Πυκνότητα τραπεζιού αλουμινίου και χαλκού. Ειδική πυκνότητα και ειδικό βάρος χαλκού. Υπολογίστε το βάρος χρησιμοποιώντας την τιμή ειδικού βάρους

ΟΡΙΣΜΟΣ

Σε ελεύθερη μορφή αλουμίνιοείναι ένα ασημί-λευκό (Εικ. 1) ελαφρύ μέταλλο. Τραβιέται εύκολα σε σύρμα και τυλίγεται σε λεπτά φύλλα.

Σε θερμοκρασία δωματίου, το αλουμίνιο δεν αλλάζει στον αέρα, αλλά μόνο επειδή η επιφάνειά του καλύπτεται με ένα λεπτό φιλμ οξειδίου, το οποίο έχει πολύ ισχυρή προστατευτική δράση.

Ρύζι. 1. Αλουμίνιο. Εμφάνιση.

Το αλουμίνιο χαρακτηρίζεται από υψηλή ολκιμότητα και υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, περίπου 0,6 της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χαλκού. Αυτό οφείλεται στη χρήση του στην παραγωγή ηλεκτρικών συρμάτων (τα οποία, με διατομή που εξασφαλίζει ίση ηλεκτρική αγωγιμότητα, έχουν το μισό βάρος του χαλκού). Οι πιο σημαντικές σταθερές αλουμινίου παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα:

Πίνακας 1. Φυσικές ιδιότητες και πυκνότητα αλουμινίου.

Επικράτηση του αλουμινίου στη φύση

Σύντομη περιγραφή των χημικών ιδιοτήτων και της πυκνότητας του αλουμινίου

Όταν το λεπτά θρυμματισμένο αλουμίνιο θερμαίνεται, καίγεται έντονα στον αέρα. Η αλληλεπίδρασή του με το θείο προχωρά παρόμοια. Ο συνδυασμός με χλώριο και βρώμιο συμβαίνει σε συνηθισμένες θερμοκρασίες και με ιώδιο - κατά τη θέρμανση. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, το αλουμίνιο συνδυάζεται επίσης απευθείας με άζωτο και άνθρακα. Αντίθετα, δεν αλληλεπιδρά με το υδρογόνο.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t o = 600 o C);

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3;

2Al + 2S = Al 2 S 3 (t o = 150 - 200 o C);

2Al + N 2 = 2AlN (t o = 800 - 1200 o C);

4Al + P 4 = 4AlPt o = 500 - 800 o C, σε ατμόσφαιρα H 2);

4Al + 3C = Al 4 C 3 (t o = 1500 - 1700 o C).

Το αλουμίνιο είναι σχεδόν πλήρως ανθεκτικό στο νερό. Τα πολύ αραιωμένα και πολύ συμπυκνωμένα διαλύματα νιτρικού και θειικού οξέος δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στο αλουμίνιο, ενώ σε μέσες συγκεντρώσεις αυτών των οξέων διαλύεται σταδιακά.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;

8Al + 30HNO 3 = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O.

Το αλουμίνιο είναι ανθεκτικό στα οξικά και φωσφορικά οξέα. Το καθαρό μέταλλο είναι επίσης αρκετά ανθεκτικό στο υδροχλωρικό οξύ, αλλά το συνηθισμένο τεχνικό μέταλλο διαλύεται σε αυτό. Το αλουμίνιο είναι εύκολα διαλυτό σε ισχυρά αλκάλια:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 3H 2 + 2Na.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Σήμερα, έχουν αναπτυχθεί πολλές πολύπλοκες δομές και συσκευές που χρησιμοποιούν μέταλλα και τα κράματά τους με διαφορετικές ιδιότητες. Για να χρησιμοποιήσουν το καταλληλότερο κράμα σε μια συγκεκριμένη δομή, οι σχεδιαστές το επιλέγουν σύμφωνα με τις απαιτήσεις αντοχής, ρευστότητας, ελαστικότητας κ.λπ., καθώς και με τη σταθερότητα αυτών των χαρακτηριστικών στο απαιτούμενο εύρος θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η απαιτούμενη ποσότητα μετάλλου που απαιτείται για την παραγωγή προϊόντων από αυτό. Για να γίνει αυτό, πρέπει να κάνετε έναν υπολογισμό με βάση το ειδικό βάρος του. Αυτή η τιμή είναι σταθερή - αυτό είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των μετάλλων και των κραμάτων, που πρακτικά συμπίπτει με την πυκνότητα. Είναι εύκολο να υπολογιστεί: πρέπει να διαιρέσετε το βάρος (P) ενός κομματιού στερεού μετάλλου με τον όγκο του (V). Η τιμή που προκύπτει συμβολίζεται με γ και μετράται σε Newton ανά κυβικό μέτρο.

Τύπος ειδικού βάρους:

Με βάση το γεγονός ότι το βάρος πολλαπλασιάζεται με την επιτάχυνση της βαρύτητας, παίρνουμε τα εξής:

Τώρα για τις μονάδες μέτρησης ειδικού βάρους. Τα παραπάνω Newton ανά κυβικό μέτρο βρίσκονται στο σύστημα SI. Εάν χρησιμοποιείται το μετρικό σύστημα GHS, τότε αυτή η τιμή μετράται σε dynes ανά κυβικό εκατοστό. Για την ένδειξη του ειδικού βάρους στο σύστημα MKSS, χρησιμοποιείται η ακόλουθη μονάδα: χιλιόγραμμο-δύναμη ανά κυβικό μέτρο. Μερικές φορές είναι αποδεκτή η χρήση δύναμης γραμμαρίου ανά κυβικό εκατοστό - αυτή η μονάδα βρίσκεται έξω από όλα τα μετρικά συστήματα. Οι βασικές σχέσεις είναι οι εξής:

1 dyne/cm3 = 1,02 kg/m3 = 10 n/m3.

Όσο υψηλότερη είναι η τιμή ειδικού βάρους, τόσο πιο βαρύ είναι το μέταλλο. Για το ελαφρύ αλουμίνιο αυτή η τιμή είναι αρκετά μικρή - σε μονάδες SI είναι ίση με 2,69808 g/cm3 (για παράδειγμα, για χάλυβα είναι ίση με 7,9 g/cm3). Το αλουμίνιο, όπως και τα κράματά του, έχει μεγάλη ζήτηση σήμερα και η παραγωγή του αυξάνεται συνεχώς. Εξάλλου, αυτό είναι ένα από τα λίγα μέταλλα που χρειάζονται για τη βιομηχανία, η προμήθεια του οποίου βρίσκεται στο φλοιό της γης. Γνωρίζοντας το ειδικό βάρος του αλουμινίου, μπορείτε να υπολογίσετε οποιοδήποτε προϊόν που κατασκευάζεται από αυτό. Για αυτό, υπάρχει μια βολική αριθμομηχανή μετάλλων ή μπορείτε να κάνετε τον υπολογισμό χειροκίνητα λαμβάνοντας το ειδικό βάρος του επιθυμητού κράματος αλουμινίου από τον παρακάτω πίνακα.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι αυτό είναι το θεωρητικό βάρος των προϊόντων έλασης, καθώς η περιεκτικότητα σε πρόσθετα στο κράμα δεν είναι αυστηρά καθορισμένη και μπορεί να κυμαίνεται εντός μικρών ορίων, τότε το βάρος των προϊόντων έλασης του ίδιου μήκους, αλλά από διαφορετικούς κατασκευαστές ή παρτίδες μπορεί να διαφέρουν, φυσικά αυτή η διαφορά είναι μικρή, αλλά υπάρχει.

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα υπολογισμού:

Παράδειγμα 1. Υπολογίστε το βάρος του σύρματος αλουμινίου Α97 με διάμετρο 4 mm και μήκος 2100 μέτρα.

Ας προσδιορίσουμε το εμβαδόν διατομής του κύκλου S=πR 2 σημαίνει S=3,1415 2 2 =12,56 cm 2

Ας προσδιορίσουμε το βάρος των προϊόντων έλασης γνωρίζοντας ότι το ειδικό βάρος του βαθμού A97 = 2,71 g/cm 3

Μ=12,56·2,71·2100=71478,96 γραμμάρια = 71,47 κιλά

Σύνολοβάρος σύρματος 71,47 κιλά

Παράδειγμα 2. Υπολογίστε το βάρος ενός κύκλου από αλουμίνιο AL8 με διάμετρο 60 mm και μήκος 150 cm σε ποσότητα 24 τεμαχίων.

Ας προσδιορίσουμε το εμβαδόν διατομής του κύκλου S=πR 2 σημαίνει S=3,1415 3 2 =28,26 cm 2

Ας προσδιορίσουμε το βάρος του προϊόντος έλασης γνωρίζοντας ότι το ειδικό βάρος της κατηγορίας AL8 = 2,55 g/cm 3

Η πυκνότητα του χαλκού (καθαρού), η επιφάνεια του οποίου έχει κοκκινωπή απόχρωση και ροζ απόχρωση στο κάταγμα, είναι υψηλή. Κατά συνέπεια, αυτό το μέταλλο έχει επίσης σημαντικό ειδικό βάρος. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του, κυρίως εξαιρετικών ηλεκτρικών ιδιοτήτων, ο χαλκός χρησιμοποιείται ενεργά για την παραγωγή στοιχείων ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συστημάτων, καθώς και προϊόντων για άλλους σκοπούς. Εκτός από τον καθαρό χαλκό, τα ορυκτά του έχουν επίσης μεγάλη σημασία για πολλές βιομηχανίες. Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν περισσότεροι από 170 τύποι τέτοιων ορυκτών στη φύση, μόνο 17 από αυτά έχουν βρει ενεργή χρήση.

Τιμή πυκνότητας χαλκού

Η πυκνότητα αυτού του μετάλλου, η οποία μπορεί να προβληθεί σε ειδικό πίνακα, έχει τιμή ίση με 8,93 * 10 3 kg/m 3. Επίσης στον πίνακα μπορείτε να δείτε ένα άλλο, όχι λιγότερο σημαντικό από την πυκνότητα, χαρακτηριστικό του χαλκού: το ειδικό του βάρος, το οποίο είναι επίσης 8,93, αλλά μετριέται σε γραμμάρια ανά cm 3. Όπως μπορείτε να δείτε, για τον χαλκό η τιμή αυτής της παραμέτρου συμπίπτει με την τιμή της πυκνότητας, αλλά μην νομίζετε ότι αυτό είναι τυπικό για όλα τα μέταλλα.

Η πυκνότητα αυτού και οποιουδήποτε άλλου μετάλλου, μετρημένη σε kg/m3, επηρεάζει άμεσα τη μάζα των προϊόντων που κατασκευάζονται από αυτό το υλικό. Αλλά για να προσδιορίσετε τη μάζα ενός μελλοντικού προϊόντος από χαλκό ή κράματα του, για παράδειγμα, ορείχαλκο, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε την τιμή του ειδικού βάρους τους παρά την πυκνότητά τους.

Υπολογισμός ειδικού βάρους

Σήμερα, έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι και αλγόριθμοι για τη μέτρηση και τον υπολογισμό όχι μόνο της πυκνότητας, αλλά και του ειδικού βάρους, που καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό αυτής της σημαντικής παραμέτρου ακόμη και χωρίς τη βοήθεια πινάκων. Γνωρίζοντας το ειδικό βάρος, το οποίο διαφέρει μεταξύ διαφορετικών και καθαρών μετάλλων, καθώς και την τιμή της πυκνότητας, μπορείτε να επιλέξετε αποτελεσματικά υλικά για την παραγωγή εξαρτημάτων με δεδομένες παραμέτρους. Είναι πολύ σημαντικό να πραγματοποιούνται τέτοια μέτρα στο στάδιο του σχεδιασμού συσκευών στις οποίες σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν εξαρτήματα από χαλκό και τα κράματά του.

Το ειδικό βάρος, η τιμή του οποίου (καθώς και η πυκνότητα) φαίνεται στον πίνακα, είναι η αναλογία του βάρους ενός προϊόντος κατασκευασμένου είτε από μέταλλο είτε από οποιοδήποτε άλλο ομοιογενές υλικό προς τον όγκο του. Αυτή η σχέση εκφράζεται με τον τύπο γ = P/V, όπου το γράμμα γ υποδηλώνει ειδικό βάρος.

Το ειδικό βάρος και η πυκνότητα, που είναι εγγενώς διαφορετικά χαρακτηριστικά ενός μετάλλου, δεν πρέπει να συγχέονται, αν και έχουν την ίδια σημασία για τον χαλκό.

Γνωρίζοντας το ειδικό βάρος του χαλκού και χρησιμοποιώντας τον τύπο για τον υπολογισμό αυτής της τιμής γ = P/V, μπορείτε να προσδιορίσετε τη μάζα ενός χάλκινου τεμαχίου με διαφορετική διατομή. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιάσουμε την τιμή ειδικού βάρους για τον χαλκό και τον όγκο του εν λόγω τεμαχίου εργασίας, κάτι που δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολο να προσδιοριστεί με υπολογισμό.

Μονάδες ειδικού βάρους

Διαφορετικές μονάδες χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν το ειδικό βάρος του χαλκού σε διαφορετικά συστήματα μέτρησης.

• Στο σύστημα GHS, αυτή η παράμετρος μετριέται σε 1 dyne/cm3.
• Το σύστημα SI χρησιμοποιεί μονάδα μέτρησης 1n/m3.
• Το σύστημα MKSS χρησιμοποιεί μονάδα μέτρησης 1 kg/m 3.

Εάν αντιμετωπίζετε διαφορετικές μονάδες μέτρησης για αυτήν την παράμετρο του χαλκού ή των κραμάτων του, τότε δεν είναι δύσκολο να τις μετατρέψετε η μία στην άλλη. Για να το κάνετε αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν απλό τύπο μετατροπής, ο οποίος μοιάζει με αυτό: 0,1 dyne/cm3 = 1 n/m3 = 0,102 kg/m3.

Υπολογίστε το βάρος χρησιμοποιώντας την τιμή ειδικού βάρους

Για να υπολογίσετε το βάρος του τεμαχίου εργασίας, πρέπει να προσδιορίσετε το εμβαδόν της διατομής του και, στη συνέχεια, να το πολλαπλασιάσετε με το μήκος του εξαρτήματος και με το ειδικό βάρος.

Ας υπολογίσουμε το βάρος μιας ράβδου από κράμα χαλκού-νικελίου MNZH5-1, η διάμετρος της οποίας είναι 30 χιλιοστά και το μήκος είναι 50 μέτρα.

Υπολογίζουμε το εμβαδόν της διατομής χρησιμοποιώντας τον τύπο S = πR 2, επομένως: S = 3,1415 15 2 = 706,84 mm 2 = 7,068 cm 2

Γνωρίζοντας το ειδικό βάρος του κράματος χαλκού-νικελίου MNZH5-1, το οποίο είναι ίσο με 8,7 g/cm 3, λαμβάνουμε: M = 7,068 8,7 5000 = 307458 γραμμάρια = 307,458 kg

Ας υπολογίσουμε το βάρος 28 φύλλων κράματος χαλκού Μ2, το πάχος των οποίων είναι 6 mm και οι διαστάσεις είναι 1500x2000 mm.

Ο όγκος ενός φύλλου θα είναι: V = 6 1500 2000 = 18000000 mm 3 = 18000 cm 3

Τώρα, γνωρίζοντας ότι το ειδικό βάρος 1 cm 3 χαλκού M3 είναι 8,94 g/cm 3, μπορούμε να μάθουμε το βάρος ενός φύλλου: M = 8,94 18000 = 160920 g = 160,92 kg

Η μάζα και των 28 ελασμένων φύλλων θα είναι: M = 160,92 · 28 = 4505,76 kg

Ας υπολογίσουμε το βάρος μιας τετράγωνης ράβδου από κράμα χαλκού BrNHK με μήκος 8 μέτρα και μέγεθος πλευράς 30 mm.

Ας προσδιορίσουμε τον όγκο ολόκληρου του προϊόντος έλασης: V = 3 3 800 = 7200 cm 3

Το ειδικό βάρος του καθορισμένου ανθεκτικού στη θερμότητα κράματος είναι 8,85 g/cm 3, επομένως το συνολικό βάρος του προϊόντος έλασης θα είναι: M = 7200 · 8,85 = 63720 γραμμάρια = 63,72 kg

Χρησιμοποιώντας τον πίνακα πυκνοτήτων μετάλλων και κραμάτων, μπορείτε να υπολογίσετε το βάρος του απαιτούμενου μήκους του προϊόντος που έχετε επιλέξει. Αυτό είναι απαραίτητο σε περιπτώσεις όπου ολόκληρη η ποικιλία υπολογίζεται σε μήκος στην εκτίμηση και οι πωλήσεις πραγματοποιούνται κατά βάρος. Επίσης, γνωρίζοντας την ειδική πυκνότητα των μετάλλων από τον πίνακα, μπορείτε να υπολογίσετε το βάρος της δομής αθροίζοντας τη μάζα κάθε στοιχείου που περιλαμβάνεται στη σύνθεσή του. Η ανάγκη για έναν τέτοιο υπολογισμό προκύπτει κατά την επιλογή μεταφοράς για τη μεταφορά μιας δεδομένης κατασκευής. Η πυκνότητα των μετάλλων στον πίνακα σάς επιτρέπει να υπολογίσετε την πυκνότητα ενός κράματος, η σύνθεση του οποίου είναι γνωστή ως ποσοστό. Γνωρίζοντας τη μάζα και το υλικό οποιουδήποτε τμήματος, είναι δυνατός ο υπολογισμός του όγκου του.