ग्रेड 10

ग्रेड 10पदार्थ के गुणदबाव


पृष्ठ तनाव और केशिकत्व


भौतिकी के अध्ययन में और जब पदार्थ के गुणों को देखते हैं, तो दो आकर्षक घटनाएं प्रकाश में आती हैं: पृष्ठ तनाव और केशिकत्व। ये तरल में अणुओं के बीच की बातचीत और उन पर लगे बलों के कारण उत्पन्न होने वाले देखे जाने योग्य प्रभाव हैं। हमारे आस-पास की दुनिया को समझने के लिए, यह समझना महत्वपूर्ण है कि ये बल कैसे काम करते हैं और वे क्यों महत्वपूर्ण हैं।

पृष्ठ तनाव क्या है?

पृष्ठ तनाव तरल के सतह का एक गुण है जो इसे एक लचीली शीट की तरह व्यवहार करने की अनुमति देता है। यह तरल अणुओं के बीच सहसंयोजक बलों के कारण उत्पन्न होता है। तरल की सतह की कल्पना करें, जैसे कि यह एक पतली लचीली झिल्ली से ढकी हो। यह 'झिल्ली' दिखाई नहीं देती, लेकिन सतह पर बहुत हल्के वस्तुओं, जैसे कि कागज़ की चिमटी या कीड़े, को डूबने के बिना सहारा देने के लिए पर्याप्त तनाव प्रदान करती है।

दृष्टांत उदाहरण: पानी के अणु सतह पर सहसंयोजक बल

इस आरेख में, नीला वृत्त एक पानी के अणु का प्रतिनिधित्व करता है। डेश्ड लाइनें उस पर प्रभावी सहसंयोजक बलों का प्रतिनिधित्व करती हैं।

पृष्ठ तनाव के पीछे का विज्ञान

तरल के अणुओं को एक बल कहा जाता है जिसे सहसंयोजन कहते हैं। तरल के भीतर के अणु अपने पड़ोसी अणुओं द्वारा सभी दिशाओं में समान रूप से खींचे जाते हैं। इसका परिणाम शून्य शुद्ध बल होता है।

हालांकि, सतह पर मॉलिक्यूल्स के पास सभी तरफ मॉलिक्यूल्स नहीं होते हैं; उन्हें केवल पड़ोसियों द्वारा साइडवेज और इनवर्ड खींचा जाता है। यह असमान बल सतह के मॉलिक्यूल्स को एक टाइट लेयर में खींचता है, जो एक प्रभाव उत्पन्न करता है जिसे पृष्ठ तनाव के रूप में जाना जाता है।

गणितीय अभिव्यक्ति

पृष्ठ तनाव को आमतौर पर प्रतीक σ द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। इसे इकाई लंबाई पर बल के रूप में गणितीय रूप से व्यक्त किया जा सकता है:

σ = F/L

जहां:

  • σ पृष्ठ तनाव है
  • F तरल पर लागू बल है
  • L वह लंबाई है जिस पर बल प्रभावी होता है

पृष्ठ तनाव के रोजमर्रा के जीवन के उदाहरण

  • पानी की बूंदें: क्या आपने कभी सोचा है कि पानी गोल बूंदें क्यों बनाता है? यह पृष्ठ तनाव का कार्य है, जो सतह क्षेत्र को न्यूनतम करने की कोशिश करता है।
  • पानी पर तैर रहा कागज की चिमटी: आप पानी की सतह पर धीरे से एक छोटी कागज की चिमटी रख सकते हैं और देख सकते हैं कि यह पृष्ठ तनाव के कारण कैसे तैरता है।
  • पानी पर चलने वाले कीड़े: कुछ कीड़े पानी पर बिना डूबे चल सकते हैं क्योंकि पृष्ठ तनाव उनके वजन का प्रतिरोध करता है।

केशिकत्व क्या है?

केशिकत्व या केशिका क्रिया एक तरल की संकीर्ण स्थानों में बिना बाहरी बलों (जैसे कि गुरुत्वाकर्षण) की सहायता के बहने की क्षमता है। यह तरल और चारों ओर की ठोस सतह के बीच चिपचिपे बलों के साथ-साथ तरल अणुओं के बीच सहसंयोजक बलों के कारण होता है।

सरल शब्दों में कहें, यह वह घटना है जिसे आप तब देखते हैं जब पानी एक पतली ट्यूब में चढ़ता है, गुरुत्वाकर्षण का विरोध करते हुए।

दृष्टांत उदाहरण: पानी ट्यूब केशिकीय वृद्धि

यह ट्यूब केशिकत्व की अवधारणा को दर्शाता है, जहां पानी एक संकीर्ण ट्यूब के अंदर चढ़ता है।

केशिकत्व के पीछे का विज्ञान

केशिकत्व दो प्रकार के बलों का परिणाम है: सहसंयोजक और चिपचिपा बल। सहसंयोजक बल समान प्रकार के अणुओं के बीच क्रियाशील बल हैं, जबकि चिपचिपा बल विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच क्रियाशील बल हैं।

जब चिपचिपा बल (एक तरल और ठोस सतह के बीच) सहसंयोजक बलों की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं, तो तरल सतह पर "चढ़" जाएगा, जिसे केशिका क्रिया के रूप में जाना जाता है। यदि तरल अणुओं में अधिक सहसंयोजन होता, तो तरल इतना ऊंचा नहीं चढ़ता।

केशिका ट्यूब में तरल जिस ऊंचाई तक चढ़ता है, उसे निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

h = (2T * cos(θ)) / (r * ρ * g)

जहां:

  • h = तरल जिस ऊँचाई तक चढ़ता है
  • T = तरल का पृष्ठ तनाव
  • θ = तरल का संपर्क कोण
  • r = ट्यूब की त्रिज्या
  • ρ = तरल का घनत्व
  • g = गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण

रोजमर्रा के जीवन में केशिकत्व के उदाहरण

  • मिट्टी की नमी: केशिका क्रिया पानी को उपमिट्टी से ऊपर की मिट्टी तक पहुंचाने में मदद करती है, जो पौधों की वृद्धि के लिए आवश्यक है।
  • कागज पर स्याही: जब आप कागज पर कलम से लिखते हैं, तो स्याही केशिका क्रिया के कारण थोड़ी फैल जाती है।
  • बत्ती में तेल का चढ़ना: मोमबत्ती या लैंप में, तेल केशिकत्व के कारण बत्ती तक चढ़ता है।

वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग

पृष्ठ तनाव और केशिकत्व न केवल शैक्षणिक विषय हैं, वे वास्तविक दुनिया में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं:

पृष्ठ तनाव के अनुप्रयोग

  • साबुन के बुलबुले: साबुन के बुलबुलों का निर्माण पृष्ठ तनाव का एक उदाहरण है। पानी में साबुन मिलाने से पृष्ठ तनाव घटता है, जिससे बुलबुले बनते हैं और लंबे समय तक रहते हैं।
  • डिटर्जेंट: डिटर्जेंट पानी के पृष्ठ तनाव को घटाते हैं, जिससे पानी को फैलने और तंतुओं में गहराई तक घुसने में आसानी होती है ताकि गंदगी और तेल को हटाया जा सके।
  • स्याही और पेंट: पृष्ठ तनाव को समझना स्याही और पेंट के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है ताकि सतह पर सही डिस्पर्शन और चिपकन सुनिश्चित की जा सके।

केशिका क्रिया के अनुप्रयोग

  • चिकित्सा परीक्षण: केशिकत्व का उपयोग कई डायग्नोस्टिक परीक्षणों में किया जाता है; उदाहरण के लिए, केशिका ट्यूबों का उपयोग कर रक्त खींचना।
  • पौधे और वृक्ष: पौधे केशिकत्व का उपयोग जड़ से पत्तियों तक पानी और पोषक तत्व पहुंचाने के लिए करते हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक होता है।
  • माइक्रोफ्लूडिक उपकरण: माइक्रोफ्लूडिक उपकरण केशिका क्रिया का उपयोग छोटे मात्रा में तरल को नियंत्रित करने के लिए करते हैं जो बायोकेमिकल परीक्षण में अनुप्रयोग होते हैं।

समापन विचार

पृष्ठ तनाव और केशिकत्व को समझना हमें प्राकृतिक घटनाओं और प्रौद्योगिकीगत अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को समझने में मदद करता है। ये अवधारणाएं बताती हैं कि क्यों वस्तुएं तैर सकती हैं, तरल कैसे सतहों पर चढ़ सकता है, और उद्योगों में इनके कई उपयोग होते हैं। जैसे-जैसे आप प्रकृति में बलों के बारे में अधिक सीखते हैं, आप देखेंगे कि भौतिकी के विभिन्न सिद्धांत कैसे आपस में जुड़े हुए और आकर्षक हो सकते हैं।


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