18 February 2018

News Flash

शीड : ‘उघड/मिट’ अ‍ॅम्प्लिफायर!

एका बांबूच्या नळीत, पाण्याच्या बाजूला असणारे तोंड जरा लहान ठेवलेले असते.

राजीव साने | Updated: January 17, 2018 2:35 AM

तंत्रज्ञान हे विज्ञानाच्या आणि गणिताच्या भाषेत मांडले जाते, म्हणून अगम्य वाटते. पण तंत्रांची इंगिते काय आहेत? हे कोणालाही समजेल असेही सांगता येते. आजच्या परिष्कृत उपकरणांचे सोपे पूर्वजहोऊन गेलेले आहेत. इंगिते कळायला तेही पुरेसे आहेत…

झडप म्हणजे व्हॉल्व्ह. ही अशी रचना असते की तिच्यातून प्रवाह एका दिशेने वाहू शकतो पण उलट दिशेने रोखला जातो. पंप, कॉम्प्रेसर, इंजिन अशा यांत्रिक रचनांत किंवा इलेक्ट्रिकल, इलेक्ट्रॉनिक सíकट्समध्ये इतकेच नव्हे तर आपल्या हृदयातही झडपा असतात. एक गमतीदार पंप उदाहरणादाखल घेऊ. एका बांबूच्या नळीत, पाण्याच्या बाजूला असणारे तोंड जरा लहान ठेवलेले असते. त्या तोंडावर आतून एक लोखंडाची गोळी टाकलेली असते. हा बांबू जोराने पाण्यात घुसवला की गोळी किंचित वर उचलली जाऊन पाणी आत शिरते. पण गोळी जड असल्याने ती परत त्या अरुंद छिद्रावर बसते. दुसऱ्यांदा बांबू जास्त जोरात घुसवावा लागतो कारण त्या गोळीवर आता अगोदर आत आलेल्या पाण्याचेही वजन असते. पण पुन्हा पाण्यात घुसवण्याचा हिसका दिला की ती पुन्हा उचलली जाते आणि आणखी पाणी आत घुसते. माणूस असे करीत राहिला की चक्क बांबूच्या वरच्या तोंडातून पाण्याची धार बाहेर पडू लागते. मुख्य मुद्दा असा की पाणी जेव्हा आत येते तेव्हा ते गोळीला उचलू शकते पण बाहेर जाण्याच्या दिशेने तेच पाणी गोळीला अरुंद भोकावर फिट्ट बसवते आणि बाहेर जाऊच शकत नाही. म्हणजेच गोळी झडपेचे काम करीत असते.

पूर्वी काचेच्या गोटीने बंद केलेली सोडय़ाची बाटली मिळत असे. त्यात आतल्या वायूच्या दाबानेच बाटली सीलबंद होई. वरून फटका देऊन गोटी आत पाडली की सोडा फसफसून बाहेर येई. पुरेसा वायू आत येऊ देताना ही गोटीच व्हॉल्व्ह म्हणून काम करते.

पहिलावहिला व्हॉल्व्ह म्हणजे मिठागर होय! एका खड्डय़ात भरतीचे पाणी आत येते. ते ओहोटीच्या वेळी परत समुद्रात जाऊ शकत नाही. समुद्रापासून जरा दूरच्या जरा खोल खड्डय़ात ते उतरवून घेतले जाते. मूळ खड्डा पुन्हा भरतीचे पाणी आत घेण्यास तयार.

तरफ, गिअर, कप्प्या व ट्रान्स्फॉर्मर

नुसते अवजार मग ते कोणतेही असो त्याला हाताकडची बाजू आणि कामाकडची बाजू असतेच. कोणतेही यंत्र म्हणजे, श्रमिक ज्या हालचाली करू शकेल त्या हालचालींचे उत्पादनप्रक्रियेला आवश्यक अशा हालचालीत रूपांतर करणारी रचना होय. जसे की हातमाग, चकलीचा सोऱ्या, गाडीचा जॅक, रांगोळीचा रोलर, रहाट हे नुसते यांत्रिकीकरण झाले. पण रहाटाच्या जागी बल जोडलेली मोट आली की ते ऊर्जति-यांत्रिकीकरण होते. ही बाह्य ऊर्जा प्रथम जनावरांची, नंतर अश्मेंधनांची (दगडी कोळसा, पेट्रोलियम) ऊर्जा आणि नंतर इतर अनेक प्रकारच्या ऊर्जा वापरल्या गेल्या. जसे की सौर ऊर्जा.

