Истинная плотность формула: Расчет плотности материала. Пористость строительных материалов

Разное

Метод определения насыпной плотности

Компания «КоролёвФарм» является не только контрактным производителем косметики, но также производит и биологически активные добавки (БАД) к пище в таблетированной и капсулированной форме. В связи с этим кажется необходимым рассказать о некоторых похожих терминах и технологические свойствах этих продуктов.

Технологические свойства порошкообразных (таблетированных и капсулированных) лекарственных веществ и биологически активных добавок к пище зависят от их физико-химических свойств. При производстве биологически активных добавок в форме таблеток и в форме твёрдых желатиновых капсул необходимо учитывать различные технологические характеристики, так как активные компоненты и многие экстракты лекарственных растений поступают в виде порошков или порошковых смесей.

Насыпная плотность

Базовой характеристикой всех сыпучих материалов является плотность.

Существуют понятия истинной и насыпной плотности, которые измеряются в г/см3 или кг/м3.

Истинная плотность – это отношение массы тела к объему этого же тела в сжатом состоянии, в котором не учитываются зазоры и поры между частицами. Истинная плотность – постоянная физическая величина, которая не может быть изменена.

В своем естественном состоянии (неуплотненном) сыпучие материалы характеризуются насыпной плотностью. Под насыпной плотностью различных сыпучих материалов понимают количество порошка (сыпучего продукта), которое находится в свободно засыпанном состоянии в определённой единице объема.

Насыпная плотность заданного порошка или любой сыпучей смеси (D нас. пл.) определяется отношением массы свободно засыпанного порошка (Mасса cып.) к объему этого порошка (Vcосуда) по формуле:

D нас.пл.= Mасса cып/Vcосуда

Насыпная плотность учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними, поэтому насыпная плотность гораздо меньше, чем истинная. Например, истинная плотность каменной соли составляет 2,3 т/м3, а насыпная – 1,02 т/м3.

Зная насыпную плотность применяемых сыпучих материалов можно при проектировании емкостей или дозаторов, а так же капсул и таблеток рассчитать их объем и, соответственно, высоту засыпки. Понятно, что если нам частично известны некоторые параметры, а именно высота засыпки, а так же коэффициент засыпки, то можно рассчитать высоту предполагаемого объема, то есть высоту форматных частей, что очень важно при решении технологических задач. Конечно, если известна насыпная плотность порошка, тогда технологи могут легко рассчитать массу для одной дозы, порции или упаковки и тем самым определить величину дозировки для капсулятора или таблетпресса, а также для любого другого фасовочного оборудования.

Значение насыпной плотности определяется в соответствии со стандартом (ГОСТ 19440-94 «Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Часть 1. Метод с использованием воронки.

Часть 2. Метод волюмометра Скотта») с помощью прибора волюмометра, принцип действия которого основан на точном определении массы порошка, заполняющего мерную емкость. Волюмометр состоит из воронки с ситом и корпуса с несколькими наклонными стеклами, по которым порошок, пересыпаясь, падает в тигелек с измеренным объемом и весом.

Рис. 1 Прибор для определения максимальной насыпной плотности порошков
1-измерительный цилиндр; 2-шкала; 3-тумблер; 4-регулировочный винт; 5-контргайка

Объемная или Насыпная плотность зависит от размера, формы, влажности и плотности частиц гранул или порошка. По значению этого показателя можно прогнозировать и рассчитывать объем матричных каналов. Процедуру измерения насыпной плотности порошковой смеси или монопорошка проводят на специальном приборе (рис. 1).

Производят навеску массой 5,0 г порошка. Точность навески до 0,001 г. Далее засыпают навеску в мерный цилиндр. Устанавливают на приборе амплитуду колебаний (35-40 мм) при помощи регулировочного винта. Устанавливают отметку по шкале и фиксируют положение при помощи контргайки. Далее, с помощью трансформатора устанавливают частоту колебаний. Частота устанавливается в интервале от 100 до 120 кол/мин, по счетчику. После включения прибора тумблером оператор следит за отметкой, по которой установлен уровень порошка в цилиндре. Как правило, при работе прибора в течение 10 минут, уровень порошка или смеси становится постоянным, и прибор необходимо отключить.

Насыпную плотность рассчитывают по формуле:

где: ρн – насыпная плотность, кг/м3;

m – масса сыпучего материала, кг;

V – объем порошка в цилиндре после уплотнения, м

3.

