کثافت یہ پیمائش کرتی ہے کہ کسی حجم میں کتنی کمیت بھری ہوئی ہے۔ جیسے پنکھوں کا سیسے سے موازنہ کرنا—ایک ہی سائز، مختلف وزن۔ مواد کی شناخت کے لیے کلیدی خاصیت۔

• کثافت = کمیت ÷ حجم (ρ = m/V)
• زیادہ کثافت = ایک ہی سائز کے لیے زیادہ بھاری
• پانی: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³
• تیرنے/ڈوبنے کا تعین کرتی ہے

مخصوص کشش ثقل = پانی کے مقابلے میں کثافت۔ بے جہت تناسب۔ SG = 1 کا مطلب پانی جیسا ہے۔ SG < 1 تیرتا ہے، SG > 1 ڈوبتا ہے۔

• SG = ρ_مواد / ρ_پانی
• SG = 1: پانی جیسا
• SG < 1: تیرتا ہے (تیل، لکڑی)
• SG > 1: ڈوبتا ہے (دھاتیں)

کثافت درجہ حرارت کے ساتھ بدلتی ہے! گیسیں: بہت حساس۔ مائعات: معمولی تبدیلیاں۔ پانی کی زیادہ سے زیادہ کثافت 4°C پر ہوتی ہے۔ ہمیشہ حالات کی وضاحت کریں۔

• درجہ حرارت ↑ → کثافت ↓
• پانی: 4°C پر زیادہ سے زیادہ (997 kg/m³)
• گیسیں دباؤ/درجہ حرارت کے لیے حساس ہیں
• معیاری: 20°C، 1 atm

kg/m³ SI کا معیار ہے۔ g/cm³ بہت عام ہے (= پانی کے لیے SG)۔ g/L محلول کے لیے۔ سبھی 10 کی طاقتوں سے متعلق ہیں۔

• 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 (عددی طور پر)

lb/ft³ سب سے عام ہے۔ lb/in³ گھنے مواد کے لیے۔ lb/gal مائعات کے لیے (امریکی گیلن ≠ برطانوی گیلن!)۔ pcf = lb/ft³ تعمیرات میں۔

• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• امریکی گیلن ≠ برطانوی گیلن (20% فرق)
• lb/in³ دھاتوں کے لیے
• پانی: 62.4 lb/ft³

API پٹرولیم کے لیے۔ Brix چینی کے لیے۔ Plato شراب سازی کے لیے۔ Baumé کیمیکلز کے لیے۔ غیر لکیری تبادلے!

• API: پٹرولیم (10-50°)
• Brix: چینی/شراب (0-30°)
• Plato: بیئر (10-20°)
• Baumé: کیمیکلز

ρ = m/V۔ کوئی بھی دو جانیں، تیسرا تلاش کریں۔ m = ρV، V = m/ρ۔ لکیری تعلق۔

• ρ = m / V
• m = ρ × V
• V = m / ρ
• اکائیاں ایک جیسی ہونی چاہئیں

ارشمیدس: اچھال کی قوت = ہٹائے گئے سیال کا وزن۔ اگر ρ_شے < ρ_سیال تو تیرتی ہے۔ برفانی تودوں، جہازوں کی وضاحت کرتا ہے۔

• اگر ρ_شے < ρ_سیال تو تیرتی ہے
• اچھال کی قوت = ρ_سیال × V × g
• ڈوبا ہوا % = ρ_شے/ρ_سیال
• برف تیرتی ہے: 917 < 1000 kg/m³

کثافت جوہری کمیت + پیکنگ سے آتی ہے۔ اوسمیم: سب سے زیادہ کثیف (22,590 kg/m³)۔ ہائیڈروجن: سب سے ہلکی گیس (0.09 kg/m³)۔

• جوہری کمیت اہم ہے
• کرسٹل پیکنگ
• دھاتیں: زیادہ کثافت
• گیسیں: کم کثافت

• پانی 1 ہے: g/cm³ = g/mL = kg/L = SG (سب پانی کے لیے 1 کے برابر ہیں)
• 1000 سے ضرب دیں: g/cm³ × 1000 = kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)
• 16 کا اصول: lb/ft³ × 16 ≈ kg/m³ (1 lb/ft³ ≈ 16.018 kg/m³)
• SG سے kg/m³: بس 1000 سے ضرب دیں (SG 0.8 = 800 kg/m³)
• تیرنے کا ٹیسٹ: SG < 1 تیرتا ہے، SG > 1 ڈوبتا ہے، SG = 1 غیر جانبدار اچھال
• برف کا اصول: 917 kg/m³ = 0.917 SG → تیرتے وقت 91.7% ڈوبا ہوا

