Люди с давних времен используют медь в повседневной жизни. Очень важным параметром для современных людей является ее плотность и удельный вес.

Эти данные применяют в расчетах состава материалов в производстве различных коммуникаций, деталей, изделий и комплектующих в технической отрасли.

Основная информация о меди

Медь является наиболее распространенным цветным металлом. Свое название на латинском языке - Cuprum - она получила в честь острова Кипр. Там ее добывали древние греки тысячи лет назад. Историки даже придумали Медный Век , который длился с IV по V столетие до н. э. В то время люди делали из популярного металла:

• орудие;
• посуду;
• украшения;
• монеты.

В таблице Д.И. Менделеева она занимает 29 место. Этот элемент имеет уникальные свойства -физические, химические и механические. В древние времена в естественной среде можно было найти медь в виде самородков, порой очень больших размеров. Люди нагревали породу на открытом огне, а затем резко охлаждали. В результате она растрескивалась, что позволяло выполнять восстановление металла. Такая нехитрая технология позволила начать освоение популярного элемента.

Свойства

Медь - это цветной металл красноватого цвета с розовым отливом , наделенный высокой плотностью. В природе насчитывается более 170 видов минералов, имеющих в своем составе Cuprum. Только из 17 ведется промышленная добыча этого элемента. Основная масса этого химического элемента содержится в составе рудных металлов:

• халькозина - до 80%;
• бронита - до 65%;
• ковелина - до 64%.

Из этих минералов осуществляется обогащение меди и ее выплавка. Высокая теплопроводность и электропроводность являются отличительными свойствами цветного металла. Он начинает плавиться при температуре 1063 о С, а закипает при 2600 о С. Марка Cuprum будет зависеть от способа производства. Металл бывает:

• холоднотянутый;
• прокатный;
• литой.

Для каждого типа есть свои специальные параметрические расчеты, характеризующие степень сопротивления сдвигу, деформацию под воздействием нагрузок и сжатия, а также показатель упругости при растяжении материала.

Цветной металл активно окисляется в процессе нагревания. При температуре 385 о С формируется оксид меди. Ее содержание снижает теплопроводность и электропроводность других металлов. При взаимодействии с влагой металл образует куприт, с кислой средой - купорос.

Благодаря своим свойствам этот химический элемент активно используется в производстве электрических и электронных систем и многих других изделий другого назначения. Важнейшим свойством является его плотность в 1 кг на м 3 , поскольку с помощью этого показателя определяется вес производимого изделия. Плотность показывает отношение массы к общему объему.

Самой распространенной системой измерения единиц плотности является 1 килограмм на м 3 . Этот показатель для меди равняется 8,93 кг/м 3 . В жидком виде плотность будет на уровне 8,0 г/см 3 . Общий показатель плотности может меняться в зависимости от марки металла, имеющего различные примеси. Для этого используется удельный вес вещества. Он является очень важной характеристикой, когда речь идет о производстве материалов, в составе которых есть медь. Удельный вес характеризует отношение массы меди в общем объеме сплава.

Удельный вес меди будет равняться 8,94 г/см 3 . Параметры удельной плотности и веса у меди совпадают, однако такое совпадение не характерно для других металлов. Удельная масса очень важна не только при производстве изделий с ее содержанием, но и при переработке лома. Существует много методик, с помощью которых можно рационально подобрать материалы для формирования изделий. В международных системах СИ параметр удельного веса выражается в ньютонах на 1 единицу объема.

Очень важно все расчеты производить в стадии проектирования устройств и механизмов. Удельная плотность и вес являются разными значениями, но они обязательно используются для определения массы заготовок для различных деталей, в составе которых есть Cuprum.

Если сравнить плотность меди и алюминия , мы увидим большую разницу. У алюминия этот показатель составляет 2698,72 кг/м 3 в состоянии при комнатной температуре. Однако с повышением температуры параметры становятся другими. При переходе алюминия в жидкое состояние при нагревании плотность у него будет в пределах 2,55−2,34 г/см 3 . Показатель всегда зависит от содержания легирующих элементов в алюминиевых сплавах.

Технические показатели сплавов металлов

Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза . Их состав формируется также из других элементов:

• цинка;
• никеля;
• олова;
• висмута.

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:

• высокая пластичность и износостойкость;
• электропроводность;
• устойчивость к агрессивной среде;
• низкий коэффициент трения.

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.

Расчет удельного веса меди

Как известно, за последние сотни лет прогресс шагнул достаточно далеко, что, в свою очередь, позволило развиваться многим отраслям промышленности по всему миру. Не осталось в стороне и металлургическое производство, так как наука подарила этой отрасли множество технологий, методик расчета и в том числе возможность измерения удельного веса металлов.

Поскольку различные медные сплавы различны по своему составу, а также по физическим и химически свойствам, это дает возможность для каждого изделия или детали подбирать необходимый сплав. Для расчета веса требуемого для производства проката, необходимо знать удельный вес соответствующей марки.

Формула для измерения удельного веса металла

Удельным весом называется отношение веса P однородного металла из определённого сплава к объёму этого сплава. Обозначается удельный вес символом γ и его ни в коем случае нельзя путать с плотностью. Хотя значения плотности и удельного веса как меди, так и других металлов очень часто одинаковы, стоит помнить, что это действительно не во всех условиях.

Таким образом, для расчета удельного веса меди используется формула γ=Р/V

А для расчета веса определенного размера медного проката, площадь его поперечного сечения умножается на удельный вес и на длину.

Единицы измерения удельного веса

Чтобы измерить удельный вес медных и других сплавов могут использоваться следующие еденицы измерения:

в системе СГС - 1 дин/см 3 ,

в системе СИ - 1 н/м 3 ,

в системе МКСС - 1 кГ/м 3 .

Данные единицы связаны между собой определённым соотношением, которое выглядит так:

0,1 дин/см 3 = 1 н/м3 = 0,102 кГ/м 3 .

Способы расчёт удельного веса меди

1. Использование специального на нашем сайте,

2. Расчёт при помощи формул, площади поперечного сечения проката, а затем умножение на удельный вес марки и на длинну.

Пример 1: расчитаем вес медных листов толщиной 4 мм, размером 1000х2000 мм в количестве 24 штуки из медного сплава М2

Посчитаем объем одного листа V = 4·1000·2000 = 8000000 мм 3 = 8000 см 3

Зная, что удельный вес 1 см 3 меди марки М3 = 8,94 гр/см 3

Посчитаем вес одного листа проката M = 8,94·8000 = 71520 гр = 71,52 кг

Итого масса всего проката М = 71,52·24 = 1716,48 кг

Пример 2: расчитаем вес медного прутка Д 32 мм общей длиной 100 метров из медно-никелевого сплава МНЖ5-1

Площадь сечения прутка диаметром 32 мм S=πR 2 значит S=3,1415·16 2 =803,84 мм 2 = 8,03 см 2

Определим вес всего проката, зная что удельный вес медно-никелевого сплава МНЖ5-1 = 8,7 гр/см 3

Итого М = 8,0384·8,7·10000=699340,80 грамм = 699,34 кг

Пример 3: расчитаем вес медного квадрата со стороной 20 мм длиной 7,4 метра из медного жаропрочного сплава БрНХК

Найдем объем проката V = 2·2·740 = 2960 см 3

Сегодня разработано много сложных конструкций и приборов, где используются металлы и их сплавы с различными свойствами. Чтобы применить в определенной конструкции наиболее подходящий сплав, конструкторы подбирают его в соответствии с требованиями прочности, текучести, упругости, и т.д., а также устойчивости этих характеристик в требуемом диапазоне температур. Далее расчитывается необходимое количество металла, которое требуется для производства изделий из него. Для этого нужно произвести расчет на основе его удельного веса. Данная величина является постоянной - это одна из основных характеристик металлов и сплавов, практически совпадающая с плотностью. Рассчитать ее просто: нужно вес (P) какого-либо куска металла в твердом виде разделить на его объем (V). Полученная величина обозначается γ, а измеряется она в Ньютонах на кубический метр.

Формула удельного веса:

Исходя из того, что вес - это масса, умноженная на ускорение свободного падения, получаем следующее:

Теперь о единицах измерения удельного веса. Вышеупомянутые Ньютоны на кубический метр относятся к системе СИ. Если же используется метрическая система СГС, то данная величина измеряется в динах на кубический сантиметр. Для обозначения удельного веса в системе МКСС применяется следующая единица: килограмм-сила на кубический метр. Иногда допустимо использование грамм-силы на сантиметр кубический - данная единица лежит вне всех метрических систем. Основные соотношения получаются следующими:

1 дин/см 3 = 1,02 кГ/м 3 = 10 н/м 3 .

Чем большее значение удельного веса, тем тяжелее металл. Для легкого алюминия эта величина совсем невелика - в единицах СИ она равна 2,69808 г/см 3 (к примеру, у стали она равна 7,9 г/см3). Алюминий, как и сплавы из него, сегодня является весьма востребованным, а его производство растет постоянно. Ведь это один из немногих нужных для промышленности металлов, запас которых есть в земной коре. Зная удельный вес алюминия, можно рассчитать любое изделие из него. Для этого существует удобный металлический калькулятор, либо можно произвести расчет вручную взяв значения удельного веса нужного алюминиевого сплава из таблички ниже.

Однако важно учитывать, что это теоретический вес проката, поскольку содержание присадок в сплаве не является строго определенным и может колебаться в небольших пределах, то и вес проката одинаковой длины, но разных производителей или партий может отличаться, конечно это отличие невелико, но оно есть.

Приведем несколько примеров расчета:

Пример 1. Расчитаем вес алюминиевой проволоки марки А97 диаметром 4 мм и длиной 2100 метров.

Определим площадь поперечного сечения круга S=πR 2 значит S=3,1415·2 2 =12,56 см 2

Определим вес проката зная, что удельный вес марки А97=2,71 гр/см 3

М=12,56·2,71·2100=71478,96 грамм = 71,47 кг

Итого вес проволоки 71,47 кг

Пример 2. Расчитаем вес круга из алюминия марки АЛ8 диаметром 60 мм и длиной 150 см в количестве 24 штуки.

Определим площадь поперечного сечения круга S=πR 2 значит S=3,1415·3 2 =28,26 см 2

Определим вес проката зная, что удельный вес марки АЛ8=2,55 гр/см 3

Плотность меди (чистой), поверхность которой имеет красноватый, а в изломе розоватый оттенок, высока. Соответственно, этот металл обладает и значительным удельным весом. Благодаря своим уникальным свойствам, в первую очередь отличной электро- и , медь активно используется для производства элементов электронных и электрических систем, а также изделий другого назначения. Кроме чистой меди, большое значение для многих отраслей промышленности имеют и ее минералы. Несмотря на то что в природе таких минералов существует более 170-ти видов, активное применение нашли только 17 из них.

Значение плотности меди

Плотность данного металла, которую можно посмотреть в специальной таблице, имеет значение, равное 8,93*10 3 кг/м 3 . Также в таблице можно увидеть и другую, не менее важную, чем плотность, характеристику меди: ее удельный вес, который тоже равен 8,93, но измеряется в граммах на см 3 . Как видите, у меди значение этого параметра совпадает со значением плотности, но не стоит думать, что это характерно для всех металлов.

Плотность этого, да и любого другого металла, измеряемая в кг/м 3 , напрямую влияет на то, какой массой будут обладать изделия, изготовленные из данного материала. Но для определения массы будущего изделия, изготовленного из меди или из ее сплавов, к примеру, из латуни, удобнее пользоваться значением их удельного веса, а не плотности.

Расчет удельного веса

На сегодняшний день разработано множество методик и алгоритмов измерения и расчета не только плотности, но и удельного веса, позволяющих даже без помощи таблиц определять этот важный параметр. Зная удельный вес, который у разных и чистого металла отличается, как и значение плотности, можно эффективно подбирать материалы для производства деталей с заданными параметрами. Такие мероприятия очень важно выполнять на стадии проектирования устройств, в составе которых планируется использовать детали, изготовленные из меди и ее сплавов.

Удельный вес, значение которого (как и плотности) можно посмотреть и в таблице - это отношение веса изделия, изготовленного как из металла, так и из любого другого однородного материала, к его объему. Выражается это отношение формулой γ=P/V, где буквой γ как раз и обозначается удельный вес.

Нельзя путать удельный вес и плотность, которые являются разными характеристиками металла по своей сути, хоть и обладают одинаковым значением для меди.

Зная удельный вес меди и используя формулу для расчета этой величины γ=P/V, можно определить массу медной заготовки, имеющей различной сечение. Для этого необходимо перемножить значение удельного веса для меди и объем рассматриваемой заготовки, определить который расчетным путем не представляет особой сложности.

Единицы измерения удельного веса

Для выражения удельного веса меди в различных системах измерения используются различные единицы.

• В системе СГС данный параметр измеряется в 1 дин/см 3 .
• В системе СИ принята единица измерения 1н/м 3 .
• В системе МКСС используется единица измерения 1 кГ/м 3 .

Если вы столкнулись с различными единицами измерения этого параметра меди или ее сплавов, то не представляет сложности перевести их друг в друга. Для этого можно использовать простую формулу перевода, которая выглядит следующим образом: 0,1 дин/см 3 = 1 н/м 3 = 0,102 кГ/м 3 .

Расчет веса с использованием значения удельного веса

Чтобы вычислить вес заготовки, нужно определить площадь ее поперечного сечения, а затем умножить его на длину детали и на удельный вес.

Рассчитаем вес прутка из медно-никелевого сплава МНЖ5-1, диаметр которого составляет 30 миллиметров, а длина — 50 метров.

Площадь сечения вычислим по формуле S=πR 2 , следовательно: S = 3,1415 · 15 2 = 706,84 мм 2 = 7,068 см 2

Зная удельный вес медно-никелевого сплава МНЖ5-1, который равен 8,7 гр/см 3 , получим: М = 7,068 · 8,7 · 5000 = 307458 грамм = 307,458 кг

Вычислим вес 28-ми листов из медного сплава М2, толщина которых составляет 6 мм, а размеры 1500х2000 мм.

Объем одного листа составит: V = 6 · 1500 · 2000 = 18000000 мм 3 = 18000 см 3

Теперь, зная, что удельный вес 1 см 3 меди марки М3 равен 8,94 гр/см 3 , можем узнать вес одного листа: M = 8,94 · 18000 = 160920 гр = 160,92 кг

Масса всех 28-ми листов проката составит: М = 160,92 · 28 = 4505,76 кг

Вычислим вес прута квадратного сечения из медного сплава БрНХК длиной 8 метров и размер стороны 30 мм.

Определим объем всего проката: V = 3 · 3 · 800 = 7200 см 3

Удельный вес указанного жаропрочного сплава равен 8,85 гр/см 3 , следовательно общий вес проката составит: М = 7200 · 8,85 = 63720 грамм = 63,72 кг

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность вещества - это отношение его массы к объему:

M / V, [г/см 3 , кг/м 3 ]

Плотность твердого вещества - это справочная величина. Плотность меди равна 9,0 г/см 3 . В элементарном состоянии медь представляет собой металл красного цвета (рис.1). Её важнейшие константы представлены в таблице ниже:

Таблица 1. Физические свойства меди.

Медь характеризуется значительной плотностью, довольно высокой температурой плавления и малой твердостью. Её тягучесть и ковкость исключительно велика: медь можно вытянуть в проволоку диаметром в 0,001 мм (примерно в 50 раз тоньше человеческого волоса).

Рис. 1. Медь. Внешний вид.

Нахождение меди в природе

По распространенности в природе медь стоит далеко позади соответствующих щелочных металлов. Её содержание в земной коре оценивается величиной порядка 0,003% (масс.). Медь встречается главным образом в виде сернистых соединений и чаще совместно с сернистыми рудами других металлов. Из отдельных минералов меди наиболее важны халькопирит (CuFeS 2) и халькозин (Cu 2 S). Гораздо меньшее промышленное значение имеют кислородсодержащие минералы - куприт (Cu 2 O) и малахит ((CuOH) 2 CO 3).

Краткое описание химических свойств и плотность меди

Медь образует сплавы со многими металлами. В частности, она сплавляется с золотом, серебром и ртутью.

Химическая активность меди невелика. На воздухе она постоянно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основных углекислых солей. Соединяется с кислородом под обычным давлением и при нагревании:

4Cu + O 2 = 2CuO;

2Cu + O 2 = 2CuO.

Не реагирует с водородом, азотом и углеродом даже при высоких температурах.

При обычной температуре медь медленно соединяется с галогенами хлором, бромом и йодом:

Cu + Cl 2 = CuCl 2 ;

Cu + Br 2 = CuBr 2 .

Медь - слабый восстановитель; не реагирует с водой и разбавленной хлороводородной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода или цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», халькогенами и оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1