Металл имеющий наибольшую плотность

Во всех сферах человеческой деятельности применяются изделия из металлов. Металлы в научном смысле представляют собой простые вещества, обладающие специфическими свойствами (металлическим блеском, ковкостью, высокой электропроводностью). В быту и на производстве часто используют их сплавы с другими элементами. Эти затвердевшие расплавы также обычно называют металлами.

Определение и использование плотности

Металл имеющий наибольшую плотностьМеталл имеющий наибольшую плотностьКак известно, чтобы найти плотность вещества, его массу делят на объем. Плотность является физико-химической характеристикой вещества. Она постоянна. Материалы для промышленного производства должны соответствовать этому показателю. Для её обозначения принято использовать греческую букву ρ.

Плотность железа равна 7874 кг/м³, никеля — 8910 кг/м³, хрома — 7190 кг/м³, вольфрама — 19250 кг/м³. Конечно, это относится к твёрдым сплавам. В расплавленном состоянии веществам присущи другие характеристики.

В природе лишь некоторые металлы присутствуют в большом количестве. Удельный вес железа в земной коре 4,6%, алюминия — 8,9%, магния — 2,1%, титана — 0,63%. Металлы незаменимы в большинстве сфер человеческой деятельности. Их производство растёт год от года. Для удобства металлы разделены на группы.

Железо и его сплавы

Металл имеющий наибольшую плотностьЧёрными металлами принято называть стали и чугуны разных марок. Сплав железа и углерода считается сталью, если железа не менее 45%, а содержание углерода 0,1%—2,14%. Чугуны, соответственно, углерода содержат больше.

Для получения необходимых свойств сталям и сплавам их легируют (присаживают при переплаве легирующие добавки). Таким образом плавят заданные марки. Все марки металла строго соответствуют определённым техническим условиям. Свойства каждой марки регламентированы государственными стандартами.

В зависимости от состава плотность стали варьируется в диапазоне 7,6—8,8 (г/см³) в СГС или 7600—8800 (кг/м³) в СИ (это видно из таблицы 1). Конечно, сталь имеет сложную структуру, это не смесь различных веществ. Однако присутствие этих веществ и их соединений изменяют свойства, в частности, плотность. Поэтому самыми большими плотностями обладают быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама.

Цветные металлы и их сплавы

Изделия из бронзы, латуни, меди, алюминия широко применяются на производстве:

  • Металл имеющий наибольшую плотностьОбычно бронзы это сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом и бериллием. Однако в бронзовом веке, когда удельный вес бронзы в общей массе металлических изделий составлял почти 100%, это были сплавы медь — мышьяк.
  • Сплавы на основе цинка — латуни. В латуни может присутствовать олово, но его количество меньше, чем цинка. Чтобы получить сыпучую стружку, иногда добавляют свинец. Кроме ювелирных сплавов латуни и бронзы, они нужны для деталей машин и морских судов, скобяных изделий, пружин. Некоторые сорта применяют в авиации и ракетостроении.
  • Дюралюминий (дюраль) — сплав алюминия с медью (меди 4,4%) — это высокопрочный сплав. Главным образом применяется в авиации.
  • Титан по прочности превосходит многие марки стали. Одновременно он вдвое легче. Эти качества сделали его незаменимым в большинстве отраслей промышленности. А также он широко применяется в медицине (протезировании). Удельный вес титана в производстве летательных аппаратов достигает 70% от всего выплавляемого в мире. Около 15% титана идёт для химического машиностроения.
  • Серебро и золото — первые металлы, с которыми познакомился человек. За всю историю существования человечества эти металлы, по большей части, шли на ювелирные изделия. И в настоящее время тенденция сохраняется.
  • Вольфрам из-за высокой тугоплавкости незаменим в приборостроении. Большая плотность позволяет применять его, как защиту от радиации.
  • Никель и хром образуют нихром — жаропрочный пластичный сплав, очень долговечный и надёжный.

Металл имеющий наибольшую плотностьРазличные марки сталей и чугунов, бронз и других металлов имеют разный химический состав и разную плотность. Плотности всех востребованных материалов измерены и систематизированы. Таблицы, содержащие эти данные доступны пользователям. С их помощью можно легко найти массу изделия заданной формы.

Определение массы изделия

Все современные справочные материалы, ГОСТ и технические условия предприятий скорректированы в соответствии с международной классификацией.

Пользуясь справочными таблицами плотностей различных материалов, легко определить их массу. Это особенно актуально, когда предметы тяжёлые или отсутствуют соответствующие весы. Для этого требуется знать их геометрические параметры. Чаще всего узнать требуется массу предмета в форме цилиндра, трубы или параллелепипеда:

Читать также:  Плазменный резак из сварочного инвертора

  1. Металл имеющий наибольшую плотностьМеталлические прутки имеют форму цилиндра. Зная диаметр и длину, легко узнать массу. Масса равна плотности, умноженной на объём. Находим объём предмета. Он получается умножением площади сечения на длину. Площадь круга, зная диаметр, определить несложно. Диаметр в квадрате умножается на 3,14 (число пи), делится на 4.
  2. Массу трубы получаем аналогично. При нахождении площади берём разницу между внешним и внутренним диаметром сечения.
  3. Чтобы определить массу листа, блюма, сляба или прутка прямоугольного сечения, определяем объём, перемножая длину, высоту и толщину. Умножаем на плотность из справочника.

При таких вычислениях всегда допускается маленькая погрешность, ведь формы не идеальны. На практике ей можно пренебречь. Производители металлоизделий разработали специальные калькуляторы вычисления массы для пользователей. Достаточно ввести уникальные размеры в соответствующие окна и получить результат.

Что такое удельный вес

Металл имеющий наибольшую плотностьУдельным весом называют плотность, умноженную на ускорение свободного падения (силу тяжести) или отношение веса тела к его объёму. Путать его с плотностью недопустимо. Однако часто это происходит из-за смешения понятий массы и веса. Вес тела, а следовательно и удельный вес, изменяется в зависимости от силы тяжести. Он не является постоянной величиной. В зависимости от места, где находится предмет, он имеет разные значения. Эта физическая величина будет разной даже в разных точках Земли. Ускорение свободного падения на экваторе больше, чем на полюсах. Масса и плотность постоянны.

К примеру, можно вычислить удельный вес серебра. На Земле эта величина будет составлять 10500 кг/м³ (плотность чистого металла). Умножив на 9,81м/с 2 (сила тяжести), можно получить 103005 Н/м³. А на Луне 10500 кг/м³ умножается на 1,62м/с 2 (сила тяжести на Луне). Результат уже другой — 17,01Н/м³. В кабине корабля, вращающегося вокруг Земли — невесомость, ускорение равно нулю. Следовательно, и вес любого материала здесь ноль.

Все значения будут разными. Самое большое значение будет в первом случае, потому что на Земле ускорение свободного падения имеет самое большое значение. В невесомости вещь не весит ничего. Плотность одного и того же материала в любом месте будет одинаковой. Она является константой.

Для того, чтобы составить таблицы удельного веса металлов на различных планетах (или в других условиях), необходимо знать ускорение свободного падения и плотность.

Перевозки изделий из металлов

Металл имеющий наибольшую плотностьВ системе грузоперевозок задействовано такое понятие, как «объёмный вес». Если масса предмета в одном кубическом метре 167 кг, то такой вес считается физическим, а если меньше — объёмным. Например, масса куба стали углеродистой — 7750 кг. Другими словами, объёмный вес стали 7750 кг. Эти расчёты нужны, чтобы определить, какой объем займёт перевозимый груз.

Однако в зависимости от того, какие металлические изделия перевозятся, объем будет меняться. Предположим, что есть несколько различных метизов одной и той же марки стали. По идее, они обладают одинаковой плотностью. Однако слитки, крупносортные изделия и бунты проволоки обладают различным объёмом, а следовательно, при их перевозке займут больше или меньше места на транспорте. Таким образом, они обладают разным объёмным весом. При любых условиях кубометр стали больше 167 кг, следовательно, его не назовёшь объёмным.

Плотность
ρ = m V <displaystyle
ho =<frac >> Металл имеющий наибольшую плотность
РазмерностьL −3 M
Единицы измерения
СИкг/м³
СГСг/см³
Примечания
скалярная величина

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму [1] .

Для обозначения плотности обычно используется греческая буква ρ [ро] (происхождение обозначения подлежит уточнению), иногда используются также латинские буквы D и d (от лат. densitas «плотность»).

Более точное определение плотности требует уточнение формулировки:

  • Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
  • Плотность вещества — это плотность однородного или равномерно неоднородного тела, состоящего из этого вещества.
  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела ( Δ m <displaystyle Delta m>Металл имеющий наибольшую плотность), содержащей эту точку, к объёму этой малой части ( Δ V <displaystyle Delta V>Металл имеющий наибольшую плотность), когда этот объём стремится к нулю [2] , или, записывая кратко, lim Δ V → 0 Δ m / Δ V <displaystyle lim _<Delta V o 0><Delta m/Delta V>>Металл имеющий наибольшую плотность. При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Поскольку масса в теле может быть распределена неравномерно, более адекватная модель определяет плотность в каждой точке тела как производную массы по объёму. Если учитывать точечные массы, то плотность можно определить как меру, либо как производную Радона — Никодима по отношению к некоторой опорной мере.

Содержание

Виды плотности и единицы измерения [ править | править код ]

Исходя из определения плотности, её размерность представляет собой кг/м³ в СИ и г/см³ в системе СГС.

Читать также:  Флюс на основе хлористого цинка

Для сыпучих и пористых тел различают:

  • истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
  • удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму. Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме. Для сыпучих тел удельная плотность называется насыпно́й плотностью.

Формула нахождения плотности [ править | править код ]

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

ρ = m V , <displaystyle
ho =<frac >,> Металл имеющий наибольшую плотность

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

  • При вычислении плотности газов при нормальных условиях эта формула может быть записана и в виде:

ρ = M V m , <displaystyle
ho =<frac >>,>Металл имеющий наибольшую плотностьгде М — молярная масса газа, V m <displaystyle V_>Металл имеющий наибольшую плотность— молярный объём (при нормальных условиях приближённо равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как

ρ = d m d V , <displaystyle
ho =<frac >,> Металл имеющий наибольшую плотность

тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как

m = ∫ ρ ( r ) d 3 r = ∫ ρ ( r ) d V = ∫ d m . <displaystyle m=int
ho (mathbf )d^<3>mathbf =int
ho (mathbf
)dV=int dm.> Металл имеющий наибольшую плотность

Зависимость плотности от температуры [ править | править код ]

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Диапазон плотностей в природе [ править | править код ]

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

  • Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10 −31 —5·10 −31 кг/м³, без учёта тёмной материи) [3] .
  • Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10 −23 —10 −21 кг/м³.
  • Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
  • Плотность газообразного водорода (самого лёгкого газа) при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м³.
  • Плотность сухого воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м³.
  • Один из самых тяжёлых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
  • Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
  • Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
  • Усреднённая плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
  • Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
  • Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
  • Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
  • Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
  • Плотность железа равна 7874 кг/м³.
  • Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
  • Плотность атомных ядер приблизительно 2·10 17 кг/м³.
  • Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям это планковская плотность 5,1⋅10 96 кг/м³.

Плотности астрономических объектов [ править | править код ]

Металл имеющий наибольшую плотность

  • Средние плотности небесных тел Солнечной системы см. на врезке.
  • Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, её плотность в окрестностях Земли

10 −21 ÷10 −20 кг/м³.
Плотность межзвёздной среды

10 −23 ÷10 −21 кг/м³.

  • Плотность межгалактической среды 2×10 −34 ÷5×10 −34 кг/м³.
  • Средняя плотность красных гигантов на много порядков меньше из-за того, что их радиус в сотни раз больше, чем у Солнца.
  • Плотность белых карликов 10 8 ÷10 12 кг/м³
  • Плотность нейтронных звёзд имеет порядок 10 17 ÷10 18 кг/м³.
  • Средняя (по объёму под горизонтом событий) плотность чёрной дыры зависит от её массы и выражается формулой:
  • ρ = 3 c 6 32 π M 2 G 3 . <displaystyle
    ho =<frac <3,c^<6>><32pi M^<2>G^<3>>>.>Металл имеющий наибольшую плотностьСредняя плотность падает обратно пропорционально квадрату массы чёрной дыры (ρ

    M −2 ). Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью около 10 19 кг/м³, превышающей ядерную плотность (2×10 17 кг/м³), то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 10 9 солнечных масс (существование таких чёрных дыр предполагается в квазарах) обладает средней плотностью около 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды (1000 кг/м³).

    Плотности некоторых газов [ править | править код ]

    Плотность газов, кг/м³ при НУ.
    Азот1,250Кислород1,429
    Аммиак0,771Криптон3,743
    Аргон1,784Ксенон5,851
    Водород0,090Метан0,717
    Водяной пар (100 °C)0,598Неон0,900
    Воздух1,293Радон9,81
    Гексафторид вольфрама12,9Углекислый газ1,977
    Гелий0,178Хлор3,164
    Дициан2,38Этилен1,260
    Читать также:  Sus 304 нержавеющая сталь

    Для вычисления плотности произвольного идеального газа, находящегося в произвольных условиях, можно использовать формулу, выводящуюся из уравнения состояния идеального газа: [7]

    ρ = p M R T <displaystyle
    ho =<frac >> Металл имеющий наибольшую плотность,

    • p <displaystyle p>Металл имеющий наибольшую плотность— давление,
    • M <displaystyle M>Металл имеющий наибольшую плотность— молярная масса,
    • R <displaystyle R>Металл имеющий наибольшую плотность— универсальная газовая постоянная, равная приблизительно 8,314 Дж/(моль·К)
    • T <displaystyle T>Металл имеющий наибольшую плотность— термодинамическая температура.

    Плотности некоторых жидкостей [ править | править код ]

    Металл имеющий наибольшую плотность

    Плотность жидкостей, кг/м³
    Бензин710Молоко1040
    Вода (4 °C)1000Ртуть (0 °C)13600
    Керосин820Диэтиловый эфир714
    Глицерин1260Этанол789
    Морская вода1030Скипидар860
    Масло оливковое920Ацетон792
    Масло моторное910Серная кислота1835
    Нефть550—1050Жидкий водород (−253 °C)70

    Плотность некоторых пород древесины [ править | править код ]

    Плотность древесины, г/см³
    Бальса0,15Пихта сибирская0,39
    Секвойя вечнозелёная0,41Ель0,45
    Ива0,46Ольха0,49
    Осина0,51Сосна0,52
    Липа0,53Конский каштан0,56
    Каштан съедобный0,59Кипарис0,60
    Черёмуха0,61Лещина0,63
    Грецкий орех0,64Берёза0,65
    Вишня0,66Вяз гладкий0,66
    Лиственница0,66Клён полевой0,67
    Тиковое дерево0,67Бук0,68
    Груша0,69Дуб0,69
    Свитения (Махагони)0,70Платан0,70
    Жостер (крушина)0,71Тис0,75
    Ясень0,75Слива0,80
    Сирень0,80Боярышник0,80
    Пекан (кария)0,83Сандаловое дерево0,90
    Самшит0,96Эбеновое дерево1,08
    Квебрахо1,21Бакаут1,28
    Пробка0,20

    Плотность некоторых металлов [ править | править код ]

    Значения плотности металлов могут изменяться в весьма широких пределах: от наименьшего значения у лития, который легче воды, до наибольшего значения у осмия, который тяжелее золота и платины.

    Главной характеристикой влияющей на вес металла, является его плотность.

    Что означает плотность металла?

    Под плотностью металла, подразумевается его вес на единицу занимаемого объёма. Часто объём измеряют в метрах кубических и сантиметрах в кубе. Чем же обусловлены такие большие, по земным меркам, вес и плотность? Плотность металла и его вес, зависит от того, насколько мал радиус атома и велик при том его вес.

    Плотность металлов таблица

    Металг/см 3кг/м 3Металг/см 3кг/м 3
    Литий0,534534Самарий7,5367536
    Калий0,87870Железо7,877874
    Натрий0,9689680Гадолиний7,8957895
    Рубидий1,531530Тербий8,2728272
    Кальций1,541540Диспрозий8,5368536
    Магний1,741740Ниобий8,578570
    Бериллий1,8451845Кадмий8,658650
    Цезий1,8731873Гольмий8,8038803
    Кремний2,332330Никель8,98900
    Бор2,342340Кобальт8,98900
    Стронций2,62600Медь8,948940
    Алюминий2,72700Эрбий9,0519051
    Скандий2,992990Тулий9,3329332
    Барий3,53500Висмут9,89800
    Иттрий4,4724472Лютеций9,8429842
    Титан4,544540Молибден10,2210220
    Селен4,794790Серебро10,4910490
    Европий5,2595259Свинец11,3411340
    Германий5,325320Торий11,6611660
    Мышьяк5,7275727Таллий11,8511850
    Галлий5,9075907Палладий12,0212020
    Ванадий6,116110Рутений12,412400
    Лантан6,1746174Родий12.4412440
    Теллур6,256250Гафний13,2913290
    Цирконий6,456450Ртуть13,5513550
    Церий6,666660Тантал16,616600
    Сурьма6,686680Уран19,0719070
    Празеодим6,7826782Вольфрам19,319300
    Иттербий6,9776977Золото19,3219320
    Неодим7,0047004Плутоний19,8419840
    Цинк7,137130Рений21,0221020
    Хром7,197190Платина21,4021400
    Олово7,37300Иридий22,4222420
    Индий7,317310Осмий22,522500
    Марганец7,447440

    Из таблицы видно, что удельный вес куба металла, очень разнится. Разница в весе между самым тяжёлым и самым лёгким металлом — 42 раза. Осмий, вес которого равняется 22500 кг в м 3 и литий, имеющего наименьшую плотность, вес которого 534 кг в м 3 . Металл имеющий наибольшую плотность, так же имеет наибольший вес и им является осмий, как мы уже поняли.

    Средняя плотность, среди всех металлов — 11,5 г на см в кубе.

    Примечательно и то, что существуют металлы, плотность которых меньше воды. Таких несколько: литий, калий, натрий.

    Для справки можно добавить, что осмий не только самый тяжёлый, но и самый редкий. Его добывают в районе 100 кг в год.

    Плотность драгоценных металлов

    К драгоценным металлам принято относить: серебро, золото, палладий, платина, рутений, родий, иридий, осмий. Плотность которых начинается от 10,49 г см 3 (серебро) и доходит до 22,5 см 3 (осмий). Уточнить вес прочих можно в таблице.

    Оцените статью
    Добавить комментарий

    Adblock detector