Trying to figure out a material’s weight for your project? Aluminum is a popular choice for machining, but getting the numbers wrong can cause big problems. Let’s get it right.
تبلغ كثافة الألومنيوم النقي حوالي 2.70 جرام لكل سنتيمتر مكعب (g/cm³). وهذا يساوي 0.0975 رطل لكل بوصة مكعبة (رطل/بوصة مكعبة) أو 2700 كيلوغرام لكل متر مكعب (كغم/متر مكعب). يمكن أن تتغير هذه القيمة قليلاً اعتماداً على السبيكة المحددة.
أتذكر المرة الأولى التي احتجت فيها إلى هذه القيمة لإطار دراجة مخصصة كنت أصممها. فوجئت عندما علمت أن الألومنيوم ليس كله متماثلاً. فالنوع المحدد، أو السبيكة، يمكن أن يُحدث فرقاً صغيراً ولكنه مهم في وزنها. إنها تفاصيل أساسية يمكن أن تؤثر على كل شيء من الأداء إلى تكاليف الشحن. دفعني هذا الاكتشاف إلى فهم الموضوع بشكل أعمق، وأريد الآن مشاركة ما تعلمته معكم. دعونا نفصّل ما تعنيه "الكثافة" بالنسبة للألومنيوم.
ما هي الكثافة الدقيقة للألومنيوم؟
هل تتساءل عما إذا كان هناك رقم واحد لكثافة الألومنيوم؟ الحقيقة أكثر تعقيداً بعض الشيء ويمكن أن تؤثر على دقة حساباتك. دعنا نوضح ذلك.
لا توجد كثافة "دقيقة" واحدة لجميع أنواع الألومنيوم. القيمة المقبولة على نطاق واسع للألومنيوم النقي هي 2.70 جم/سم مكعب. ومع ذلك، تختلف الكثافة قليلاً بناءً على عناصر السبائك ودرجة الحرارة والضغط. تتراوح كثافة معظم سبائك الألومنيوم الشائعة بين 2.6 و2.9 جم/سم مكعب.
عندما نتحدث عن "الألومنيوم"، فإننا عادةً ما نشير إلى سبائك الألومنيوم. يضيف المصنعون عناصر أخرى مثل النحاس أو المغنيسيوم أو السيليكون أو الزنك لتحسين الخصائص مثل القوة أو مقاومة التآكل. هذه الإضافات تغير الكثافة الكلية للمادة. بالنسبة لمعظم الاستخدامات اليومية، يعد استخدام 2.70 جم/سم مكعب مناسبًا تمامًا. ولكن بالنسبة للهندسة عالية الدقة، كما هو الحال في مجال الطيران، فإن معرفة الكثافة الدقيقة للسبيكة المحددة أمر بالغ الأهمية. على سبيل المثال، تكون سبيكة 7075، التي تحتوي على الزنك، أكثر كثافة من سبيكة 6061، التي تستخدم المغنيسيوم والسيليكون. تلعب درجة الحرارة دورًا أيضًا؛ فكلما زادت سخونة الألومنيوم، تتمدد وتقل كثافتها قليلاً.
كثافة سبائك الألومنيوم الشائعة
| سلسلة السبائك | عنصر (عناصر) السبائك الأولية | الكثافة النموذجية (جم/سم مكعب) |
|---|---|---|
| 1100 | ألومنيوم 99.0% دقيقة ألومنيوم 99.0% | 2.70 |
| 5052 | المغنيسيوم | 2.68 |
| 6061 | المغنيسيوم، السيليكون | 2.70 |
| 7075 | الزنك | 2.81 |
ما كثافة الألومنيوم بوحدة رطل في3؟
هل تعمل على مشروع في الولايات المتحدة؟ قد تحتاج على الأرجح إلى الكثافة بالوحدات الإمبراطورية، وقد يكون التحويل من المتري أمراً صعباً. دعنا نحصل لك على الرقم الصحيح.
تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي 0.0975 رطل لكل بوصة مكعبة (رطل/بوصة مكعبة). أجد أن هذه القيمة هي الأكثر فائدة لمشاريعي هنا في الولايات المتحدة. فهي تجعل حساب وزن القطعة بسيطًا ومباشرًا عندما تكون أبعادك بالبوصة.
تستخدم معظم دول العالم النظام المتري، لذلك سترى غالبًا الكثافة مدرجة بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (g/cm³). ولكن هنا، حيث نقيس كل شيء بالبوصة والرطل، فإن ذلك ليس مفيدًا للغاية. أنت بحاجة إلى الكثافة بالرطل لكل بوصة مكعبة (رطل/بوصة مكعبة). التحويل بسيط إذا كنت تعرف العامل: واحد جم/سم مكعب يساوي حوالي 0.0361 رطل/في المتر المكعب. لذا، إذا أخذنا الكثافة القياسية البالغة 2.70 جم/سم مكعب، نضربها في 0.0361 لنحصل على 0.0975 رطل/بوصة مكعبة. إنه رقم صغير، لكنه يحدث فرقًا كبيرًا. على سبيل المثال، تبلغ كثافة الفولاذ حوالي 0.283 رطل/في المتر المربع، مما يجعله أثقل بثلاث مرات تقريبًا من الألومنيوم لنفس حجم القطعة. لهذا السبب أحب العمل مع الألومنيوم لأي شيء يحتاج إلى أن يكون قويًا وخفيفًا في نفس الوقت.
ما كثافة الألومنيوم بوحدة جم/سم3؟
هل تحتاج إلى كثافة الألومنيوم لتجربة علمية أو مشروع دولي؟ قد يؤدي استخدام الوحدات الخاطئة إلى إفساد جميع نتائجك. دعنا نستخدم القيمة المترية القياسية.
تبلغ الكثافة القياسية للألمنيوم 2.70 جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم مكعب). هذه هي القيمة الأكثر شيوعًا المستخدمة في السياقات العلمية والهندسية في جميع أنحاء العالم. وهي وحدة مناسبة لأنها ترتبط مباشرة بكثافة الماء التي تبلغ 1 جم/سم مكعب.
يجعل النظام المتري فهم الكثافة بديهيًا حقًا. إذ تخبرك وحدة "غرام لكل سنتيمتر مكعب" (g/cm³) مقدار الكتلة بالجرام التي تتناسب مع مكعب من المادة يبلغ سنتيمتر واحد. بالنسبة للألمنيوم، هذا يساوي 2.70 جرام. لطالما وجدت أنه من المفيد مقارنة ذلك بالماء. نظرًا لأن كثافة الماء تساوي تقريبًا 1 جم/سم مكعب، ستعرف على الفور أن قطعة الألمنيوم أثقل بـ 2.7 مرة من قطعة ماء مساوية لها في الحجم. هذه الخاصية، المعروفة باسم الثقل النوعي، هي سبب غرق الألمنيوم في الماء. عندما كنت أتعلم علم المواد لأول مرة، ساعدتني هذه المقارنة البسيطة في فهم مفهوم الكثافة. إن استخدام g/سم مكعب يحافظ على اتساق العمليات الحسابية، خاصة عندما تعمل مع فرق دولية أو معادلات علمية تعتمد على النظام المتري.
ما هي الكثافة الحالية للألومنيوم؟
هل رأيت "كثافة التيار" المذكورة للألومنيوم وشعرت بالحيرة؟ لا علاقة لهذا المصطلح بالوزن وكل ما يتعلق بالكهرباء. دعنا نوضح الأمر.
لا تتعلق كثافة التيار بالكتلة. فهي تشير إلى مقدار التيار الكهربائي الذي يمكن أن يتدفق بأمان عبر مساحة مقطع عرضي معين من الموصل. بالنسبة لأسلاك الألومنيوم المستخدمة في المباني، غالبًا ما تقتصر الكثافة القصوى للتيار على حوالي 4-6 أمبير لكل مليمتر مربع (A/مم²).
عندما يتحدث الكهربائيون والمهندسون عن "كثافة تيار الألومنيوم"، فإنهم يتحدثون عن كثافة التيار الكهربائي. هذا هو مقياس لمقدار التيار الكهربائي الذي يمكن للسلك التعامل معه قبل أن يصبح ساخناً جداً ويصبح خطراً على الحريق. تعني الكثافة العالية للتيار أن المزيد من الكهرباء يمكن أن تتدفق عبر سلك أصغر. الألومنيوم موصل جيد للكهرباء، لكنه ليس بجودة النحاس. يمكن للنحاس أن يتعامل مع كثافة تيار أعلى، عادةً حوالي 6-8 أمبير/مم². ومع ذلك، يتمتع الألومنيوم بميزة كبيرة: فهو أخف وزناً وأرخص بكثير من النحاس. ولهذا السبب تراه يستخدم في خطوط نقل الجهد العالي التي تمتد لأميال. ويعني انخفاض الوزن أن أبراج الدعم لا يجب أن تكون بنفس القوة، مما يوفر الكثير من المال في البناء. بالنسبة لمشروع كهربائي، فإن اختيار المادة المناسبة هو مفاضلة بين التوصيل والوزن والتكلفة.
الخاتمة
باختصار، تبلغ الكثافة الكتلية للألومنيوم 2.70 جم/سم مكعب (0.0975 رطل/بوصة)، بينما كثافة التيار هي مقياس كهربائي. تختلف كثافة الكتلة الدقيقة قليلاً باختلاف السبيكة المحددة.
