वर्षभर चाललेल्या या लेखमालेत आपण रोजच्या वापरातल्या विविध उपकरणांची माहिती घेऊन ती कशी चालतात, त्यामागचे विज्ञान काय आहे, तंत्र काय आहे, हे जाणून घेतले. आज या लेखमालेतील शेवटच्या लेखात आपण सर्वात प्राचीन, पण अगदी अलीकडे महत्त्व आलेल्या ऊर्जेबद्दल आणि तिचा वापर करून चालणाऱ्या काही उपकरणांची माहिती करून घेणार आहोत. आपल्या जगाच्या सुरुवातीपासून-म्हणजे काही अब्ज वर्षांपासून पृथ्वी सूर्याकडून प्रकाश घेते आहे. पृथ्वीवरील सर्व जीवनच सूर्याकडून मिळणाऱ्या ऊर्जेवर चालते आहे, ही सर्वपरिचित गोष्ट आहे. वनस्पती आणि झाडे सूर्याकडून मिळणाऱ्या प्रकाशऊर्जेचे अन्नरूपी ऊर्जेत रूपांतर करतात. हे अन्न मनुष्य आणि इतर प्राण्यांना ऊर्जा पुरवते आणि जगरहाटी चालू राहते. लहानपणी आपण बहिर्गोल भिंग सूर्यप्रकाशात धरून ते कागदासमोर योग्य अंतरावर- म्हणजे नाभीय अंतरावर (focal distance) आणून कागद पेटविण्याचा उद्योग केल्याचे आठवत असेल. यात आपण सूर्यप्रकाश कागदावरील एका बिंदूपाशी एकवटून कागदाचे तापमान वाढवत होतो. याविषयी पहिले शास्त्रीय प्रयोग १८ व्या शतकात हेरॉस सॉसरने केले होते. त्या काळातील शास्त्रज्ञ आरसे वापरून सूर्यप्रकाशाचे उष्णता ऊर्जेत रूपांतर करण्याचे प्रयत्न करत होते. पण सॉसरने काचेच्या उष्णता पकडण्याच्या गुणधर्माचा वापर करण्यावर आपले लक्ष केंद्रित केले होते. त्याने त्या काळातला सौर-कुकर तयार करताना एकात एक ठेवलेल्या पाच काचेच्या पेटय़ा वापरल्या आणि त्या अनेक तास उन्हात ठेवल्यावर त्याला ८८ degree सेल्सिअस तापमान मिळवण्यात यश आले. त्यानंतरच्या काळात जैविक किंवा जीवाश्म इंधने आणि ऊर्जास्रोत यावरच काम होऊन त्यांचा मुबलक वापर (आणि विध्वंस) सुरू झाला. २० व्या शतकात जेव्हा खनिज ऊर्जास्रोतांच्या उपलब्धतेची मर्यादा आणि त्यांच्यामुळे होणारा पर्यावरणाचा नाश लक्षात येऊ लागला तेव्हा जगभरातील शास्त्रज्ञ पुन्हा या अक्षय ऊर्जास्रोताकडे वळले आणि त्याचे विविध उपयोग विकसित होऊ लागले. यातला प्राथमिक उपयोग सुरू झाला तो म्हणजे सौरऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर करून त्याचा उपयोग पदार्थ शिजवण्यासाठी करणे. चित्र क्र. १ मध्ये आपल्याला उष्णतेचे हस्तांतरण होण्याचे तीन प्रकार दिसतात. जेव्हा आगीवर ठेवलेल्या भांडय़ातील पदार्थ शिजत असतो तेव्हा आपण जर बाजूला उभे असू तर आपल्याला उष्णता जाणवते. हे असते उष्णतेचे प्रारण (Radiation). आधी आगीवर ठेवलेले भांडे गरम होते आणि नंतर आतील पदार्थ गरम व्हायला लागतो. भांडय़ाकडून आतील पदार्थाला दिली जाणारी उष्णता ज्या प्रक्रियेमुळे संक्रमित होते तिला म्हणतात- उष्णतेचे प्रक्रमण (Convection). आणि भांडय़ाच्या दांडीला हात लावल्यावर जो चटका बसतो तो त्या दांडीमध्ये वहन (Conduction) झालेल्या उष्णतेमुळे. सौरकुकरमध्ये याच पद्धतीने पदार्थाला उष्णता दिली जाते. फक्त यातील इंधन हे गॅस अथवा वीज नसून सूर्यप्रकाश असतो. सूर्यप्रकाशाचे स्वरूप हे प्रकाशकणयुक्त (Photon) विद्युत चुंबकीय लहरी असे असते. त्यांच्यात उष्णता नसते, पण ऊर्जा असते. यातील ऊर्जेने भरलेले प्रकाशकण जेव्हा कुठल्याही पदार्थावर (घन/ द्रव/ वायू) आपटतात तेव्हा ते त्या पदार्थातील रेणू कंपित (vibrate) करतात. हे कंपन पावणारे परमाणू भारित होऊन हालचाल करू लागतात आणि या हालचालीमुळे उष्णता तयार होते. आपल्या शरीराला सूर्याचा चटका बसतो त्यामागचे कारणही हेच आहे. चित्र क्र. २ मध्ये सौरकुकरचे संकल्पनाचित्र दाखवले आहे. या चौकोनी डब्याला आतून काळा गडद रंग दिलेला असतो. कारण या रंगामध्ये उष्णता शोषण करण्याची क्षमता जास्त असते. डब्यावरील झाकण पारदर्शक असते. त्यावरील रिफ्लेक्टरवरून परावíतत होऊन येणारे सूर्यकिरण आतील भागावर पडतात आणि तो भाग गरम होऊ लागतो. ही उष्णता आतील भांडय़ास प्रारण आणि प्रक्रमण तत्त्वाने दिली जाते आणि ती उष्णता भांडय़ातील पदार्थाला मिळाल्यावर आतील पदार्थ शिजला/ भाजला जातो. सूर्यप्रकाश अधिक प्रमाणात जमा करून हा कुकर अधिक कार्यक्षम करण्यासाठी भांडय़ावरील रिफ्लेक्टरला पॅरॅबोलाचा आकार देतात. चित्र क्र. ३ मध्ये याचे संकल्पनाचित्र दाखवले आहे. सौरऊर्जेचे उष्णता ऊर्जेत रूपांतर करत असतानाच शास्त्रज्ञांनी त्याचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर करणे सुरू केले. चित्र क्र. ४ मध्ये सौरऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर करणारा सौरघट (Solar Cell) दाखवला आहे. भौतिकशास्त्रातील प्रकाश-विद्युत परिणाम (Photo-Electric Effect)) या तत्त्वावर हे सौरघट काम करतात. एखाद्या पदार्थावर प्रकाश पडला असता त्याचा पृष्ठभाग इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (Emission) करू लागतो. याला ‘प्रकाश विद्युत परिणाम’ म्हणतात. इ. स. १८८७ मध्ये हेन्रिक हर्ट्झ याने हा परिणाम सिद्ध केला. त्यानंतर १९०५ मध्ये अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी प्रकाशकणांचा (Photon) सिद्धान्त मांडला. यातूनच पुढे १९५४ मध्ये अमेरिकन संशोधक पीअर्सन, चॅपिन आणि फ्युलर यांना सौरऊर्जा वापरून विद्युतघट बनविण्यात यश आले. या घटाला ‘फोटोव्होल्टेइक सेल’ या नावाने ओळखले जाते. चित्र क्र. ४ मध्ये या घटाचे संकल्पनाचित्र दाखवले आहे. या घटामध्ये सिलिकॉन हे मूलद्रव्य वापरले जाते. कारण त्याचा अर्धवाहकत्वाचा (semi-conductor) गुण. सिलिकॉनमध्ये जेव्हा फॉस्फरस मिसळले जाते तेव्हा ते N प्रकारचे (म्हणजे इलेक्ट्रॉन सोडणारे) अर्धवाहक बनते. तर त्यात जेव्हा बोरॉन मिसळले जाते तेव्हा ते P प्रकारचे (म्हणजे इलेक्ट्रॉन घेणारे) अर्धवाहक बनते. सौरघटामध्ये प्रकाशाला सामोरा जाणारा थर N प्रकारच्या सिलिकॉनचा असतो. त्यावर जेव्हा प्रकाशकण आपटतात तेव्हा त्या थरातील अणू इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन करतात. हे उत्सर्जति इलेक्ट्रॉन खालच्या थरातील P प्रकारच्या सिलिकॉनचे अणू आपल्याकडे खेचून घेतात. या दोन थरांतील विद्युतभारातील असमतोलामुळे विद्युतक्षेत्र तयार होते. त्यामुळे तयार झालेला इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह विद्युतप्रवाह तयार करतो आणि विद्युतनिर्मिती सुरू होते. सुरुवातीच्या काळात या प्रकारचे सौरघट वापरून गणनयंत्रे (Calculators), घडय़ाळे अशी उपकरणे बनू लागली. पण या संकल्पनेचा मोठय़ा प्रमाणात वापर सुरू झाला तो अवकाश-विज्ञानात! यामुळे अवकाशस्थानकांसारख्या ठिकाणी विद्युतऊर्जानिर्मितीची गुरुकिल्लीच सापडली. गेल्या तीन दशकांपासून जीवाष्म इंधनांपेक्षा सुरक्षित आणि पर्यावरणपूरक अशा सौरविद्युत- शक्तीनिर्मितीवर जागतिक स्तरावर मोठय़ा प्रमाणात काम सुरू झाले आहे आणि ते वाढतच जाणार आहे. अनेक घट एकमेकांना जोडून एक संच तयार होतो. आणि अनेक संच एकमेकांना जोडून एक सौरपटल (Solar Panel) बनते. (चित्र क्र. ५) किती वीज निर्माण करावयाची आहे यावर पटलांची संख्या ठरते. आज जगभर लक्षावधी सौरपटले एकाच ठिकाणी लावून सौरविद्युत प्रकल्प उभे राहत आहेत. याला ‘सौर-शेती’ (सोलर फार्म) असेही म्हणतात. गेले वर्षभर आपल्याबरोबर सुरू असलेला हा जिज्ञासाजागृतीचा प्रवास या लेखाने संपत आहे. या लेखनाला आलेल्या प्रतिक्रिया कायमच पुढील लेखनाला बळ देणाऱ्या आणि वाचकांत ‘हे काय आहे? हे कसे चालते?’ या प्रश्नांविषयी कुतूहल निर्माण करणाऱ्या आहेत याची ग्वाही देणाऱ्या होत्या. आपणा सर्वाचा आसपासच्या गोष्टीतील तंत्र जाणून घेऊन त्याचा उपभोग घेण्यातील गंमत वाढविण्याचा प्रयत्न पुढेही कायम राहो, हीच सदिच्छा. दीपक देवधर - dpdeodhar@gmail.com (समाप्त)
