विजेची निर्मिती

वीजनिर्मितिकेंद्रे

भाग ३ – विजेची निर्मिती

याआधील भाग : ऊर्जेचे उगमस्थान
https://anandghare2.wordpress.com/2020/02/25/%e0%a4%8a%e0%a4%b0%e0%a5%8d%e0%a4%9c%e0%a5%87%e0%a4%9a%e0%a5%87-%e0%a4%89%e0%a4%97%e0%a4%ae%e0%a4%b8%e0%a5%8d%e0%a4%a5%e0%a4%be%e0%a4%a8/

वैज्ञानिकांनी केलेल्या निरीक्षणांमधून आणि संशोधनामधून निसर्गातल्या ऊर्जेची रहस्ये कशी उलगडत गेली याचे एक उदाहरण मागील भागात दिले होते. अशा संशोधनामधून मिळत गेलेल्या ज्ञानाचा अधिकाधिक उपयोग मानव आपल्या फायद्यासाठी करत गेला. त्यातून तो नवनवी कार्यक्षम आणि अचूक (प्रिसिजन) उपकरणे आणि यंत्रेसुध्दा बनवत गेला आणि त्यांच्याद्वारे त्याने आपली निरीक्षणशक्ती अमाप वाढवली. माणसाच्या पाच ज्ञानेंद्रियांना ज्यांची जाणीव होऊ शकत नाही अशी निसर्गातली अनेक रहस्ये त्यातून उलगडली गेली. कानाला ऐकू न येणारे आवाज (अल्ट्रासॉनिक वेव्हज), डोळ्यांना दिसू न शकणारे प्रकाशकिरण (अल्ट्राव्हायेलेट, इन्फ्रारेड लाइट, क्षकिरण वगैरे) आणि बोटाला न जाणवणारी स्पंदने (व्हायब्रेशन्स) यांचे अस्तित्व मानवाच्या या वाढलेल्या सामर्थ्यामुळे समजले, त्यांची निर्मिती आणि मोजमाप करणे शक्य झाले. ज्ञानसंपादनाच्या अनेक नव्या खिडक्या उघडल्यामुळे नवनवे वैज्ञानिक शोध लागत जाण्याच्या प्रक्रियेला वेग आला.

निरनिराळ्या स्वरूपातील ऊर्जेचे अस्तित्व, तिचे एका जागेवरून दुसऱ्या जागेकडे वहन, ऊर्जेचे एका रूपामधून दुसऱ्या रूपात रूपांतर होणे वगैरेंसाठी निसर्गाचे निश्चित असे स्थलकालातीत नियम आहेत. ते व्यवस्थित समजून घेऊन त्यांचा उपयोग करून घेण्याचे काम वैज्ञानिक आणि तंत्रज्ञ करत असतात. त्यांच्या प्रयत्नांमधून ऊर्जेचे काही अद्भुत असे नवे स्रोत मानवाला मिळत गेले. आपली पृथ्वी स्वतःच एक महाकाय लोहचुंबक आहे आणि तिचे चुंबकीय क्षेत्र आपल्या संवेदनांना जाणवत नसले तरी ते आपल्या चहू बाजूंना पसरले आहे हे समजले. आकाशामधून धरतीवर कोसळणाऱ्या विद्युल्लतेकडे पाहून भयभीत होण्यापलीकडे काहीही करू न शकणारा मानव कृत्रिम रीत्या विजेचे उत्पादन करू लागला. यात त्याने इतकी विविधता आणली आणि इतके नैपुण्य संपादन केले की अत्यंत प्रखर अशी ऊष्णता निर्माण करणे, महाकाय यंत्रांची चाके फिरवणे, लक्षावधी गणिते चुटकीसरशी सोडवणे किंवा जगाच्या पाठीवरील दूर असलेल्या ठिकाणी आपले संदेश अतीशय सूक्ष्म अशा विद्युल्लहरींमधून कल्पनातीत वेगाने पाठवणे अशी निरनिराळ्या प्रकारची कामे तो विजेकडून करून घेऊ लागला आहे.

विश्वातील असंख्य पदार्थाची रचना असंख्य निरनिराळ्या प्रकारच्या रेणूंपासून झाली असली सुमारे फक्त शंभर एवढ्याच मूलद्रव्यांपासून हे असंख्य पदार्थ निर्माण झाले आहेत. मागील भागात दिल्याप्रमाणे या मूलद्रव्यांच्या सूक्ष्मतम कणांना अणु (अॅटम) असे नाव ठेवले गेले. अर्थातच दोन किंवा अधिक अणूंच्या संयोगातून रेणू (मॉलेक्यूल्स) बनतात हे ओघाने आले. या नव्या संयुगाचे (काम्पाउंड्सचे) आणि त्याच्या रेणूंचे गुणधर्म सर्वस्वी वेगळे असतात. हे मागील भागात उदाहरणासह सांगितले आहे. मी शाळेत शिकत असतांना मॉलेक्यूलला अणु आणि अॅटमला परमाणु असे म्हणत असत. आता त्या ऐवजी अनुक्रमे रेणू आणि अणु अशी नावे प्रचारात आली आहेत. गोंधळ टाळण्यासाठी इंग्रजी नावे कंसात दिली आहेत.

