1. Визначення і використання щільності
2. Залізо і його сплави
3. Кольорові метали та їх сплави
4. Визначення маси виробу
5. Що таке питома вага
6. Перевезення виробів з металів

У всіх сферах людської діяльності застосовуються вироби з металів. Метали в науковому сенсі є прості речовини, що володіють специфічними властивостями (металевим блиском, ковкістю, високу електропровідність). У побуті і на виробництві часто використовують їх сплави з іншими елементами. Ці затверділі розплави також зазвичай називають металами.

Визначення і використання щільності

Як відомо, щоб знайти щільність речовини, його масу ділять на обсяг. Щільність є фізико-хімічною характеристикою речовини. Вона постійна. Матеріали для промислового виробництва повинні відповідати цим показником. Для її позначення прийнято використовувати грецьку букву ρ.

Щільність заліза дорівнює 7874 кг / м³, нікелю - 8910 кг / м³, хрому - 7190 кг / м³, вольфраму - 19250 кг / м³. Звичайно, це відноситься до твердих сплавів. У розплавленому стані речовин притаманні інші характеристики.

У природі лише деякі метали присутні у великій кількості. Питома вага заліза в земній корі 4,6%, алюмінію - 8,9%, магнію - 2,1%, титану - 0,63%. Метали незамінні в більшості сфер людської діяльності. Їх виробництво росте рік від року. Для зручності метали розділені на групи.

Залізо і його сплави

Чорними металами прийнято називати стали і чавуни різних марок. Сплав заліза і вуглецю вважається сталлю, якщо заліза не менше 45%, а вміст вуглецю 0,1% -2,14%. Чавуни, відповідно, вуглецю містять більше.

Для отримання необхідних властивостей сталей і сплавів їх легируют (присаживают при переплаву легирующие добавки). Таким чином плавлять задані марки. Всі марки металу строго відповідають певним технічним умовам. Властивості кожної марки регламентовані державними стандартами.

Залежно від складу щільність стали варіюється в діапазоні 7,6-8,8 (г / см³) в СГС або 7600-8800 (кг / м³) в СІ (це видно з таблиці 1). Звичайно, сталь має складну структуру, це не суміш різних речовин. Однак присутність цих речовин та їхніх сполук змінюють властивості, зокрема, щільність. Тому найбільшими плотностями мають швидкорізальні стали з високим вмістом вольфраму.

Кольорові метали та їх сплави

Вироби з бронзи, латуні, міді, алюмінію широко застосовуються на виробництві:

• Зазвичай бронзи це сплави міді з оловом, алюмінієм, свинцем і берилієм. Однак в бронзовому столітті, коли питома вага бронзи в загальній масі металевих виробів становив майже 100%, це були сплави мідь - миш'як.
• Сплави на основі цинку - латуні. В латуні може бути присутнім олово, але його кількість менша, ніж цинку. Щоб отримати сипучу стружку, іноді додають свинець. Крім ювелірних сплавів латуні та бронзи, вони потрібні для деталей машин і морських судів, залізних виробів, пружин. Деякі сорти застосовують в авіації та ракетобудуванні.
• Дюралюміній (дюраль) - сплав алюмінію з міддю (міді 4,4%) - це високоміцний сплав. Головним чином застосовується в авіації.
• Титан по міцності перевершує багато марки стали. Одночасно він удвічі легше. Ці якості зробили його незамінним в більшості галузей промисловості. А також він широко застосовується в медицині (протезуванні). Питома вага титану у виробництві літальних апаратів досягає 70% від всього виплавленого в світі. Близько 15% титану йде для хімічного машинобудування.
• Срібло і золото - перші метали, з якими познайомився чоловік. За всю історію існування людства ці метали, здебільшого, йшли на ювелірні вироби. І в даний час тенденція зберігається.
• Вольфрам через високу тугоплавкости незамінний в приладобудуванні. Велика щільність дозволяє застосовувати його, як захист від радіації.
• Нікель і хром утворюють ніхром - жароміцний пластичний сплав, дуже довговічний і надійний.