पण बाह्य ऊर्जा असो वा नसो, यंत्राची वरील व्याख्या लागू असतेच. रसाची गुऱ्हाळे हॅण्डल मारून चालायची पण तेच यंत्र आता इलेक्ट्रिक मोटरने फिरवले जाते. ऊस चिरडायला जोर खूप लागतो पण हालचाल कमी लागते. माणसात तितका जोर नसतो पण तो जास्त वेळ आणि कमी जोराने हालचाल करू शकतो. हातयंत्रात ऊर्जा जरी माणसाची असली तरी तिचे जोर/हालचाल हे प्रमाण यंत्राने बदलले जाते. म्हणून उसाच्या गुऱ्हाळातील मूळ हातयंत्रालाही गियर्स असत आणि तेच यंत्र हल्ली विजेवरही चालवता येते.

तरफेचे तत्त्व हे एकच तत्त्व अनेक प्रकारे वापरले जाते. जोर/हालचाल हे प्रमाण किती शक्य आहे आणि किती हवे आहे यानुसार यांत्रिक ऊर्जेचे यांत्रिकच ऊर्जेत रूपांतर हे तरफेचे सामान्य तत्त्व आहे. कापसाचे गठ्ठे दाबण्यासाठीचे पास्कलचे दाबयंत्र हेही जोर/हालचाल प्रमाण मिळवणारे यंत्रच आहे. ते कोंडलेला द्रवपदार्थ आकारमान बदलू शकत नाही या गुणधर्मावर चालते इतकेच. अनेक गियर्स, अनेक कप्प्या किंवा पिठाच्या गिरणीतील चाक आणि पट्टा, गिटार लावण्याच्या खुंटय़ातील ‘वर्म अ‍ॅण्ड वर्मव्हील’ रचना अशी अगणित उदाहरणे आहेत. विजेचा ट्रान्स्फॉर्मरसुद्धा व्होल्टेज म्हणजे ‘जोर’ आणि करंट म्हणजे ‘हालचाल’ यांचेच प्रमाण बदलत असतो. ऊर्जेचा प्रकार विद्युतऊर्जा हा असतो पण तत्त्व तरफेचेच असते.

ऑटोमेशन म्हणजेच स्वयंचलितीकरण हे प्रकरण इलेक्ट्रॉनिक्सनंतरच आलेले आहे असे अजिबात नाही. श्रम करणारा ‘श्रमवस्तू’वरील प्रक्रियेचे नियंत्रण करीत असतो. पण ‘श्रमवस्तू’च्याच गतीचा वापर करून नियंत्रण होईल अशी व्यवस्था करून ठेवणे म्हणजे ऑटोमेशन असते. सापळे हे आदिम काळातच सापडलेले ऑटोमेशन आहे. सापळ्यात सापडणाऱ्या प्राण्याच्याच हालचालीमुळे तो प्राणी सापळ्यात अडकत असतो. हत्ती पकडण्याचा खड्डा असो वा माशाला आमिष लावलेला गळ असो. उंदीर पकडण्याचा पिंजरा उंदराच्याच आमिष ओढण्याच्या क्रियेने बंद होतो. बॉलकॉक हे स्वयंचलितीकरणाचे उत्तम उदाहरण आहे. पाण्याची पातळीच नळ बंद करण्याचे काम करीत असते.

थेट ऑटोमेशनपेक्षा, घडणाऱ्या घटनेचा संदेश (सिग्नल) मिळवणे आणि घडविण्याच्या घटनेला चालनादेश (कमांड) देणे हे जमल्याने बरेच गुंतागुंतीचे घटनाक्रम आणि त्यांच्या नेमक्या मात्रा, ऑटोमेट करता येऊ लागल्या. ही आजच्या तंत्रज्ञानाची अफाट कामगिरी आहे. सिग्नल म्हणजे ऊर्जेवर स्वार झालेला आकृतिबंध. हा आकृतिबंध एका प्रकारच्या ऊर्जेवरून दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेवर घालणे हे काम करणाऱ्या साधनाला ट्रान्सडय़ूसर म्हणतात. किंवा एका माध्यमातली घटना दुसऱ्या माध्यमात व्यक्त करणे असेही त्याचे वर्णन करता येईल. नाकापुढे सूत धरून श्वास चालू आहे का हे पाहणे म्हणजे श्वासाला दृश्य माध्यमात आणणे. थर्मोस्टॅट, मायक्रोफोन, असे अनेक प्रकारचे ट्रान्सडय़ूसर्स असतात.

छोटय़ा ऊर्जेने मोठ्ठय़ा ऊर्जेला वळण

ट्रान्स्फॉर्मरमध्ये व्होल्टेज-करंट यांचे प्रमाण बदलत असले तरी ट्रान्स्फॉर्मरकडे आलेली ऊर्जाच तो पुढे पाठवत असतो. वेगळा स्रोत नसतो. पण अ‍ॅम्प्लिफायरमधे मात्र एका छोटय़ा ऊर्जेने दुसऱ्याच स्रोताच्या मोठय़ा ऊर्जेला वळण लावले जाते. प्रचंड ध्वनिप्रदूषण करणारे लाऊडस्पीकर्स हे वेगळी ऊर्जा पुरवून चालतात. म्हणूनच ढणाणा स्पीकरिभत नेणाऱ्या मिरवणुकीत स्पीकरिभतीच्या गाडीमागे एक जनरेटरची गाडीही जाताना दिसते. अ‍ॅम्प्लिफायरच्या तत्त्वामुळे खूप फायदे झालेले आहेत. एकदा का छोटय़ा ऊर्जेवर कारागिरी केली की मोठय़ा ऊर्जेत त्याच आकृतिबंधानुसार घडवून आणता येतात. यामुळे मोठीच तांत्रिक प्रगती शक्य झाली.

शिडाची जहाजे हा पवनऊर्जेचा पहिला आणि अत्यंत यशस्वी प्रयोग होता. वारा कधी अनुकूल मिळेल आणि कधी नाही हे नाविकाच्या हातात नसते. पण शिडे फुलवायची कधी आणि मिटवायची कधी हे त्याच्या हातात असते. शीड फुलवणे आणि मिटवणे या गोष्टीला इतकी कमी ऊर्जा लागते की कोणीही सामान्य खलाशी ते काम हाताने सहज करू शकतो. पण शीड जी ऊर्जा झेलते, पेलते आणि जहाजाला रेटते, ती फार मोठी असते. जनरेटरकडे जाणारे धरणाचे दार उघडायला किंवा बंद करायला कमी ऊर्जा लागते. पण टर्बाईन चालण्यामुळे प्रचंड ऊर्जानिर्मित होत असते. शीड असो वा धरणाचे दार, मूळ तत्त्व अ‍ॅम्प्लिफायर हेच आहे. मानवी श्रमक्षमता मर्यादित असतात पण क्षमतेला कशाने तरी गुणले गेले तरच परिणामी क्षमता मोठी बनत असते. दुर्बीण, सूक्ष्मदर्शक ही साधने निरीक्षणाची क्षमता वाढवत असतात. पण अ‍ॅम्प्लिफायर तत्त्वाने जो गुणाकार होतो त्यानेच मोठय़ा घटना घडवून आणण्याची क्षमता वाढत गेलेली आहे.

अ‍ॅम्प्लिफायर तत्त्वाइतकेच किंबहुना जास्त परिणामकारक ठरले आहे ते निसर्गात आढळणारे बीजगुणनाचे तत्त्व. एका बीचे एक कणीस होते. पण माणसाने शोधलेले बीजगुणनाचे तत्त्व म्हणजे कॉप्या/प्रती काढण्याचे किंवा छपाईचे तत्त्व. माहितीतंत्रात झालेल्या प्रगतीच्या अनेक इंगितांपैकीमहत्त्वाचे इंगित, ‘कितीही प्रती निघू शकतात’ हेच आहे. कागदावर प्रती काढणे बरेच खर्चीक आहे पण विद्युतसंदेशाच्या प्रती काढणे हे कमी जागेत, कमी वेळात आणि कमी ऊर्जेत शक्य झाले. हा गुणाकार जमला नसता तर आज आपण जी प्रगती पाहतोय ती शक्यच झाली नसती.

लेखक तत्त्वज्ञान व सामाजिक शास्त्रांचे आंतरविद्याशाखीय अभ्यासक आहेत. ई-मेल : rajeevsane@gmail.com

First Published on January 17, 2018 2:35 am

Web Title: efficiency of power amplifier
  1. No Comments.