पृष्ठ तनाव (Surface Tension) – संपूर्ण अध्याय सारांश
परिचय
तरल पदार्थों के गुणों का अध्ययन भौतिकी का एक महत्वपूर्ण विषय है। जब कोई तरल किसी ठोस, गैस या अन्य तरल के संपर्क में आता है, तो उसकी सतह पर विभिन्न प्रकार के बल कार्य करते हैं। इनमें ससंजक बल (Cohesive Force), आसंजक बल (Adhesive Force), पृष्ठ तनाव (Surface Tension), और केशिकत्व (Capillarity) प्रमुख हैं। इन बलों के कारण ही कई प्राकृतिक और वैज्ञानिक घटनाएँ घटित होती हैं, जैसे कि जल की बूंदों का गोल आकार लेना, केशनलिका (Capillary Tube) में जल का ऊपर चढ़ना आदि।
ससंजक बल (Cohesive Force)
ससंजक बल वे बल होते हैं जो एक ही प्रकार के अणुओं के बीच आकर्षण के कारण कार्य करते हैं। यह बल तरल अणुओं को आपस में बाँधकर रखते हैं और तरल को उसकी सतह पर बने रहने के लिए आवश्यक शक्ति प्रदान करते हैं।
ससंजक बल के प्रभाव
- जल की बूंदों का गोल आकार लेना – जल के अणु आपस में बंधे होते हैं, जिससे जल की छोटी-छोटी बूंदें गोलाकार होती हैं।
- तरल के अंदर अधिक दबाव – ससंजक बल के कारण तरल की सतह पर अधिक तनाव होता है, जिससे अंदर का दाब बढ़ जाता है।
- तरल का सतही तनाव – ससंजक बल के कारण ही पृष्ठ तनाव उत्पन्न होता है, जिससे तरल की सतह पर झिल्ली जैसी संरचना बनती है।
आसंजक बल (Adhesive Force)
आसंजक बल वे बल होते हैं जो विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच आकर्षण के कारण कार्य करते हैं। जब कोई तरल किसी ठोस सतह के संपर्क में आता है, तो उनके बीच यह बल उत्पन्न होता है।
आसंजक बल के प्रभाव
- जल और कांच के बीच आकर्षण – जल की बूंदें कांच की सतह पर फैल जाती हैं क्योंकि जल और कांच के अणुओं के बीच आसंजक बल अधिक होता है।
- स्याही और कागज का संपर्क – स्याही कागज पर इसलिए फैलती है क्योंकि स्याही और कागज के अणुओं के बीच आसंजक बल कार्य करता है।
- रंगों का कपड़ों में समाना – पानी में घुलने वाले रंग कपड़े में इसलिए फैलते हैं क्योंकि उनमें और कपड़े के अणुओं में आसंजक बल कार्य करता है।
पृष्ठ तनाव (Surface Tension)
पृष्ठ तनाव वह गुण है जिसके कारण तरल की सतह पर झिल्ली जैसी परत बन जाती है। यह मुख्य रूप से ससंजक बल के कारण उत्पन्न होता है। पृष्ठ तनाव के कारण तरल की सतह पर किसी हल्की वस्तु को रखने पर वह डूबती नहीं है, जैसे कि जल में सुई का तैरना।
पृष्ठ तनाव के कारण
- तरल अणुओं के बीच ससंजक बल
- सतही अणुओं पर असंतुलित बल
- न्यूनतम ऊर्जा की स्थिति बनाए रखना
पृष्ठ तनाव के प्रभाव
- छोटी बूंदों का निर्माण – पानी और तेल की बूंदें गोलाकार होती हैं क्योंकि उनकी सतह पर न्यूनतम क्षेत्रफल बनाए रखने की प्रवृत्ति होती है।
- कीड़े-मकोड़ों का जल सतह पर चलना – कुछ कीड़े जल की सतह पर बिना डूबे चल सकते हैं क्योंकि उनके हल्के शरीर और पृष्ठ तनाव की वजह से जल की सतह झुकी तो रहती है, लेकिन टूटती नहीं।
- पानी में सुई का तैरना – एक सुई या ब्लेड को ध्यान से पानी की सतह पर रखने से वह नहीं डूबता, क्योंकि पृष्ठ तनाव इसे सहारा देता है।
केशिकत्व (Capillarity)
केशिकत्व वह गुण है जिसके कारण तरल संकीर्ण नलिकाओं (Capillary Tubes) में ऊपर या नीचे चढ़ता है। यह गुण पृष्ठ तनाव, ससंजक बल और आसंजक बल के कारण उत्पन्न होता है।
केशिकत्व के प्रभाव
- कपड़े में पानी का ऊपर चढ़ना – जब कोई सूती कपड़ा पानी में रखा जाता है, तो पानी कपड़े की तंतुओं में ऊपर की ओर चढ़ता है।
