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:
Вам будет интересно: Свинья в апельсинах, или что значит это выражение?
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:
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:
Как находят величину?
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
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.
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.
Вес металла таблица
Плотность чистых металлов
| Наименование материала, марка | Плотность ρ, кг/м3 |
| Алюминий | 2700 |
| Бериллий | 1840 |
| Ванадий | 6500-7100 |
| Висмут | 9800 |
| Вольфрам | 19300 |
| Галлий | 5910 |
| Гафний | 13090 |
| Германий | 5330 |
| Золото | 19320 |
| Индий | 7360 |
| Иридий | 22400 |
| Кадмий | 8640 |
| Кобальт | 8900 |
| Кремний | 2550 |
| Литий | 530 |
| Магний | 1740 |
| Медь | 8940 |
| Молибден | 10300 |
| Марганец | 7200-7400 |
| Натрий | 970 |
| Никель | 8900 |
| Олово | 7300 |
| Палладий | 12000 |
| Платина | 21200-21500 |
| Рений | 21000 |
| Родий | 12480 |
| Ртуть | 13600 |
| Рубидий | 1520 |
| Рутений | 12450 |
| Свинец | 11370 |
| Серебро | 10500 |
| Талий | 11850 |
| Тантал | 16600 |
| Теллур | 6250 |
| Титан | 4500 |
| Хром | 7140 |
| Цинк | 7130 |
| Цирконий | 6530 |
Технические показатели сплавов металлов
Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза. Их состав формируется также из других элементов:
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:
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.
Плотность черных металлов
| Наименование материала, марка | Плотность ρ, кг/м3 |
| Сталь 10 ГОСТ 1050-88 | 7856 |
| Сталь 20 ГОСТ 1050-88 | 7859 |
| Сталь 40 ГОСТ 1050-88 | 7850 |
| Сталь 60 ГОСТ 1050-88 | 7800 |
| С235-С375 ГОСТ 27772-88 | 7850 |
| Ст3пс ГОСТ 380-2005 | 7850 |
| Чугун ковкий КЧ 70-2 ГОСТ 1215-79 | 7000 |
| Чугун высокопрочный ВЧ35 ГОСТ 7293-85 | 7200 |
| Чугун серый СЧ10 ГОСТ 1412-85 | 6800 |
| Чугун серый СЧ20 ГОСТ 1412-85 | 7100 |
| Чугун серый СЧ30 ГОСТ 1412-85 | 7300 |
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:
Плотность нержавеющих сталей
| Наименование материала, марка | Плотность ρ, кг/м3 |
| 04Х18Н10 | 7900 |
| 08Х13 | 7700 |
| 08Х17Т | 7700 |
| 08Х20Н14С2 | 7700 |
| 08Х18Н10 | 7900 |
| 08Х18Н10Т | 7900 |
| 08Х18Н12Т | 7950 |
| 08Х17Н15М3Т | 8100 |
| 08Х22Н6Т | 7600 |
| 08Х18Н12Б | 7900 |
| 10Х17Н13М2Т | 8000 |
| 10Х23Н18 | 7950 |
| 12Х13 | 7700 |
| 12Х17 | 7700 |
| 12Х18Н10Т | 7900 |
| 12Х18Н12Т | 7900 |
| 12Х18Н9 | 7900 |
| 15Х25Т | 7600 |
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.
Плотность сплавов цветных металлов
| Наименование материала, марка | Плотность ρ, кг/м3 |
| АЛ1 | 2750 |
| АЛ2 | 2650 |
| АЛ3 | 2700 |
| АЛ4 | 2650 |
| АЛ5 | 2680 |
| АЛ7 | 2800 |
| АЛ8 | 2550 |
| АЛ9 (АК7ч) | 2660 |
| АЛ11 (АК7Ц9) | 2940 |
| АЛ13 (АМг5К) | 2600 |
| АЛ19 (АМ5) | 2780 |
| АЛ21 | 2830 |
| АЛ22 (АМг11) | 2500 |
| АЛ24 (АЦ4Мг) | 2740 |
| АЛ25 | 2720 |
| Б88 | 7350 |
| Б83 | 7380 |
| Б83С | 7400 |
| БН | 9500 |
| Б16 | 9290 |
| БС6 | 10050 |
| БрАмц9-2Л | 7600 |
| БрАЖ9-4Л | 7600 |
| БрАМЖ10-4-4Л | 7600 |
| БрС30 | 9400 |
| БрА5 | 8200 |
| БрА7 | 7800 |
| БрАмц9-2 | 7600 |
| БрАЖ9-4 | 7600 |
| БрАЖМц10-3-1,5 | 7500 |
| БрАЖН10-4-4 | 7500 |
| БрБ2 | 8200 |
| БрБНТ1,7 | 8200 |
| БрБНТ1,9 | 8200 |
| БрКМц3-1 | 8400 |
| БрКН1-3 | 8600 |
| БрМц5 | 8600 |
| БрОФ8-0,3 | 8600 |
| БрОФ7-0,2 | 8600 |
| БрОФ6,5-0,4 | 8700 |
| БрОФ6,5-0,15 | 8800 |
| БрОФ4-0,25 | 8900 |
| БрОЦ4-3 | 8800 |
| БрОЦС4-4-2,5 | 8900 |
| БрОЦС4-4-4 | 9100 |
| БрО3Ц7С5Н1 | 8840 |
| БрО3Ц12С5 | 8690 |
| БрО5Ц5С5 | 8840 |
| БрО4Ц4С17 | 9000 |
| БрО4Ц7С5 | 8700 |
| БрБ2 | 8200 |
| БрБНТ1,9 | 8200 |
| БрБНТ1,7 | 8200 |
| ЛЦ16К4 | 8300 |
| ЛЦ14К3С3 | 8600 |
| ЛЦ23А6Ж3Мц2 | 8500 |
| ЛЦ30А3 | 8500 |
| ЛЦ38Мц2С2 | 8500 |
| ЛЦ40С | 8500 |
| ЛС40д | 8500 |
| ЛЦ37Мц2С2К | 8500 |
| ЛЦ40Мц3Ж | 8500 |
| Л96 | 8850 |
| Л90 | 8780 |
| Л85 | 8750 |
| Л80 | 8660 |
| Л70 | 8610 |
| Л68 | 8600 |
| Л63 | 8440 |
| Л60 | 8400 |
| ЛА77-2 | 8600 |
| ЛАЖ60-1-1 | 8200 |
| ЛАН59-3-2 | 8400 |
| ЛЖМц59-1-1 | 8500 |
| ЛН65-5 | 8600 |
| ЛМц58-2 | 8400 |
| ЛМцА57-3-1 | 8100 |
| Л60, Л63 | 8400 |
| ЛС59-1 | 8450 |
| ЛЖС58-1-1 | 8450 |
| ЛС63-3, ЛМц58-2 | 8500 |
| ЛЖМц59-1-1 | 8500 |
| ЛАЖ60-1-1 | 8200 |
| Мл3 | 1780 |
| Мл4 | 1830 |
| Мл5 | 1810 |
| Мл6 | 1760 |
| Мл10 | 1780 |
| Мл11 | 1800 |
| Мл12 | 1810 |
| МА1 | 1760 |
| МА2 | 1780 |
| МА2-1 | 1790 |
| МА5 | 1820 |
| МА8 | 1780 |
| МА14 | 1800 |
| Копель МНМц43-0,5 | 8900 |
| Константан МНМц40-1,5 | 8900 |
| Мельхиор МнЖМц30-1-1 | 8900 |
| Сплав МНЖ5-1 | 8700 |
| Мельхиор МН19 | 8900 |
| Сплав ТБ МН16 | 9020 |
| Нейзильбер МНЦ15-20 | 8700 |
| Куниаль А МНА13-3 | 8500 |
| Куниаль Б МНА6-1,5 | 8700 |
| Манганин МНМц3-12 | 8400 |
| НК 0,2 | 8900 |
| НМц2,5 | 8900 |
| НМц5 | 8800 |
| Алюмель НМцАК2-2-1 | 8500 |
| Хромель Т НХ9,5 | 8700 |
| Монель НМЖМц28-2,5-1,5 | 8800 |
| ЦАМ 9-1,5Л | 6200 |
| ЦАМ 9-1,5 | 6200 |
| ЦАМ 10-5Л | 6300 |
| ЦАМ 10-5 | 6300 |
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.
На использовании закона Архимеда также основан метод гидростатических весов, изобретенных в конце XVI века Галилеем. Суть метода заключается в измерении веса тела в воздухе, а затем в жидкости. Если первую величину обозначить P0, а вторую — P1, тогда плотность металла в кг/м3 вычисляется по такой формуле:
Где ρl — плотность жидкости.
Свойства жидких металлов
В таблице представлены теплофизические свойства жидких металлов в зависимости от температуры в диапазоне от 0 до 800°С. Даны следующие свойства: плотность металлов, теплопроводность, удельная (массовая) теплоемкость, температуропроводность, кинематическая вязкость, число Прандтля.
Свойства указаны для таких жидких металлов и сплавов, как ртуть Hg, олово Sn, висмут Bi, свинец Pb, сплав висмут-свинец Bi-Pb, литий Li, натрий Na, калий K, сплав натрий-калий Na-K. Для каждого металла и сплава также указана его температура плавления и кипения.
Плотность жидких металлов, представленных в таблице, значительно различается. Металлом с минимальной плотностью является литий (литий — самый легкий металл среди существующих) — его плотность в жидком состоянии при температуре 200°С равна 515 кг/м3. Наиболее тяжелый из рассмотренных жидких металлов — это ртуть. Плотность ртути при 0°С равна 13590 кг/м3. Следует отметить, что плотность жидких металлов уменьшается при нагревании.
Теплопроводность жидких металлов увеличивается при повышении их температуры (за исключением натрия и калия, теплопроводность которых имеет обратную зависимость). Наиболее теплопроводный жидкий металл — это натрий. Теплопроводность жидкого натрия имеет величину 60…86 Вт/(м·град). В целом, щелочные металлы (литий, натрий и калий) обладают высокой теплопроводностью по сравнению с другими жидкими металлами.
Кинематическая вязкость и число Прандтля жидких металлов уменьшаются при нагревании. Теплоемкость и температуропроводность этих металлов — растет. Однако, удельная теплоемкость таких жидких металлов, как свинец, олово, висмут и сплава свинец-висмут не зависит от температуры и является постоянной величиной.
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.
что такое плотность металла?
[править]
Виды плотности и единицы измерения
Плотность измеряется в кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.
Для сыпучих и пористых тел различают:
истинную плотность, определяемую без учёта пустот
кажущуюся плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.
[править]
Формула нахождения плотности
Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведет 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.
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.
Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне. Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (ρ
[править]
Плотности некоторых жидкостей
Плотность жидкостей, г/см³Бензин0,70Молоко1,03
Вода (4°C)1,00Ртуть (0°C)13,60
Керосин0,82Эфир0,72
Глицерин1,26Спирт0,80
Морская вода1,03Скипидар0,86
Масло оливковое0,92Ацетон0,792
Масло машинное0,91Серная кислота1,84
Нефть0,81—0,85Жидкий водород (−253°C)0,07
[править]
Плотность некоторых пород древесины
Плотность древесины, г/см³Бальса0,15Пихта 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) 0,71Тисс0,75
Ясень0,75Слива0,80
Сирень0,80Боярышник0,80
Пекан (кария) 0,83Сандаловое дерево0,90
Самшит0,96Хурма эбеновая1,08
Квебрахо1,21Гвеякум, или бакаут1,28