भौतिकी में पदार्थों के द्रव्यमान और आयतन की अवधारणा से परिचित होने के बाद, वे किसी भी पिंड की एक महत्वपूर्ण विशेषता का अध्ययन करते हैं, जिसे घनत्व कहा जाता है। नीचे दिया गया लेख इस मूल्य के लिए समर्पित है। घनत्व के भौतिक अर्थ के प्रश्न नीचे दिए गए हैं। घनत्व सूत्र भी दिया गया है। इसके प्रायोगिक मापन की विधियों का वर्णन किया गया है।
घनत्व की अवधारणा
आइए लेख की शुरुआत पदार्थ के घनत्व के सूत्र की सीधी रिकॉर्डिंग से करते हैं। यह इस तरह दिखता है:
ρ=मी / वी.
यहाँ m माना शरीर का द्रव्यमान है। यह एसआई प्रणाली में किलोग्राम में व्यक्त किया जाता है। कार्यों और व्यवहार में, आप इसके माप की अन्य इकाइयाँ भी पा सकते हैं, उदाहरण के लिए, ग्राम या टन।
सूत्र में प्रतीक V उस आयतन को दर्शाता है जो शरीर के ज्यामितीय मापदंडों को दर्शाता है। इसे घन मीटर में SI में मापा जाता है, हालांकि, घन किलोमीटर, लीटर, मिलीलीटर आदि का भी उपयोग किया जाता है।
घनत्व सूत्र दर्शाता है कि एक इकाई में किसी पदार्थ का कितना द्रव्यमान निहित हैमात्रा। के मान का उपयोग करके, कोई यह अनुमान लगा सकता है कि दोनों में से किसका भार समान आयतन के साथ अधिक होगा, या दोनों में से किस निकाय का आयतन समान द्रव्यमान वाला बड़ा होगा। उदाहरण के लिए, लकड़ी लोहे की तुलना में कम घनी होती है। इसलिए, इन पदार्थों की समान मात्रा के साथ, लोहे का द्रव्यमान एक पेड़ के समान मान से काफी अधिक हो जाएगा।
सापेक्ष घनत्व की अवधारणा
इस राशि का नाम ही इंगित करता है कि एक शरीर के लिए अध्ययन के तहत मूल्य दूसरे के लिए समान विशेषता के सापेक्ष माना जाएगा। सापेक्ष घनत्व का सूत्र ρr इस तरह दिखता है:
ρr=ρs / ρ0।
जहाँ ρs मापी गई सामग्री का घनत्व है, ρ0 वह घनत्व है जिसके विरुद्ध मान ρ rमापा जाता है। जाहिर है, ρr आयामहीन है। यह दर्शाता है कि मापा गया पदार्थ चयनित मानक से कितनी बार सघन है।
तरल और ठोस के लिए, मानक के रूप में ρ0 आसुत जल के लिए इस मान को 4 oC के तापमान पर चुनें। यह इस तापमान पर है कि पानी का अधिकतम घनत्व होता है, जो गणना के लिए एक सुविधाजनक मूल्य है - 1000 किग्रा/मी3 या 1 किग्रा/ली।
गैस प्रणालियों के लिए, वायुमंडलीय दबाव और तापमान 0 पर वायु घनत्व को मानक oC. के रूप में उपयोग करने के लिए प्रथागत है।
दबाव और तापमान पर घनत्व की निर्भरता
अध्ययन किया गया मान किसी विशेष निकाय के लिए स्थिर नहीं है,यदि आप इसका तापमान या बाहरी दबाव बदलते हैं। हालांकि, तरल और ठोस कई स्थितियों में असम्पीडित होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनका घनत्व स्थिर रहता है क्योंकि दबाव में परिवर्तन के साथ-साथ तापमान में भी परिवर्तन होता है।
दबाव का प्रभाव इस प्रकार प्रकट होता है: जब यह बढ़ता है, तो औसत अंतर-परमाणु और अंतर-आणविक दूरी कम हो जाती है, जिससे प्रति इकाई आयतन में किसी पदार्थ के मोल की संख्या बढ़ जाती है। इसलिए घनत्व बढ़ रहा है। गैसों के मामले में अध्ययन के तहत विशेषता पर दबाव का स्पष्ट प्रभाव देखा गया है।
तापमान पर दबाव का विपरीत प्रभाव पड़ता है। तापमान में वृद्धि के साथ, पदार्थ कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, वे अधिक सक्रिय रूप से चलना शुरू कर देते हैं, जिससे उनके बीच की औसत दूरी में वृद्धि होती है। उत्तरार्द्ध तथ्य घनत्व में कमी की ओर जाता है।
फिर से, यह प्रभाव तरल और ठोस की तुलना में गैसों के लिए अधिक स्पष्ट है। इस नियम का एक अपवाद है - यह पानी है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि 0-4 oС तापमान रेंज में इसका घनत्व हीटिंग के साथ बढ़ता है।
सजातीय और अमानवीय पिंड
ऊपर लिखा गया घनत्व सूत्र माना शरीर के लिए तथाकथित औसत से मेल खाता है। यदि हम इसमें कुछ छोटी मात्रा आवंटित करते हैं, तो परिकलित मान i पिछले मान से बहुत भिन्न हो सकता है। यह तथ्य द्रव्यमान से अधिक मात्रा के असमान वितरण की उपस्थिति से जुड़ा है। इस मामले में, घनत्वρi को लोकल कहा जाता है।
पदार्थ के असमान वितरण के मुद्दे पर विचार करते हुए, एक बिंदु को स्पष्ट करना दिलचस्प लगता है। जब हम परमाणु पैमाने के करीब एक प्राथमिक मात्रा पर विचार करना शुरू करते हैं, तो मध्यम निरंतरता की अवधारणा का उल्लंघन होता है, जिसका अर्थ है कि स्थानीय घनत्व विशेषता का उपयोग करने का कोई मतलब नहीं है। यह ज्ञात है कि एक परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान उसके नाभिक में केंद्रित होता है, जिसकी त्रिज्या लगभग 10-13 मीटर होती है। कोर के घनत्व का अनुमान एक विशाल आंकड़े से लगाया जाता है। यह 2, 31017 किग्रा/मीटर3 है।
घनत्व माप
ऊपर दिखाया गया था कि सूत्र के अनुसार घनत्व द्रव्यमान के आयतन के अनुपात के बराबर होता है। यह तथ्य हमें केवल शरीर को तौलकर और उसके ज्यामितीय मापदंडों को मापकर निर्दिष्ट विशेषता को निर्धारित करने की अनुमति देता है।
यदि शरीर का आकार बहुत जटिल है, तो घनत्व निर्धारित करने की सार्वभौमिक विधि हाइड्रोस्टेटिक वजन होगी। यह आर्किमिडीज बल के प्रयोग पर आधारित है। विधि का सार सरल है। शरीर को पहले हवा में और फिर पानी में तौला जाता है। वजन के अंतर का उपयोग अज्ञात घनत्व की गणना के लिए किया जाता है। ऐसा करने के लिए, निम्न सूत्र का उपयोग करें:
ρ=ρएल पी0 / (पी0 - पी एल),
जहाँ P0, Pl - शरीर का वजन हवा और तरल में। तदनुसार, ρl तरल का घनत्व है।
पौराणिक कथाओं के अनुसार घनत्व का निर्धारण करने के लिए हाइड्रोस्टेटिक वजन की विधि का प्रयोग सबसे पहले सिरैक्यूज़ के एक दार्शनिक द्वारा किया गया था।आर्किमिडीज। वह मुकुट की भौतिक अखंडता का उल्लंघन किए बिना, यह निर्धारित करने में सक्षम था कि इसे बनाने के लिए न केवल सोना, बल्कि अन्य कम सघन धातुओं का भी उपयोग किया गया था।
