Содержание
В таблице представлена плотность металлов и сплавов, а также коэффициент К отношения их плотности к плотности стали. Плотность металлов и сплавов в таблице указана в размерности г/см 3 для интервала температуры от 0 до 50°С.
Дана плотность металлов, таких как: бериллий Be, ванадий V, висмут Bi, вольфрам W, галлий Ga, гафний Hf, германий Ge, золото Au, индий In, кадмий Cd, кобальт Co, литий Li, марганец Mn, магний Mg, медь Cu, молибден Mo, натрий Na, никель Ni, олово Sn, палладий Pd, платина Pt, рений Re, родий Rh, ртуть Hg, рубидий Rb, рутений Ru, свинец Pb, серебро Ag, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, титан Ti, хром Cr, цинк Zn, цирконий Zr.
Плотность алюминиевых сплавов и металлической стружки: алюминиевые сплавы: АЛ1, АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ9, АЛ11, АЛ13, АЛ21, АЛ22, АЛ24, АЛ25. Насыпная плотность стружки: стружка алюминиевая мелкая дробленая, стальная мелкая, стальная крупная, чугунная. Примечание: плотность стружки в таблице дана в размерности т/м 3 .
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.
Приведем показательные примеры плотности различных металлов и сплавов. По данным таблицы видно, что наименьшую плотность имеет металл литий, он считается самым легким металлом, плотность которого даже меньше плотности воды — плотность этого металла равна 0,53 г/см 3 или 530 кг/м 3 . А у какого металла наибольшая плотность? Металл, обладающий наибольшей плотностью — это осмий. Плотность этого редкого металла равна 22,59 г/см 3 или 22590 кг/м 3 .
Следует также отметить достаточно высокую плотность драгоценных металлов. Например, плотность таких тяжелых металлов, как платина и золото, соответственно равна 21,5 и 19,3 г/см 3 . Дополнительная информация по плотности и температуре плавления металлов представлена в этой таблице.
Сплавы также обладают широким диапазоном значений плотности. К легким сплавам относятся магниевые сплавы и сплавы алюминия. Плотность алюминиевых сплавов выше. К сплавам с высокой плотностью можно отнести медные сплавы такие, как латуни и бронзы, а также баббиты.
Источник:
Цветные металлы и сплавы. Справочник. Издательство «Вента-2». НН., 2001 — 279 с.
Разделы: Физика
Класс:
Наибольшие трудности при изучении физики учащиеся испытывают при решении задач, т.е. когда требуется применить знания. Эти трудности представляются ребятам настолько большими, что многие из них отказываются даже от попыток решать задачи. Отказ от решения задач еще как-то «проходил» во времена устных экзаменов по физике. Но теперь – как при прохождении Государственной итоговой аттестации, выполнении заданий Единого государственного экзамена или тестирования при поступлении – проверяют именно умение применять полученные знания, а не декларировать их.
Понимание смысла физических законов – главная цель школьного курса физики, но понимание этих законов может родиться только в осознанной деятельности по применению этих законов. Школьникам же часто предлагают алгоритмы решения задач, которые провоцируют бездумное, автоматическое применение физических формул.
Преодолеть эту принципиальную трудность можно, только неоднократно применяя законы физики в тщательно отобранных простейших ситуациях, когда смысл этих законов кристально ясен.
В школьном курсе физики тысячи задач. Однако, если посмотреть на все множество этих задач «с высоты птичьего полета», то нетрудно заметить, что подавляющее их большинство группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций. Эти ситуации можно назвать ключевыми. А овладение ключевыми ситуациями «даст ключи» к решению задач.
Ключевые ситуации – важнейшая связь между «теорией» и «задачами». Без этой связи теория мертва для школьника, а задачи представляются ему случайной россыпью неинтересных загадок. Однако пока еще некоторые учителя «дают» своим ученикам «теорию» отдельно, а «задачи» отдельно. После такого разрезания по живому от живой физики остаются только мертвые формулы-шаблоны для примитивных задач на подстановку.
Изучение ключевых ситуаций – это живой мост между «теорией» и «задачами», причем мост с двухсторонним движением. С одной стороны, задачи рождаются при изучении ключевых ситуаций, в которых наглядно проявляется действие физических законов, с другой стороны, благодаря решению задач на основе ключевой ситуации теория осознается, т.е. становится действенной силой, а не пассивным набором фактов и формул.
И еще одна очень важная роль ключевых ситуаций. Дело в том, что результатом изучения школьного курса физики должен быть не набор решенных задач (это быстро забывается), а понимание физических законов и физическая интуиция, которая может развиваться именно при рассмотрении ключевых ситуаций.
Приложение 1. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Плотность».
Приложение 2. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Полые тела».
Приложение 3. Дополнительный материал по теме «Сплавы».
Приведем фрагмент урока с выделение ключевой ситуации по теме «Сплавы».
Фрагмент урока по теме «СПЛАВЫ»
Учитель. Тема урока зашифрована ребусом. Кто первый раскроет секрет?
Ученики. …
Учитель. Тема урока «Сплавы».
Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.
Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.
Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.
Цель нашего урока – научиться решать задачи для определения плотности, массы или объема сплавов или веществ входящих в их состав.
Рассматривая сплавы, обычно предполагают, что объем сплава равен сумме объемов составляющих его веществ. В таком случае плотность сплава 
, где индексы 1 и 2 относятся к двум компонентам сплава.
Если заданы или требуется найти массы компонентов известной плотности ρ1 и ρ2, то объемы компонентов надо выразить через их массы и плотности, в результате чего формула для плотности сплава примет вид 
.
Часто в задаче дано или требуется найти соотношение масс компонентов сплава. Обозначим 
. Тогда 
. Эта формула связывает плотность сплава ρ и массовое отношение компонент 
. Из нее при 
следует: 
. Приведенные формулы позволяют по заданному значению одной из величин ( или ρ) найти значение другой.
Запишите в тетрадях:
Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.
– плотность сплава, где 
и 
– массы веществ, из которых состоит сплав, 
и 
– их объемы соответственно.
– плотность сплава, при заданных плотностях веществ его составляющих.
– соотношение масс, тогда .
– процентное содержание массы одного из веществ в сплаве.
Примечание.
1. Задача первого уровня предназначена для применения основной формулы: .
2. Задачи второго уровня похожи, поэтому целесообразно применить разные способы решения.
3. Задачи третьего уровня предусмотрены для закрепления способов решения задач предложенных ранее с добавлением дополнительных вычислений (объема и процентного отношения).
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
Задачи по теме «СПЛАВЫ»:
Найдите плотность бронзы, для изготовления которой взяли 100 г меди и 30 г олова, считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него металлов.
mм = 100 г
mо = 30 г
ρм = 8,9 г/см 3
ρо =7,3 г/см 3
; 
; 
; 
;
; 
.Ответ: 
.
1. Кусок сплава из свинца и олова массой 664 г имеет плотность 8,3 г/см 3 . Определите массу свинца в сплаве. Принять объем сплава равным сумме объемов его составных частей.
m = 664 г
ρ = 8,3 г/см 3
> 
. 
;
. 
> 
. 
; 
; 
;
.Ответ: .
2. В куске кварца содержится небольшой самородок золота. Масса куска 100 г, а его плотность 8 г/см 3 . Определите массу золота, содержащегося в кварце. Принять, что плотность кварца и золота соответственно равны 2,65 и 19,36 г/см 3 .
m = 100 г
ρ = 8 г/см 3
ρкв = 2,65 г/см 3
ρз = 19,36 г/см 3
;
> 
. 
; 
; 
; 
Ответ: 
.
1. Сплав золота и серебра массой 400 г имеет плотность 14·103 кг/м 3 . Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.
m = 400 г
ρ = 14 г/см 3
ρс = 10,5г/см 3
ρз = 19,36 г/см 3
;
> 
. 
; 
; 
; 
; 
; 
;
.
Ответ: , 
, 
.
Vз – ?
x – ?
2. В чистой воде растворена кислота. Масса раствора 240 г, а его плотность 1,2 г/см 3 . Определите объем кислоты в растворе и его процентное содержание, если плотность кислоты 1,8 г/см 3 . Принять объем раствора равным сумме объемов его составных частей.
m = 240 г
ρ = 1,2 г/см 3
ρв = 1 г/см 3
ρк = 1,8 г/см 3
;
> 
. 
; 
; 
; 
; 
;
.
Ответ: 
, 
.
хк – ?
Выходной контроль:
| 1 | |
А | соотношение масс |
| 2 | |
Б | плотность сплава, если известны соотношения масс |
| 3 | |
В | процентное содержание массы одного из веществ в сплаве |
| 4 | |
Г | процентное содержание объема одного из веществ в сплаве |
| 5 | |
Д | плотность сплава |
| 6 |  |
Е | объем кварца |
| 7 | |
Ж | плотность сплава, при заданных плотностях веществ его составляющих |
Ответы: 1-Д, 2-Ж, 3-А, 4-Б, 5-В. 6-Г, 7-Е.
Домашнее задание:
Сплавы различаются по своему предназначению.
Конструкционные сплавы: стали, чугуны, дюралюминий.
Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства): бронзы, латуни.
Для заливки подшипников: баббит.
Для измерительной и электронагревательной аппаратуры: манганин, нихром.
Для изготовления режущих инструментов: победит.
Подготовьте сообщение о каком-нибудь сплаве. Расскажите о веществах, которые в него входят, о их процентном вхождении в сплав и т.д.
Задачи:
1. Найдите плотность стали (сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом), для изготовления которой взяли 100 г железа и 2 г углерода (углекислого газа), считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него веществ.
2. Чтобы получить латунь, сплавили куски меди массой 178 кг и цинка массой 355 кг. Какой плотности была получена латунь? Объем сплава равен сумме объемов его составных частей.
3. Сплав золота и серебра массой 500 г имеет плотность 11 г/см3. Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.
Ответы: 1. 0,098 г/см 3 , 2. 8540 кг/м 3 , 3. 50 г, 2,59 см 3 , 10%.
Подведение итогов урока. Рефлексия
На полях рабочей тетради изобрази схематически один из рисунков, который соответствует степени усвоения материала на уроке. Солнце – мне все понятно, туча – материал интересный, но надо еще поработать, луна – я все проспал.
Литература
- Материалы курса «Как научить решать задачи по физике (основная школа). Подготовка к ГИА: лекции 1-4. – М.: Педагогический университет «Первое сентября», 2010. -80с.
- Сборник задач по физике: Учеб. Пособие для учащихся 7-8 классов средней школы. – 6-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1994. – 191 с.: ил.
- Физическая олимпиада в 6-7 классах средней школы: Пособие для учащихся. – 2-е изд, перераб. И доп. – М.: Просвещение, 1987. – 192 с: ил.
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
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.
Цветные металлы и их сплавы
Изделия из бронзы, латуни, меди, алюминия широко применяются на производстве:
Обычно 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.
Различные 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:
Металлические 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.- Массу трубы получаем аналогично. При нахождении площади берём разницу между внешним и внутренним диаметром сечения.
- 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
Удельным 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
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.
