В таблице представлена плотность (удельный вес), теплопроводность, удельная теплоемкость и другие теплофизические свойства ртути Hg в зависимости от температуры. Даны следующие свойства этого металла: плотность, удельная массовая теплоемкость, коэффициент теплопроводности, температуропроводность, кинематическая вязкость, коэффициент теплового расширения (КТР), удельное электрическое сопротивление. Свойства ртути указаны в интервале температуры от 100 до 1100 К.
Плотность ртути равна 13540 кг/м 3 при комнатной температуре
— это достаточно высокая величина, она в 13,5 раз больше . Ртуть является самым тяжелым из . Плотность ртути при ее нагревании уменьшается, ртуть становится менее плотной. Например при 1000К (727°С) удельный вес ртути снижается до значения 11830 кг/м 3 .
Удельная теплоемкость ртути равна 139 Дж/(кг·град)
при 300К и слабо зависит от температуры — при нагревании ртути ее теплоемкость уменьшается.
Теплопроводность ртути
при низких отрицательных температурах имеет высокое значение, при температуре 250 К теплопроводность ртути минимальна с последующим ее увеличением по мере нагрева этого металла.
Зависимость вязкости, числа Прандтля и удельного электрического сопротивления ртути такова, что при росте температуры значения этих свойств ртути уменьшаются. Температуропроводность ртути
увеличивается при ее нагреве.
Следует отметить, что ртуть имеет очень большое значение КТР
, по сравнению с , иными словами, при нагревании ртуть очень сильно расширяется. Это свойство ртути используется при производстве ртутных термометров.
Плотность ртути
Плотность ртути настолько велика, что в ней плавают такие металлы, как , родий и другие тяжелые металлы. С ростом температуры значение плотности ртути уменьшается. Ниже приведена таблица значений плотности ртути в зависимости от температуры
при атмосферном давлении с точностью до пятого знака после запятой. Плотность указана в интервале температуры от 0 до 800°С. Плотность в таблице выражена в размерности т/м 3 . Например, при температуре 0°С плотность ртути равна 13,59503 т/м 3 или 13595,03 кг/м 3
.
Таблица давления паров ртути
В таблице приведены значения давления насыщенного пара ртути в диапазоне температуры от -30 до 800°С. Ртуть имеет сравнительно большую величину давления паров, зависимость которого от температуры довольно сильна. Например, при 100°С давление насыщенного пара ртути, по данным таблицы, равно 37,45 Па, а при 200°С — повышается до 2315 Па.
Нет такого человека, который бы за всю свою жизнь не видел желтого металла. В природе встречается несколько минералов, которые по внешнему виду похожи на желтый металл. Но как говорят: «не все золото, что блестит». Чтобы точно не спутать драгоценный металл с другими материалами, необходимо знать плотность золота.
Плотность благородного металла
Молекулярная структура золота.
Одной из важных характеристик драгоценного металла является его плотность. Плотность золота измеряется в кг м3.
Удельная плотность очень значительная характеристика для золота. Это обычно не принимают во внимание, так как ювелирные украшения: кольца, сережки, кулоны имеют очень малый вес. Но если подержать в руках килограммовый слиток настоящего желтого металла, то можно убедиться, что он очень тяжелый. Значительная плотность золота способствует облегчению его добычи. Так, промывка на шлюзах, обеспечивает высокий уровень извлечения золота из промываемых горных пород.
Плотность золота составляет 19,3 грамма на сантиметр кубический.
Это означает, что если взять определенный объем драгоценного металла, то оно будет весить почти в 20 раз больше, чем такой же объем простой воды. Двухлитровая пластиковая бутыль золотого песка имеет массу около 32 кг. Из 500 грамм драгметалла можно выложить куб со стороной 18,85 мм.
Таблица плотности золота различных проб и цветов.
Плотность первоначального золота на несколько единиц ниже, чем у уже очищенного металла и может варьироваться от 18 до 18,5 грамм на сантиметр кубический.
583 проба золота менее плотная, так как это сплав состоит из разных металлов.
В домашних условиях можно определить самим плотность золота. Для этого необходимо взвесить изделие из драгметалла на обычных весах, в которых цена деления должна составлять не менее 1 грамма. После этого емкость с маркировкой объема необходимо заполнить жидкостью, в этом случае водой, в которую следует опустить украшение. Необходимо следить за тем, чтобы жидкость не начала переливаться через край.
После этого измеряем насколько объем жидкости изменился после опускания в емкость золотого изделия. По специальной формуле, известной со школьной скамьи, вычисляем плотность: масса, деленная на объем.
Необходимо помнить, что изделие из драгметалла состоит не из чистого золота, поэтому необходимо сделать корректировку на плотность пробы сплава.
Как отличить настоящий желтый металл от подделки
На данный момент как на российском, так и зарубежном рынках присутствует очень большой процент поддельного золота. Возникает огромный риск приобрести золотое украшение, содержащее до 5 % драгоценного металла или вообще без такового. Не почувствовать себя обманутым помогут основные правила при покупке золота.
Для начала следует хорошо осмотреть изделие. На нем должна обязательно присутствовать проба. Причем она должна состоять не из кривых цифр или смазанного клейма. В обратном случае, это первый признак контрофакта.
Образец единого государственного клейма для золотых изделий.
Следующим признаком подделки является изнанка украшения из драгметалла. Она должна быть так же хорошо выполнена, как и лицевая сторона, в противном случае – это некачественный товар. Также возможно определить качество изделия с помощью такой характеристики, как плотность золота, однако в магазине провести такой эксперимент невозможно.
Существует и такой способ определения, как проверка на прочность. Правда, не всегда получится поцарапать золотое изделие на глазах у продавца, поэтому этот способ не может быть реализован.
Проверка йодом.
Неплохими способами определения качества изделия могут послужить следующие химические приемы. Можно капнуть на украшение из желтого металла немного йода. В случае, если пятнышко будет темного цвета, то можно с уверенностью говорить о качественности предлагаемого товара. Еще может помочь столовый уксус. В случае, если после трех минут, проведенных в нем, драгоценный металл потемнел, то можно смело относить изделие на свалку.
В определении качества может отлично помочь хлорное золото. Из курса химии стала известна не только плотность золота, но и то, что оно не может вступать ни в какие химические реакции. Поэтому, если после нанесения на драгоценный металл хлорного золота оно начало портиться, то это самая настоящая подделка и место ее в мусорке.
Одним из самых хороших способов ограждения от приобретения контрафакта, является покупка изделий из драгметалла в хорошо известных специализированных магазинах.
В этом случае есть большая вероятность покупки по-настоящему качественного изделия. Пусть цена в них немного больше, чем в различных лавках и на рынках, однако качество того стоит. Иначе можно приобрести поддельный товар и очень сильно пожалеть о сэкономленных денежных средствах.
Близнецы золота
В природе встречаются несколько металлов, которые имеют такую же плотность, как у золота. Это уран, который радиоактивен, и вольфрам. Он более дешевый, чем желтый металл, но плотность вольфрама и золота почти одинакова, разница – в три десятых. Отличает вольфрам от золота то, что у него другой цвет, и он намного тверже желтого металла. Чистое золото очень мягкое, его можно легко поцарапать ногтем.
Фальшивый слиток золота, наполненный вольфрамом изнутри.
То, что плотность таких элементов как вольфрама и золота одинакова, очень привлекает фальшивомонетчиков. Они производят замену золотых слитков на схожий по плотности и весу вольфрам, а сверху покрывают тонким слоем драгоценного металла. В тоже время высокая стоимость желтого металла делает вольфрам более популярным среди молодых людей. Вольфрамовые изделия намного дешевле и устойчивее к царапинам.
Плотность свинца
Чем более чистое золото, тем менее оно твердое, поэтому раньше желтый металл для проверки надкусывали. Данный метод ненадежен. Украшение может быть сделано из свинца, покрытое очень тонким слоем золота. А свинец также имеет мягкую структуру. Можно попытаться процарапать украшение не с лицевой стороны, и под очень тонким слоем драгоценного металла может быть обнаружен неблагородный металл.
Плотность элемента таблицы Менделеева – свинца и его собрата – золота отличается. Плотность свинца намного меньше, чем золота и составляет 11,34 грамм на сантиметр кубический. Таким образом, если взять желтый металл и свинец одинакового объема, то масса золота будет намного больше, чем свинца.
Белое золото – это сплав желтого драгметалла с платиной или другими металлами, которые придают ему белый, точнее матово – серебристый цвет. В быту ходит мнение, что «белое золото» это одно из названий платины, однако это не так. Данная разновидность золота стоит на немного дороже обычного. По внешнему виду белый металл похож на серебро, которое намного дешевле. Плотность таких элементов таблицы Менделеева, как золота и серебра различна. Как же отличить белое золото от серебра? Данные драгоценные металлы обладают различной плотностью.
Серебро – наименее плотный материал со всех рассмотренных в статье.
Плотность золота больше, чем плотность серебра. Его плотность составляет 10,49 грамм на сантиметр кубический. Серебро намного мягче белого металла. Поэтому, если провести серебряным изделием по белому листу, то останется след. Если проделать тоже самое с белым драгоценным металлом, то следа не будет.
Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката . Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе — удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.
В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа — 7850 кг/м3.
Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности — 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:
− легкие — магний, алюминий;
− благородные металлы (драгоценные) — платина, золото, серебро и полублагородная медь;
− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.
Удельный вес цветных металлов
Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления
Наименование металла, обозначение
Атомный вес
Температура плавления, °C
Удельный вес, г/куб.см
Цинк Zn (Zinc)
65,37
419,5
7,13
Алюминий Al (Aluminium)
26,9815
659
2,69808
Свинец Pb (Lead)
207,19
327,4
11,337
Олово Sn (Tin)
118,69
231,9
7,29
Медь Cu (Сopper)
63,54
1083
8,96
Титан Ti (Titanium)
47,90
1668
4,505
Никель Ni (Nickel)
58,71
1455
8,91
Магний Mg (Magnesium)
24
650
1,74
Ванадий V (Vanadium)
6
1900
6,11
Вольфрам W (Wolframium)
184
3422
19,3
Хром Cr (Chromium)
51,996
1765
7,19
Молибден Mo (Molybdaenum)
92
2622
10,22
Серебро Ag (Argentum)
107,9
1000
10,5
Тантал Ta (Tantal)
180
3269
16,65
Железо Fe (Iron)
55,85
1535
7,85
Золото Au (Aurum)
197
1095
19,32
Платина Pt (Platina)
194,8
1760
21,45
При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства.
Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже.
Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность.
Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
Список сплавов металлов
Плотность
сплавов
(кг/м 3)
Адмиралтейская латунь — Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)
8525
Алюминиевая бронза — Aluminum Bronze (3-10% алюминия)
7700 — 8700
Баббит — Antifriction metal
9130 -10600
Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) — Beryllium Copper
8100 — 8250
Дельта металл — Delta metal
8600
Желтая латунь — Yellow Brass
8470
Фосфористые бронзы — Bronze — phosphorous
8780 — 8920
Обычные бронзы — Bronze (8-14% Sn)
7400 — 8900
Инконель — Inconel
8497
Инкалой — Incoloy
8027
Ковкий чугун — Wrought Iron
7750
Красная латунь (мало цинка) — Red Brass
8746
Латунь, литье — Brass — casting
8400 — 8700
Латунь, прокат — Brass — rolled and drawn
8430 — 8730
Легкиесплавыалюминия — Light alloy based on Al
2560 — 2800
Легкиесплавымагния — Light alloy based on Mg
1760 — 1870
Марганцовистая бронза — Manganese Bronze
8359
Мельхиор — Cupronickel
8940
Монель — Monel
8360 — 8840
Нержавеющая сталь — Stainless Steel
7480 — 8000
Нейзильбер — Nickel silver
8400 — 8900
Припой 50% олово/ 50% свинец — Solder 50/50 Sn Pb
8885
Светлый антифрикционный сплав для заливки подшипников =
штейн с содержанием 72-78% Cu — White metal
7100
Свинцовые бронзы, Bronze — lead
7700 — 8700
Углеродистая сталь — Steel
7850
Хастелой — Hastelloy
9245
Чугуны
— Cast iron
6800 — 7800
Электрум (сплав золота с серебром, 20% Au) — Electrum
8400 — 8900
Представленная в таблице плотность металлов и сплавов поможет вам посчитать вес изделия. Методика вычисления массы детали заключается в вычислении ее объема, который затем умножается на плотность материала, из которого она изготовлена. Плотность — это масса одного кубического сантиметра или кубического метра металла или сплава. Рассчитанные на калькуляторе по формулам значения массы могут отличаться от реальных на несколько процентов. Это не потому, что формулы не точные, а потому, что в жизни всё чуть сложнее, чем в математике: прямые углы — не совсем прямые, круг и сфера — не идеальные, деформация заготовки при гибке, чеканке и выколотке приводит к неравномерности ее толщины, и можно перечислить еще кучу отклонений от идеала. Последний удар по нашему стремлению к точности наносят шлифовка и полировка, которые приводят к плохо предсказуемым потерям массы изделия. Поэтому к полученным значениям следует относиться как к ориентировочным.
Поставим на чашки весов (рис. 122) железный и алюминиевый цилиндры одинакового объема. Равновесие весов нарушилось. Почему?
Рис. 122
Выполняя лабораторную работу, вы измеряли массу тела, сравнивая массу гирь с массой тела. При равновесии весов эти массы были равны. Нарушение равновесия означает, что массы тел не одинаковы. Масса железного цилиндра больше массы алюминиевого. Но объемы у цилиндров равны. Значит, единица объема (1 см 3 или 1 м 3) железа имеет большую массу, чем алюминия.
Масса вещества, содержащегося в единице объема, называется плотностью вещества
. Чтобы найти плотность, необходимо массу вещества разделить на его объем. Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Тогда
плотность = масса/объем
ρ = m/V
.
Единицей измерения плотности в СИ является 1 кг/м 3
. Плотности различных веществ определены на опыте и представлены в таблице 1. На рисунке 123 изображены массы известных вам веществ в объеме V = 1 м 3 .
Рис. 123
Плотность твердых, жидких и газообразных веществ
(при нормальном атмосферном давлении)
Как понимать, что плотность воды ρ = 1000 кг/м 3 ? Ответ на этот вопрос следует из формулы. Масса воды в объеме V = 1 м 3 равна m = 1000 кг.
Из формулы плотности масса вещества
m = ρV
.
Из двух тел равного объема большую массу имеет то тело, у которого плотность вещества больше.
Сравнивая плотности железа ρ ж = 7800 кг/м 3 и алюминия ρ ал = 2700 кг/м 3 , мы понимаем, почему в опыте (см. рис. 122) масса железного цилиндра оказалась больше массы алюминиевого цилиндра такого же объема.
Если объем тела измерен в см 3 , то для определения массы тела удобно использовать значение плотности ρ, выраженное в г/cм 3 .
Формула плотности вещества ρ = m/V применяется для однородных тел, т. е. для тел, состоящих из одного вещества. Это тела, не имеющие воздушных полостей или не содержащие примесей других веществ. По значению измеренной плотности судят о чистоте вещества. Не добавлен ли, например, внутрь слитка золота какой-либо дешевый металл.
Подумайте и ответьте
Как бы изменилось равновесие весов (см. рис. 122), если бы вместо железного цилиндра на чашку поставили деревянный цилиндр такого же объема?Что такое плотность?Зависит ли плотность вещества от его объема? От массы?В каких единицах измеряется плотность?Как перейти от единицы плотности г/cм 3 к единице плотности кг/м 3 ?
