विजेचा शोध लावणारे शास्त्रज्ञ

एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीला एडिसन, टेसले वगैरेंनी मोठ्या प्रमाणावर वीज तयार करून ती घराघरातल्या आणि रस्त्यांवरच्या दिव्यांपर्यंत पोचवली. त्यानंतर एक वेगळे यंत्रयुग सुरू झाले. पण त्याच्या आधी होऊन गेलेल्या तीनचार शतके एवढ्या दीर्घ कालावधीत ज्या शास्त्रज्ञांनी चुंबकत्व आणि विद्युत या निसर्गातल्या तत्वांचा अभ्यास करून त्यांचे महत्वाचे नियम शोधले अशा शास्त्रज्ञांवर मी पूर्वी लिहिलेले निरनिराळे लेख एकत्र करून या ब्लॉगवर देत आहे.

१. विजेचा आद्य संशोधक विल्यम गिल्बर्ट

स्थापत्यशास्त्र म्हणजे सिव्हिल इंजिनियरिंग हे कदाचित जगातले सर्वात जुने इंजिनियरिंगचे शास्त्र असणार. शेकडो वर्षांपूर्वी बांधलेल्या मजबूत इमारती त्याची साक्ष देतात. पिठाची गिरणी, तेलाची घाणी, यंत्रमाग, लेथ, ड्रिलिंग मशिन यासारख्या यंत्रांच्या मागे असलेले मेकॅनिकल इंजिनियरिंगसुद्धा खूप जुने आहे. निरनिराळी रसायने तयार करण्याचे केमिकल इंजिनियरिंगचे काम प्राचीन काळापासून चाललेलेच आहे. ते पाहता विद्युत अभियांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही शाखा सिव्हिल, मेकॅनिकल, केमिकल वगैरेंच्या तुलनेने बऱ्याच उशीराने विकसित झाली. पण तिचा पाया सुद्धा खूप आधी घातला गेला होता हे मात्र कदाचित सर्वांना तितकेसे माहीत नसते.

विल्यम गिल्बर्ट हा ब्रिटिश शास्त्रज्ञ सोळाव्या शतकात म्हणजे सर आयझॅक न्यूटन, रॉबर्ट हूक आणि रॉबर्ट बॉइल यांच्या जन्माच्याही आधीच्या काळात होऊन गेला. त्याचे नाव फारसे प्रसिद्ध झाले नसले तरी त्याने करून ठेवलेल्या मूलभूत संशोधनाच्या आधारावर पुढील काळात अनेक शोध लागत गेले. गिल्बर्टने इंग्लंडमधल्या वैज्ञानिक संशोधनाचा पाया घातला असेही कदाचित म्हणता येईल.

इसवी सन १५४४ मध्ये जन्मलेल्या विल्यम गिल्बर्टने वैद्यकीय शास्त्राचे शिक्षण घेऊन तो एक नामांकित डॉक्टर बनला आणि त्याने ते कार्य आयुष्यभर केले, त्या क्षेत्रात चांगले यश मिळवले आणि अखेरीस तर तो इंग्लंडच्या राजघराण्याचा राजवैद्य झाला होता. पण त्याला फावल्या वेळात शास्त्रीय संशोधन करण्याची आवड होती. त्या काळात निसर्गाचे तत्वज्ञान (नॅचरल फिलॉसॉफी) या नावाने ओळखल्या जात असलेल्या विज्ञानविषयावरील लॅटिन भाषेतले जुने ग्रंथ त्याने वाचून काढले. त्याच्या आधीच्या काळातल्या कोपरनिकसने लावलेले शोध लगेच सर्वमान्य झाले नव्हते. ख्रिश्चन धर्मगुरूंनी तर त्याचा कडाडून विरोध केला होता. त्याचा फारसा प्रसारही झाला नव्हता, पण आकाशातले तारे पृथ्वीभोवती फिरत नसून ते आपापल्या जागांवर स्थिर असतात असा विचार गॅलीलिओच्याही आधी गिल्बर्टने कदाचित स्वतंत्रपणे मांडला होता. त्याने त्याच्या विचाराने विश्वाचे एक वेगळे कल्पनाचित्र रेखाटले होते.

गिल्बर्टने १६०० साली लिहिलेल्या द मॅग्नेट या पुस्तकामध्ये आपले संशोधन आणि विचार मांडले आहेत. मॅग्नेटिझम आणि इलेक्ट्रिसिटी या विषयांवरील हे बहुधा सर्वात जुने पुस्तक आहे. लोडस्टोन या नावाचे दगड काही ठिकाणच्या लोखंडाच्या खनिजांमध्ये सापडतात. ते निसर्गतःच लोखंडाच्या कणांना आकर्षित करतात. अशा दगडाला दोरीला बांधून हवेत लोंबकळत ठेवले तर तो फिरतो आणि उत्तर दक्षिण दिशेने विशिष्ट प्रकारेच स्थिर रहातो. या लोडस्टोनचा उपयोग करून होकायंत्रे (कंपास) तयार केली जात असत. समुद्रात जाणाऱ्या नौकांना दिशा समजण्यासाठी त्यांचा उपयोग होत असे. गिल्बर्टने अशा लोहचुंबकांचा अभ्यास करून त्यांच्यामध्ये असलेल्या आकर्षणशक्तीच्या गुणधर्माची माहिती मिळवली. एका लोहचुंबकाचे तुकडे केले तर त्यातून अनेक लोहचुंबक तयार होतात हे दाखवले. एवढेच नव्हे तर आपली पृथ्वी हीच एक महाप्रचंड लोहचुंबक आहे आणि तिच्या चुंबकीय बलामुळे लोडस्टोनचे लहान लोहचुंबक नेहमी उत्तर दक्षिण रेषेमध्ये राहतात असे प्रतिपादन केले. लोहचुंबकाच्या या गुणधर्माचा उपयोग कंपास या उपकरणासाठी त्या पूर्वीच केला जात होता. पण त्याचा काटा आकाशातल्या ध्रुवताऱ्याच्या आकर्षणामुळे उत्तरेकडे वळत असावा अशी समजूत होती. पृथ्वीचे चुंबकीय बल खूप मोठे असते आणि आकाशातल्या चंद्रालासुद्धा या चुंबकीय बलामधून पृथ्वी स्वतःकडे ओढत असते असा अंदाज गिल्बर्टने व्यक्त केला होता. गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागण्याच्या आधीच्या त्या काळात त्याला तसे वाटले होते.

त्याने स्थिर विद्युत या विषयावरसुद्धा प्रयोग करून आपले निष्कर्ष मांडले होते. इलेक्ट्रिक हा शब्द त्यानेच इंग्रजी भाषेला दिला असे म्हणतात. अँबर नावाच्या मौल्यवान खड्याचा उपयोग दागिन्यांमध्ये करण्यात येतो. हा खडा चामड्यावर घासला आणि त्याच्या जवळ धरला तर तो खडा चामड्यावरील केसांना आकर्षित करतो असे निरीक्षण काही शास्त्रज्ञांनी केलेले होते. गिल्बर्टने त्याचा अभ्यास करून ते सिद्ध करून दाखवले आणि ते आकर्षण मोजण्यासाठी काही उपकरणे तयार केली. अशा प्रकारच्या आकर्षण करण्याच्या गुणधर्माला त्याने इलेक्ट्रिक असे नाव दिले.

लोडस्टोन आणि अँबर वरील हे प्रयोग त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना विशेष महत्वाचे वाटले नव्हते. त्या पदार्थांची चुंबकीय किंवा विद्युत आकर्षणशक्ती अत्यंत क्षीण असल्यामुळे त्या शक्तींचा रोजच्या जीवनात काहीच उपयोग नव्हता आणि भविष्यकाळात वीज किंवा चुंबकत्वाचा इतक्या मोठ्या प्रमाणात उपयोग होणार आहे असे गिल्बर्टच्या काळात कुणाला वाटणे शक्य नव्हते. यामुळे गिल्बर्ट जीवंत असतांना त्या काळातल्या विद्वानांनी त्याच्या संशोधनाकडे विशेष लक्ष दिले नाही. तो शिंपल्याला जहाज (मुंग्यांच्या वारुळाचा मेरू पर्वत किंवा राईचा पहाड) म्हणण्यासारखी अतीशयोक्ती करतो आहे असे विधान एका प्रसिद्ध शास्त्रज्ञाने केले होते. गिल्बर्टने आपल्या हयातीत एक पुस्तक प्रसिद्ध केले होते, पण त्याच्या अप्रसिद्ध संशोधनाला त्याच्या मृत्यूनंतर प्रसिद्धी मिळाली. त्याने केलेल्या संशोधनाचे महत्व जगाला कळायला आणखी दीड दोन शतके लागली.

त्यानंतरच्या तीनशे वर्षांच्या काळात स्थिर विद्युत निर्माण करणारी बॅटरी सेल्स निर्माण करण्यात आली, त्यामधून वाहणारी वीज आणि ढगामधून कोसळणारी वीज या दोन्ही एकच आहेत हे सिद्ध झाले, यंत्रांमधून कृत्रिमरीत्या वीज निर्माण करणे शक्य झाले आणि विद्युत यांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही विज्ञानाची एक वेगळी शाखा तयार झाली. विजेचे उत्पादन, वहन आणि विजेवर चालणारी यंत्रसामुग्री यामुळे माणसाचे जीवन बदलून गेले. वाफेच्या इंजिनांपासून सुरू झालेल्या पहिल्या औद्योगिक क्रांतीनंतर विजेमुळे ही दुसरी क्रांती झाली. विद्युत यांत्रिकी या शाखेमधून इलेक्ट्रॉनिक्स हे वेगळे शास्त्र जन्माला आले आणि त्यामधून निर्माण झालेल्या संगणक (काँप्यूटर) आणि आंतर्जालामधून (इंटरनेट) जग बदलले आणि तिसरी क्रांति झाली. या सर्वांची सुरुवात करून देणाऱ्या गिल्बर्टने केलेल्या पायाभूत संशोधन कार्याच्या स्मरणार्थ चुंबकीय बलाच्या एककाला (युनिटला) गिल्बर्ट हे नाव दिले आहे.


२. लोकप्रिय नेता असलेला अमेरिकन शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन

सतराव्या शतकामधील पास्कल, न्यूटन, हूक, बॉइल, ह्यूजेन्स आदि शास्त्रज्ञांनी केलेल्या कामामधून युरोपमधील देशांमध्ये विज्ञानावरील संशोधनाला गति आली होती. अमेरिकेत स्थाईक होण्यासाठी गेलेले बहुतेक लोक युरोपमधून गेले होते. त्यांनी आपल्याबरोबर ख्रिश्चन धर्म आणि युरोपमधील संस्कृतिसुद्धा तिकडे नेली होती. युरोपमध्ये होत असलेल्या बदलांकडे त्यांचे लक्ष होते. यामुळे विज्ञानाच्या अभ्यासाचे लोणसुद्धा अमेरिकेत पोचले. तिथेसुद्धा प्रयोगशाळा बांधल्या गेल्या आणि त्यात शास्त्रीय संशोधन सुरू झाले. या प्रक्रियेमधून प्रसिद्ध शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन हा पहिला मोठा अमेरिकन शास्त्रज्ञ तयार झाला.

बेंजामिन फ्रँकलिनचा जन्म बोस्टन येथील एका सर्वसाधारण कुटुंबात झाला. त्याच्या वडिलांना झालेल्या १७ मुलांपैकी तो दहावा होता. त्याने चर्चमध्ये शिक्षण घेऊन धर्मगुरु व्हावे अशी त्याच्या वडिलांची इच्छा होती म्हणून त्या उद्देशाने त्याला बोस्टनच्या शाळेत घातले होते, पण ते शिक्षण परवडत नसल्याने दोन वर्षांनंतर थांबले. बेंजामिन अत्यंत तल्लख बुद्धीचा आणि मेहनती होता. त्याने पुस्तके आणून आणि ती वाचून आपला अभ्यास सुरू ठेवला. बारा वर्षाचा असतांना त्यांने आपल्या मोठ्या भावाच्या छापखान्यात काम करायला सुरुवात केली आणि अवघा पंधरा वर्षाचा असतांना त्या भागातले पहिले वर्तमानपत्र सुरू केले. ते काम सोडून कांही वर्षे इकडे तिकडे नोकऱ्या केल्या. त्याच्या भावाचा मृत्यू झाल्यानंतर त्याने भावाचा छापखाना चालवायला घेतला आणि तो लेखनही करायला लागला. त्याने अनेक वर्तमानपत्रे काढून त्यांची साखळी तयार केली. त्यात लेख लिहून आणि व्यंगचित्रे काढून तो समाजाचे प्रबोधन करत राहिला. तो आपली मते प्रांजलपणे आणि धीटपणे मांडून चांगल्या गोष्टींसाठी आग्रह धरायचा. त्याने अनेक समाजसेवा करणाऱ्या संस्थांमधून समाजाच्या उन्नतीसाठी काम केले. एक विचारवंत, प्रतिभाशाली आणि तळमळीने काम करणारा लेखक म्हणून समाजात त्याचा मान वाढत गेला. पोस्टमास्टर जनरल, अमेरिकेचा राजदूत आणि पेन्सिल्व्हानिया राज्याचा अध्यक्ष यासारखी मोठी पदे त्याने भूषवली. इंग्रजांना लढाईत पराभूत करून घालवून दिल्यानंतर अमेरिकेतल्या निरनिराळ्या स्टेट्सनी एकत्र येऊन संयुक्तपणे युनायटेड स्टेट्स असे राष्ट्र उभारावे यासाठी फ्रँकलिनने खूप प्रयत्न करून ते घडवून आणले. यामुळे जॉर्ज वॉशिंग्टन, थॉमस जेफरसन वगैरेंच्या समवेत बेंजामिन फ्रँकलिन याचेही नाव फाउंडर्समध्ये घेतले जाते.

बेंजामिन फ्रँकलिनचे हे सगळे सामाजिक आणि राजकीय काम चाललेले असतांनाच तो विज्ञानात नवनवे संशोधन करून क्रांतिकारक असे शोध लावून गेला यावरून त्याच्या कर्तृत्वाची कल्पना येईल. विल्यम गिल्बर्टने दाखवून दिलेल्या स्ठिर विद्युतभारावर पुढील शंभर वर्षे हळूहळू संशोधन होत होते. बेंजामिन फ्रँकलिन याने कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्यांपासून विजेचा भार (चार्ज) साठवून ठेवण्याचा एक कपॅसिटर तयार केला. हा भार ऋण (निगेटिव्ह) आणि धन (पॉझिटिव्ह) अशा दोन वेगळ्या प्रकारचा असतो हे सांगितले. या संशोधनासाठी त्याला मानद (ऑनररी) डिग्री मिळाली आणि रॉयल सोसायटीची फेलोशिप (एफ आर एस) दिली गेली. आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे भाकित करून ते सिद्ध करण्यासाठी त्याने एक प्रयोग करवला. एका पतंगाला वादळी हवेत उंच उडवले गेले. त्याला जोडलेल्या तारेमधून ढगांमधली वीज खाली उतरली आणि तिने ठिणगी पा़डली. त्या विजेचा भार कपॅसिटरमध्ये गोळा करण्याचे प्रयोग सुद्धा त्याने केले. हे करत असतांना विजेचा धक्का बसू नये यासाठी बेंजामिनने पूर्ण काळजी घेतली. तसे प्रयोग करून पाहणारे इतर कांही संशोधक मात्र प्राणाला मुकले. इमारतींवर वीज कोसळू नये यासाठी बेंजामिनने लाइटनिंग रॉड (अरेस्टर) तयार केला.

बेंजामिन फ्रँकलिनने इतरही निराळ्या प्रकारचे संशोधन केले. अॅटलांटिक महासागरामधील अंतर्गत प्रवाह आणि वारे यांच्यामुळे युरोप ते अमेरिका प्रवास करणाऱ्या जहाजांना कमी अधिक दिवस लागतात हे दाखवून त्यांचा योग्य मार्ग कसा असावा हे सांगितले. वारे आणि तापमान यांच्या त्याने केलेल्या अभ्यासामधून हवामानखाते सुरू होण्याला मदत झाली. जोराच्या वाऱ्यात मोठमोठे पतंग उडवून त्यांच्या सहाय्याने माणसांना आणि नौकांना पाण्यातून ओढून नेण्याची कल्पना करून त्यावर प्रयोग केले. लोकसंख्यांमधील वाढीचा अभ्यास करून अमेरिकेत त्याचे प्रमाण सर्वात जास्त आहे हे दाखवले आणि त्याच्या मागची कारणे शोधली. ख्रिश्चन ह्यूजेन्सने मांडलेल्या प्रकाशाच्या लहरींच्या सिद्धांताला बेंजामिन फ्रँकलिनने उचलून धरले होते, पण न्यूटनच्या प्रभावामुळे त्या काळात तिला मान्यता मिळाली नाही. भिजलेले कपडे घातलेल्या माणसाला कोरडे कपडे घातलेल्यापेक्षा जास्त थंडी वाजते यावरून त्याने थर्मॉमीटरच्या बल्बला ईथरमध्ये भिजवून प्रयोग केले आणि तसा ओला थर्मॉमीटर कमी तापमान दाखवतो हे दाखवून दिले.

बेंजामिन फ्रँकलिनने काही महत्वाच्या गोष्टी सांगितल्या. कुठलाही निर्णय घेण्याच्या आधी त्यावर साधक बाधक विचार करतांना दोन्ही बाजूंचे मुद्दे आधी मांडून घ्यावे आणि एक एक करून त्यांची तुलना करावी अशी पद्धत त्याने सांगितली. नाण्यांच्या ऐवजी कागदावर छापलेल्या नोटा वापरण्याचा आग्रह केला, एवढेच नव्हे तर आपल्या छापखान्यात त्या छापून दिल्या. तो चांगला संगीतज्ञ होता, कांही वाद्ये वाजवण्यात पारंगत होता आणि त्याने ग्लास हार्मॉनिका नावाचे एक वाद्य तयार केले. तो उत्कृष्ट बुद्धीबळपटू होता आणि त्याने त्या खेळावर निबंध लिहिले. त्याने आयुष्यातली अनेक वर्षे इंग्लंड आणि फ्रान्समध्ये घालवली. तिथे असतांनासुद्धा आपल्या हुषारी आणि कर्तबगारीमुळे त्याला मानसन्मान मिळत गेले. शालेय शिक्षणसुद्धा पूर्ण न केलेल्या बेंजामिन फ्रँकलिनने पुस्तके वाचून, त्यांचा अभ्यास करून आणि संशोधन करून इतके ज्ञान मिळवले, त्यावर अनेक पुस्तके लिहून ते दाखवून दिले की ऑक्सफर्डसारख्या प्रसिद्ध विद्यापीठाने त्याला डॉक्टरेटची मानद पदवी दिली. त्याचे चित्र असलेली पोस्टाची तिकिटे अमेरिकेमध्ये अनेक वेळा छापली गेली.

असा हा एक अष्टपैलू माणूस एक महान शास्त्रज्ञही होऊन गेला.

३. विजेच्या बॅटरीचा शोध लावणारा शास्त्रज्ञ व्होल्टा

विजेचा टॉर्च, मोबाइल फोन, मोटारगाडी वगैरेंसाठी आपण बॅटरी वापरतो ती अमूक इतक्या व्होल्टची असावी लागते. घरातल्या किंवा कारखान्यातल्या विजेच्या व्होल्टेजचा उल्लेख आपल्या बोलण्यात किंवा वाचनात नेहमी येतो. हा व्होल्ट हा शब्द कुठून आला याचे कदाचित कुतुहल असेल. ते एका जुन्या काळातल्या युरोपियन शास्त्रज्ञाने नाव आहे.

आकाशात चमकणारी वीज माणसाला अनादि काळापासून माहीत होती. विल्यम गिल्बर्ट या सोळाव्या शतकात होऊन गेलेल्या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने अँबरचा खडा चामड्यावर घासून प्रथमच स्थितिक विद्युत (Static Electricity) तयार केली. या प्रकाराला इलेक्ट्रिक असे नाव त्यानेच दिले. निरनिराळे विशिष्ट पदार्थ एकमेकांवर घासल्यामुळे त्यांच्यात धन किंवा ऋण विद्युत प्रभार (Positive or Negatve Electric Charge) तयार होतात. पण या विद्युत प्रभाराने फार फार तर एकादे हलके पीस किंवा हातावरले केस किंचित हलवले जातील इतके ते क्षीण असतात. तसल्या त्या सौम्य विजेचा कशासाठीही उपयोग होत नव्हता किंवा तिच्यामुळे कुणालाही त्रास नव्हता यामुळे त्या नैसर्गिक प्रकाराला विशेष महत्व द्यावे असे त्या काळातल्या कोणालाही वाटले नसेल.

सतराव्या शतकातले काही शास्त्रज्ञ कुतूहलापोटी या विषयावर संशोधन करायला लागले. ओटो व्हॉन गेरिक या शास्त्रज्ञाने सन १६७२ मध्ये गंधकाच्या एका मोठ्या गोलकाला घासून त्यातून कृत्रिम वीज निर्माण केली आणि तिच्यामुळे होणारे आकर्षण (Attraction) आणि प्रतिकर्षण (Repulsion) प्रयोगामधून दाखवून दिले. त्यानंतर धन आणि ऋण प्रभार यांच्यामध्ये ठिणगी पडते आणि त्यातून विद्युत् विमोच (Electric Discharge) होतो हे शास्त्रज्ञांना समजले. अठराव्या शतकातल्या बेंजामिन फ्रँकलिन याने १७५०च्या सुमाराला कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्या वापरून विजेचा प्रभार (Charge /चार्ज) साठवून ठेवण्याचे एक संधारित्र (Capacitor कपॅसिटर) तयार केले. तसेच आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे प्रयोगाने सिद्ध करून दाखवले. सन १७६७ पर्यंत या विषयावर इतके संशोधन झाले होते की जोसेफ प्रीस्टली याने ते गोळा करून विजेचा एक सविस्तर इतिहास ग्रंथ लिहिला होता. प्रीस्टलीनेच हा प्रभार वाहून नेणारे वाहक (Conductor) आणि वाहून न नेणारे दुर्वाहक (bad conductor) यांचे शोध लावले. अशा प्रकारे वीज या विषयावरील संशोधनात खूप हळूहळू प्रगति होत होती, पण विजेचा प्रवाह तयार करणारे साधन मात्र अजून निघाले नव्हते.

अलेसँडर व्होल्टा या इटालियन शास्त्रज्ञाने १७७५ मध्ये विद्युत प्रभार निर्माण करण्यासाठी इलेक्ट्रोफोरस नावाचे उपकरण बनवले. यामुळे विजेवर अधिक संशोधन करायला मदत झाली. त्याने विजेच्या प्रभाराला साठवून ठेवणारा गुणधर्म विद्युत धारिता (Electric Capacitance) या विषयावर संशोधन करून संधारिकांवरील विजेचा दाब त्यातील पदार्थाच्या विद्युत धारितेच्या सम प्रमाणात असतो हे दाखवून दिले. या नियमाला व्होल्टाचा नियम असेच नाव आहे. व्होल्टाचा समकालीन शास्त्रज्ञ गॅल्व्हानी हा मृत बेडकांवर संशोधन करत होता. प्रयोग करतांना त्याला एक आश्चर्यकारक गोष्ट दिसली. त्याने एका बेडकाला तांब्याच्या तारेने बांधून ठेवले होते आणि त्याच्या पायाला लोखंडाचे अवजार लागताच तो पाय एकदम शॉक लागल्यासारखा आखडला. यावरून प्राण्यांच्या शरीरात वीज निर्माण होते असा निष्कर्ष गॅल्व्हानीने काढला आणि त्याला अॅनिमल इलेक्ट्रिसिटी असे नाव ठेवले. या संशोधनामधून प्राण्यांच्या शरीरांच्या अभ्यासाला एक वेगळी दिशा मिळाली.

पण व्होल्टाने यावर वेगळा विचार केला. त्याने तांबे, लोखंड, शिसे, जस्त आदि निरनिराळ्या धातूंची अवजारे वापरून बेडकावर प्रयोग केल्यावर त्याला वेगवेगळी निरीक्षणे मिळाली. त्यामुळे या बाबतीत फक्त प्राण्याच्या शरीराचा गुणधर्म नसून धातूंचासुद्धा सहभाग आहे असे त्याने ओळखले. त्याने त्यानंतर निरनिराळ्या धातूंचे तुकडे वेगवेगळ्या रसायनांमध्ये बुडवून प्रयोग केले आणि बेडकाशिवायही वीज निर्माण करून दाखवली. प्रत्येक धातूचे एक विद्युत विभव (Electric Potential) असते हे त्याने पाहिले आणि या विभवाप्रमाणे धातूंची विद्युतरासायनिक मालिका (Electrochemical Series) तयार केली. त्यासंबंधीच्या नियमालाही व्होल्टाचेच नाव आहे. (Volta’s Law of the electrochemical series) दोन भिन्न धातूंचे इलेक्ट्रोड रसायनामध्ये बुडवून ठेवले तर त्याच्यामध्ये एक विद्युतगामक बल (Electromotive Force) तयार होते हे दाखवून ते विद्युत विभवामधील फरकाच्या समप्रमाणात असते असा नियम सांगितला. जगातल्या सर्व विजेच्या बॅटऱ्या या तत्वावर काम करतात.

व्होल्टाने कृत्रिमरीत्या विजेचा प्रभार निर्माण करणारे असे व्होल्टाइक पाइल हे साधन तयार केले. त्यात जस्त आणि तांब्याच्या चपट्या चिपा आणि रसायनांत भिजवलेले पुठ्याचे तुकडे आलटून पालटून एकावर एक ठेऊन त्यांचे अनेक थर केले आहेत. यातल्या प्रत्येक थरांमध्ये थोडा थोडा प्रभार तयार होऊन साठत जातो. व्होल्टाने अशा प्रकारे प्रथमच रासायनिक पद्धतीने वीज तयार करून दाखवली हे या प्रगतीमधले एक मोठे पाऊल होते. अशा प्रकारे साठवलेला विजेचा प्रभार तारेमधून वाहून नेला तर लगेच नवा प्रभार तयार होतो. यामुळे सलगपणे काही वेळ वाहणारा विजेचा प्रवाह तयार करणे प्रथमच शक्य झाले. तोपर्यंत स्थायिक विजेमधून फक्त एक ठिणगी पाडणेच शक्य झाले होते, व्होल्टाने पहिल्यांदाच विजेला प्रवाही करून दाखवले.

याशिवाय व्होल्टाने वायूंच्या रसायनशास्त्रावर संशोधन करून मीथेन या वायूचा शोध लावला. मीथेन हा वायू निसर्गातसुद्धा तयार होत असतो. व्होल्टाने त्याला बंद पात्रामध्ये साठवून आणि त्यात विजेची ठिणगी टाकून त्याला पेटवून दाखवले. त्याने विजेवर केलेल्या अत्यंत मौलिक संशोधनाचा मान ठेऊन विद्युत विभव (Electric Potential) आणि विद्युतगामक बल (Electromotive Force) यांच्या एककाला व्होल्ट असे नाव दिले आहे. विजेचा दाब व्होल्टेजमध्येच व्यक्त केला जातो आणि त्याचा उल्लेख प्रत्येक उपकरणाच्या बाबतीत होत असल्यामुळे व्होल्टेज हा शब्द आपल्या चांगल्या परिचयाचा आहे.

४. वीज शास्त्रज्ञ ऑर्स्टेड, अँपियर आणि ओह्म

व्होल्टाच्या पाइलला वीजनिर्मितीमध्ये मिळालेल्या यशानंतर एकाद्या लहान मुलाला एक नवे खेळणे मिळावे तसे त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना संशोधन करण्यासाठी एक नवे अद्भुत साधन उपलब्ध झाले. युरोपमधील इतर संशोधकांनीसुद्धा आपले लक्ष तिकडे वळवले आणि निरनिराळी रसायने आणि धातू यांचेवर प्रयोग करून रासायनिक क्रियांमधून वीज निर्माण करण्याचे प्रयत्न सुरू केले. त्यांना त्यात यश मिळाल्यानंतर त्यातून तयार होणाऱ्या विजेचे गुणधर्म आणि तिचा संभाव्य उपयोग यांचा कसून अभ्यास सुरू केला. त्यामधून रसायनशास्त्र आणि भौतिकशास्त्र या दोन्ही शाखांमधील संशोधनाला चालना मिळाली. सर हम्फ्री डेव्ही याने या विजेच्या सहाय्याने रसायनांचे पृथःकरण करून काही मूलद्रव्ये प्रथमच त्यांच्या शुद्ध स्वरूपात तयार केली ही रसायनशास्त्रातली मोठी झेप होती, त्याचप्रमाणे विजेच्या प्रवाहामधून ऊष्णता आणि प्रकाश निर्माण होऊ शकतात हे भौतिकशास्त्रातले महत्वाचे टप्पेही त्याने प्रयोगातून दाखवून दिले. ऑर्स्टेड, अँपियर आणि ओह्म या शास्त्रज्ञांनी मुख्यतः विजेच्या गुणधर्मांवर संशोधन करून त्या शास्त्रातील मूलभूत नियमांचे शोध लावले.

हॅन्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड या डॅनिश शास्त्रज्ञाचा जन्म सन १७७७ मध्ये एका लहान गावात झाला. हुषार हॅन्स शिक्षणासाठी कोपनहेगनला गेला आणि त्याने डॉक्टरेटपर्यत शिक्षण घेतले. व्होल्टाच्या संशोधनाने त्याला विजेच्या अभ्यासाकडे आकर्षित केले. तीन वर्षांची शिष्यवृत्ती घेऊन तो युरोपमध्ये गेला आणि त्याने फ्रान्स, जर्मनी आदि निरनिराळ्या देशांमध्ये फिरून तिथल्या प्रयोगशाळांमध्ये काम केले. विज्ञानातले पुष्कळ बहुमोल ज्ञान आणि अनुभव यांचे संपादन करून तो मायदेशी परत गेला.

डेन्मार्कमध्ये परतल्यानंतर त्याला कोपनहेगन विद्यापीठात प्राध्यापकाची जागा मिळाली. तिथे त्याने आपले विजेवरील संशोधन सुरू ठेवले. पाइल किंवा बॅटरीला जोडलेल्या सर्किटमध्ये विजेचा प्रवाह सुरू किंवा बंद केला जात असतांना त्याच वेळी टेबलावर ठेवलेल्या होकायंत्राची सुई आपोआप हलत असतांना त्याला दिसली. या दोन संपूर्णपणे वेगळ्या दिसणाऱ्या आणि कुठेही एकमेकींशी न जोडलेल्या गोष्टींमध्ये काही तरी अदृष्य असा परस्पर संबंध असणार असे चाणाक्ष ओर्स्टेडच्या लक्षात आले. त्याने या गोष्टीवर लक्ष केंद्रित करून अनेक प्रयोग केले आणि तारेमधून जाणाऱ्या विजेच्या प्रवाहामुळे तिच्या आजूबाजूला एक चुंबकीय क्षेत्र तयार होते असे सन १८२० मध्ये सिद्ध केले.

आकाशामधील वीज आणि जमीनीवरील स्थिर विद्युत एकच आहेत हे बेंजामिन फ्रँकलिन याने त्यापूर्वीच दाखवले होते. ओर्स्टेडच्या संशोधनामुळे पृथ्वीमधील चुंबकत्वाचा विजेशी संबंध असल्याचे सिद्ध झाले. अशा प्रकारे आकाशाशी धरणीमातेचे आणखी एक नाते जुळले गेले.

ओर्स्टेडचा समकालीन फ्रेंच शास्त्रज्ञ आंद्रे मारी अँपियर याचा जन्म सन १७७५ मध्ये एका सधन फ्रेंच कुटुंबात झाला आणि त्याचे पालनपोषण आणि शिक्षण व्यवस्थित चालले होते, पण फ्रेंच राज्यक्रांतीच्या धामधुमीत त्याच्या वडिलांचा बळी गेला. तशा परिस्थितीतून मार्ग काढत आंद्रेने शिक्षण घेतले. तो पॅरिसला स्थाइक झाला आणि त्याने तिथल्या विद्यापीठात अध्यापन व संशोधन केले. त्याने ओर्स्टेडच्या सिद्धांतावर अधिक संशोधन करून त्याला सैद्धांतिक आधार दिला. एकाच वेळी दोन समांतर ठेवलेल्या तारांमधून विजेचा प्रवाह सोडला तर त्या एकमेकांना आकर्षित करतात किंवा दूर सारतात आणि हे त्या विजेच्या प्रवाहाच्या दिशेवर अवलंबून असते असे त्याने सप्रयोग दाखवून दिले. अँपियरने त्याच्या संशोधनामधील निरीक्षणांचे विश्लेषण करून त्यातून ‘अँपियरचा नियम’ नावाचा सिद्धांत मांडला. “वीज वाहून नेणाऱ्या दोन तारांमधील चुंबकीय आकर्षण किंवा अपकर्षण त्या तारांची लांबी आणि विजेचा प्रवाह यांच्या समप्रमाणात असते.” वीज आणि चुंबकत्व या दोन तत्वांना जोडणारे बरेच शास्त्रीय तत्वज्ञानही अँपियरने आपल्या पुस्तकात विशद केले. त्यांना जोडणाऱ्या शास्त्राला अँपियरने Electrodynamic Phenomena असे नाव दिले होते. पुढे जाऊन त्या शास्त्राचे नाव विद्युतचुंबकत्व (Electromagnetism) असे रूढ झाले.

जॉर्ज ओह्म या जर्मन शास्त्रज्ञाचा जन्म सन १७८९ मध्ये झाला. त्याच्या वडिलांनीच त्याला गणित, विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचे शिक्षण देऊन पुढील शिक्षणासाठी स्विट्झर्लँडला पाठवले. ते घेऊन झाल्यानंतर त्याने जर्मनीला परत जाऊन अध्यापन आणि संशोधनात रस घेतला आणि अनेक शोधनिबंध प्रकाशित केले. एकाच बॅटरीला जोडलेल्या निरनिराळ्या धातूंच्या आणि निरनिराळ्या जाडीच्या तारा किंवा पट्ट्यांमधून जाणारा विजेचा प्रवाह समान नसतो याचा खोलवर अभ्यास करून त्याने असे पाहिले की निरनिराळे धातू निरनिराळ्या प्रमाणात विजेच्या प्रवाहाला विरोध करतात आणि तार किंवा पट्टीमधून होणारा विरोध तिची जाडी आणि लांबी यावर अवलंबून असतो. सर्किटमध्ये विजेचा प्रवाह किती होईल हे या सर्वांवरून ठरते. सन १८२७ मध्ये त्याने आपला सुप्रसिद्ध ‘ओह्मचा नियम’ सांगितला. त्या नियमाप्रमाणे विद्युतचुंबकीय बल (व्होल्टेज) हे विजेचा प्रवाह (करंट) आणि त्याला होणारा विरोध (रेझिस्टन्स) या दोघांच्या गुणाकाराच्या एवढे असते. (V = I X R). सर्किटवर असलेले विद्युतचुंबकीय बल वाढवले तर विजेचा प्रवाह त्या प्रमाणात वाढतो आणि प्रवाहाला होणारा विरोध वाढला तर तो प्रवाह कमी होतो. अनेक सेल एकमेकांना जोडून विद्युतचुंबकीय बल वाढवता येते, तसेच वेगवेगळ्या धातूंच्या निरनिराळ्या आकारांच्या तारा किंवा पट्ट्या वापरून विरोध कमीजास्त करता येतो आणि त्यानुसार प्रवाह वाढतो किंवा कमी होतो.

विजेवरील संशोधन करणाऱ्या या शास्त्रज्ञांच्या काळात व्होल्टेज, करंट आणि रेझिस्टन्स यापैकी कुठलीच गोष्ट प्रत्यक्ष मोजण्याचे मीटर उपलब्ध नव्हते. त्यांनी हे नियम तर्क आणि विश्लेषणाच्या आधाराने मांडले होते आणि अॅमीटर, व्होल्टमीटर, ओह्ममीटर वगैरे उपकरणे त्यांच्या या नियमांच्या आधारावर नंतरच्या काळात तयार होत गेली हे पाहिल्यास त्या नियमांचे महत्व लक्षात येईल.

ज्या काळात नियमित किंवा अखंड वीजपुरवठा करणारे जनरेटर अजून तयार झाले नव्हते त्या काळात व्होल्टाज पाईलमधून मिळणाऱ्या अपुऱ्या विजेच्या आधाराने या तीन शास्त्रज्ञांनी या विषयामधील पायाभूत संशोधन केले. त्यांची आठवण ठेऊन ऑर्स्टेड याचे नाव चुंबकीय प्रेरणाच्या (Magnetic Induction), अँपियरचे नाव विद्युतप्रवाहाच्या (Electric Current) आणि ओह्मचे नाव विद्युतविरोधाच्या (Electrical Resistance) एककाला दिले आहे. या शास्त्रज्ञांच्या प्रयत्नांमुळे एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला विजेवरील संशोधनाला गति मिळाली.


५.महान विद्युतशास्त्रज्ञ मायकेल फॅरेडे

महान विद्युतशास्त्रज्ञ मायकेल फॅरेडे याचा जन्म सन १७९१मध्ये इंग्लंडमधील एका गरीब कुटुंबात झाला. बिकट आर्थिक परिस्थितीमुळे त्याचे शालेय शिक्षण धडपणे झाले नाही. चौदा वर्षांचा असतांना तो एका बुकबाइंडिंग आणि पुस्तकांची विक्री करणाऱ्याकडे नोकरीला लागला. पण ज्ञान संपादन करण्याची त्याच्या मनातली इच्छा इतकी तीव्र होती की तो बाइंडिंगसाठी आलेल्या आणि दुकानात ठेवलेल्या पुस्तकांची पाने वाचूनच त्यातून अनेक विषयातील ज्ञानाचे मिळतील तितके कण जमा करत राहिला आणि त्यामधून मिळालेली शिकवण अंमलात आणत राहिला. या अशा वाचनातूनच त्याच्या मनात विज्ञान आणि विशेषतः विद्युत् या विषयाबद्दल ओढ निर्माण झाली.

वीस वर्षांचा असतांना फॅरेडेने हम्फ्री डेव्ही या प्रख्यात शास्त्रज्ञाची व्याख्यानमाला लक्षपूर्वक ऐकली, त्याच्या नोट्स काढून त्यांचे बाइंडिंग करून एक पुस्तक तयार केले आणि अभिप्रायासाठी डेव्हीकडे पाठवले. त्याने केलेले ते काम डेव्हीला आवडले. पुढे सन १८१३मध्ये एका प्रयोगात झालेल्या अपघातात डेव्हीची दृष्टी अधू झाल्यामुळे त्याला प्रयोगशाळेत काम करण्यासाठी एका सहाय्यकाची गरज भासली तेंव्हा त्याने फॅरेडेला बोलावून घेतले. नंतरच्या काळात डेव्हीने त्याला आपल्यासोबत दोन वर्षांच्या दौऱ्यावर फ्रान्सलाही नेले. त्या वेळी फॅरेडे डेव्हीला प्रयोगशाळेत मदत करायचा तसेच त्याची इतर कामेही करायचा. डेव्हीच्या बायकोने तर त्याला गड्यासारखे वागवले. फॅरेडेने डेव्हीची मनोभावे सेवा केली त्याचप्रमाणे त्याच्या प्रत्येक प्रयोगामध्ये समरस होऊन लक्षपूर्वक सहभाग घेतला. यातून त्याने प्रात्यक्षिक कामामध्ये विलक्षण नैपुण्य मिळवलेच, विज्ञान या विषयामध्येसुध्दा प्राविण्य मिळवले. पुढील काही वर्षांमध्ये डेव्हीने केलेल्या संशोधनामध्ये फॅरेडेचा महत्वाचा वाटा होता.

रसायनांवर प्रयोग करत असतांना झालेल्या एका स्फोटात डेव्ही आणि फॅरेडे हे दोघेही जखमी झाले होते, पण हिम्मत न सोडता ते आपले संशोधन करत राहिले. फॅरेडेने काही नवे वायू तयार केले. क्लोरिनसारख्या काही वायूंना थंड करून द्रवरूपात आणता येते हे दाखवले. बेंझीन या महत्वाच्या रसायनाचा शोध लावला. असे असले तरी फॅरेडेचे नाव त्याने विजेवर केलेल्या क्रांतिकारक संशोधनामुळेच प्रसिध्द झाले आणि त्या क्षेत्रामधील अग्रगण्य शास्त्रज्ञांमध्ये घेतले जाते.

फॅरेडेने स्वतःची व्होल्टाइक पाईल तयार करून त्यावर रसायनांच्या पृथःकरणाचे प्रयोग सुरू केले. इलेक्ट्रॉलिसिस या क्रियेमधील उपकरणांचे अॅनोड, कॅथोड, इतेक्ट्रोड (“anode”, “cathode”, “electrode”) यासारखे शब्द त्याने प्रचारात आणले. त्याने सांगितलेले या विद्युतरासायनिक क्रियेचे नियम त्याच्या नावाने प्रसिध्द आहेत. रसायनामधून जात असलेल्या विजेच्या प्रवाहाच्या सम प्रमाणात रासायनिक क्रिया घडते. असा हा नियम आहे.

ऑर्स्टेडने विद्युतचुंबकीयत्वाचा (electromagnetism) शोध लावल्यानंतर डेव्ही आणि वोलॅस्टन या ब्रिटिश संशोधकांनी त्यावर संशोधन सुरू केले, पण त्यांना घवघवीत यश मिळत नव्हते. फॅरेडेने त्यावर अधिक प्रयोग करून जगातली पहिली इलेक्ट्रिक मोटर तयार केली. त्यासाठी त्याने एक लोहचुंबक पाऱ्यामध्ये ठेऊन त्याच्या बाजूला एक इलेक्ट्रोड टांगून ठेवला. त्यामधून विजेचा प्रवाह सोडल्यावर तो इलेक्ट्रोड हळूहळू फिरायला लागला. विजेपासून गति निर्माण करण्याचा हा पहिलाच यशस्वी प्रयोग होता.

फॅरेडेने आपले हे संशोधन स्वतंत्रपणे प्रसिध्द केलेले डेव्हीला आवडले नाही. त्याने फॅरेडेचे कौतुक तर केले नाहीच, उलट त्याला फैलावर घेतले. यामुळे पुढील काही वर्षे फॅरेडेने विजेवर संशोधन न करता पारदर्शक काच बनवण्याच्या शास्त्रावर काम केले. त्यात त्याने जगातली पहिली पोलॅराइड काच बनवली तसेच प्रकाशकिरण व विद्युतचुंबकीयत्व यांच्यातल्या संबंधावर प्रकाश टाकला.

डेव्हीच्या मृत्यूनंतर फॅरेडे पुन्हा आपल्या आवडत्या कामाला लागला. विद्युतचुंबकीय प्रवर्तन (electromagnetic induction) हा सर्वात महत्वाचा शोध त्याने लावला. लोखंडाच्या कडीभोवती गुंडाळलेल्या तारांच्या दोन वेगवेगळ्या वेटोळ्यांपैकी एकीमध्ये विजेचा प्रवाह सोडला की इंडक्शनमुळे दुसरीमध्ये क्षणभर वीज चमकून जाते हे त्याने दाखवले. तारेच्या वेटोळ्यामधून जर लोहचुंबक नेला किंवा लोहचुंबकाच्या भोवती तारेचे वेटोळे वर खाली नेले तर एक विजेचा प्रवाह निर्माण होऊन त्या तारेतून जातो असेही त्याने दाखवून दिले. त्याने या तत्वावर चालणारा जगातला पहिला डायनॅमो किंवा जनरेटर तयार केला. आजसुध्दा जगातले बहुतेक सगळे जनरेटर, ट्रान्स्फॉर्मर आणि सगळ्या विजेच्या मोटारी फॅरेडेच्या या साध्या यंत्रांच्या मागे असलेल्या मूलभूत तत्वांवरच चालतात यावरून त्यांचे महत्व लक्षात येईल. मायकेल फॅरेडेच्या सन्मानार्थ धारिता (Capacitance) या विजेच्या गुणधर्माच्या एककाचे नाव फॅरड (farad) असे ठेवले गेले आहे.

तत्कालीन इंग्लंडमधील जनतेच्या अनेक अडचणींकडे लक्ष देऊन त्यातून मार्ग सुचवण्याचे समाजकार्यही फॅरेडे याने केले. त्याने केलेल्या महत्वपूर्ण योगदानासाठी त्याला सरदारपद देऊ केले गेले होते, पण आपल्याला कोणी ‘सर फॅरेडे’ म्हंटल्यापेक्षा ‘मि.फॅरेडे’ असेच म्हंटलेले आवडेल असे सांगून त्याने ते नम्रपणे नाकारले.

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 )

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: