We wszystkich obszarach działalności człowieka stosuje się produkty metalowe. Metale w sensie naukowym to proste substancje o określonych właściwościach (połysk metalu, ciągliwość, wysoka przewodność elektryczna). W życiu codziennym i przy produkcji często stosuje się ich stopy z innymi pierwiastkami. Te zestalone stopy są również powszechnie nazywane metalami.

Definicja i zastosowanie gęstości

Jak wiadomo, aby znaleźć gęstość substancji, jej masa jest dzielona przez objętość. Gęstość to fizykochemiczna charakterystyka substancji. Ona jest stała. Materiały do ​​produkcji przemysłowej powinny być zgodne z tym wskaźnikiem. Aby to zaznaczyć, zwyczajowo używa się greckiej litery ρ.

Gęstość żelaza wynosi 7874 kg / m3, nikiel - 8910 kg / m3, chrom - 7190 kg / m3, wolfram - 19250 kg / m3. Oczywiście dotyczy to węglików. W stanie stopionym substancje mają inne właściwości.

W naturze tylko niektóre metale są obfite. Ciężar właściwy żelaza w skorupie ziemskiej wynosi 4, 6%, aluminium - 8, 9%, magnez - 2, 1%, tytan - 0, 63%. Metale są niezbędne w większości dziedzin działalności człowieka. Ich produkcja rośnie z roku na rok. Dla wygody metale są podzielone na grupy.

Żelazo i jego stopy

Metale żelazne są powszechnie nazywane stalami i żeliwami różnych gatunków. Stop żelaza i węgla uważa się za stal, jeśli żelazo wynosi co najmniej 45%, a zawartość węgla wynosi 0, 1% –2, 14%. Żeliwo zawiera odpowiednio więcej węgla.

Aby uzyskać niezbędne właściwości, są one stopowane ze stalami i stopami (dodatki stopowe są dodawane podczas przetapiania). W ten sposób określone marki są stopione . Wszystkie gatunki metali ściśle spełniają określone warunki techniczne. Właściwości każdej marki są regulowane przez normy państwowe.

W zależności od składu gęstość stali zmienia się w zakresie 7, 6–8, 8 (g / cm³) w GHS lub 7600–8800 (kg / m³) w SI (można to zobaczyć w tabeli 1). Oczywiście stal ma złożoną strukturę, nie jest mieszaniną różnych substancji. Jednak obecność tych substancji i ich związków zmienia właściwości, w szczególności gęstość. Dlatego stale o wysokiej gęstości i wysokiej zawartości wolframu mają najwyższe gęstości.

Metale nieżelazne i ich stopy

Produkty z brązu, mosiądzu, miedzi, aluminium są szeroko stosowane w produkcji:

  • Zazwyczaj brązami są stopy miedzi z cyną, aluminium, ołowiem i berylem. Jednak w epoce brązu, gdy ciężar właściwy brązu w całkowitej masie wyrobów metalowych wynosił prawie 100%, były to stopy miedzi - arsenu.
  • Stopy na bazie cynku - mosiądz. Cyna może być obecna w mosiądzu, ale jej ilość jest mniejsza niż cynku. Aby uzyskać luźne żetony, czasami dodaje się ołów. Oprócz stopów jubilerskich z mosiądzu i brązu są one potrzebne do części maszyn i statków morskich, sprzętu, sprężyn. Niektóre odmiany są wykorzystywane w lotnictwie i rakietach.
  • Duraluminium (duraluminium) - stop aluminium z miedzią (4, 4% miedzi) - jest stopem o wysokiej wytrzymałości. Jest stosowany głównie w lotnictwie.
  • Tytan ma wyższą wytrzymałość niż wiele gatunków stali. Jednocześnie jest dwa razy jaśniejszy. Te cechy sprawiły, że jest niezbędny w większości branż. A także jest szeroko stosowany w medycynie (protetyka). Ciężar właściwy tytanu w produkcji samolotów osiąga 70% całkowitej wytopu na świecie. Około 15% tytanu przeznacza się na inżynierię chemiczną.
  • Srebro i złoto to pierwsze metale, które spotkał człowiek. W całej historii istnienia ludzkości metale te w przeważającej części trafiały do ​​biżuterii. A teraz trend się utrzymuje.
  • Ze względu na wysoką ognioodporność wolfram jest niezbędny w produkcji instrumentów . Wysoka gęstość pozwala wykorzystać go jako ochronę przed promieniowaniem.
  • Nikiel i chrom z nichromu - żaroodporny stop tworzywa sztucznego, bardzo trwały i niezawodny.

Różne gatunki stali i żeliwa, brązu i innych metali mają różne składy chemiczne i różne gęstości. Gęstości wszystkich zapotrzebowanych materiałów są mierzone i usystematyzowane. Tabele zawierające te dane są dostępne dla użytkowników. Za ich pomocą można łatwo znaleźć masę produktu o danym kształcie.

Określenie masy produktu

Wszystkie nowoczesne materiały referencyjne, GOST i specyfikacje techniczne przedsiębiorstw są dostosowywane zgodnie z międzynarodową klasyfikacją.

Korzystając z tabel referencyjnych gęstości różnych materiałów, łatwo jest określić ich masę. Jest to szczególnie prawdziwe, gdy obiekty są ciężkie lub brakuje odpowiednich skal . Aby to zrobić, musisz znać ich parametry geometryczne. Najczęściej musisz znać masę obiektu w postaci cylindra, rury lub równoległościanu:

  1. Metalowe pręty mają kształt walca. Znając średnicę i długość, łatwo jest poznać masę. Masa jest równa gęstości razy objętość. Znajdź objętość przedmiotu. Uzyskuje się to przez pomnożenie pola przekroju przez długość. Obszar koła, znając średnicę, jest łatwy do ustalenia. Kwadratowa średnica jest mnożona przez 3, 14 (pi), dzielona przez 4.
  2. Masę rury uzyskuje się w podobny sposób. Znajdując obszar, bierzemy różnicę między zewnętrzną i wewnętrzną średnicą przekroju.
  3. Aby określić masę arkusza, wykroju, płyty lub pręta o przekroju prostokątnym, określamy objętość, mnożąc długość, wysokość i grubość. Pomnóż przez gęstość z katalogu.

Przy takich obliczeniach zawsze dopuszczalny jest mały błąd, ponieważ formularze nie są idealne. W praktyce można to pominąć. Producenci sprzętu opracowali niestandardowe kalkulatory masy dla użytkowników. Wystarczy wpisać unikalne rozmiary w odpowiednich oknach i uzyskać wynik.

Co to jest ciężar właściwy?

Ciężar właściwy to gęstość pomnożona przez przyspieszenie ziemskie (grawitacja) lub stosunek masy ciała do jego objętości. Mylenie go z gęstością jest niedopuszczalne. Jednak często dzieje się tak z powodu pomieszania pojęć masy i masy. Masa ciała, a zatem grawitacja, zmienia się w zależności od grawitacji. To nie jest stałe. W zależności od lokalizacji przedmiotu ma różne znaczenie. Ta fizyczna ilość będzie różna nawet w różnych punktach na Ziemi. Przyspieszenie grawitacyjne na równiku jest większe niż na biegunach. Masa i gęstość są stałe.

Na przykład możesz obliczyć ciężar właściwy srebra. Na Ziemi wartość ta wyniesie 10 500 kg / m³ (gęstość czystego metalu). Mnożąc przez 9, 81 m / s 2 (grawitację), można uzyskać 103005 N / m³. A na Księżycu 10.500 kg / m3 jest pomnożone przez 1.62 m / s 2 (grawitacja na Księżycu). Wynik jest już inny - 17, 01 N / m³. W kokpicie statku krążącego wokół Ziemi - nieważkość, przyspieszenie wynosi zero. Dlatego waga dowolnego materiału tutaj wynosi zero.

Wszystkie wartości będą różne. Pierwszy przypadek będzie miał największe znaczenie, ponieważ na Ziemi największe znaczenie ma przyspieszenie grawitacyjne. W zerowej grawitacji rzecz nic nie waży. Gęstość tego samego materiału w dowolnym miejscu będzie taka sama. Ona jest stała.

Aby skompilować tabele ciężaru właściwego metali na różnych planetach (lub w innych warunkach), konieczne jest poznanie przyspieszenia i gęstości grawitacji.

Transport wyrobów metalowych

W systemie transportu ładunku stosuje się taką koncepcję, jak „ciężar objętościowy”. Jeśli masa obiektu w jednym metrze sześciennym wynosi 167 kg, wówczas taką wagę uważa się za fizyczną, a jeśli mniejszą - objętość. Na przykład masa sześcianu ze stali węglowej wynosi 7750 kg. Innymi słowy, gęstość nasypowa stali wynosi 7750 kg. Obliczenia te są potrzebne do ustalenia, ile zabierze przewożony ładunek.

Jednak w zależności od transportowanych produktów metalowych objętość będzie się różnić. Załóżmy, że istnieje kilka różnych elementów tego samego gatunku stali. Teoretycznie mają tę samą gęstość. Jednak wlewki, produkty o dużej jakości i zamieszki druciane mają różne objętości, a zatem podczas transportu zajmą więcej lub mniej miejsca w transporcie. Dlatego mają różne masy. W każdych warunkach metr sześcienny stali wynosi ponad 167 kg, dlatego nie można go nazwać wolumetrycznym.

Kategoria:

Technologia