Химия плотность алюминия: Плотность алюминия (Al), значение и примеры
alexxlab | 26.06.2023 | 0 | Разное
Плотность алюминия
Алюминий – легкий конструкционный материал
Малая плотность является одним из главных преимуществ алюминия по сравнению с другими конструкционными металлами.
Прочность на единицу плотности алюминия
по сравнению с другими металлами и сплавами [3]
Плотность цветных металлов
Плотность алюминия в сравнении с плотностью других легких металлов:
- алюминий: 2,70 г/см3
- титан: 4,51 г/см3
- магний: 1,74 г/см3
- бериллий: 1,85 г/см3
Плотность материалов
Единица измерения
Плотность алюминия и любого другого материала – это физическая величина, определяющая отношения массы материала к занимаемому объему.
- Единицей измерения плотности в системе СИ принята размерность кг/м3.
- Для плотности алюминия часто применяется более наглядная размерность г/см3.
Плотность алюминия в кг/м3 в тысячу раз больше, чем в г/см3.
Удельный вес
Для оценки количества материала в единице объема часто применяют такую не системную, но более наглядную единицу измерения как «удельный вес». В отличие от плотности удельный вес не является абсолютной единицей измерения. Дело в том, что он зависит от величины гравитационного ускорения g, которая меняется в зависимости от расположения на Земле.
Зависимость плотности от температуры
Плотность материала зависит от температуры. Обычно она снижается с увеличением температуры. С другой стороны, удельный объем – объем единицы массы – возрастает с увеличением температуры. Это явление называется температурным расширением. Оно обычно выражается в виде коэффициента температурного расширения, который дает изменение длины на градус температуры, например, мм/мм/ºС. Изменение длины легче измерить и применять, чем изменение объема.
Удельный объем
Удельный объем материала – это величина, обратная плотности. Она показывает величину объема единицы массы и имеет размерность м3/кг.
По удельному объему материала удобно наблюдать изменение плотности материалов при нагреве-охлаждении.
На рисунке ниже показано изменение удельного объема различных материалов (чистого металла, сплава и аморфного материала) при увеличении температуры. Пологие участки графиков – это температурное расширение для всех типов материалов в твердом и жидком состоянии. При плавлении чистого металла происходит скачок повышения удельного объема (снижения плотности), при плавлении сплава – быстрое его повышение по мере расплавления в интервале температур. Аморфные материалы при плавлении (при температуре стеклования) увеличивают свой коэффициент температурного расширения [2].
Плотность алюминия
Теоретическая плотность алюминия
Плотность химического элемента определяется его атомным номером и другими факторами, такими как атомный радиус и способ упаковки атомов. Теоретическая плотность алюминия при комнатной температуре (20 °С) на основе параметров его атомной решетки составляет:
- 2698,72 кг/м3.
Плотность алюминия: твердого и жидкого
График зависимости плотности алюминия в зависимости от температуры представлена на рисунке ниже [1]:
- С повышением температуры плотность алюминия снижается.
- При переходе алюминия из твердого в жидкое состояние его плотность снижается скачком с 2,55 до 2,34 г/см3.
Плотность алюминия в жидком состоянии – расплавленного чистого алюминия 99,996 % – при различных температурах представлена в таблице.
Алюминиевые сплавы
Влияние легирования
Различия в плотности различных алюминиевых сплавов обусловлены тем, что они содержат различные легирующие элементы и в разных количествах. С другой стороны, одни легирующие элементы легче алюминия, другие – тяжелее.
Легирующие элементы легче алюминия:
- кремний (2,33 г/см³),
- магний (1,74 г/см³),
- литий (0,533 г/см³).
Легирующие элементы тяжелее алюминия:
- железо (7,87 г/см³),
- марганец (7,40 г/см³),
- медь (8,96 г/см³),
- цинк (7,13 г/см³).
Влияние легирующих элементов на плотность алюминиевых сплавов демонстрирует график на рисунке ниже [1].
Самые легкие и самые тяжелые алюминиевые сплавы
- Одним из самых легких алюминиевым сплавом является зарубежный литейный сплав 518.0 (7,5-8,5 % магния) – 2,53 г на кубический сантиметр [1].
- Самыми тяжелыми алюминиевыми сплавами являются зарубежные литейные сплавы 222.0 и 238.0 с номинальным содержанием меди 10 %. Их номинальная плотность – 2,95 г на кубический сантиметр [1].
- Самый легкий деформируемый сплав – алюминиево-литиевый сплав 8090 с номинальным содержанием лития 2,0 %. Его номинальная плотность – 2,55 г на кубический сантиметр [1].
- Самый тяжелый деформируемый алюминиевый сплав – сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр [4].
Плотность промышленных алюминиевых сплавов
Плотность алюминия и алюминиевых сплавов, которые применяются в промышленности, представлены в таблице ниже для отожженного состояния (О).
В определенной степени она зависит от состояния сплава, особенно для термически упрочняемых алюминиевых сплавов.
Влияние легирующих элементов алюминиевых сплавов на плотность и модуль Юнга [3]
Алюминиево-литиевые сплавы
Самую малую плотность имеют знаменитые алюминиево-литиевые сплавы.
- Литий является самым легким металлическим элементом.
- Плотность лития при комнатной температуре составляет 0,533 г/см³ – этот металл может плавать в воде!
- Каждый 1 % лития в алюминии снижает его плотность на 3 %
- Каждый 1 % лития увеличивает модуль упругости алюминия на 6 %. Это очень важно для самолетостроения и космической техники.
Популярными промышленными алюминиево-литиевыми сплавами являются сплавы 2090, 2091 и 8090:
- Номинальное содержание лития в сплаве 2090 составляет 1,3 %, а номинальная плотность – 2,59 г/см3.
- В сплаве 2091 номинальное содержание лития составляет 2,2 %, а номинальная плотность – 2,58 г/см3.
- У сплава 8090 при содержании лития 2,0 % плотность составляет 2,55 г/см3.
Приложение А
Таблица A1 – Номинальная плотность международных деформируемых алюминиевых сплавов [1]
Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.
2. FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING – Materials, Processes, and Systems /Mikell P. Groover – JOHN WILEY & SONS, INC., 2010
3. TALAT 1501
Плотность вещества – как определить и чему равна?
Покажем, как применять знание физики в жизни
Начать учиться
Есть такая детская загадка: что тяжелее килограмм ваты или килограмм гвоздей? Кажется, что гвозди тяжелее, а потом понимаешь, что килограмм — он и в Африке килограмм. Но почему же создается такая иллюзия?
Масса
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может.
На самом деле, все сложнее.
До недавнего времени в Международном бюро мер и весов в Париже хранился цилиндр массой один килограмм. Цилиндр был изготовлен из сплава иридия и платины и служил для всего мира эталоном килограмма. Правда, со временем его масса изменилась, и пришлось придумать новый эталон — электромагнитные весы.
Высота этого цилиндра была приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно было приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона F = ma F — сила [Н] m — масса [кг] a — ускорение [м/с2] |
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу.
Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
| Закон всемирного тяготения F — сила тяготения [Н] M — масса первого тела (часто планеты) [кг] m — масса второго тела [кг] R — расстояние между телами [м] G — гравитационная постоянная G = 6,67 · 10−11м3 · кг−1 · с−2 |
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется.
Узнай, какие профессии будущего тебе подойдут
Пройди тест — и мы покажем, кем ты можешь стать, а ещё пришлём подробный гайд, как реализовать себя уже сейчас
Откуда берется масса
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс.
Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Источник: Википедия
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем тела
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Скажем, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда V = abc V — объем [м3] a — длина [м] b — ширина [м] c — высота [м] |
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра V = ShV — объем [м3] S — площадь основания [м2] h — высота [м] |
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина.
Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объему.
Формула плотности вещества р = m/V р — плотность вещества [кг/м3] V — объем вещества [м3] |
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Маленькое исключение
Исключение составляет вода.
Так, плотность воды меньше плотности льда. Объяснение кроется в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, она изменяет молекулярную структуру так, что расстояние между молекулами увеличивается. Соответственно, плотность льда меньше плотности воды.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Твердое вещество | кг/м3 | г/см3 |
Платина | 21500 | 21,5 |
Золото | 19300 | 19,3 |
Вольфрам | 19000 | 19,0 |
Свинец | 11400 | 11,4 |
Серебро | 10500 | 10,5 |
Медь | 8900 | 8,9 |
Никель | 8800 | 8,8 |
Латунь | 8500 | 8,5 |
Сталь, железо | 7900 | 7,9 |
Олово | 7300 | 7,3 |
Цинк | 7100 | 7,1 |
Чугун | 7000 | 7,0 |
Алмаз | 3500 | 3,5 |
Алюминий | 2700 | 2,7 |
Мрамор | 2700 | 2,7 |
Гранит | 2600 | 2,6 |
Стекло | 2600 | 2,6 |
Бетон | 2200 | 2,2 |
Графит | 2200 | 2,2 |
Лёд | 900 | 0,9 |
Парафин | 900 | 0,9 |
Дуб (сухой) | 700 | 0,7 |
Берёза (сухая) | 650 | 0,65 |
Пробка | 200 | 0,2 |
Платиноиридиевый сплав | 21500 | 21,5 |
Жидкость | кг/м3 | г/см3 |
Ртуть | 13600 | 13,6 |
Мёд | 1300 | 1,3 |
Глицерин | 1260 | 1,26 |
Молоко | 1036 | 1,036 |
Морская вода | 1030 | 1,03 |
Вода | 1000 | 1 |
Подсолнечное масло | 920 | 0,92 |
Нефть | 820 | 0,82 |
Спирт | 800 | 0,8 |
Бензин | 700 | 0,7 |
Газ | кг/м3 |
Хлор | 3,22 |
Озон | 2,14 |
Пропан | 2,02 |
Диоксид углерода | 1,98 |
Кислород | 1,43 |
Воздух | 1,29 |
Азот | 1,25 |
Гелий | 0,18 |
Водород | 0,09 |
Где самая большая плотность?
Самая большая плотность во Вселенной — в черной дыре.
Плотность черной дыры составляет около 1014 кг/м3.
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Средняя плотность
В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.
Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Значит нам нужно отдельно найти плотность гипса, плотность клинкера по формуле, указанной выше, а потом найти среднее арифметическое двух плотностей. Можно сделать так.
А можно просто массу цемента разделить на объем цемента и мы получим ровно то же самое. Просто в данном случае мы берем не массу и объем вещества, а массу и объем тела.
Формула плотности тела р = m/V р — плотность тела [кг/м3] m — масса тела [кг] V — объем тела [м3] |
Решение задач: плотность вещества
А теперь давайте тренироваться!
Задача 1
Цилиндр 1 поочерёдно взвешивают с цилиндром 2 такого же объёма, а затем с цилиндром 3, объем которого меньше (как показано на рисунке).
Какой цилиндр имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Плотность тел прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна объему:
р = m/V
Исходя из проведенных опытов можно сделать следующие выводы:
1) масса первого цилиндра больше массы второго цилиндра при одинаковом объеме. Значит плотность первого цилиндра выше плотности второго.
2) масса первого цилиндра равна массе третьего цилиндра, объем которого меньше. Следовательно, плотность третьего цилиндра больше плотности первого цилиндра.
Таким образом, средние плотности цилиндров:
р2 < р1 < р3
Ответ: 3.
Задача 2
Шар 1 последовательно взвешивают на рычажных весах с шаром 2 и шаром 3 (как показано на рисунке).
Для объёмов шаров справедливо соотношение V1 = V3 < V2.
Какой шар имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Из рисунка ясно, что масса шаров 1 и 2 равна — следовательно, плотность второго шара меньше, чем первого. Третий шар тяжелее, чем первый при одинаковом объёме, поэтому плотность третьего шара больше плотности первого. Таким образом, максимальную среднюю плотность имеет шар 3.
Ответ: 3
Задача 3
Найти плотность шара объемом 0,5 м3 и массой 1,5 кг.
Решение:
Возьмем формулу плотности и подставим в нее данные нам значения.
р = m/V
р = 1,5/0,5 = 3 кг/м3
Ответ: р = 3 кг/м3
Плавание тел
Почему шарик с гелием взлетает? Или мяч при игре в водное поло не тонет?
Жидкости и газы действуют на погруженные тела с выталкивающей силой.
Подробно это явление рассматривают в теме «Сила Архимеда». Если говорить простым языком: если плотность тела, погруженного в жидкость, больше плотности жидкости — тело пойдет ко дну. Если меньше – оно всплывет на поверхность.
Задача 1
Стальной шарик в воде падает медленнее, чем в воздухе. Чем это объясняется?
Решение:
Плотность воды значительно выше, чем воздуха, поэтому стальной шарик в воде падает медленнее
Задача 2
В таблице даны плотности некоторых твердых веществ. Если вырезать из этих веществ кубики, то какие кубики смогут плавать в воде? Плотность воды — 1000 кг/м3.
Название вещества | Плотность вещества, кг/м3 |
Алюминий | 2700 |
Парафин | 900 |
Плексиглас | 1200 |
Фарфор | 2300 |
Сосна | 400 |
Решение:
Плавать будут кубики, плотность которых меньше плотности воды, то есть сделанные из парафина или сосны.
Карина Хачатурян
К предыдущей статье
Длина волны
К следующей статье
142.6K
Основные агрегатные состояния вещества
Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке
На вводном уроке с методистом
Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению
Расскажем, как проходят занятия
Подберём курс
алюминий
алюминий
|
|
Плотность алюминия | Изучите важные термины и понятия
Алюминий — это 13-й элемент в периодической таблице, металл серебристо-белого цвета.
Один удивительный факт об алюминии заключается в том, что это самый распространенный металл на планете, составляющий более 8% массы ядра планеты. После кислорода и кремния это третий по распространенности химический элемент на Земле.
Алюминий — серебристо-белый металл, который в целом является металлом, но не обладает всеми свойствами. В этой статье мы изучим понятие алюминия, свойства алюминия, плотность алюминия и т.д.….
Ганс Кристиан Эрстед
Ганс Кристиан Эрстед (14 августа 1777 – 9 марта 1851) был датским физиком и химиком, жившим с 1777 по 1851 год. Ганс Кристиан Эрстед разработал алюминий в 1825 году. олово при взаимодействии безводного хлорида алюминия с амальгамой калия.
В 1825 году он сообщил о своих открытиях и показал образец нового металла. «Алюминий имеет металлический блеск и несколько сероватый оттенок и очень медленно разлагает воду», — писал он в 1826 году, подразумевая, что он приобрел алюминиево-калиевый сплав, а не чистый алюминий.
Что такое плотность?
Любой материал обладает многими физическими и химическими свойствами. Плотность является одним из таких свойств. Плотность – это физическое свойство. Плотность говорит о массе в единице объема. Плотность простыми словами – это мера материала, заключенная в единице объема любого вещества.
Что такое плотность алюминия?
Благодаря своим универсальным и привлекательным характеристикам алюминий является одним из наиболее часто используемых промышленных материалов. Его плотность является одной из таких особенностей. Алюминий — это легкое вещество, плотность которого в три раза меньше плотности стали. Алюминий имеет высокое отношение прочности к весу, что означает, что, несмотря на его легкий вес, металл обладает большой прочностью. Эти особенности приводят к тому, что материал с которым легко работать, а также он прочен и устойчив к широкому спектру промышленных применений.
Из-за своей легкости и гибкости алюминий используется в самых разных отраслях промышленности, от аэрокосмической до автомобильной и товаров для отдыха.
Он имеет меньшую плотность, чем другие металлы.
Плотность алюминия определяется как отношение массы алюминия к объему алюминия. Чтобы узнать плотность алюминия, возьмем алюминиевый куб, сторона которого равна 1 метру. После этого мы можем измерить вес материала с помощью весов. Значение, которое мы получим от этих весов, — это плотность алюминия на кубический метр.
Чистый алюминий имеет плотность 2699 кг/м3 в твердом состоянии (теоретическая плотность, основанная на шаге решетки) и 2697-2699 кг/м3 в жидком виде (поликристаллический материал). Чистый алюминий имеет плотность жидкости 2357 кг/м3 при 973К и 2304 кг/м3 при 1173К.
Плотность алюминия В МКС
В стандарте МКС значение плотности алюминия составляет 2700 кг/м3.
Плотность алюминия В СГС
В стандарте СГС значение плотности алюминия составляет 2,7 г/см3.
Свойства алюминия
Алюминий — наиболее распространенный металл, встречающийся в земной коре.
Он легко доступен, а также дешев из-за легкой доступности. Есть некоторые свойства алюминия, которые мы собираемся обсудить. Мы можем разделить свойства алюминия на две части. Первое — физические свойства, второе — химические свойства.
Физические свойства алюминия:
Алюминий является наиболее распространенным металлом на Земле и находится в твердом состоянии.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета.
Алюминий имеет гранецентрированную кубическую структуру, стабильную вплоть до точки плавления.
Алюминиевые поверхности могут сильно отражать свет.
Алюминий в чистом виде является мягким металлом, но для использования в промышленных масштабах его сплавы закаляются, чтобы сделать его твердым в соответствии со стандартом.
Алюминий очень пластичен и податлив.
Коэффициент теплового расширения алюминия составляет 23,2. Это меньше, чем у цинка и больше, чем у стали.
Алюминий является хорошим проводником тепла и электричества.
Алюминий устойчив к коррозии благодаря самозащитному оксидному слою.
Алюминий имеет температуру плавления 1220°F и температуру кипения 4478°F.
Химические свойства алюминия:
Алюминий встречается в виде соединения и в основном содержится в бокситовой руде.
Алюминий реагирует с кислородом и образует оксид алюминия при воздействии влажного воздуха.
Когда алюминий находится в порошкообразной форме, он легко воспламеняется при контакте с пламенем.
Алюминий быстро вступает в реакцию с горячей водой.
Алюминий легко реагирует с гидроксидом натрия.
Алюминий также реагирует с горячими кислотами.
Общее использование алюминия
Существует множество примеров алюминия, которые используются для многих общих целей. Наиболее широко используется цветной металл алюминий. Почти весь алюминий легирован, что значительно повышает его механические качества, особенно при закалке. Алюминиевая фольга и банки для напитков, например, представляют собой сплавы 9от 2 до 99 процентов алюминия. Ниже приведены лишь некоторые из различных применений металлического алюминия:
Алюминий используется на транспорте в виде листов, труб и отливок.
Алюминий используется в упаковке, такой как банки, фольга и т. д.
Алюминий используется в строительстве в качестве дверей и окон.
Алюминий используется в самых разных предметах домашнего обихода, от кухонной утвари до бейсбольных бит и часов.
Алюминий используется в опорах уличного освещения, мачтах парусных судов, тросах для ходьбы и т. д.
Алюминий используется во внешних корпусах бытовой электроники, а также в корпусах оборудования (например, фотооборудования).
Алюминий используется в линиях электропередач для распределения электроэнергии.
Алюминий используется в сверхчистом алюминии, используемом в электронике и компакт-дисках.
Алюминий используется в радиаторах для электронных устройств, таких как транзисторы и процессоры.
Алюминий используется в качестве материала подложки ламинатов с металлическим сердечником, плакированных медью, используемых в светодиодном освещении высокой яркости.
Алюминий используется в порошкообразном алюминии, используемом в красках и в пиротехнике.
Алюминий используется во многих странах, включая Францию, Италию, Польшу, Финляндию, Румынию, Израиль и бывшую Югославию, где были выпущены монеты, отчеканенные из алюминия или алюминиево-медных сплавов.
Интересные факты – сплавы алюминия
Алюминий очень мягкий в чистом виде, что затрудняет его использование во многих областях, где твердость является важным фактором.
Например, если мы хотим использовать алюминий в корпусе контейнера, нам нужна некоторая твердость материала, чтобы укрепить контейнер. Для этого мы смешиваем алюминий с другими металлами, и это помогает нам достичь необходимого стандарта для конкретного случая использования. Здесь мы перечисляем некоторые примеры сплавов, которые используются в различных приложениях.
Al-Li (литий, иногда ртуть)
Alnico (алюминий, никель, медь)
Birmabright (алюминий, магний)
Дюралюминий (медь, алюминий) 9 0075
Hindalium (алюминий, магний, марганец, кремний)
Магналий (5% магния)
Магнокс (оксид магния, алюминий)
Намбе (алюминий плюс семь других неуказанных металлов) 9007 5
Силумин (алюминий, кремний)
Титанал (алюминий, цинк, магний, медь, цирконий)
Замак (цинк, алюминий, магний, медь)
- 90 173 Алюминий образует с магнием другие сложные сплавы, марганец и платина.
