ઘનતા માપે છે કે એક કદમાં કેટલું દળ ભરેલું છે. જેમ કે પીછાં અને સીસાની તુલના—સમાન કદ, અલગ વજન. પદાર્થોને ઓળખવા માટેની મુખ્ય મિલકત.

• ઘનતા = દળ ÷ કદ (ρ = m/V)
• ઉચ્ચ ઘનતા = સમાન કદ માટે ભારે
• પાણી: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³
• તરવું/ડૂબવું નક્કી કરે છે

વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ = પાણીની સાપેક્ષમાં ઘનતા. પરિમાણહીન ગુણોત્તર. SG = 1 એટલે પાણી જેવું જ. SG < 1 તરે છે, SG > 1 ડૂબી જાય છે.

• SG = ρ_પદાર્થ / ρ_પાણી
• SG = 1: પાણી જેવું જ
• SG < 1: તરે છે (તેલ, લાકડું)
• SG > 1: ડૂબી જાય છે (ધાતુઓ)

ઘનતા તાપમાન સાથે બદલાય છે! વાયુઓ: ખૂબ સંવેદનશીલ. પ્રવાહીઓ: સહેજ ફેરફાર. પાણીની મહત્તમ ઘનતા 4°C પર હોય છે. હંમેશા શરતોનો ઉલ્લેખ કરો.

• તાપમાન ↑ → ઘનતા ↓
• પાણી: 4°C પર મહત્તમ (997 kg/m³)
• વાયુઓ દબાણ/તાપમાન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે
• માનક: 20°C, 1 atm

kg/m³ એ SI માનક છે. g/cm³ ખૂબ સામાન્ય છે (= પાણી માટે SG). g/L દ્રાવણો માટે. બધા 10 ની ઘાતાંક દ્વારા સંબંધિત છે.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 g/mL = 1 g/cm³ = 1 kg/L
• 1 t/m³ = 1000 kg/m³
• g/L = kg/m³ (આંકડાકીય રીતે)

lb/ft³ સૌથી સામાન્ય છે. lb/in³ ઘન પદાર્થો માટે. lb/gal પ્રવાહીઓ માટે (યુએસ ≠ યુકે ગેલન!). pcf = lb/ft³ બાંધકામમાં.

• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• યુએસ ગેલન ≠ યુકે ગેલન (20% તફાવત)
• lb/in³ ધાતુઓ માટે
• પાણી: 62.4 lb/ft³

પેટ્રોલિયમ માટે API. ખાંડ માટે બ્રિક્સ. બ્રુઇંગ માટે પ્લેટો. રસાયણો માટે બૌમે. બિન-રેખીય રૂપાંતરણો!

• API: પેટ્રોલિયમ (10-50°)
• બ્રિક્સ: ખાંડ/વાઇન (0-30°)
• પ્લેટો: બીયર (10-20°)
• બૌમે: રસાયણો

ρ = m/V. કોઈપણ બે જાણો, ત્રીજું શોધો. m = ρV, V = m/ρ. રેખીય સંબંધ.

• ρ = m / V
• m = ρ × V
• V = m / ρ
• એકમો મેળ ખાતા હોવા જોઈએ

આર્કિમિડીઝ: ઉછાળ બળ = વિસ્થાપિત પ્રવાહીનું વજન. જો ρ_વસ્તુ < ρ_પ્રવાહી હોય તો તરે છે. હિમશિલાઓ, જહાજો સમજાવે છે.

• જો ρ_વસ્તુ < ρ_પ્રવાહી હોય તો તરે છે
• ઉછાળ બળ = ρ_પ્રવાહી × V × g
• % ડૂબેલું = ρ_વસ્તુ/ρ_પ્રવાહી
• બરફ તરે છે: 917 < 1000 kg/m³

ઘનતા અણુ દળ + પેકિંગમાંથી આવે છે. ઓસ્મિયમ: સૌથી ઘન (22,590 kg/m³). હાઇડ્રોજન: સૌથી હલકો વાયુ (0.09 kg/m³).

• અણુ દળ મહત્વનું છે
• સ્ફટિક પેકિંગ
• ધાતુઓ: ઉચ્ચ ઘનતા
• વાયુઓ: ઓછી ઘનતા

• પાણી 1 છે: g/cm³ = g/mL = kg/L = SG (બધા પાણી માટે 1 ની બરાબર છે)
• 1000 વડે ગુણાકાર કરો: g/cm³ × 1000 = kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)
• 16 નો નિયમ: lb/ft³ × 16 ≈ kg/m³ (1 lb/ft³ ≈ 16.018 kg/m³)
• SG થી kg/m³: ફક્ત 1000 વડે ગુણાકાર કરો (SG 0.8 = 800 kg/m³)
• તરવાની કસોટી: SG < 1 તરે છે, SG > 1 ડૂબી જાય છે, SG = 1 તટસ્થ ઉછાળો
• બરફનો નિયમ: 917 kg/m³ = 0.917 SG → તરતી વખતે 91.7% ડૂબેલું હોય છે

• g/cm³ ≠ g/m³! 1,000,000 ગણો તફાવત. હંમેશા તમારા એકમો તપાસો!
• તાપમાન મહત્વનું છે: પાણી 4°C પર 1000, 20°C પર 997, 100°C પર 958 છે
• યુએસ વિ યુકે ગેલન: 20% તફાવત lb/gal રૂપાંતરણોને અસર કરે છે (119.8 વિ 99.8 kg/m³)
• SG પરિમાણહીન છે: એકમો ઉમેરશો નહીં. SG × 1000 = kg/m³ (પછી એકમો ઉમેરો)
• API ગ્રેવિટી ઉલટી છે: ઉચ્ચ API = હળવું તેલ (ઘનતાની વિરુદ્ધ)
• વાયુની ઘનતા P&T સાથે બદલાય છે: શરતોનો ઉલ્લેખ કરવો જ જોઇએ અથવા આદર્શ વાયુ કાયદાનો ઉપયોગ કરવો જોઇએ

ઘનતા દ્વારા સામગ્રીની પસંદગી. સ્ટીલ (7850) મજબૂત/ભારે. એલ્યુમિનિયમ (2700) હલકું. કોંક્રિટ (2400) માળખાઓ માટે.

• સ્ટીલ: 7850 kg/m³
• એલ્યુમિનિયમ: 2700 kg/m³
• કોંક્રિટ: 2400 kg/m³
• ફીણ: 30-100 kg/m³

API ગ્રેવિટી તેલનું વર્ગીકરણ કરે છે. ગુણવત્તા માટે વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ. ઘનતા મિશ્રણ, વિભાજન, કિંમત નિર્ધારણને અસર કરે છે.

• API > 31.1: હલકું ક્રૂડ
• API < 22.3: ભારે ક્રૂડ
• પેટ્રોલ: ~720 kg/m³
• ડીઝલ: ~832 kg/m³

ખાંડની સામગ્રી માટે બ્રિક્સ. માલ્ટ માટે પ્લેટો. મધ, સીરપ માટે SG. ગુણવત્તા નિયંત્રણ, આથવણની દેખરેખ.

• બ્રિક્સ: જ્યુસ, વાઇન
• પ્લેટો: બીયરની મજબૂતાઈ
• મધ: ~1400 kg/m³
• દૂધ: ~1030 kg/m³

g/cm³ × 1000 = kg/m³. lb/ft³ × 16 = kg/m³. SG × 1000 = kg/m³.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• SG × 1000 = kg/m³
• 1 g/mL = 1 kg/L

m = ρ × V. પાણી: 2 m³ × 1000 = 2000 kg.

• m = ρ × V
• પાણી: 1 L = 1 kg
• સ્ટીલ: 1 m³ = 7850 kg
• એકમો તપાસો

V = m / ρ. સોનું 1 kg: V = 1/19320 = 51.8 cm³.

• V = m / ρ
• 1 kg સોનું = 51.8 cm³
• 1 kg Al = 370 cm³
• ઘન = નાનું

2m × 0.3m × 0.3m સ્ટીલ બીમ, ρ=7850. વજન?

V = 0.18 m³. m = 7850 × 0.18 = 1413 kg ≈ 1.4 ટન.

લાકડું (600 kg/m³) પાણીમાં. શું તે તરે છે?

600 < 1000, તરે છે! ડૂબેલું: 600/1000 = 60%.

1 kg સોનું. ρ=19320. કદ?

V = 1/19320 = 51.8 cm³. માચિસની પેટીનું કદ!

22,590 kg/m³. એક ઘન ફૂટ = 1,410 lb! ઇરિડિયમને સહેજ હરાવે છે. દુર્લભ, પેનની ટોચમાં વપરાય છે.

બરફ 917 < પાણી 1000. લગભગ અનન્ય! તળાવો ઉપરથી નીચે થીજે છે, જળચર જીવનને બચાવે છે.

4°C પર સૌથી ઘન, 0°C પર નહીં! તળાવોને સંપૂર્ણ થીજતા અટકાવે છે—4°C પાણી તળિયે ડૂબી જાય છે.

1-2 kg/m³. 'થીજેલો ધુમાડો'. પોતાના વજન કરતાં 2000 ગણું વજન સહન કરે છે. મંગળ રોવર્સ તેનો ઉપયોગ કરે છે!

~4×10¹⁷ kg/m³. એક ચમચી = 1 અબજ ટન! અણુઓ તૂટી પડે છે. સૌથી ઘન પદાર્થ.

0.09 kg/m³. હવા કરતાં 14 ગણો હલકો. ઓછી ઘનતા હોવા છતાં બ્રહ્માંડમાં સૌથી વધુ વિપુલ છે.

વિજ્ઞાનમાં સૌથી પ્રખ્યાત 'યુરેકા!' ક્ષણ ત્યારે આવી જ્યારે આર્કિમિડીઝે સિરાક્યુઝ, સિસિલીમાં સ્નાન કરતી વખતે ઉછાળા અને ઘનતા વિસ્થાપનના સિદ્ધાંતની શોધ કરી.

• રાજા હિરો II ને શંકા હતી કે તેના સોનીએ સોનાના મુગટમાં ચાંદી ભેળવીને તેને છેતર્યો હતો
• આર્કિમિડીઝે મુગટનો નાશ કર્યા વિના છેતરપિંડી સાબિત કરવાની જરૂર હતી
• તેના સ્નાનગૃહમાં પાણીના વિસ્થાપનને જોતાં, તેણે સમજ્યું કે તે બિન-વિનાશક રીતે કદ માપી શકે છે
• પદ્ધતિ: હવામાં અને પાણીમાં મુગટનું વજન માપવું; શુદ્ધ સોનાના નમૂના સાથે સરખામણી કરવી
• પરિણામ: મુગટની ઘનતા શુદ્ધ સોના કરતાં ઓછી હતી—છેતરપિંડી સાબિત થઈ!
• વારસો: આર્કિમિડીઝનો સિદ્ધાંત હાઇડ્રોસ્ટેટિક્સ અને ઘનતા વિજ્ઞાનનો પાયો બન્યો

આ 2,300 વર્ષ જૂની શોધ આજે પણ પાણીના વિસ્થાપન અને ઉછાળાની પદ્ધતિઓ દ્વારા આધુનિક ઘનતા માપનનો આધાર છે.

વૈજ્ઞાનિક ક્રાંતિએ ચોકસાઈવાળા સાધનો અને પદાર્થો, વાયુઓ અને દ્રાવણોની ઘનતાના પદ્ધતિસરના અભ્યાસો લાવ્યા.

• 1586: ગેલિલિયો ગેલિલીએ હાઇડ્રોસ્ટેટિક બેલેન્સની શોધ કરી—પ્રથમ ચોકસાઈવાળું ઘનતા સાધન
• 1660 ના દાયકા: રોબર્ટ બોયલે વાયુ ઘનતા અને દબાણ સંબંધોનો અભ્યાસ કર્યો (બોયલનો કાયદો)
• 1768: એન્ટોઇન બૌમેએ રાસાયણિક દ્રાવણો માટે હાઇડ્રોમીટર માપદંડો વિકસાવ્યા—આજે પણ વપરાય છે
• 1787: જેક્સ ચાર્લ્સે તાપમાન વિરુદ્ધ વાયુ ઘનતા માપી (ચાર્લ્સનો કાયદો)
• 1790 ના દાયકા: લેવોઇઝિયરે રસાયણશાસ્ત્રમાં ઘનતાને મૂળભૂત ગુણધર્મ તરીકે સ્થાપિત કરી

આ પ્રગતિઓએ ઘનતાને એક જિજ્ઞાસામાંથી માત્રાત્મક વિજ્ઞાનમાં પરિવર્તિત કરી, જે રસાયણશાસ્ત્ર, પદાર્થ વિજ્ઞાન અને ગુણવત્તા નિયંત્રણને સક્ષમ બનાવે છે.

ઉદ્યોગોએ પેટ્રોલિયમ, ખોરાક, પીણાં અને રસાયણો માટે કસ્ટમ ઘનતા માપદંડો વિકસાવ્યા, દરેક તેમની વિશિષ્ટ જરૂરિયાતો માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલા.

• 1921: અમેરિકન પેટ્રોલિયમ ઇન્સ્ટિટ્યૂટે API ગ્રેવિટી સ્કેલ બનાવ્યો—ઉચ્ચ ડિગ્રી = હલકું, વધુ મૂલ્યવાન ક્રૂડ ઓઇલ
• 1843: એડોલ્ફ બ્રિક્સે ખાંડના દ્રાવણો માટે સેકરોમીટરને સંપૂર્ણ બનાવ્યું—°બ્રિક્સ આજે પણ ખોરાક/પીણામાં માનક છે
• 1900 ના દાયકા: પ્લેટો સ્કેલ બ્રુઇંગ માટે માનકીકૃત કરવામાં આવ્યો—વર્ટ અને બીયરમાં અર્કની સામગ્રી માપે છે
• 1768-હાલ: બૌમે સ્કેલ (ભારે અને હલકા) એસિડ, સીરપ અને ઔદ્યોગિક રસાયણો માટે
• ટ્વેડેલ સ્કેલ ભારે ઔદ્યોગિક પ્રવાહીઓ માટે—આજે પણ ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગમાં વપરાય છે

આ બિન-રેખીય માપદંડો ચાલુ રહે છે કારણ કે તે સાંકડી શ્રેણીઓ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલા છે જ્યાં ચોકસાઈ સૌથી વધુ મહત્વની છે (દા.ત., API 10-50° મોટાભાગના ક્રૂડ ઓઇલને આવરી લે છે).

અણુ-સ્તરની સમજ, નવા પદાર્થો અને ચોકસાઈવાળા સાધનોએ ઘનતા માપન અને પદાર્થ ઇજનેરીમાં ક્રાંતિ લાવી.

• 1967: એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફીએ ઓસ્મિયમને 22,590 kg/m³ પર સૌથી ઘન તત્વ તરીકે પુષ્ટિ કરી (ઇરિડિયમને 0.12% થી હરાવે છે)
• 1980-90 ના દાયકા: ડિજિટલ ઘનતા મીટરો પ્રવાહીઓ માટે ±0.0001 g/cm³ ની ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરે છે
• 1990 ના દાયકા: એરોજેલ વિકસાવવામાં આવ્યું—વિશ્વનું સૌથી હલકું ઘન 1-2 kg/m³ (99.8% હવા)
• 2000 ના દાયકા: અસામાન્ય ઘનતા-મજબૂતાઈના ગુણોત્તર સાથે ધાતુના ગ્લાસ એલોય
• 2019: SI પુનઃવ્યાખ્યા કિલોગ્રામને પ્લાન્ક કોન્સ્ટન્ટ સાથે જોડે છે—ઘનતા હવે મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્ર સુધી શોધી શકાય છે

20 મી સદીના ખગોળશાસ્ત્રે પૃથ્વીની કલ્પના બહારની ઘનતાની ચરમસીમાઓ પ્રગટ કરી.

• આંતરતારકીય અવકાશ: ~10⁻²¹ kg/m³—હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે લગભગ સંપૂર્ણ શૂન્યાવકાશ
• દરિયાની સપાટી પર પૃથ્વીનું વાતાવરણ: 1.225 kg/m³
• સફેદ વામન તારાઓ: ~10⁹ kg/m³—એક ચમચીનું વજન કેટલાક ટન હોય છે
• ન્યુટ્રોન તારાઓ: ~4×10¹⁷ kg/m³—એક ચમચી લગભગ ~1 અબજ ટન બરાબર છે
• બ્લેક હોલની એકલતા: સૈદ્ધાંતિક રીતે અનંત ઘનતા (ભૌતિકશાસ્ત્ર તૂટી પડે છે)

જાણીતી ઘનતાઓ ~40 ઓર્ડર ઓફ મેગ્નિટ્યુડ સુધી વિસ્તરેલી છે—બ્રહ્માંડના ખાલીપોથી તૂટી પડેલા તારાકીય કોર સુધી.

આજે, ઘનતા માપન વિજ્ઞાન, ઉદ્યોગ અને વાણિજ્યમાં અનિવાર્ય છે.

• પેટ્રોલિયમ: API ગ્રેવિટી ક્રૂડ ઓઇલની કિંમત નક્કી કરે છે (±1° API = લાખોનું મૂલ્ય)
• ખોરાકની સલામતી: ઘનતા તપાસો મધ, ઓલિવ તેલ, દૂધ, જ્યુસમાં ભેળસેળ શોધી કાઢે છે
• ફાર્માસ્યુટિકલ્સ: દવાના સૂત્રીકરણ અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ માટે સબ-મિલિગ્રામ ચોકસાઈ
• પદાર્થ ઇજનેરી: એરોસ્પેસ માટે ઘનતા ઑપ્ટિમાઇઝેશન (મજબૂત + હલકું)
• પર્યાવરણ: આબોહવા મોડેલો માટે સમુદ્ર/વાતાવરણની ઘનતા માપવી
• અવકાશ સંશોધન: એસ્ટરોઇડ, ગ્રહો, એક્ઝોપ્લેનેટના વાતાવરણનું લાક્ષણિકીકરણ

ઘનતાને એકમો હોય છે (kg/m³, g/cm³). SG એ પાણીની સાપેક્ષમાં પરિમાણહીન ગુણોત્તર છે. SG=ρ/ρ_પાણી. SG=1 એટલે પાણી જેવું જ. kg/m³ મેળવવા માટે SG ને 1000 વડે ગુણાકાર કરો. SG ઝડપી સરખામણીઓ માટે ઉપયોગી છે.

પાણી થીજતી વખતે વિસ્તરે છે. બરફ=917, પાણી=1000 kg/m³. બરફ 9% ઓછો ઘન છે. તળાવો ઉપરથી નીચે થીજે છે, જીવન માટે નીચે પાણી છોડી દે છે. જો બરફ ડૂબી જાત, તો તળાવો સંપૂર્ણ થીજી જાત. અનન્ય હાઇડ્રોજન બંધન.

ઉચ્ચ તાપમાન → ઓછી ઘનતા (વિસ્તરણ). વાયુઓ ખૂબ સંવેદનશીલ હોય છે. પ્રવાહીઓ ~0.02%/°C. ઘન પદાર્થો ન્યૂનતમ. અપવાદ: પાણી 4°C પર સૌથી ઘન છે. ચોકસાઈ માટે હંમેશા તાપમાનનો ઉલ્લેખ કરો.

યુએસ=3.785L, યુકે=4.546L (20% મોટું). lb/gal ને અસર કરે છે! 1 lb/US gal=119.8 kg/m³. 1 lb/UK gal=99.8 kg/m³. હંમેશા ઉલ્લેખ કરો.

જો તાપમાન નિયંત્રિત હોય તો ખૂબ ચોક્કસ. ±0.001 સ્થિર તાપમાને પ્રવાહીઓ માટે સામાન્ય છે. ઘન પદાર્થો ±0.01. વાયુઓને દબાણ નિયંત્રણની જરૂર પડે છે. માનક: 20°C અથવા 4°C પાણીના સંદર્ભ માટે.

પ્રવાહીઓ: હાઇડ્રોમીટર, પિક્નોમીટર, ડિજિટલ મીટર. ઘન પદાર્થો: આર્કિમિડીઝ (પાણીનું વિસ્થાપન), ગેસ પિક્નોમીટર. ચોકસાઈ: 0.0001 g/cm³ શક્ય છે. તાપમાન નિયંત્રણ નિર્ણાયક છે.