В зависимости от насыпной плотности порошки классифицируют следующим образом:

ρн > 2000 кг/м3 – весьма тяжелые;

2000 > ρн > 1100 кг/м3 – тяжелые;

1100 > ρн > 600 кг/м3 – средние;

ρн < 600 кг/м3 – легкие.

Одним из приборов, на котором проводят измерение насыпной плотности (а также другие характеристики порошковой смеси или монопорошка), является прибор ВТ-1000.

Рис.2 Bettersize BT-1000. Прибор для определения насыпной плотности и других характеристик порошков

Анализатор ВТ-1000 (Рис. 2) используется для определения свойств различных сыпучих материалов, связанных с текучестью. Порошок или порошковые смеси, по определению, являются двухфазными системами. Свойства поверхности частиц порошковой смеси или монопорошка, так же как и их плотность, все эти параметры определяет его поведение в потоке и их сыпучесть. Правильное определение параметров сыпучести очень важно для расчетов процессов обработки порошка, его упаковки, транспортировки и хранения.

С помощью ВТ-1000 (Рис.3) возможно определить не только насыпную плотность, но и дисперсность, угол падения, угол естественного откоса, угол на плоской пластине и плотность утряски.

Из данных характеристик легко рассчитать угол разности, прессуемость, объем пустого пространства, сжимаемость, униформность. По характеристикам зафиксированным на приборе, можно рассчитать индекс Карра, что позволяет определить значения сыпучести и аэрируемости

Рис.3 Определение насыпной (объемной) плотности

(поведения порошка в аэродинамической струе).

Порошок засыпается в мерный цилиндр. Отношение занятого им объема к массе порошка является объемной или насыпной плотностью. Рис.3

Плотность — что это? | Химтраст

Плотность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади (поверхностная плотность).

Плотность ППУ при свободном вспенивании

Для пористых материалов существуют два вида плотности:

  • истинная плотность – плотность материала без учета пустот;
  • кажущаяся плотность — отношение массы материала ко всему занимаемому им объему.

Кажущаяся плотность ППУ – масса единицы объема материала, включая и объем закрытых пор.

Определение кажущейся плотности проводят через 20 мин после вспенивания на образцах, вырезанных из пенополиуретана, полученного при проведении технологической пробы:

  • для испытания вырезают три образца размерами (50,0 ± 0,5)×(50,0 ± 0,5)×(50,0 ± 0,5) мм из средней по высоте части пенополиуретана , при этом наличие технологической пленки не допускается. Допускается использование образцов цилиндрической формы.
  • образцы взвешивают и измеряют.

Кажущуюся плотность ППУ рассчитывают по формуле:

ρ = М/V *1000, где

М – масса образца, г;
V – объем образца, см3;
ρ – кажущаяся плотность ППУ, кг/м3.

При проведении технологической пробы оценивают структуру отвержденного ППУ путем визуального осмотра вертикального среза образца пенополиуретана не ранее, чем через 20 мин после вспенивания. Структура жёсткого ППУ – мелкоячеистая, неоднородная.

Плотность жидких компонентов – величина равная отношению массы к его объему. Плотность зависит от температуры, поэтому её измерения проводят при определенной температуре, которую обязательно указывают.

Плотность жидкостей измеряется на ареометрах, гидростатических весах, пикнометрах и выражается в граммах на кубический сантиметр (г/см3).

Введение понятия «средняя плотность» при изучении темы «Плотность» в 7-м классе

В курсе физики 7 класса мы при прохождении темы “ Механическое движение” вводим понятие средней скорости, и при определенном полученном навыке решения задач большинство учащихся с расчетами средней скорости справляются. (Только жаль, что часто при решении ребята сталкиваются с громоздким математическим решением, а они пока к этому не готовы)

Через несколько уроков мы приступаем к введению понятий массы и плотности.

На начальном уровне все основное по данному вопросу в любом учебнике-7 ,в принципе, сказано, но почему мы не оговариваем сразу такой важный закон, как закон сохранения массы? Он нам пригодится для введения понятия средней плотности!

Если растворить сахар в воде, то масса раствора строго равна массе сахара и воды.

При любом дроблении и при растворении масса остается одной и той же.

Формулировка закона: При любых изменениях изолированной системы тел или частиц масса этой системы остается неизменной и равна сумме масс составляющих ее частей.

