द्रवघनत्वमापी

द्रवघनत्वमापी या उत्प्लव-घनत्वमापी या हाइड्रोमीटर (Hydrometer) वह यंत्र है जिससे बिना किसी गणना के, द्रवों के घनत्व पढ़े जा सकते हैं। इन यंत्रों की ओर वैज्ञानिकों का ध्यान अत्यंत प्राचीन समय से था और इस बात के प्रमाण मिलते हैं कि आर्किमीडीज़ (१८७- २१२ ई.पू.) को इनकी जानकारी थी। द्रवधनत्वमापी की रचना इस सिद्धांत पर आधारित है कि द्रव में अंशत: डूबे हुए और संतुलित पिंड का भार उतने द्रव के भार के बराबर है जो पिंड का डूबा हुआ भाग विस्थापित करता है। जब द्रवघनत्वमापी को ऐसे द्रव में छोड़ते हैं जिसमें यह स्वतंत्र रूप से तैर सकता है, तब उसके दंड और द्रव के समतल पृष्ठ के प्रतिच्छेदन से द्रव का घनत्व पढ़ लिया जाता है। पढ़ने के लिए दंड के भीतर एक मापनी चिपकी रहती है। यदि इस मापनी के किसी विशिष्ट अंशांकन चिन्ह से नीचे द्रवघनत्वमापी का आयतन (V') है और द्रव का घनत्व (d) है, तो विस्थापित द्रव का द्रव्यमान (V' d) हुआ। यदि द्रवघनत्वमापी का द्रव्यमान (M) है तो अतएव यदि दंड पर अंकित निम्नतम चिन्ह के नीचे आयतन (V) और उच्चतम तथा निम्नतम चिन्हों के बीच आयतन (v) है, तो उन घनत्वों का परास जो द्रवघनत्वमापी से नापे जा सकते हैं, M / (V+v) से M / V तक है। इन सूत्रों को प्राप्त करने में पृष्ठतनाव और तापपरिवर्तन के लघु प्रभावों की उपेक्षा की गई है। मापनी पर किये गये क्रमिक अंशांकन-चिन्हों के बीच इतना अन्तर होता है कि वे सुविधापूर्वक पढ़े जा सकें। एक प्रायोगिक उपयोग द्रव की शुद्धता का अनुमान करना है। पेट्रोलियम उद्योग में पेट्रोलियम उत्पादों के घनत्व को उनके गुण का मापदंड माना जाता है। प्रायः घनत्व के स्थान में आपेक्षिक घनत्व का प्रयोग होता है, जिसका अर्थ है, उत्पाद और पानी दोनों के १५ डिग्री सेल्सियस ताप पर के घनत्वों का अनुपात। जिन द्रवों से काम पड़ता है उनके प्रसार-गुणांक बड़े होने के कारण उनके घनत्वों की तुलना के लिए एक विशिष्ट ताप का चुना जाना वांछनीय है और यह ताप सामान्यतया २५ डिग्री सेल्सियस लिया जाता है। द्रवघनत्वमापी की मापनी के अंशांकन चिन्हों पर वे घनत्व लिखे रहते हैं जो इस ताप के उस द्रव का होता जिसमें द्रवघनत्वमापी इस अंश तक डूबता। किंतु द्रव का सदा इस ताप पर लाना असुविधाजनक होता है, इसलिए एक द्विक्‌ सारणी दी रहती है, जिसमें द्रवघनत्वमापी के पाठ्यांक और द्रवताप के संगत, १५ डिग्री सें. पर घनत्व प्राप्त करने के लिए संशोधन पढ़ा जा सकता है। कभी कभी संशोधन के जोड़ने और घटाने की झंझट से बचने के लिए संशोधित घनत्व ही दिया रहता है, तब ये सारणियाँ और बृहत्‌ हो जाती हैं; क्योंकि ऊपर की सारणी में तो अंतर्वेशन (इंटरपोलेशन) से काम चल जाता है, लेकिन साक्षात्‌ घनत्ववाली सारणी में तापों और पाठ्यांकों की सूक्ष्म वृद्धि भी देनी पड़ती है। द्रवघनत्वमापी का दूसरा उपयोग शर्करा के विलयन में शर्करा की प्रतिशतता ज्ञात करना है, जिसके लिए विलयन का ताप और द्रवमापी से उसका घनत्व पाठ्यांक ज्ञात कर द्विक्‌ सारणी के अवलोकन की आवश्यकता पड़ती है। इस प्रकार द्रवघनत्वमापी के साथ सारणियों का होना आवश्यक है। आवश्यकता पड़ने पर सारणियों को संशोधित किया जा सकता है और उसी द्रवघनत्वमापी से काम चल जाता है। अगर यह सिद्धांततया मान लिया जाए कि द्रवघनत्वमापी का कार्य घनत्व पढ़ना है और सारणियों का कार्य उन पाठ्यांकों को सार्थकता देना है, तो बहुत कुछ में सरलीकरण और वर्तमान भ्रांतियों का निवारण, किया जाएगा। काच द्रवघनत्वमापी अनीलकृत (annealed) होना चाहिए और ऐसे काच का बना होना चाहिए जिसपर ऊष्मा तथा रासायनिक क्रियाओं का प्रभाव न्यूनतम हो और जो धारी आदि दोषों से मुक्त हो। इसका दंड साधारणतया बेलनाकार होता है, किंतु अन्य आकार भी प्रचलित हैं। इनके भीतर भारी द्रव्य इस प्रकार भरा होना चाहिए कि द्रवों में तैरते समय इसका दंड ऊर्ध्वाधर रहे। भारी द्रव्य यदि पारा है, तो वह अलग एक बल्ब में बंद रहना चाहिए और यदि वह सीसे ही गोलियाँ हैं तथा मुख्य बल्ब में बंद हैं तो उन्हें मोम से चिपकाकर स्थिर बना देना चाहिए। मापनी का कागज अच्छे प्रकार का हो और वह दंड में मजबूती से चिपका रहे। मापनी के चिन्हों से संपाती चिन्ह काच दंड पर भी खुदे रहें, जिससे मापनी के अकस्मात्‌ खिसक जाने का पता लग जाए। अंशांकन चिन्ह एक ऊर्ध्वाधार स्तंभ में क्षैतिज दिशा में बने हों और यथासंभव पर्याप्त संख्या में हों तथा लगभग दो दो मिलीमीटर की दूरी पर हों। मापनी पर अंशांकन का आधार, जैसे १५° सेल्सियस पर ग्राम प्रति मिलि., खुदा रहना चाहिए। यह सरलता से सिद्ध किया जा सकता है कि यदि दंड के उच्चतम बिंदु के संगत घनत्व ρ0 और न्यूनतम के संगत ρ1' है, तो बल्व (दंड से नीचे का भाग) और दंड के आयतनों का अनुपात यदि दंड का आंतरिक व्यास एक समान है, दंड की लंबाई L तथा उच्चतम चिन्ह से घनत्वr वाले चिन्ह की दूरी l है तो इससे देख सकते हैं कि जैसे-जैसे ρ बढ़ता है, l में वृद्धि अपेक्षतया कम होती जाती है; फलत: मापनी में नीचे की ओर अंशांकन चिन्ह अधिकाधिक समीप होते जाते हैं। मान लें ताप ( t' ) पर किसी द्रव का पठित घनत्व (ρ) है, तो मानक ताप ( t ) पर घनत्व ( ρ' ) का संनिकट मान निम्नलिखित सूत्र से मिलता है: जहाँ (a) द्रवमापी के काच का प्रसार गुणांक है, जो सामान्यतया ०.००००२६ होता है। इस प्रकार ४०° सेल्सियस के तापांतर का प्रभाव घनत्व में १% का अंतर उत्पन्न करेगा जो उपेक्षणीय है। जब द्रवघनत्वमापी का दंड किसी द्रव में अंशत: डूबता है, तब पृष्ठतनाव के कारण जल का तल दंड के समीप कुछ ऊँचा उठ जाता है। जितने उत्कर्षी बल से द्रव उठता है, उतने ही बल से दंड नीचे को प्रेरित होता है और एक प्रकार से उसके द्रव्यमान M में वृद्धि (p d T / g) हो जाती है; यहाँ (d) सेंटीमीटर में दंड का व्यास है, (T) द्रव का पृष्ठतनाव है, (g) गुरुत्वत्वरण (सेंमी. प्रति सेकंड२) हैं। इसलिए यदि मानक द्रव से, (T) अधिक पृष्ठतनाववाले द्रव में, द्रवमापी घनत्व (r) पढ़ता है, जो पाठ्यांक में संशोधन उदाहरणत:, यदि (d)= .५ सेंमी., (l)= .१५ सेंमी, (g)= ९८० सेंमी. प्रति सेकंड२, (r)= १.०२५ ग्राम प्रति मिलि