Плотность металлов и сплавов. Удельный вес алюминия Плотный медный

В таблице представлены теплофизические свойства меди в зависимости от температуры в интервале от 50 до 1600 градусов Кельвина.

Плотность меди равна 8933 кг/м 3 (или 8,93 г/см 3) при комнатной температуре . Медь почти в четыре раза тяжелее и . Эти металлы будут плавать на поверхности жидкой меди. Значения плотности меди в таблице указаны в размерности кг/м 3 .

Зависимость плотности меди от ее температуры представлена в таблице. Следует отметить, что плотность меди при ее нагревании снижается как у твердого металла, так и у жидкой меди. Уменьшение значения плотности этого металла обусловлено его расширением при нагревании — объем меди увеличивается. Следует отметить, что жидкая медь имеет плотность около 8000 кг/м 3 при температурах до 1300°С.

Теплопроводность меди равна 401 Вт/(м·град) при комнатной температуре, что является довольно высоким значением , которое сравнимо с .

При 1357К (1084°С) медь переходит в жидкое состояние, что отражено в таблице резким падением значения коэффициента теплопроводности меди. Видно, что теплопроводность жидкой меди почти в два раза ниже, чем у твердого металла.

Теплопроводность меди при ее нагреве имеет тенденцию к снижению, однако при температуре выше 1400 К, значение теплопроводности снова начинает увеличиваться.

В таблице рассмотрены следующие теплофизические свойства меди при различных температурах:

• плотность меди, кг/м 3 ;
• удельная теплоемкость, Дж/(кг·град);
• температуропроводность, м 2 /с;
• теплопроводность меди, Вт/(м·К);
• функция Лоренца;
• отношение теплоемкостей.

Теплофизические свойства меди: КТР и удельная теплоемкость меди

Медь имеет сравнительно высокие теплоты плавления и кипения: удельная теплота плавления меди 213 кДж/кг; удельная теплота кипения меди 4800 кДж/кг.

В таблице ниже представлены некоторые теплофизические свойства меди в зависимости от температуры в интервале от 83 до 1473К. Значения свойств меди указаны при нормальном атмосферном давлении. Следует отметить, что удельная теплоемкость меди равна 381 Дж/(кг·град) при комнатной температуре, а теплопроводность меди равна 395 Вт/(м·град) при температуре 20°С.

Из значений коэффициента температурного расширения и теплоемкости меди в таблице видно, что нагрев этого металла приводит к росту этих величин. Например, теплоемкость меди при температуре 900°С становится равной 482 Дж/(кг·град).

В таблице даны следующие теплофизические свойства меди:

• плотность меди, кг/м 3 ;
• удельная теплоемкость меди, кДж/(кг·К);
• коэффициент теплопроводности меди, Вт/(м·град);
• удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
• линейный коэффициент теплового расширения (КТР), 1/град.

Источники:
1.
2. .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность вещества - это отношение его массы к объему:

M / V, [г/см 3 , кг/м 3 ]

Плотность твердого вещества - это справочная величина. Плотность меди равна 9,0 г/см 3 . В элементарном состоянии медь представляет собой металл красного цвета (рис.1). Её важнейшие константы представлены в таблице ниже:

Таблица 1. Физические свойства меди.

Медь характеризуется значительной плотностью, довольно высокой температурой плавления и малой твердостью. Её тягучесть и ковкость исключительно велика: медь можно вытянуть в проволоку диаметром в 0,001 мм (примерно в 50 раз тоньше человеческого волоса).

Рис. 1. Медь. Внешний вид.

Нахождение меди в природе

По распространенности в природе медь стоит далеко позади соответствующих щелочных металлов. Её содержание в земной коре оценивается величиной порядка 0,003% (масс.). Медь встречается главным образом в виде сернистых соединений и чаще совместно с сернистыми рудами других металлов. Из отдельных минералов меди наиболее важны халькопирит (CuFeS 2) и халькозин (Cu 2 S). Гораздо меньшее промышленное значение имеют кислородсодержащие минералы - куприт (Cu 2 O) и малахит ((CuOH) 2 CO 3).

Краткое описание химических свойств и плотность меди

Медь образует сплавы со многими металлами. В частности, она сплавляется с золотом, серебром и ртутью.

Химическая активность меди невелика. На воздухе она постоянно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основных углекислых солей. Соединяется с кислородом под обычным давлением и при нагревании:

4Cu + O 2 = 2CuO;

2Cu + O 2 = 2CuO.

Не реагирует с водородом, азотом и углеродом даже при высоких температурах.

При обычной температуре медь медленно соединяется с галогенами хлором, бромом и йодом:

Cu + Cl 2 = CuCl 2 ;

Cu + Br 2 = CuBr 2 .

Медь - слабый восстановитель; не реагирует с водой и разбавленной хлороводородной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода или цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», халькогенами и оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Сегодня разработано много сложных конструкций и приборов, где используются металлы и их сплавы с различными свойствами. Чтобы применить в определенной конструкции наиболее подходящий сплав, конструкторы подбирают его в соответствии с требованиями прочности, текучести, упругости, и т.д., а также устойчивости этих характеристик в требуемом диапазоне температур. Далее расчитывается необходимое количество металла, которое требуется для производства изделий из него. Для этого нужно произвести расчет на основе его удельного веса. Данная величина является постоянной - это одна из основных характеристик металлов и сплавов, практически совпадающая с плотностью. Рассчитать ее просто: нужно вес (P) какого-либо куска металла в твердом виде разделить на его объем (V). Полученная величина обозначается γ, а измеряется она в Ньютонах на кубический метр.

Формула удельного веса:

Исходя из того, что вес - это масса, умноженная на ускорение свободного падения, получаем следующее:

Теперь о единицах измерения удельного веса. Вышеупомянутые Ньютоны на кубический метр относятся к системе СИ. Если же используется метрическая система СГС, то данная величина измеряется в динах на кубический сантиметр. Для обозначения удельного веса в системе МКСС применяется следующая единица: килограмм-сила на кубический метр. Иногда допустимо использование грамм-силы на сантиметр кубический - данная единица лежит вне всех метрических систем. Основные соотношения получаются следующими:

1 дин/см 3 = 1,02 кГ/м 3 = 10 н/м 3 .

Чем большее значение удельного веса, тем тяжелее металл. Для легкого алюминия эта величина совсем невелика - в единицах СИ она равна 2,69808 г/см 3 (к примеру, у стали она равна 7,9 г/см3). Алюминий, как и сплавы из него, сегодня является весьма востребованным, а его производство растет постоянно. Ведь это один из немногих нужных для промышленности металлов, запас которых есть в земной коре. Зная удельный вес алюминия, можно рассчитать любое изделие из него. Для этого существует удобный металлический калькулятор, либо можно произвести расчет вручную взяв значения удельного веса нужного алюминиевого сплава из таблички ниже.

Однако важно учитывать, что это теоретический вес проката, поскольку содержание присадок в сплаве не является строго определенным и может колебаться в небольших пределах, то и вес проката одинаковой длины, но разных производителей или партий может отличаться, конечно это отличие невелико, но оно есть.

Приведем несколько примеров расчета:

Пример 1. Расчитаем вес алюминиевой проволоки марки А97 диаметром 4 мм и длиной 2100 метров.

Определим площадь поперечного сечения круга S=πR 2 значит S=3,1415·2 2 =12,56 см 2

Определим вес проката зная, что удельный вес марки А97=2,71 гр/см 3

М=12,56·2,71·2100=71478,96 грамм = 71,47 кг

Итого вес проволоки 71,47 кг

Пример 2. Расчитаем вес круга из алюминия марки АЛ8 диаметром 60 мм и длиной 150 см в количестве 24 штуки.

Определим площадь поперечного сечения круга S=πR 2 значит S=3,1415·3 2 =28,26 см 2

Определим вес проката зная, что удельный вес марки АЛ8=2,55 гр/см 3

В таблице представлена плотность металлов и сплавов, а также коэффициент К отношения их плотности к . Плотность металлов и сплавов в таблице указана в размерности г/см 3 для интервала температуры от 0 до 50°С.

Дана плотность металлов, таких как: бериллий Be, ванадий V, висмут Bi, галлий Ga, гафний Hf, германий Ge, индий In, кадмий Cd, кобальт Co, , палладий Pd, платина Pt, рений Re, родий Rh, рубидий Rb, рутений Ru, Ag, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, хром Cr, цирконий Zr.

Плотность алюминиевых сплавов и металлической стружки: : АЛ1, АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ9, АЛ11, АЛ13, АЛ21, АЛ22, АЛ24, АЛ25. Насыпная плотность стружки: стружка алюминиевая мелкая дробленая, стальная мелкая, стальная крупная, чугунная. Примечание: плотность стружки в таблице дана в размерности т/м 3 .

Плотность сплавов магния и меди: магниевые сплавы деформируемые: МА1, МА2, МА2-1, МА8, МА14; магниевые сплавы литейные: МЛ3, МЛ4, МЛ6, МЛ10, МЛ11, МЛ12; медно-цинковые сплавы () литейные: ЛЦ16К4, ЛЦ23А6Ж3Мц2, ЛЦ30А3, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ40Сд, ЛЦ40С, ЛЦ40 Мц3Ж, ЛЦ25С2; медно-цинковые сплавы, обрабатываемые давлением: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60, ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2, ЛЖМц59-1-1, ЛН65-5, ЛМ-58-2, ЛМ-А57-3-1.

Плотность бронзы различных марок: безоловянные, обрабатываемые давлением: БрА5, 7, БрАМц9-2, БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4, БрКМц3,1, БрКН1-3, БрМц5; бронзы бериллиевые: БрБ2, БрБНТ1,9, БрБНТ1,7; бронзы оловянные деформируемые: Бр0Ф8,0-0,3, Бр0Ф7-0,2, Бр0Ф6,5-0,4, Бр0Ф6,5-0,15, Бр0Ф4-0,25, Бр0Ц4-3, Бр0ЦС4-4-2,5, Бр0ЦС4-4-4; бронзы оловянные литейные: Бр03Ц12С5, Бр03Ц7С5Н1, Бр05Ц5С5; бронзы безоловянные литейные: БрА9Мц2Л, БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, БрС30.

Плотность сплавов никеля и цинка: , обрабатываемые давлением: НК0,2, НМц2,5, НМц5, НМцАК2-2-1, НХ9,5, МНМц43-0,5, НМЦ-40-1,5, МНЖМц30-1-1, МНЖ5-1, МН19, 16, МНЦ15-20, МНА 13-3, МНА6-1,5, МНМц3-12; цинковые сплавы антифрикционные: ЦАМ9-1,5Л, ЦАМ9-1,5, ЦАМ10-5Л, ЦАМ10-5.

Плотность стали, чугуна и баббитов: , стальное литье, сталь быстрорежущая с содержанием вольфрама 5…18%; чугун антифрикционный, ковкий и высокопрочный, чугун серый; баббиты оловянные и свинцовые: Б88, 83, 83С, Б16, БН, БС6.

Приведем показательные примеры плотности различных металлов и сплавов. По данным таблицы видно, что наименьшую плотность имеет металл литий , он считается самым легким металлом, плотность которого даже меньше — плотность этого металла равна 0,53 г/см 3 или 530 кг/м 3 . А у какого металла наибольшая плотность? Металл, обладающий наибольшей плотностью — это осмий. Плотность этого редкого металла равна 22,59 г/см 3 или 22590 кг/м 3 .

Следует также отметить достаточно высокую плотность драгоценных металлов. Например, плотность таких тяжелых металлов, как и золото, соответственно равна 21,5 и 19,3 г/см 3 . Дополнительная информация по плотности и температуре плавления металлов представлена в .

Сплавы также обладают широким диапазоном значений плотности. К легким сплавам относятся магниевые сплавы и сплавы алюминия. Плотность алюминиевых сплавов выше. К сплавам с высокой плотностью можно отнести медные сплавы такие, как латуни и бронзы, а также баббиты.

Люди с давних времен используют медь в повседневной жизни. Очень важным параметром для современных людей является ее плотность и удельный вес.

Эти данные применяют в расчетах состава материалов в производстве различных коммуникаций, деталей, изделий и комплектующих в технической отрасли.

Основная информация о меди

Медь является наиболее распространенным цветным металлом. Свое название на латинском языке - Cuprum - она получила в честь острова Кипр. Там ее добывали древние греки тысячи лет назад. Историки даже придумали Медный Век , который длился с IV по V столетие до н. э. В то время люди делали из популярного металла:

• орудие;
• посуду;
• украшения;
• монеты.

В таблице Д.И. Менделеева она занимает 29 место. Этот элемент имеет уникальные свойства -физические, химические и механические. В древние времена в естественной среде можно было найти медь в виде самородков, порой очень больших размеров. Люди нагревали породу на открытом огне, а затем резко охлаждали. В результате она растрескивалась, что позволяло выполнять восстановление металла. Такая нехитрая технология позволила начать освоение популярного элемента.

Свойства

Медь - это цветной металл красноватого цвета с розовым отливом , наделенный высокой плотностью. В природе насчитывается более 170 видов минералов, имеющих в своем составе Cuprum. Только из 17 ведется промышленная добыча этого элемента. Основная масса этого химического элемента содержится в составе рудных металлов:

• халькозина - до 80%;
• бронита - до 65%;
• ковелина - до 64%.

Из этих минералов осуществляется обогащение меди и ее выплавка. Высокая теплопроводность и электропроводность являются отличительными свойствами цветного металла. Он начинает плавиться при температуре 1063 о С, а закипает при 2600 о С. Марка Cuprum будет зависеть от способа производства. Металл бывает:

• холоднотянутый;
• прокатный;
• литой.

Для каждого типа есть свои специальные параметрические расчеты, характеризующие степень сопротивления сдвигу, деформацию под воздействием нагрузок и сжатия, а также показатель упругости при растяжении материала.

Цветной металл активно окисляется в процессе нагревания. При температуре 385 о С формируется оксид меди. Ее содержание снижает теплопроводность и электропроводность других металлов. При взаимодействии с влагой металл образует куприт, с кислой средой - купорос.

Благодаря своим свойствам этот химический элемент активно используется в производстве электрических и электронных систем и многих других изделий другого назначения. Важнейшим свойством является его плотность в 1 кг на м 3 , поскольку с помощью этого показателя определяется вес производимого изделия. Плотность показывает отношение массы к общему объему.

Самой распространенной системой измерения единиц плотности является 1 килограмм на м 3 . Этот показатель для меди равняется 8,93 кг/м 3 . В жидком виде плотность будет на уровне 8,0 г/см 3 . Общий показатель плотности может меняться в зависимости от марки металла, имеющего различные примеси. Для этого используется удельный вес вещества. Он является очень важной характеристикой, когда речь идет о производстве материалов, в составе которых есть медь. Удельный вес характеризует отношение массы меди в общем объеме сплава.

Удельный вес меди будет равняться 8,94 г/см 3 . Параметры удельной плотности и веса у меди совпадают, однако такое совпадение не характерно для других металлов. Удельная масса очень важна не только при производстве изделий с ее содержанием, но и при переработке лома. Существует много методик, с помощью которых можно рационально подобрать материалы для формирования изделий. В международных системах СИ параметр удельного веса выражается в ньютонах на 1 единицу объема.

Очень важно все расчеты производить в стадии проектирования устройств и механизмов. Удельная плотность и вес являются разными значениями, но они обязательно используются для определения массы заготовок для различных деталей, в составе которых есть Cuprum.

Если сравнить плотность меди и алюминия , мы увидим большую разницу. У алюминия этот показатель составляет 2698,72 кг/м 3 в состоянии при комнатной температуре. Однако с повышением температуры параметры становятся другими. При переходе алюминия в жидкое состояние при нагревании плотность у него будет в пределах 2,55−2,34 г/см 3 . Показатель всегда зависит от содержания легирующих элементов в алюминиевых сплавах.

Технические показатели сплавов металлов

Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза . Их состав формируется также из других элементов:

• цинка;
• никеля;
• олова;
• висмута.

Все сплавы различаются между собой структурой. Наличие олова в составе позволяет делать бронзовые сплавы отменного качества. В более дешевые сплавы входит никель либо цинк. Производимые материалы на основе Cuprum обладают следующими характеристиками:

• высокая пластичность и износостойкость;
• электропроводность;
• устойчивость к агрессивной среде;
• низкий коэффициент трения.

Сплавы на основе меди находят широкое применение в промышленном производстве. Из них производят посуду, ювелирные украшения, электропровода и системы отопления. Материалы с Cuprum часто используют для декорирования фасадной части домов, изготовления композиций. Высокая устойчивость и пластичность являются основными качествами для применения материала.