¿Existen propiedades físicas que permitan diferenciar el acero inoxidable del cobre en un entorno doméstico?

Question

La historia es que compré una pajita reutilizable de color cobre, pero anunciada como de acero inoxidable. Eso me hizo pensar si podía estar seguro de que era una cosa u otra sin tener acceso a un laboratorio.

Vi esta respuesta que menciona que la conductividad del acero es mucho menor, pero no creo que mi voltímetro pueda realmente medir algo tan pequeño. El otro efecto que conozco sería el efecto Hall (bonito porque es un tubo, así que es fácil de demostrar), pero no he sido capaz de encontrar cuál es el comportamiento predicho para un tubo de acero.

Mi pregunta es entonces: ¿hay alguna manera de diferenciar el cobre del acero inoxidable?

Answer 1

Aproveche la gran diferencia de conductividad térmica entre el cobre y el acero inoxidable ( aproximadamente $400$ y $16$ $\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$ respectivamente). Si se pone en contacto un extremo de una varilla metálica con algo que se mantiene a una temperatura alta o baja constante $T_C$ se esperaría que el otro extremo se acerque asintóticamente a esa temperatura como:

$$ T(t) \sim T_C + A e^{-\lambda t} $$

donde

$$ \lambda = \frac{k}{\rho c_p L^2} $$

donde $k$ es la conductividad térmica, $\rho$ es la densidad de masa, $c_p$ es la capacidad calorífica específica y $L$ es la longitud de la varilla metálica.

Suponiendo que la paja sea aproximadamente $0.1$ m de largo, debería obtener $\lambda$ de aproximadamente $0.011$ $\mathrm{s^{-1}}$ para el cobre y aproximadamente $0.0004$ $\mathrm{s^{-1}}$ para acero inoxidable.

Un experimento sencillo consistiría en poner un extremo de la pajita en contacto con un recipiente de agua helada, o tal vez con una olla de agua hirviendo, mientras mides y registras cuidadosamente la temperatura en el otro extremo en función del tiempo. (Si la pajita es más larga que $0.1$ m, sumerge la longitud sobrante de la pajita en el agua). Lo mejor sería que tuvieras algún tipo de termómetro digital que te permita registrar datos, pero probablemente también se podría hacer con un termómetro analógico, un reloj y un cuaderno. Después de tomar las medidas debería ser relativamente fácil determinar si la diferencia de temperatura disminuye con una vida media de un minuto o de media hora.

Hay muchas fuentes potenciales de error en un experimento sencillo como éste, pero como la diferencia entre el cobre y el acero inoxidable es de más de un orden de magnitud, debería ser relativamente fácil distinguirlos a pesar de estos errores. El experimento también podría realizarse con otras varillas que se sepa que están hechas de cobre o acero inoxidable (o de algún otro metal), para validar que el experimento da aproximadamente el resultado esperado para ellas.

Answer 2

¿Por qué no la densidad? Al menos para una comprobación rápida y en cuanto a la pregunta del título. Se trata de < 8 y 9 g por cm cúbico, respectivamente, para el acero y el cobre.

No demasiado laborioso y sobre todo no destructivo en absoluto.

Para medir el volumen puedes sumergir el objeto en el recipiente estrecho de tu cocina. Si no está graduado sólo tienes que marcar el desplazamiento. Lo mismo con uno graduado para mayor precisión. Recoge ese volumen de agua y pasa a una balanza de cocina. Como también puedes pesar el objeto, se acabó la parte experimental.

También hay que tener en cuenta que, al tratarse de una pajita, también se podría medir el grosor de la pared. Entonces se calcula el volumen. Un calibre puede ser poco común en casa (por cierto tengo uno) pero sigue siendo una posibilidad. El diámetro interior entonces se mide pasando/no pasando alambres. Esto puede ser tedioso.

De hecho, una pajita complica el procedimiento, ya que su volumen reduce las cosas a unos diez gramos.

Véase también el comentario de Andrew Morton más abajo. Disponiendo de una balanza dietética y utilizando su truco identificó efectivamente la naturaleza de un paja .

Answer 3

¿Y las corrientes de Foucault? Si tienes un par de imanes de neodimio potentes (¿no los tiene todo el mundo?), coloca la pajita entre dos imanes de polos opuestos. El cobre/aluminio tendrán una fuerte interacción y sentirás algún tipo de resistencia o tirón (no muy diferente a moverlo a través de un fluido espeso). El acero inoxidable no produce este efecto.

Descargo de responsabilidad: He llevado a cabo este experimento con slugs/pucks sólidos de cobre, aluminio, níquel, acero cromado e inoxidable #316 en nuestro taller. No he probado con cilindros huecos como una pajita.

Answer 4

Para ver si la pajita es de acero inoxidable con un revestimiento de color cobre, puede lijar o limar con cuidado un poco de material del extremo de la pajita y ver si es o no de color cobre en todo su grosor.

Para ver si la pajita es realmente de cobre, sumerge uno de sus extremos en una solución hirviendo de 1/4 de taza de vinagre blanco y 1 cucharadita de sal. Esta mezcla se utiliza habitualmente para eliminar el deslustre de los objetos de cobre y hará que el extremo de la pajita quede rápidamente brillante y reluciente. Al acero inoxidable no le afectará (es decir, no le dará brillo).

Answer 5

Se puede medir el voltaje al sumergir la muestra como electrodo en zumo de limón o agua salada y utilizar acero conocido o cobre conocido como el otro electrodo de un célula galvánica . Es mejor utilizar cobre puro como el otro electrodo ya que los diferentes aceros tienen diferentes propiedades electroquímicas. Alguna incertidumbre, si no acaba de acero con el mismo potencial de electrodo como el cobre, puede permanecer.