धातु पदार्थ (Metallic materials)
धातुएँ चमकदार, भारी और ऊष्मा-बिजली की अच्छी चालक होती हैं. वे तन्य होती हैं: तार में खिंच सकती हैं. वे आघातवर्ध्य होती हैं: हथौड़े से पीटकर चपटी हो सकती हैं. धातु टूटने से पहले मुड़ती है, इसलिए चेतावनी देती है.
लोहा और इस्पात मज़बूत और सस्ते हैं. इस्पात में लोहे के साथ थोड़ा कार्बन होता है. ऐलुमिनियम हल्का है और उसमें जंग नहीं लगती. तांबा बिजली ले जाता है. मिश्रधातु कई धातुओं का मेल है, जैसे पीतल (तांबा और जस्ता).
धातु को कैसे ढालते हैं
ढलाई: पिघली धातु साँचे में डालो. गढ़ाई: गर्म करके पीटो. बेलना: दबाकर चादर बनाओ. मशीनिंग: काटना, छेद करना, खराद पर घुमाना. वेल्डिंग: गर्मी से जोड़ना. रंग या जस्ते की परत जंग से बचाती है.
सिरेमिक पदार्थ (Ceramic materials)
सिरेमिक मिट्टी और दूसरे खनिजों से बनते हैं. गीली मिट्टी को आकार देते हैं, सुखाते हैं, फिर भट्टी में तेज़ आँच पर पकाते हैं. पकने से वह पत्थर जैसी कठोर हो जाती है.
सिरेमिक कठोर होते हैं, उनमें जंग नहीं लगती, और बहुत गर्मी में भी मज़बूत रहते हैं. इसीलिए ईंट, टाइल, कप, शौचालय और भट्टी की परत सिरेमिक की होती है. कमज़ोरी है भंगुरता: वे मुड़ते नहीं, चटक जाते हैं. ग्लेज़ (काँच जैसी पतली परत) उन्हें चिकना और जलरोधी बनाती है.
आधुनिक महीन सिरेमिक स्पार्क प्लग, चाकू और कंप्यूटर के पुर्ज़ों में लगते हैं.
काँच (Glass)
काँच रेत (सिलिका) को सोडा ऐश और चूना-पत्थर के साथ पिघलाकर बनता है. पिघले काँच को जल्दी ठंडा करते हैं, इसलिए परमाणु उलझे हुए ही जम जाते हैं. इसीलिए काँच साफ़ होता है.
ठंडा काँच कठोर, साफ़ और जंग-रहित है, पर भंगुर. गर्म हो तो नरम होता है, इसलिए उसे फूँका, दबाया या खींचा जा सकता है. चादर वाला काँच पिघले टिन पर तैराकर समतल बनता है. टफ़ंड (मज़बूत) काँच को गर्म करके जल्दी ठंडा करते हैं, इसलिए वह ज़्यादा मज़बूत होता है और छोटे गोल टुकड़ों में टूटता है.
खुद आज़माओ: मुड़ेगा या चटकेगा
3D में पदार्थ चुनो, भार बढ़ाओ, फिर हटाओ. वह मुड़ा, मुड़ा रहा या चटक गया? अब गर्मी बढ़ाकर फिर करो. घर पर: पेपर क्लिप मोड़कर देखो कि वह मुड़ा रहता है. काँच या सिरेमिक को कभी मोड़ने की कोशिश मत करो.
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- धातु = तन्य + आघातवर्ध्य (टूटने से पहले मुड़ती है)
- सिरेमिक = कठोर + ताप-रोधी + भंगुर
- काँच = ठंडा: साफ़ और भंगुर; गर्म: नरम
- प्रक्रिया: धातु = ढलाई, गढ़ाई, बेलना, वेल्डिंग; सिरेमिक = आकार, सुखाना, पकाना; काँच = पिघलाना, फूँकना या दबाना, ठंडा करना
हल किए गए उदाहरण
1. ज़्यादा भार पड़ने पर इस्पात का पुल काँच के पुल से सुरक्षित क्यों है?
इस्पात तन्य है, पहले मुड़ता है और चेतावनी देता है. काँच भंगुर है और बिना चेतावनी चटक जाता है.
2. भट्टी की परत सिरेमिक ईंट की क्यों होती है, धातु की क्यों नहीं?
सिरेमिक बहुत गर्मी में भी मज़बूत रहते हैं. कई धातुएँ उतनी गर्मी में नरम पड़ती या पिघलती हैं.
3. लोहार घोड़े की नाल बनाता है. धातु को किन चरणों से गुज़ारना होगा?
लोहे को लाल-गर्म करो (नरम होगा), हथौड़े से मोड़कर घुमाव दो (गढ़ाई), फिर ठंडा करो. गर्म धातु छोटे भार से मुड़ती है.
आम गलतियाँ
- कठोर को मज़बूत समझना. सिरेमिक कठोर है पर भंगुर, इसलिए चटक जाता है.
- काँच को तरल समझना. ठंडा काँच ठोस है.
- सभी धातुओं में जंग लगना मानना. ऐलुमिनियम, तांबे और सोने में लोहे जैसी जंग नहीं लगती.
- सिरेमिक को गर्म करके आकार देना. सिरेमिक गीला ढालते हैं, फिर पकाकर कठोर करते हैं.