ऊर्जेचे अंतरंग-१६: प्रारणे व अणूची संरचना

प्रारणे म्हणजे किरणे

प्रारणे म्हणजे किरणे. मग ती जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणे असोत, दृश्य प्रकाशाची असोत, अथवा अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) असोत. ह्या सगळ्या किरणांशी तर आपण चिरपरिचित आहोतच. ह्या किरणांत असते वस्तूच्या रंग-रूपा-बाबतची माहिती आणि हो, सोबतच असते प्रखर ऊर्जा. ह्या सगळ्यांचे स्वरूप असते विद्युत-चुंबकीय लहरींचे. स्त्रोत, बहुधा असतो सूर्य. अर्थातच चंद्र, तारे व अन्य अवकाशीय वस्तूही आपल्याला प्रारणे पाठवतच असतात. हल्ली आपण वैद्यकीय उपयोगांमुळे, क्ष-किरणांनाही चांगलेच ओळखतो. ती तर आणखीनच प्रखर असतात. मनुष्यदेहात केवळ हाडांनीच अडतात.



अभिजात भौतिकीचे नियम जिथे अपुरे पडू लागले तिथे पुंज सिद्धांताने कोडी सोडवली. ह्या सिद्धांतानुसार, प्रकाश विद्युतचुंबकीय तरंगांनी बनलेल्या पाकिटांच्या रूपात प्रवास करतो. त्या पाकिटांना पुंज म्हणतात. मूळ तरंग-कंप्रतेवर त्यातील ऊर्जा निश्चित होते. ज्या पदार्थांवर असे पुंज आपाती असतात, त्या पदार्थांत ते आपली ऊर्जा रिती करून नामशेष होतात.

जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणांत ही ऊर्जा जास्त असते. म्हणून अशी किरणे मानवी शरीरास अपायकारकही मानली जातात. दृश्य प्रकाशाची किरणे ज्या वस्तुपासून आपल्या डोळ्यात शिरतात त्या वस्तूच्या रंगाबाबतची माहिती, ते त्यांतील ऊर्जेच्या रूपाने नेत्र-मज्जेत रिती करून नामशेष होतात. म्हणूनच, आपल्याला वस्तू आहेत तशा दिसू शकतात. अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) किरणांत तुलनेने कमी ऊर्जा असते. मात्र जी ऊर्जा ते पदार्थात रिती करतात. त्याने त्या वस्तू तापतात. किरणे मात्र नावालाही शिल्लक राहात नाहीत.

क्ष-किरणे

क्ष-किरणे ह्या सगळ्यांच्या मानाने खूपच ऊर्जस्वल असतात. ती मनुष्यदेहात, मांसातून आरपार जाऊ शकतात व केवळ हाडांनीच अडतात. हाडांत ती शोषली गेल्यावर त्यांतील ऊर्जा, अस्थिपेशींचे नुकसानही घडवत असतेच. आपण खरे तर अशा सर्व संसर्गांची व्यवस्थित नोंद ठेवायला हवी.

क्ष-किरणांचा शोध विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३) ह्यांनी १८९५ मध्ये लावला. ते जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ होते. त्यांनी क्ष-किरण पट्ट्यातील विद्युत चुंबकीय प्रारणे निर्माण करून त्यांचे संवेदन साध्य केले. त्याखातर त्यांना १९०१ साली भौतिकशास्त्रातले पहिले नोबेल पारितोषिक मिळाले . हवेतील किरणोत्साराच्या प्रभावाचे मापन करणार्‍या एककास, राँजन यांच्या सन्मानार्थ त्यांचेच नावही देण्यात आलेले आहे.



विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३)

शोधानंतर ५० दिवसांनी म्हणजेच २८ डिसेंबर १८९५ रोजी, “एका नव्या प्रकारच्या किरणांबाबत” हा त्यांचा शोधनिबंध प्रसिद्ध झाला. वयाच्या ७८ व्या वर्षी ते आतड्याच्या कर्करोगाने वारले. मात्र क्ष-किरणांवर थोडा काळच काम केल्याने व ते नियमितपणे शिशाची ढाल वापरत असल्याने, त्यांच्या कर्करोगाचे कारण, त्यांचा क्ष-किरणांवरचा अभ्यास असावा, असे मानले जात नाही. नोव्हेंबर २००४ मध्ये त्यांच्या कामाच्या सन्मानार्थ अण्वांक १११ या मूलद्रव्यास इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अप्लाईड केमिस्ट्रीतर्फे “राँजनियम” (Rg) हे नाव देण्यात आले.

वस्तुमानात्मक किरणे

पुढे, अंधारात ठेवलेल्या चित्रक-पट्ट्य़ा (फोटोग्राफिक प्लेटस), कुठल्याशा पदार्थाच्या केवळ सान्निध्यानेच विकसित झाल्या आहेत असे आढळून आले. मग त्या पदार्थातूनच त्यांना ऊर्जा मिळत असावी असा कयास केला गेला. त्याबाबत पुरावे मिळवण्याचे प्रयत्न झाले. मग तो पदार्थही ओळखला गेला आणि त्यातील उत्सर्जनही लक्षात आले. मात्र हे उत्सर्जन केवळ विद्युत-चुंबकीय-लहरींच्या स्वरूपात नव्हते, तर त्याव्यतिरिक्त त्यासोबत कणात्मक पदार्थही उत्सर्जित होत असल्याचे दिसून आले. त्या उत्सर्जनांना वस्तुमान होते. ही प्रारणे नविनच होती. हे त्यांचे स्वरूप नविनच होते. त्यांत ऊर्जा तर होतीच. ते होते गॅमा किरण. शिवाय, त्यात वस्तुमानही उत्सर्जित होत होते. ती होती अल्फा आणि बीटा किरणे.

किरणोत्सर्जनाचा शोध



अँटोनी हेन्री बेक्वेरल (१५ डिसेंबर १८५२ ते २५ ऑगस्ट १९०८)

सन् १८९६ मधे हेन्री बेक्वेरल नावाच्या एका फ्रेंच भौतिक शास्त्रज्ञाला युरेनियम क्षारातील किरणोत्साराचा शोध लागला. ते एक नोबेल पारितोषिक विजेते फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ होते. उत्स्फूर्त किरणोत्साराचा शोध लावल्याखातर त्यांना मेरी क्युरी आणि पिअरे क्युरी यांचेसोबत १९०३ मध्ये नोबेल पारितोषिक दिले गेले. ह्या किरणोत्साराचा प्रभाव त्याला एका वापरल़्या न गेलेल्या फोटोग्राफिक फिल्मवर आढळून आला. नंतर सन् १८९७ मघ्ये मेरी क्युरी आणि तिचे पती पियरे क्युरी यांनी पोलोनियम व रेडियम ह्या दोन किरणोत्सारी पदार्थांना वेगळे करण्यात यश मिळवले. ह्या किरणोत्सारी पदार्थांपासून उत्सर्जित किरणांची ओळख अल्फा, बीटा, गॅमा ह्या नावांनी पटवली गेली.



मेरी क्युरी
(७ नोव्हें. १८६७, वॉर्सा, पोलंड-४ जुलै १९३४, सॅव्हॉय, फ्रान्स)

१८९१ मध्ये सॉर्बोन्न येथे भौतिक आणि गणितीय विज्ञानांतील लायसेन्शियेटशिप मिळाल्याने क्युरी पुढील शिक्षणाकरता फ्रान्समध्ये गेल्या. १८९४ मध्ये त्यांची स्कूल ऑफ फिजिक्समधील प्रोफेसर पिअरे क्युरी यांचेशी गाठ पडली. १८९५ मध्ये त्यांचे लग्न झाले. मिळालेल्या अनेक पारितोषिकांद्वारेच मादाम क्युरींच्या कामाचे महत्त्व ध्यानात येते. त्यांना अनेक विज्ञान, वैद्यक आणि कायदा या विषयांतील सन्माननीय पदव्या प्राप्त झालेल्या होत्या. जगभरातील अनेक ज्ञानवंत समाजांची सदस्यताही त्यांना मिळालेली होती. बेक्वेरल यांनी शोधून काढलेल्या उत्स्फूर्त किरणोत्साराच्या अभ्यासाकरता, त्यांना पतीसोबत १९०३ सालचे नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. ह्या पारितोषिकाचे अर्धे मानकरी बेक्वेरल हेही होते. १९११ मध्ये त्यांना किरणोत्सारातील त्यांच्या कामाकरता, केमिस्ट्रीमधील नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. अमेरिकेतील स्त्रियांचे वतीने, अमेरिकेचे राष्ट्राध्यक्ष हार्डिंग यांनी त्यांना १९२१ मध्ये त्यांच्या विज्ञानसेवेकरता १ ग्रॅम रेडियम भेट दिले होते. त्यांच्या कामाच्या गौरवार्थ किरणोत्साराच्या एककास त्यांचे नाव दिले गेले. १ ग्रॅम रेडियमपासून दर सेकंदास प्राप्त होणार्‍या किरणोत्सारास “१ क्युरी” असे संबोधले जाऊ लागले.

पुढे असे लक्षात आले की ह्या अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांचा उगम अणूच्या संरचनेत होत असतो. पण कसा? ते जाणून घेण्याकरता आधी अणूची संरचना कशी असते, ते जाणून घ्यायला लागेल. एक मध्यवर्ती अणुकेंद्रक आणि त्याभोवती दूरवर फिरत राहणारे, पदार्थास ऋण करणारे कण यांनी मिळून अणू घडलेला असतो.



अणूची संरचना

अल्फा आणि बीटा किरणांत पदार्थाचे कण आढळून आलेले होते. सर्व पदार्थ मूलद्रव्यांपासून बनलेले असतात. मूलद्रव्यांची काही उदाहरणे म्हणजे उद्जन वायू (हायड्रोजन), प्राण वायू (ऑक्सिजन), कर्ब (कार्बन) व सोने (गोल्ड) ही आहेत. अणू हा मूलद्रव्याचा सर्वात छोटा कण असतो. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुमधे त्या मूलद्रव्याचे सर्व विशिष्ट गुण सामावलेले असतात. त्याचा आकार एक अब्जांश मीटरहूनही लहान असतो. जशी एखादी भिंत दगड किंवा विटांपासून बनवलेली असते त्याचप्रमाणे प्रत्येक पदार्थ हा अब्जावधी अणुंपासून बनलेला असतो. सर्व सजीव आणि निर्जीव वस्तू कोणत्या ना कोणत्या मूलद्रव्यांपासून बनलेल्या असतात. अणूची त्रिज्या सुमारे १०**(-१०) मीटर असते आणि त्यात १०**(-१४) मीटर अथवा त्याहूनही लहान आकाराचा एकच अणुगर्भ असतो.

अणूची स्वत:ची अंतर्गत रचना असते. मध्यवर्ती अणुकेंद्रकात (अणुगर्भात) दोन प्रकारचे कण असतात. पदार्थास धन विद्युत भारित करणारे कण धनक (Proton, P) व पदार्थास विद्युत-भार-विहीन म्हणजेच, विरक्त करणारे कण विरक्तक (Neutron, N). कोणत्याही मूलद्रव्यातील धनकांची संख्या P आणि विरक्तकांची संख्या N असल्यास त्यांची बेरीज केल्यास अणुचे वस्तूमान अथवा त्याचा अणुभार Z समजतो. अणुभार Z =P + N, कोणत्याही मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक X हा त्यातील धनकांच्या संख्ये इतकाच असतो, म्हणून अणुक्रमांक X=P. अणुकेंद्रकाचा आकार =१०**(-१४) मीटर, अणूचा आकार =१०**(-१०) मीटर. ह्या अणुकेंद्रकाभोवती पदार्थास ऋण विद्युत-भारित करणारे अनेक विजक (ऋणक, Electron, E) विशिष्ट कोनातून, विशिष्ट कक्षेत, फिरत असतात. प्रत्येक अणुमध्ये धनक व विजकांची संख्या समान असते, त्यामुळे प्रत्येक अणू हा विद्युतभार-रहित असतो. उदासिन अथवा विरक्त असतो. पदार्थाच्या अणुंचे वस्तुमान आण्विक-वस्तुमान-एककांत म्हणजेच “आवए” मध्ये (ऍटोमिक मास युनिट-amu) मोजले जाते. १ आवए =१.६६ x १०**(-२७) कि.ग्रॅ. धनकाचे वस्तुमान =१.००७२७७ आवए, विरक्तकाचे वस्तुमान =१.००८६६५ आवए, विजकाचे वस्तुमान = ०.०००५४९ आवए असते. धनक आणि विरक्तक सुमारे सारख्याच वस्तुमानाचे असतात. विजक मात्र धनकापेक्षा वस्तुमानाने, १८३६ पट लहान असतो.

अशी मूलद्रव्ये, एकूण आहेत तरी किती?

आत्तापर्यंत ११८ मूलद्रव्यांची माहिती मिळालेली आहे. त्यांना आवर्त सारणीत (पिरियॉडीक टेबल) त्यांच्या अणुक्रमांकाप्रमाणे ठेवण्यात आले आहे. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुकेंद्रकात अस्तित्वात असलेल्या धनकांची संख्या, हाच त्या अणुचा अणुक्रमांक असतो. आवर्तसारणीमध्ये प्रथम पदार्थ उद्जन (हाइड्रोजन) हा आहे, आणि त्याचा अणुक्रमांक १ आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये एक धनक असतो. मूलद्रव्यांना ZAX असे दर्शवले जाते. इथे Z म्हणजे अणुभार आहे आणि X म्हणजे अणुक्रमांक. २३८U९२ म्हणजे, युरेनियम-२३८ या मूलद्रव्याचा अणुभार २३८ आहे आणि त्याचा अणुक्रमांक ९२ आहे; म्हणजेच ह्यामध्ये विरक्तकांची संख्या (२३८-९२)=१४६ आहे.

ज्या मूलद्रव्यांचा अणुक्रमांक समान, परंतु अणुभार वेगळा असतो त्यांना समस्थानिक (isotope) म्हणतात. उदाहरणार्थ, उद्जना (hydrogen) ची तीन समस्थानिके आहेत: १H१, २H१, ३H१ (हायड्रोजन, ड्युटेरियम आणि ट्रिशियम). युरेनियमच्या सर्व समस्थानिकांमधील अणुकेंद्रकांत ९२ धनक असतात. युरेनियमची काही समस्थानिके अशी आहेत: २३४U९२, २३५U९२, २३८U९२.

मूलद्रव्यांतील अस्थिरता (एलिमेंटल इन्स्टॅबिलिटी)

सोबतच्या आलेखात निसर्गतः आढळून येणार्‍या स्थिर व उदासिन मूलद्रव्यांच्या अणुगर्भातील विरक्तकांची संख्या त्यांतील धनकांच्या संख्येसापेक्ष कशी बदलत असते ते दर्शवलेले आहे. मूलद्रव्ये त्यांच्या निर्मितीदरम्यान; जर आलेख रेषेच्या खालच्या भागात असली तर धनक उत्सर्जन करून आणि विजक-प्रग्रहणाद्वारे ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होतात; किंवा जर ती आलेख रेषेच्या वरच्या भागात असली तर बीटा-उत्सर्जन करून ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होत असतात. अणुगर्भांतील गर्भकांमधील (धनक व विरक्तक यांच्यातील) परस्पर आकर्षण आणि अणुगर्भात जास्त धनक झाल्यास त्या धनकांमधील परस्पर अपकर्षण, या प्रभावांच्या संतुलित अवस्थेत, मूलद्रव्ये स्थिरतेच्या पट्ट्यात येऊन राहू लागतात.



हलक्या मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रकांमध्ये विरक्तक आणि धनकांची संख्या सर्वसामान्यत: समान असते. २०९Bi८३ म्हणजे बिस्मथ हे सर्वात जड, स्थिर मूलद्रव्य आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये विरक्तक व धनकांचे प्रमाण १२६/८३ आहे. स्थिर अणुकेंद्रकात धनक आणि विरक्तक यांच्या प्रमाणात कोणताही बदल होत नाही आणि ते कायमस्वरूपी एकत्र राहतात.

अण्वांक ९२ म्हणजे युरेनियम. त्याहून अधिक अण्वांक असलेली मूलद्रव्ये अस्थिर असतात. अस्थिर असलेली अणुकेंद्रक़े किरणोत्सारी र्‍हासाच्या प्रक्रियेत, किरणोत्सर्जन करून स्थिर होतात. किरणांची ही उत्सर्जने म्हणजेच प्रारणे. ज्यांचा आपण विचार करत आहोत. निसर्गामध्ये आढळणारी काही किरणोत्सारी समस्थानिके ट्रिशियम, कर्ब-१४, युरेनियम, रेडियम, थोरियम इत्यादी आहेत.
.
** म्हणजे या चिन्हा आधीच्या संख्येचा, या चिन्हानंतर येणार्‍या संख्ये-इतक्या संख्येचा घात

ऊर्जा (हिंदी)

बटन दबाये दिया जले ।
पंखा घुमे, ट्यूब लगे ॥
सोचा है क्या कभी आपने ।
कैसे बिजली इन्हे मिले ॥ १ ॥

दूर कहीं जनित्रों में बनकर ।
बिजली आती है तारोंपर ॥
अविरत ऊर्जा प्रसवत है ।
ये जनित्रों में क्या जादू है ॥ २ ॥

जनित्रों में जलता है ईंधन ।
बिजली में ढलता है प्रतिपल ॥
वह बिजली तारोंपर आकर ।
रोशन करती अपना घर घर ॥ ३ ॥

इससे जाहीर होता इक ।
कुदरत का करिष्मा मौलिक ॥
कहीं किसी के बिना कष्ट के ।
कहीं किसी को मिलता है सुख? ॥ ४ ॥

- नरेंद्र गोले २०१००७०७

ऊर्जेचे अंतरंग-१५: फ्लेमिंग यांचे नियम

चुंबकीय क्षेत्र आणि विद्युतक्षेत्र यांत घनिष्ट संबंध असल्याचे खूपच पूर्वीपासून लक्षात आलेले आहे. एका क्षेत्रात कुठलेही बदल घडत असल्यास ते दुसर्‍या क्षेत्रास जन्म देतात असेही आढळून आले. या नव्या क्षेत्राच्या निर्मितीची दिशा निश्चित करणारा अभ्यास फ्लेमिंग यांनी केला होता.

सर जॉन ऍम्ब्रोज फ्लेमिंग (२९-११-१८४९ ते १८-०४-१९४५) हे इंग्लिश गृहस्थ,व्यवसायाने विद्युत अभियंता आणि भौतिकशास्त्रज्ञ होते. निर्वातनळी-एकदिक्प्रवर्तकाचाही (व्हॅक्यूम-ट्यूब-डायोड) शोध त्यांनीच लावला होता. मात्र यांची खरीखुरी ओळख म्हणजे त्यांनी विद्युत  अभियांत्रिकीमधे शोधून काढलेले दोन नियम. विद्युतजनित्राचे तत्त्व विशद करणारा “उजव्या हाताचा नियम” आणि चालनायंत्रा (मोटार) ची संकल्पना विशद करणारा “डाव्या हाताचा नियम”. हे नियम समजायला अतिशय सोपे आहेत. मात्र जनसामान्यांच्या जीवनातील वीज-वापराच्या सर्वच क्षेत्रांवर त्यांची अमीट छाप पडलेली आहे. ऊर्जेचे अंतरंग, या दोन नियमांमुळे मनुष्यप्राण्यास जेवढे उमगले आहेत, तेवढे यश क्वचितच कुठल्या संशोधनाला कधी मिळाले असावे.

असे प्रयोगांद्वारे अनुभवास आलेले होते की, जर एक तांब्याची तार, चुंबकीय क्षेत्रात, त्या क्षेत्रास लंब अशी, सरळ ताठ धरली आणि जर ती त्या उभयतांस-लंब दिशेने स्थलांतरित केली, तर तिच्यात विद्युत-विभव उत्पन्न होतो. त्याचे परिमाण मायकेल फॅरडे यांच्या नियमानुसार निश्चित होते. मात्र, त्या विद्युत-विभवाची दिशा निश्चितपणे सांगण्याचे काम फ्लेमिंग यांच्या “उजव्या हाताच्या नियमा”ने साध्य केलेले आहे.

करंगळी, मरंगळी, मधलं बोट, चाफेकळी (हिलाच अनामिका, तर्जनी अथवा दर्शक बोट असेही संबोधले जाते) आणि अंगठा, अशाप्रकारे हाताची रचना असल्याचे आपण जाणतोच. फ्लेमिंग यांचा “उजव्या हाताचा नियम” हे सांगतो की उजव्या हाताची तर्जनी, मधलं बोट आणि अंगठा हे जर परस्परांस लंब अवस्थेत ताणून धरले आणि जर तर्जनीच्या दिशेने चुंबकीय क्षेत्र कार्यरत असेल व अंगठ्याच्या दिशेने ती तार स्थलांतरित केली असेल, तर उद्भवणार्‍या विद्युत-विभवाची दिशा मधले बोट दर्शवेल.

विद्युत-वाहक-स्थलांतरण गती = ग (मीटर/सेकंद)
चुंबकीय क्षेत्र = क्षे (टेस्ला)
विद्युत-विभव = वि (व्होल्ट)
विद्युतवाहक तारेची चुंबकीय क्षेत्रातली लांबी = लां (मीटर)

विद्युत-विभव, वि = क्षे x ग x लां

इथे विद्युत-वाहक-स्थलांतर हे कारण आहे आणि उद्‌भवणारे विद्युत-विभव हा परिणाम आहे. या प्रकारच्या ऊर्जांतरणात यांत्रिकी गतीपासून वीजनिर्मिती केली जाते. विद्युत-जनित्रांची संरचना याच तत्त्वावर आधारित असते. जुन्या काळी सायकलला गतिवीजयंत्र (डायनॅमो) बसवत असत. तेही याच तत्त्वावर काम करते.

वीजनिर्मितीसाठी प्रमुख ऊर्जास्त्रोत असतात विविध इंधने, जलऊर्जा, सौर ऊर्जा, पवनऊर्जा, लहरऊर्जा इत्यादी. त्या प्राथमिक ऊर्जांपासून यांत्रिक गती प्रथम प्राप्त केली जाते. मग त्या गतीपासून वीजनिर्मिती केली जाते. सामान्यतः कोळशाच्या खाणीबाहेर अशी ऊर्जासंयंत्रे बसवतात. ती सामान्यतः शहरांबाहेर असतात. त्यामुळे कोळशाचे प्रदूषण बाहेरच राहते आणि निर्मळ विद्युत-ऊर्जा गावात आणली जाते.

असे प्रयोगांद्वारे अनुभवास आलेले होते की, जर एक विद्युतप्रवाहधारी तांब्याची तार, चुंबकीय क्षेत्रात, त्या क्षेत्रास लंब अशी धरली, तर ती उभयतांस लंब दिशेने एक बल अनुभवते, त्या दिशेने स्थलांतरित होते. यात उद्भवणारे, उभयतांस लंब असणारे बल, किती असेल त्याचे परिमाण मायकेल फॅरडे यांच्या नियमानुसार निश्चित होते. मात्र, त्या बलाची दिशा निश्चितपणे सांगण्याचे काम फ्लेमिंग यांच्या “डाव्या हाताच्या नियमा”ने साध्य केलेले आहे.

फ्लेमिंग यांचा “डाव्या हाताचा नियम” हे सांगतो की डाव्या हाताची तर्जनी, मधलं बोट आणि अंगठा हे जर परस्परांस लंब अवस्थेत ताणून सरळ ताठ धरून ठेवले आणि जर तर्जनीच्या दिशेने चुंबकीय क्षेत्र कार्यरत असेल व मधले बोट विद्युतप्रवाहाची दिशा दाखवत असेल तर उद्भवणारे विद्युत-वाहक-स्थलांतरण बल, अंगठ्याच्या दिशेने कार्य करेल.

विद्युत-वाहक-स्थलांतरण बल = ब (न्यूटन)
चुंबकीय क्षेत्र = क्षे (टेस्ला)
विद्युत प्रवाह = प्र (अँपिअर)
विद्युतवाहक तारेची चुंबकीय क्षेत्रातली लांबी = लां (मीटर)

विद्युत-वाहक-स्थलांतरण बल, ब = क्षे x प्र x लां

इथे विद्युतप्रवाह हे कारण आहे आणि विद्युत-वाहक-स्थलांतर हा परिणाम आहे. या प्रकारच्या ऊर्जांतरणात विजेपासून यांत्रिक गती प्राप्त केली जाते. चालना-यंत्राची(मोटर) रचना याच तत्त्वावर आधारलेली असते. चालना-यंत्रा (मोटर) चा उपयोग आजच्या आधुनिक जगात बहुतेक सर्व विजेवर चालणार्‍या यांत्रिक उपकरणांत केलेला दिसून येतो. उदाहरणार्थ शीतकपाट (फ्रीज), वाटणयंत्र (मिक्सर), कुटणयंत्र (क्रशर), कणीक तिंबायचे यंत्र (फूड प्रोसेसर), दाढी करायचे यंत्र (शेव्हर), पंखे, क्षेपक (पंप), विद्युतवाहने, चक्क्या व अशीच असंख्य विजेवर चालणारी यंत्रे.

यावरून हे लक्षात येऊ शकेल की घरगुती वापराची असंख्य साधने विद्युतशक्तीवर चालतात. मात्र त्याकरता वापरली जाणारी वीज तयार करण्याकरता अवाढव्य संयंत्रे लागतात, कमालीचे प्रदूषण होते, निर्मितीप्रक्रिया गुंतागुंतीची आणि अविरत चालणारी असू शकते. तरीही या सार्‍यांचा अजिबात त्रास न होता आपण केवळ निर्मळ वीजच काय ती हवी तेव्हा, हवी तिथे, बटण दाबताच मिळवू शकतो. हे सारे साध्य होते त्याचे कारण यांत्रिक ऊर्जेपासून वीज आणि मग विजेपासून यांत्रिक ऊर्जा अगदी सहज मिळवता येण्यास कारण ठरलेली यंत्रे. म्हणूनच ती यंत्रे ज्या संकल्पनांवर, तत्त्वांवर, नियमांवर आधारलेली आहेत त्यांची किमान माहिती आपण करून घ्यायला हवी. फ्लेमिंग यांचे हे नियम जाणून घेतल्याने याबाबतीतल्या आपल्या संकल्पना नक्कीच सशक्त झाल्या असतील.
.
श्रेयनिर्देशः या लेखातील संकल्पनाचित्रे विकिपेडियावरील चित्रांचे आधारे तयार केलेली आहेत.
.

ऊर्जेचे अंतरंग-१४: विज, विजक आणि विजकविद्या

आकाशातून पडणारी विज हा ऊर्जेचा एक लोळच असतो. या लोळातील ऊर्जा, असंख्य ऊर्जाकणांनी बनलेली असते. या प्रत्येक कणांवर किमान काही परिमाणात ऊर्जा असतेच असते. किमान ऊर्जेपेक्षा जास्त ऊर्जा धारण करणारे कण अतिरिक्त ऊर्जेच्या प्रमाणानुरूप गतीमान तरी असतात किंवा विद्युत भार तरी धारण करत असतात. अशा कणांतील ऊर्जा, त्यांना त्यांच्या वस्तुमानामुळे, विद्युत भारामुळे आणि गतीमुळे प्राप्त झालेली असते. वस्तुमानाने सर्वात लहान, किमान ऊर्जा धारण करणार्‍या, तसेच किमान विद्युत भार धारण करणार्‍या अशा कणाला "विजक" म्हणतात. विज तयार करतो तो (विज+ कण) "विजक". विजकांचा अभ्यास करणार्‍या शास्त्रास "विजकविद्या" म्हणतात.

सलग सारख्या गुणधर्मांच्या रासायनिक पदार्थास "मूलद्रव्य" म्हणतात. पृथ्वीवरील सर्वच पदार्थ, हे काही मूलद्रव्यांच्या मिश्रणांतून अथवा संयुगांपासून घडलेले दिसून येतात. पृथ्वीवर २००८ सालापर्यंत अशी एकूण ११७ मूलद्रव्ये आढळून आलेली आहेत. कुठल्याही मूलद्रव्याचे तुकडे तुकडे करत गेले, तर त्याच मूलद्रव्याचे गुणधर्म दाखवू शकणार्‍या सर्वात सूक्ष्म कणांना अणू म्हणतात. अणूंचेही विभाजन घडवता येते. मात्र त्यात निर्माण होणार्‍या तुकड्यांत, त्या अणूचे गुणधर्म आढळत नाहीत. तरीही, सार्‍याच ११७ मूलद्रव्यांच्या विभाजनात जे तुकडे मिळतात, ते मात्र एकसारखेच असतात. या तुकड्यांत फक्त तीनच प्रकारचे कण आढळून आले आहेत. सारेच ११७ अणू केवळ तीन मूलभूत कणांच्या संयोगाने बनलेले असतात.

तेच ते, तीन मूलभूत कण निरनिराळ्या संख्येत, निरनिराळ्या प्रकारे एकत्र येऊन, ११७ मूलद्रव्यांना जन्म देतात असे आढळून आले. या कणांचा जेव्हा अभ्यास केला गेला, तेव्हा तिघांनाही वस्तुमान असल्याचा निष्कर्ष निघाला. पुढे तर्‍हतर्‍हेचे प्रयोग करून या वस्तुमानांचे नेमके मूल्य शोधून काढण्यात शास्त्रज्ञांना यश आले.

या तिन्ही कणांच्या विद्युत भारांबाबत जेव्हा अभ्यास करण्यात आला तेव्हा असे लक्षात आले की त्यांपैकी सर्वात वजनदार कण उदासिन होता. त्यावर कुठलाही विद्युतभार आढळून आला नाही. तो विरक्त होता. त्याच्या असण्यामुळे पदार्थ उदासिन राहत असत. म्हणून तो ठरला पदार्थास विरक्त करणारा कण, "विरक्तक". इतर दोघांवर सारख्याच प्रमाणात विद्युतभार असल्याचे लक्षात आले. मात्र एकावर धन विद्युत भार होता तर दुसर्‍यावर ऋण. धन विद्युत भार असलेला सर्वात लहान कण, हा पदार्थास धन करणारा, या नात्याने "धनक" ठरला. याचे वजन उदासिन कणापेक्षा काहीसेच कमी होते. ऋण कण मात्र या दोहोंच्या मानाने वजनाने अगदीच तोळामासा निघाला. (नेमकेच सांगायचे तर धनकाच्या १८३६ पट कमी वजनाचा). पदार्थास ऋण करणारा, लहानात लहान ऋण कण, या नात्याने हा कण "ऋणक" ठरला.

मग "विजक" आणि "ऋणक" यांचे स्वतंत्र अभ्यास झाले. दोघांच्याही गुणधर्मांत कमालीचे साम्य आढळून आले. एवढेच काय पण त्यांची प्रत्यक्ष प्रयोगात मोजलेली वस्तुमाने आणि विद्युत भारही जेव्हा एकसारखेच भरले, तेव्हा मात्र विजक म्हणजेच ऋणक असल्याचे नक्की झाले.

जेव्हा अणुविभाजनाचा शोध लागला, तेव्हा अण्वंतर्गत "विरक्तक", "धनक" आणि "ऋणक" या कणांना अविभाज्य मानले जात असे. मग पुढे विरक्तकाचेही विभाजन होऊ शकते असा शोध लागला. या विभाजनात एक "धनक" आणि एक "ऋणक" निर्माण होतात. पण आश्चर्य असे की धनक व ऋणक यांच्या एकत्रित वजनापेक्षा विरक्तकाचे वजन काहीसे कमीच असते. असो. पण यामुळे मुळात तीन पायाभूत कण मानले जायचे, ते खरे तर दोनच आहेत हे स्पष्ट झाले. "धनक" आणि "ऋणक".

बहुतेक सर्व अणुंमधे तीन प्रकारचे मूलभूत कण आढळून आलेले असले, तरीही उद्‌जनाच्या अणूत मात्र फक्त एक धनक आणि एक ऋणक असतात असाही शोध लागला. इतर सर्व मूलद्रव्यांत मात्र एक वा अनेक विरक्तक सामील झालेले आढळून येतात. असे असूनही, ऋणकाचे वजन ढोबळपणे धनकाच्या १८३६ पट कमी असल्याचे निष्पन्न झाल्यामुळे, कुठल्याही अणुचे वजनात सिंहाचा वाटा धनकाचा (किंवा धनक व विरक्तक मिळून) असतो, हेही लक्षात आले. त्यामुळेच एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणूत जेवढे एकूण धनक व विरक्तक असतील त्या संख्येस ढोबळमानाने त्या मूलद्रव्याचा "अणुभारांक" म्हटले जाऊ लागले.

सर्वच अणू, विद्युतभारविहीन असतात. म्हणून अणुंमधे जेवढे धनक असतील तेवढेच ऋणक असणेही गरजेचे ठरते. अणुमधील धनकांच्या संख्येस, त्या त्या मूलद्रव्याचा "अण्वांक" म्हटले जाऊ लागले, आणि मग ११७ मूलद्रव्ये त्यांच्या अण्वांकांनी ओळखली जाऊ लागली.

मूलद्रव्यांना व्यक्त करण्याकरता चिह्नांचा वापर प्रथमतः इंग्रजी भाषेत सुरू झाला. त्यामुळे जेव्हा शास्त्राचे भाषांकन जागतिक स्तरावर सुरू झाले, तेव्हा शास्त्र कोणत्याही भाषेत लिहीले जात असो त्यात मूलद्रव्यांची चिह्ने जी इंग्रजीत लिहीली जातात, तीच कायम ठेवावीत असा संकेत झाला. म्हणून आजही आपण उद्‌जनवायूस H, प्राणवायूस O आणि नत्रवायूस N अशा चिह्नांनी व्यक्त करतो. मूलद्रव्यास एक आणि एकच अण्वांक असतो. म्हणून ते चिह्नाने व्यक्त केल्यास अण्वांक वेगळ्याने लिहीण्याची गरज नसते. मात्र अणुमधे जर विरक्तकांची संख्या वाढली तर मूलद्रव्य तेच राहूनही त्याचा अणुभारांक वाढतो. अशा वाढत्या वजनाच्या मूलद्रव्यास मूळ मूलद्रव्याचा समस्थानिक म्हणतात. मूलद्रव्यांच्या चिह्नांसोबतच त्या मूलद्रव्यांचे भारांक लिहीण्याची प्रथा मग विकसित झाली. आणि मूलद्रव्ये, २३८U (म्हणजे २३८ भारांक असलेले मूलद्रव्य युरेनियम, अण्वांक ९२) या पद्धतीने व्यक्त केली जाऊ लागली.

सामान्यपणे दिसून येणारी पाण्यासारखी द्रव्ये मात्र मूलद्रव्ये नाहीत. पाणी हे उद्‌जन (उदक म्हणजे पाणी, पाण्यास जन्म देतो तो उदकाचा जनक, या नात्याने उद्‌जन) वायूचे दोन अणू आणि प्राणवायूचा एक अणू यांच्या संयोगाने तयार होते. म्हणून पाण्याला "संयुग" म्हणतात. पाण्याचे बोधचिह्न H२O असे लिहीले जाते. संयुगाचे सतत विभाजन करत गेल्यास ज्या सर्वात लहान तुकड्यास पाण्याचेच गुणधर्म असल्याचे आढळून येतात त्या त्याचा "रेणू" म्हणतात. मूलद्रव्याचा सर्वात लहान तुकडा जसा "अणू" असतो, तसाच संयुगाचा सर्वात लहान तुकडा असतो "रेणू". ज्या शास्त्रात मूलद्रव्ये व संयुगे यांच्या गुणधर्मांचे, परस्परांवरील अभिक्रियांचे आणि मानवास असणार्‍या त्यांच्या उपयोगाबाबतचे अभ्यास केले जातात त्या शास्त्रास "रसायनशास्त्र" असे म्हणतात.

आपल्या सभोवती जरी आपण नेहमीच उदासिन (विद्युतभारविहीन) मूलद्रव्ये, संयुगे अथवा त्यांची मिश्रणे असणारे पदार्थ पाहत असलो तरीही रसायनशास्त्राच्या अभ्यासानुसार ही मूलद्रव्ये व संयुगे ज्यावेळी परस्परांच्या सान्निध्यात येतात त्यावेळी शास्त्राच्या नियमाप्रमाणे ती परस्परांशी अभिक्रिया घडवून आणतात. निराळ्याच नव्या मूलद्रव्यांमधे वा संयुगांमधे परिणत होतात. अंतिमतः घडणारी मूलद्रव्ये वा संयुगेही उदासिनच असतात. मात्र, अभिक्रियांदरम्यानच्या तात्पुरत्या अभिक्रिया काळात, परस्परांच्या बाह्य विजकांना खेचून घेऊन काही मूलद्रव्ये वा संयुगे ऋण विद्युतभाराने सजतात. त्याच वेळी ज्यांचे विजक त्यांनी खेचून घेतलेले असतात अशी मूलद्रव्ये वा संयुगे धनभारित असल्याचे दिसून येते. अशाप्रकारे तात्पुरत्या विद्युतभारित होणार्‍या मूलद्रव्यांना वा संयुगांना, त्या तात्पुरत्या काळात विद्युतभारित मूल कण या नात्याने "मूलक (मूल कण)" असे म्हटले जाते. मूलके ही विजक निघून गेल्याने वा प्राप्त केल्याने अनुक्रमे धन वा ऋण भारित झालेली असली, तरी मुळात ती मूलद्रव्ये वा संयुगे असतात, म्हणूनच त्यांचे वस्तुमान विजकाहून प्रचंड प्रमाणात मोठे असते. मूलके तयार होण्याच्या प्रक्रियेला "मूलकीकरण" म्हणतात. मूलकीकरण एका तात्पुरत्या अवस्थेस जन्म देत असते, ज्यात अतिसक्रीय अशी विद्युतभारित मूलके उदासिनीकरणाच्या शोधात भटकत असतात. याकारणानेच मूलके हानीकारक समजली जातात.

ज्वलन ही एक रासायनिक प्रक्रिया आहे. लाकडावर लाकूड घासून ठिणग्या पाडता येतात हे कळल्यापासून माणसाला अग्नीचा शोध लागला. घर्षणादरम्यान मूलके जन्मास येतात. त्यांना उदासिनीकरणाची ओढ असते. ती विरुद्ध विद्युतभारित मूलकांचा शोध घेत असतात. जेव्हा विरुद्धभारित मूलके परस्परांशी भेटतात, तेव्हा ऊर्जानिर्मिती होते. ही निर्माण झालेली ऊर्जा म्हणजेच आग. विस्तव. या ऊर्जेचे परिमाण मूलके जन्मास घालतांना घर्षण घडवण्याकरता जेवढी ऊर्जा वापरात आलेली असेल तिच्याएवढेच असते.

मात्र, ढगांतून कोसणारी वीज (आगीचा लोळ या अर्थाने) आणि घर्षणातून निर्माण होणार्‍या ठिणगीचे नाते उमगण्यास भरपूर काळ जावा लागला. ढगांवर ढग आपटतात, परस्परांना घासत जातात. यामुळे त्यांच्या पृष्ठभागांवर विद्युतभार जमा होतो. परस्पर-विरोधी विद्युत भारांत परस्परांप्रती आकर्षण असते. जेवढा भार जास्त तेवढेच आकर्षणही जास्त. ढगांवरील विद्युतभार जसजसा वाढत जातो, तसतसे त्यामुळे पृथ्वीवरील विरुद्धविद्युतभाराप्रतीचे त्याचे आकर्षणही वाढत जाते. ढग आणि पृथ्वी यांमधील अंतराचा अडथळा पार करू शकेल एवढे आकर्षण निर्माण झाले की ढगांवरील विद्युतभार पृथ्वीवरील विद्युतभाराकडे झपाट्याने झेपावतो. म्हणजेच वीज पडते. परस्पर विरुद्ध भारांचे विनासायास मिलन झाले तर दोन्हीही भार नाहीसे होतात. परिसराचे कुठलेही नुकसान होत नाही. मात्र विरुद्ध भारांच्या परस्पर मिलनात जी वस्तू अडथळा करेल त्या वस्तूवर विद्युतभार रिता होऊन तिचे अ-निदानित नुकसान घडवून आणू शकतो. जेवढा भार जास्त तेवढेच जास्त नुकसान तो घडवू शकतो. ढगांची निर्मिती महासागरावर होते. त्यांना जमिनीवर वारा घेऊन येतो. वाराच त्यांचे परस्परांत अथवा डोंगरांसोबत घर्षण घडवून आणतो. मूलकीकरणास लागणारी ऊर्जा वाराच त्यांना पुरवतो. म्हणूनच वीज पडते तेव्हा प्रकट होणारी ऊर्जा कुठून येते हे आपल्या चटकन लक्षात येत नाही. 'वातावरणशास्त्रात' या वायूंच्या अभिसरणाचा अभ्यास केला जातो.

मात्र, या सर्व प्रक्रियांदरम्यान ऊर्जेच्या ज्या प्रचंड उलाढाली घडून येतात. त्यांच्या अभ्यासाचीही निकड निर्माण झाली. 'विद्युतऊर्जाशास्त्रात' या ऊर्जांतरणांचा अभ्यास केला जाऊ लागला.

तरीही एकदा या सार्‍या ऊर्जांतरणांचे मूळ, मूलकीकरणात आहे असे निष्पन्न झाल्यावर मूलकीकरणाचे, विजकांचे शास्त्र विस्ताराने अभ्यासण्याची गरज जाणवू लागली. विजकांच्या प्रवाहांवर नियंत्रण मिळवता येईल का याचा अभ्यासही केला जाऊ लागला. त्या अभ्यासाला नाव मिळाले 'विजकविद्या'.

घन पदार्थांना ऊर्जा पुरवल्यास ते द्रव होतात. द्रव पदार्थांना ऊर्जा पुरवल्यास ते वायूरूप प्राप्त करतात. वायूसही ऊर्जा पुरवत राहिल्यास मूलकीकरण प्रक्रियेस जोर चढतो. मूलकीकृत वायूच्या ऊर्जस्वल अवस्थेस 'प्राकल' अवस्था म्हणतात. घन, द्रव आणि वायू या सर्वसामान्यपणे ज्ञात असलेल्या पदार्थांच्या तीन अवस्थांमधे आता 'प्राकल' या अवस्थेचीही भर पडलेली आहे. पृथ्वीच्या वातावरणाच्या बाहेर, अवकाशात सगळीकडे भरपूर ऊर्जा वावरत असते. म्हणून अवकाशातले पदार्थ बहुतेकदा प्राकलावस्थेत असलेले सापडतात. म्हणूनच प्राकलावस्थेचा अभ्यास गरजेचा झाला. हा अभ्यास ज्या शास्त्रात केला जातो त्या शास्त्रास 'प्राकलविद्या' म्हणतात.

विद्युतऊर्जेच्या वहनाकरता सहज सोपे असे पदार्थ मग शोधले गेले. त्यांना विद्युतवाहक या अर्थाने 'सुवाहक' म्हटले गेले. काही पदार्थ विद्युतऊर्जेच्या वहनास कमालीचा अवरोध करतात असे लक्षात आले. सजीवांच्या पेशींच्या भिंती ह्या सर्वात जास्त अवरोध करतात असाही शोध लागला. अशा पदार्थांना मग 'दुर्वाहक' म्हणू लागले. काही पदार्थ मात्र ना सुवाहक होते ना दुर्वाहक. मुळात दुर्वाहक असत, मात्र काहीशी ऊर्जा बाहेरून मिळाली तरीही ते सुवाहक होऊ शकत. अशांना 'अर्धवाहक' म्हणू लागले. अर्धवाहकांचे अपरिमित उपयोग मग लक्षात आले. अर्धवाहकांच्या उपयोगाने संगणकशास्त्राचा जन्म झाला. संगणकशास्त्राची उपयोगिता वर्णन करून सांगण्याची मुळीच गरज आजच्या युगात राहिलेली नाही. अर्धवाहक पदार्थ काही निसर्गनिर्मित नाहीत. ते तयार करावे लागतात. त्यांची निर्मिती, प्रक्रिया आणि उपयोग यांच्या अभ्यासाचे काम 'विजकविद्ये'नेच साध्य करून दिले.

याच कारणाने आज आपण ज्याला विजकविद्या म्हणून ओळखतो, ते शास्त्र अर्धवाहकांच्या अभ्यासाचे शास्त्र बनून राहिलेले आहे.

या लेखात वापरलेले मूळ मराठी शब्द आणि त्यांचेकरता उपलब्ध असलेले पर्यायी इंग्रजी शब्द खाली अकारविल्हे रचलेल्या प्रतिशब्द सारणीत देत आहे.

अक्र मूळ मराठी शब्द पर्यायी इंग्रजी शब्द 

१ अणुभारांक Atomic weight
२ अणू Atom
३ अण्वांक Atomic number
४ अर्धवाहक Semi-conductor
५ ऋणक, विजक Electron
६ दुर्वाहक Insulator
७ धनक Proton
८ प्राकल Plasma
९ प्राकलविद्या Plasma physics
१० मिश्रणे Mixtures
११ मूलक Ion
१२ मूलकीकरण Ionization
१३ मूलद्रव्ये Elements
१४ रसायनशास्त्र Chemistry
१५ रेणू Molecule
१६ विद्युतऊर्जाशास्त्र Electricity
१७ विद्युतशास्त्र Electrical Science
१९ विरक्तक Neutron
१८ विजकविद्या Electronics
२० संगणकशास्त्र Computer science
२१ संयुगे Compounds
२२ सुवाहक Conductor

या लेखात वापरलेल्या मूळ मराठी शब्दांचे पर्यायी इंग्रजी शब्द आणि संबंधित मूळ मराठी शब्द खाली अल्फाबेटिकली रचलेल्या प्रतिशब्द सारणीत देत आहे.

अक्र पर्यायी इंग्रजी शब्द मूळ मराठी शब्द

१ Atom अणू
२ Atomic weight अणुभारांक
३ Atomic number अण्वांक
४ Chemistry रसायनशास्त्र
५ Compounds संयुगे
६ Computer science संगणकशास्त्र
७ Conductor सुवाहक
८ Electrical Science विद्युतशास्त्र
९ Electricity विद्युतऊर्जाशास्त्र
१० Electron ऋणक, विजक
११ Electronics विजकविद्या
१२ Elements मूलद्रव्ये
१३ Insulator दुर्वाहक
१४ Ion मूलक
१५ Ionization मूलकीकरण
१६ Mixtures मिश्रणे
१७ Molecule रेणू
१८ Neutron विरक्तक
१९ Plasma प्राकल
२० Plasma physics प्राकलविद्या
२१ Proton धनक
२२ Semi-conductor अर्धवाहक

ऊर्जेचे अंतरंग-१३: ऊर्जेच्या गरजेची विस्तारती क्षितिजे

आपली स्थापित वीजनिर्मितिक्षमता आणि वर्तमान पंचवार्षिक योजनेदरम्यान (२००७-२०१२) त्यात आपण घालणार असलेली भर खालील तक्त्यात दाखवलेली आहे. केंद्रीय विद्युत प्राधिकरणाचा, जानेवारी २००८ मध्ये, असा दावा आहे की २०१२ मध्ये खालीलप्रमाणे स्थापित क्षमतेत भर पडल्यास आपल्या ऊर्जाविषयक गरजा पूर्णपणे पुरवता येतील.

पुनर्नविनीक्षम ऊर्जास्त्रोतांत छोटे जलविद्युतप्रकल्प २०१.४६७ कोटीवॅट(SHP-Small Hydro Projects), पवनऊर्जाप्रकल्प ७५१.१५४ (Wind Power Project), जैव वस्तुमान शक्ती आणि जैव वस्तुमान वायुकरण प्रकल्प १२५.२६२ कोटीवॅट (BP&BG-Biomass Power and Biomass Gasifier Projects), शहरी व औद्योगिक कचर्‍यातून ऊर्जा निर्मिती करणारे प्रकल्प आणि सौर विद्युत प्रकल्प ७.६४० कोटीवॅट (U&I-Urbon & Industrial waste to energy and Solar) यांचा समावेश आहे.

मात्र, हे सारे आज माहीत असलेल्या ऊर्जेच्या मागणीवर आधारित आहे. प्रत्यक्षात आपला देश विकसनशील आहे. जसजसा विकास होत जातो, तसतशी नवनवीन क्षेत्रे विकासासाठी खुली होत जातात. त्यांच्या नव्या गरजा निर्माण होतात. त्या पूर्व-अनुमानित असू शकत नसल्यामुळे, ऊर्जेची मागणी अनपेक्षित प्रमाणात वाढत जाते. ऊर्जा नियोजनास धक्का पोहोचतो. आणि ऊर्जेचा तुटवडा पुन्हा भासू लागतो. ऊर्जेची मागणी ह्याप्रकारे वाढती असणे हेच विकसनशील असण्याचे लक्षण आहे. विकसित देशांत ऊर्जानियोजन परिपूर्ण होऊ शकते. आपल्याकडे ते फसल्याचेच कायम का दिसत असते, ह्याचे कारण हे आहे. ही फसगतीची भावना सामान्य माणसापासून तर केंद्रीय नियोजन आयोगापर्यंत सर्वांनाच सतावत आहे.

हे कसे, ते आपल्या घरच्याच संदर्भात बघू या. १९७१ साली आमच्या घरात सर्व दिवे १५ वॅटचे असत. ते पुरेसे वाटत असत. रॉकेल, पेट्रोमॅक्स, मेणबत्त्या इत्यादी तत्कालीन अन्य स्त्रोतांच्या मानाने ते प्रकाशमान भासत. संडास-मोर्‍यांमध्ये दिवे लावण्याची गरजही तेव्हा मानत नसत. तेव्हा सर्व घराचा विद्युतभार १५ वॅट x ५ खोल्या = ७५ वॅट असे. पुढे १९८१ मध्ये प्रत्येक खोलीत प्रकाशनळ्या (ट्यूबलाईट, ४० वॅट) असणे गरजेचे वाटू लागले. आकाशवाणीसंच (रेडिओ ५० वॅट) हवा झाला. पाण्याकरता विहिरीवर क्षेपक बसवला (५०० वॅट). अशाप्रकारे तेवढ्याच माणसांना, त्याच घरात ७५० वॅट स्थापित क्षमतेची गरज निर्माण झाली. नंतर १९९१ पर्यंत, दूरदर्शनसंच (टी.व्ही. २०० वॅट) आला. शीतकपाट (फ्रीज २०० वॅट) आले. पाणी तापवायचा तापक आला (गीझर ३,००० वॅट). कपडे लावण्याचे यंत्र आले (इस्त्री ७५० वॅट). स्थापित क्षमता सहा पटीने वाढली. आज ज्या घरांत वातानुकूलन (ए‌सी ३,००० वॅट) आहे त्यांचेकडे ती आणखी सहापटीने वाढलेली आहे. घरात असंख्य विद्युत उपकरणे गरजेची झालेलीच आहेत. पंखे, मिसळण यंत्र (मिक्सर), अन्नप्रक्रियक (फूड प्रोसेसर), स्वयंपाक-भट्टी (ओव्हन), दाढीची यंत्रे, केस सुकवणारी यंत्रे (हेअर ड्रायर), कपडे धुण्याचे यंत्र (वॉशिंग मशीन) वगैरे वगैरे. ह्यामुळे कुणाही माणसाला, नव्या घरात जोडणी देतांना जेव्हा वीज-मंडळ "किती वीज लागेल?" असा प्रश्न विचारते, तेव्हा किती लागेल ह्याचे जे उत्तर आपण देत असतो, त्यापेक्षा कितीतरी जास्त वीज आपण लगेचच वापरू लागतो.

तेव्हा ऊर्जेच्या संदर्भात माणसाची "हवे हवे ची हाव सरेना, किती हिंडशी गावे" अशी अवस्था असते. ऊर्जेच्या गरजेची क्षितिजे कायमच विस्तारती असतात. मग ऊर्जेचे नियोजन माणसाने, कुटुंबाने, गावाने, प्रांतांनी आणि देशाने साधावे ते कसे? कुठेतरी पांघरूण पाहून पाय पसरण्याचा उपायही वापरावाच लागणार आहे. तर अन्यत्र इतर उपायांचाही शोध घ्यावाच लागणार आहे. त्यात अनावश्यक र्‍हास टाळण्याचा एक महत्त्वपूर्ण उपाय आहे. तो खालीलप्रमाणे.

आजच्या जगात, ऊर्जा म्हणजे वीज हे समीकरण झालेले आहे. ऊर्जेबाबतच्या इतर सर्व प्रकारच्या गरजा, जशा की प्रकाश, उष्णता, परिवहन, संदेशवहन, पाण्याचे क्षेपण (pumping) इत्यादी सर्व गरजा आपण विजेच्या साहाय्याने साध्य करतो. प्रत्यक्षात बहुतांश वीज उष्णतेपासूनच निर्माण केली जात असते आणि त्या परिवर्तनादरम्यान ७०% ऊर्जेचा र्‍हास होत असतो. हे लक्षात घेता उष्णतेबाबतच्या आपल्या गरजा आपण विजेद्वारे साधणे काटकसरीचे नाही. इष्टही नाही. म्हणून त्याकरता सौर ऊर्जेसारख्या पुनर्नविनीक्षम ऊर्जेचा वापर करावा असे आपले राष्ट्रीय धोरण आहे. महानगरपालिकांनी नवीन इमारतींना बांधकाम पूर्णतेचे प्रमाणपत्र देण्याकरता, इमारतीच्या गरम पाण्याबाबतच्या गरजा सौर तापकाद्वारे साध्य करण्यासाठी, सौर तापक बसवून घेतलेला असणे अनिवार्य करावे. ह्याचे दोन मोठे फायदे आहेत. सौर ऊर्जेच्या वापरास प्रोत्साहन मिळून वीजवापरावरील भार कमी होईल. आणि विजेद्वारे उष्णता मिळवण्यात होणार्‍या ७०% ऊर्जा र्‍हासास टाळता येईल. यामुळे विकास झपाट्याने होईल. कमी खर्चात होईल. कमी प्रदूषक होईल (कारण, होणारा ७०% ऊर्जार्‍हास परिसराचे तापमान वाढण्यासच कारणीभूत होत असतो).

काही वेळेला (खरे तर कित्येकदा) वातानुकूलित खोल्यांमध्ये केस सुकवणारी यंत्रे, कपडे लावणारी यंत्रे, पाणी तापवणार्‍या चुली, कॉफी मेकर इत्यादी उष्णताकारक यंत्रे चालू असलेली आढळून येतात. ह्यात ही यंत्रे पुरेशी सक्षम ठरत नाहीतच, शिवाय वातानुकूलन यंत्रांवरही अतिरिक्त अनावश्यक भारही पडत असतो. हे आपल्याला टाळता येईल का? तुमच्या आसपास असे काही तुमच्या नजरेस पडत असेल तर इथे अवश्य सांगा. आपण त्यावरचे उपायही शोधू आणि त्या उपायांचा प्रसारही करू म्हणजे ऊर्जावापर जास्तीत जास्त सक्षमखर्ची होऊ शकेल.
.

ऊर्जेचे अंतरंग-१२: दैनंदिन व्यक्तिगत शारीरिक गरज-२

माहितीचे तक्ते केवळ वस्तुस्थितीचे निदर्शक असतात. त्यातील माहिती पासून ज्ञान मिळवणे हे त्या माहितीच्या निष्कर्षणावर अवलंबून असते. गेल्या प्रकरणात आपण आपल्या दैनंदिन व्यक्तिगत शारीरिक ऊर्जा गरजांचा ताळेबंद, तक्ता स्वरूपात मांडला. आता त्याचे निष्कर्षण करू या. म्हणजे त्यावरून निष्कर्ष काढू या.

प्रथमदर्शनी कळणारी माहिती ही की कुठलेही काम करायला लागणारी ऊर्जा ही त्या व्यक्तीच्या वजनासापेक्ष असते. जास्त वजनदार व्यक्तीस जास्त ऊर्जा लागते. सर्वसामान्य सडपातळ व्यक्तीच्या मानाने, अतिस्थूल व्यक्तीस दुप्पट ऊर्जा लागू शकते. बुद्धीजीवी कामे, प्रतीक्षा, दूरदर्शनवर कार्यक्रम पाहणे इत्यादी कामांचे फलित दोन्ही व्यक्तींसाठी सारखेच असले तरीही स्थूल व्यक्तीस अकारणच जास्त ऊर्जा लागते. अतिरिक्त शारीरिक क्षमतेची गरज असणार्‍या कामांत (जसे की वजन उचलणे, लाकडे फोडणे, माती खोदणे यांसारख्या) निदान स्थूल व्यक्तीला मिळणारे फल तरी निवेशी ऊर्जेच्या प्रमाणात जास्त असू शकते. मात्र एरव्ही, खायला काळ आणि भुईला भार अशीच अवस्था होते. जसजसा मनुष्य प्रगत होत गेला, तसतशी शारीरिकदृष्ट्या भरभक्कम असण्याची निकड क्षीण होत गेली. आजच्या घडीला स्थौल्य सक्षमखर्ची राहिलेले नाही. म्हणून स्थौल्य नसावे. मग अगदी किडकिडीत शरीर ऊर्जावापराचे दृष्टीने चांगले म्हणावे लागेल. हो. खरे आहे. मात्र वजन घटत जाते तसतसे क्षीण होणारे शरीर, उपजीविका चालवण्यास असमर्थ ठरू लागते, स्वस्थही राहू शकत नाही. तेव्हा समर्थ आणि स्वस्थ राहून जेवढे किमान वजन ठेवता येईल तेवढेच ठेवण्याचे नियोजन सर्वांनी करावे. तसे राष्ट्रीय धोरण ठरवण्याचीही गरज आहे.

स्थूलातून सूक्ष्माकडे होणारा प्रवास अपार फलदायी ठरत असल्याचे एक सुरस उदाहरण इथे देण्याचा मोह आवरत नाही. १९८१ मध्ये पहिला सूक्ष्मप्रक्रियक (micro-processor)  इंटेल कंपनीने बाजारात आणला. तो जेमतेम एखादे खेळणे चालवण्याची क्षमता बाळगत असे. आज तेवढ्याच आकारात बसणारा सूक्ष्मप्रक्रियक अक्खा पीसी सहज चालवू शकतो. छोट्या जागेत जास्तीत जास्त कळा (switches) बसवण्याच्या प्रगत तंत्रामुळे एक आणखीही चमत्कार साधला. तो म्हणजे १९८१ पासून आजवर सूक्ष्मप्रक्रियकांचे कर्तब/किंमत (performance/price) गुणोत्तर दरसाल दुपटीने वाढत राहिले. आज विकसित होत असणारे अब्जांश तंत्रज्ञान (nano-technology) उद्या निस्संशय जास्त सक्षम ठरणार आहे.

तेव्हा जेवढे हलके तेवढे चांगले. जेवढे सूक्ष्म तेवढे चांगले. तेवढे सक्षमखर्ची. हाच काळाचा संकेत दिसतो.

समर्थ आणि स्वस्थ राहण्यासाठीही हल्ली किमान एक तास चालणे, जागेवर धावणे इत्यादी व्यायामांची शिफारस केली जाते. कारण बदलेल्या जीवनशैलीमधे तेवढाही व्यायाम उपजीविकेच्या अर्जनात निष्पन्न होत नाही. तो जर उपजीविकेच्या अर्जनात निष्पन्न झाला तर एकाच ऊर्जावापरात व्यायाम आणि उपजीविका दोन्हीही साधतात. उदाहरणार्थ जंगलात मध गोळा करणारा एक आदिवासी दिवसभर जो मध गोळा करतो त्यावर त्याच्या कुटुंबाची उपजीविका चालते. दरम्यान तो जी धावपळ करतो, चढ-उतार करतो त्यामुळे त्याला वेगळ्याने व्यायाम करण्याची गरज राहत नाही. आणि म्हणूनच व्यायामासाठी अतिरिक्त ऊर्जा खर्च करण्याचीही गरज राहत नाही. तेच एक कारकून उपजीविकेसाठी डोंबिवली ते नरीमन पॉईंट ये-जा करतो, दिवसभर कष्ट करतो, ते कष्ट त्याला समर्थ आणि स्वस्थ ठेवू शकत नाहीत. त्याला बैठ्या जीवनशैलीमुळे अतिरिक्त व्यायाम करण्याची निकड भासते. काम आणि व्यायाम दोन्हींसाठी ऊर्जा लागते. व म्हणून तो वापरत असलेली ऊर्जा सक्षमखर्ची ठरत नाही. उपजीविकेच्या अर्जनात समर्थ आणि स्वस्थ राखू शकणारे व्यायाम गुंफलेले असणे नेहमीच सक्षमखर्ची ठरते. ते साधावे कसे हा एक निराळाच विषय होऊ शकेल. मात्र ते साधायलाच हवे हे निश्चित.

ह्याचा दुसरा भाग असा की व्यायामासाठी वापरली जाणारी साधने जर वीज बनवण्यासाठी वापरली तरीही हे साध्य होऊ शकेल. उदाहरणार्थ जागीच धावणार्‍या दुचाकीला विद्युतनिर्मितीची साधने बसवली तर व्यायामही होईल आणि दरम्यान वापरलेल्या ऊर्जेचा बराचसा हिस्सा पुन्हा प्राप्त करून घेता येईल.

एक आश्चर्यकारक निरीक्षण म्हणजे प्रतीक्षा करण्यासही ऊर्जा लागते. पांढरपेशी लोकांच्या ऊर्जेचा अनाठायी अपव्यय केवळ ह्याच कारणाने सर्वाधिक होत असावा असा माझा समज आहे. लोकल ट्रेनमधे (कार्यालयात पोहोचेपर्यंचा वेळ प्रतीक्षेचा धरलयास) प्रतीक्षेच्या वेळेचा सदुपयोग मनोरंजन, ज्ञानवर्धन, सामाजिक संबंधांचे बळकटीकरण ह्यांकरता करण्याच्या प्रवृत्तीचे मूळ हा अपव्यय टाळण्याच्या गरजेतच सामावलेले आहे. अनाठायी प्रतीक्षा शक्यतोवर टाळावी. अशक्य ठरल्यास तिचा अन्यथा सदुपयोग करावा.

दुसरा तक्ता ऊर्जेच्या स्त्रोतांचा आहे. ऊर्जा कर्बोदके, प्रथिने व मेद ह्या तीन प्रकारच्या अन्नांपासून मिळते. प्रथिने व मेदे तेवढ्याच वजनाच्या कर्बोदकांपेक्षा नऊपट जास्त ऊर्जा देऊ शकतात. ती गरीबांना, श्रमजीवींना उत्तम. सधन, बुद्धीजीवी व्यक्तींचा कल अतिरिक्त प्रथिने व मेद सेवनाचा असतो. मात्र त्यांपासून ऊर्जा मिळवण्यासाठी त्यांच्या शारीरिक हालचाली अपुर्‍या पडतात. ऊर्जा अन्नपदार्थांत असते म्हणजे ते सेवन करताच ती आपोआप मिळते असे नसून त्यांपासून ऊर्जा मिळवण्याच्या शारीरिक क्षमतेवर ऊर्जा निष्कर्षण अवलंबून असते. क्षमतेबाहेर केलेले अन्नसेवन केवळ अनारोग्यास आमंत्रण ठरते.

तक्त्यात मांसाहाराचा उल्लेख असला तरीही हे नमूद करायला हवे की मानवी शरीर मांसभक्षणासाठी घडवलेले नाही. ते अनारोग्यकारक ठरते. त्यापासून ऊर्जा निष्कर्षण होत असतांना निर्माण होणारे अवशिष्ट पदार्थ कर्ककारक असतात. मांसाहाराचे अवशोषण होत असता ते निर्माण होऊन ३३ फूट आतड्यांतील संपूर्ण प्रवासात निवासी होऊन राहतात. त्यांना हाताळतांना आतड्यास कर्करोग होऊ शकतो. म्हणून मांसाहार निषिद्धच मानावा.

अन्न हा ऊर्जेचा स्त्रोत अवश्य आहे, मात्र त्यासोबतच ते मनुष्यास समर्थ व स्वस्थ राखण्याचे अमोघ साधनही आहे. केवळ ऊर्जा मिळवण्यासाठी नुसती साखरही चालली असती. मात्र केवळ साखरेने शरीर समर्थ व स्वस्थ राखण्याचे साधेल काय? हा कळीचा प्रश्न आहे. केवळ साखर सेवन केल्यास, शरीर तीपासून ऊर्जा मिळवणे कायम सक्षमखर्ची राखू शकणार नाही. म्हणूनच म्हटले आहे की (केवळ ऊर्जेसाठी) उदरभरण नोहे जाणिजे यज्ञकर्म. यज्ञाहुतींची व्यवस्थित निवड करणे हेच इष्ट.

.