द्रव

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तरल पानी की एक गोलाकार बूंद (तरल) बनने से सतह क्षेत्र कम हो जाता है, जो तरल पदार्थों में सतह तनाव का प्राकृतिक परिणाम है।

तरल प्रायः संपीड्यता द्रव है जो अपने कंटेनर का आकार ले लेता है लेकिन किसी भी दबाव से स्वतंत्र (लगभग) स्थिर मात्रा को बरकरार रखता है। वास्तव में, यह पदार्थ की अवस्था चार मूलभूत अवस्थाओं में से एक है (अन्य ठोस, गैस और प्लाज्मा हैं), और एक निश्चित आयतन वाला एकमात्र अवस्था है जिसका कोई निश्चित आकार नहीं है। तरल पदार्थ छोटे-छोटे कंपन कणों से बना होता है, जैसे कि परमाणु, जो अंतर-आणविक बंधों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। गैस की तरह, 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। गैस के विपरीत, कंटेनर के हर स्थान को भरने के लिए तरल फैलता नहीं है, और काफी स्थिर घनत्व बनाए रखता है। तरल अवस्था की एक विशिष्ट गुण सतह तनाव है, जिससे गीलापन होता है। पानी अब तक पृथ्वी पर सबसे आम तरल है।

तरल का घनत्व आमतौर पर ठोस के करीब होता है, और गैस की तुलना में बहुत अधिक होता है। इसलिए, तरल और ठोस दोनों को संघनित पदार्थ 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 उपस्थित 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 की जानकारी के साथ) तारों के भीतर इंटरस्टेलर क्लाउड्स या प्लाज्मा के रूप में है।

परिचय

ठंडे पानी के साथ गर्म पानी से भरे एक सिंक की थर्मल छवि, जिसमें दिखाया गया है कि गर्म और ठंडा पानी एक दूसरे में कैसे बहता है।

तरल, पदार्थ की अवस्था में से एक है, अन्य ठोस, गैस और प्लाज्मा हैं। यह एक तरल पदार्थ है। ठोस के विपरीत, तरल में अणुओं को गति करने की अधिक स्वतंत्रता होती है। 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। 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 दबाया जा सकता है। गैस के विपरीत, 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 तरल को उपयुक्त 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 सुपरहीटिंग 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 बंध 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

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। 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 (पारा युक्त मिश्र धातु) सम्मिलित हैं।

शुद्ध पदार्थ जो सामान्य परिस्थितियों में तरल होते हैं उनमें पानी, इथेनॉल और कई अन्य कार्बनिक विलायक सम्मिलित 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 विलायक और कई अम्ल सम्मिलित 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 और रंग और दूध जैसे कोलाइड सम्मिलित हैं।

कई गैसें तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम जैसे तरल पदार्थों को ठंडा करके गैसों का द्रवीकरण किया जा सकता है। हालाँकि, वायुमंडलीय दबाव पर सभी गैसों को द्रवित नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइआक्साइड को केवल 5.1 एटीएम से ऊपर के दबाव में ही द्रवित किया जा सकता है।

कुछ सामग्रियों को पदार्थ की आदर्श 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।

अनुप्रयोग

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लावा लैंप में दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ (एक पिघला हुआ मोम और एक पानी का घोल) होता है जो संवहन के कारण गति को बढ़ाता है। ऊपरी सतह के अलावा, तरल पदार्थों के बीच सतहें भी बनती हैं, जिसके लिए तल पर मोम की बूंदों को फिर से संयोजित करने के लिए एक टेंशन ब्रेकर की आवश्यकता होती है।

स्नेहक, विलायक और शीतलक के रूप में तरल पदार्थों के कई प्रकार के उपयोग होते हैं।

ट्राइबोलॉजी 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 कलपुर्जों के ऑपरेटिंग तापमान रेंज में उपयुक्त होते हैं। तेल अक्सर इंजन, गियर बॉक्स, धातु-कार्यों और हाइड्रोलिक सिस्टम में उनके अच्छे स्नेहन गुणों के लिए उपयोग किया जाता है।

अन्य तरल पदार्थ या ठोस को घोलने के लिए कई तरल पदार्थ विलायक के रूप में उपयोग किए जाते हैं। विलयन विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं, जिनमें पेंट, सीलेंट और गोंद सम्मिलित हैं। नाफ्था और एसीटोन का उपयोग उद्योग में अक्सर कलपुर्जों से तेल, ग्रीस और टार को साफ करने के लिए किया जाता है। बॉडी फ्लुइड्स पानी आधारित समाधान हैं।

पृष्ठसक्रियकारक आमतौर पर साबुन और डिटर्जेंट में पाए जाते हैं। अल्कोहल जैसे विलायक 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। 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 प्रवाहित करके गर्मी को हटाया जा सकता है, या वाष्पीकरण के दौरान तरल के साथ गर्मी को हटाया जा सकता है। इंजन को गर्म होने से बचाने के लिए पानी या ग्लाइकोल कूलेंट का उपयोग किया जाता है। परमाणु रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले शीतलक में पानी या तरल धातु, जैसे सोडियम या विस्मुट सम्मिलित हैं। तरल प्रणोदक फिल्मों का उपयोग राकेट के प्रणोद कक्षों को ठंडा करने के लिए किया जाता है। मशीनिंग में, उत्पन्न अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए पानी और तेल का उपयोग किया जाता है, जो निर्मित वस्तुओं 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।

इसी तरह, तरल पदार्थों का उपयोग अक्सर उनके बेहतर ताप-स्थानांतरण गुणों के कारण खाना पकाने में किया जाता है। बेहतर चालकता के अलावा, क्योंकि गर्म तरल पदार्थ फैलते और बढ़ते हैं जबकि ठंडे क्षेत्र में सिकुड़ते और डूबते हैं, कम गतिज चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ लगभग स्थिर तापमान पर संवहन के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरित करते हैं, जिससे यह तरल ब्लैंचिंग, उबालने या तलने के लिए उपयुक्त होता है। गैस को तरल में संघनित करके भी ऊष्मा हस्तांतरण की उच्च दर प्राप्त की जा सकती है। तरल के क्वथनांक पर, सम्पूर्ण ऊष्म-ऊर्जा का उपयोग तरल से गैस में अवस्था परिवर्तन के लिए किया जाता है, बिना तापमान में वृद्धि के, और रासायनिक स्थिर ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है। जब गैस वापस तरल में संघनित होती है तो यह अतिरिक्त ऊष्म-ऊर्जा एक स्थिर तापमान पर निकलती है। इस घटना का उपयोग स्टीमिंग 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, नियोन या ज़ीनॉन जैसी गैसों के वायु पृथक्करण से द्रवीकरण (उनके व्यक्तिगत क्वथनांक से नीचे ठंडा करना) तक हर चीज में आसवन पाया जा सकता है।

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 ट्रांसमिशन, भारी उपकरण , और हवाई जहाज नियंत्रण प्रणाली। लिफ्टिंग, प्रेसिंग, क्लैम्पिंग और फॉर्मिंग के लिए मरम्मत और निर्माण में विभिन्न हाइड्रॉलिक दबाव का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।

कभी-कभी उपकरणों को मापने में तरल पदार्थ का उपयोग किया जाता है। एक थर्मामीटर अक्सर तरल पदार्थ के ऊष्मीय विस्तार का उपयोग करता है, जैसे पारा , तापमान को इंगित करने के लिए प्रवाह करने की अपनी क्षमता के साथ संयुक्त। हवा के दबाव को इंगित करने के लिए एक दबाव नापने का यंत्र तरल के वजन का उपयोग करता है।

यांत्रिक गुण

आयतन

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एक नाव प्रोपेलर से पानी में गुहिकायन

द्रवों की मात्रा को आयतन की इकाइयों में मापा जाता है। इनमें यूनिट क्यूबिक मीटर (m³) की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली सम्मिलित है) और इसके विभाजन, विशेष रूप से घन डेसीमीटर, जिसे आमतौर पर लीटर (1 डीएम³ = 1 एल = 0.001 मी³) कहा जाता है, और घन सेंटीमीटर, जिसे मिलीलीटर (1 सेमी³ = 1 एमएल = 0.001 एल = 10⁻⁶ मी³ भी कहा जाता है)।

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।

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 भाग संकुचित होगा। 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। असंपीड़नीयता, द्रव को हाइड्रोलिक्स के लिए उपयुक्त बनाती है, क्योंकि द्रव में एक बिंदु पर दबाव में परिवर्तन तरल के हर दूसरे हिस्से में कम से कम प्रसारित होता है और संपीड़न के रूप में बहुत कम ऊर्जा खोती है।

हालांकि, नगण्य संपीड्यता अन्य घटनाओं को जन्म देती है। बैंगिंग ऑफ़ पाइप्स, जिसे वाटर हैमर कहा जाता है, तब होता है जब एक वाल्व अचानक बंद हो जाता है, जिससे वाल्व पर एक बड़ा दबाव-स्पाइक बन जाता है जो ध्वनि की गति के तहत सिस्टम के माध्यम से पीछे की ओर यात्रा करता है। तरल की असंपीड़ता के कारण होने वाली एक अन्य घटना गुहिकायन है। चूंकि तरल पदार्थों में बहुत कम लोच होता है, इसलिए उन्हें सचमुच अत्यधिक हलचल या दिशा में नाटकीय परिवर्तन के क्षेत्रों में अलग-अलग किया जा सकता है, जैसे नाव प्रोपेलर के पीछे के किनारे या पाइप में तीव्र कोने है। कम दबाव (वैक्यूम) के क्षेत्र में तरल वाष्पीकृत हो जाता है और बुलबुले बनाता है, जो उच्च दबाव वाले क्षेत्रों में प्रवेश करते ही फूट जाते हैं। यह तरल को बुलबुले द्वारा छोड़ी गयी जगहों को जबरदस्त स्थानीयकृत बल से भरने का कारण बनता है जो किसी भी आसन्न ठोस सतह को नष्ट कर देता है।

दबाव और उत्प्लावकता

Main article: द्रव स्थिरांक

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में, तरल पदार्थ कंटेनर के किनारों के साथ-साथ तरल के भीतर किसी भी चीज़ पर दबाव डालते हैं। यह दबाव सभी दिशाओं में प्रसारित होता है और गहराई के साथ बढ़ता है। यदि कोई द्रव एकसमान गुरुत्वीय क्षेत्र में विरामावस्था में है, तो दाब $p$, $z$ गहराई पर $p=$