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| Zitto! | Parla! |
Il ferro e l'acciaio
| data di oggi: |
Il ferro è uno dei materiali
fondamentali per la nostra società civile; esso fa parte di molti oggetti di
uso comune,
come l'automobile,
la lavatrice, la lavastoviglie, il frigorifero, il ferro da stiro. Il ferro
viene utilizzato in tutte le costruzioni in cemento armato, che è appunto
l'insieme del cemento più il ferro; nelle rotaie dei treni, nelle ferrovie.
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forbici in ferro |
Con il ferro si costruiscono le forbici, le tenaglie, le cesoie.
Il ferro viene utilizzato per costruire le navi e i ponti;
viene utilizzato per le tubature del gas,
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ponte in ferro |
dell'acqua, degli oleodotti, cioè le tubature che trasportano il petrolio.
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ferro |
Il ferro lo riconosciamo subito guardando la sua superficie esterna e prendendolo per le mani; sentiamo il suo caratteristico odore di ruggine e la sua pesantezza. Il ferro ha la superficie lucida e porosa e si ricopre facilmente di uno strato superficiale di colore rosso, che si chiama appunto ruggine; la ruggine è, quindi, il ferro che a contatto con l'aria e con l'acqua si è rovinato, cioè si è arrugginito.
Il ferro puro non si usa quasi mai, proprio perché si arrugginisce. Di solito si usa mischiarlo ad altre sostanze in modo da migliorare le sue caratteristiche;
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acciaio |
se lo mischiamo con una certa parte di carbonio possiamo ottenere l'acciaio; l'acciaio è, quindi, il ferro mischiato con una piccola parte di carbonio.
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ferro al silicio |
Nei motori elettrici si usa mischiarlo con il silicio, ottenendo il ferro al silicio. Se mischiamo il ferro con molto carbonio otteniamo la ghisa; la ghisa è un ferro poco costoso e molto pesante;
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radiatore in ghisa |
con la ghisa si costruiscono anche i radiatori del riscaldamento delle nostre case.
Il ferro non esiste in natura già pronto; cioè non è che scaviamo sotto terra e troviamo il materiale ferro già pronto per l'uso; ma se scaviamo sotto terra troviamo delle sostanze che sono dette minerali, cioè delle sostanze in cui vi sono molti componenti mischiati con il ferro.
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ematite: un minerale contente il ferro |
In natura esiste per esempio l'ematite, che è un minerale contenente il ferro. In natura esiste anche la magnetite, che è un minerale contenente il ferro, ma è magnetizzata, cioè è in grado di attrarre altri pezzettini di ferro.
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magnetite |
Il ferro infatti viene attirato dai magneti, detti anche calamite.
Il ferro sotto forma di minerale non può essere utilizzato, quindi non è ancora un materiale; per diventare materiale da utilizzare occorre fonderlo in particolari forni, che lo riscaldano fino a portarlo alla forma liquida, cioè alla fusione; occorre depurarlo dalle sostanze diverse dal ferro, in modo che diventi quasi puro.
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forno elettrico detto ferrolega |
I forni in cui si riscalda il ferro vengono detti anche altiforni, se estraggono il ferro dai minerali; oppure ferroleghe se la fusione del ferro avviene insieme ad altri rottami; le ferroleghe sono dei miscugli di ferro con altri metalli e altri componenti, in modo da conferire al ferro le particolari caratteristiche che ci servono.
Caratteristiche del ferro
Il ferro ha delle proprietà caratteristiche che lo rendono insostituibile.
Infiammabilità
Infiammabilità è la proprietà di un materiale di prendere fuoco facilmente; il legno è facilmente infiammabile; infatti, se costruissimo una casa in legno e accendessimo un caminetto in legno, tutta la casa prenderebbe fuoco. Il ferro, invece, non prende fuoco nelle condizioni di vita normali; cioè se prendiamo un attrezzo in ferro e lo mettiamo sulla fiamma del gas della cucina o sul fuoco del caminetto, il ferro non si incendia, come il legno, ma resiste molto bene, anche se imbrunisce un poco. Tuttavia mantiene la sua forma e le sue proprietà meccaniche. Il ferro non è infiammabile.
Resistenza meccanica.
Il ferro ha delle ottime proprietà meccaniche. Il ferro resiste alla compressione, cioè alla forza che cerca di farlo rimpicciolire e abbassare. Il ferro resiste molto bene alla trazione, cioè se tiriamo un filo di ferro da una parte e dell'altra il filo di ferro resiste molto bene; occorre, infatti, applicare una forza di diverse migliaia di chili, per poterlo rompere; il ferro lo si utilizza nelle funi dell'ascensore e dei montacarichi, proprio perché ha una ottima resistenza alla trazione.
Duttilità
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filo di ferro |
Duttilità è la proprietà dei materiali di essere facilmente ridotti in fili sottili, se sottoposti a trazione. Infatti se prendiamo un filo di ferro e lo tiriamo fortemente dai due lati con delle enormi forze, notiamo che il filo di ferro non si spezza;
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| tondini in acciaio |
inoltre notiamo che diventa più lungo e più sottile, senza perdere le proprie caratteristiche meccaniche; quindi, partendo da un filo grosso, mediante tiraggio, riusciamo ad ottenere dei fili sottili di ferro; si dice che il ferro è duttile, cioè lo possiamo ridurre il fili sottili. Il filo molto grosso è detto tondino.
Se confrontiamo il legno con il ferro notiamo che il legno non è duttile; se cioè tiriamo un pezzo di legno con due forze elevate, il legno non si spezza, ma non si allunga; quindi, il legno non solo non resiste bene a trazione, ma non è neanche duttile.
Malleabilità
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lamina |
La malleabilità è la proprietà di essere ridotti in lamine sottili. Se guardiamo un foglio di stagnola notiamo che il foglio è molto sottile, molto largo, molto lungo.
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| Stagnola o foglio di alluminio |
Cioè ha la forma di una lamina. La stagnola è composto da alluminio che è stato stirato fortemente fino a ridurlo ad una lamina sottile. Il ferro non può essere ridotto a lamine sottili come l'alluminio o lo stagno; tuttavia può essere ridotto a lamine abbastanza sottili, dette lamiere. La lamiera è una lamina sottile, ma non troppo.
Pesantezza
Il ferro è molto pesante. Un dm3 di ferro pesa all'incirca 8 kg. Il fatto della pesantezza è positivo quando usiamo il ferro per strutture molto grandi. Se confrontiamo una casa costruita interamente in legno ed una casa costruita interamente in ferro, possiamo notare, che mentre una casa in legno è leggera e viene con facilità asportata e portata via da un forte vento;
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l'acciaio pesa di più della plastica |
una casa in ferro è molto pesante, per cui resiste molto bene ai forti venti, sia ai venti delle nostre regioni, che sono moderati, cioè raggiungono velocità massime di 100 km/h; ma il ferro resiste molto bene ai venti di altre regioni come le americhe e i venti tropicali, dove si raggiungono velocità elevate del vento, superiori ai 300 km/h.
Il ferro, ci consente, quindi di costruire delle case molto elevate in altezza, come i grattacieli e i palazzi a molti piani.
La proprietà del ferro di essere duttile lo rende adatto per essere usato nel cemento armato.
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cemento armato con ferro |
Il cemento armato è costituito da pietre piccole, dette ghiaia; da pietre piccolissime, dette sabbia; da cemento, che è un colla in polvere, che mescolata con acqua si scioglie e poi, quando asciuga, indurisce diventando resistente come una roccia. La roccia, tuttavia, resiste bene a compressione, cioè riesce a mantenere pesi molto elevati senza schiacciarsi; ma la roccia, come tutte le pietre, non resiste bene a trazione; infatti se proviamo a stirare una roccia essa si rompe subito. Mischiando il ferro con la roccia, cioè mettendo dei fili ferro molto lunghi dentro il cemento, otteniamo il cemento armato, cioè il cemento con i fili di ferro dentro. Il cemento armato resiste molto bene a trazione, cioè lo possiamo tirare molto, in quanto all'interno ha il ferro che resiste fortemente alla trazione. Il cemento armato lo possiamo comprimere molto, in quanto contiene il cemento mischiato alla ghiaia e alla sabbia; cioè il cemento resiste molto bene anche a compressione. Per cui di solito le nostre case sono costruite in cemento armato, cioè in cemento con fili di ferro interni.
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Gabbia in ferro |
Il cemento armato è molto pesante, per cui resiste ai venti molto forti; il cemento armato non è infiammabile, in quanto resiste bene al fuoco. Quindi viene preferito nella costruzione delle nostre case in quanto costa di meno delle case costruite tutte in ferro.
prof. Pietro De Paolis
Esercitazione di laboratorio: montaggio gabbia in ferro per calcestruzzo armato
Esercitazione di laboratorio: montaggio di una travatura reticolare in ferro
Tecnologia per la scuola media
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