जेंव्हा कोळशाचा म्हणजे कार्बन या मूलद्रव्याचा प्राणवायू (ऑक्सीजन)शी संयोग होतो. तेंव्हा कर्बद्विप्राणिल (कार्बन डायॉक्साइड) वायू तयार होतो आणि त्याबरोबर ऊष्णता बाहेर पडते. या रासायनिक क्रियेमधून निर्माण होणारी ऊर्जा कोठून येते? असा प्रश्न पूर्वी अनुत्तरित होता. संशोधन, विचार आणि संवाद यामधून त्याचे उत्तर मिळाले ते साधारणपणे असे आहे. जेंव्हा दोन कमावत्या व्यक्ती एकत्र राहू लागतात, तेंव्हा त्यांचे काही आवश्यक खर्च समाईकपणे भागवले जातात आणि त्यामुळे पूर्वी त्यावर खर्च होत असलेले त्यांचे काही पैसे शिल्लक राहतात. त्याप्रमाणे जेंव्हा दोन वेगवेगळे अणु (अॅटम) किंवा रेणू (मॉलेक्यूल्स) अस्तित्वात असतात तेंव्हा त्यांना त्यासाठी काही ऊर्जा आवश्यक असते. पण ते एकत्र आले की त्या नव्या संयुगाच्या अस्तित्वासाठी आवश्यक असलेली ऊर्जेची गरज कमी होते आणि ही उरलेली जास्तीची ऊर्जा ऊष्णतेच्या स्वरूपात त्या नव्या रेणूला (मॉलेक्यूलला) मिळते. वर दिलेल्या उदाहरणात कार्बन आणि प्राणवायू यांच्या अणूंना स्वतंत्रपणे राहण्यासाठी एकंदर जेवढी ऊर्जा लागते त्यापेक्षा कर्बद्विप्राणिलच्या रेणूला कमी ऊर्जेची गरज असते, उरलेली ऊर्जा त्याला मिळते आणि तापवते. अर्थातच ही ऊर्जा आधीपासूनच कार्बन आणि ऑक्सीजन या पदार्थांमध्येच सुप्त रूपाने (केमिकल पोटेन्शियल एनर्जी) वास करत असते, ज्वलनाच्या रासायनिक क्रियेमुळे आपल्याला जाणवेल अशा ऊष्णतेच्या स्वरूपात ती बाहेर पडते. अग्नीमधून मिळणारी ऊर्जा कोठून आली या प्रश्नाला मिळालेल्या या उत्तराबरोबर ऊष्णता निर्माण करणाऱ्या असंख्य रासायनिक प्रक्रियांचे (एक्झोथर्मिक रिअॅक्शन्सचे) गूढ उलगडले.

एकाद्या रसायनामध्ये दोन भिन्न धातूंचे कांब (रॉड किंवा इलेक्ट्रोड्स) बुडवून ठेवले आणि त्या कांबांना तांब्याच्या तारेने जोडले तर त्यामधून विजेचा सूक्ष्म प्रवाह सुरू होतो हे प्रयोगांमधून सिद्ध झाले. त्यानंतर निरनिराळे धातू, अधातू आणि रसायने यांच्यावर प्रयोग करण्यात आले आणि त्यामधून एकापेक्षा एक चांगल्या बॅटरी सेल्स तयार करण्यात आल्या. या उपकरणामध्ये दोन्ही इलेक्ट्रोड्स आणि त्यांच्या बाजूला असलेले रसायन यांच्या दरम्यान रासायनिक क्रिया (केमिकल रिअॅक्शन्स) होतात. या क्रिया विद्युतरासायनिक (इलेक्ट्रोकेमिकल) असा प्रकारच्या असल्यामुळे घन (पॉझिटिव्ह) आणि ऋण (निगेटिव्ह) इलेक्रोड्समध्ये विजेचा भार (चार्ज) निर्माण होतो आणि त्यांना तारेने जोडल्यास त्यामधून विजेचा प्रवाह वाहू लागतो. या ठिकाणी इलेक्ट्रोड्स आणि रसायने यामध्ये सुप्त रूपाने असलेल्या केमिकल पोटेन्शियल एनर्जीचे विजेत रूपांतर होते. अर्थातच यामुळे ते रसायन क्षीण होत जाते आणि ही क्रिया मंद मंद होत काही वेळाने थांबते. विजेची बॅटरी लावून ठेवली तर फार वेळ टिकत नाही हे आपल्याला माहीत असते. काही विशिष्ट रसायनांच्या बाबतीत याच्या उलट करता येते. त्यातल्या इलेक्ट्रोड्सना बाहेरून विजेचा पुरवठा केला तर क्षीण झालेले रसायन पुन्हा सशक्त होते. कार किंवा इन्व्हर्टरची बॅटरी चार्ज करतांना हे घडत असते. अशी चार्ज झालेली बॅटरी पुन्हा डिसचार्ज होत विजेचा पुरवठा करू शकते.

लोहचुंबकाच्या क्षेत्रात (मॅगेन्टिक फील्डमध्ये) तांब्याची तार वेगाने नेली किंवा तारेच्या वेटोळ्यामधून लोहचुंबक वेगाने नेला तर त्या तारेमध्ये विजेचा प्रवाह वाहतो. तसेच तांब्याच्या तारेच्या वेटोळ्याच्या मध्यभागी साधी लोखंडाची कांब ठेवली आणि त्या तारेमधून विजेचा प्रवाह सोडला तर तो लोखंडाचा तुकडा लोहचुंबक बनतो. याला विद्युतचुंबकीय (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक) परिणाम असे म्हणतात. याचे आकलन झाल्यानंतर कृत्रिम रीत्या वीज कशी निर्माण करता येते हे मानवाला समजले. त्यानंतर विजेचे उत्पादन जोरात सुरू झाले. सायकलला जोडता येईल इतक्या लहानशा डायनॅमोपासून ते हजारो मेगावॉट वीज तयार करून लक्षावधी लोकांच्या गरजा भागवू शकणाऱ्या मेगापॉवरस्टेशन्सपर्यंत अनेक प्रकारचे विद्युत उत्पादक (जनरेटर्स) तयार केले गेले आणि केले जात आहेत. या सर्वांमध्ये फिरणाऱ्या चाकामधील मेकॅनिकल एनर्जीचे रूपांतर विजेमध्ये होत असते.

एका चक्राला गरागरा फिरवून त्यातून वीजनिर्मिती करणे साध्य झाल्यानंतर ते चक्र फिरवण्यासाठी अनेक मार्ग शोधले गेले. पूर्वीच्या काळात गावोगावी वीजपुरवठा उपलब्ध झाला नव्हता तेंव्हा हाताच्या जोराने फिरवण्याचे एक चाक खेडेगावांमधल्या रेल्वेस्टेशनवर असायचे. ते फिरवून त्यातून निघालेल्या विजेमधून पुढच्या स्टेशनला संदेश पाठवले जात असत. पायाच्या जोराने मारायच्या पॅडलला जोडलेला डायनॅमो सायकलला लावला जात असे. स्कूटर आणि मोटार या वाहनांच्या मुख्य चक्रालाच एक वीज निर्माण करणारे यंत्र जोडलेले असते. त्यातून निघालेल्या विजेने बॅटरी चार्ज होत असते. नदीला धरण बांधून साठवलेल्या पाण्याच्या दाबाच्या जोरावर हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समधल्या टर्बाईन नावाच्या यंत्राचे चाक फिरवले जाते. थर्मल पॉवर स्टेशन्समध्ये सुद्धा याच प्रकारचे एक अवाढव्य आकाराचे यंत्र असते. त्यात पुन्हा वाफेच्या जोरावर फिरणारे स्टीम टर्बाईन किंवा ऊष्ण वायूंच्या जोरामुळे फिरणारे गॅस टर्बाइन असे उपप्रकार आहेत. विजेचा मुख्य पुरवठा काही कारणाने खंडित झाला तर अंधारगुडुप होऊ नये यासाठी आजकाल लहानमोठे डिझेल जनरेटर सेट्स सर्रास बसवले जातात. त्यांमध्ये डिझेल तेलाच्या ज्वलनामधून निघालेल्या ऊष्णतेचे रूपांतर विजेत केले जाते.

वाऱ्याच्या जोरावर चालणाऱ्या पवनचक्क्यांमध्ये एक चाक फिरवले जात असे. आता विंड टर्बाईन्समध्ये अशा चाकाला जनरेटर जोडून त्यातून वीज तयार केली जाते. सूर्यप्रकाशामधल्या ऊर्जेचे थेट विजेत रूपांतर करणारे सोलर सेल निघाल्यानंतर अशा अनेक सेल्सना जोडून सोलर पॉवर स्टेशन बांधली जात आहेत. अशा प्रकारच्या निसर्गामधून मिळणाऱ्या विजेचा उपयोग वढत्या प्रमाणात केला जात आहे. यामधून शून्य प्रदूषण होते हा त्यांचा मुख्य फायदा आहे.

विजेच्या वाढत्या उपयोगाचा विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमध्ये फार मोठा वाटा आहे. आभाळात चमकणारी निसर्गातली वीज जरी खाली आणून तिचा उपयोग करणे माणसाला शक्य झाले नसले तरी कृत्रिमरीत्या विजेची निर्मिती करण्याचे अनेक मार्ग त्याने शोधून काढले आणि ते त्याच्या जीवनात क्रांतिकारक ठरले.
. . . . . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

2 प्रतिसाद

  1. अप्रतिम

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: