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  • La densità della ghisa dipende dalla temperatura ma, soprattutto, dalla sua composizione. A temperatura ambiente (20 °C) la densità della ghisa è compresa tra 6800 kg/m3 e 7800 kg/m3

    Densita' ghisa (a 20 °C) → tra 6800 (kg)/(m^3) e 7800 (kg)/(m^3)

    La ghisa è una lega ferrosa molto resistente alla compressione e alla corrosione, e rispetto ad altre leghe ha una bassa temperatura di fusione (circa 1150 °C). Per questo motivo può essere modellata con relativa semplicità in qualsiasi forma, e quindi permette la realizzazione di pezzi con forme anche molto complesse, come caloriferi, monoblocchi dei motori automobilistici, ruote dentate e raccordi idraulici.

    La ghisa è costituita principalmente da ferro e carbonio, ma per accentuarne o mitigarne alcune caratteristiche vengono aggiunti cromo, fosforo, manganese e silicio, in percentuali differenti a seconda degli scopi, per cui è impossibile fornire un valore esatto per la densità della ghisa.

    In mancanza di indicazioni specifiche si può usare come valore di densità della ghisa 7300 kg/m3, ottenuto come media aritmetica tra il valore massimo e quello minimo.

    Densita' ghisa = 7300 (kg)/(m^3) (Valore medio a 20 °C)

    Densità della ghisa in g/cm3 e in kg/dm3

    L'unità di misura di riferimento della densità nel Sistema Internazionale è il kg/m3, dunque solitamente si preferisce esprimere la densità dei materiali con questa unità di misura.

    Nonostante ciò a volte potrebbero servirci i valori della densità in grammi al centimetro cubo (g/cm3) oppure in chilogrammi al decimetro cubo (kg/dm3). Vediamo quali sono e come calcolarli nel caso della ghisa.

    • Il valore medio della densità della ghisa in grammi al centimetro cubo è di 7,3 g/cm3

    Densita' ghisa = 7,3 (g)/(cm^3) (Valore medio a 20 °C)

    • Il valore medio della densità della ghisa in chilogrammi al decimetro cubo è di 7,3 kg/dm3

    Densita' ghisa = 7,3 (kg)/(dm^3) (Valore medio a 20 °C)

    I precedenti valori si ottengono dividendo per 1000, o equivalentemente moltiplicando per 0,001, la densità della ghisa espressa in kg/m3, infatti se applichiamo il solito metodo per svolgere le equivalenze ricaviamo:

     1 (kg)/(m^3) = (10^3 g)/(10^6 cm^3) = (1)/(1000) (g)/(cm^3) = 0,001 (g)/(cm^3) ; 1 (kg)/(m^3) = (1 kg)/(1000 dm^3) = (1)/(1000) (kg)/(dm^3) = 0,001 (kg)/(dm^3)

    Densità della ghisa e temperatura

    La densità della ghisa diminuisce all'aumentare della temperatura e, viceversa, aumenta al diminuire della temperatura.

    Per capirne il motivo ricordiamo che la densità di un corpo rigido e omogeneo è definita come il rapporto tra massa e volume. Se indichiamo la densità con ρ, la massa con M e il volume con V, vale la formula

    ρ = (M)/(V)

    La densità è una proprietà intensiva della materia, cioè non dipende dalle dimensioni del campione ma solo dalla sua natura e dalle condizioni in cui si trova. In particolare il fattore che incide maggiormente sulla densità di un materiale allo stato solido (oppure allo stato liquido) è la temperatura.

    Ciò avviene perché una variazione della temperatura induce una variazione del volume, dovuta al fenomeno fisico della dilatazione volumica. Nello specifico, a parità di massa:

    - all'aumentare della temperatura il volume aumenta, e quindi la densità diminuisce;

    - al diminuire della temperatura anche il volume diminuisce, e di conseguenza la densità aumenta.

    Vediamo come calcolare la densità della ghisa in corrispondenza di un qualsiasi valore di temperatura, prendendo come riferimento il valore medio della densità della ghisa a 20 °C.

    Indichiamo con:

    ρ_(20) il valore medio della densità della ghisa a 20 °C,

    ρ_T la densità della ghisa alla temperatura T,

    Δ T = (T-20) °C la variazione di temperatura.

    La densità della ghisa alla temperatura T è data da

    ρ_T = ρ_(20)·(1)/(1+kΔ T)

    dove k è il coefficiente di dilatazione volumica della ghisa, pari a 0,0000321 °C-1

    k = 0,0000321 °C^(-1) = 3,21×10^(-5) °C^(-1)

    Facciamo un esempio e calcoliamo il valore medio della densità della ghisa a 0 °C.

    La densità media della ghisa a 20 °C è di 7300 kg/m3, pertanto

    ρ_(20) = 7300 (kg)/(m^3)

    La temperatura T è pari a 0 °C

    T = 0 °C

    dunque la variazione di temperatura è di -20 °C

    Δ T = (T-20) °C = (0-20) °C = -20 °C

    Sostituiamo nella formula sul calcolo della densità in funzione della temperatura:

     ρ_(0) = (7300 (kg)/(m^3))·(1)/(1+[(3,21×10^(-5) °C^(-1))·(-20 °C)]) = (7300 (kg)/(m^3))·(1)/(1+(-6,42×10^(-4))) = (7300 (kg)/(m^3))·(1)/(0,999358) ≃ ; ≃ 7304,7 (kg)/(m^3)

    In definitiva la densità media della ghisa a 0 °C vale circa 7304,7 kg/m3, ed è maggiore rispetto alla densità media a 20 °C di circa 4,7 kg/m3.

    Densità e peso specifico della ghisa

    Spesso, per venire incontro a chi non ha le giuste conoscenze di Fisica e soprattutto a chi non conosce la differenza tra massa e peso, si esprime il peso specifico di un materiale con le stesse unità di misura usate per la densità, ossia il kg/m3, il g/cm3 e il kg/dm3.

    L'inevitabile conseguenza è confondere il peso specifico con la densità, ma è sempre bene ricordare che sono concetti distinti, seppur correlati. Se vuoi saperne di più, ne abbiamo parlato:

    - nell'approfondimento sulla differenza tra densità e peso specifico;

    - nella pagina sul peso specifico della ghisa.

    Risposta di Galois
 
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