چگالی آهن

آهن یک عنصر شیمیایی با نماد Fe (لاتین: ferrum) و عدد اتمی 36 است. فلزی است که متعلق به اولین سری انتقال و گروه 8 جدول تناوبی است. این عنصر چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین است. جهت آشنایی با مفهوم چگالی آهن با ما همراه باشید.

آشنایی با مفهوم چگالی

چگالی در واقع یکی از ویژگی های و خصوصیات اصلی یک ماده محسوب می شود که به زبان ساده میزان استحکام آن ماده را از طریق فرمول مخصوص آن محاسبه می کند.

معادل چگالی در زبان انگلیسی Density است و تلفظ صحیح آن دانسیته می باشد. بر طبق تعاریف علمی ارائه شده، چگالی یک ماده برابر است با نسبت جرم به حجم یک ماده. در بحث چگالی، آب به عنوان یک مرجع بسیار مهم برای مقایسه میزان چگالی دیگر ماده ها به کار می رود. بطور مثال اینگونه بیان می شود که روغن از آب سبک تر است پس در این حالت می گوییم که چگالی روغن از آب کمتر است.

فرمول چگالی برابر با نسبت جرم بر حجم یک ماده است. در حقیقت داریم:

$$\rho =\frac{\mathrm{m/}}{V}$$

آشنایی با فلز آهن

در تعریف آهن اینگونه عنوان می شود که، آهن ماده ای انعطاف پذیر و چکش خوار است و این فلز بطور طبیعی به رنگ سفید نقره ای و مایل به خاکستری رویت می شود. دمای ذوب این ماده 1538 درجه سانتیگراد است. همچنین می توان گفت که آهن یکی از سه عنصر مغناطیسی طبیعی است و دو عنصر دیگر مغناسیطی در طبیعت، نیکل و کبالت هستند.

نماد شیمیایی آهن Fe است. آهن به عنوان یک فلز بسیار فعال شناخته می شود و بطور معمول در هوای مرطوب با اکسیژن ترکیب می شود. محصول این واکنش موجب پدید آمدن اکسید آهن (Fe2O3) می شود که به زنگ زدگی معروف است.

آهن دارای سطحی صاف و براق به رنگ نقره‌ای قبل از اکسید شدن است. اما فلز آهن بعد از زنگ زدن و واکنش با اکسیژن و رطوبت، رنگ قرمز یا قهوه‌ای را پیدا می‌کنند. به دلیل این که آهن به سرعت با هوا و رطوبت واکنش می‌دهد، به صورت خالص از آن در صنایع گوناگون استفاده نمی‌کنند و باید اکسیژن به وسیله کاهش شیمیایی از بین رود.

روش محاسبه وزن مخصوص آهن

برای محاسبه وزن دقیق انواع فلزات ابتدا باید تمامی اندازه های آن نظیر طول، عرض و ضخامت را به دست آورد. سپس چگالی هر ورق آهنی را مطابق با جدول استاندارد آن در اندازه های به دست آمده ضرب می‌کنیم. به فرض اگر ضخامت یک متر مربع ورق آهنی گالوانیزه 1 میلی متر باشد، آن را در چگالی 7.86 (چگالی مخصوص ورق گالوانیزه) ضرب می‌کنیم.

1 * 1 * 1 * 7.86 = 7.86 کیلوگرم

توجه داشته باشید که هر ورق آهنی دارای یک چگالی منحصر به فرد بوده و برای محاسبه وزن حتما باید از عدد دقیق آن مطلع باشیم. در غیر این صورت در محاسبه نهایی دچار مشکل خواهیم شد. چگالی برخی از فلزهای پرکاربرد عبارتند از:

• چگالی آلومینیوم: 2.7
• چگالی استیل: 7.84
• چگالی آهن ساده: 7.86

چگالی آهن چقدر است؟

دانسیته یا چگالی به نسبت جرم به حجم گفته می‌شود که برای محاسبه جرم جسم از ترازو استفاده کرده و واحد آن کیلوگرم (kg) است و حجم جسم نیز میزان فضاییست که جسم اشغال می‌کند. عنصر آهن 5 درصد از پوسته زمین را تشکیل داده و در حوزه‌های مختلف مانند: ساختمان‌سازی، خوردوسازی و … کاربرد دارد. بدون شک برای استفاده از آهن در صنایع گوناگون، اطلاع از جرم حجمی یا دانسیته آهن مهم می‌باشد.

شما برای محاسبه چگالی هر جسمی می‌توانید جرم را بر حجم جسم تقسیم کنید. که برای به دست آوردن جرم حجمی آهن می‌توانید از این فرمول استفاده کنید. واحد چگالی اهن، کیلوگرم بر متر مکعب بوده که دانسیته آهن برابر با 7860 کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد یعنی یک مکعب یک متری از آهن، برابر با وزن 7860 کیلوگرم بود که بیش از 17000 پوند یا 9 تن است.

