Удельная плотность меди, ее удельный вес и основные свойства металла

Удельная плотность и удельный вес меди

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:

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:

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.

Удельная плотность меди

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:

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.

Что представляет собой медь

Одним из наиболее распространенных цветных металлов, используемых в промышленности, является медь, ее название на латинском Cuprum, в честь острова Кипра, где ее добывали греки много тысяч лет назад. Это один из семи металлов, которые были известны еще в глубокой древности, из него делали украшения, посуду, деньги, орудия. Историками даже назван период (с IV по III тысячелетие до нашей эры) Медным Веком. Д. И. Менделеев поставил этот металл на 29-е место в своей таблице, после водорода, поскольку медь не вытесняет его из кислотной среды. Медь — цветной металл, который имеет уникальные физические, механический, химические свойства. Плотность меди в кг м³ является одной из важнейших характеристик, с ее помощью определяется вес будущего изделия.

Как определяется плотность

Плотность любого вещества — показатель отношения массы к общему объему. Наиболее распространенной системой измерения величины плотности является килограмм на кубический метр. Для меди этот показатель равен 8,93 кг/м³. Поскольку существуют различные марки металла, которые различаются в зависимости от примесей других веществ, общий показатель плотности может изменяться. В данном случае уместней использовать другую характеристику — удельный вес. В измерительных системах этот показатель выражается в разных величинах:

Формула определения плотности вещества

• система СГС — дин/см³;
• система СИ — н/м³;
• система МКСС — кг/м³

При этом для перевода величин можно использовать следующую формулу:

1 н/м³ = 1 дин/см³ = 0,102 кг/м³.

Удельный вес — важный показатель при производстве различных материалов, содержащих медь, особенно когда речь идет о ее сплавах. Это величина отношения массы меди в общем объеме сплава.

Рассмотреть как применяется этот показатель на практике, можно на примере расчета веса 25 медных листов, размером 2000*1000 мм, толщиной 5 мм. Для начала определим объем листа — 5 мм * 2000 мм * 1000 мм = 10000000 мм3 или 10 000 см³.

Удельный вес меди 8, 94 гр/см³

Рассчитываем вес меди в одном листе — 10 000 * 8,94 = 89 400 гр или 89, 40 кг.

Масса медного проката в общем количестве материала — 89, 40 * 25 = 2 235 кг.

Эта схема расчета применяется и при переработке лома металла.

Основные свойства

Выплавка меди из руды

Медь, как металл, получается при выплавке руды, в природе сложно найти чистые самородки в основном обогащение и добыча осуществляется из:

• халькозиновой руды, в которой содержание меди около 80%, этот вид часто называют медным блеском;
• бронитовой руды, здесь содержание металла до 65%
• ковеллиновой руды — до 64%.

По своим физическим свойствам медь представляет собой красного цвета металл, в разрезе может присутствовать розовый отлив, относится к тяжелым металлам, поскольку имеет высокую плотность.

Отличительной характеристикой является электропроводность. Благодаря этому металл широко применяется при изготовлении кабелей и электропроводов. По этому показателю медь уступает только серебру, кроме того, имеется ряд других физических характеристик:

• твердость — по шкале Бринделя равняется 35 кгс/мм²;
• упругость — 132000 Мн/м²;
• линейное термическое расширение — 0,00000017 единицы;
• относительное удлинение — 60%;
• температура плавления — 1083 ºС;
• температура кипения — 2600 ºС;
• коэффициент теплопроводности — 335 ккал/м*ч*град.

К основным свойствам меди относят показатель модулей упругости, которые рассчитываются различными методами:

Модуль сдвига полезно знать при производстве материалов для строительной отрасли — это величина, которая характеризует степень сопротивление сдвигу и деформации под воздействием различных нагрузок. Модуль, рассчитанный по методике Юнга, показывает как будет вести себя металл при одноосном растяжении. Модуль сдвига характеризует отклик металла на сдвиговую нагрузку. Коэффициент Пуассона показывает как ведет себя материал при всестороннем сжатии.

Разработка рудников по добычи меди и других металлов

Химические свойства меди описывают соединение с другими веществами в сплавы, возможные реакции на кислотную среду. Наиболее значимой характеристикой является окисление. Этот процесс активно проявляется во время нагревания, уже при температуре 375 ºС начинает формироваться оксид меди, или как его называют окалина, которая может влиять на проводниковые функции металла, снижать их.

При взаимодействии меди с раствором соли железа она переходит в жидкое состояние. Этот метод используют для того чтобы снять медное напыление на различных изделиях.

Долгое пребывание в воде вызывает куприт

При длительном воздействии на медь влажной среды на ее поверхности образуется куприт — зеленоватый налет. Это свойство меди учитывают при использовании метала для покрытия крыш. Примечательно, что куприт выполняет защитную функцию, металл под ним совершенно не портится, даже на протяжении ста лет. Единственными противниками крыш из медного материала являются экологи. Свою позицию они объясняют тем, что при смыве куприта меди дождевыми водами в почву или водоемы, он загрязняет ее своими токсинами, особенно это пагубно влияет на микроорганизмы, живущие в реках и озерах. Но для решения этой проблемы строители используют водосточные трубы из специального металла, который поглощает медные частицы в себя и накапливает, при этом вода стекает очищенной от токсинов.

