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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

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ ghisa} \ (\mbox{a } 20 \ ^{\circ}\mbox{C}) \ \to \ \mbox{tra } 6800 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} \mbox{ e } 7800 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{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.

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ ghisa} = 7300 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} \ (\mbox{Valore medio a 20 }^{\circ}\mbox{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

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ ghisa} = 7,3 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3} \ (\mbox{Valore medio a 20 }^{\circ}\mbox{C})

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

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ ghisa} = 7,3 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3} \ (\mbox{Valore medio a 20 }^{\circ}\mbox{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 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \frac{10^3 \mbox{ g}}{10^6 \mbox{ cm}^3} = \frac{1}{1000} \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3} = 0,001 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3} \\ \\ \\ 1 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \frac{1 \mbox{ kg}}{1000 \mbox{ dm}^3} = \frac{1}{1000} \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3} = 0,001 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{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 \rho, la massa con M e il volume con V, vale la formula

    \rho=\frac{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:

    \rho_{20} il valore medio della densità della ghisa a 20 °C,

    \rho_T la densità della ghisa alla temperatura T,

    \Delta T = (T-20) \ ^{\circ}\mbox{C} la variazione di temperatura.

    La densità della ghisa alla temperatura T è data da

    \rho_T = \rho_{20} \cdot \frac{1}{1+k\Delta T}

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

    k=0,0000321 \ ^{\circ}\mbox{C}^{-1} = 3,21 \times 10^{-5} \ ^{\circ}\mbox{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

    \rho_{20} = 7300 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}

    La temperatura T è pari a 0 °C

    T= 0 \ ^{\circ}\mbox{C}

    dunque la variazione di temperatura è di -20 °C

    \Delta T = (T-20) \ ^{\circ}\mbox{C} = (0-20)\ ^{\circ}\mbox{C} = -20 \ ^{\circ}\mbox{C}

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

    \\ \rho_{0} = \left(7300 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{1+\left[\left(3,21 \times 10^{-5} \ ^{\circ}\mbox{C}^{-1} \right) \cdot \left(-20 \ ^{\circ}\mbox{C}\right)\right]}= \\ \\ \\ = \left(7300 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{1+\left(-6,42 \times 10^{-4}\right)}= \\ \\ \\ =\left(7300 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{0,999358}\simeq \\ \\ \\ \simeq 7304,7 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{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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