فرمول محاسبه چگالی در حالت کلی به صورت زیر است:

Density (ρ) = mass (m)/Volume (V)

در رابطه بالا، m برابر با مقدار جرم ماده به کیلوگرم و یا گرم است. V نیز حجم ماده را بر حسب مترمکعب یا سانتی متر مکعب مشخص می کند. نسبت m به V نیز همان چگالی یا دانسیته است که واحد آن در حالت SI، کیلوگرم بر مترمکعب یا گرم بر سانتی متر مکعب است و در حالت امپریال (انگلیسی) نیز، به صورت پوند بر اینچ مکعب یا پوند بر فوت مکعب نشان داده می شود.

نحوه محاسبه چگالی آهن با آلیاژ

آلیاژ در تعریف کلی به معنای فلزی است که از ترکیب دو یا چندین فلز دیگر به وجود آمده است. فولاد به عنوان یکی از مهمترین آلیاژ های دنیای امروز می باشد که در نتیجه ترکیب آهن و کربن، حاصل می شود. دلیل اهمیت آلیاژ ها به علت میزان استحکام حاصل از این ترکیب ها می باشد. یعنی بطور مثال فولاد دارای استحکام بالاتری نسبت به خود آهن می باشد. بطور کلی چگالی فولاد معمولا بین 7750 تا 8050 کیلوگرم بر متر مکعب محاسبه می شود.

استفاده از ابزارهای مهندسی برای محاسبه وزن مخصوص آهن

خوشبختانه با پیشرفت تکنولوژی ابزارهایی طراحی شده‌اند که چگالی مهمترین ورق های آهنی را به صورت پیشفرض در حافظه خود داشته و تنها با فشردن دکمه مخصوص هر آهن، وزن آن محاسبه می‌شود. استفاده از این ابزارها در بسیاری از شرکت های تولید آهن رایج بوده و قیمت آن نیز نسبت به کارایی هایی که دارند بسیار مقرون به صرفه است.
همچنین نرم افزارهای کامپیوتری نیز وجود دارند که خیلی ساده مانند ماشین حساب، وزن ورق های آهنی را محاسبه می‌کنند.

چگالی فولاد چه قدر است؟

به این دلیل که فولاد با آهن که یک فلز خالص است تفاوت دارد، چگالی آن نیز متفاوت از آهن است. برای درک تفاوت میان این دو، می‌توانید مقاله تفاوت آهن و فولاد را مطالعه کنید. فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که مقدار کربن بین 0.002 تا 2.1 درصد در ترکیب شیمیایی آن متغییر است. این تفاوت در میزان کربن، سبب تمایز در انواع فولادها می شود و این چنین فولادها به دسته های مختلفی تقسیم می شوند و چگالی های متفاوتی نیز دارند.

در حالت کلی، چگالی فولاد در حدود 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب است. این مقدار را می توان با تقریب نسبتا خوبی برای تمام انواع فولادها به کار برد. اما اگر بخواهیم بسیار دقیق کار کنیم، بهتر است که از دانسیته فولاد متناسب با نوع آن استفاده کنیم.

چگالی آهن بیشتر است یا فولاد

مهمترین و پرکاربردی ترین آلیاژ آهن، فولاد یا به عبارتی پولاد است. ترکیب شیمیایی آهن با کربن موجب تشکیل فلز پر مصرف فولاد شده است. استفاده از این فلز نه تنها در  دنیای امروزی و مدرن بلکه در گذشته هم رایج بوده و از آن برای ساخت ابزارهای جنگی نیز استفاده می شده. تولید این فلز پر کاربرد از قرن 14 میلادی به بعد در کشور ما رایج شده و در طول زمان دچار پیشرفت ها و تغییرات بسیار زیادی شده است.

فولاد با اضافه کردن حدود 0.2 تا 1.5% کربن به آهن خام فولاد به دست می آید. همچنین فولاد بسیار سخت تر و قویتر از آهن است و همچنین قابلیت شکل پذیری بیشتری دارد. فولاد حداکثر می تواند حدود 2.1 درصد کربن داشته باشد. فولاد ملایم یکی از متداول ترین مصالح ساختمانی است. بسیار قوی است و می توان آن را از مواد طبیعی به راحتی در دسترس ساخت و به دلیل محتوای کربن نسبتا کم آن به فولاد ملایم معروف است.
این آلیاژ هیچ جای کره زمین به طور طبیعی وجود ندارد. چگالی فولاد بر اساس ترکیبات آلیاژی متفاوت است، اما معمولا بین 7750 تا 8050 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر می باشد. بنابراین فولاد ممکن است کمی بیشتر یا کمتر از آهن چگالی داشته باشد بسته به اینکه چه مواد دیگری با آن آلیاژ شده است.

جمع بندی پایانی

در این مقاله روش محاسبه چگالی آهن را توضیح دادیم که نسبت جرم به حجم این جسم است که این عدد برابر 7860 است یعنی 7860 کیلوگرم آهن در هر متر مربع چگالی آهن است. چگالی انواع فلزات مانند: ورق گالوانیزه، روغنی، سیاه، آجدار، استیل و غیره نیز همانند چگالی آهن است. جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در آهنک تماس بگیرید.