Медный купорос — еще один результат химического воздействия на металл. Это вещество активно используют агрономы для удобрения почвы и стимулирования роста различных сельскохозяйственных культур. Однако бесконтрольное использование купороса может также пагубно влиять на экологию. Токсины проникают глубоко в слои земли и накапливаются в подземных водах.

Области использования меди

Благодаря своим механическим свойствам медь нашла широкое применение в разных отраслях промышленности, но наиболее часто ее можно встретить как составную часть электропровода, в системах отопления, а также охлаждения воздуха, в производстве компьютерной техники, теплообменниках.

В промышленности используют тысячи тонн меди ежегодно

В строительстве этот металл применяется при изготовлении различных конструкций, основным преимуществом здесь является небольшой объемный вес меди. Как уже было отмечено выше, широкое применение цветной металл нашел при кровельных работах, а также в изготовлении тр. Трубы получаются легковесные, поддающиеся трансформации, что особенно актуально при проектировании водопровода и канализации.

Основная доля производства изделий из меди — проволока, используемая как жила для электрического или коммуникационного кабеля. Благодаря основной характеристике меди — электропроводности, она оказывает высокое сопротивление току, а также обладает уникальными магнитными качествами — в отличие от других металлов ее частицы не реагируют на магнит, что иногда затрудняет процесс ее очистки. Стоит отметить, что практически все производство изделий базируется на переработке вторичного сырья, руду используют крайне редко.

Видео: Как определить плотность металла?

Удельный вес меди и медных сплавов

Для расчета веса проката из меди и медных сплавов по удельному весу нужной марки — существует специальный калькулятор металла, характеристики медных сплавов — марочник металлов.

Также см. таблицы:

Удельный вес бронзы, латуни

Удельный вес титана, никеля, цинка

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

Рассчитать удельный вес меди можно при помощи двух методов:

1. Использование специального калькулятора медного металлопроката 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

Зная, что удельн. вес 1 см 3 = 8,85 гр/см 3 получаем

Итого М = 2960·8,85 = 26196 грамм = 26,19 кг

По химическому составу можно выделить несколько основных групп медных сплавов, подробные характеристики которых можно посмотреть в нашем марочнике металлов:

Плотность меди

Применение меди и медных сплавов в промышленности

Поскольку медь является цветным металлом, который обладает особенным свойствами и который к тому же не так легко добыть, её очень часто используют в различных промышленных областях для производства самых разнообразных товаров.

Характеристики меди

Чистая медь имеет следующие свойственные характеристики:

Плотность — 8,93*10 3 кг/м 3 ,

Удельный вес — 8,93 г/cм 3 ,

Температура плавления — 1083 °C,

Температура кипения — 2600 °C.

Добыча меди

Медь добывают путём переработки руд, которые в большом или малом количестве содержат медь. Обычно для добычи меди используют процесс обогащения руды, так как в своём большинстве она содержит пустую породу. После этого медь подвергается обжигу, плавке и конвертированию.

В промышленности чистую медь использую довольно редко, в таком виде она используется только в производстве электротехники, так как является отличным проводником электрического тока. Из чистой меди производят электрические кабели, провода, электрогенераторы, радиоустройства и телеоборудование.

В остальной же промышленности в основном используют медные сплавы:

Латуни – в машиностроении, в производстве химического оборудования, оптики, разного рода приборов и сеток для целлюлозно-бумажной промышленности,

Алюминиевой и свинцовой бронзы – благодаря прекрасным механическим свойствам и высокой стойкости к коррозии, это сплав используют в производстве подшипников и деталей, которые подвержены высокому давлению.

Кремниевые бронзы – заменитель оловянной бронзы.

Оловянные бронзы – используются для отлива медных листов, а также в химической промышленности.

Кроме этого, медь также используется, как удобрение для почвы в виде медного купороса, который к тому же является ядовитым. Малая часть меди идёт также на производство памятников, монументов и разного рода статуй, так как этот металл очень мягок и может принимать практически любые формы.

Для расчета какого-либо металлопроката по удельному весу — для этого существует специальный калькулятор металла.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2014.08.05

Медь: удельный вес, свойства, применение и сплавы

Медь – один из самых первых металлов, которые освоил человек. В природе она встречается в качестве самородков, имеющих крупные размеры. С незапамятных времен ее использовали как сплав с оловом, называемый бронзой, для изготовления оружия, предметов домашней утвари и украшений. Такое активное применение металла объясняется простотой обработки.

Физические и механические свойства меди

Медь – это металл красно-розового цвета с золотистым отливом, занимающий в таблице химических элементов 29-е место и имеющий плотность 8,93 кг/м 3 . Удельный вес меди составляет 8,93 г/см 3 , температура кипения – 2657, а плавления – 1083 градусов по Цельсию.

Этот металл имеет высокую пластичность, мягкость и тягучесть. Располагая высокой вязкостью, он отлично куется. Медь относится к достаточно тяжелым и прочным металлам. В чистом виде она хорошо проводит тепло и электричество (уступает только серебру).

