11.10.2019
Обустроить чердачное помещение с комфортом несложно, сложнее обеспечить там достаточно света. Если вы хотите обзавестись окном на...


11.10.2019
Blockchain признана одной из прорывных информационных технологий нашего времени. Более 8 лет истории этой сети неразрывно связаны...


11.10.2019
Для любого предприятия, которое использует в работе различные машины, важной составляющей бесперебойной деятельности считается...


10.10.2019
Современный рынок недвижимости в Москве переполнен предложениями. Тут можно свободно купить квартиры различной площади в центре...


10.10.2019
Профлист – универсальный износостойкий материал. Кровельный профнастил используется при создании крыши, стеновой при возведении...


10.10.2019
Теперь совместить отдых с долгосрочной инвестицией стало проще. Воспользовавшись услугами специалистов, можно приобрести не...


Физические свойства и единицы измерений

05.10.2019

В результате работы, проведенной различными организациями и учреждениями нескольких стран, в том числе и бывш. Советского Союза, была выработана в 1960 г. единая Международная система единиц. В 1961 г. Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров бывш. СССР утвердил ГОСТ 9867—61 «Международная система единиц» в качестве предпочтительной системы для всех областей науки, техники и народного хозяйства. Сокращенно эта система обозначается SI и в русском написании СИ — система интернациональная. Указанный стандарт введен в действие с 1 января 1963 г.

Для более обстоятельного ознакомления с единицами измерений системы СИ рассмотрим некоторые физические явления и свойства материи, с которыми приходится иметь дело в производственной практике. Попутно ознакомимся со способами перехода от старых, распространенных единиц к единицам. Международной системы.

Масса — это количество материи, заключенной в каком либо теле. За единицу массы по системе СИ принят килограмм, равный массе одного кубического дециметра химически чистой воды при 4° С. В табл. 1 приведены единицы массы и их стандартные обозначения.

Сила — это причина изменения скорости тела или его деформации, обусловленная воздействием одного тела на другое. Так, например, под действием силы толкатели перемещают слитки в нагревательной печи; другой пример — под действием воды высокого давления выдавливается металл через матрицу пресса.

За единицу измерения силы по Международному соглашению была принята килограмм-сила (кГ), т. е. такая сила, с какой притягивается к земле тело массой в один килограмм на уровне океана и на широте 45°. Такое строгое определение географического места вызвано тем, что вес тела не везде одинаков и уменьшается при перемещении тела по направлению от полюса к экватору.

В системе CИ за единицу силы принимается ньютон (к), т. е. такая сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/сек2. Сила 1 н соответствует силе в 0,102 кГ, т. е. 1 н = 0,102 кГ.

Вес. Сила давления тела на горизонтальную опору, или сила натяжения телом вертикально расположенной нити, обусловленная силой тяжести, называется весом тела. Единицей измерения веса в системе СИ так же, как и для измерения силы, является ньютон (н), а не килограмм.

В производственной практике вес тела и его массу можно принять равными, поскольку вес тела при перемещении по поверхности земли изменяется незначительно, а масса тела остается постоянной.

Ниже приведены единицы измерения силы и веса в порядке их возрастания:
Физические свойства и единицы измерений

Как видно из сказанного, названия некоторых единиц массы и силы одинаковы. Чтобы отличить их друг от друга, в обозначениях массы пишут строчную букву г, а в обозначениях силы — прописную Г или тс. Килограмм-силу обозначают кГ или кгс, а тонн-силу — T или тс. Так, например, тело массой 100 килограммов следует записать так: 100 кг, а перемещение вагонетки по полу цеха с силой 100 килограммов — 100 кГ или 100 кгс.

К числу основного оборудования, применяемого в производстве труб и прутков, относятся гидравлические прессы и волочильные станы. Силу давления первых, условно называемую мощностью, и тяговую силу вторых принято было обозначать в тоннах. Теперь же, с вводом в действие системы CPI указанные характеристики оборудования следует давать в ньютонах.

Для пересчета старых числовых значений на новые рассмотрим следующий пример. Пусть начальная сила давления гидравлического пресса равна 1500 Т; требуется выразить эту силу в ньютонах.

На основании равенства 1 н = 0,102 кГ составим пропорцию:

откуда

Для приведения полученной величины к более удобному выражению воспользуемся табл. 2.

Из табл. 2 находим, что 14 700000 н = 14,7*10в6 н = 14,7 меганьютон или 14,7 Мн.

Таким образом мощность 1500-Г пресса по системе CИ равна 14,7 Мн.

В дальнейшем подобные числовые выражения будут указываться по старой системе.

Давление. В системе CPl за единицу давления принимается давления в 1 н на площадь в 1 м2.

На практике принимаются еще следующие единицы давления: атмосфера техническая (ат), равная давлению, производимому силой в 1 кГ на площадь в 1 см2, т. е. 1 кГ/см2 = 1 ат, и атмосфера физическая (атм), равная давлению ртутного столба высотой в 760 мм на горизонтальную поверхность.

Между указанными величинами существует соотношение:

Техническая атмосфера чаще применяется при определении давления в гидравлических установках (прессах, насосах), а физическая атмосфера — в вакуумных установках (ретортах и печах безокислительного отжига).

Плотность вещества — это величина, характеризующая зависимость массы тела от рода вещества. За единицу плотности в системе СИ принимается плотность такого вещества, один кубический метр которого имеет массу в один килограмм, т. е. кг/м3.

В производственной практике удобней пользоваться физической системой единиц, где за единицу плотности принимается плотность такого вещества, один кубический сантиметр которого имеет массу в один грамм. Такую плотность имеет химически чистая вода при 4° С, т. е. г/см3.

Между единицами плотности по физической системе единиц и по системе СИ существует соотношение 1 г/см3=10в3 кг/м3.

Поскольку плотность вещества зависит от температуры и давления, в справочниках принято давать значение плотности при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. (или 1,013*10в5 н/м2).

Ниже дана плотность некоторых веществ, г/см3:

Из приведенных данных видно, что из металлов самый тяжелый — осмий, его плотность 22,6 г/см2, а самый легкий — литий, его плотность 0,53 г/см3.

Сравнивая плотности воды, меди и алюминия, мы видим, что медь тяжелее воды в 8,93 раза, а алюминий — в 2,7 раза. На основании этих же данных можно определить, что медь тяжелее алюминия в 8,93:2,70 = 3,3 раза.

Зная размеры какого-либо предмета, можно подсчитать его объем, а умножив последний на плотность, получить его массу.

Пусть требуется определить массу полосы шириной 5 см, толщиной 2 см и длиной 300 см. Объем такой полосы равен: 5 см*2 см*300 см = 3000 см3. Зная, что плотность меди равна 8,93 г/см3, найдем массу полосы: 8,93*3000 = 26 800 г = 26,8 кг.

Подобными расчетами часто приходится пользоваться при определении массы слитков, труб и прутков.

Тепловое расширение тел. Все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Исключение представляют вода, чугун и висмут, которые сжимаются при охлаждении только в определенном интервале температур. Вода, например, сжимается при охлаждении только до +4° С, а при дальнейшем охлаждении сна вновь расширяется.

Способность изменять размеры при нагревании и охлаждении у разных тел различна: одни тела расширяются больше, другие меньше. Опыт показывает, что жидкости расширяются меньше, чем газы, но больше, чем твердые тела.

Величина, характеризующая зависимость линейного расширения тел при нагревании от рода вещества, называется коэффициентом линейного расширения и обозначается а (альфа).

Коэффициент линейного расширения показывает, на какую часть своей величины при 0° С изменяется длина тела при нагревании на 1 град. Величины коэффициентов линейного расширения а различных металлов приведены ниже, град-1:

Свойство тел изменять свои размеры при нагревании и охлаждении приходится учитывать при прессовании труб и прутков, так как отверстия в стальных матрицах в результате нагрева увеличиваются, а размеры отпрессованных изделий при охлаждении уменьшаются. Свойство тел изменять свои размеры при нагревании и охлаждении обязательно учитывается при горячей запрессовке «рубашек» во втулки контейнеров и твердосплавных вставок в матрицы и волоки.

На этом же свойстве основано автоматическое отключение электрического тока при отжиге труб на электронагревательном аппарате.

Для нахождения линейных размеров тел при различных температурах применяют формулу:

где lt — линейный размер тела при заданной температуре;

l0 — то же при 0°С;

а — коэффициент линейного расширения.

Пример. Определить размер отверстия в стальной матрице диаметром 200 мм после нагрева ее до температуры 300° С; а = 0,000012.

Подставляем в указанную формулу известные величины

Теплопроводность — это свойство вещества передавать тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым, что способствует выравниванию температуры внутри тела. Теплопроводность вещества в твердом состоянии больше, чем в жидком, а в жидком больше, чем в газообразном. Среди твердых веществ наибольшей теплопроводностью обладают металлы.

Внесистемной единицей теплопроводности служит калория на сантиметр — секунду — градус [кал/(см*сек*град)]. Ниже приводится теплопроводность некоторых металлов, кал/(см*сек*град):

Теплопроводность сплавов занимает промежуточное положение между значениями теплопроводностей металлов, входящих в сплав. Например, теплопроводность латуни ЛС59-1 составляет 0,30, а бронзы Бр. АЖМц 10-3-1,5 — только 0,08 кал/(см*сек*град).

Если теплопроводность серебра принять за 100 единиц, то теплопроводность кирпичной кладки составит примерно 0,4 единицы, асбеста 0,05 и воздуха 0,005 единицы.

Свойство теплопроводности металлов используется для достижения равномерного нагрева слитков перед прессованием и при отжиге изделий. Время выдержки при нагреве согласуется с теплопроводностью металла.

В тех случаях, когда требуется уменьшить, замедлить теплообмен, например в конструкциях нагревательных печей, применяют наиболее пористые или рыхлые материалы — кирпич, асбест, шлак и т. п. Воздух, заключенный в порах этих материалов, служит хорошим тепло-изолятором.

Следует заметить, что передача тепла, помимо теплопроводности, может происходить также за счет конвекции и излучения. При конвекции более нагретые, а следовательно, и более легкие частицы газа или жидкости, устремляются вверх, перенося с собою тепло. Наиболее наглядным примером теплообмена излучением может служить нагрев Земли Солнцем.

Изделия в электрической печи сопротивления нагреваются за счет конвекции воздуха и излучения.

Электропроводность — это свойство вещества проводить электрический ток. Величину электропроводности в практике принято определять по величине электросопротивления материала прохождению электрического тока: чем меньше электросопротивление, тем выше электропроводность. В системе СИ за единицу электросопротивления принят ом. Один ом — это сопротивление проводника, по которому при напряжении в 1 вольт течет ток в 1 ампер.

Ниже приводится электросопротивление некоторых металлов при 20° С, мком*см:

Как видно из числа промышленных металлов, наименьшее электросопротивление у меди и алюминия. Поэтому в линиях электропередач, силовых установках и электроаппаратуре широко применяются именно эти металлы и некоторые сплавы на их основе.

В технике наряду с этими металлами находят применение сплавы, достоинством которых является низкая электропроводность, т. е. выеокое электросопротивление. Электрический ток, проходя по проводнику из такого сплава, испытывает значительное сопротивление, вследствие чего проводник нагревается. К числу таких сплавов относится, например, нихром, состоящий из никеля, хрома и железа. Нихром широко применяется для изготовления нагревательных приборов, электрических печей сопротивления и т. п. Свойство электросопротивления металлов находит большое применение при контактной сварке прутков в поточной линии и при отжиге труб, прутков и проволоки, когда разогрев изделий происходит вследствие прохождения по ним электрического тока.

Термоэлектрическое явление состоит в том, что в замкнутой электрической цепи, состоящей из разных металлов, возникает термоэлектродвижущая сила, если места контактов поддерживаются при разных температурах.

На этом свойстве замкнутых электрических цепей основано устройство термопар, применяемых для измерения температур нагрева изделий. Например, для измерения температуры слитков перед прессованием применяют термопару, состоящую из двух проволок: хромелевой и алюмелевой (рис. 4). Одни концы а проволок, будучи сваренными, помещают в то пространство, температуру которого хотят измерить, а другие концы б присоединяют к милливольтметру, находящемуся при цеховой температуре. При нагреве места сварки в нем возникает термоэлектродвижущая сила, величина которой отмечается милливольтметром. Эти показания тем больше, чем больше разница температур места сварки и концов, присоединенных к прибору. Так, хромель-алюмелевая термопара при различных температурах имеет следующие показания:

Для удобства пользования часто шкалу милливольтметра градуируют в градусах Цельсия.

Электромагнитная индукция — так называется явление, когда в замкнутом металлическом проводнике под действием переменного магнитного поля возникает электрический ток.

Единицей измерения частоты является герц (гц) — частота, при которой в 1 сек совершается одно полное колебание, или один цикл.

Индукционный (наведенный) ток, создаваемый электродвижущей силой индукции, называется вихревым током, или током Фуко. Энергия вихревых токов целиком превращается во внутреннюю энергию теплового движения частиц тела, что и вызывает его разогрев.

Это свойство электромагнитной индукции в настоящее время широко применяется для нагрева слитков перед прессованием, при производстве сварных труб и т д.

Особенность электромагнитной индукции — быстрое изменение магнитного поля, т. е. чем выше частота переменного тока, тем значительнее вихревые токи и они больше концентрируются по внешней поверхности тела. Это явление, называемое скин-эффектом (от английского слова «скин» — кожа), часто применяют при поверхностной закалке стального инструмента, когда требуется высокая твердость его поверхности и сравнительно вязкая сердцевина.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна