आइए लेख में विचार करें कि घनत्व कैसे प्राप्त करें, और यह क्या है। कई संरचनाओं और वाहनों के डिजाइन में, कई भौतिक विशेषताओं को ध्यान में रखा जाता है जो एक विशेष सामग्री में होनी चाहिए। उनमें से एक घनत्व है।
द्रव्यमान और आयतन
दो भौतिक राशियों का अर्थ समझें जो इससे सीधे संबंधित हैं - यह द्रव्यमान और आयतन है। इससे पहले कि हम इस प्रश्न का उत्तर दें कि घनत्व कैसे ज्ञात करें।
द्रव्यमान एक विशेषता है जो पिंडों के जड़त्वीय गुणों और एक दूसरे के प्रति गुरुत्वाकर्षण आकर्षण दिखाने की उनकी क्षमता का वर्णन करता है। SI प्रणाली में द्रव्यमान को किलोग्राम में मापा जाता है।
जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान की अवधारणाओं को पहली बार आइजैक न्यूटन द्वारा यांत्रिकी और सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियमों को तैयार करते समय भौतिकी में पेश किया गया था।
आयतन शरीर की एक विशेष रूप से ज्यामितीय विशेषता है, जो मात्रात्मक रूप से उस स्थान के हिस्से को दर्शाती है जो वह घेरता है। आयतन को लंबाई की घन इकाई में मापा जाता है, उदाहरण के लिए, SI में यह मीटर घन है।
ज्ञात आकार के पिंडों के लिए(समांतर चतुर्भुज, गेंद, पिरामिड) यह मान विशेष सूत्रों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, अनियमित ज्यामितीय आकार की वस्तुओं के लिए, मात्रा उन्हें एक तरल में डुबो कर निर्धारित की जाती है।
भौतिक मात्रा घनत्व
अब आप सीधे इस प्रश्न के उत्तर पर जा सकते हैं कि घनत्व कैसे ज्ञात किया जाए। यह विशेषता शरीर के द्रव्यमान के अनुपात से उस आयतन पर निर्धारित होती है, जिसे गणितीय रूप से इस प्रकार लिखा जाता है:
ρ=मी/वी.
यह समानता ρ (kg/m3) की इकाइयों को दर्शाती है। इस प्रकार, घनत्व, द्रव्यमान और आयतन एक समानता से संबंधित हैं, और किसी भी सामग्री के लिए का मान उसके द्रव्यमान की मात्रा एकाग्रता को दर्शाता है।
एक सरल उदाहरण देते हैं: यदि आप एक ही आकार के प्लास्टिक और लोहे के गोले अपने हाथ में लेते हैं, तो दूसरे का वजन पहले वाले की तुलना में बहुत अधिक होगा। यह तथ्य प्लास्टिक की तुलना में लोहे के उच्च घनत्व के कारण है।
प्रकृति में घनत्व के अनुपात की मुख्य अभिव्यक्तियों में से एक निकायों की उछाल होगी। यदि शरीर का घनत्व द्रव से कम है, तो वह उसमें कभी नहीं डूबेगा।
सामग्री का घनत्व
कुछ पदार्थों के घनत्व के बारे में बात करते समय, उनका मतलब ठोस होता है। गैसों और तरल पदार्थों का भी एक निश्चित घनत्व होता है, लेकिन हम यहां उनके बारे में बात नहीं करेंगे।
ठोस पदार्थ या तो क्रिस्टलीय या अनाकार हो सकते हैं। का मान सामग्री की संरचना, अंतर-परमाणु दूरी और परमाणु और आणविक द्रव्यमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, सभी धातुएं क्रिस्टल होती हैं, और कांच या लकड़ी में होते हैंअनाकार संरचना। नीचे विभिन्न प्रकार की लकड़ी के घनत्व की तालिका दी गई है।
कृपया ध्यान दें कि इस मामले में औसत घनत्व दिया गया है। वास्तविक जीवन में, प्रत्येक पेड़ की अनूठी विशेषताएं होती हैं, जिसमें रिक्त स्थान, छिद्र और लकड़ी में एक निश्चित प्रतिशत नमी की उपस्थिति शामिल है।
नीचे एक और टेबल है। इसमें g/cm3सभी शुद्ध रासायनिक तत्वों के घनत्व जो कमरे के तापमान पर हैं, दिए गए हैं।
तालिका से देखा जा सकता है कि सभी तत्वों का घनत्व पानी से अधिक होता है। अपवाद केवल तीन धातुएँ हैं - लिथियम, पोटेशियम और सोडियम, जो डूबती नहीं हैं, बल्कि पानी की सतह पर तैरती हैं।
घनत्व को प्रयोगात्मक रूप से कैसे मापा जाता है?
वास्तव में, अध्ययन के तहत विशेषता निर्धारित करने के लिए दो तकनीकें हैं। पहला है सीधे शरीर को तौलना और उसके रैखिक आयामों को मापना।
यदि शरीर का ज्यामितीय आकार जटिल है, तो तथाकथित हाइड्रोस्टेटिक विधि का उपयोग किया जाता है।
इसका सार इस प्रकार है: पहले शरीर को हवा में तौलें। मान लेते हैं कि परिणामी भार P1 था। उसके बाद, शरीर को एक ज्ञात घनत्व वाले तरल में तौला जाता है ρl। मान लें कि द्रव में शरीर का भार P2 है। तब अध्ययनाधीन सामग्री के घनत्व का मान होगा:
ρ=ρएलपी1/(पी1-पी 2).
यह सूत्र प्रत्येक छात्र द्वारा स्वयं प्राप्त किया जा सकता है यदि वह आर्किमिडीज के कानून पर विचार करता हैवर्णित मामले के लिए।
ऐतिहासिक रूप से, यह माना जाता है कि पहली बार हाइड्रोस्टेटिक वजन का उपयोग ग्रीक दार्शनिक आर्किमिडीज द्वारा नकली सोने के मुकुट को निर्धारित करने के लिए किया गया था। 16 वीं शताब्दी के अंत में गैलीलियो गैलीली द्वारा पहले हाइड्रोस्टेटिक संतुलन का आविष्कार किया गया था। वर्तमान में, तरल पदार्थ, ठोस और गैसों में के मान को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक पाइकोनोमीटर और घनत्व मीटर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
घनत्व की सैद्धांतिक परिभाषा
घनत्व को प्रयोगात्मक रूप से कैसे ज्ञात किया जाए, इस प्रश्न पर ऊपर चर्चा की गई थी। हालांकि, एक अज्ञात सामग्री का यह सैद्धांतिक रूप से पाया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, क्रिस्टल जाली के प्रकार, इस जाली के मापदंडों, साथ ही इसे बनाने वाले परमाणुओं के द्रव्यमान को जानना आवश्यक है। चूंकि किसी भी प्राथमिक क्रिस्टल जाली का एक निश्चित ज्यामितीय आकार होता है, इसलिए इसकी मात्रा निर्धारित करने के लिए एक सूत्र खोजना आसान होता है।
यदि एक क्रिस्टलीय पदार्थ में कई रासायनिक तत्व होते हैं, जैसे धातु मिश्र धातु, तो इसका औसत घनत्व निम्नलिखित सरल सूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:
ρ=mi/∑(mi/ρi)।
जहाँ mi, ρi क्रमशः i-वें घटक का द्रव्यमान और घनत्व है।
यदि सामग्री में एक अनाकार संरचना है, तो सैद्धांतिक रूप से इसके घनत्व को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव नहीं होगा, और प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग किया जाना चाहिए।