Так как понятие изолированной системы мы пока не вводим, то можно закон сформулировать проще;

Масса тел до взаимодействия равна массе тел после взаимодействия,т. е. остается неизменной

Математическое выражение закона: m1 + m2 + . .. + mN =m /1 + m /2 + … + m /N

Границы и условия применимости закона можно пока не вводить

Приоритет в открытии закона сохранения массы вещества принадлежит российскому ученому Михаилу Васильевичу Ломоносову и французу Антуану Лавуазье (Antoine Laurent Lavoisier).

Закон был открыт и сформулирован ими независимо друг от друга на основе анализа многочисленных опытных данных.

В 1756 г. М.В.Ломоносов самостоятельно сформулировал философский принцип сохранения материи и движения: “…все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому…”.

Он считал этот закон одним из основных законов природы!

Примеры проявления закона в природе

  1. Явления диффузии
  2. Процессы растворения веществ.
  3. Дробление и разрушение тел.
  4. Глобальный круговорот вещества в биосфере, перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных давлениях и температурах, в течение веков и тысячелетий происходит в полном соответствии с законом сохранения массы. Эти же самые слова можно сказать об одном из самых грандиозных процессов – круговороте воды на поверхности земного шара.

Пример:

1) Если взять 1 кг манки, 2 кг гречки, 3 кг пшена и все крупы смешать, то получим массу строго 6 кг

mсм = mманки + mгречки + mпшена = 1 кг + 2 кг +3 кг = 6 кг

2) В пассажирский самолет перед началом рейса погрузили 300 кг продуктов. Изменилась ли масса авиалайнера после того, как в полете все продукты были съедены?

Так как заданий на закон сохранения массы в задачниках нет, то можно предложить ребятам дома самим поработать над их составлением. А из лучших работ составить сборник и вклеить в задачник, которым пользуемся на уроке. Я думаю, что многие ребята захотят в этом поучаствовать.

А теперь о понятии плотность.

При введении этой величины в учебниках почему-то не оговаривается, что речь идет о сплошных телах! И хотя в олимпиадных задачах и в некоторых сборниках предлагаются задачи на нахождение средней плотности (или задачи, связанные с этой величиной) на уроках мы о ней не говорим. А ведь несколько уроков назад было введено понятие средней скорости, так почему по аналогии не ввести понятие средней плотности?

Истинная плотность – отношение массы к объему в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот)

Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты.

Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала.

Интересно, что средняя плотность играет очень важное значение для человека. Его плавучесть зависит от средней плотности тканей его тела, плотности воды, вдоха и выдоха. Чем меньше средняя плотность тканей тела, тем лучше его плавучесть. При глубоком вдохе пловец, как правило, обладает положительной плавучестью, при полном выдохе – отрицательной, он тонет. Человек способен изменять свою среднюю плотность, регулируя количество воздуха в легких! При полном вдохе средняя плотность человеческого тела становится меньше плотности воды. При выдохе, когда тело теряет плавучесть, человеку приходится создавать подъемную силу движением рук. Получается, что умение плавать – это умение правильно дышать!

Когда вводится понятие выталкивающей силы, может ребятам будет понятнее, почему такие огромные, тяжелые корабли плавают, если поговорить опять о средней плотности корабля и воды! Или привести такой пример: Плотность стекла, из которого сделана бутылка, равна 2200 кг/ м3; плотность воды – 1000 кг/ м3. Следовательно, стекло пойдет ко дну. Но если стеклянная бутылка, наполненная воздухом, плотно закрыта пробкой, она будет плавать на поверхности воды. Масса стеклянной литровой бутылки примерно равна 0,5 кг; масса воздуха, заключенного в ней, — около 0,001 кг, а средняя плотность закупоренной бутылки с воздухом — 501 кг/ м3 (0,5001 кг / 0,001 м3), т.е. вдвое меньше плотности воды!

На уроке можно решить следующие задачи:

Какова плотность смеси глицерина и спирта, если объем спирта составляет половину объема смеси?

Как изменится ответ, если масса спирта составляет половину массы смеси?

Ответ: (900 кг/ м3)

Сплав золота и серебра массой 400г имеет плотность 1,4 · 104 кг/ м3. Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу золота в сплаве.

