ऊर्जेचे उगमस्थान

मागील भाग : निरनिराळे परंपरागत ऊर्जास्रोत
https://anandghare2.wordpress.com/2020/02/23/%e0%a4%a8%e0%a4%bf%e0%a4%b0%e0%a4%a8%e0%a4%bf%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%b3%e0%a5%87-%e0%a4%aa%e0%a4%b0%e0%a4%82%e0%a4%aa%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%97%e0%a4%a4-%e0%a4%8a%e0%a4%b0%e0%a5%8d%e0%a4%9c%e0%a4%be/
आपल्या रोजच्या ओळखीचे परंपरागत ऊर्जेचे काही प्रकार आपण पहिल्या भागात पाहिले. पण आपल्याला यांच्याबद्दल कितीशी माहिती असते? आपल्या हातापायांमधले बळ आपल्याला खाण्यापिण्यामधून मिळते एवढे सगळ्यांना माहीत असते. लाकूड जाळल्याने जशी आग निघते त्याचप्रकारे पण एक सौम्य आग (जठराग्नि) आपल्या पोटात तेवत असते आणि त्या अग्नीला अन्नाची आहुती देतांना आपण एक यज्ञ करत असतो असे ‘वदनि कवळ घेता .. उदरभरण नोहे जाणिजे यज्ञकर्म।।’ या श्लोकात म्हंटले आहे. पण “आपण खाल्लेल्या अन्नाचे ऊर्जेत होणारे रूपांतर कसे, केंव्हा आणि नेमके कुठे होते? लाकडाच्या जळण्यामधून तरी ऊष्णता आणि उजेड का बाहेर निघतात?” असले प्रश्न बहुतेक लोकांना कधी पडतच नाहीत. यासारखे “नदीच्या खळाळणाऱ्या पाण्याला कशामुळे जोर मिळतो? ती नेहमी पर्वताकडून समुद्राकडेच का वाहते? त्या वाहण्याच्या क्रियेसाठी लागणारी ऊर्जा तिला कुठून मिळते? वारे कशामुळे वाहतात?” असे अनेक प्रश्न असतात. “परमेश्वराची योजना किंवा लीला” असेच अशा प्रश्नांचे उत्तर बहुतेक लोकांकडून मिळेल. लहान मुलांनी जिज्ञासेपोटी असे प्रश्न विचारले असता ती वेळ निभावून नेण्यासाठी सगळी जबाबदारी देवबाप्पावर टाकली जाते आणि “देवबाप्पा जे काय करेल ते अंतिम, त्याच्यापुढे काही विचारायचे नाही.” अशी ताकीद देऊन त्यांना गप्प केले जाते. नंतर असल्या प्रश्नांची उत्तरे माहीत नसली तरी “त्यावाचून आपले काही अडत नाही” असे म्हणून मोठेपणी त्यांचा सहसा कोणी विचार करत नाही.

सर्वसाधारणपणे असे असले तरी काही लोक याला अपवाद असतात. पूर्वी त्यांना तत्वज्ञ (फिलॉसॉफर) म्हणत, आता वैज्ञानिक (सायंटिस्ट) म्हणतात. “देवाची करणी” या उत्तराने त्यांचे समाधान होत नाही. उपलब्ध असलेली माहिती, आपली बुद्धी, विचारशक्ती आणि अनुभव यांच्या आधारे ते यापेक्षा वेगळे उत्तर शोधू पाहतात. त्यासाठी ते कष्ट घेतात, प्रयोग आणि निरीक्षण करतात, त्यावर मनन चिंतन वगैरे करून समर्पक आणि सुसंगत असे उत्तर शोधण्यासाठी प्रयत्न करतात. अशा विद्वान लोकांनी अग्नि, वायू, सूर्यप्रकाश यासारख्या ऊर्जेच्या निरनिराळ्या रूपांचा आणि निसर्गातल्या ऊर्जास्रोतांचा बारकाईने अभ्यास केला, त्यांच्यामागे असलेली शास्त्रीय कारणे शोधली, सिद्धांत मांडले, ते सगळे समजून घेऊन त्यांचा अधिकाधिक उपयोग कसा करता येईल याचे प्रयत्न केले. यातून विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातली प्रगती होत गेली.

