घनत्व यह मापता है कि किसी आयतन में कितना द्रव्यमान भरा हुआ है। जैसे पंखों की तुलना सीसे से करना - समान आकार, अलग-अलग वजन। पदार्थों की पहचान के लिए यह एक प्रमुख गुण है।

• घनत्व = द्रव्यमान ÷ आयतन (ρ = m/V)
• उच्च घनत्व = समान आकार के लिए भारी
• पानी: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³
• तैरना/डूबना निर्धारित करता है

विशिष्ट गुरुत्व = पानी के सापेक्ष घनत्व। आयामरहित अनुपात। SG = 1 का अर्थ है पानी के समान। SG < 1 तैरता है, SG > 1 डूबता है।

• SG = ρ_पदार्थ / ρ_पानी
• SG = 1: पानी के समान
• SG < 1: तैरता है (तेल, लकड़ी)
• SG > 1: डूबता है (धातु)

घनत्व तापमान के साथ बदलता है! गैसें: बहुत संवेदनशील। तरल पदार्थ: मामूली परिवर्तन। पानी का अधिकतम घनत्व 4°C पर होता है। हमेशा स्थितियाँ निर्दिष्ट करें।

• तापमान ↑ → घनत्व ↓
• पानी: 4°C पर अधिकतम (997 kg/m³)
• गैसें दबाव/तापमान के प्रति संवेदनशील होती हैं
• मानक: 20°C, 1 atm

kg/m³ SI मानक है। g/cm³ बहुत आम है (= पानी के लिए SG)। घोल के लिए g/L। सभी 10 की घातों से संबंधित हैं।

• 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 (संख्यात्मक रूप से)

lb/ft³ सबसे आम है। घने पदार्थों के लिए lb/in³। तरल पदार्थों के लिए lb/gal (यूएस गैलन ≠ यूके गैलन!)। निर्माण में pcf = lb/ft³।

• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• यूएस गैलन ≠ यूके गैलन (20% अंतर)
• धातुओं के लिए lb/in³
• पानी: 62.4 lb/ft³

पेट्रोलियम के लिए API। चीनी के लिए ब्रिक्स। शराब बनाने के लिए प्लेटो। रसायनों के लिए बॉमे। गैर-रेखीय रूपांतरण!

• API: पेट्रोलियम (10-50°)
• ब्रिक्स: चीनी/शराब (0-30°)
• प्लेटो: बीयर (10-20°)
• बॉमे: रसायन

ρ = m/V। कोई भी दो जानें, तीसरा खोजें। m = ρV, V = m/ρ। रैखिक संबंध।

• ρ = m / V
• m = ρ × V
• V = m / ρ
• इकाइयाँ मेल खानी चाहिए

आर्किमिडीज: उत्प्लावन बल = विस्थापित तरल का भार। यदि ρ_वस्तु < ρ_तरल हो तो तैरता है। हिमशैल, जहाजों की व्याख्या करता है।

• यदि ρ_वस्तु < ρ_तरल हो तो तैरता है
• उत्प्लावन बल = ρ_तरल × V × g
• % डूबा हुआ = ρ_वस्तु/ρ_तरल
• बर्फ तैरता है: 917 < 1000 kg/m³

घनत्व परमाणु द्रव्यमान + पैकिंग से आता है। ऑस्मियम: सबसे घना (22,590 kg/m³)। हाइड्रोजन: सबसे हल्की गैस (0.09 kg/m³)।

• परमाणु द्रव्यमान मायने रखता है
• क्रिस्टल पैकिंग
• धातु: उच्च घनत्व
• गैसें: कम घनत्व

• पानी 1 है: g/cm³ = g/mL = kg/L = SG (पानी के लिए सभी 1 के बराबर हैं)
• 1000 से गुणा करें: g/cm³ × 1000 = kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)
• 16 का नियम: lb/ft³ × 16 ≈ kg/m³ (1 lb/ft³ ≈ 16.018 kg/m³)
• SG से kg/m³: बस 1000 से गुणा करें (SG 0.8 = 800 kg/m³)
• तैरने का परीक्षण: SG < 1 तैरता है, SG > 1 डूबता है, SG = 1 तटस्थ उछाल
• बर्फ का नियम: 917 kg/m³ = 0.917 SG → तैरते समय 91.7% डूबा हुआ

• g/cm³ ≠ g/m³! 1,000,000 के कारक का अंतर। हमेशा अपनी इकाइयाँ जाँचें!
• तापमान मायने रखता है: पानी 4°C पर 1000, 20°C पर 997, 100°C पर 958 होता है
• यूएस बनाम यूके गैलन: 20% का अंतर lb/gal रूपांतरणों को प्रभावित करता है (119.8 बनाम 99.8 kg/m³)
• SG आयामरहित है: इकाइयाँ न जोड़ें। SG × 1000 = kg/m³ (फिर इकाइयाँ जोड़ें)
• API गुरुत्व उल्टा है: उच्च API = हल्का तेल (घनत्व के विपरीत)
• गैस का घनत्व P&T के साथ बदलता है: स्थितियाँ निर्दिष्ट करनी चाहिए या आदर्श गैस नियम का उपयोग करना चाहिए

घनत्व के आधार पर सामग्री का चयन। स्टील (7850) मजबूत/भारी। एल्यूमीनियम (2700) हल्का। कंक्रीट (2400) संरचनाओं के लिए।

• स्टील: 7850 kg/m³
• एल्यूमीनियम: 2700 kg/m³
• कंक्रीट: 2400 kg/m³
• फोम: 30-100 kg/m³

API गुरुत्व तेल को वर्गीकृत करता है। गुणवत्ता के लिए विशिष्ट गुरुत्व। घनत्व मिश्रण, पृथक्करण, मूल्य निर्धारण को प्रभावित करता है।

• API > 31.1: हल्का कच्चा तेल
• API < 22.3: भारी कच्चा तेल
• पेट्रोल: ~720 kg/m³
• डीजल: ~832 kg/m³

चीनी की मात्रा के लिए ब्रिक्स। माल्ट के लिए प्लेटो। शहद, सिरप के लिए SG। गुणवत्ता नियंत्रण, किण्वन की निगरानी।

• ब्रिक्स: जूस, वाइन
• प्लेटो: बीयर की ताकत
• शहद: ~1400 kg/m³
• दूध: ~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। पानी: 2 m³ × 1000 = 2000 kg।

• m = ρ × V
• पानी: 1 L = 1 kg
• स्टील: 1 m³ = 7850 kg
• इकाइयाँ जाँचें

V = m / ρ। सोना 1 kg: V = 1/19320 = 51.8 cm³।

• V = m / ρ
• 1 kg सोना = 51.8 cm³
• 1 kg अल = 370 cm³
• घना = छोटा

2m × 0.3m × 0.3m स्टील बीम, ρ=7850। वजन?

V = 0.18 m³। m = 7850 × 0.18 = 1413 kg ≈ 1.4 टन।

लकड़ी (600 kg/m³) पानी में। क्या यह तैरेगा?

600 < 1000, तैरेगा! डूबा हुआ: 600/1000 = 60%।

1 kg सोना। ρ=19320। आयतन?

V = 1/19320 = 51.8 cm³। माचिस की डिब्बी का आकार!

22,590 kg/m³। एक घन फुट = 1,410 पाउंड! इरिडियम को थोड़ा पीछे छोड़ता है। दुर्लभ, पेन की नोक में उपयोग किया जाता है।

बर्फ 917 < पानी 1000। लगभग अद्वितीय! झीलें ऊपर से नीचे की ओर जमती हैं, जलीय जीवन को बचाती हैं।

4°C पर सबसे घना, 0°C पर नहीं! झीलों को पूरी तरह से जमने से रोकता है - 4°C का पानी नीचे बैठ जाता है।

1-2 kg/m³। 'जमा हुआ धुआँ'। अपने वजन का 2000 गुना समर्थन करता है। मंगल रोवर्स इसका उपयोग करते हैं!

~4×10¹⁷ kg/m³। एक चम्मच = 1 अरब टन! परमाणु ढह जाते हैं। सबसे घना पदार्थ।

0.09 kg/m³। हवा से 14 गुना हल्का। कम घनत्व के बावजूद ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में।

विज्ञान में सबसे प्रसिद्ध 'यूरेका!' क्षण तब हुआ जब आर्किमिडीज ने सिरैक्यूज़, सिसिली में स्नान करते समय उछाल और घनत्व विस्थापन के सिद्धांत की खोज की।

• राजा हिरो द्वितीय को संदेह था कि उनके सुनार ने सोने के मुकुट में चांदी मिलाकर उन्हें धोखा दिया था
• आर्किमिडीज को मुकुट को नष्ट किए बिना धोखाधड़ी को साबित करना था
• अपने स्नान में पानी के विस्थापन को देखकर, उन्होंने महसूस किया कि वह गैर-विनाशकारी रूप से आयतन को माप सकते हैं
• विधि: हवा में और पानी में मुकुट के वजन को मापें; शुद्ध सोने के नमूने से तुलना करें
• परिणाम: मुकुट का घनत्व शुद्ध सोने से कम था - धोखाधड़ी साबित हुई!
• विरासत: आर्किमिडीज का सिद्धांत हाइड्रोस्टैटिक्स और घनत्व विज्ञान का आधार बन गया

यह 2,300 साल पुरानी खोज आज भी पानी के विस्थापन और उछाल विधियों के माध्यम से आधुनिक घनत्व मापन का आधार बनी हुई है।

वैज्ञानिक क्रांति ने पदार्थों, गैसों और घोलों के घनत्व के सटीक उपकरणों और व्यवस्थित अध्ययनों को जन्म दिया।

• 1586: गैलीलियो गैलीली ने हाइड्रोस्टैटिक संतुलन का आविष्कार किया - घनत्व के लिए पहला सटीक उपकरण
• 1660 के दशक: रॉबर्ट बॉयल ने गैस घनत्व और दबाव संबंधों का अध्ययन किया (बॉयल का नियम)
• 1768: एंटोनी बॉमे ने रासायनिक घोलों के लिए हाइड्रोमीटर पैमाने विकसित किए - आज भी उपयोग किए जाते हैं
• 1787: जैक्स चार्ल्स ने तापमान के मुकाबले गैस घनत्व को मापा (चार्ल्स का नियम)
• 1790 के दशक: लैवॉज़ियर ने घनत्व को रसायन विज्ञान में एक मौलिक गुण के रूप में स्थापित किया

इन प्रगतियों ने घनत्व को एक जिज्ञासा से मात्रात्मक विज्ञान में बदल दिया, जिससे रसायन विज्ञान, पदार्थ विज्ञान और गुणवत्ता नियंत्रण संभव हो गया।

उद्योगों ने पेट्रोलियम, भोजन, पेय और रसायनों के लिए कस्टम घनत्व पैमाने विकसित किए, प्रत्येक को उनकी विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित किया गया।

• 1921: अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट ने एपीआई गुरुत्व पैमाना बनाया - उच्च डिग्री = हल्का, अधिक मूल्यवान कच्चा तेल
• 1843: एडॉल्फ ब्रिक्स ने चीनी घोलों के लिए सैकरोमीटर को सिद्ध किया - °ब्रिक्स अभी भी खाद्य/पेय में मानक है
• 1900 के दशक: प्लेटो पैमाने को शराब बनाने के लिए मानकीकृत किया गया - पौधा और बीयर में अर्क सामग्री को मापता है
• 1768-वर्तमान: एसिड, सिरप और औद्योगिक रसायनों के लिए बॉमे पैमाने (भारी और हल्के)
• भारी औद्योगिक तरल पदार्थों के लिए ट्वाडेल पैमाना - अभी भी इलेक्ट्रोप्लेटिंग में उपयोग किया जाता है

ये गैर-रेखीय पैमाने बने हुए हैं क्योंकि वे संकीर्ण श्रेणियों के लिए अनुकूलित हैं जहां सटीकता सबसे अधिक मायने रखती है (उदाहरण के लिए, एपीआई 10-50 अधिकांश कच्चे तेलों को कवर करता है)।

परमाणु-पैमाने की समझ, नई सामग्री और सटीक उपकरणों ने घनत्व मापन और सामग्री इंजीनियरिंग में क्रांति ला दी।

• 1967: एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी ने पुष्टि की कि ऑस्मियम 22,590 kg/m³ पर सबसे घना तत्व है (इरिडियम को 0.12% से पीछे छोड़ता है)
• 1980-90 के दशक: डिजिटल घनत्व मीटर तरल पदार्थों के लिए ±0.0001 g/cm³ सटीकता प्राप्त करते हैं
• 1990 के दशक: एरोजेल विकसित हुआ - दुनिया का सबसे हल्का ठोस 1-2 kg/m³ (99.8% हवा) पर
• 2000 के दशक: असामान्य घनत्व-शक्ति अनुपात वाले धातु के कांच के मिश्र धातु
• 2019: एसआई की पुनर्परिभाषा किलोग्राम को प्लैंक स्थिरांक से जोड़ती है - घनत्व अब मौलिक भौतिकी के लिए पता लगाने योग्य है

20 वीं सदी के खगोल भौतिकी ने सांसारिक कल्पना से परे घनत्व की चरम सीमाओं का खुलासा किया।

• अंतरतारकीय अंतरिक्ष: ~10⁻²¹ kg/m³ - हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ लगभग-पूर्ण निर्वात
• समुद्र तल पर पृथ्वी का वायुमंडल: 1.225 kg/m³
• सफेद बौने तारे: ~10⁹ kg/m³ - एक चम्मच का वजन कई टन होता है
• न्यूट्रॉन तारे: ~4×10¹⁷ kg/m³ - एक चम्मच ~1 अरब टन के बराबर है
• ब्लैक होल विलक्षणता: सैद्धांतिक रूप से अनंत घनत्व (भौतिकी टूट जाती है)

ज्ञात घनत्व ~40 परिमाण के क्रम में फैले हुए हैं - ब्रह्मांड के रिक्त स्थान से लेकर ढह गए तारकीय कोर तक।

आज, घनत्व मापन विज्ञान, उद्योग और वाणिज्य में अपरिहार्य है।

• पेट्रोलियम: एपीआई गुरुत्व कच्चे तेल की कीमत निर्धारित करता है (±1° एपीआई = मूल्य में लाखों)
• खाद्य सुरक्षा: घनत्व जांच शहद, जैतून का तेल, दूध, जूस में मिलावट का पता लगाती है
• फार्मास्यूटिकल्स: दवा निर्माण और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए उप-मिलीग्राम सटीकता
• सामग्री इंजीनियरिंग: एयरोस्पेस के लिए घनत्व अनुकूलन (मजबूत + हल्का)
• पर्यावरण: जलवायु मॉडल के लिए महासागर/वायुमंडल घनत्व को मापना
• अंतरिक्ष अन्वेषण: क्षुद्रग्रहों, ग्रहों, एक्सोप्लैनेट वायुमंडल की विशेषता

घनत्व की इकाइयाँ होती हैं (kg/m³, g/cm³)। SG पानी के सापेक्ष एक आयामरहित अनुपात है। SG=ρ/ρ_पानी। SG=1 का मतलब पानी के समान है। kg/m³ प्राप्त करने के लिए SG को 1000 से गुणा करें। SG त्वरित तुलनाओं के लिए उपयोगी है।

जमने पर पानी फैलता है। बर्फ=917, पानी=1000 kg/m³। बर्फ 9% कम घनी होती है। झीलें ऊपर से नीचे की ओर जमती हैं, जीवन के लिए नीचे पानी छोड़ती हैं। अगर बर्फ डूबती, तो झीलें पूरी तरह से जम जातीं। अद्वितीय हाइड्रोजन बंधन।

उच्च तापमान → कम घनत्व (विस्तार)। गैसें बहुत संवेदनशील होती हैं। तरल पदार्थ ~0.02%/°C। ठोस न्यूनतम। अपवाद: पानी 4°C पर सबसे घना होता है। सटीकता के लिए हमेशा तापमान निर्दिष्ट करें।

यूएस=3.785L, यूके=4.546L (20% बड़ा)। lb/gal को प्रभावित करता है! 1 lb/US gal=119.8 kg/m³। 1 lb/UK gal=99.8 kg/m³। हमेशा निर्दिष्ट करें।

यदि तापमान नियंत्रित हो तो बहुत सटीक। स्थिर तापमान पर तरल पदार्थों के लिए ±0.001 सामान्य है। ठोस ±0.01। गैसों को दबाव नियंत्रण की आवश्यकता होती है। मानक: 20°C या 4°C पानी के संदर्भ के लिए।

तरल पदार्थ: हाइड्रोमीटर, पिक्नोमीटर, डिजिटल मीटर। ठोस: आर्किमिडीज (पानी का विस्थापन), गैस पिक्नोमीटर। सटीकता: 0.0001 g/cm³ संभव है। तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण है।