- धरती में जल का जड़ों तक पहुँचना – पौधों की जड़ें मिट्टी से जल को खींचती हैं और तने के माध्यम से ऊपर तक पहुँचाती हैं। यह केशिकत्व का महत्वपूर्ण उदाहरण है।
- स्याही और ब्लॉटिंग पेपर – ब्लॉटिंग पेपर में स्याही आसानी से फैल जाती है क्योंकि इसके महीन रंध्रों में केशिकत्व के कारण स्याही ऊपर चढ़ती है।
केशनली (Capillary Tube) और उसका महत्व
केशनली एक संकरी नलिका होती है जिसमें केशिकत्व के कारण तरल स्वतः ही ऊपर चढ़ता या नीचे गिरता है। इसका ऊँचाई तक उठना मुख्य रूप से पृष्ठ तनाव पर निर्भर करता है।
केशनली के नियम
- किसी तरल का केशनली में उठना उसके पृष्ठ तनाव और आसंजक बल पर निर्भर करता है।
- संकरी नलिकाओं में जल अधिक ऊँचाई तक उठता है, जबकि चौड़ी नलिकाओं में यह कम ऊँचाई तक जाता है।
- यदि तरल और ठोस सतह के बीच आसंजक बल अधिक हो, तो तरल ऊपर चढ़ता है, अन्यथा वह नीचे धसक जाता है।
केशनली के उपयोग
- पौधों में जल का संचार – केशिकत्व पौधों के लिए अत्यंत आवश्यक है क्योंकि इसी के कारण जड़ें जल को ऊपर खींच पाती हैं।
- कागज और मिट्टी में पानी का सोखना – कागज और मिट्टी के महीन छिद्रों के कारण इनमें पानी केशिकत्व के द्वारा फैलता है।
- नलिकाओं द्वारा रक्त संचार – शरीर की छोटी-छोटी रक्त वाहिकाओं में रक्त का प्रवाह भी इसी सिद्धांत पर आधारित होता है।
पृष्ठ तनाव, ससंजक बल, आसंजक बल, केशिकत्व और केशनली पर 25 महत्वपूर्ण वस्तुनिष्ठ प्रश्न (Objective Questions) और उनके उत्तर
1. ससंजक बल (Cohesive Force) क्या होता है?
(A) दो भिन्न पदार्थों के अणुओं के बीच आकर्षण बल
(B) समान प्रकार के अणुओं के बीच आकर्षण बल
(C) केवल ठोस पदार्थों के बीच आकर्षण बल
(D) गुरुत्वाकर्षण बल
उत्तर: (B) समान प्रकार के अणुओं के बीच आकर्षण बल
2. आसंजक बल (Adhesive Force) किसके बीच कार्य करता है?
(A) समान प्रकार के अणुओं के बीच
(B) विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच
(C) केवल ठोस पदार्थों के बीच
(D) केवल गैसों के बीच
उत्तर: (B) विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच
3. पृष्ठ तनाव किस कारण उत्पन्न होता है?
(A) गुरुत्वाकर्षण बल
(B) ससंजक बल
(C) विद्युत बल
(D) चुम्बकीय बल
उत्तर: (B) ससंजक बल
4. जल की बूंदें गोलाकार क्यों होती हैं?
(A) गुरुत्वाकर्षण बल के कारण
(B) पृष्ठ तनाव के कारण
(C) अस्थायी ध्रुवीकरण के कारण
(D) जल में उपस्थित अशुद्धियों के कारण
उत्तर: (B) पृष्ठ तनाव के कारण
5. निम्नलिखित में से कौन सा उदाहरण पृष्ठ तनाव को प्रदर्शित करता है?
(A) जल में साबुन मिलाने से झाग बनना
(B) तेल और जल का मिश्रण न बन पाना
(C) सुई का जल सतह पर तैरना
(D) पानी का वाष्प में बदलना
उत्तर: (C) सुई का जल सतह पर तैरना
6. केशिकत्व का प्रमुख कारण क्या है?
(A) केवल ससंजक बल
(B) केवल आसंजक बल
(C) गुरुत्वाकर्षण बल
(D) ससंजक बल और आसंजक बल दोनों
उत्तर: (D) ससंजक बल और आसंजक बल दोनों
7. पौधों में जल ऊपर किस सिद्धांत के कारण चढ़ता है?
(A) विसरण
(B) केशिकत्व
(C) अपोहन
(D) संघनन
उत्तर: (B) केशिकत्व
8. कौन सा बल जल की बूंदों को कांच की सतह पर फैलाने में सहायक होता है?
(A) ससंजक बल
(B) आसंजक बल
(C) पृष्ठ तनाव
(D) घर्षण बल
उत्तर: (B) आसंजक बल
9. साबुन पानी के पृष्ठ तनाव को कैसे प्रभावित करता है?
(A) बढ़ा देता है
(B) घटा देता है
(C) अपरिवर्तित रखता है
(D) पहले घटाता है फिर बढ़ा देता है
उत्तर: (B) घटा देता है
10. केशिकत्व किस पर निर्भर करता है?
(A) केवल पृष्ठ तनाव
(B) केवल ससंजक बल
(C) केवल आसंजक बल
(D) पृष्ठ तनाव, ससंजक बल और आसंजक बल पर
उत्तर: (D) पृष्ठ तनाव, ससंजक बल और आसंजक बल पर
11. किसके कारण मोमबत्ती की लौ ऊपर की ओर उठती है?
(A) पृष्ठ तनाव
(B) अपोहन
(C) केशिकत्व
(D) संवहन
उत्तर: (D) संवहन
12. रक्त वाहिकाओं में रक्त प्रवाह किस सिद्धांत पर आधारित है?
(A) केशिकत्व
(B) पृष्ठ तनाव
(C) विसरण
(D) घर्षण
उत्तर: (A) केशिकत्व
13. स्याही ब्लॉटिंग पेपर में क्यों फैलती है?
(A) पृष्ठ तनाव के कारण
(B) गुरुत्वाकर्षण के कारण
(C) केशिकत्व के कारण
(D) संवेग संरक्षण के कारण
उत्तर: (C) केशिकत्व के कारण
14. जल और पारा में से किसका पृष्ठ तनाव अधिक होता है?
(A) जल
(B) पारा
(C) दोनों समान होते हैं
(D) यह तापमान पर निर्भर करता है
उत्तर: (B) पारा
15. तरल पदार्थों का पृष्ठ तनाव किस तापमान पर अधिकतम होता है?
(A) 0°C
(B) 25°C
(C) 50°C
(D) 100°C
उत्तर: (A) 0°C
16. किसके कारण तैलीय पदार्थ जल में नहीं घुलते?
(A) पृष्ठ तनाव
(B) ससंजक बल
(C) आसंजक बल
(D) घनत्व
उत्तर: (B) ससंजक बल
17. कौन सा बल पौधों में जल को जड़ों से पत्तियों तक पहुँचाने में मदद करता है?
(A) पृष्ठ तनाव
(B) विसरण
(C) केशिकत्व
(D) घर्षण
उत्तर: (C) केशिकत्व
18. कांच की पतली नलिका में जल का स्तर ऊपर क्यों उठता है?
(A) गुरुत्वाकर्षण बल के कारण
(B) ससंजक बल के कारण
(C) पृष्ठ तनाव के कारण
(D) आसंजक बल के कारण
उत्तर: (D) आसंजक बल के कारण
19. साबुन के बुलबुले किसके कारण बनते हैं?
(A) पृष्ठ तनाव
(B) ससंजक बल
(C) गुरुत्वाकर्षण बल
(D) केशिकत्व
उत्तर: (A) पृष्ठ तनाव
20. पानी में तेल तैरता है क्योंकि…
(A) तेल का घनत्व अधिक होता है
(B) तेल पानी से हल्का होता है
(C) तेल और पानी का पृष्ठ तनाव अलग-अलग होता है
(D) तेल में आसंजक बल अधिक होता है
उत्तर: (C) तेल और पानी का पृष्ठ तनाव अलग-अलग होता है
21. जब कोई कपड़ा पानी में रखा जाता है तो वह भीगता क्यों है?
(A) ससंजक बल के कारण
(B) आसंजक बल के कारण
(C) घर्षण के कारण
(D) विसरण के कारण
उत्तर: (B) आसंजक बल के कारण
22. केशिकत्व का उपयोग किस क्षेत्र में किया जाता है?
(A) चिकित्सा में
(B) कृषि में
(C) उद्योगों में
(D) उपरोक्त सभी
उत्तर: (D) उपरोक्त सभी
23. तेल की पतली परत पानी पर क्यों फैल जाती है?
(A) ससंजक बल के कारण
(B) कम घनत्व के कारण
(C) कम पृष्ठ तनाव के कारण
(D) गुरुत्वाकर्षण के कारण
उत्तर: (C) कम पृष्ठ तनाव के कारण
24. केशिकत्व का सबसे अच्छा उदाहरण कौन सा है?
(A) जल में बर्फ तैरना
(B) पौधों में जल का ऊपर चढ़ना
(C) भाप बनना
(D) तेल और जल का अलग रहना
उत्तर: (B) पौधों में जल का ऊपर चढ़ना
25. पानी के पृष्ठ तनाव को किसे मिलाने से घटाया जा सकता है?
(A) नमक
(B) साबुन
(C) चीनी
(D) ग्लूकोज
उत्तर: (B) साबुन
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