что влияет на плотность металла

Плотность металлов в кг/м3: таблица. Экспериментальное и теоретическое определение плотности

Плотность вещества

Прежде чем разобраться с плотностью металлов в кг/м3, познакомимся с самой физической величиной. Плотностью называют отношение массы тела m к его объему V в пространстве, что математически можно записать так:

Изучаемую величину обычно обозначают буквой греческого алфавита ρ (ро).

Вам будет интересно: Что значит «чекать»: значение и варианты употребления

Если разные части тела имеют отличные массы, то с помощью записанной формулы можно определить среднюю плотность. При этом локальная плотность может значительно отличаться от средней.

Как видно из формулы, величина ρ выражается в кг/м3 в системе СИ. Она характеризует количество вещества, которое помещается в единице его объема. Эта характеристика во многих случаях является визитной карточкой веществ. Так, у разных металлов плотность в кг/м3 является различной, что позволяет их идентифицировать.

Металлы и их плотность

Металлические материалы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре и атмосферном давлении (исключением является лишь ртуть). Они обладают высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью и имеют характерный блеск в отполированном состоянии поверхности. Многие свойства металлов связаны с наличием у них упорядоченной кристаллической решетки, в узлах которой сидят положительные ионные остовы, связанные друг с другом с помощью отрицательного электронного газа.

Что касается плотности металлов, то она изменяется в широких пределах. Так, наименее плотными являются щелочные легкие металлы, такие как литий, калий или натрий. Например, плотность лития составляет 534 кг/м3, что практически в два раза меньше аналогичной величины для воды. Это означает, что пластинки из лития, калия и натрия не будут тонуть в воде. С другой стороны, такие переходные металлы, как рений, осмий, иридий, платина и золото, обладают огромной плотностью, которая в 20 и более раз превышает ρ воды.

Ниже приведена таблица плотности металлов. Все значения соответствуют комнатной температуре в г/см3. Если эти значения умножить на 1 000, то мы получим ρ в кг/м3.

Почему существуют металлы с высокой плотностью и с низким ее значением? Дело в том, что значение ρ для каждого конкретного случая определяется двумя основными факторами:

Экспериментальное определение плотности

Предположим, у нас имеется кусок неизвестного металла. Как можно определить его плотность? Вспоминая формулу для ρ, приходим к ответу на заданный вопрос. Для определения плотности металла достаточно взвесить его на каких-либо весах и измерить объем. Затем следует первую величину разделить на вторую, не забывая об использовании правильных единиц измерения.

Если геометрическая форма тела является сложной, то объем его измерить будет нелегко. В таких случаях можно воспользоваться законом Архимеда, поскольку объем вытесненной жидкости при погружении тела будет точно равен измеряемому объему.

Теоретическое определение плотности

В приведенной выше таблице плотностей химических элементов красным обозначены металлы, для которых приведена теоретическая плотность. Эти элементы являются радиоактивными, и получены они были искусственно в небольших количествах. Указанные факторы затрудняют их точное измерение плотности. Однако величину ρ можно успешно рассчитать.

Метод теоретического определения плотности достаточно прост. Для этого нужно знать массу одного атома, количество атомов в элементарной кристаллической решетке и тип этой решетки.

Для примера приведем расчет для железа. Его атом имеет массу 55,847 а.е.м. Железо при комнатных условиях имеет ОЦК решетку с параметром 2,866 ангстрема. Поскольку на один элементарный кубик ОЦК приходится два атома, то получаем:

ρ = 2 * 55,847 * 1,66 * 10-27 / (2,8663 * 10-30) = 7,876 кг/м3

Если сравнить это значение с табличным, то видно, что различаются они лишь в третьем знаке после запятой.

Источник

Задачи на нахождение плотности по физике для 7 класса

Свойства и состав серебра

По своим свойствам оно исключительно. Сочетание пластичности, устойчивости к щелочной и соляной кислотам, отличной теплопроводности, высокой удельной электропроводимости, прекрасной отражательной способности (близка к 100%) делают этот металл универсальным.

Природные самородки состоят из двух стабильных изотопов, но так как оптимальную применимость материал приобретает в результате добавки лигатур (примесей меди, золота, платины), это и определяет сферы его использования.

Например, 925 проба – для ювелирных изделий, из 800 изготавливают столовые приборы, а 999 – чистое, без добавок, в производстве не используется из-за мягкости. В основном оно служит для изготовления монет.

Плотность серебра в зависимости от пробы

Существует прямая зависимость маркировки от плотности. Посмотрим таблицу:

Например, апробация 960 близка к природному самородку и имеет бо́льшую уплотненность по сравнению с маркой 720. То есть, в одном килограмме сплава такой маркировки 280 граммов приходится на примеси.

Как влияет температура на плотность

Мы знаем, что металлы при нагревании расширяются. Серебро – металл, тепло воздействует на него, уменьшая уплотненность атомной решетки. Иными словами, ваша драгоценная серебряная ложечка в стакане горячего чая станет чуть больше.

Как определить пробу металла по плотности

Существует два способа определения плотности. Именно эта физическая величина делает небольшой по параметрам слиток тяжелым.

Каждое значение плотности соответствует своей пробе, поэтому, имея перед глазами таблицу, как в этой статье, вы будете уверены в марке своего изделия.

Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия

Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле.

О какой физической характеристике пойдет речь?

Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:

Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).

Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).

Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:

Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз — это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.

Плотность металлов

Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.

Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.

Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:

Плотность металлов — это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см3, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.

Из таблицы следует, что плотность металлов — это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см3.

Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:

Экспериментальные методы бывают следующего вида:

Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.

Плотность редкого металла осмия

Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.

Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:

Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м3.

Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см3, что равняется измеренному экспериментально табличному значению.

Подведем итоги

Меня постоянно спрашивают, как выяснить, настоящее серебро или подделка. Прочитав этот обзор, вы узнали, дорогие читатели, что серебро чрезвычайно теплопроводно, поэтому можно воспользоваться простым методом – опустить его в кипяток (если изделие без камней). Оно моментально нагреется, но остынет так же очень быстро в отличие от подделки.

Читать также: Детектор скрытой проводки леруа мерлен

Это важно знать, так как покупать стоит только настоящие, качественные изделия.

Серебряные сплавы востребованы как в ювелирной отрасли, так и в медицине из-за противомикробного эффекта, в нанотехнологиях, в микроэлектронике (не забываем, что этот металл – прекрасный проводник). Это природный исчерпаемый ресурс, обладающий массой особенных свойств. Делитесь этой информацией в соцсетях, подписывайтесь на нас, чтобы узнать новые и полезные сведения. До скорых встреч!

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:

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.

Нам 25 лет

Главная / Наши услуги / Проведение испытаний отдельных видов продукции / Определение плотности металлов и сплавов

Химическая лаборатория ИЦ «Композит-Тест» проводит определение плотности металлических образцов и других твердых непористых веществ.

Плотность является одной из важнейших физических величин, характеризующих свойства вещества.

Плотностью вещества называется отношение массы тела к его объему и выражается в г/см3. Плотность является постоянной величиной для каждого химически однородного вещества при данной температуре.

Для определения плотности металлических, пластмассовых образцов нами применяется гидростатический метод, который обеспечивает наиболее точное измерение плотности.

Гидростатический метод определения плотности в твердых образцах описан в:

Для определения плотности применяются жидкости, хорошо смачивающие материалы, которые не должны растворять и пропитывать образец или вступать с ним в реакцию, а также не должны улетучиваться во время определения (например, этиловый спирт, ацетон и другие).

В качестве жидкости для взвешивания мы применяем дистиллированную воду.

Гидростатический метод определения плотности материала состоит во взвешивании образца в воздухе, а затем в воде и вычислении его плотности. Метод предназначен для определения плотности формованных изделий (стержни, бруски, трубки, твердые спеченые сплавы, штабики и пластины металлического вольфрама и молибдена).

При взвешивании температура испытуемого образца, жидкости и окружающего воздуха должна быть одинаковой. Температуру дистиллированной воды, в которую помещаем образец, поддерживаем постоянной, или, если это невозможно, измеряем температуру до и после каждого взвешивания, принимая в расчет среднее из полученных значений.

Значения плотности дистиллированной воды в зависимости от температуры воздуха приводятся в нормативных документах на испытуемый материал.

Имеются и другие методы определения плотности веществ, которые приводятся в ГОСТ 15139-69 «Пластмассы. Методы определения плотности (объемной массы)».

Пикнометрический метод заключается в сравнении масс одинаковых объемов испытуемого вещества и жидкости известной плотности. Жидкость должна смачивать испытуемое вещество и стенки пикнометра, а ее плотность не должна быть выше плотности исследуемого вещества. В качестве такой жидкости применяют бензин, толуол, ксилол и другие органические жидкости. Метод применяется для определения плотности формованных изделий, порошков, гранул, хлопьев.

Метод обмера и взвешивания заключается в определении плотности вещества по отношению массы к его объему, определяемым непосредственно взвешиванием и обмером.

Допускается измерять объем другими методами, например по вытесненному объему жидкости для образцов неправильной или трудно измеряемой формы. Метод применяется для определения плотности изделий, полуфабрикатов (стержни, бруски, трубы, отливки).

Заявку на выполнение работ по определению плотности различных металлов и сплавов можно сделать по телефону (495) 513-20-71

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.

Для сыпучих и пористых тел различают:

Определение и использование плотности

Как 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

Чёрными 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.

Формула нахождения плотности [ править | править код ]

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

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

— молярная масса газа, V m >— молярный объём (при нормальных условиях приближённо равен 22,4 л/моль).

Плотность тела в точке записывается как

Читать также: Принцип действия полупроводникового диода

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

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.

Плотность металлов и сплавов

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 (латуни) 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: бронзы 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: никелевые и медно-никелевые сплавы, 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: сталь конструкционная, 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.

Плотности астрономических объектов [ править | править код ]

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

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).

Читать также: Как правильно заряжать аккумулятор для автомобиля

Перевозки изделий из металлов

В 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.

(1 голос, среднее: 5 из 5)
Поделитесь с друзьями!

Плотности некоторых газов [ править | править код ]

Плотность газов, кг/м³ при НУ.

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

Плотности некоторых жидкостей [ править | править код ]

Плотность жидкостей, кг/м³

Плотность некоторых пород древесины [ править | править код ]

Плотность древесины, г/см³

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.

Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката. Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе – удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.

Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.

Введение к вычислению масс

Главная > Вычисление масс > Введение к вычислению масс

4.05.2013 // Владимир Трунов

Имея дело с драгоценным металлом, приходится постоянно заботиться о его расходе. Часто хочется заранее знать, сколько примерно будет весить изделие еще до того, как оно будет изготовлено. В большинстве случаев это можно посчитать.

В этой рубрике собраны несколько статей с формулами для расчета массы деталей различной формы. Почему массы, а не веса? Короткий ответ: грамм массы обозначается буквой «г», а грамм веса — буквой «Г», и мне лень нажимать Shift. Длинный ответ: масса — это более фундаментальная характеристика объекта, чем его вес. Например, кольцо массой в 10 г на Земле будет весить 10 Г, а на Луне — только 1,65 Г. Мало того, даже и на Земле вес предмета меняется в зависимости от нашего местоположения: то, что на полюсе весит тонну, на экваторе будет весить всего лишь 995 кГ. Поэтому есть смысл покупать картошку на экваторе и продавать ее на полюсе. И поэтому же есть смысл вычислять именно массу изделия, а не его вес. Да и Shift, опять же, лишний раз нажимать не придется.

Общий подход к вычислению массы детали заключается в вычислении ее объема, который затем умножается на плотность ее материала. Плотность — это масса одного кубического сантиметра этого материала. Ниже приведены таблицы значений плотности некоторых металлов и сплавов.

Несколько слов о единицах измерения. Размеры в ювелирном деле принято измерять в миллиметрах, поэтому объем, полученный из формул, будет измеряться в кубических миллиметрах. А поскольку плотность выражается в граммах на кубический сантиметр, то наш объем надо разделить на 1000, прежде чем умножать его на плотность (в одном кубическом сантиметре — 1000 кубических миллиметров, хоть сразу и не подумаешь!).

Источник