“झाडावरून वेगळे झालेले सफरचंद नेहमी खाली जमीनीवरच का येऊन पडते?” या प्रश्नावर विचार करता “जमीनच त्याला तिच्याकडे ओढत असणार.” अशी न्यूटनची खात्री पटली आणि त्याने या आकर्षणाचे गणिती नियम समजून घेऊन ते जगाला सांगितले. सुप्रसिद्ध सफरचंदाप्रमाणे ढगातल्या पाण्याच्या थेंबांनाही पृथ्वी खाली खेचते आणि त्यामुळे आकाशातून जमीनीवर पाऊस पडतो. पण मग “पर्वतावर पडलेल्या पावसाचे पाणी जर पर्वताच्या आकर्षणामुळे ढगामधून खाली येऊन पडले असेल तर त्याच आकर्षणामुळे ते तिथेच का थांबत नाही? डोंगर हा सुद्धा पृथ्वीचाच भाग आहे ना? मग ते पाणी त्याला सोडून उतारावरून आणखी खाली का धावत येते आणि त्यातून तयार झालेली नदी वहात वहात पुढे जात अखेर समुद्राला का जाऊन मिळते?” असे काही प्रश्न उठतात. याचे कारण पृथ्वीचे आकर्षण त्या पाण्याला फक्त जमीनीकडे ओढण्यापुरते नसते तर ते त्याला पृथ्वीच्या गोलाच्या केंद्राच्या दिशेने खेचत असते. पर्वताचा भाग त्या गोलाच्या मध्यबिंदूपासून दूर असतो आणि समुद्राचा तळ त्यामानाने जवळ असतो. यामुळे पावसाचे पाणी डोंगरावरून जिकडे उतार असेल त्या दिशेने वाहू लागते आणि समुद्राला मिळेपर्यंत वहात राहते. नदीचे वाहणे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे घडत असते. याचाच अर्थ नदीमधल्या वाहत्या पाण्यामधली वाहण्याची शक्ती त्या पाण्याला पृथ्वीकडून मिळते.

पण मग त्या आधी ते पाणी समुद्रामधून उठून पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या विरुद्ध उंच पर्वतावर कसे जाऊन पोचते? याचे उत्तर असे आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील पाण्याची सूर्याच्या उन्हाने वाफ होते. ही वाफ हवेपेक्षा हलकी असते. यामुळे पृथ्वीची गुरुत्वाकर्षण शक्ती हवेला अधिक जोराने आपल्याकडे ओढत असते आणि त्यामुळे तिच्या तुलनेने हलकी असलेली वाफ पृथ्वीपासून दूर (वातावरणात उंचावर) ढकलली जाते. म्हणजे या गोष्टीलासुध्दा पृथ्वी कारणीभूत असते. पण उंचावर गेलेली वाफ थंड होऊन तिच्यात पाण्याचे सूक्ष्म कण तयार होतात आणि त्यातून ढग तयार होतात. वाऱ्यामुळे हे ढग समुद्रापासून दूर दूर ढकलले जात राहतात. वाटेत एकादा डोंगर आडवा आला तर ते पुढे जाऊ शकत नसल्याने त्याला आपटून ते आणखी वर जाऊ पाहतात, पण तिथले तापमान कमी असल्याने ढगातली वाफ थंड होऊन पाण्याचे थेंब आकाराने वाढत जातात आणि ते हवेहून जड असल्याने पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येऊन जमीनीवर बरसतात. याचाच अर्थ जमीनीवरील किंवा समुद्रामधील पाण्याला आधी सूर्यापासून ऊर्जा मिळते. ती वाफेमध्ये सुप्त अवस्थेत (लेटेंट हीट) असते, उंच पर्वतावर पडलेल्या पाण्यातही ती सुप्तरूपाने (पोटेन्शियल एनर्जी) असते. पृथ्वीच्या आकर्षणाने ते पाणी नदीमधून वाहू लागल्यावर त्याला गतिमान रूप (कायनेटिक एनर्जी) मिळते. अशा प्रकारे या ऊर्जेचा मूळ स्त्रोत सूर्य असतो आणि पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्या ऊर्जेच्या रूपात बदल घडवून आणते असेही म्हणता येईल. याचप्रमाणे वाळवंटामधील हवा उन्हाने तप्त होऊन विरळ होते. पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे या हवेचा तिच्यावर जो दाब पडत असतो तो कमी (हलका) होतो आणि जास्त दाब असलेली तुलनेने थंड हवा तिकडे धाव घेते. याला आपण वारा म्हणतो. म्हणजेच वाहत्या वाऱ्यामधील ऊर्जासुध्दा त्याला अप्रत्यक्षपणे सूर्याकडूनच मिळते. पण सूर्य आणि अग्नी यांची ऊर्जा कोठून येते? या प्रश्नाची उकल समजून घेण्यापूर्वी आणखी काही गोष्टी ठाऊक असणे आवश्यक आहे.

