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औद्योगिक पदार्थों की संरचना और गुण

परमाणु कैसे सजे हैं (ठोस, द्रव, गैस; क्रिस्टल या काँच जैसे; शृंखलाएँ) यही तय करता है कि पदार्थ कैसा व्यवहार करेगा। भार पड़ने पर पदार्थ पहले प्रत्यास्थ रूप से खिंचता है (वापस आता है), फिर सुघट्य रूप से (बदला रहता है); भंगुर हो तो टूट जाता है। द्रव बहते हैं और उनके गाढ़ेपन को श्यानता कहते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह एक ठोस गुटका है। इसके परमाणु सजे हुए हैं और अपनी जगह पर बस काँपते हैं।
  2. इसे गर्म करो। परमाणु अपनी जगह छोड़कर एक-दूसरे पर फिसलने लगते हैं। यह द्रव है और यह बहता है।
  3. और गर्म करो। परमाणु दूर-दूर उड़ने लगते हैं। यह गैस है। यह पूरी जगह भर देती है।
  4. फिर ठोस। छड़ को थोड़ा खींचो, फिर छोड़ो। परमाणु वापस आ जाते हैं। इसे प्रत्यास्थ कहते हैं।
  5. अब ज़ोर से खींचो। परमाणुओं की परतें खिसक जाती हैं और वापस नहीं आतीं। छड़ लंबी रह जाती है। यह सुघट्य है।
  6. अब तुम्हारी बारी। स्लाइडर चलाओ, फिर "छोड़ो" दबाओ। वह बिंदु खोजो जहाँ छड़ वापस आना बंद कर दे।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

क्या ठोस के परमाणु सच में हिलते हैं?

हाँ। वे अपनी जगह के आसपास हमेशा काँपते हैं। गर्मी से बस काँपना बढ़ता है। 3D में ठोस के परमाणु देखो।

द्रव बर्तन का आकार क्यों ले लेता है?

उसके परमाणु छूते हैं पर फिसलते हैं, इसलिए जितनी जगह मिले वे भर देते हैं।

गैस हर जगह क्यों फैल जाती है?

गैस के परमाणु दूर-दूर हैं और तेज़ चलते हैं; उन्हें कोई बाँधकर नहीं रखता।

कठोर स्टील की छड़ भी वापस कैसे आ जाती है?

छोटे खिंचाव में बंध थोड़े ही खिंचते हैं। छोड़ने पर वही बंध परमाणुओं को वापस खींच लेते हैं। चरण 3 में छड़ देखो।

ज़ोर से खींची छड़ को कैसे "याद" रहता है?

परमाणुओं की परतें नई जगह खिसक गईं और वहीं बंध फिर बन गए, इसलिए नया आकार टिकता है। चरण 4 में नारंगी परमाणु देखो।

क्या पराभव बिंदु सभी धातुओं का एक-सा होता है?

नहीं। हर पदार्थ का अपना पराभव बिंदु होता है। स्लाइडर चलाकर देखो कि लेबल कहाँ बदलता है।

पदार्थ की अवस्थाएँ और उसके अंदर क्या है

हर चीज़ छोटे-छोटे परमाणुओं से बनी है। वे कैसे बैठे हैं, इससे अवस्था तय होती है।

ठोस के अंदर मुख्य दो नमूने होते हैं। क्रिस्टल (लोहा, तांबा, नमक) में परमाणु सजे हुए नमूने में दोहराते हैं जिसे जालक (lattice) कहते हैं। अक्रिस्टलीय ठोस (काँच, कई प्लास्टिक) में ऐसा सजा नमूना नहीं होता। प्लास्टिक अणुओं की लंबी शृंखलाओं से बनता है। धातु असल में छोटे-छोटे क्रिस्टलों की भीड़ है जिन्हें कण (grains) कहते हैं।

परमाणुओं को बंध पकड़े रखते हैं: धातुओं में धात्विक बंध (मुक्त इलेक्ट्रॉनों का समुद्र), सिरेमिक में आयनिक या सहसंयोजी बंध, और बहुलकों में सहसंयोजी शृंखलाएँ जिनके बीच कमज़ोर खिंचाव होता है। संमिश्र (composite) दो पदार्थों को जोड़ता है ताकि हर एक अपना काम करे।

विरूपण और बहाव

विरूपण (deformation) यानी धक्के या खिंचाव (भार) से आकार का बदलना।

प्रतिबल (stress) यानी प्रति इकाई क्षेत्रफल पर भार: प्रतिबल = बल ÷ क्षेत्रफल। विकृति (strain) यानी खिंचाव और शुरुआती लंबाई का अनुपात: विकृति = बढ़ी लंबाई ÷ मूल लंबाई। प्रत्यास्थ क्षेत्र में प्रतिबल ÷ विकृति एक जैसा रहता है। इस संख्या को यंग गुणांक कहते हैं; यह कठोरता (stiffness) नापता है।

बहाव: द्रव इसलिए बहता है कि उसके परमाणु फिसलते हैं। गाढ़े द्रव (शहद) की श्यानता ज़्यादा है, पतले द्रव (पानी) की कम। गर्म करने से श्यानता घटती है। इसीलिए गर्म काँच, गर्म प्लास्टिक और पिघली धातु को ढाला या उँडेला जा सकता है। कुछ ठोस गर्म होने पर भार के नीचे बहुत धीरे बहते भी हैं। इसे विसर्पण (creep) कहते हैं।

संरचना से गुण कैसे तय होते हैं

गुण यानी पदार्थ का व्यवहार: मज़बूत, कठोर, लचीला, हल्का, ऊष्मा या बिजली का सुचालक या कुचालक।

संरचना बदलो तो गुण बदल जाते हैं। छोटे कण धातु को मज़बूत करते हैं। थोड़े दूसरे परमाणु मिलाने (मिश्रधातु) से परतों का खिसकना रुकता है और धातु कठोर होती है। स्टील को गर्म-ठंडा करने से उसके कण और कठोरता बदलती है।

करके देखो: पेपरक्लिप को थोड़ा मोड़ो (वापस आएगा), फिर ज़्यादा (मुड़ा रह जाएगा), फिर आगे-पीछे मोड़ते रहो जब तक टूट न जाए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 50 mm² अनुप्रस्थ काट की छड़ पर 5000 N का खिंचाव है। प्रतिबल ज्ञात करो।

σ = F ÷ A = 5000 ÷ 50 = 100 N/mm² = 100 MPa.

2. 200 mm लंबी छड़ 0.1 mm बढ़ती है। विकृति ज्ञात करो।

ε = ΔL ÷ L₀ = 0.1 ÷ 200 = 0.0005 (0.05%).

3. प्रतिबल 100 MPa और विकृति 0.0005 (प्रत्यास्थ) है। यंग गुणांक ज्ञात करो। यह कौन-सी धातु हो सकती है?

E = 100 ÷ 0.0005 = 200 000 MPa = 200 GPa. यह स्टील से मेल खाता है।

4. एक स्टील का पराभव प्रतिबल 250 MPa है। 20 mm² की छड़ किस बल पर पराभव शुरू करेगी?

F = σ × A = 250 × 20 = 5000 N. इससे ऊपर छड़ पूरी तरह वापस नहीं आएगी।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. द्रव में परमाणु:
2. भार हटाने के बाद जो छड़ अपना आकार वापस नहीं पाती, वह हो गई:
3. प्रतिबल है:
4. सबसे भंगुर कौन है?
5. द्रव को गर्म करने पर उसकी श्यानता आम तौर पर:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रत्यास्थ और सुघट्य विरूपण में क्या अंतर है?

प्रत्यास्थ विरूपण में भार हटाने पर पदार्थ अपने मूल आकार में लौट आता है। सुघट्य विरूपण में बदलाव स्थायी होता है क्योंकि परमाणुओं की परतें खिसक चुकी होती हैं।

धातुएँ तन्य और सिरेमिक भंगुर क्यों होते हैं?

धातुओं में परतें एक-दूसरे पर खिसक सकती हैं और इलेक्ट्रॉनों का समुद्र परमाणुओं को पकड़े रखता है। सिरेमिक में बंध पक्के और दिशा में बँधे होते हैं, इसलिए परतें खिसक नहीं सकतीं और दरार पड़कर वह टूट जाता है।

श्यानता क्या है?

श्यानता द्रव का गाढ़ापन है, यानी वह बहने का कितना विरोध करता है। शहद की श्यानता ज़्यादा और पानी की कम है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

जापान高校(専門学科)1〜3年Industrial Materials Technology
जापान高校(専門学科)1〜3年Materials Engineering

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