यह जानना कि किसी पदार्थ के भौतिक और रासायनिक गुणों का आकलन करने के भाग के रूप में किसी दिए गए पदार्थ की कितनी मात्रा मौजूद है, विज्ञान के लिए केंद्रीय है। मात्रा मायने रखती है - बहुत कुछ! आप शायद इस बिंदु पर सोच रहे हैं, "ठीक है, चलो स्पष्ट सामान से आगे बढ़ते हैं", लेकिन इस सवाल पर विचार करें कि "राशि" का क्या अर्थ है। अगर कोई आपसे पूछेआप में से कितने हैं, आप उसे क्या कहेंगे?
हम में से अधिकांश शायद इस प्रश्न की व्याख्या इस प्रकार करेंगे "आपका वजन कितना है?" या संभवतः "आप कितने लम्बे हैं?" हालाँकि, समान रूप से प्रशंसनीय उत्तर बहुत सारे हैं। उदाहरण के लिए, आपका शरीर कितना आयतन (जैसे, लीटर में) लेता है? इसमें कितने व्यक्तिगत परमाणु या कोशिकाएँ होती हैं?
द्रव्यमान ब्रह्मांड में "सामान" का ट्रैक रखने का एक तरीका है, और यह संदर्भित करता है कि कितना पदार्थ मौजूद है; यह मात्रा से स्वतंत्र है, जो केवल त्रि-आयामी स्थान की मात्रा का वर्णन करता है। इन दो मात्राओं का अनुपात, जिसे घनत्व कहा जाता है, स्वाभाविक रूप से रुचि का है, जैसा कि एक करीबी चचेरा भाई है, कहा जाता हैविशिष्ट गुरुत्व. विशिष्ट गुरुत्व माप को भौतिकी टूलबॉक्स में मुख्य रूप से पानी की सार्वभौमिक प्रकृति के हिसाब से शामिल किया गया है, जैसा कि आप जल्द ही सीखेंगे।
पदार्थ की मूल बातें
किसी बिंदु पर, किसी अवधारणा का वर्णन करने के लिए बस शब्दों से बाहर हो जाता है, और ऐसा ही पदार्थ के साथ होता है। पदार्थ के बारे में सोचने का एक तरीका यह है कि यह कुछ भी है जिस पर गुरुत्वाकर्षण कार्य करता है, और आप सैद्धांतिक रूप से किसी भी प्रकार के पदार्थ को पकड़ सकते हैं अपने हाथों से अगर आपके हाथ काफी छोटे थे, और अगर आप अलौकिक रूप से शक्तिशाली थे तो इसे अपनी आंखों से देखें दृष्टि।
पदार्थ में एक या अधिक होते हैंतत्वोंजिनमें से 92 प्रकृति में पाए जाते हैं। तत्वों को आगे अन्य भागों में तोड़ा नहीं जा सकता है और फिर भी उनके गुणों को बरकरार रखा जा सकता है; किसी तत्व की सबसे छोटी पूर्ण इकाई है anपरमाणु. पदार्थ के एक बड़े हिस्से में एक ही तत्व के खरबों परमाणु हो सकते हैं, जैसे कि एक पाउंड शुद्ध सोना। अधिक बार, विभिन्न तत्व मिलकर यौगिक बनाते हैं, जैसे हाइड्रोजन (H) और ऑक्सीजन (O) मिलकर पानी (H .) बनाते हैं2ओ)।
मास बनाम वजन
द्रव्यमान और वजन माप की समान लेकिन अलग-अलग इकाइयाँ हैं। द्रव्यमान केवल बाहरी कारकों की परवाह किए बिना मौजूद पदार्थ की मात्रा का वर्णन करता है, और द्रव्यमान की SI (अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली, या मीट्रिक) इकाई किलोग्राम (किलो) है। भौतिक विज्ञान की समस्याओं में विशिष्ट गुरुत्व शामिल है, ग्राम (जी), जो कि 1/1,000 किलोग्राम का है, का उपयोग किया जाता है।
किसी वस्तु का भार उस गुरुत्वाकर्षण पर निर्भर करता है जिसके अधीन उसका द्रव्यमान होता है, और इसमें बल की इकाइयाँ होती हैं, जो SI प्रणाली में न्यूटन (N) होती है। पृथ्वी पर, यह मान प्रत्यक्ष रूप से नहीं बदलता है, इसलिए द्रव्यमान और भार का उपयोग अक्सर एक दूसरे के स्थान पर किया जाता है। लेकिन चंद्रमा पर, यदि गुरुत्वाकर्षण कम मजबूत होता, तो आपका द्रव्यमान वही होता लेकिन आपका वजन (द्रव्यमान)मटाइम्स ग्रेविटीजी) आनुपातिक रूप से कमजोर होगा।
वॉल्यूम और इसके अनुप्रयोग
वॉल्यूम त्रि-आयामी स्थान की मात्रा को संदर्भित करता है। यह लंबाई का घन है, और SI इकाई लीटर (L) है। एक लीटर को घन 10 सेंटीमीटर, या सेमी (0.1 मीटर, या मी) द्वारा दर्शाया जाता है। आम तौर पर 1-एल पेय की बोतलों की संख्या के कारण आप इस वॉल्यूम चयन से परिचित हैं।
अपने आप में, "वॉल्यूम" केवल गणितीय रूप से परिभाषित स्थान है, शायद पदार्थ द्वारा कब्जा किए जाने की प्रतीक्षा कर रहा है, शायद प्रतीक्षा नहीं कर रहा है। जब पदार्थ उस स्थान पर कब्जा कर लेता है, हालांकि, परिणामी प्रभाव अलग-अलग होंगे, जब अलग-अलग मात्रा में पदार्थ को उसी स्थान पर रखा जाता है। आप इसे सहज रूप से जानते हैं; जब आप मूंगफली और हवा को पैक करने का एक बॉक्स ले जाते हैं, तो आपका काम उस समय की तुलना में आसान होता है जब उसी बॉक्स में कुछ क्षण पहले पाठ्यपुस्तकों का शिपमेंट होता था।
द्रव्यमान और आयतन के बीच का अनुपात, जिसे अन्यथा "मात्रा द्वारा विभाजन द्रव्यमान" के रूप में जाना जाता है, घनत्व कहलाता है। लेकिन अब तक बताई गई हर चीज से पानी के अनोखे संबंध का वर्णन किया जाना बाकी है।
घनत्व परिभाषित
भौतिकी में घनत्व की अपनी इकाई नहीं है, न ही इसकी वास्तव में एक की आवश्यकता है, यह देखते हुए कि यह derived से लिया गया है एक मौलिक भौतिक मात्रा (द्रव्यमान) और एक आसानी से दूसरे से प्राप्त होती है (आयतन में घन इकाइयाँ होती हैं लंबाई)। यह आमतौर पर ग्रीक अक्षर rho, या द्वारा दर्शाया जाता है:
\rho=\frac{m}{V}
आप देख सकते हैं कि SI प्रणाली में घनत्व की इकाइयाँ kg/L हैं, लेकिन भौतिकी की समस्याओं में, इकाई g/mL को अक्सर नियोजित किया जाता है। (चूंकि बाद वाला द्रव्यमान और आयतन दोनों के साथ पूर्व का प्रतिनिधित्व करता है, जिसे 1,000 से विभाजित किया जाता है, किग्रा / एल और जी / एमएल वास्तव में बराबर होते हैं।)
आप पाएंगे कि अधिकांश जीवित चीजें और कई सामान्य पदार्थ जो जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं, उनका घनत्व पानी के समान होता है; यह इस तथ्य से अनुसरण करता है कि अधिकांश जीवित चीजें मुख्य रूप से या मुख्य रूप से H. से बनी होती हैं2ओ
क्यों "विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण" बिल्कुल?
इस खोज ने इस तथ्य पर कुठाराघात किया है कि पानी हर जगह सूखे की आशंका को दूर करने के लिए नहीं है, बल्कि क्योंकि भौतिकविदों और रसायनज्ञों ने के घनत्व में छोटे बदलावों को ध्यान में रखने का एक आसान तरीका निकाला हैवहीपदार्थ का प्रकार: विशिष्ट गुरुत्व, एक आयामहीन संख्या जो उस द्रव के घनत्व का पानी के घनत्व का अनुपात है - एक मोड़ के साथ।
परिभाषा के अनुसार, 1 एमएल बिना मिलावट वाले पानी का द्रव्यमान 1 ग्राम होता है। एक लीटर को मूल रूप से पानी की मात्रा के रूप में चुना गया था जिसका द्रव्यमान ठीक 1 किलो था। इसके साथ समस्या यह है कि, जैसा कि अधिक आधुनिक शोधकर्ताओं ने सीखा है, पानी का विशिष्ट गुरुत्व वास्तव में छोटे, रोजमर्रा की श्रेणियों में भी तापमान के साथ बदलता रहता है (इस पर बाद में अधिक)। लेकिन जबकि पानी का घनत्व लगभग हमेशा "बिल्कुल" 1 के लिए रोजमर्रा के उद्देश्यों के लिए गोल होता है, यह वास्तव में स्थिर नहीं होता है।
- ध्यान दें कि "गुरुत्वाकर्षण" शब्द भ्रमित करने वाला हो सकता है, क्योंकि भौतिकी में गुरुत्वाकर्षण में त्वरण की इकाइयाँ हैं और यह इस चर्चा से स्वतंत्र है।
आर्किमिडीज का सिद्धांत
विशिष्ट गुरुत्व में पूरी तरह से गोता लगाने से पहले, घनत्व के महत्व और लालित्य का प्रदर्शन क्रम में है - आर्किमिडीज का सिद्धांत। बस, यह बताता है कि एक तरल पदार्थ (आमतौर पर पानी) में डूबे हुए शरीर पर ऊपर की ओर अभिनय करने वाला बल शरीर द्वारा विस्थापित द्रव के वजन के बराबर होता है:एफख=wएफ.
यह बताता है कि जहाज ज्यादातर खोखले क्यों होते हैं। उन्हें बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री पानी की तुलना में घनी होती है, जिसका अर्थ है कि यदि इन सामग्रियों को संकुचित किया जाता है, तो "जहाज" पानी में अपनी मात्रा को विस्थापित कर देगा और इसे डूबने के लिए पर्याप्त वजन होगा। लेकिन अगर जहाज के आधार पर एक खोखला पतवार लगाकर उसका आयतन बढ़ाया जाता है, तो समग्र घनत्व कम हो जाता है, और जहाज तैरता रहता है।
विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण की गणना कैसे करें
किसी द्रव के विशिष्ट गुरुत्व को निर्धारित करने के लिए जिस उपकरण का उपयोग अक्सर किया जाता है, जब उसका मान अज्ञात होता है, उसे a. कहा जाता हैहाइड्रोमीटर. ये कई रूपों में आते हैं, लेकिन मूल निर्माण नीचे की ओर भारित एक ट्यूब है ताकि यह परीक्षण द्रव में एक निश्चित बिंदु तक डूब जाएगा, जो मापने के लिए एक स्नातक सिलेंडर में रहता है मात्रा।
द्रव की मात्रा जानने से भारित ट्यूब विस्थापित हो जाती है और डूबे हुए हिस्से का वजन, कमरे के तापमान के साथ इन परिस्थितियों में पानी का सही घनत्व निर्धारित करें, द्रव का घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व आर्किमिडीज से निर्धारित किया जा सकता है। सिद्धांत।
तापमान के साथ विशिष्ट गुरुत्व की भिन्नता
संसाधनों में ग्राफ पर एक नज़र से पता चलता है कि 0 से 10 की सीमा में पानी का विशिष्ट गुरुत्व 1.000 के बहुत करीब रहता है डिग्री सेल्सियस, लेकिन फिर यह कम या ज्यादा स्थिर दर से घटकर लगभग 0.960 हो जाता है क्योंकि तापमान पानी के क्वथनांक के करीब पहुंच जाता है। 100 सी. जब दवाओं जैसे पदार्थों को अक्सर माइक्रोग्राम में मापा और तैयार किया जाता है, तो ऐसे प्रतीत होने वाले तुच्छ अंतरों के लिए व्यवहार में सक्षम होना महत्वपूर्ण है।