क्रिस्टल भौतिकी

क्रिस्टल के भौतिक गुण

घनत्व

घनत्व एक भौतिक मात्रा है जो किसी सजातीय पदार्थ के लिए उसके इकाई आयतन के द्रव्यमान द्वारा निर्धारित की जाती है। एक अमानवीय पदार्थ के लिए, एक निश्चित बिंदु पर घनत्व की गणना शरीर के द्रव्यमान (एम) और उसके आयतन (वी) के अनुपात की सीमा के रूप में की जाती है, जब आयतन इस बिंदु पर सिकुड़ता है। एक विषमांगी पदार्थ का औसत घनत्व m/V का अनुपात है।

किसी पदार्थ का घनत्व उसके द्रव्यमान पर निर्भर करता है परमाणुओं, जिसमें से यह शामिल है, और पदार्थ में परमाणुओं और अणुओं की पैकिंग घनत्व पर। परमाणुओं का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, घनत्व उतना ही अधिक होगा।

लेकिन, यदि हम एक ही पदार्थ को एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में मानते हैं, तो हम देखेंगे कि इसका घनत्व अलग-अलग होगा!

ठोस किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था है, जो आकार की स्थिरता और परमाणुओं के थर्मल आंदोलन की प्रकृति की विशेषता है, जो संतुलन स्थितियों के आसपास छोटे कंपन करते हैं। क्रिस्टल को परमाणुओं की संतुलन स्थिति की व्यवस्था में स्थानिक आवधिकता की विशेषता होती है। अनाकार पिंडों में, परमाणु बेतरतीब ढंग से स्थित बिंदुओं के आसपास कंपन करते हैं। शास्त्रीय अवधारणाओं के अनुसार, किसी ठोस की स्थिर अवस्था (न्यूनतम संभावित ऊर्जा के साथ) क्रिस्टलीय होती है। एक अनाकार शरीर मेटास्टेबल अवस्था में होता है और समय के साथ इसे क्रिस्टलीय अवस्था में बदल जाना चाहिए, लेकिन क्रिस्टलीकरण का समय अक्सर इतना लंबा होता है कि मेटास्टेबिलिटी बिल्कुल भी प्रकट नहीं होती है।

परमाणु एक-दूसरे से कसकर बंधे हुए हैं और बहुत कसकर बंधे हुए हैं। इसलिए, ठोस अवस्था में किसी पदार्थ का घनत्व सबसे अधिक होता है।

तरल अवस्था पदार्थ की समग्र अवस्थाओं में से एक है। एक तरल की मुख्य संपत्ति, जो इसे एकत्रीकरण के अन्य राज्यों से अलग करती है, व्यावहारिक रूप से इसकी मात्रा को बनाए रखते हुए, यांत्रिक तनाव के प्रभाव में अपने आकार को असीमित रूप से बदलने की क्षमता है, यहां तक ​​​​कि मनमाने ढंग से छोटा भी।

तरल अवस्था को आमतौर पर ठोस और के बीच मध्यवर्ती माना जाता है गैस: गैस न तो आयतन और न ही आकार बरकरार रखती है, लेकिन ठोस दोनों को बरकरार रखता है।

तरल पिंडों का आकार पूरी तरह या आंशिक रूप से इस तथ्य से निर्धारित किया जा सकता है कि उनकी सतह एक लोचदार झिल्ली की तरह व्यवहार करती है। तो, पानी बूंदों में इकट्ठा हो सकता है। लेकिन एक तरल अपनी स्थिर सतह के नीचे भी बहने में सक्षम है, और इसका मतलब यह भी है कि रूप (तरल शरीर के आंतरिक भाग) संरक्षित नहीं है।

परमाणुओं और अणुओं का पैकिंग घनत्व अभी भी अधिक है, इसलिए तरल अवस्था में किसी पदार्थ का घनत्व ठोस अवस्था से बहुत अलग नहीं होता है।

गैस किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था है, जो इसके घटक कणों (अणुओं, परमाणुओं या आयनों) के बीच बहुत कमजोर बंधनों के साथ-साथ उनकी उच्च गतिशीलता की विशेषता है। गैस के कण टकरावों के बीच के अंतराल में लगभग स्वतंत्र रूप से और अव्यवस्थित रूप से चलते हैं, जिसके दौरान उनकी गति की प्रकृति में तेज बदलाव होता है।

किसी पदार्थ की गैसीय अवस्था उन परिस्थितियों में जहां उसी पदार्थ के स्थिर तरल या ठोस चरण का अस्तित्व संभव है, आमतौर पर वाष्प कहलाती है।

तरल पदार्थों की तरह, गैसों में भी तरलता होती है और वे विरूपण का विरोध करती हैं। तरल पदार्थों के विपरीत, गैसों का कोई निश्चित आयतन नहीं होता है और वे एक स्वतंत्र सतह नहीं बनाते हैं, बल्कि संपूर्ण उपलब्ध आयतन (उदाहरण के लिए, एक बर्तन) को भरने की प्रवृत्ति रखते हैं।

गैसीय अवस्था ब्रह्मांड में पदार्थ की सबसे आम अवस्था है (अंतरतारकीय पदार्थ, निहारिका, तारे, ग्रहीय वायुमंडल, आदि)। गैसों और उनके मिश्रण के रासायनिक गुण बहुत विविध हैं - कम सक्रिय अक्रिय गैसों से लेकर विस्फोटक गैस मिश्रण तक। गैसों में कभी-कभी न केवल परमाणुओं और अणुओं की प्रणालियाँ शामिल होती हैं, बल्कि अन्य कणों की प्रणालियाँ भी शामिल होती हैं - फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, ब्राउनियन कण, साथ ही प्लाज्मा।

तरल अणुओं की कोई निश्चित स्थिति नहीं होती, लेकिन साथ ही उन्हें गति की पूर्ण स्वतंत्रता भी नहीं होती। उनके बीच एक आकर्षण है, जो उन्हें पास रखने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

अणुओं का एक दूसरे के साथ बहुत कमजोर बंधन होता है और वे एक दूसरे से बहुत दूर चले जाते हैं। पैकिंग घनत्व बहुत कम है, इसलिए पदार्थ गैसीय अवस्था में है

कम घनत्व है.

2. घनत्व के प्रकार और माप की इकाइयाँ

घनत्व को SI प्रणाली में kg/m³ में और GHS प्रणाली में g/cm³ में मापा जाता है, बाकी (g/ml, kg/l, 1 t/) एम3) – डेरिवेटिव.

दानेदार और छिद्रपूर्ण निकायों के लिए हैं:

वास्तविक घनत्व, रिक्तियों को ध्यान में रखे बिना निर्धारित किया जाता है

स्पष्ट घनत्व, किसी पदार्थ के द्रव्यमान और उसके द्वारा व्याप्त संपूर्ण आयतन के अनुपात के रूप में गणना की जाती है

3. घनत्व ज्ञात करने का सूत्र

घनत्व सूत्र द्वारा पाया जाता है:

इसलिए, किसी पदार्थ के घनत्व का संख्यात्मक मान इस पदार्थ के एक इकाई आयतन के द्रव्यमान को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, घनत्व कच्चा लोहा 7 किग्रा/डीएम3. इसका मतलब है कि कच्चे लोहे के 1 dm3 का द्रव्यमान 7 किलोग्राम है। ताजे पानी का घनत्व 1 किग्रा/लीटर है। अत: 1 लीटर पानी का द्रव्यमान 1 किलोग्राम के बराबर है।

गैसों के घनत्व की गणना करने के लिए, आप सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:

जहां M गैस का मोलर द्रव्यमान है, Vm मोलर आयतन है (सामान्य परिस्थितियों में यह 22.4 l/mol के बराबर है)।

4. तापमान पर घनत्व की निर्भरता

एक नियम के रूप में, जैसे-जैसे तापमान घटता है, घनत्व बढ़ता है, हालांकि ऐसे पदार्थ भी हैं जिनका घनत्व अलग-अलग व्यवहार करता है, उदाहरण के लिए, पानी, कांस्य और कच्चा लोहा। इस प्रकार, पानी के घनत्व का अधिकतम मान 4 डिग्री सेल्सियस पर होता है और तापमान बढ़ने और घटने दोनों के साथ घटता जाता है।

जब एकत्रीकरण की स्थिति बदलती है, तो किसी पदार्थ का घनत्व अचानक बदल जाता है: गैसीय अवस्था से तरल में संक्रमण के दौरान और जब तरल जम जाता है तो घनत्व बढ़ जाता है। सच है, पानी इस नियम का अपवाद है; जमने पर इसका घनत्व कम हो जाता है।

विभिन्न प्राकृतिक वस्तुओं के लिए, घनत्व बहुत व्यापक रेंज में भिन्न होता है। अंतरिक्ष माध्यम का घनत्व सबसे कम (ρ ~ 10-33 kg/m³) होता है। अंतरतारकीय माध्यम का घनत्व लगभग 10-21 किग्रा/एम3 है। सूर्य का औसत घनत्व पानी के घनत्व से लगभग 1.5 गुना अधिक, 1000 kg/M3 के बराबर है, और पृथ्वी का औसत घनत्व 5520 kg/M3 है। धातुओं में ऑस्मियम का घनत्व सबसे अधिक (22,500 किग्रा/एम3) है, और न्यूट्रॉन सितारों का घनत्व 1017÷1018 किग्रा/एम3 के क्रम का है।

5. कुछ गैसों का घनत्व

- गैसों और वाष्पों का घनत्व (0° C, 101325 Pa), किग्रा/वर्ग मीटर

ऑक्सीजन 1.429

अमोनिया 0,771

क्रिप्टन 3,743

आर्गन 1.784

क्सीनन 5.851

हाइड्रोजन 0,090

मीथेन 0,717

जलवाष्प (100°C) 0.598

वायु 1.293

कार्बन डाइऑक्साइड 1.977

हीलियम 0.178

एथिलीन 1.260

- कुछ प्रकार की लकड़ी का घनत्व

लकड़ी का घनत्व, जी/सेमी³

बलसा 0.15

साइबेरियाई देवदार 0.39

सिकोइया सदाबहार 0.41

हॉर्स चेस्टनट 0.56

खाने योग्य चेस्टनट 0.59

सरू 0.60

बर्ड चेरी 0.61

हेज़ल 0.63

अखरोट 0.64

बिर्च 0.65

चिकना एल्म 0.66

लार्च 0.66

फ़ील्ड मेपल 0.67

सागौन 0.67

स्वितेनिया (महोगनी) 0.70

गूलर 0.70

ज़ोस्टर (बकथॉर्न) 0.71

बकाइन 0.80

नागफनी 0.80

पेकन (कैरिया) 0.83

चंदन 0.90

बॉक्सवुड 0.96

आबनूस ख़ुरमा 1.08

क्यूब्राचो 1.21

ग्वेयाकुम, या बैकआउट 1.28

- घनत्वधातुओं(20°C पर) t/M3

एल्यूमिनियम 2.6889

टंगस्टन 19.35

ग्रेफाइट 1.9 - 2.3

लोहा 7.874

सोना 19.32

पोटेशियम 0.862

कैल्शियम 1.55

कोबाल्ट 8.90

लिथियम 0.534

मैग्नीशियम 1.738

ताँबा 8.96

सोडियम 0.971

निकेल 8.91

टिन(सफ़ेद) 7.29

प्लैटिनम 21.45

प्लूटोनियम 19.25

नेतृत्व करना 11.336

चांदी 10.50

टाइटन 4.505

सीज़ियम 1.873

ज़िरकोनियम 6.45

- मिश्रधातु का घनत्व (20°C पर)) t/M3

कांस्य 7.5 - 9.1

लकड़ी की मिश्र धातु 9.7

ड्यूरालुमिन 2.6 - 2.9

कॉन्स्टेंटन 8.88

पीतल 8.2 - 8.8

निक्रोम 8.4

प्लैटिनम-इरिडियम 21.62

स्टील 7.7 - 7.9

स्टेनलेस स्टील (औसत) 7.9 - 8.2

ग्रेड 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7.9

ग्रेड 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

ग्रेड 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7.95

ग्रेड 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7.6

सफ़ेद कच्चा लोहा 7.6 - 7.8

ग्रे कास्ट आयरन 7.0 - 7.2

आइए हम समान आयतन के लोहे और एल्युमीनियम के सिलेंडरों को तराजू पर रखें (चित्र 122)। तराजू का संतुलन बिगड़ गया है. क्यों?

चावल। 122

प्रयोगशाला कार्य में, आपने वजन के वजन की तुलना अपने शरीर के वजन से करके शरीर का वजन मापा। जब तराजू संतुलन में थे, तो ये द्रव्यमान बराबर थे। असंतुलन का अर्थ है कि पिंडों का द्रव्यमान समान नहीं है। लोहे के सिलेंडर का द्रव्यमान एल्यूमीनियम सिलेंडर के द्रव्यमान से अधिक होता है। लेकिन सिलेंडरों का आयतन बराबर है। इसका मतलब यह है कि लोहे की एक इकाई आयतन (1 सेमी3 या 1 मी3) का द्रव्यमान एल्युमीनियम से अधिक होता है।

किसी पदार्थ के इकाई आयतन में निहित द्रव्यमान को पदार्थ का घनत्व कहा जाता है. घनत्व ज्ञात करने के लिए, आपको किसी पदार्थ के द्रव्यमान को उसके आयतन से विभाजित करना होगा। घनत्व को ग्रीक अक्षर ρ (rho) से दर्शाया जाता है। तब

घनत्व = द्रव्यमान/आयतन

ρ = एम/वी.

घनत्व की SI इकाई 1 kg/m3 है. विभिन्न पदार्थों के घनत्व प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए जाते हैं और तालिका 1 में प्रस्तुत किए जाते हैं। चित्र 123 आपको आयतन V = 1 m 3 में ज्ञात पदार्थों के द्रव्यमान को दर्शाता है।

चावल। 123

ठोस, तरल और गैसों का घनत्व
(सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर)

हम कैसे समझें कि पानी का घनत्व ρ = 1000 kg/m3 है? इस प्रश्न का उत्तर सूत्र से मिलता है। आयतन V = 1 m 3 में पानी का द्रव्यमान m = 1000 kg के बराबर है।

घनत्व सूत्र से किसी पदार्थ का द्रव्यमान

एम = ρV.

समान आयतन वाले दो पिंडों में से जिस पिंड का घनत्व अधिक होता है उसका द्रव्यमान अधिक होता है।

लोहे के घनत्व ρ l = 7800 kg/m 3 और एल्यूमीनियम ρ al = 2700 kg/m 3 की तुलना करने पर, हम समझते हैं कि प्रयोग में (चित्र 122 देखें) लोहे के सिलेंडर का द्रव्यमान उसके द्रव्यमान से अधिक क्यों निकला समान आयतन के एल्यूमीनियम सिलेंडर का।

यदि किसी पिंड का आयतन सेमी 3 में मापा जाता है, तो शरीर का द्रव्यमान निर्धारित करने के लिए घनत्व मान ρ का उपयोग करना सुविधाजनक होता है, जिसे जी/सेमी 3 में व्यक्त किया जाता है।

पदार्थ घनत्व सूत्र ρ = m/V का उपयोग सजातीय निकायों के लिए किया जाता है, अर्थात, एक पदार्थ से युक्त निकायों के लिए। ये वे पिंड हैं जिनमें वायु गुहाएं नहीं होती हैं या अन्य पदार्थों की अशुद्धियाँ नहीं होती हैं। पदार्थ की शुद्धता मापे गए घनत्व से आंकी जाती है। उदाहरण के लिए, क्या सोने की छड़ के अंदर कोई सस्ती धातु जोड़ी गई है?

सोचो और जवाब दो

1. यदि लोहे के सिलेंडर के बजाय समान आयतन का लकड़ी का सिलेंडर कप पर रखा जाए तो तराजू का संतुलन कैसे बदल जाएगा (चित्र 122 देखें)?
2. घनत्व क्या है?
3. क्या किसी पदार्थ का घनत्व उसके आयतन पर निर्भर करता है? जनता से?
4. घनत्व किन इकाइयों में मापा जाता है?
5. घनत्व g/cm 3 की इकाई से घनत्व kg/m 3 की इकाई तक कैसे जाएँ?

जानना दिलचस्प है!

एक नियम के रूप में, ठोस अवस्था में किसी पदार्थ का घनत्व तरल अवस्था की तुलना में अधिक होता है। इस नियम का अपवाद बर्फ और पानी है, जिसमें एच 2 ओ अणु शामिल हैं। बर्फ का घनत्व ρ = 900 किग्रा/मीटर 3 है, पानी का घनत्व? = 1000 किग्रा/मीटर3. बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से कम है, जो तरल अवस्था (पानी) की तुलना में पदार्थ (बर्फ) की ठोस अवस्था में अणुओं की कम घनी पैकिंग (यानी, उनके बीच अधिक दूरी) को इंगित करता है। भविष्य में, आपको पानी के गुणों में अन्य बहुत दिलचस्प विसंगतियों (असामान्यताएं) का सामना करना पड़ेगा।

पृथ्वी का औसत घनत्व लगभग 5.5 ग्राम/सेमी 3 है। यह और विज्ञान को ज्ञात अन्य तथ्यों ने हमें पृथ्वी की संरचना के बारे में कुछ निष्कर्ष निकालने की अनुमति दी। पृथ्वी की पपड़ी की औसत मोटाई लगभग 33 किमी है। पृथ्वी की पपड़ी मुख्य रूप से मिट्टी और चट्टानों से बनी है। पृथ्वी की पपड़ी का औसत घनत्व 2.7 ग्राम/सेमी 3 है, और सीधे पृथ्वी की पपड़ी के नीचे स्थित चट्टानों का घनत्व 3.3 ग्राम/सेमी 3 है। लेकिन ये दोनों मान 5.5 ग्राम/सेमी 3 से कम हैं, यानि पृथ्वी के औसत घनत्व से कम। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ग्लोब की गहराई में स्थित पदार्थ का घनत्व पृथ्वी के औसत घनत्व से अधिक है। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि पृथ्वी के केंद्र में पदार्थ का घनत्व 11.5 ग्राम/सेमी 3 तक पहुंच जाता है, यानी यह सीसे के घनत्व के करीब पहुंच जाता है।

मानव शरीर के ऊतकों का औसत घनत्व 1036 किग्रा/घन मीटर है, रक्त का घनत्व (टी = 20 डिग्री सेल्सियस पर) 1050 किग्रा/घन मीटर है।

बाल्सा की लकड़ी में लकड़ी का घनत्व कम (कॉर्क से 2 गुना कम) होता है। इससे राफ्ट और लाइफबेल्ट बनाए जाते हैं। क्यूबा में एशिनोमेना कांटेदार बाल वाला पेड़ उगता है, जिसकी लकड़ी का घनत्व पानी के घनत्व से 25 गुना कम होता है, यानी ρ = 0.04 ग्राम/सेमी 3। साँप के पेड़ में लकड़ी का घनत्व बहुत अधिक होता है। एक पेड़ पत्थर की तरह पानी में डूब जाता है।

इसे घर पर स्वयं करें

साबुन का घनत्व मापें. ऐसा करने के लिए, साबुन की एक आयताकार आकार की पट्टी का उपयोग करें। आपके द्वारा मापे गए घनत्व की तुलना अपने सहपाठियों द्वारा प्राप्त मूल्यों से करें। क्या परिणामी घनत्व मान समान हैं? क्यों?

जानना दिलचस्प है

पहले से ही प्रसिद्ध प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक आर्किमिडीज़ (चित्र 124) के जीवन के दौरान, उनके बारे में किंवदंतियाँ बनाई गई थीं, जिसका कारण उनके आविष्कार थे जिन्होंने उनके समकालीनों को चकित कर दिया था। किंवदंतियों में से एक का कहना है कि सिरैक्यूसन राजा हेरोन द्वितीय ने विचारक से यह निर्धारित करने के लिए कहा कि क्या उसका मुकुट शुद्ध सोने से बना था या क्या जौहरी ने इसमें महत्वपूर्ण मात्रा में चांदी मिलाया था। बेशक, ताज को बरकरार रहना था। आर्किमिडीज़ के लिए मुकुट का द्रव्यमान निर्धारित करना कठिन नहीं था। जिस धातु से इसे बनाया गया था उसके घनत्व की गणना करने और यह निर्धारित करने के लिए कि यह शुद्ध सोना है या नहीं, मुकुट के आयतन को सटीक रूप से मापना अधिक कठिन था। कठिनाई यह थी कि यह गलत आकार था!

चावल। 124

एक दिन, आर्किमिडीज़, ताज के बारे में विचारों में डूबा हुआ, स्नान कर रहा था, जहाँ उसे एक शानदार विचार आया। मुकुट का आयतन इसके द्वारा विस्थापित पानी की मात्रा को मापकर निर्धारित किया जा सकता है (आप अनियमित आकार के पिंड के आयतन को मापने की इस विधि से परिचित हैं)। मुकुट का आयतन और उसका द्रव्यमान निर्धारित करने के बाद, आर्किमिडीज़ ने उस पदार्थ के घनत्व की गणना की जिससे जौहरी ने मुकुट बनाया था।

जैसा कि किंवदंती है, मुकुट के पदार्थ का घनत्व शुद्ध सोने के घनत्व से कम निकला, और बेईमान जौहरी धोखे में फंस गया।

अभ्यास

1. तांबे का घनत्व ρ m = 8.9 g/cm 3 है, और एल्यूमीनियम का घनत्व ρ al = 2700 kg/m 3 है। कौन सा पदार्थ अधिक सघन है और कितना गुना?
2. एक कंक्रीट स्लैब का द्रव्यमान निर्धारित करें जिसका आयतन V = 3.0 m 3 है।
3. V = 10 सेमी 3 आयतन वाली एक गेंद किस पदार्थ से बनी है यदि इसका द्रव्यमान m = 71 ग्राम है?
4. खिड़की के शीशे का द्रव्यमान निर्धारित करें जिसकी लंबाई a = 1.5 मीटर, ऊँचाई b = 80 सेमी और मोटाई c = 5.0 मिमी है।
5. कुल द्रव्यमान N = छत वाले लोहे की 7 समान चादरें m = 490 किग्रा। प्रत्येक शीट का आकार 1 x 1.5 मीटर है। शीट की मोटाई निर्धारित करें।
6. स्टील और एल्यूमीनियम सिलेंडरों का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र और द्रव्यमान समान होता है। किस बेलन की ऊँचाई अधिक है और कितनी?

हमारे आस-पास की हर चीज़ अलग-अलग पदार्थों से बनी है। जहाज और स्नानघर लकड़ी से बनाए जाते हैं, बेड़ियाँ और खाट लोहे से बनाई जाती हैं, पहियों पर टायर और पेंसिलों पर रबड़ रबर से बनाए जाते हैं। और अलग-अलग वस्तुओं का वजन अलग-अलग होता है - हममें से कोई भी आसानी से बाजार से रसदार पका तरबूज ले जा सकता है, लेकिन एक ही आकार के वजन पर हमें पसीना बहाना पड़ेगा।

हर किसी को प्रसिद्ध चुटकुला याद है: “कौन सा भारी है? एक किलोग्राम कीलें या एक किलोग्राम फुलाना? हम अब इस बचकानी चाल में नहीं फंसेंगे, हम जानते हैं कि दोनों का वजन एक जैसा होगा, लेकिन वॉल्यूम काफी अलग होगा। तो ऐसा क्यों हो रहा है? अलग-अलग पिंडों और पदार्थों का वजन समान आकार के साथ अलग-अलग क्यों होता है? या इसके विपरीत, विभिन्न आकारों के साथ एक ही वजन? जाहिर है, कुछ ऐसी विशेषताएं हैं जिनके कारण पदार्थ एक-दूसरे से इतने भिन्न हैं। भौतिकी में, इस विशेषता को पदार्थ का घनत्व कहा जाता है और इसे सातवीं कक्षा में पढ़ाया जाता है।

किसी पदार्थ का घनत्व: परिभाषा और सूत्र

किसी पदार्थ के घनत्व की परिभाषा इस प्रकार है: घनत्व दर्शाता है कि आयतन की एक इकाई में किसी पदार्थ का द्रव्यमान कितना है, उदाहरण के लिए, एक घन मीटर में। तो, पानी का घनत्व 1000 किग्रा/घन मीटर है, और बर्फ 900 किग्रा/घन मीटर है, यही कारण है कि बर्फ हल्की होती है और सर्दियों में जलाशयों के शीर्ष पर होती है। अर्थात् इस स्थिति में पदार्थ का घनत्व हमें क्या दर्शाता है? 900 किग्रा/घन मीटर बर्फ के घनत्व का मतलब है कि 1 मीटर की भुजा वाले बर्फ के टुकड़े का वजन 900 किग्रा है। और किसी पदार्थ का घनत्व निर्धारित करने का सूत्र इस प्रकार है: घनत्व = द्रव्यमान/आयतन। इस अभिव्यक्ति में शामिल मात्राएँ निम्नानुसार निर्दिष्ट हैं: द्रव्यमान - एम, शरीर का आयतन - वी, और घनत्व अक्षर ρ (ग्रीक अक्षर "आरएचओ") द्वारा निर्दिष्ट किया गया है। और सूत्र इस प्रकार लिखा जा सकता है:

किसी पदार्थ का घनत्व कैसे पता करें

किसी पदार्थ का घनत्व कैसे ज्ञात करें या उसकी गणना कैसे करें? ऐसा करने के लिए आपको शरीर का आयतन और शरीर का वजन जानना होगा। अर्थात्, हम पदार्थ को मापते हैं, उसका वजन करते हैं, और फिर प्राप्त डेटा को सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं और वह मूल्य पाते हैं जिसकी हमें आवश्यकता होती है। और किसी पदार्थ का घनत्व कैसे मापा जाता है यह सूत्र से स्पष्ट है। इसे किलोग्राम प्रति घन मीटर में मापा जाता है। कभी-कभी वे ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर जैसे मान का भी उपयोग करते हैं। एक मान को दूसरे मान में परिवर्तित करना बहुत सरल है। 1 ग्राम = 0.001 किग्रा, और 1 सेमी3 = 0.000001 एम3। तदनुसार, 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. यह भी याद रखना चाहिए कि एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में किसी पदार्थ का घनत्व अलग-अलग होता है। यानी ठोस, तरल या गैसीय रूप में. ठोस पदार्थों का घनत्व अक्सर तरल पदार्थों के घनत्व से अधिक और गैसों के घनत्व से बहुत अधिक होता है। शायद हमारे लिए एक बहुत उपयोगी अपवाद पानी है, जैसा कि हम पहले ही विचार कर चुके हैं, तरल अवस्था की तुलना में ठोस अवस्था में इसका वजन कम होता है। पानी की इस विचित्र विशेषता के कारण ही पृथ्वी पर जीवन संभव है। जैसा कि हम जानते हैं, हमारे ग्रह पर जीवन की उत्पत्ति महासागरों से हुई है। और यदि पानी अन्य सभी पदार्थों की तरह व्यवहार करता है, तो समुद्रों और महासागरों में पानी जम जाएगा, बर्फ, पानी से भारी होने के कारण, नीचे तक डूब जाएगी और बिना पिघले वहीं पड़ी रहेगी। और केवल भूमध्य रेखा पर, पानी के एक छोटे से स्तंभ में, बैक्टीरिया की कई प्रजातियों के रूप में जीवन मौजूद होगा। तो हम अपने अस्तित्व के लिए पानी को धन्यवाद कह सकते हैं।

निर्देश

इसलिए, हर कोई लंबे समय से इस बात से अनजान है कि किसी पदार्थ का घनत्व, चाहे वह तरल हो या ठोस समुच्चय, की गणना आयतन से विभाजित द्रव्यमान के रूप में की जा सकती है। अर्थात्, साधारण तरल पानी के घनत्व को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए, आपको यह करना होगा: 1) एक मापने वाला सिलेंडर लें और उसका वजन करें।
2) इसमें पानी डालें और इसमें व्याप्त मात्रा को रिकॉर्ड करें।
3) सिलेंडर को पानी से तोलें.
4) पानी का द्रव्यमान प्राप्त करके द्रव्यमान अंतर की गणना करें।
5) ज्ञात सूत्र का उपयोग करके घनत्व की गणना करें

हालाँकि, हमने देखा कि अलग-अलग तापमान पर घनत्व मान भिन्न-भिन्न होते हैं। लेकिन सबसे आश्चर्यजनक बात वह कानून है जिसके द्वारा परिवर्तन होता है। दुनिया भर के वैज्ञानिक अभी भी इस घटना पर माथापच्ची कर रहे हैं। कोई भी इस रहस्य को नहीं सुलझा सकता और इस सवाल का जवाब नहीं दे सकता: "गर्म करने के दौरान घनत्व मान 0 से 3.98 और उसके बाद 3.98 क्यों होता है?" कुछ साल पहले, जापानी भौतिक विज्ञानी मासाकाज़ु मात्सुमोतो ने पानी के अणुओं की संरचना के लिए एक मॉडल प्रस्तावित किया था। इस सिद्धांत के अनुसार, पानी में कुछ बहुभुज सूक्ष्म संरचनाएं बनती हैं - विट्राइट, जो बदले में हाइड्रोजन बांड के बढ़ाव की घटना पर हावी होती हैं और पानी के अणुओं को संपीड़ित करती हैं। हालाँकि, इस सिद्धांत की अभी तक प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं की गई है। घनत्व बनाम तापमान का ग्राफ नीचे दिखाया गया है। इसका उपयोग करने के लिए आपको चाहिए: 1) संबंधित अक्ष पर आपके लिए आवश्यक तापमान मान ज्ञात करें।
2) ग्राफ़ पर लम्ब को नीचे करें। रेखा और फ़ंक्शन के प्रतिच्छेदन बिंदु को चिह्नित करें।
3) परिणामी बिंदु से, तापमान अक्ष से घनत्व अक्ष के समानांतर एक रेखा खींचें। प्रतिच्छेदन बिंदु वांछित मान है। उदाहरण: मान लें कि पानी का तापमान 4 डिग्री है, तो निर्माण के बाद घनत्व 1 ग्राम/सेमी^3 के बराबर हो जाता है। ये दोनों मान अनुमानित हैं.

अधिक सटीक घनत्व मान निर्धारित करने के लिए, आपको तालिका का उपयोग करने की आवश्यकता है। यदि आपके लिए आवश्यक तापमान मान के लिए कोई डेटा नहीं है, तो: 1) वे मान खोजें जिनके बीच वांछित मान स्थित है। बेहतर समझ के लिए, आइए एक उदाहरण देखें। मान लीजिए कि 65 डिग्री के तापमान पर पानी का घनत्व आवश्यक है। यह 60 से 70 के बीच है.
2) एक निर्देशांक तल बनाएं। x-अक्ष को तापमान और y-अक्ष को घनत्व के रूप में निर्दिष्ट करें। ग्राफ़ (ए और बी) पर उन बिंदुओं को चिह्नित करें जिन्हें आप जानते हैं। इन्हें एक सीधी रेखा से जोड़ दें.
3) आपको आवश्यक तापमान मान से ऊपर प्राप्त खंड पर लंबवत कम करें, इसे बिंदु सी के रूप में चिह्नित करें।
4) ग्राफ़ पर दिखाए अनुसार बिंदु D, E, F चिह्नित करें।
5) अब यह स्पष्ट दिखाई दे रहा है कि त्रिभुज ADB और AFC समरूप हैं। तब निम्नलिखित संबंध मान्य है:
एडी/एएफ=डीबी/ईएफ, इसलिए:
(0.98318-0.97771)/(0.98318-x)=(70-60)/(65-60);
0.00547/(0.98318-x)=2
1.96636-2x=0.00547
x=0.980445
तदनुसार, 65 डिग्री पर पानी का घनत्व 0.980445 ग्राम/सेमी^3 है
मान ज्ञात करने की इस विधि को अंतर्वेशन विधि कहा जाता है।

परिभाषा

पदार्थ का घनत्व (शरीर के पदार्थ का घनत्व)एक अदिश भौतिक मात्रा है जो किसी पिंड के एक छोटे तत्व के द्रव्यमान (dm) और उसके इकाई आयतन (dV) के अनुपात के बराबर होती है। प्रायः किसी पदार्थ के घनत्व को ग्रीक अक्षर से दर्शाया जाता है। इसलिए:

पदार्थ के घनत्व के प्रकार

घनत्व निर्धारित करने के लिए अभिव्यक्ति (1) का उपयोग करते हुए, हम एक बिंदु पर शरीर के घनत्व के बारे में बात करते हैं।

किसी पिंड का घनत्व उसके पदार्थ और उसकी थर्मोडायनामिक अवस्था पर निर्भर करता है।

जहाँ m शरीर का द्रव्यमान है, V शरीर का आयतन है।

यदि शरीर अमानवीय है, तो कभी-कभी वे औसत घनत्व की अवधारणा का उपयोग करते हैं, जिसकी गणना इस प्रकार की जाती है:

जहाँ m शरीर का द्रव्यमान है, V शरीर का आयतन है। प्रौद्योगिकी में, अमानवीय (उदाहरण के लिए, दानेदार) निकायों के लिए, थोक घनत्व की अवधारणा का उपयोग किया जाता है। थोक घनत्व की गणना उसी तरह की जाती है जैसे (3)। मात्रा का निर्धारण थोक और ढीली सामग्री (जैसे रेत, बजरी, अनाज, आदि) में रिक्त स्थान को शामिल करके किया जाता है।

सामान्य परिस्थितियों में गैसों पर विचार करते समय, घनत्व की गणना के लिए सूत्र का उपयोग किया जाता है:

गैस का मोलर द्रव्यमान कहां है, गैस का मोलर आयतन है, जो सामान्य परिस्थितियों में 22.4 l/mol है।

पदार्थ का घनत्व मापने की इकाइयाँ

परिभाषा के अनुसार, हम लिख सकते हैं कि SI प्रणाली में घनत्व मापने की इकाइयाँ हैं: = kg/m 3

जीएचएस में: =जी/(सेमी) 3

इस मामले में: 1 किग्रा/मीटर 3 = (10) -3 ग्राम/(सेमी) 3.

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण

व्यायाम।यदि H2O के एक अणु द्वारा व्याप्त आयतन लगभग m3 के बराबर है तो पानी का घनत्व क्या है? विचार करें कि पानी में अणु कसकर भरे हुए हैं।

जहाँ m 0 पानी के अणु का द्रव्यमान है। आइए ज्ञात संबंध का उपयोग करके m 0 खोजें:

जहां N=1 अणुओं की संख्या है (हमारे मामले में एक अणु), m विचाराधीन अणुओं की संख्या का द्रव्यमान है (हमारे मामले में m=m 0), N A =6.02 10 23 mol -1 - एवोगैड्रो का स्थिरांक, =18 10 - 3 किग्रा/मोल (चूंकि पानी का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान एम आर =18 है)। इसलिए, एक अणु का द्रव्यमान ज्ञात करने के लिए अभिव्यक्ति (2) का उपयोग करते हुए हमारे पास:

व्यंजक (1) में m 0 रखने पर हमें प्राप्त होता है:

आइए आवश्यक मान की गणना करें:

किग्रा/मीटर 3

उत्तर।पानी का घनत्व 10 3 किग्रा/मीटर 3 है।

उदाहरण

व्यायाम।सीज़ियम क्लोराइड (CsCl) क्रिस्टल का घनत्व क्या है यदि क्रिस्टल में एक घन क्रिस्टल जाली (छवि 1) है जिसके शीर्ष पर क्लोरीन आयन (Cl -) हैं, और केंद्र में एक सीज़ियम आयन (Cs +) है ). क्रिस्टल जाली के किनारे को d=0.41 nm मानें।

समाधान।समस्या को हल करने के आधार के रूप में, हम निम्नलिखित अभिव्यक्ति लेते हैं:

जहाँ m पदार्थ का द्रव्यमान है (हमारे मामले में, यह एक अणु का द्रव्यमान है - अवोगाद्रो का स्थिरांक, सीज़ियम क्लोराइड का किग्रा/मोल मोलर द्रव्यमान (चूँकि सीज़ियम क्लोराइड का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान बराबर होता है)। एक अणु के लिए व्यंजक (2.1) का रूप लेगा।