Химические свойства металла

Химические характеристики, как и механические, магнитные и физические свойства, такие как пластичность, вязкость, удельный вес меди, имеют актуальное значение. Металл обладает малой химической активностью. При небольшой влажности и нормальной температуре у нее высокая коррозийная устойчивость. При нагревании окисляется, образуя оксиды. Во влажной среде, содержащей углекислый газ, медная поверхность покрывается зеленоватой пленкой, содержащей оксид и карбонат металла. Медь вступает в реакцию с галогенами, образуя соли, при комнатной температуре. Легко взаимодействует с серой и селеном. Прекрасно растворяется в азотной и подогретой концентрированной серной кислоте. Без доступа кислорода с разбавленной серной и соляной кислотой не реагирует.

Плотность меди

Значение этой величины, содержащееся в специальной таблице, составляет 8,93*10 3 кг/м3. Удельный вес меди – не менее важная величина, характеризующая металл. Он составляет, как уже было сказано 8,93 г/см 3 .

Получается, что значение величин параметров плотности и удельного веса для данного металла совпадают, что не характерно для других материалов. От плотности материала зависит вес изделия, изготовленного из него. Для расчетов массы будущей детали обычно пользуются удельным весом, а не плотностью.

Удельный вес металла

Эта величина, как и плотность, является важным показателем различных материалов, который определяют по имеющимся таблицам. По величине удельного веса меди и ее сплавов можно выгодно подобрать соответствующие металлы для изготовления изделия с заданными параметрами. Такие расчеты обычно проводят на стадии проектирования. Удельный вес как физическая величина вычисляется отношением веса вещества к его объему. Не следует путать эту величину с плотностью, как массу с весом. Зная удельный вес меди или сплава, всегда можно вычислить массу изделия из данного материала.

Основные медные сплавы, используемые в промышленности

По технологическому процессу изготовления медные сплавы делятся на литейные и деформируемые, а в зависимости от химического состава – на бронзы и латуни. В последней основой является медь и цинк, могут быть добавлены и другие элементы. Бронзы – это сплав меди (удельный вес 8,93 г/см 3 ) с другими металлами. Выбор легирующего компонента зависит от конкретного использования изделия.

По содержанию основного компонента медное литье бывает следующих видов:

• Оловянная бронза. При производстве применяют закалку и старение для увеличения пластичности и прочности.
• Алюминиевая бронза. Обладает антикоррозийными свойствами, отлично деформируется.
• Свинцовый сплав. Имеет превосходные антифрикционные свойства.
• Латунь. Может состоять из двух или нескольких компонентов.
• Медно-никелевый сплав, содержащий цинк. По свойствам и внешнему виду напоминает мельхиор.
• Сплав меди с железом. Основное его отличие – высокая пористость.

Удельный вес электротехнической меди

Такой она получается после очистки от примесей. Самое малое содержание каких-либо металлов в ней значительно снижает ее электропроводность. Так, например, содержание 0,02 % алюминия понижает проводимость до 10 %, несмотря на то, что этот металл неплохо проводит электрический ток. Самыми важными характеристиками материала являются:

• удельный вес меди;
• сопротивление электрическое;
• температура плавления.

Для нужд электротехники используют технически чистый металл, который содержит от 0,02 до 0,04 % кислорода, а изделия с высокой проводимостью тока изготавливают из особой, бескислородной меди. Для электротехнических изделий (обмотки трансформаторной, провода, кабельной жилы, шин электротехнических) используют разные сорта металла.

Применение меди и ее сплавов в народном хозяйстве

Высокая прочность, удельный вес меди, отличная электропроводность, хорошая механическая обрабатываемость – все это позволяет использовать ее во многих сферах производства:

• Строительная – прекрасно совмещается с кирпичом, деревом, стеклом, камнем. Имеет длительный срок службы, не боится коррозии.
• Электротехническая – провода, кабели, электроды, шины.
• Химическая – изготавливают детали для аппаратуры и инструменты.
• Металлургическая – производство сплавов. Самый востребованный – латунь. Она тверже меди, хорошо куется, обладает вязкостью. Из нее штампуют различные формы и прокатывают в тонкие листы.
• Художественная – медные чеканки, бронзовые статуи.
• Бытовая – использование для изготовления посуды, труб.

Медные руды

В природных условиях медь чаще всего встречается в соединениях, но попадается и в виде самородков. К минералам, которые являются основными ее источниками, относятся:

• Куприт – минерал оксидной группы.
• Малахит – известен как поделочный камень, содержит карбонат меди. Российский малахит – углекислая медная зелень пользуется большой популярностью.
• Азурит – синего цвета минерал, часто сращивается с малахитом, обладает высокой твердостью.
• Медный колчедан и медный блеск – содержат сульфид меди.
• Ковеллин – относится к сульфидным породам, первоначально был обнаружен около Везувия.

Медные руды добывают, в основном, открытым способом. В них может содержаться 0,4-1,0 % меди. По ее производству мировым лидером является Чили, дальше следуют Соединенные Штаты Америки, Россия, Канада, Казахстан.