Densità ghisa

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

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.

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

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

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:

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 , la massa con e il volume con , vale la formula

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:

• il valore medio della densità della ghisa a 20 °C,

• la densità della ghisa alla temperatura ,

• la variazione di temperatura.

La densità della ghisa alla temperatura è data da

dove è il coefficiente di dilatazione volumica della ghisa, pari a 0,0000321 °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

La temperatura è pari a 0 °C

dunque la variazione di temperatura è di -20 °C

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

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.