मुख्य पदार्थ परिवार
| परिवार | उदाहरण | आम गुण |
|---|---|---|
| काग़ज़ और गत्ता | कॉपी का काग़ज़, कार्ड, नालीदार गत्ता | हल्का, सस्ता, काटना-मोड़ना-छापना आसान; गीला होकर कमज़ोर |
| लकड़ी | कठोर लकड़ी (सागौन, शीशम, ओक), नरम लकड़ी (चीड़), बनी हुई लकड़ी (MDF, प्लाईवुड) | वज़न के हिसाब से मज़बूत, अच्छी कुचालक, सुंदर रेशे; सड़ या मुड़ सकती है |
| धातु | लौह (लोहा वाली: इस्पात, ढलवाँ लोहा); अलौह (ऐलुमिनियम, तांबा); मिश्रधातु (पीतल, स्टेनलेस स्टील) | मज़बूत, अच्छी चालक, आघातवर्धनीय और तन्य; ज़्यादातर लौह धातुओं में जंग |
| पॉलिमर | थर्मोप्लास्टिक (ऐक्रेलिक, PET, नायलॉन) फिर गर्म करके नया आकार; थर्मोसेट (मेलामाइन, इपॉक्सी) हमेशा के लिए सख़्त | हल्के, पानी-रोधी, कुचालक, जटिल आकारों में आसानी से ढलते |
| वस्त्र | प्राकृतिक रेशे (सूती, ऊन, रेशम), कृत्रिम रेशे (पॉलिएस्टर, नायलॉन), मिश्रण | लचीले, मुलायम, बुने या बुनाई किए जा सकते; सोखना और गर्माहट अलग-अलग |
नए स्मार्ट और संयुक्त (composite) पदार्थ (जैसे कार्बन फ़ाइबर) गुणों को मिलाते हैं, पर वे इन्हीं परिवारों पर बने हैं.
भौतिक गुण
भौतिक गुण बताते हैं कि पदार्थ कैसा है, उस पर ज़ोर लगाए बिना.
- घनत्व: प्रति इकाई आयतन द्रव्यमान (घनत्व = द्रव्यमान ÷ आयतन). इस्पात ≈ 7.8 g/cm³, ऐलुमिनियम ≈ 2.7, ऐक्रेलिक ≈ 1.2, चीड़ ≈ 0.5. साइकिल और विमान में कम घनत्व ज़रूरी है.
- ऊष्मा चालकता: गर्मी कितनी अच्छी तरह गुज़रती है. धातु अच्छी चालक (बर्तन का तला); लकड़ी और प्लास्टिक कुचालक (हैंडल).
- विद्युत चालकता: तांबे का तार बिजली ले जाता है; PVC का खोल रोकता है.
- अवशोषकता: कितना द्रव सोखता है. सूती तौलिया सोखता है; पॉलिएस्टर रेनकोट पानी हटाता है.
- गलनीयता: गर्म करने पर कितनी आसानी से पिघलकर जुड़ता है (ढलाई के लिए धातु, साँचे के लिए थर्मोप्लास्टिक).
- संक्षारण प्रतिरोध: जंग और सड़न से कितना बचता है. ऐलुमिनियम और स्टेनलेस स्टील बचते हैं; मृदु इस्पात बिना रंग के जंग खाता है.
कार्य (यांत्रिक) गुण
कार्य गुण बताते हैं कि बल लगाने या आकार देने पर पदार्थ कैसा व्यवहार करता है.
- सामर्थ्य (strength): बल से टूटने का विरोध (खींचना = तनन, दबाना = संपीडन).
- कठोरता (hardness): खरोंच, घिसाई और गड्ढे का विरोध (इस्पात की रेती, सिरेमिक टाइल).
- चीमड़पन (toughness): अचानक चोट बिना दरार के सह लेना (नायलॉन हथौड़ा). उलटा: भंगुर (काँच, ढलवाँ लोहा).
- प्रत्यास्थता (elasticity): बल हटने पर पुराने आकार में लौटना (रबर बैंड, स्प्रिंग).
- प्लास्टिकता (plasticity): बिना टूटे हमेशा के लिए आकार बदल जाना (मिट्टी, मोड़ा गया तांबा).
- आघातवर्धनीयता (malleability): पीटकर या बेलकर बिना दरार चादर बनना (ऐलुमिनियम पन्नी).
- तन्यता (ductility): खींचकर तार बनना (तांबे का तार).
कठोर और चीमड़ एक नहीं हैं: काँच कठोर है पर भंगुर; रबर चीमड़ है पर नरम.
स्रोत, उत्पत्ति और स्टॉक रूप
स्रोत: काग़ज़ और गत्ता लकड़ी की लुगदी (पेड़) या पुराने काग़ज़ से; लकड़ी जंगलों से; धातुएँ ज़मीन से निकले अयस्कों को गलाकर; ज़्यादातर पॉलिमर कच्चे तेल से (कुछ पौधों से, जैसे मक्के के स्टार्च से PLA); वस्त्र पौधों (कपास), जानवरों (ऊन, रेशम) या कच्चे तेल (पॉलिएस्टर) से.
स्टॉक रूप वे मानक आकार और नाप हैं जिनमें पदार्थ बिकते हैं, ताकि बनाने वाले आसानी से ख़रीदें और काटें:
- काग़ज़: A-नाप (A4 = 210 × 297 mm), कार्ड gsm (ग्राम प्रति वर्ग मीटर) में.
- लकड़ी: तख़्ते, पट्टे, पट्टियाँ, गोल डंडे; बनी हुई लकड़ी चादरों में (जैसे 2440 × 1220 mm).
- धातु: चादर, प्लेट, छड़, सरिया, नली, कोण.
- पॉलिमर: चादर, छड़, नली, साँचे के लिए दाने और पाउडर, पन्नी.
- वस्त्र: चौड़ाई के हिसाब से कपड़े के थान; कोन पर धागा.
पर्यावरण सोचो: जंगल संभाले और फिर से लगाए जा सकते हैं (FSC चिह्न देखो), धातु और कई पॉलिमर रीसायकल होते हैं, और कम पदार्थ इस्तेमाल करने से ऊर्जा बचती है.
सही पदार्थ चुनना
डिज़ाइनर पूछते हैं: चीज़ को क्या करना है? फिर उस ज़रूरत से गुण मिलाते हैं. एक काम की जाँच-सूची:
- काम (function): कौन-से गुण चाहिए (मज़बूत, हल्का, पानी-रोधी, कुचालक)?
- सुंदरता: रंग, बनावट, चमक.
- क़ीमत: पदार्थ और बनाने का ख़र्च.
- पर्यावरण: नवीकरणीय? रीसायकल हो सकता है? बनाने में कितनी ऊर्जा?
- उपलब्धता, सामाजिक-सांस्कृतिक बातें और नैतिकता (उचित काम, सुरक्षित प्रक्रिया).
उदाहरण: बच्चे का खिलौना चीमड़, ज़हर-रहित, चिकना (कोई फाँस नहीं) और चमकीला हो, तो सुरक्षित पॉलिश वाली बीच लकड़ी या ABS प्लास्टिक अच्छे विकल्प हैं.
काम करते समय पदार्थ सुधारे भी जाते हैं: लकड़ी पर पानी-रोधी परत, इस्पात पर रंग या जस्ता (यशदलेपन) जंग रोकने को, और कपड़े पर दाग़ या आग रोकने का उपचार.
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- घनत्व = द्रव्यमान ÷ आयतन (g/cm³ या kg/m³)
- 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
- भौतिक गुण: घनत्व, चालकता, अवशोषकता, गलनीयता, संक्षारण प्रतिरोध
- कार्य गुण: सामर्थ्य, कठोरता, चीमड़पन, प्रत्यास्थता, प्लास्टिकता, आघातवर्धनीयता, तन्यता
- लौह धातु = लोहा हो; अलौह = लोहा न हो; मिश्रधातु = धातुओं का मिश्रण
- थर्मोप्लास्टिक = गर्मी से फिर आकार बदले; थर्मोसेट = हमेशा के लिए सख़्त
हल किए गए उदाहरण
1. एक ब्लॉक 2 cm × 5 cm × 10 cm का है और उसका द्रव्यमान 270 g है. घनत्व निकालो और धातु का अनुमान लगाओ.
आयतन = 2 × 5 × 10 = 100 cm³. घनत्व = 270 ÷ 100 = 2.7 g/cm³. यह ऐलुमिनियम से मेल खाता है.
2. कड़ाही का तला इस्पात या ऐलुमिनियम का, पर हैंडल लकड़ी या थर्मोसेटिंग प्लास्टिक का क्यों?
तले को खाना पकाने के लिए गर्मी अच्छे से पहुँचानी है, तो धातु. हैंडल गर्म नहीं होना चाहिए और पिघलना नहीं चाहिए, तो ऊष्मा कुचालक जो नरम न पड़े (लकड़ी या थर्मोसेट).
3. बारिश वाले शहर में बाहर की बेंच के लिए बेहतर क्या है: बिना उपचार की चीड़ लकड़ी या रीसायकल HDPE प्लास्टिक? कारण बताओ.
रीसायकल HDPE: पानी नहीं सोखता, सड़ता नहीं, रंग नहीं चाहिए, और कचरे का दोबारा उपयोग होता है. चीड़ सस्ती है पर बिना उपचार के पानी सोखकर सड़ जाएगी.
4. 1 m² कार्ड से A4 (210 × 297 mm) के कितने पन्ने कट सकते हैं (बर्बादी छोड़कर)?
A4 का क्षेत्रफल = 0.210 × 0.297 ≈ 0.0624 m². 1 ÷ 0.0624 ≈ 16. A0 ठीक 1 m² है और 4 बार आधा होकर A4 बनता है, तो ठीक 16.
आम गलतियाँ
- कठोर और चीमड़ को एक समझना. कठोर खरोंच रोकता है; चीमड़ चोट से दरार रोकता है.
- कहना कि सारी धातुएँ चुंबकीय हैं या सबमें जंग लगती है. सिर्फ़ कुछ लौह धातुओं में; ऐलुमिनियम और तांबे में लोहे जैसी जंग नहीं लगती.
- हर प्लास्टिक को पिघलाकर रीसायकल होने वाला मानना. थर्मोसेट फिर नहीं पिघलते.
- सिर्फ़ एक गुण देखकर पदार्थ चुनना. क़ीमत, सुंदरता, उपलब्धता और पर्यावरण भी मायने रखते हैं.