• g/cm³ ≠ g/m³! 1,000,000 کا فرق۔ ہمیشہ اپنی اکائیاں چیک کریں!
• درجہ حرارت اہم ہے: پانی 4°C پر 1000، 20°C پر 997، 100°C پر 958 ہے
• امریکی بمقابلہ برطانوی گیلن: 20% فرق lb/gal تبادلوں پر اثرانداز ہوتا ہے (119.8 بمقابلہ 99.8 kg/m³)
• SG بے جہت ہے: اکائیاں نہ جوڑیں۔ SG × 1000 = kg/m³ (پھر اکائیاں جوڑیں)
• API گریوٹی الٹی ہے: زیادہ API = ہلکا تیل (کثافت کے برعکس)
• گیس کی کثافت P&T کے ساتھ بدلتی ہے: حالات کی وضاحت کرنی چاہیے یا مثالی گیس قانون استعمال کریں

کثافت کے لحاظ سے مواد کا انتخاب۔ اسٹیل (7850) مضبوط/بھاری۔ ایلومینیم (2700) ہلکا۔ کنکریٹ (2400) ڈھانچے۔

• اسٹیل: 7850 kg/m³
• ایلومینیم: 2700 kg/m³
• کنکریٹ: 2400 kg/m³
• فوم: 30-100 kg/m³

API گریوٹی تیل کی درجہ بندی کرتی ہے۔ معیار کے لیے مخصوص کشش ثقل۔ کثافت مکسنگ، علیحدگی، قیمتوں پر اثرانداز ہوتی ہے۔

• API > 31.1: ہلکا خام تیل
• API < 22.3: بھاری خام تیل
• پٹرول: ~720 kg/m³
• ڈیزل: ~832 kg/m³

Brix چینی کے مواد کے لیے۔ Plato مالٹ کے لیے۔ SG شہد، شربت کے لیے۔ کوالٹی کنٹرول، فرمینٹیشن کی نگرانی۔

• Brix: جوس، شراب
• Plato: بیئر کی طاقت
• شہد: ~1400 kg/m³
• دودھ: ~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۔ پانی: 2 m³ × 1000 = 2000 kg۔

• m = ρ × V
• پانی: 1 L = 1 kg
• اسٹیل: 1 m³ = 7850 kg
• اکائیاں چیک کریں

V = m / ρ۔ سونا 1 kg: V = 1/19320 = 51.8 cm³۔

• V = m / ρ
• 1 کلو سونا = 51.8 cm³
• 1 کلو ایلومینیم = 370 cm³
• کثیف = چھوٹا

2m × 0.3m × 0.3m اسٹیل کا شہتیر، ρ=7850۔ وزن؟

V = 0.18 m³۔ m = 7850 × 0.18 = 1413 kg ≈ 1.4 ٹن۔

لکڑی (600 kg/m³) پانی میں۔ کیا تیرے گی؟

600 < 1000، تیرے گی! ڈوبا ہوا حصہ: 600/1000 = 60%۔

1 کلو سونا۔ ρ=19320۔ حجم؟

V = 1/19320 = 51.8 cm³۔ ماچس کے ڈبے کا سائز!

22,590 kg/m³۔ ایک مکعب فٹ = 1,410 lb! اریڈیم کو تھوڑا سا پیچھے چھوڑ دیتا ہے۔ نایاب، قلم کی نوکوں میں استعمال ہوتا ہے۔

برف 917 < پانی 1000۔ تقریباً منفرد! جھیلیں اوپر سے نیچے جمتی ہیں، آبی حیات کو بچاتی ہیں۔

4°C پر سب سے زیادہ کثیف، 0°C پر نہیں! جھیلوں کو مکمل جمنے سے روکتا ہے—4°C کا پانی نیچے بیٹھ جاتا ہے۔

1-2 kg/m³۔ 'منجمد دھواں'۔ اپنے وزن سے 2000 گنا زیادہ سہارا دیتا ہے۔ مریخ کے روور اسے استعمال کرتے ہیں!

~4×10¹⁷ kg/m³۔ ایک چائے کا چمچ = 1 ارب ٹن! ایٹم منہدم ہو جاتے ہیں۔ سب سے کثیف مادہ۔

0.09 kg/m³۔ ہوا سے 14 گنا ہلکی۔ کم کثافت کے باوجود کائنات میں سب سے زیادہ وافر ہے۔

سائنس میں سب سے مشہور 'یوریکا!' کا لمحہ اس وقت پیش آیا جب ارشمیدس نے سسلی کے شہر سیراکیوز میں نہاتے ہوئے اچھال اور کثافت کے ہٹاؤ کے اصول کو دریافت کیا۔

• بادشاہ ہیرو دوم کو شبہ تھا کہ اس کا سنار سونے کے تاج میں چاندی ملا کر دھوکہ دے رہا ہے
• ارشمیدس کو تاج کو تباہ کیے بغیر دھوکہ دہی ثابت کرنے کی ضرورت تھی
• اپنے باتھ ٹب میں پانی کے ہٹاؤ کو دیکھ کر، اس نے محسوس کیا کہ وہ غیر تباہ کن طریقے سے حجم کی پیمائش کر سکتا ہے
• طریقہ: تاج کا وزن ہوا میں اور پانی میں ناپنا؛ خالص سونے کے نمونے سے موازنہ کرنا
• نتیجہ: تاج کی کثافت خالص سونے سے کم تھی—دھوکہ دہی ثابت ہوئی!
• میراث: ارشمیدس کا اصول ہائیڈروسٹیٹکس اور کثافت کی سائنس کی بنیاد بن گیا

یہ 2,300 سال پرانی دریافت آج بھی پانی کے ہٹاؤ اور اچھال کے طریقوں کے ذریعے جدید کثافت کی پیمائش کی بنیاد ہے۔

سائنسی انقلاب نے درست آلات اور مواد، گیسوں اور محلول کے منظم کثافتی مطالعے لائے۔

• 1586: گلیلیو گلیلی نے ہائیڈروسٹیٹک بیلنس ایجاد کیا—پہلا درست کثافتی پیمائش کا آلہ
• 1660 کی دہائی: رابرٹ بوائل نے گیس کی کثافت اور دباؤ کے تعلقات کا مطالعہ کیا (بوائل کا قانون)
• 1768: اینٹون بومے نے کیمیائی محلول کے لیے ہائیڈرومیٹر پیمانے تیار کیے—جو آج بھی استعمال ہوتے ہیں
• 1787: جیکس چارلس نے درجہ حرارت کے مقابلے میں گیس کی کثافت کی پیمائش کی (چارلس کا قانون)
• 1790 کی دہائی: لیوائزیئر نے کثافت کو کیمسٹری میں ایک بنیادی خاصیت کے طور پر قائم کیا

ان پیشرفتوں نے کثافت کو ایک تجسس سے مقداری سائنس میں تبدیل کر دیا، جس سے کیمسٹری، مادی سائنس، اور کوالٹی کنٹرول کو ممکن بنایا۔

صنعتوں نے پٹرولیم، خوراک، مشروبات، اور کیمیکلز کے لیے مخصوص کثافتی پیمانے تیار کیے، ہر ایک کو ان کی مخصوص ضروریات کے لیے بہتر بنایا گیا۔

• 1921: امریکن پٹرولیم انسٹی ٹیوٹ نے API گریوٹی پیمانہ بنایا—زیادہ ڈگری = ہلکا، زیادہ قیمتی خام تیل
• 1843: ایڈولف برکس نے چینی کے محلول کے لیے سیکرومیٹر کو مکمل کیا—°Brix آج بھی خوراک/مشروبات میں معیار ہے
• 1900 کی دہائی: پلیٹو پیمانہ شراب سازی کے لیے معیاری بنایا گیا—ورٹ اور بیئر میں ایکسٹریکٹ کے مواد کی پیمائش کرتا ہے
• 1768-موجودہ: بومے پیمانے (بھاری اور ہلکے) تیزاب، شربت، اور صنعتی کیمیکلز کے لیے
• ٹواڈل پیمانہ بھاری صنعتی مائعات کے لیے—آج بھی الیکٹروپلیٹنگ میں استعمال ہوتا ہے

یہ غیر لکیری پیمانے اس لیے باقی ہیں کیونکہ یہ تنگ حدود کے لیے بہتر بنائے گئے ہیں جہاں درستگی سب سے زیادہ اہم ہے (مثلاً، API 10-50° زیادہ تر خام تیل کا احاطہ کرتا ہے)۔

جوہری پیمانے پر تفہیم، نئے مواد، اور درست آلات نے کثافت کی پیمائش اور مادی انجینئرنگ میں انقلاب برپا کر دیا۔

• 1967: ایکس رے کرسٹلوگرافی نے تصدیق کی کہ اوسمیم 22,590 kg/m³ پر سب سے کثیف عنصر ہے (اریڈیم کو 0.12% سے پیچھے چھوڑ دیتا ہے)
• 1980-90 کی دہائی: ڈیجیٹل کثافت میٹر مائعات کے لیے ±0.0001 g/cm³ کی درستگی حاصل کرتے ہیں
• 1990 کی دہائی: ایروجیل تیار کیا گیا—دنیا کا سب سے ہلکا ٹھوس 1-2 kg/m³ پر (99.8% ہوا)
• 2000 کی دہائی: غیر معمولی کثافت-مضبوطی کے تناسب کے ساتھ دھاتی شیشے کے مرکبات
• 2019: SI کی نئی تعریف کلوگرام کو پلانک مستقل سے جوڑتی ہے—کثافت اب بنیادی طبیعیات سے قابل شناخت ہے

20ویں صدی کی فلکی طبیعیات نے زمینی تصور سے باہر کثافت کی انتہائیں ظاہر کیں۔

• بین النجم خلا: ~10⁻²¹ kg/m³—ہائیڈروجن ایٹموں کے ساتھ قریب-کامل خلا
• سطح سمندر پر زمین کی فضا: 1.225 kg/m³
• سفید بونے ستارے: ~10⁹ kg/m³—ایک چائے کا چمچ کئی ٹن وزنی ہوتا ہے
• نیوٹران ستارے: ~4×10¹⁷ kg/m³—ایک چائے کا چمچ ~1 ارب ٹن کے برابر ہے
• بلیک ہول کی اکائیت: نظریاتی طور پر لامحدود کثافت (طبیعیات ناکام ہو جاتی ہے)

معلوم کثافتیں ~40 آرڈرز آف میگنیٹیوڈ پر پھیلی ہوئی ہیں—کائنات کے خالی جگہوں سے لے کر منہدم ستاروں کے مرکزوں تک۔

آج، کثافت کی پیمائش سائنس، صنعت، اور تجارت میں ناگزیر ہے۔

• پٹرولیم: API گریوٹی خام تیل کی قیمت کا تعین کرتی ہے (±1° API = لاکھوں کی قیمت)
• غذائی تحفظ: کثافت کی جانچ شہد، زیتون کے تیل، دودھ، جوس میں ملاوٹ کا پتہ لگاتی ہے
• دواسازی: ادویات کی تشکیل اور کوالٹی کنٹرول کے لیے سب-ملیگرام کی درستگی
• مادی انجینئرنگ: ایرواسپیس کے لیے کثافت کی اصلاح (مضبوط + ہلکا)
• ماحولیات: موسمیاتی ماڈلز کے لیے سمندر/فضا کی کثافت کی پیمائش
• خلائی تحقیق: سیارچوں، سیاروں، ایکسوپلینٹ کے ماحول کی خصوصیات بیان کرنا

کثافت کی اکائیاں ہوتی ہیں (kg/m³، g/cm³)۔ SG پانی کے مقابلے میں ایک بے جہت تناسب ہے۔ SG=ρ/ρ_پانی۔ SG=1 کا مطلب پانی جیسا ہے۔ kg/m³ حاصل کرنے کے لیے SG کو 1000 سے ضرب دیں۔ SG فوری موازنہ کے لیے مفید ہے۔

پانی جمنے پر پھیلتا ہے۔ برف=917، پانی=1000 kg/m³۔ برف 9% کم کثیف ہے۔ جھیلیں اوپر سے نیچے جمتی ہیں، جس سے نیچے زندگی کے لیے پانی بچ جاتا ہے۔ اگر برف ڈوبتی تو جھیلیں ٹھوس جم جاتیں۔ منفرد ہائیڈروجن بانڈنگ۔

زیادہ درجہ حرارت → کم کثافت (پھیلاؤ)۔ گیسیں بہت حساس ہوتی ہیں۔ مائعات ~0.02%/°C۔ ٹھوس اشیاء پر کم سے کم اثر۔ استثناء: پانی 4°C پر سب سے زیادہ کثیف ہوتا ہے۔ درستگی کے لیے ہمیشہ درجہ حرارت کی وضاحت کریں۔

امریکی=3.785L، برطانوی=4.546L (20% بڑا)۔ lb/gal پر اثرانداز ہوتا ہے! 1 lb/امریکی گیلن=119.8 kg/m³۔ 1 lb/برطانوی گیلن=99.8 kg/m³۔ ہمیشہ وضاحت کریں۔

اگر درجہ حرارت کو کنٹرول کیا جائے تو بہت درست۔ مستقل درجہ حرارت پر مائعات کے لیے ±0.001 عام ہے۔ ٹھوس اشیاء ±0.01۔ گیسوں کو دباؤ کنٹرول کی ضرورت ہے۔ معیار: پانی کے حوالے سے 20°C یا 4°C۔

مائعات: ہائیڈرومیٹر، پکنومیٹر، ڈیجیٹل میٹر۔ ٹھوس اشیاء: ارشمیدس (پانی کا ہٹاؤ)، گیس پکنومیٹر۔ درستگی: 0.0001 g/cm³ ممکن ہے۔ درجہ حرارت کا کنٹرول بہت اہم ہے۔