Leading International Marathi News Daily
मंगळवार, २१ एप्रिल २००९
(सविस्तर वृत्त)

वीज म्हणजे काय?
वीज म्हणजे काय हे समजून घेण्यासाठी आपल्याला पदार्थ, घटक/ मूलद्रव्य, अणू आणि रेणूंचे अंतरंग अशा चार पायऱ्यांचा प्रवास केला पाहिजे.
पहिली पायरी म्हणजे जगातला प्रत्येक पदार्थ (उदाहरणार्थ पाणी) रासायनिक घटकांचा किंवा मूलद्रव्यांचा बनलेला असतो. हायड्रोजन, लोखंड, सोडियम वगैरे एकूण ९२ प्रकारची नैसर्गिक मूलद्रव्य अस्तित्वात आहेत. दुसरी पायरी म्हणजे प्रत्येक मूलद्रव्य हे पुन्हा एकसारख्या अणूंचं बनलेले आहे. तिसरी पायरी म्हणजे अणू हा मूलद्रव्याचा सगळ्यात छोटा भाग. एखाद्या मूलद्रव्यामध्ये जे गुणधर्म असतात तेच अणूतही असतात. चौथी पायरी म्हणजे पुढे जाऊन अणू हा प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स यांचा बनलेला असतो. या पायरीवर आलो की आपण वीज (इलेक्ट्रिसिटी), विजेचा भार (इलेक्ट्रीक चार्ज) वगैरे गोष्टींचा विचार करू शकतो. प्रत्येक प्रोटॉनला धन भार (पॉझिटिव्ह चार्ज) असतो. इलेक्ट्रॉनला ऋण भार (निगेटिव्ह चार्ज) असतो

 

तर न्यूट्रॉनला कसलाच भार नसतो (न्यूट्रल)
प्रोटॉनमधला भार हा आपण अधिकचं चिन्ह मानूया, तर इलेक्ट्रॉनमधला भार म्हणजे वजा चिन्ह. तर या दोघांमध्ये असलेल्या भाराची किंमत अगदी एकमेकांच्या सारखी पण अर्थातच विरुद्ध चिन्हांची असते. सगळ्या अणूंमधले आणि म्हणून मूलद्रव्यांमधले आणि म्हणूनच पदार्थामधले प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स अगदी एकसारखे असतात. त्यांच्यामध्ये काहीही फरक नसतो. उदाहरणार्थ पाण्यातले इलेक्ट्रॉन्स आणि दुधातले इलेक्ट्रॉन्स किंवा प्रोटॉन्स काही वेगळे नसतात. न्यूट्रॉन्सना कुठलाच विजेचा भार नसल्याने आपण त्यांच्याविषयी इथे बोलत नाही. प्रत्येक प्रोटॉन इलेक्ट्रॉनभोवती प्रयोगशाळेत जाणवणारा पण डोळ्यांना न दिसणारा आणि माशीसारखा घोंघावणारा एक प्रभाव असतो. त्या प्रभावाला तांत्रिक भाषेत ‘फील्ड’ किंवा मराठीत प्रभावक्षेत्र असं म्हणतात. उदाहरणार्थ प्रत्येक इलेक्ट्रॉनभोवती एक वजा किंवा ऋण प्रकारचं प्रभावक्षेत्र असते. आता होते काय की एका इलेक्ट्रॉनमधले हे क्षेत्र घोंघावत घोंघावत त्याच्या शेजारच्या इलेक्ट्रॉनशी प्रत्यक्ष संपर्कात नसलं तरी त्याला दूर ढकलून द्यायचा प्रयत्न करते. त्यामुळे त्या इलेक्ट्रॉनमधले वजा किंवा ऋण प्रभावक्षेत्र जागृत होते आणि ते त्याच्या शेजारच्या इलेक्ट्रॉनला तसेच ढकलून देण्याचा प्रयत्न करते असे होत होत शेवटी इलेक्ट्रॉन्स आपली जागा सोडतात आणि त्यांच्या प्रवासातून विजेची निर्मिती होते. प्रत्येक अणू हा आपण चेंडूच्या आकाराचा मानूया. तसेच जसे आपण एखाद्या कांद्याची साल सोलतो तसे अणूचे बाहेरचे आवरण आपण सोलतोय अशी कल्पना करा. हे आवरण सोलले की आपल्याला या अणूत घोंघावणारे इलेक्ट्रॉन्स दिसतील. पण या सालीच्या आत आपल्याला कदाचित आणखी एक साल दिसेल आणि या सालीतही काही इलेक्ट्रॉन्स घोंघावत असतील. असे करत करत आपण एकामागोमाग एक साल काढत गेलो की शेवटी सगळ्यात आत कशी फळाची बी दिसते तशी अणूची बी दिसेल. त्याला आपण अणूचा गाभा (न्युक्लिअस) असे म्हणू. या गाभ्यात त्या अणूने आपले सगळे प्रोटॉन्स लपवून ठेवलेले असतात. या गाभ्यात किती प्रोटॉन्स असू शकतात? ते त्या त्या मूलद्रव्यावर अवलंबून असते. उदाहरणार्थ हायड्रोजनच्या अणूच्या पोटातल्या गाभ्यात फक्त एकच प्राोटॉन असतो, तर युरेनियमच्या अणूच्या पोटातल्या गाभ्यात तब्बल ९२ प्रोटॉन्स असतात आणि म्हणून जगात एकूण ९२ प्रकारची नैसर्गिक मूलद्रव्ये असता. गाभ्यात जितके प्रोटॉन्स तितका त्या मूलद्रव्याचा ‘अ‍ॅटॉमिक नंबर’ असतो. उदाहरणार्थ हायड्रोजनचा ‘अ‍ॅटॉमिक नंबर १’, तर युरेनियमचा अ‍ॅटॉमिक नंबर ९२ असतो. प्रत्येक अणूमध्ये किती न्यूट्रॉन्स असतील हे निश्चितपणे सांगता येत नाही. म्हणजे गंमत बघा. आपण आधी म्हटले होते की असंख्य अणू मिळून एक मूलद्रव्य बनते. म्हणजेच याचा अर्थ काय झाला? एकाच मूद्रव्याच्या वेगवेळ्या अणूंमधल्या न्यूट्रॉन्सची संख्या वेगवेगळी असू शकते. पण हे प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्सच्या बाबतीत कधीच घडू शकत नाही. एका पदार्थाच्या कुठल्याही दोन अणूंमधल्या प्रोटॉन्स किंवा इलेक्ट्रॉन्सची स्ांख्या ही एकसारखीच असली पाहिजे. आता प्रश्न उरला इलेक्ट्रॉन्सचा. एका अणुमध्ये किती इलेक्ट्रॉन्स असतात? सर्वसामान्यपणे जितके प्रोटॉन्स असतील तेवढेच. त्यामुळेच तर अणूंमध्ये वजा आणि अधिक प्रकारचे भार सारखे होतात आणि त्यामुळे त्या अणूंचे डोके ठिकाणावर राहते! प्रोटॉन्सच्या बरोबरच एखाद्या अणूमधले न्यूट्रॉन्सही गाभ्यात राहतात. इलेक्ट्रॉन्स मात्र त्या गाभ्याभोवती घिरटय़ा घालत असतात. उदाहरणार्थ कार्बन या मूलद्रव्याचा प्रत्येक अणू हा सहा प्रोटॉन्स, सहा न्यूट्रॉन्स आणि सहा इलेक्ट्रॉन्सचा मिळून बनलेला असतो. अर्थातच हे सहा प्रोटॉन्स आणि सहा न्यूट्रॉन्स या अणूच्या गाभ्यात गुपचूप बसलेले असतात. पण सहा इलेक्ट्रॉन्स मात्र या गाभ्याभोवती चकरा मारत राहतात. त्यातले काही इलेक्ट्रॉन्स गाभ्याभोवतीच्या अगदी जवळच्या कक्षेत, तर काही आणखी बाहेरच्या, काही त्याच्या आणखी बाहेरच्या वगैरे असू शकतात. आधीचे अणूच्या साली सोलून त्याची एक- एक कक्षा उघडायचे उदाहरण इथे उपयोगी पडेल. एक तर इलेक्ट्रॉन्स अणूच्या बाहेरच्या बाजूला असतात. दुसरे म्हणजे प्रोटॉन्सच्या तुलनेत ते वजनाला एकदम हलके असतात. त्यामुळे त्यांची जोरदार वळवळ सुरू असते. मग आधी वर्णन केलेल्याप्रमाणे त्यांच्याभोवती एक प्रभावक्षेत्र तयार होऊन ते शेजारच्या इलेक्ट्रॉन्सना ढकलतात. असे होत होत काही इलेक्ट्रॉन्स आपली जागा सोडतात. असे झाले की ते चक्क एका अणूमधून दुसऱ्या अणूत जातात. अर्थातच जाताना ते आपला वजा किंवा ऋण भार घेऊन जातात. त्यामुळेच आपण या सगळया घडामोडींना इलेक्ट्रिसिटी असे म्हणतो. आता कधी कधी काय होते की दोन किंवा अनेक शेजार-पाजारचे अणू एकत्र येतात आणि चाळीत राहिल्यासारखे मिळून मिसळून राहता. त्यातून रेणू (मॉलिक्युल) बनतो. त्या वेळी अणूंनी आपापले इलेक्ट्रॉन्स एकमेकांबरोबर शेअर केलेले असतात आणि त्यामुळे ते एकमेकांना घट्ट धरून असतात. पण असे काही मूलद्रव्यांच्याच बाबतीत होते. इतर मूलद्रव्यांच्या बाबतीत मात्र अणू अजिबात एकमेकांमध्ये मिसळून वगैरे जात नाहीत. ते आपलं स्वतंत्र अस्तित्व कायम टिकवून असतात. हे अणू मग कशाही सांगता येणार नाही अशा प्रकारे एकमेकांच्या शेजारी येतात, पण एकमेकांमध्ये न मिसळता. ज्या मूलद्रव्यांमध्ये असे अणूंचे स्वातंत्र्य जपले जाते त्यातूनच तांबे, अ‍ॅल्युमिनियम आणि लोखंड यांच्यासारख्या धातूंची निर्मिती होते. या धातूंमधल्या अणूंच्या आतले इलेक्ट्रॉन्स इतर अणूंबरोबर शेअर केले जात नसल्याने त्यांचा मुक्त संचार सतत सुरूच असतो. त्यामुळे धातूंमधून वीज सहजपणे जाऊ शकते आणि म्हणूनच त्यांना विजेचे चांगले वाहक (कंडक्टर्स) असे म्हटले जाते. याउलट हवा, रबर, कागद अशा पदार्थामधल्या अणूंच्या सगळ्यात बाहेरच्या कक्षांमधले इलेक्ट्रॉन्स शेजारच्या अणूंबरोबर शेअर झालेलेअसतात आणि त्यांचे रेणू बनलेले असतात. त्या रेणूंमधले इलेक्ट्रॉन्स अर्थातच सुस्तपणे आहे तिथेच बसलेले असतात. त्यामुळे या पदार्थामधून सहजासहजी इलेक्ट्रॉन्स आणि म्हणूनच वीज या गोष्टी जात नाहीत आणि म्हणूनच त्यांना आपण विजेचे रोधक (इन्श्युलेटर्स) असे म्हणतो.
अतुल कहाते
akahate@gmail.com