. Metalul se întâmplă:

tras la rece;
rulare;
distribuție.

Fiecare tip are propriile sale calcule parametrice speciale care caracterizează gradul de rezistență la forfecare, deformarea sub influența sarcinilor și compresiei, precum și elasticitatea la întindere a materialului.

Metalul neferos este oxidat activ în timpul încălzirii. La o temperatură de 385 ° C, se formează oxid de cupru. Conținutul său reduce conductivitatea termică și conductivitatea electrică a altor metale. Când interacționează cu umiditatea, metalul formează cuprit, cu un mediu acid - vitriol.

Datorită proprietăților sale, acest element chimic este utilizat în mod activ la producerea sistemelor electrice și electronice și a multor alte produse în alte scopuri. Cea mai importantă proprietate este densitatea sa în 1 kg per m 3, deoarece acest indicator determină greutatea produsului produs. Densitatea arată raportul dintre masă și volumul total.

Cel mai comun sistem de măsurare a unităților de densitate este de 1 kilogram pe m 3. Acest indicator pentru cupru este de 8,93 kg / m 3. Sub formă lichidă, densitatea va fi de 8,0 g / cm3. Indicele de densitate totală poate varia în funcție de gradul metalului, care are diferite impurități. Pentru aceasta, se folosește greutatea specifică a substanței. Este o caracteristică foarte importantă atunci când vine vorba de producerea materialelor care conțin cupru. Greutatea specifică caracterizează raportul dintre masa cuprului și volumul total al aliajului.

Greutatea specifică a cuprului va fi de 8,94 g / cm3... Parametrii specifici de greutate și greutate pentru cupru sunt aceiași, dar această coincidență nu este tipică pentru alte metale. Greutatea specifică este foarte importantă nu numai în producția de produse cu conținutul său, ci și în prelucrarea resturilor. Există multe tehnici cu ajutorul cărora puteți selecta în mod rațional materiale pentru formarea produselor. În sistemele internaționale SI, parametrul de greutate specifică este exprimat în newtoni pe 1 unitate de volum.

Este foarte important să faceți toate calculele în etapa de proiectare a dispozitivelor și mecanismelor. Greutatea specifică și greutatea sunt valori diferite, dar sunt utilizate în mod necesar pentru a determina masa pieselor de prelucrat pentru diferite părți care conțin Cuprum.

Dacă comparăm densitatea cuprului și a aluminiuluivom vedea o mare diferență. Pentru aluminiu, această cifră este de 2698,72 kg / m 3 într-o stare la temperatura camerei. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește, parametrii devin diferiți. Când aluminiul se transformă într-o stare lichidă atunci când este încălzit, densitatea acestuia va fi în intervalul 2,55-2,34 g / cm 3. Indicatorul depinde întotdeauna de conținutul elementelor de aliere din aliajele de aluminiu.

Indicatori tehnici ai aliajelor metalice

Cele mai comune aliaje pe bază de cupru alama și bronzul sunt luate în considerare... Compoziția lor este, de asemenea, formată din alte elemente:

zinc;
nichel;
staniu;
bismut.

Toate aliajele diferă ca structură. Prezența staniuului în compoziție permite realizarea aliajelor de bronz de o calitate excelentă. Aliaje mai ieftine includ nichelul sau zincul. Materiale produse pe bază de Cuprum au următoarele caracteristici:

ductilitate ridicată și rezistență la uzură;
conductivitate electrică;
rezistență la mediul agresiv;
coeficient scăzut de frecare.

Aliajele pe bază de cupru sunt utilizate pe scară largă în producția industrială. Acestea sunt folosite pentru a produce vase, bijuterii, fire electrice și sisteme de încălzire. Materialele cu Cuprum sunt adesea folosite pentru decorarea fațadei caselor, realizarea compozițiilor. Stabilitatea și ductilitatea ridicate sunt principalele calități pentru aplicarea materialului.

Calculul greutății specifice cuprului

După cum știți, în ultimele sute de ani, progresul a avansat suficient de departe, ceea ce, la rândul său, a permis dezvoltarea multor industrii din întreaga lume. De asemenea, producția metalurgică nu a rămas deoparte, deoarece știința a prezentat acestei industrii multe tehnologii, metode de calcul, inclusiv capacitatea de a măsura greutatea specifică a metalelor.

Deoarece diferite aliaje de cupru sunt diferite în compoziția lor, precum și în ceea ce privește proprietățile fizice și chimice, acest lucru face posibilă selectarea aliajului necesar pentru fiecare produs sau piesă. Pentru a calcula greutatea necesară pentru producția de produse laminate, trebuie să cunoașteți greutatea specifică a mărcii corespunzătoare.

Formula pentru măsurarea greutății specifice a metalului

Greutatea specifică este raportul dintre greutatea P a unui metal omogen de la un anumit aliaj la volumul acestui aliaj. Greutatea specifică este notată cu simbolul γ și în niciun caz nu trebuie confundată cu densitatea. Deși densitatea și greutatea specifică atât a cuprului, cât și a altor metale sunt foarte deseori aceleași, merită să ne amintim că acest lucru nu este chiar cazul în toate condițiile.

Astfel, pentru a calcula greutatea specifică a cuprului, formula γ \u003d P / V

Și pentru a calcula greutatea unei anumite dimensiuni de cupru laminat, aria secțiunii sale transversale este înmulțită cu greutatea specifică și cu lungimea.

Unități de gravitate specifice

Următoarele unități pot fi utilizate pentru a măsura greutatea specifică a cuprului și a altor aliaje:

în sistemul SGS - 1 dyn / cm 3,

în sistemul SI - 1 n / m 3,

în sistemul MKSS - 1 kg / m 3.

Aceste unități sunt legate între ele printr-un anumit raport, care arată astfel:

0,1 dyne / cm 3 \u003d 1 n / m3 \u003d 0,102 kg / m 3.

Metode de calcul al greutății specifice cuprului

1. Utilizarea specială pe site-ul nostru,

2. Calculul utilizând formule, aria secțiunii transversale a produsului laminat și apoi înmulțirea cu greutatea specifică a mărcii și cu lungimea.

Exemplul 1: calculați greutatea foilor de cupru cu grosimea de 4 mm, dimensiunea 1000x2000 mm în cantitatea de 24 de bucăți de aliaj de cupru M2

Să calculăm volumul unei foi V \u003d 4 1000 2000 \u003d 8000000 mm 3 \u003d 8000 cm 3

Știind că greutatea specifică de 1 cm 3 a cuprului M3 \u003d 8,94 g / cm 3

Să calculăm greutatea unei foi laminate M \u003d 8,94 8000 \u003d 71520 gr \u003d 71,52 kg

Total greutatea tuturor produselor laminate M \u003d 71,52 24 \u003d 1716,48 kg

Exemplul 2: Calculăm greutatea unei tije de cupru D 32 mm cu o lungime totală de 100 de metri dintr-un aliaj de cupru-nichel MNZh5-1

Aria secțională a tijei cu diametrul de 32 mm S \u003d πR 2 înseamnă S \u003d 3,1415 16 2 \u003d 803,84 mm 2 \u003d 8,03 cm 2

Determinați greutatea tuturor produselor laminate, știind că greutatea specifică a aliajului de cupru-nichel MNZh5-1 \u003d 8,7 g / cm 3

Total M \u003d 8,0384 8,7 10000 \u003d 699 340,80 grame \u003d 699,34 kg

Exemplul 3: Calculăm greutatea unui pătrat de cupru cu latura de 20 mm și lungimea de 7,4 metri dintr-un aliaj de cupru rezistent la căldură BrNHK

Găsiți volumul produselor laminate V \u003d 2 2 740 \u003d 2960 cm 3

Tabelul prezintă proprietățile termofizice ale cuprului, în funcție de temperatura cuprinsă între 50 și 1600 Kelvin.

Densitatea cuprului este de 8933 kg / m 3 (sau 8,93 g / cm 3) la temperatura camerei... Cuprul este de aproape patru ori mai greu și. Aceste metale vor pluti pe suprafața cuprului lichid. Valorile densității cuprului din tabel sunt indicate în unități de kg / m 3.

Dependența densității cuprului de temperatura acestuia este prezentată în tabel. Trebuie remarcat faptul că densitatea cuprului atunci când este încălzit scade atât în \u200b\u200bmetalul solid, cât și în cuprul lichid. O scădere a densității acestui metal se datorează expansiunii sale la încălzire - volumul de cupru crește. Trebuie remarcat faptul că cuprul lichid are o densitate de aproximativ 8000 kg / m 3 la temperaturi de până la 1300 ° C.

Conductivitatea termică a cuprului este de 401 W / (m · deg) la temperatura camerei, care este o valoare destul de mare, care este comparabilă cu.

La 1357K (1084 ° C), cuprul se transformă într-o stare lichidă, care se reflectă în tabel printr-o scădere bruscă a valorii conductivității termice a cuprului. Este clar că conductivitatea termică a cuprului lichid este de aproape două ori mai mică decât cea a metalului solid.

Când este încălzit, conductivitatea termică a cuprului tinde să scadă, cu toate acestea, la temperaturi peste 1400 K, valoarea conductivității termice începe să crească din nou.

Tabelul prezintă următoarele proprietăți termofizice ale cuprului la diferite temperaturi:

densitatea cuprului, kg / m 3;
capacitate termică specifică, J / (kg · deg);
difuzivitate termică, m 2 / s;
conductivitatea termică a cuprului, W / (m · K);
funcția Lorentz;
raportul dintre capacitățile de căldură.

Proprietățile termofizice ale cuprului: CTE și căldura specifică a cuprului

Cuprul are călduri de fuziune și fierbere relativ ridicate: căldura specifică de fuziune a cuprului este de 213 kJ / kg; căldura de fierbere specifică a cuprului este de 4800 kJ / kg.

Tabelul de mai jos prezintă unele dintre proprietățile termofizice ale cuprului în funcție de temperatura cuprinsă între 83 și 1473K. Valorile proprietății cuprului sunt indicate la presiunea atmosferică. Trebuie remarcat faptul că capacitatea specifică de căldură a cuprului este de 381 J / (kg deg) la temperatura camerei, iar conductivitatea termică a cuprului este de 395 W / (m · deg) la o temperatură de 20 ° C.

Din valorile coeficientului de expansiune termică și a capacității termice a cuprului din tabel, se poate observa că încălzirea acestui metal duce la o creștere a acestor valori. De exemplu, capacitatea termică a cuprului la o temperatură de 900 ° C devine egală cu 482 J / (kg · deg).

Tabelul prezintă următoarele proprietăți termofizice ale cuprului:

densitatea cuprului, kg / m 3;
capacitatea termică specifică a cuprului, kJ / (kg · K);
coeficientul de conductivitate termică al cuprului, W / (m · deg);
rezistență electrică specifică, Ohm · m;
coeficient liniar de expansiune termică (CTE), 1 / deg.

Surse:
1.
2. .