द्रव
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| सातत्यक यांत्रिकी |
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एक तरल लगभग संपीड्यता द्रव है जो अपने कंटेनर के आकार के अनुरूप होता है लेकिन दबाव से स्वतंत्र (लगभग) स्थिर मात्रा को बरकरार रखता है। जैसे, यह पदार्थ की अवस्था # चार मूलभूत अवस्थाओं में से एक है (अन्य ठोस , गैस और प्लाज्मा (भौतिकी) हैं), और एक निश्चित आयतन वाला एकमात्र राज्य है लेकिन कोई निश्चित आकार नहीं है। एक तरल पदार्थ के छोटे कंपन कणों से बना होता है, जैसे कि परमाणु, अंतर-आणविक बंधों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। एक गैस की तरह, एक तरल प्रवाहित हो सकता है और एक कंटेनर का आकार ले सकता है। अधिकांश तरल पदार्थ संपीड़न का विरोध करते हैं, हालांकि अन्य को संपीड़ित किया जा सकता है। एक गैस के विपरीत, एक कंटेनर के हर स्थान को भरने के लिए एक तरल फैलता नहीं है, और काफी स्थिर घनत्व बनाए रखता है। तरल अवस्था की एक विशिष्ट संपत्ति सतह तनाव है, जिससे गीला पन होता है। पानी अब तक पृथ्वी पर सबसे आम तरल है।
एक तरल का घनत्व आमतौर पर एक ठोस के करीब होता है, और गैस की तुलना में बहुत अधिक होता है। इसलिए, तरल और ठोस दोनों को संघनित पदार्थ भौतिकी कहा जाता है। दूसरी ओर, चूंकि तरल पदार्थ और गैसें प्रवाह करने की क्षमता साझा करते हैं, इसलिए वे दोनों तरल पदार्थ कहलाते हैं। हालांकि तरल पानी पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में है, पदार्थ की यह अवस्था वास्तव में ज्ञात ब्रह्मांड में सबसे कम आम है, क्योंकि तरल पदार्थों को मौजूद रहने के लिए अपेक्षाकृत संकीर्ण तापमान/दबाव सीमा की आवश्यकता होती है। ब्रह्मांड में सबसे अधिक ज्ञात पदार्थ गैसीय रूप में है (पता लगाने योग्य ठोस पदार्थ के निशान के साथ) तारे के भीतर से तारे के बीच बादल या प्लाज्मा के रूप में।
परिचय
तरल पदार्थ की अवस्था में से एक है, अन्य ठोस, गैस और प्लाज्मा (भौतिकी) हैं। एक तरल एक तरल है। एक ठोस के विपरीत, एक तरल में अणु ओं को गति करने की अधिक स्वतंत्रता होती है। एक ठोस में अणुओं को एक साथ बांधने वाली ताकतें तरल में केवल अस्थायी होती हैं, जिससे तरल प्रवाहित होता है जबकि ठोस कठोर रहता है।
तरल, गैस की तरह, द्रव के गुणों को प्रदर्शित करता है। एक तरल प्रवाहित हो सकता है, एक कंटेनर के आकार को ग्रहण कर सकता है, और, यदि एक सीलबंद कंटेनर में रखा जाता है, तो कंटेनर में प्रत्येक सतह पर समान रूप से लागू दबाव वितरित करेगा। यदि तरल को बैग में रखा जाता है, तो इसे किसी भी आकार में निचोड़ा जा सकता है। एक गैस के विपरीत, एक तरल लगभग असम्पीडित होता है, जिसका अर्थ है कि यह दबावों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लगभग एक स्थिर मात्रा में रहता है; यह आम तौर पर एक कंटेनर में उपलब्ध स्थान को भरने के लिए विस्तारित नहीं होता है, लेकिन अपनी सतह बनाता है, और यह हमेशा किसी अन्य तरल के साथ आसानी से मिश्रण नहीं कर सकता है। ये गुण जलगति विज्ञान जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त तरल बनाते हैं।
तरल कण मजबूती से बंधे होते हैं लेकिन कठोरता से नहीं। वे एक दूसरे के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम हैं, जिसके परिणामस्वरूप सीमित मात्रा में कण गतिशीलता होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अणुओं के बढ़े हुए कंपन के कारण अणुओं के बीच दूरियां बढ़ती हैं। जब कोई तरल अपने क्वथनांक तक पहुँच जाता है, तो अणुओं को एक साथ बाँधने वाली संयोजक शक्तियाँ टूट जाती हैं, और तरल अपनी गैसीय अवस्था में बदल जाता है (जब तक कि अति ताप न हो)। यदि तापमान कम हो जाता है, तो अणुओं के बीच की दूरी कम हो जाती है। जब तरल अपने गलनांक पर पहुंच जाता है तो अणु आमतौर पर एक बहुत ही विशिष्ट क्रम में बंद हो जाते हैं, जिसे क्रिस्टलीकरण कहा जाता है, और उनके बीच के बंधन अधिक कठोर हो जाते हैं, जिससे तरल अपनी ठोस अवस्था में बदल जाता है (जब तक कि सुपरकूलिंग न हो)।
उदाहरण
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तापमान और दबाव के लिए मानक स्थितियों में केवल दो रासायनिक तत्व तरल होते हैं: पारा (तत्व) और ब्रोमिन चार और तत्वों के गलनांक कमरे के तापमान से थोड़ा ऊपर होते हैं: फ्रैनशियम , सीज़ियम , गैलियम और रूबिडीयाम ।[1] धातु मिश्र जो कमरे के तापमान पर तरल होते हैं, उनमें NaK , एक सोडियम-पोटेशियम धातु मिश्र धातु, गैलिस्टन, एक फ्यूज़िबल मिश्र धातु तरल, और कुछ अमलगम (रसायन विज्ञान) (पारा युक्त मिश्र धातु) शामिल हैं।
शुद्ध पदार्थ जो सामान्य परिस्थितियों में तरल होते हैं उनमें पानी, इथेनॉल और कई अन्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स शामिल हैं। रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में तरल पानी का महत्वपूर्ण महत्व है; इसे जीवन के अस्तित्व के लिए एक आवश्यकता माना जाता है।
अकार्बनिक तरल पदार्थों में पानी, मैग्मा, अकार्बनिक गैर-जलीय सॉल्वैंट्स और कई अम्ल शामिल हैं।
महत्वपूर्ण रोजमर्रा के तरल पदार्थों में जलीय घोल जैसे घरेलू विरंजित करना , खनिज तेल और गैसोलीन जैसे विभिन्न पदार्थों के अन्य मिश्रण , विनाईग्रेटे या मेयोनेज़ जैसे पायसन , रक्त की तरह निलंबन (रसायन विज्ञान) और रंग और दूध जैसे कोलाइड शामिल हैं।
कई गैसें तरल ऑक्सीजन , तरल नाइट्रोजन , तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम जैसे तरल पदार्थ को ठंडा करके गैसों का द्रवीकरण हो सकती हैं। हालाँकि, वायुमंडलीय दबाव पर सभी गैसों को द्रवित नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइआक्साइड को केवल 5.1 वायुमंडल (इकाई) से ऊपर के दबाव में ही द्रवित किया जा सकता है।[2] कुछ सामग्रियों को पदार्थ की शास्त्रीय तीन अवस्थाओं में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, तरल स्फ़टिक (लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले में प्रयुक्त) में सॉलिड-समान और लिक्विड-जैसे दोनों गुण होते हैं, और लिक्विड या सॉलिड से अलग पदार्थ की अपनी स्थिति से संबंधित होते हैं।
आवेदन
स्नेहक , सॉल्वैंट्स और शीतलक के रूप में तरल पदार्थों के कई प्रकार के उपयोग होते हैं।
अन्य लॉजी में, तरल पदार्थों का अध्ययन स्नेहक के रूप में उनके गुणों के लिए किया जाता है। तेल जैसे स्नेहक चिपचिपाहट और प्रवाह विशेषताओं के लिए चुने जाते हैं जो घटक के ऑपरेटिंग तापमान रेंज में उपयुक्त होते हैं। तेल अक्सर इंजन, गियर बॉक्स , धातु और हाइड्रोलिक सिस्टम में उनके अच्छे स्नेहन गुणों के लिए उपयोग किया जाता है।[3] अन्य तरल पदार्थ या ठोस को भंग करने के लिए कई तरल पदार्थ सॉल्वैंट्स के रूप में उपयोग किए जाते हैं। समाधान (रसायन विज्ञान) विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं, जिनमें पेंट, सीलेंट और चिपकने वाले शामिल हैं। मिट्टी का तेल और एसीटोन का उपयोग उद्योग में अक्सर भागों और मशीनरी से तेल, ग्रीस और टार को साफ करने के लिए किया जाता है। शरीर के तरल पदार्थ पानी आधारित समाधान हैं।
पृष्ठसक्रियकारक आमतौर पर साबुन और डिटर्जेंट में पाए जाते हैं। अल्कोहल जैसे सॉल्वैंट्स को अक्सर रोगाणुरोधी के रूप में उपयोग किया जाता है। वे सौंदर्य प्रसाधन, स्याही और तरल डाई लेजर में पाए जाते हैं। उनका उपयोग खाद्य उद्योग में, वनस्पति तेल के निष्कर्षण जैसी प्रक्रियाओं में किया जाता है।[4] तरल पदार्थ में गैसों की तुलना में बेहतर तापीय चालकता होती है, और प्रवाह की क्षमता यांत्रिक घटकों से अतिरिक्त गर्मी को हटाने के लिए तरल को उपयुक्त बनाती है। उष्मा का आदान प्रदान करने वाला जैसे रेडियेटर के माध्यम से तरल को चैनल करके गर्मी को हटाया जा सकता है, या वाष्पीकरण के दौरान तरल के साथ गर्मी को हटाया जा सकता है।[5] इंजन को गर्म होने से बचाने के लिए पानी या ग्लाइकोल कूलेंट का उपयोग किया जाता है।[6] परमाणु रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले शीतलक में पानी या तरल धातु, जैसे सोडियम या विस्मुट शामिल हैं।[7] तरल प्रणोदक फिल्मों का उपयोग राकेट ों के प्रणोद कक्षों को ठंडा करने के लिए किया जाता है।[8] मशीनिंग में, उत्पन्न अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए पानी और तेल का उपयोग किया जाता है, जो काम के टुकड़े और टूलींग दोनों को जल्दी से बर्बाद कर सकता है। पसीने के दौरान, पसीना वाष्पित होकर मानव शरीर से गर्मी को दूर करता है। हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग उद्योग (एचवीएसी) में, तरल पदार्थ जैसे पानी का उपयोग गर्मी को एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।[9] इसी तरह, तरल पदार्थों का उपयोग अक्सर उनके बेहतर ताप-स्थानांतरण गुणों के लिए खाना पकाने में किया जाता है। बेहतर चालकता के अलावा, क्योंकि गर्म तरल पदार्थ फैलते और बढ़ते हैं जबकि ठंडे क्षेत्र सिकुड़ते और डूबते हैं, कम गतिज चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ काफी स्थिर तापमान पर संवहन के माध्यम से गर्मी स्थानांतरित करते हैं, जिससे एक तरल ब्लैंचिंग (खाना पकाने) , उबालने या तलने के लिए उपयुक्त होता है। . गैस को तरल में संघनित करके भी गर्मी हस्तांतरण की उच्च दर प्राप्त की जा सकती है। तरल के क्वथनांक पर, सभी ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग तरल से गैस में चरण परिवर्तन के लिए किया जाता है, बिना तापमान में वृद्धि के, और रासायनिक संभावित ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है। जब गैस वापस तरल में संघनित होती है तो यह अतिरिक्त ऊष्मा-ऊर्जा एक स्थिर तापमान पर निकलती है। इस घटना का उपयोग गुस्से जैसी प्रक्रियाओं में किया जाता है। चूंकि तरल पदार्थों में अक्सर अलग-अलग क्वथनांक होते हैं, तरल या गैसों के मिश्रण या घोल को आमतौर पर गर्मी, ठंड, खालीपन , दबाव या अन्य साधनों का उपयोग करके आसवन द्वारा अलग किया जा सकता है। मादक पेय पदार्थों के उत्पादन से लेकर तेल शोधशाला तक, आर्गन , ऑक्सीजन , नाइट्रोजन , नीयन या क्सीनन जैसी गैसों के वायु पृथक्करण से द्रवीकरण (उनके व्यक्तिगत क्वथनांक से नीचे ठंडा करना) तक हर चीज में आसवन पाया जा सकता है।[10] द्रव हाइड्रोलिक सिस्टम का प्राथमिक घटक है, जो तरल शक्ति प्रदान करने के लिए पास्कल के नियम का लाभ उठाता है। तरल गति को यांत्रिक कार्य में बदलने के लिए प्राचीन काल से ही पंप और जल पहिया जैसे उपकरणों का उपयोग किया जाता रहा है। हाइड्रोलिक पंप ों के माध्यम से तेल को मजबूर किया जाता है, जो इस बल को हाइड्रोलिक सिलेंडर ों तक पहुंचाते हैं। हाइड्रोलिक्स कई अनुप्रयोगों में पाया जा सकता है, जैसे ऑटोमोटिव ब्रेक और ऑटोमोटिव ट्रांसमिशन , भारी उपकरण (निर्माण) , और हवाई जहाज नियंत्रण प्रणाली। लिफ्टिंग, प्रेसिंग, क्लैम्पिंग और फॉर्मिंग के लिए मरम्मत और निर्माण में विभिन्न हाइड्रॉलिक प्रेस का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।[11] कभी-कभी उपकरणों को मापने में तरल पदार्थ का उपयोग किया जाता है। एक थर्मामीटर अक्सर तरल पदार्थ के थर्मल विस्तार का उपयोग करता है, जैसे पारा (तत्व), तापमान को इंगित करने के लिए प्रवाह करने की उनकी क्षमता के साथ संयुक्त। हवा के दबाव को इंगित करने के लिए एक दबाव नापने का यंत्र तरल के वजन का उपयोग करता है।[12]
यांत्रिक गुण
वॉल्यूम
द्रवों की मात्रा को आयतन की इकाइयों में मापा जाता है। इनमें यूनिट क्यूबिक मीटर (एम .) की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली शामिल है3) और इसके विभाजन, विशेष रूप से घन डेसीमीटर, जिसे आमतौर पर लीटर (1 डीएम) कहा जाता है3 = 1 एल = 0.001 मी3), और घन सेंटीमीटर, जिसे मिलीलीटर (1 सेमी . भी कहा जाता है)3 = 1 एमएल = 0.001 एल = 10−6 मी3)।[13]
तरल की मात्रा का आयतन उसके तापमान और दबाव से तय होता है। तरल पदार्थ आमतौर पर गर्म होने पर फैलते हैं, और ठंडा होने पर सिकुड़ते हैं। 0°C और 4°C के बीच का पानी एक उल्लेखनीय अपवाद है।[14] दूसरी ओर, तरल पदार्थों में कम संपीड्यता होती है। उदाहरण के लिए, मानक वायुमंडलीय दबाव (बार) में प्रत्येक इकाई वृद्धि के लिए पानी प्रति मिलियन केवल 46.4 भागों से संकुचित होगा।[15] कमरे के तापमान पर लगभग 4000 बार (400 मेगापास्कल या 58,000 पाउंड प्रति वर्ग इंच) दबाव में पानी की मात्रा में केवल 11% की कमी का अनुभव होता है।