கடலில் இருந்து மின்சாரம் எப்படிப் பெறப்படுகிறது?

பொருட்கள் மூலக்கூறு களாலும், மூலக்கூறுகள் அணுக்களினாலும் உருவா னது. எல்லா அணுவிலும் ‘உட்கரு’ என்ற ஒன்று உண்டு. அதில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் இடம் பெற்றுள்ளன.

ஒத்த மின்சுமையைப் பெற்று இருப்பதால் புரோட்டான்கள் ஒன்றையொன்று விலக்கும் தன்மையைக் கொண்டவை. அதனால், அணுவின் உட்கருவில் நியூட்ரான்கள் இன்றி ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட புரோட்டான்கள் இடங்கொள்ள இயலாது.

நியூட்ரான்கள் உட்கருவில் உள்ள நேர்மின்னேற்றம் பெற்ற புரோட்டான் துகள்களுக்கிடையே நிலவும் விலக்கு விசையைக் குறைப்பதன் மூலம் நிலையான உட்கரு உருவாகக் காரணமாகிறது. இந்த உட்கருவைச் சுற்றி அடுக்கடுக்கான நீள் வட்டப் பாதையில் எலக்ட்ரான்கள் சுற்றி வருகின்றன.

எலக்ட்ரான்கள் உட்கருவைச் சுற்றியுள்ள இடை வெளியில் அதிவேகத்தில் இயங்குவதால் அணுவின் பெரும்பாலான கனஅளவை ஆக்கிரமிக்கின்றன.
உட்கருவிலிருந்து தொலைவு அதிகரிக்கும் போது ஆர்பிட்டின் ஆற்றலும் இணையாக உயருகிறது. உட்கருவிற்கு அருகாமையில் உள்ள வட்டப்பாதையில் இருந்து அவை 1,2,3,4 (அ) K,L,M,N எனப் பெயரிடப்படுகின்றன.

ஒரு வட்டப்பாதையில் இடங்கொள்ளும் அதிகபட்ச எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை 2n2’ (n என்பது வட்டப்பாதையின் எண் ணிக்கை) என்ற வாய்ப்பாட்டால் கணக்கிடப்படுகிறது. முதல் வட்டப்பாதை முழுவதுமாக எலக்ட்ரான்களால் நிரப்பப்பட்ட பின் இரண் டாவது வட்டப்பாதையில் எலக்ட்ரான்கள் நிரம்பத் தொடங்குகின்றன.

இதுபோன்று இரண்டாவது வட்டப்பாதை நிரம்பிய பின்பு மூன்றாவது வட்டப்பாதை நிரம்பத் தொடங்குகிறது. ஆனால், மூன்றாவது வட்டப்பாதை முழுவதுமாக நிரம்பும் முன்னரே நான்காவது வட்டப்பாதையில் எலக்ட்ரான்கள் நிரம்பத் தொடங்குகின்றன.
அணுவில் வெளிவட்டப் பாதையில் இடம் பெற்று உள்ள எலக்ட்ரான்களே வேதிப் பிணைப்புகளில் பங்கு வகிக்கின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் இணை திறன் எலக்ட்ரான்கள் எனப் படும். A அணுவின் வெளிக் கூட்டில் ஒர் எலக்ட்ரான் அதிகமாகவும், B அணுவின் வெளிக்கூட்டில் ஓர் எலக்ட்ரான் குறைவாகவும்
இருக்கும்போது A B-க்கு ஒரு எலக்ட்ரானை வழங்குவதன் மூலமும் B A-யிலிருந்து ஓர் எலக்ட்ரானை ஏற்றுக் கொள்வதன் மூலமாகவும், இவ்விரு அணுக்களும் நிலையான எண்ம எலக்ட்ரான் அமைப்பைப் பெறுகின்றன.

இவ்வாறு இணைய A மற்றும் B ஆகிய இரு அணுக்களும் எலக்ட்ரா னைக் கவரும் விசையில் வேறுபட வேண்டும். A அணு எலக்ட்ரான் மீது குறைந்த அளவே கவர்ச்சி விசையைப் பெற்றுள்ளதால் எலக்ட்ரானை இழக்கிறது. B அணு எலக்ட்ரான் மீது அதிக கவர்ச்சி விசையைப் பெற்றுள்ளதால் எலக்ட்ரானை ஏற்கிறது. இவ்விரு அயனிகளும் நிலை மின்னியல் கவர்ச்சி யால் இணைந்து அயனிச் சேர்மத்தை உருவாக்குகின்றன.

எலக்ட்ரானை வழங்கும் அணு நேர் அயனியாகவும், எலக்ட்ரானை ஏற்கும் அணு எதிர் அயனியாகவும் மாறும் இயல்புடையன.

புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாகும்போது நேர்மின்சுமை உடையதாகவும், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாகும் போது எதிர்மின்சுமை உடையதாக வும் மாறுகிறது.

பொதுவில் எந்த ஓர் அணுவும் சம எண்ணிக்கையில் எதிர்மின் துகள்களையும், நேர்மின் துகள்களையும் கொண்டதாக உள்ளது. எனவே தான் நம்மை சூழ்ந்துள்ள பெரும் பாலான பொருட்கள் மின் நடுநிலைத்தன்மை உடையதாக இருக்கின்றன.
மின்கடத்தி ஒன்றை நீண்ட கம்பியாக்கி ஒரு பக்கம் கொஞ்சம் எலக்ட்ரானை உள்ளே செலுத்தினால் அதில் இருக்கும் அணுக்கள் உள்ளே வந்த எலக்ட்ரானை ஏற்றுக்கொள்ளும்.

அந்த அணுக்களில் உள்ள எலக்ட்ரான், குறித்த அந்த அணுக்களிலிருந்து விடுபட்டு பக்கத்தில் இருக்கும் அணுக்கள் மீது மோதும். இப்படி ஒரு முனையில் இருந்து இன்னொரு முனைக்கு மோதிக்கொண்டு ஓடுவதுதான் மின்சாரம். பொருட்கள் மின்னூட்டம் பெறும்போது எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே ஒரு பொருளிலிருந்து மற்றொரு பொருளுக்கு மாற்றப்படுகிறது.

ஆனால் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் அணுவின் உட்கருவில் இறுகப் பிணைந்துள்ளன. அவை அணுவை விட்டு வெளியே வருவதில்லை. கிடைமட்ட குழாயின் ஒரு முனையை மேல்மட்ட நீர்தொட்டியுடன் இணைக்கும்போது குழாயில் நீர் பாய்கிறது. அதாவது, குழாயின் இரு முனைகளுக்கிடையே அழுத்த வேறுபாடு உருவாக்கப்படும்போது நீர் ஒரு முனையில் இருந்து மறுமுனைக்குள் பாய்கிறது.
அதேபோல், ஒரு உலோகக் கடத்தியின் இரு முனைகளுக்கிடையே மின்னழுத்த வேறுபாடு ஒன்று உருவாக்கப்பட்டால்தான் கடத்தியின் வழியே மின்னோட்டம் பாயும்.

காப்பர், அலுமினியம், இரும்பு மற்றும் தங்கம் போன்ற உலோகங்கள் தன் வழியே மின்சாரம் செல்ல அனுமதிப்பதனால், அவை மின் கடத்திகளாகும். மரம், பிளாஸ்டிக், ரப்பர் மற்றும் கண்ணாடி போன்ற பொருட்கள் தன் வழியே மின்சாரம் செல்ல அனுமதிப் பதில்லை. அதனால் மின் கடத்தாப் பொருட்களாகும்.

எல்லாப் பொருட்களுமே ஒரே அளவாக மின்சாரத்தைக் கடத்துவதில்லை. மின்சாரம் சில பொருட்களில் தடையே இல்லாமல் வேகமாக ஓடும்; சிலவற்றில் ஓடவே ஓடாது; சிலவற்றில் மெதுவாக ஓடும்.

தங்கத்திற்கும், வெள்ளிக்கும் அடுத்த நிலையில் சிறந்த மின்கடத்தியாக செப்பு (Copper) செயல்படுகிறது. அதற்கு அடுத்த இடத்தில் (60% என்ற அளவில்) அலுமினியம் இருக்கிறது.

மிக உயரமான கட்டிடங் களை மின்னலிலிருந்து பாதுகாக்க உதவும் ஓர் எளிய சாதனம் ‘மின்னல் கடத்தி (இடிதாங்கி)’. இது கட்டிடத்தின் வழியே தரைக்குச் செல்லும் ஒரு நீண்ட தடித்த தாமிரத் தண்டினைக் கொண்டது. தண்டின் கீழ் முனையானது தரையின் அதிக ஆழத்தில் புதைக்கப் பட்டுள்ள தாமிரத் தட்டுடன் இணைக்கப்பட்டு இருக்கும்.
மேல் முனையில் எண் ணிக்கை மிக்க கூர்முனைகள் உடைய தாமிர ஊசிகள் இணைக்கப்பட்டு கட்டிடத்தின் உயரமான பகுதியில் வைக்கப்பட்டிருக்கும்.

புவி ஏராளமான மின்னூட்டங்களைப் பெற்ற ஒரு அணைக்கட்டு போன்றது. அதனோடு தொடர்பு கொள்ளும் பொருளுக்கேற்ப எலக்ட்ரான்களை அளிக்கவோ அல்லது ஏற்கவோ செய்யும் இயல்புடையது.

எதிர் மின்னூட்டம் பெற்ற மேகம் கட்டிடத்தின் மேல் செல்லும்போது கடத் தியின் கூர்முனைகளில் நேர் மின்னூட்டம் தூண்டப்படுகிறது. நேர்மின்னூட்டம் பெற்று உள்ள கூர்முனைகள் அருகில் உள்ள காற்று மூலக் கூறுகளைச் அயனியாக்கம் செய்கின்றன. இது மேகத்தில் உள்ள எதிர் மின்னூட்டத்தின் ஒரு பகுதியைச் சமன் செய்து மேகத்தின் மின்னழுத்தத்தைக் குறைக்கிறது.

கடத்தியால் கவரப்பட்ட எதிர் மின்னூட்டங்கள் தரையை நோக்கிப் பயணிக்கின்றன. இதன் மூலம் கட்டிடம் மின்னலின் தாக்குதலில் இருந்து பாதுகாக்கப்படுகிறது.
‘காற்றாலை மின்நிலையங்களில்’ டர்பைன்கள் எனப்படும் பெரிய சுழலும் சக்கரங்கள் தண்டு ஒன்றின் மூலம் மின் இயற்றியுடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும்.

‘மைக்கேல் ஃபாரடே’யின் மின்காந்த விதிப்படி மின் இயற்றியில் கம்பிச் சுருள் காந்த முனைகளுக்கிடையே சுழலும் போது உருவாகும் மின்னோட்டமானது அதில் இருந்து வெளியே கொண்டு வரப்படுகிறது. ‘நீர் மின்நிலையங்களில்’ வேகமாகச் செல்லும் நீரைக் கொண்டு டர்பைன்கள் சுழற்றப்படுகின்றன.

‘ஆனல் மின் நிலையங்களில்’ படிம எரிபொருட்களான எண்ணெய், எரிவாயு மற்றும் நிலக்கரி எரிக்கப்பட்டு கிடைக்கும் வெப்ப ஆற்றலைத் தண்ணீரில் செலுத்தினால் நீராவி உருவாகிறது.

நீராவி மேலும் மேலும் சூடாகும்போது அதன் அழுத்த ஆற்றல் உயர்கிறது. உயர்ந்த அழுத்த ஆற்றல் மிக்க நீராவி சூழலிகளுக்குள் / டர்பைன்களின் வழியே செலுத்தப்படுகையில் அதனை சுழற்றும் தன்மையைப் பெறுகின்றது.

‘ஃபோட்டோ வோல் டாய்க் (photo voltaic)’ முறை யில் ஒளி மின் (Photo electric) விளைவைப் பயன்படுத்தி சூரிய ஒளி செலேனியம் என் னும் மூலகத்தின் மீது விழ வைக்கப்பட்டு அதிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் தூண்டப்பட்டு மேலெழும்புகின்றன.

‘அணுப்பிளப்பு’ முறையில் தொடர் அணுக்கருப் பிள வின்போது வெளியாகும் அனல் ஆற்றல் அங்குள்ள குளிர்விப்பான் நீரால் உள் வாங்கப்பட்டு வெப்பம் மூட்டப்படுகின்றது. இங்கு நீரும் ஏனையவையும் அதிக அழுத்தத்தில் (அதாவது சுமார் 175 Kg/Cm2 கடல் மட்டத்தின் காற்றழுத்தத்தைப்போல 175 மடங்கு) என்ற அளவில் இருக்கின்றது.

எனவே, சாதாரணமாக 100கு சென்டிகிரேடில் நீராவி யாக மாறும நீர் அதைவிட அதிகமான வெப்பநிலையிலும் நீராகவே இருக்கிறது. இந்த நீர் அணு உலைகளின் அருகில் உள்ள அனலாற்றல் பரிமாற்றிகளில் சுழற்சிக்கு வந்து சற்றுக் குறைவான அழுத்தத்தில் உள்ள நீரோடு அனலாற்றலைப் பரிமாறி பின் குளிர்ந்து மீண்டும் அணு உலையை அடைகிறது.

 

‘கடல் அலைகள் மூலம் நீரை மேலேற்றம் செய்தல்’ முறைகளில் ஒன்றாக, அலைகள் மோதும்போது சக்கரங்கள் அந்த ஆற்றலால் சுழற்றப்பட்டு உயரமான இடத்துக்குக் கடல் நீரை மேலேற்றம் செய்து அங்கிருந்து குழாய்கள் மூலம் மிக வேகமாக டர்பைன்கள் மீது பாய்ச்சப்பட்டு உருளைகள் சுழல வைக்கப்படுகிறது.

இரண்டாவது முறையில், கடலின் மேற்பரப்பில் கரையை நோக்கி வரும் அலை மற்றும் கீழ்ப்பரப்பில் கரைப் பகுதியிலிருந்து மீண்டும் கடலை நோக்கிச் செல்லும் அலை என இரண் டின் உதவியாலும் உருளைகள் சுழல விடப்படுகின்றன.
மூன்றாவது முறையில், டர்பைன்கள் ஒரு காற்று அறையுடன் இணைக்கப்பட்டு அடிப்பகுதி கடல் நீருக்குள் இருக்கும். அலைகள் கரையை நெருங்கும் போது கடல் நீர் இந்தக் காற்று அறைக்குள் புகுந்து அறையினுள் இருக்கும் காற்றின் அழுத்தத்தை அதிகப்படுத்தி உருளைகளை சுழலச் செய்யும். கடல் அலைகள் பின்வாங்கும்போது கடல் நீரும் கீழிறங்கிவிடும்.

நான்காம் முறையில், கடல் மட்டத்தின் ஏற்ற இறக்க ஆற்றலைக் கொண்டு கடற்பரப்பில் தடுப்பு சுவர்கள் (Impoundment walls) உருவாக்கி உயர்நீர் மற்றும் குறைநீர் மட்டம் (High Tide & Low Tide) இருக்கும்போது தானாகவே இரு சுவர்களுக்கும் இடையே கடல் நீர் நிரப்பப்படும். மற்றும் மாறுபடும் நீர் உயரம் மற்றும் குறைவு வித்தியாசம் வேகத்தில் பாய்ச்சப்பட்டும் உருளைகள் சுழல வைக்கப்படும்.

ஐந்தாம் முறையில், கடல் நீரின் மேல் மற்றும் கீழ் வெப்ப நிலை வேறுபாடு 250-ல் இருந்து 300 செல்சியஸ் வரை உள்ள பகுதிகளில் குறைந்த அளவு வெப்பத்திலேயே எளிதில் ஆவியாகக் கூடிய அம்மோனியா போன்ற திரவ வாயுக்கள் ஓர் அழுத்தியின் மூலமாகச் செலுத்தப்படும் போது கடல் நீரின் வெப்பம் திரவ நிலையில் இருக்கும் பொருளைச் சூடாக்கும்.

அதனால் திரவ நிலையில் இருந்து ஆவி நிலைக்குச் செல்லும் வாயு, அழுத்தம் மிக அதிகம் கொண்டதாக மாறும். அந்த ஆவி மிக வேகமாகச் செலுத்தப்பட்டு டர்பைன்களைச் சுழல வைக்கப்படுகின்றன. ஆவி நிலையில் இருக்கும் வாயு குளிர்ந்த நீரால் வெப்பம் தணியும் போது தனது பழைய திரவ நிலைக்கே மாறி ஏற்கனவே விவரித்ததைப் போல மீண்டும் சூடாகி மறுபடியும் டர்பைன்கள் இயக்கிக் கொண்டே இருக்கும்.

மின்கடத்தும் பொருளாக தங்கம் மற்றும் வெள்ளிக்கு அடுத்த இடத்தில் தான் தாமிரம் இருக்கிறது. அதனால், மின் உற்பத்தியில் டைனமோவிற்குள்ளாக மட்டுமாவது தங்கம் / வெள்ளி கம்பிகளைப் பயன்படுத்தலாம். இதன் மூலம் உற்பத்திக்குத் தேவைப்படும் திறனைக் குறைக்கலாம் அல்லது உலோக கம்பியின் கன அளவை கூட்டி உற்பத்தியை அதிகரிக்கலாம் அல்லது ஒரே சாதனத்தில் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட மின்னாக்கிக் கருவிகளைப் பொருத்தலாம்.

மின்சாரத்தை மூடிய மின்சுற்றுகள் வழி கொண்டு செல்வது மின் இழப்பைத் தடுக்கும். சுழலும் எந்திரங்களில் சிறிய ரக விளக்குகள் மற்றும் எந்திரங்களை இயக்க போதுமான திறன் கொண்ட டைனமோ பொருத்தி இயக்க வைக்கலாம்.

ஒரே மின்சுற்றில் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட மின்சாதனங்களைப் (ஒரே அளவிலான மின்தேவை கொண்டதாக) பொருத்தி பயன்படுத்தும்போது; ஒரே அளவிலான மின்சாரமே செலவிடப்படும்.

இன்றைய நாகரீக வாழ்க்கை முறையோடு மின்சாரம் பிரிக்க முடியாத ஒரு பிணைப்பை ஏற்படுத்திக் கொண்டுள்ளது. ‘உற்பத்திக்குத் திறன் இல்லை; வழியும் இல்லை’ என்று சொன்னதையே சொல்லிக்கொண்டு இருக்காமல் என்னென்ன வாய்ப்புகள் என்று ஆராய்ந்து பார்ப்பதில் தான் நம் வாழ்க்கை அடங்கியிருக்கிறது.

– மு. நாகேந்திரபிரபு
மனிதவள மேம்பாட்டுச் சிந்தனையாளர்,
கருவடிக்குப்பம், புதுச்சேரி