आपल्या समोर आलेली कुठलीही नवी वस्तू किंवा पदार्थ कशापासून तयार झाला असेल हा विचार पटकन आपल्या मनात येतो. व्यापक विचार करणाऱ्या विद्वानांना आपले विश्व कशापासून बनलेले असावे हे एक मोठे आकर्षक कोडे वाटत आले आहे. ते सोडवण्याचे प्रयत्न वैज्ञानिक लोक पूर्वापारपासून करत आले आहेत आणि पुढेही करत राहणार आहेत. जगातले सर्व पदार्थ सूक्ष्म कणांपासून तयार झालेले आहेत असे मुनिवर्य कणाद यांनी सांगितले होते. या कणांसंबंधी त्यांनी आणखी काही तपशील सांगितला असला तरी तो मला माहीत नाही. पृथ्वी, आप (पाणी), तेज, वायू आणि आकाश या पंचमहाभूतांमधून प्रत्येक जड पदार्थ तयार झाला आहे असे आपल्या प्राचीन काळातल्या शास्त्रकारांनी सांगितले होते पण हे निदान ढोबळ मानाने झाले. पृथ्वीवरील दगडमाती सगळीकडे एकसारखी नसते, त्यात विपुल वैविध्य आहे, सागर, नदी, तलाव, विहिरी यांमधले पाणी थोडे वेगवेगळे असते याचे कारण त्यांमध्ये निरनिराळे क्षार मिसळलेले असतात, नायट्रोजन, ऑक्सीजन आणि काही इतर वायू मिसळून हवा तयार होते. यामुळे याहून जास्त तपशीलात जाणे आवश्यक आहे. या विश्वामधील सर्व पदार्थ अतीसूक्ष्म अशा कणांपासून बनले आहेत ही कल्पना दोन तीन शतकांपूर्वी सर्व शास्त्रज्ञांनी मान्य केली आणि सर्वांच्या मनात ती रुजली. त्यानंतर त्यांनी या कणांच्या गुणधर्मांचा कसून अभ्यास केला.

जगामधले पदार्थ जसे एकमेकांपासून वेगळे असतात त्याचप्रमाणे त्यांचे कणसुद्धा एकमेकांसारखे नसणारच. शास्त्रज्ञांनी सर्व पदार्थांचे तीन प्रमुख वर्ग केले, मूलद्रव्य, संयुगे आणि मिश्रणे. लोह (लोखंड), ताम्र (तांबे), कर्ब (कार्बन), गंधक (सल्फर). प्राणवायू (ऑक्सीजन), नत्रवायू (नायट्रोजन) यासारखी सुमारे शंभर मूलद्रव्ये असतात. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून पाणी तयार होते, सोडियम आणि क्लोरिनच्या संयोगातून मीठ होते, अशा प्रकारची असंख्य संयुगे (कॉम्पाउंड्स) असतात. पण दगड, माती, दूध, दही, पानेफुले वगैरे आपल्या ओळखीच्या बहुतेक पदार्थांमध्ये अनेक संयुगांचे किंवा मूलद्रव्यांचे मिश्रण (मिक्श्चर) असते. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून तयार झालेल्या पाणी या संयुगाचे गुणधर्म त्या दोन्हींपेक्षा सर्वस्वी वेगळे असतात. पण पाण्यात मीठ विरघळले तर त्यात पाण्याचे आणि मिठाचे अशा दोन्ही द्रव्यांचे गुण असतात. यामुळे ते एक मिश्रण असते. पितळ किंवा स्टेनलेस स्टील हीसुद्धा संयुगे नसून मिश्रणे आहेत. हवा हेसुद्धा एक मिश्रण आहे आणि तिच्यामधील निरनिराळे वायू स्वतःचे गुणधर्म बाळगून असतात.

मूलद्रव्यांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला अणू (अॅटम) आणि संयुगांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला रेणू (मॉलेक्यूल) असे नाव दिले आहे. अर्थातच एका रेणूमध्ये दोन किंवा त्याहून जास्त (कितीही) अणू असतात, पण ते एकमेकांना रासायनिक बंधनाने (केमिकल बाँडिंगने) जुळलेले असतात. हे रेणू साध्या डोळ्यांनी तर नाहीच, पण दुर्बिणीमधूनसुध्दा प्रत्यक्षात दिसत नसले तरी शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या रचनेबद्दल काही काल्पनिक संकल्पना मांडल्या आणि पदार्थांच्या गुणधर्मांच्या निरीक्षणांमधून त्यांना अप्रत्यक्षपणे पण निश्चित स्वरूपाचा दुजोरा मिळत गेला. या सूक्ष्म कणांच्या अभ्यासातून त्यांचे जे गुणधर्म समजले, त्यात असे दिसले की हे सर्व कण चैतन्याने भारलेले असतात. याची अनेक सोपी उदाहरणे दाखवता येतील.

भरलेला फुगा फोडला की त्याच्या आतला वायू क्षणार्धात हवेत विरून जातो, त्याला परत आणता येत नाही. कारण त्या वायूचे सूक्ष्म कण स्वैरपणे वेगाने इतस्ततः भरकटत असतात. स्वच्छ पाण्याने भरलेल्या पेल्यात कोकाकोलाचा एक थेंब टाकला की तोसुध्दा सगळीकडे पसरतांना दिसतो, कारण द्रवरूप पदार्थांचे सूक्ष्म कण सुध्दा एका जागेवर स्थिर न राहता वायूंच्या मानाने हळूहळू पण सतत संचार करत असतात. घनरूप पदार्थांचे तपमान वाढले की ते प्रसरण पावतात आणि कमी झाले की आकुंचन पावतात, कारण त्यांचे सूक्ष्म कण सुध्दा जागच्या जागीच हालचाल करत असतात. थोडक्यात सांगायचे झाले तर सगळ्या जड पदार्थांच्या सूक्ष्म कणांमध्ये सुध्दा एक चैतन्य असते. निसर्गातल्या सर्व अणुरेणूंमध्ये एक प्रकारची सुप्त ऊर्जा भरलेली असते. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये ती ऊर्जा ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, गतिमानता यासारख्या रूपामध्ये प्रकट होते तेंव्हा ती आपल्या जाणीवांच्या कक्षेत येते. तिला ओळखणे, तिचे मोजमाप करणे, तिचा उपयोग करून घेणे अशा गोष्टी आपल्याला अवगत असतील तर आपल्याला ती ऊर्जा प्राप्त झाली असे वाटते. प्रत्यक्षात कोणतीही ऊर्जा नव्याने निर्माण होत नाही किंवा ती नष्टही होत नाही असा काँझर्व्हेशन ऑफ एनर्जीचा नियम आहे. निसर्गातली ही ऊर्जा कधी आपल्याला जाणवते आणि तिचा उपयोग करणे शक्य होते आणि कधी ती सुप्त रूपात असते.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास ऊन, वारा, नदी वगैरेंमधील ऊर्जेचा उगम सूर्य किंवा पृथ्वी यांच्यामधून होतो आणि सूर्य, पृथ्वी आणि इतर ग्रहगोलांमध्ये असलेली ऊर्जा ही त्यांच्यातल्या अणुरेणूंमध्येच ठासून भरलेली असते. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये ती ऊर्जा ऊष्णता, प्रकाश, ध्वनि आदि रूपांमध्ये बाहेर पडत असते.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

One Response

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: