மின்சாரம் எதனால் ஆனது 4

மே

மின்சாரத்தைப் பற்றி பேசும்போது ஆங்கிலத்தில், Charged Particles என்று குறிப்பிடுவர். இந்த சொற்றொடர், மின்சாரத்தைப் பற்றி விளக்க முற்படும்போது அதை இன்னும் எளிமையாக்குகிறது. இங்கு Charged Particles என்பது, சுழலும் காந்தப் புலத்தால் விரட்டப்பட்டு உந்தித் தள்ளப்பட்ட எலக்ட்ரான்களை குறிக்கிறது.

இவ்வாறு ஓடிக் கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களின் உந்து விசை தீர்ந்து போய் அவை செயலிழந்து விடுவதற்குள் அதை ஆக்கப்பூர்வமான செயலுக்கு பயன்படுத்திக் கொள்ள வேண்டும்.

ஆகவே, ஓடிக்கொண்டிருக்கும் அந்த எலக்ட்ரான்களை நாம் பயன்படுத்திக் கொள்வதன் மூலமாகத்தான் தற்போது நடைமுறையில் பயன்படுத்தும் அனைத்து மின்சாதனங்களும் இயங்குகின்றன.

ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிலான ஆற்றலைப் பெற்றிருக்கும்  அல்லவா? அந்த ஆற்றலை குறிப்பிட ‘ஆம்பியர்’ (Ampere) என்ற அளவீட்டினை பயன்-படுத்துகின்றனர் விஞ்ஞானிகள். ஃபிரஞ்சு விஞ்ஞானியும், வெப்ப இயக்கவியலின் தந்தையுமான ‘ஆம்பியர்’ என்பவரின் நினைவாக இந்த அளவீட்டிற்கு அவரது பெயரினை வைத்துள்ளனர்.

இவ்வாறு ஓடிக் கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களின் திசைப் பண்பினை குறிப்பிடும்போது அதனை ‘I’ என்று குறிப்பிடுவர். ஆகவே, ஓடிக் கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களை குறிப்பிடும்போது, அதன் அளவினை ‘A’ என்று குறிப்பிட்டால் அது ஓடிக் கொண்டிருக்கும் திசை அப்போது அவசியமில்லை என்றும், ‘I’ என்று குறிப்பிட்டால் அதன் திசை குறிப்பிடப்பட வேண்டிய ஒன்று என்றும் பொருள். இப்போது வேண்டுமானால் இது சற்றுக் குழப்பமாகவும் இருக்கலாம். ஆனால், மின்இயல் சார்ந்த கணக்குகளையும்,  Circuit Diagram-களை வரையும்போதும் இதன் முக்கியத்துவம் விளங்கும்.

ஆகவே, ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் தன்னகத்தே கொண்டிருக்கும் ஆற்றலை (I or A) நாம் ஆக்கப்பூர்வமாக பயன்படுத்திக் கொள்வது எப்படி என்று விஞ்ஞானிகள் ஆராய்ந்து கொண்டிருக்கும்போது, ஜெர்மன் நாட்டு அறிவியலாளரும், பள்ளி ஆசிரியருமான ‘ஜியார்ஜ் சைமன் ஓம்’ (George Simon Ohm) என்பவர், ஓடிக்கொண்டிருக்கும் இந்த எலக்ட்ரான்களைப் பற்றி ஒரு மிக முக்கியமான உண்மையினை கண்டறிந்தார்.

அதாவது, ஒரு  கடத்தியின் மேற்கூட்டில் ஓடிக்கொண்டிருக்கும் இந்த எலக்ட்ரான்களுக்கும், அந்த கடத்தியின் இரு முனைகளுக்கிடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் (Voltage) இடையே நேரடித் தொடர்பு இருப்பதைக் கண்டறிந்து கூறினார்.

இந்த மின்னழுத்த வேறுபாட்டினை எளிதாக  விளக்க வேண்டும் என்றால், அது ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களை இன்னும் எளிதாக ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் ஓடச் செய்ய பயன்படும் ஒரு உக்தியாகும். உதாரணத்திற்கு, ஒரு நீளமான குழாயை எடுத்துக் கொள்வோம், அந்தக் குழாயின் உள்ளே தண்ணீர் ஓடிக் கொண்டிருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். இப்போது, அந்தக் குழாயின் ஒரு முனையில் அழுத்தத்தை செலுத்தினால், அழுத்தத்தை செலுத்திய முனையிலிருந்து எதிர் முனைக்கு தண்ணீர் இன்னும் எளிதாகவும் வேகமாகவும் ஓடுமல்லவா? அதேபோன்று தான்,

கடத்தியின் ஒரு முனையில்  மின்னழுத்தத்தை செலுத்தினால், அதில் ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் அந்த முனையிலிருந்து எதிர் முனைக்கு இன்னும் எளிதாகவும் வேகமாகவும் செல்லும். ஆகவே, ஓடிக்கொண்டிருக்கும் அந்த எலக்ட்ரான்கள் தன்னுடைய ஆற்றலை இழந்து விடாமல் பாதுகாக்கப்படும்.

இந்த மின்னழுத்த வேறுபாட்டினை Voltage என்று அழைப்பதோடு, அதனை அளக்கும் அளவீட்டினை ‘Volt’ (V) என்றும் அழைக்கிறோம். ஏன் இந்த மின்னழுத்த வேறுபாட்டினை அளக்கும் அளவீட்டை ‘வோல்ட்’ என்று அழைக்கிறோம் என்றால், இத்தாலி நாட்டு மின்னியல் விஞ்ஞானியும் முதன் முதலில் வேதியியல் மின்கலத்தை  உருவாக்கிய மேதையுமான  ‘அலெஸ்ஸான்ட்ரோ வோல்ட்டா’ (Alessandro Volta) என்ற விஞ்ஞானிக்கு மரியாதை செலுத்தும்விதமாக இந்த அளவீட்டிற்கு அவரது பெயரை வைத்துள்ளனர்.

ஓம் விதிப்படி, V a I. அதாவது, ஒரு கடத்தியின் இருமுனைகளுக்கிடைப்பட்ட மின்னழுத்த  வேறுபாடு (V) மாறினால், ஒரு குறிப்பிட்ட மடங்கில் அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்ட அளவும் (I) மாறும். அந்த  ஒரு குறிப்பிட்ட மடங்கு என்பது அந்த கடத்தியின் குண நலனை பொருத்து ஒவ்வொரு கடத்திக்கும் நிலையான ஒரு அளவாகும். அந்த அளவினை ‘மின்தடை’ (Resistance) என்று குறிப்பிடுகிறார் ஓம். இந்த மின்தடையினை அளக்கும் அளவீட்டிற்கு, அதைக் கண்டுபிடித்த விஞ்ஞானியான ‘ஓம்’ (Ohm) என்ற பெயரையே வைத்துள்ளனர் விஞ்ஞானிகள்.

எனவே, ஒரு கடத்தி வழியே மின்னோட்டம் பாயும்போது, ஒரு குறிப்பிட்ட தடையினை அது ஓடிக் கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களுக்கு எதிராக செலுத்தும் என்றும், அதனை அளவீடும் முறையினை V = I R; R =V/I   என்றும் கண்டறிந்து கூறினார் ஓம். இந்த மின்தடை குறைவாக உள்ள கடத்திகள் மிக எளிதாக மின்சாரத்தைக் கடத்துவதால் நல்கடத்திகள் (Good Conductors) என்றும், மின்தடை அதிகமாக உள்ள கடத்திகள், குறைவாக மின்னோட்டத்தை கடத்துவதால் குறை கடத்திகள் (Bad Conductors) என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன.

இப்போது, கட்டுரையின் தொடக்கத்தில் அந்த மூன்று அறிவியலார்களின் பெயருக்கு மேலே உள்ள படத்தைப் பாருங்கள். ஒவ்வொன்றுக்கும் விளக்கம் புரியும். ஒரு மின் கடத்தியில் செல்லும் மின்சாரத்தின் அளவு ஆம்பியர், அதை உதைத்துத் தள்ளும் அழுத்தம் வோல்ட். மின் தடையின் அளவு ஓம். இப்போது அந்தப் படமே நமக்குப் புரியவைத்துவிட்டதா?

கடந்த சில கட்டுரைகளில், மின்சாரம் என்றால் என்ன என்று கற்பனை செய்து கொள்வதற்கான வழிமுறைகளைப் பார்த்தோம். இந்தக் கட்டுரையில், மின்சாரத்தை எவ்வாறு குறிப்பிடுவது என்றும், அதனை அளவீடும் அளவுகோல்களையும் பார்த்தோம். அடுத்த கட்டுரையில், அந்த அளவீடுகளை நாம் நடைமுறையில் எவ்வாறு எளிதாக விளங்கிக் கொள்ளலாம் என்று பார்ப்போம்.