विषय-सूची
बर्फ इसलिए तैरती है क्योंकि इसकी घनत्व पानी से कम है। यह साधारण तथ्य हमारे ग्रह को आकार देता है: झीलें ऊपर से जमती हैं और नीचे की जानवरों को बचाती हैं। घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व क्यों पढ़ें? यदि आप सामग्री के साथ काम करते हैं, अंतरराष्ट्रीय शिपिंग करते हैं, फ्लोटिंग डिज़ाइन बनाते हैं या रसायनों को मिलाते हैं, तो द्रव्यमान और आयतन का ज्ञान निर्णय बदल सकता है। यह मार्गदर्शिका सूत्र, माप विधियाँ, ताप प्रभाव और वास्तविक दुनिया के उदाहरण दिखाती है।
1बुनियादी: घनत्व क्या है?
घनत्व = द्रव्यमान / आयतन। सरल सूत्र: ρ = m/V। SI इकाइयों में द्रव्यमान किलोग्राम (kg) और आयतन घन मीटर (m³) में होता है, जिससे इकाई kg/m³ बनती है। प्रयोगशाला में g/cm³ या g/mL अधिक उपयोगी होते हैं। घनत्व बताता है कि पदार्थ कितनी घनता से भरा है। एक ही द्रव्यमान वाले दो पदार्थ भिन्न आयतन ले सकते हैं और इसलिए उनकी घनत्व अलग होगी। यही कारण है कि धातुएँ डूबती हैं और कई लकड़ियाँ तैरती हैं।
घनत्व सूत्र और इकाइयाँ
फॉर्मूला ρ = m/V है। याद रखने योग्य रूपांतरण: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³; 1 kg/m³ = 0.001 g/cm³। ये मान मेट्रिक इकाईयों के रिश्ते से आते हैं।
व्यावहारिक उदाहरण
पानी का घनत्व 4 °C पर लगभग 1.000 g/cm³ (1000 kg/m³) है। एल्युमिनियम ~2.70 g/cm³, लोहा ~7.87 g/cm³, और ओक लकड़ी नमी के अनुसार 0.60–0.90 g/cm³ के बीच होती है। आकार और फंसी हुई हवा की उपस्थिति यह तय करती है कि वस्तु डूबेगी या तरेगी।
2विशिष्ट गुरुत्व बनाम घनत्व
विशिष्ट गुरुत्व (SG) एक अनुपात है: किसी पदार्थ की घनत्व को किसी संदर्भ घनत्व से भाग देना, सामान्यतः 4 °C पर पानी। SG की कोई इकाई नहीं होती। SG = 0.8 का मतलब पदार्थ पानी की तुलना में 80% घना है। SG तब उपयोगी होता है जब आप बिना इकाइयों के पानी से तुलना चाहते हैं। कई उद्योग FERMENTATION और मिनिंग में SG को तीव्र रूप से प्रयोग करते हैं।
SG कैसे निकालें
SG = ρ_पदार्थ / ρ_संदर्भ। अगर किसी तरल की घनत्व 850 kg/m³ है तो उसका SG = 0.85 होगा।
कब SG बेहतर होता है
SG एक सरल सीमा सेट करने में मदद करता है: अगर SG 0.78–0.82 हैं तो स्वीकार करें। यूनिट्स का गड़बड़ाना जबरदस्त कीमत ला सकता है: 1999 में Mars Climate Orbiter अलग यूनिट्स उपयोग करने से खो गया।
3सामान्य सामग्री घनत्व और उद्योग टिप्स
घनत्व तालिकाएँ वजन तथा अपतलन का अनुमान लगाने में मदद करती हैं। इंजीनियर, जहाज़ निर्माता और पैकर्स इन तालिकाओं से सामग्री और लोड सीमा तय करते हैं। नमी या तापमान से छोटे परिवर्तन भी प्रोसेसिंग या माल लागत को बदल सकते हैं। कुछ नियमित मान: पानी 1.00 g/cm³, वायु ~0.0012 g/cm³ (STP), स्टील 7.85 g/cm³, ताँबा 8.96 g/cm³, कांच ~2.5 g/cm³। प्लास्टिकों में बहुत भिन्नता होती है।
सामग्री सूची और आश्चर्य
कंक्रीट सामान्यतः 2.2–2.4 g/cm³ होता है; सूखी पीट 0.5 g/cm³ से कम हो सकती है। आश्चर्यजनक तथ्य: pumice (ज्वालामुखी छाल) हवा फँसाने के कारण पानी पर तैर सकती है।
उद्योग-विशेष विचार
निर्माण में aggregate विविधता के लिए सुरक्षा मार्जिन होते हैं। खाने की उद्योग में ब्रेवरीज़ SG देखती हैं। शिपिंग में US व UK गैलों या गलत यूनिट्स घनत्व की गणना बदल सकती हैं।
4बॉयेंसी और आर्किमिडीज सिद्धांत
बॉयेंसी तब आती है जब द्रव के भीतर दबाव गहराई के साथ बढ़ता है और ऊपर की ओर नेट बल बनता है। आर्किमिडीज का सिद्धांत कहता है कि बुइयान्ट फोर्स विस्थापित द्रव के वजन के बराबर है। यह घनत्व को सीधे फ्लोटिंग व्यवहार से जोड़ता है: औसत घनत्व कम होने पर वस्तु तैरती है। हाइड्रोमीटर इस सिद्धांत को उपयोग में लाकर तरल का SG पढ़ता है।
आर्किमिडीज का समीकरण
बुइयान्ट फोर्स = ρ_द्रव × V_विस्थापित × g। संतुलन में, वस्तु का भार = बुइयान्ट फोर्स। इससे वस्तु की औसत घनत्व निकाली जा सकती है।
वास्तविक उदाहरण: जहाज़ और कार्गो
एक स्टील जहाज तैरता है क्योंकि उसके अंदर हवा होती है और औसत घनत्व कम रहता है। अधिक लोड डालने से औसत घनत्व बढ़ेगा और जहाज़ गहराई में बैठेगा या डूब सकता है।
5घनत्व माप और ताप प्रभाव
सामान्य उपकरणों में हाइड्रोमीटर, पाइकनोमीटर और ऑस्सिलेटिंग यूट्यूब डेंसिटी मीटर शामिल हैं। हाइड्रोमीटर सस्ते होते हैं; पाइकनोमीटर ज्ञात आयतन के मास को तौलकर सटीक घनत्व देते हैं। आधुनिक उपकरण तेज और सटीक परिणाम देते हैं। तापमान आयतन को बदलता है; ज्यादातर तरल ताप पर फैलते हैं और घनत्व घटती है। इसलिए माप के साथ तापमान रिकॉर्ड करें और आवश्यकता पर संदर्भ तापमान पर समायोजन करें।
हाइड्रोमीटर, पाइकनोमीटर और आधुनिक मीटर
हाइड्रोमीटर कम घनत्व में अधिक डूबता है और स्केल पर SG दिखता है। पाइकनोमीटर एक कैलिब्रेटेड फ्लास्क है: खाली और भरा तौलकर घनत्व निकाला जाता है। ऑस्सिलेटिंग U-ट्यूब मीटर नमूना के साथ ट्यूब की कम्पन आवृत्ति से घनत्व निकालते हैं।
ताप समायोजन और उपयोगी सुझाव
घनत्व तालिकाएँ अक्सर 20 °C या पानी के लिए 4 °C पर दी जाती हैं। पढ़ाई को समायोजित करने के लिए थर्मल एक्सपेंशन कोएफिशिएंट का उपयोग करें या संदर्भ तापमान पर नाप करें। कई तरल हर 10 °C पर कुछ दशमलव प्रतिशत बदलते हैं।
प्रो टिप्स
- 1स्मरण: ρ = m/V. इकाइयाँ सुसंगत रखें (kg/m³ या g/cm³).
- 2त्वरित नियम: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³. g/cm³ से kg/m³ के लिए 1000 से गुणा करें.
- 3बॉयेंसी: F = ρ_द्रव × V_विस्थापित × g. यदि वस्तु की घनत्व कम है तो वह तैरेगी.
- 4माप के साथ तापमान लिखें और आवश्यक हो तो संदर्भ तापमान पर समायोजित करें.
घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व विज्ञान से लेकर लॉजिस्टिक्स तक असर डालते हैं। माप करते समय तापमान और यूनिट एकरूप रखें तो महँगी गलतियाँ कम होंगी। संबंधित कन्वर्टर्स आज़माएं: kg/m³ ↔ g/cm³, विशिष्ट गुरुत्व हिसाब या बुइयनसी अनुमान। मापों को सुसंगत रखें।