Ответ: (0,2 кг)

(Примеры данных задач взяты из сборника “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М, там же представлены их подробные решения)

Использованная литература:

  1. Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. – М.: Илекса, 2006.
  2. Детская энциклопедия, том 3 , издательство “Просвещение”, 1966
  3. С.Е.Каменецкий, В.П.Орехов “Методика решения задач по физике в средней школе” издательство “Просвещение”, 1986
  4. Г.С.Ландсберг “Элементарный учебник физики”, том 3, издательство “Физматлит”, 2000

Как определить плотность цемента: истинная и насыпная

Физические значения параметров строительных материалов, одним из которых является удельный вес, необходимы для правильного выбора пропорций при смешивании. Нередко приходится учитывать плотность цемента в процессе расчетов. Для этого обращаются к специализированным справочникам или спецлитературе.

Содержание

  1. Теоретические понятия
  2. Активные факторы воздействия
  3. Самостоятельное определение
  4. Влияние состава на значение
  5. Интересные нюансы

Теоретические понятия

Цемент в сухом виде является сыпучим мелкофракционным материалом. Фактически он представляет собой не однородную массу, а насыпь из микроскопических элементов, между которыми располагается воздух. Если рассматривать его фактуру под микроскопом, то станут заметны дискретные твердые кусочки, увеличенные во множество раз.

Схема состава цементов

Единого значения плотность сухого цемента не имеет. Принято два основных понятия, которые используют по отношению к данному строительному материалу. Ими являются:

  • истинная плотность цемента;
  • насыпная плотность цемента.

Чтобы засчитать значение удельного веса берут отношение массы (кг) к объему (куб.м). Разделив один параметр на другой, получим необходимый результат. В первом случае в расчете принимает участие объем исключительно выбранного сырья (только крупинки строительного материала без учета воздуха между ними). Истинная плотность цемента – это физическая величина, которая участвует в школьных справочниках или научной литературе. При замерах вещество представляет собой монолит.

Насыпная плотность цемента важна для строителей. Объем минерального порошка берется с учетом пустот, имеющихся между частичками. Даже при теоретическом разборе очевидно, что у одного и того же материала, например, у марки М200 цифровые значения будут различными. Ведь в пространстве насыпь всегда будет занимать больше места, чем цельный монолит. Соответственно ее численное значение будет ниже.

Воздух составляет более половины объема в любой массе – порошкообразной, гранулированной и кусковой

Также на занимаемое место в пространстве влияет наличие статического электричества. В процессе соприкосновения между собой микрочастицы сыпучих материалов наэлектризовываются.

Трущиеся сухие частицы цемента получают постепенно статический одноименный заряд, что по законам физики вынуждает их отталкиваться друг от друга.

Во время пересыпания/ссыпания заряд постепенно повышается. Это способствует небольшому увеличению объема материала.

Наименьшее значение плотности имеет приготовленный только что портландцемент. Также сопоставимые параметры присутствуют у сыпучего вещества, которое недавно выгрузили при помощи автопродувки из автомобильной цистерны.

В период транспортировки происходит утряска материала за счет вибрации, что способствует уплотнению. Частицы находят положение, при котором максимально заполняются пустоты. Насыпной параметр плотности увеличивается. Это же происходит и во время длительного хранения. Статический заряд уходит и масса «слеживается», уплотняясь и занимая меньше места.

ВИДЕО: Определение истинной плотности материала

Активные факторы воздействия

В отличие от истинного значения насыпной параметр является не постоянной константой, а переменным значением. Это актуально как для плотности цемента М 400, так и для иных марок. Вариабельность обычно находится в пределах 1100-1600 кг/куб.м.

На параметр оказывают влияние различные факторы:

  • Марка строительного материала. Исходя из этого, плотность цемента М 500 будет выше, чем у «четырехсотого».
  • Производственная технология. В зависимости от способа изготовления микрочастицы имеют разнообразную форму и геометрические параметры. Фактор напрямую влияет на то, сколько места в пространстве будет занимать сыпучее вещество в итоге.
  • Химическая формула. Плотность цемента М 500 в чистом виде без различных гидрофобных присадок или глиноземных соединений будет значительно отличаться.
  • Условия и способ хранения. Герметичная упаковка способствует сохранению характеристик материала в течение длительного срока.
  • Давность изготовления. Плотность цемента М 400, который произведен недавно, будет существенно выше, чем у того, который выпущен достаточно давно и успел слежаться в плотную структуру.

Примером определения параметров для «пятисотой» марки служит таблица.

Истинное значение, которое указано в справочниках, составляет 3100 кг/куб.м. Оно принимается в большинстве случаев для проведения химических или физических опытов.

Свежий насыпной состав приравнивают к 1100-1300 кг/куб.м. Для более слежавшихся масс принимают цифру из интервала 1500-1600 кг/куб.м.

Воспользоваться физическими характеристиками «четырехсотой» марки можно из приведенной таблицы.

В большинстве случаев на предприятиях, использующих в своих производственных процессах цемент в виде насыпи, в расчетах используется параметр 1300 кг/куб.м. Маркой или присадками, добавляемыми в состав, часто пренебрегают.

Самостоятельное определение

Для проведения опыта потребуется тарированная емкость, помогающая определить объем сыпучего вещества. В нее насыпаем через мерную воронку ровно 1 кг исследуемой марки цемента.

Переводим значение объема в куб.м. Делим 1 кг на полученный объем в куб.м. В результате опыта определим текущую плотность. Если нет под рукой тарированной емкости, то вычисляем объем самостоятельно. Для этого определяем площадь тары в квадратных метрах и умножаем на высоту насыпи в мерах. Главное разровнять поверхность порошкообразного средства, чтобы минимизировать погрешность. Рекомендуется проводить округления после всех вычислений для повышения точности результата.

ВИДЕО: Определение насыпной плотности материала

Влияние состава на значение

Разные сорта цементов отличаются по своему химическому составу, что отражается на итоговой массе партии. В состав входят оксидные соединения:

  • кальциевые;
  • кремниевые;
  • алюминиевые;
  • железные и пр.

Единая формула у вещества отсутствует. Процентный состав каждого из оксидов оказывает непосредственное влияние на физико-химические характеристики продукта.

Востребованным значение плотности является для нескольких популярных групп:

  • глиноземный класс;
  • шлаковая группа;
  • портландцемент;
  • пуццолановая группа.

Глиноземы относятся к быстродействующим вяжущим материалам. Состав имеет разнообразные включения, оказывающие влияние на эксплуатационные характеристики в целом. Востребованными являются марки от ГЦ40 до ГЦ60. Разница между ними заключается в скорости затвердевания.

Глинозем

Насыпной удельный вес для глиноземистых марок в отличие от портландцемента ниже и составляет 950-1150 кг/куб.м. Истинное значение не превышает 3100 кг/куб.м.

На массу портландцемента влияет химический состав, в котором преобладают силикаты. Их процентное содержание зависит от марки материала. В некоторых случаях оксиды кремния составляют до 80% от общего состава. Данный тип продукта является наиболее востребованным на всех континентах мира. Популярные марки его имеют удельный вес до 1300 кг/куб.м.

Шлаковая группа насыщена активными минеральными добавками из гранулированных доменных шлаков. Это позволяет самостоятельно быстро твердеть веществу. Обогащение сульфатно-шлаковыми компонентами снижает удельный вес. Он составляет для группы в насыпном значении 1000-1250 кг/куб.м.

Цемент со шлаком

Плотность пуцолланового цемента составляет 800-1000 кг/куб.м. Это значение он имеет в рыхлом состоянии. Для слежавшейся массы параметр будет в пределах 1200-1600 кг/куб.м.

Пуццолановый цемент

Интересные нюансы

В зависимости от времени, прошедшего от производства до использования цемента в растворах показатель его плотности постоянно изменяется. Если речь идет о свежем продукте, то она составляет порядка 1100-1200 кг/куб.м, у слежавшегося – доходит до 1600 кг/куб.м. Средний показатель при соблюдении норм хранения — 1300 кг/куб.м в течение первых двух лет с момент производства.

Истинная плотность, как было сказано, ранее более чем в 2 раза выше – у того же самого продукта при правильном хранении она составляет 3200 кг/куб.м.

Этот парадокс разницы в показателях объясняется присутствием воздуха между частицами. Даже в слежавшейся сухой массе он (воздух) составляет более половины объема. Это касается не только насыпной, но и гранулированной, и кусковой массы.

Если истинный показатель – понятие теоретической, то насыпной – чистая практика. Именно его принимают во внимание, когда определяют количество компонентов при подготовке бетонных растворов. Так, например, если зерно крупное, оно займет весь объем, а пространство между ними заполнится песком. Сочетание разных размеров позволяет добиваться максимально плотной структуры и, соответственно, наиболее мощных показателей. Именно по такому принципу делают фундаменты, дороги и другие конструкции, на которые приходится высокая нагрузка.

Освоение теории в вопросах плотности и расчета показателей позволяет даже несведущему человеку правильно определять состав бетонной смеси и соотношение компонентов для определенных видов работ.

ВИДЕО: Как понять – хороший цемент или плохой