General Properties of Matter

द्रव्य एक पदार्थ है, जिसमें कुछ द्रव्यमान और आयतन होता है । द्रव्य की तीन अवस्थायें होती हैं - ठोस, द्रव और गैस । नाभिक के आयनित पदार्थ से मिलकर बने पदार्थ की चौथी अवस्था को प्लाज्मा कहा जाता है। हालाँकि, हमारी आगामी चर्चाओं में, हम खुद को द्रव्य के पहले तीन अवस्थाओं तक ही सीमित रखेंगें । पदार्थ की प्रत्येक अवस्था में कुछ विशिष्ट गुण होते हैं। उदाहरण के लिए, एक ठोस में आयतन और आकार दोनों होते हैं। इसमें प्रत्यास्थ गुण होते हैं। एक गैस उस कंटेनर का आकार / आयतन ले लेती है जिसमें वह रखी हो । एक निश्चित तापमान पर द्रव की एक निश्चित मात्रा होती है, लेकिन कोई निश्चित आकार नहीं। ये अलग-अलग गुण दो कारकों के कारण होते हैं: (i) अंतर-आण्विक बल (ii) तापमान के कारण अणुओं की यादृच्छिक गति ।

ठोस पदार्थों में, परमाणु और अणु अपने औसत स्थान के आस-पास कंपन करने के लिए स्वतंत्र होते हैं। यदि यह कंपन पर्याप्त रूप से बढ़ जाता है, तो अणु अलग हो जाएंगे और यादृच्छिक दिशाओं में कंपन करना शुरू कर देंगे। इस अवस्था में पदार्थ या सामग्री का आकार निश्चित नही होता परंतु यह उस कंटेनर का आकार लेता है जिसमें वह रखा हो । यह द्रव अवस्था है । परमाणुओ की उर्जा में यदि और अधिक वृद्धि की जावे तो इनमें और अधिक कम्पन्न होने लगेगा व यह अंतर-आण्विक बल को तोड़ते हुए एक – दूसरें से काफ़ी दूर हो जावेंगें और इस अवस्था को गैसीय अवस्था मान सकते हैं । अवस्था परिवर्तन को समझनें के लिए पानी सबसे अच्छा उदाहरण है। बर्फ पानी का ठोस रूप है। तापमान में वृद्धि के साथ, आणविक कंपन में वृद्धि के कारण बर्फ पानी में परिवर्तित हो जाती है। यदि पानी को और अधिक उर्जा दी जावे यानि कि गर्म किया जाता है, तो पाने के अणुओं के मध्य कम्पन्न बढ़ जावेगा व इनके बीच का अंतर-आण्विक बल भी टूट जावेगा व अणु उन्मुक्त तरीके से किसी भी दिशा में विचरण के लिए स्वतंत्र रहेंगें व भाप का उत्पादन करेंगें । पदार्थ की इस अवस्था को गैस कहा जावेगा ।

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प्रतिबल-विकृति वक्र ( Stress-Strain Curve)

किसी पदार्थ में उत्पन्न प्रतिबल तथा विकृति के बीच सम्बन्ध उस पदार्थ का प्रतिबल – विकृति वक्र (stress–strain curve) कहलाता है। यह वक्र, प्रत्येक पदार्थ के लिए अद्वितीय होता है। इस ग्राफ को बनाने के लिए उस पदार्थ के एक नमूने पर अलग-अलग बल आरोपित किया जाता है अर्थात अलग-अलग बल लटकाया जाता है । इस वक्र की सहायता से उस पदार्थ के कई गुणधर्म प्राप्त हो जाते हैं, जैसे यंग मापांक(Modulus of Elasticity, E) ।

एक तार को दृढ़ सिरे से बॉधकर लटकाया जाता है । तार के मुक्त सिरे पर विभिन्न भार लटकाते हैं और विभिन्न भार स्थितियों के तहत तार के व्यवहार का अध्ययन किया जाता है । तार में उत्पन्न विकृति के अध्ययन हेतु इसकी लम्बाई में विस्तार को मापा जाता है और प्रतिबल-विकृति वक्र बनाया जाता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है ।

ग्राफ़ की व्याख्या

बिंदु O से P तक तार को प्रत्यास्थता की सीमा के अंदर है व इस दौरान हुक के नियम का पालन भी होता है, जिसके अनुसार विकृति, प्रतिबल के समानुपाती होती है और हमें बिंदु O से P तक सीधी रेखा प्राप्त होती है । बिंदु P को प्रत्यास्थता सीमा बिंदु (elastic limit) कहा जाता है । यदि तार (वस्तु) पर इस सीमा से अधिक बल लगाया जावे तो तार (वस्तु) अपनी मूल अवस्था में लौटकर नही आती,बल्कि नवीन आकार धारण कर लेती है ।

बिंदु P से Q तक को भंजक प्रतिबल (breaking stress) कहा जाता है । इसका आशय यह हुआ कि यदि तार (वस्तु) पर आरोपित बल को प्रत्यास्थता सीमा वाले बल से अधिक बल आरोपित किया जावे तो विकृति तेजी से उत्पन्न होगी । तार की लम्बाई में वृद्धि आरोपित भार के समानुपाती नही होती अर्थात विकृति, प्रतिबल के समानुपाती नही होती है । इस कारण वक्र में अधिक परिवर्तन हो रहा है । क्षेत्र PQ में सामग्री आंशिक रूप से प्रत्यास्थ (partly elastic) और आंशिक रूप से प्लास्टिक ( partly plastic) है । यदि हम भार को कम करना शुरू करते हैं, तो ग्राफ Q से, O के माध्यम से P तक नहीं आता है, लेकिन एक सीधी रेखा QA का बनाता है। इस प्रकार तार में स्थायी विकृति ( permanent strain) OA उत्पन्न हो जावेगी ।

बिंदु Q के पश्चात, बहुत छोटे भार को भी आरोपित करने के बाद भी तार में बहुत अधित मात्रा में विकृति उत्पन्न हो जावेगी । क्षेत्र QR प्लास्टिक रेंज है।

बिंदु R के बाद भी भार को बढ़ाया जावे तो तार टूट जावेगा, प्रतिबल के जिस मान पर तार टूट जाता है उसे भंजक प्रतिबल (breaking stress) कहा जाता है ।

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तार को खींचने में किया गया कार्य (Work Done in Stretching a Wire)

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