Різні марки сталей і чавунів, бронз та інших металів мають різний хімічний склад і різну щільність. Щільності всіх затребуваних матеріалів виміряні і систематизовані. Таблиці, що містять ці дані доступні користувачам. З їх допомогою можна легко знайти масу вироби заданої форми.

Визначення маси виробу

Всі сучасні довідкові матеріали, ГОСТ і технічні умови підприємств скоректовані відповідно до міжнародної класифікації.

Користуючись довідковими таблицями щільності різних матеріалів, легко визначити їх масу. Це особливо актуально, коли предмети важкі або відсутні відповідні ваги. Для цього потрібно знати їх геометричні параметри. Найчастіше дізнатися потрібно масу предмета в формі циліндра, труби або паралелепіпеда:

1. Металеві прути мають форму циліндра. Знаючи діаметр і довжину, легко дізнатися масу. Маса дорівнює щільності, помноженої на обсяг. Знаходимо обсяг предмета. Він виходить множенням площі перетину на довжину. Площа круга, знаючи діаметр, визначити нескладно. Діаметр в квадраті множиться на 3,14 (число пі), ділиться на 4.
2. Масу труби отримуємо аналогічно. При знаходженні площі беремо різницю між зовнішнім і внутрішнім діаметром перетину.
3. Щоб визначити масу листа, блюма, сляба або прутка прямокутного перетину, визначаємо обсяг, перемножая довжину, висоту і товщину. Множимо на щільність з довідника.

При таких обчисленнях завжди допускається маленька похибка, адже форми не ідеальні. На практиці їй можна знехтувати. Виробники металовиробів розробили спеціальні калькулятори обчислення маси для користувачів. Досить ввести унікальні розміри в відповідні вікна і отримати результат.

Що таке питома вага

Питомою вагою називають щільність, помножену на прискорення вільного падіння (силу тяжіння) або відношення ваги тіла до його об'єму. Плутати його з щільністю неприпустимо. Однак часто це відбувається через змішання понять маси і ваги. Вага тіла, а отже і питома вага, змінюється в залежності від сили тяжіння. Він не є постійною величиною. Залежно від місця, де знаходиться предмет, він має різні значення. Ця фізична величина буде різною навіть у різних точках Землі. Прискорення вільного падіння на екваторі більше, ніж на полюсах. Маса і густина постійні.

Наприклад, можна обчислити питома вага срібла. На Землі ця величина становитиме 10500 кг / м³ (щільність чистого металу). Помноживши на 9,81м / с2 (сила тяжіння), можна отримати 103005 Н / м ³. А на Місяці 10500 кг / м³ множиться на 1,62м / с2 (сила тяжіння на Місяці). Результат вже інший - 17,01Н / м³. В кабіні корабля, що обертається навколо Землі - невагомість, прискорення дорівнює нулю. Отже, і вага будь-якого матеріалу тут нуль.

Всі значення будуть різними. Найбільше значення буде в першому випадку, тому що на Землі прискорення вільного падіння має найбільше значення. В невагомості річ НЕ важить нічого. Щільність одного і того ж матеріалу в будь-якому місці буде однаковою. Вона є константою.

Для того, щоб скласти таблиці питомої ваги металів на різних планетах (або в інших умовах), необхідно знати прискорення вільного падіння і щільність.

Перевезення виробів з металів

В системі вантажоперевезень задіяно таке поняття, як «об'ємна вага». Якщо маса предмета в одному кубічному метрі 167 кг, то таку вагу вважається фізичним, а якщо менше - об'ємним. Наприклад, маса куба сталі вуглецевої - 7750 кг. Іншими словами, об'ємна вага стали 7750 кг. Ці розрахунки потрібні, щоб визначити, який обсяг займе вантаж, що перевозиться.

Однак в залежності від того, які металеві вироби перевозяться, обсяг буде змінюватися. Припустимо, що є кілька різних металовиробів однієї і тієї ж марки стали. За ідеєю, вони мають однакову щільністю. Однак злитки, великосортні вироби і бунти дроту володіють різним обсягом, а отже, при їх перевезенні займуть більше або менше місця на транспорті. Таким чином, вони мають різний об'ємною вагою. При будь-яких умовах кубометр стали більше 167 кг, отже, його не назвеш об'ємним.