Интересно знать!
Как правило, вещество в твердом состоянии имеет плотность большую, чем в жидком. Исключением из этого правила являются лед и вода, состоящие из молекул H 2 O. Плотность льда ρ = 900 кг/м 3 , плотность воды? = 1000 кг/м 3 . Плотность льда меньше плотности воды, что указывает на менее плотную упаковку молекул (т. е. большие расстояния между ними) в твердом состоянии вещества (лед), чем в жидком (вода). В дальнейшем вы встретитесь и с другими весьма интересными аномалиями (ненормальностями) в свойствах воды.
Средняя плотность Земли равна примерно 5,5 г/cм 3 . Этот и другие известные науке факты позволили сделать некоторые выводы о строении Земли. Средняя толщина земной коры около 33 км. Земная кора сложена преимущественно из почвы и горных пород. Средняя плотность земной коры равна 2,7 г/cм 3 , а плотность пород, залегающих непосредственно под земной корой, — 3,3 г/cм 3 . Но обе эти величины меньше 5,5 г/cм 3 , т. е. меньше средней плотности Земли. Отсюда следует, что плотность вещества, находящегося в глубине земного шара, больше средней плотности Земли. Ученые предполагают, что в центре Земли плотность вещества достигает значения 11,5 г/cм 3 , т. е. приближается к плотности свинца.
Средняя плотность тканей тела человека равна 1036 кг/м 3 , плотность крови (при t = 20°С) — 1050 кг/м 3 .
Малую плотность древесины (в 2 раза меньше, чем пробки) имеет дерево бальса. Из него делают плоты, спасательные пояса. На Кубе растет дерево эшиномена колючеволосая, древесина которой имеет плотность в 25 раз меньше плотности воды, т. е. ρ = 0,04 г/cм 3 . Очень большая плотность древесины у змеиного дерева. Дерево тонет в воде, как камень.
Сделайте дома сами
Измерьте плотность мыла. Для этого используйте кусок мыла прямоугольной формы. Сравните значение измеренной вами плотности со значениями, полученными вашими одноклассниками. Равны ли полученные значения плотности? Почему?
Интересно знать
Уже при жизни знаменитого древнегреческого ученого Архимеда (рис. 124) о нем слагались легенды, поводом для которых служили его изобретения, поражавшие современников. Одна из легенд гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. Конечно же, корона при этом должна была остаться целой. Определить массу короны Архимеду труда не составило. Гораздо сложнее было точно измерить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Трудность состояла в том, что она имела неправильную форму!
Рис. 124
Как-то Архимед, поглощенный мыслями о короне, принимал ванну, где ему пришла в голову блестящая идея. Объем короны можно определить, измерив объем вытесненной ею воды (вам знаком такой способ измерения объема тела неправильной формы). Определив объем короны и ее массу, Архимед вычислил плотность вещества, из которого ювелир изготовил корону.
Как гласит легенда, плотность вещества короны оказалась меньше плотности чистого золота, и нечистый на руку ювелир был уличен в обмане.
Упражнения
Плотность меди ρ м = 8,9 г/cм 3 , а плотность алюминия — ρ ал = 2700 кг/м 3 . Плотность какого вещества больше и во сколько раз?Определите массу бетонной плиты, объем которой V = 3,0 м 3 .Из какого вещества изготовлен шар объемом V = 10 см 3 , если его масса m = 71 г?Определите массу оконного стекла, длина которого a = 1,5 м,
высота b = 80 см и толщина c = 5,0 мм.Общая масса N = 7 одинаковых листов кровельного железа m = 490 кг. Размер каждого листа 1 x 1,5 м. Определите толщину листа.Стальной и алюминиевый цилиндры имеют одинаковые площади поперечного сечения и массы. Какой из цилиндров имеет большую высоту и во сколько раз?
Источник: