Friday, April 26, 2019

विजेच्या बॅटरीचा शोध लावणारा शास्त्रज्ञ व्होल्टा



विजेचा टॉर्च, मोबाइल फोन, मोटारगाडी वगैरेंसाठी आपण बॅटरी वापरतो ती अमूक इतक्या व्होल्टची असावी लागते. घरातल्या किंवा कारखान्यातल्या विजेच्या व्होल्टेजचा उल्लेख आपल्या बोलण्यात किंवा वाचनात येतो. हा व्होल्ट हा शब्द कुठून आला याचे कदाचित कुतुहल असेल. ते एका जुन्या काळातल्या युरोपियन शास्त्रज्ञाने नाव आहे.

आकाशात चमकणारी वीज माणसाला अनादि काळापासून माहीत होती. विल्यम गिल्बर्ट या सोळाव्या शतकात होऊन गेलेल्या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने अँबरचा खडा चामड्यावर घासून प्रथमच स्थितिक विद्युत (Static Electricity) तयार केली. या प्रकाराला इलेक्ट्रिक असे नाव त्यानेच दिले. निरनिराळे विशिष्ट पदार्थ एकमेकांवर घासल्यामुळे त्यांच्यात धन किंवा ऋण विद्युत प्रभार (Positive or Negatve Electric Charge) तयार होतात. पण या विद्युत प्रभाराने फार फार तर एकादे हलके पीस किंवा हातावरले केस किंचित हलवले जातील इतके ते क्षीण असतात. तसल्या त्या सौम्य विजेचा कशासाठीही उपयोग होत नव्हता किंवा तिच्यामुळे कुणालाही त्रास नव्हता यामुळे त्या नैसर्गिक प्रकाराला विशेष महत्व द्यावे असे त्या काळातल्या कोणालाही वाटले नसेल. सतराव्या शतकातले काही शास्त्रज्ञ कुतूहलापोटी या विषयावर संशोधन करायला लागले. ओटो व्हॉन गेरिक या शास्त्रज्ञाने सन १६७२ मध्ये गंधकाच्या एका मोठ्या गोलकाला घासून त्यातून कृत्रिम वीज निर्माण केली आणि तिच्यामुळे होणारे आकर्षण (Attraction) आणि प्रतिकर्षण (Repulsion) प्रयोगामधून दाखवून दिले. त्यानंतर धन आणि ऋण प्रभार यांच्यामध्ये ठिणगी पडते आणि त्यातून विद्युत् विमोच (Electric Discharge) होतो हे शास्त्रज्ञांना समजले. अठराव्या शतकातल्या बेंजामिन फ्रँकलिन याने १७५०च्या सुमाराला कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्या वापरून विजेचा प्रभार (Charge /चार्ज) साठवून ठेवण्याचे एक संधारित्र (Capacitor कपॅसिटर) तयार केले. तसेच आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे प्रयोगाने सिद्ध करून दाखवले.  सन १७६७ पर्यंत या विषयावर इतके संशोधन झाले होते की जोसेफ प्रीस्टली याने ते गोळा करून विजेचा एक सविस्तर इतिहास ग्रंथ लिहिला होता. प्रीस्टलीनेच हा प्रभार वाहून नेणारे वाहक (Conductor) आणि वाहून न नेणारे दुर्वाहक (bad conductor) यांचे शोध लावले. अशा प्रकारे वीज या विषयावरील संशोधनात खूप हळूहळू प्रगति होत होती, पण विजेचा प्रवाह तयार करणारे साधन मात्र अजून निघाले नव्हते.

अलेसँडर व्होल्टा या इटालियन शास्त्रज्ञाने १७७५ मध्ये विद्युत प्रभार निर्माण करण्यासाठी इलेक्ट्रोफोरस नावाचे उपकरण बनवले. यामुळे विजेवर अधिक संशोधन करायला मदत झाली. त्याने विजेच्या प्रभाराला साठवून ठेवणारा गुणधर्म विद्युत धारिता (Electric Capacitance) या विषयावर संशोधन करून संधारिकांवरील विजेचा दाब त्यातील पदार्थाच्या विद्युत धारितेच्या सम प्रमाणात असतो हे दाखवून दिले. या नियमाला व्होल्टाचा नियम असेच नाव आहे. व्होल्टाचा समकालीन शास्त्रज्ञ गॅल्व्हानी हा मृत बेडकांवर संशोधन करत होता. प्रयोग करतांना त्याला एक आश्चर्यकारक गोष्ट दिसली. त्याने एका बेडकाला तांब्याच्या तारेने बांधून ठेवले होते आणि त्याच्या पायाला लोखंडाचे अवजार लागताच तो पाय एकदम शॉक लागल्यासारखा आखडला. यावरून प्राण्यांच्या शरीरात वीज निर्माण होते असा निष्कर्ष गॅल्व्हानीने काढला आणि त्याला अॅनिमल इलेक्ट्रिसिटी असे नाव ठेवले. या संशोधनामधून प्राण्यांच्या शरीरांच्या अभ्यासाला एक वेगळी दिशा मिळाली.

पण व्होल्टाने यावर वेगळा विचार केला. त्याने तांबे, लोखंड, शिसे, जस्त आदि निरनिराळ्या धातूंची अवजारे वापरून बेडकावर प्रयोग केल्यावर त्याला वेगवेगळी निरीक्षणे मिळाली. त्यामुळे या बाबतीत फक्त प्राण्याच्या शरीराचा गुणधर्म नसून धातूंचासुद्धा सहभाग आहे असे त्याने ओळखले. त्याने त्यानंतर निरनिराळ्या धातूंचे तुकडे वेगवेगळ्या रसायनांमध्ये बुडवून प्रयोग केले आणि बेडकाशिवायही वीज निर्माण करून दाखवली. प्रत्येक धातूचे एक विद्युत विभव (Electric Potential) असते हे त्याने पाहिले आणि या विभवाप्रमाणे धातूंची विद्युतरासायनिक मालिका (Electrochemical Series) तयार केली. त्यासंबंधीच्या नियमालाही व्होल्टाचेच नाव आहे. (Volta's Law of the electrochemical series) दोन भिन्न धातूंचे इलेक्ट्रोड रसायनामध्ये बुडवून ठेवले तर त्याच्यामध्ये एक विद्युतगामक बल (Electromotive Force) तयार होते हे दाखवून ते विद्युत विभवामधील फरकाच्या समप्रमाणात असते असा नियम सांगितला. जगातल्या सर्व विजेच्या बॅटऱ्या या तत्वावर काम करतात.

व्होल्टाने कृत्रिमरीत्या विजेचा प्रभार निर्माण करणारे असे व्होल्टाइक पाइल हे साधन तयार केले. त्यात जस्त आणि तांब्याच्या चपट्या चिपा आणि रसायनांत भिजवलेले पुठ्याचे तुकडे आलटून पालटून एकावर एक ठेऊन त्यांचे अनेक थर केले आहेत. यातल्या प्रत्येक थरांमध्ये थोडा थोडा प्रभार तयार होऊन साठत जातो. व्होल्टाने अशा प्रकारे प्रथमच रासायनिक पद्धतीने वीज तयार करून दाखवली हे या प्रगतीमधले एक मोठे पाऊल होते. अशा प्रकारे साठवलेला विजेचा प्रभार तारेमधून वाहून नेला तर लगेच नवा प्रभार तयार होतो. यामुळे सलगपणे काही वेळ वाहणारा विजेचा प्रवाह तयार करणे प्रथमच शक्य झाले. तोपर्यंत स्थायिक विजेमधून फक्त एक ठिणगी पाडणेच शक्य झाले होते, व्होल्टाने पहिल्यांदाच विजेला प्रवाही करून दाखवले.

याशिवाय व्होल्टाने वायूंच्या रसायनशास्त्रावर संशोधन करून मीथेन या वायूचा शोध लावला. मीथेन हा वायू निसर्गातसुद्धा तयार होत असतो. व्होल्टाने त्याला बंद पात्रामध्ये साठवून आणि त्यात विजेची ठिणगी टाकून त्याला पेटवून दाखवले. त्याने विजेवर केलेल्या  अत्यंत मौलिक संशोधनाचा मान ठेऊन विद्युत विभव (Electric Potential) आणि विद्युतगामक बल (Electromotive Force) यांच्या एककाला व्होल्ट असे नाव दिले आहे. विजेचा दाब व्होल्टेजमध्येच व्यक्त केला जातो आणि त्याचा उल्लेख प्रत्येक उपकरणाच्या बाबतीत होत असल्यामुळे व्होल्टेज हा शब्द आपल्या चांगल्या परिचयाचा आहे.


Sunday, April 14, 2019

माझी घरातली वेधशाळा

आमच्या लहानपणी आम्ही नेहमी गच्चीवर झोपत होतो. त्या ग्रामीण भागात रात्रीच्या वेळी सगळीकडे मिट्ट काळोख असल्यामुळे आकाशातल्या असंख्य चांदण्या चमचमतांना दिसत. माझ्या वडिलांना खगोलशास्त्राची चांगली माहिती होती. ते आम्हाला राशी, नक्षत्रे आणि त्यांच्या गर्दीमधून संचार करणारे ग्रह यांची मजेदार माहिती सांगत. सप्तर्षींच्या सहाय्याने ध्रुव तारा कसा शोधायचा ते मी शिकलो. मृग आणि हस्त नक्षत्र, वृश्चिक रास यांना ओळखणे त्यांच्या विशिष्ट आकारांच्या रचनांमुळे तसे सोपे होते. सूर्याचे भ्रमण कोणत्या राशीत चालले आहे यावरून सूर्यास्त किंवा सूर्योदयाला कोणती रास पूर्व किंवा पश्चिम क्षितिजावर असते हे ठाऊक असायचे आणि त्यावरून अंदाजाने आकाशातल्या इतर राशी समजायला लागल्या होत्या. ग्रहांच्या गति समजल्यानंतर त्यांना शोधणेही सोपे झाले होते. पंचांगामधल्या कुंडलीत मांडलेले ग्रह आकाशात शोधायचा मला नादच लागला होता.

शालेय जीवन संपवून मुंबईपुण्याला आल्यावर तिथल्या झगमगाटात माझ्या आकाशातले ग्रहतारेच हरवून गेले. तिथल्या इमारतींच्या गर्दीतून आभाळाचा एकादाच तुकडा कधी मुद्दाम पाहिला तर दिसायचा. त्यात लुकलुकणारी एकादी चांदणी दिसलीच तरी तिची ओळख पटणे अशक्य होते. पण आता पन्नास वर्षांनंतर मला पुन्हा एकदा आकाशाकडे पहायची संधी मिळाली किंवा बुद्धी झाली. इथेही जमीनीवरील दिव्यांच्या आकाशातले झगमगाटामुळे फारसे काही दिसू शकत नाहीच, पण जेवढे दिसते त्याचाच अर्थ लावायचा प्रयत्न मी आता सुरू केला आहे. 

आमच्या सव्वीसाव्या मजल्यावरच्या घराच्या बाह्य भिंती पूर्वपश्चिम रेषेमध्ये आहेत. माझ्या खोलीच्या खिडकीमधून समोर पाहिल्यास दक्षिण दिशा दिसते, तसेच जवळजवळ १५० अंश इतके दूरवर पसरलेले वर्तुळाकार क्षितिजही दिसते. बाल्कनीत जाऊन थोडे जास्त आकाश पहाता येते. मी या घरी रहायला आलो तेंव्हा पावसाळा सुरू होता. त्यामुळे बहुतेक दिवस आभाळ ढगाळ असायचे. एकाद्या दिवशी जास्त घनदाट ढगांची गर्दी झाली तर सूर्यसुद्धा झाकून जायचा, पण तुकळक ढग असले तरी तारे दिसणे कठीणच होते. पावसाळा संपत आल्यावर सप्टेंबरच्या अखेरीला मला एकदा अचानकच सकाळच्या सूर्योदयाचे स्पष्ट दर्शन घडले. आधी पूर्वेच्या बाजूला आलेला लालिमा, तिथून आकाशभर पडलेले लाल, पिवळ्या, केशरी रंगांचे झोत आणि त्यातून हळून लालचुटुक सूर्यबिंबाचे प्रगट होणे वगैरे सगळे मी बाल्कनीत बसून आ वासून पाहिले. तो सूर्योदय नेमका किती वाजता झाला ती वेळ आणि क्षितिजावरच्या कोणत्या बिंदूपाशी झाला ते स्थान मी नोंदवून ठेवले आणि दुसऱ्या दिवशी ठरवून पहाटे लवकर उठून त्याची वाट पहात बसलो. हळूहळू मला त्याची सवय होऊन गेली.

ओळीने काही दिवस रोज सूर्योदय पहात असतांना माझ्या लक्षात आले की क्षितिजाखालून सूर्य वर येतांना कसा दिसतो याबद्दलच्या मुळात वेगळ्याच कल्पना आपल्या मनात असतात. तो डोंगराच्या बेचक्यामधून डोकावून पहातांना आधी त्याचा एक लहानसा तुकडा दिसेल आणि तो हळूहळू मोठा मोठा होत जातांना दिसत असेल अशी माझी कल्पना होती. पण तसे काही होतच नव्हते. म्हणून मी दि. १९ नोव्हेंबरला लिहिले, "खाली दिलेले पहिले चित्र सर्वांच्या चांगल्या माहितीतले असेल. बहुतेकांनी सूर्योदयाची अशीच अनेक चित्रे लहानपणी स्वतः काढली असतील आणि पुढे आपली लहान भावंडे, मुले, भाचे, पुतणे, नातवंडे वगैरेंनाही शिकवली असतील. मी प्रत्यक्षात असंख्य ठिकाणचे सूर्योदय पाहिले आहेत, पण या चित्रात दाखवल्यासारखा सूर्योदय मात्र कधीही कुठेच दिसला नाही. आजकाल रोजच सकाळी माझ्या घराच्या बाल्कनीमधून मला सूर्योदयाचे दर्शन घडते. क्षितिजाला लागून एक धूर, धूळ, धुके आणि ढग यांनी भरलेला दाट असा हवेचा पट्टा असतो. सूर्याची किरणे त्याच्या मागून निरनिराळ्या रंगांची उधळण आकाशात करत असतात, स्वतः सूर्यनारायण मात्र त्या पट्ट्यामधून थोडा वर आल्यानंतर फिक्कट असा दिसायला लागतो आणि पाहता पाहता तो प्रखर होत वर वर चढतो. हे दुसऱ्या आणि तिसऱ्या छायाचित्रात दिसेल."

सूर्याच्या उगवण्याची जागासुद्धा हळूहळू किंचित बदललेली दिसत होतीच. माझ्याकडे कुठलेही मोजमोप घेण्याचे यंत्र नसल्यामुळे मी त्याची अंशांमध्ये नोंद ठेवत नसलो तरी क्षितिजावरील इमारतींच्या संदर्भाने सूर्यबिंबाचा वेध घेतच होतो. ते रोज किंचित उजवीकडे म्हणजेच आग्नेयेच्या दिशेने सरकत होते. यालाच दक्षिणायन असे म्हणतात.  २१ डिसेंबरला तो उगवण्याची जागा पूर्वेपासून सुमारे २२-२३ अंशाने किंवा काटकोनाच्या पाव हिश्याने सरकलेली होती. ती मी फोटोत बंद करून ठेवली.  त्या दिवशी सूर्योदय जवळजवळ सव्वासात वाजता झाला होता याचीही नोंद घेतली.

त्यानंतर उत्तरायण सुरू झाले. रोजचा सूर्योदय एकादे मिनिट उशीराने व्हायला लागला, तसेच त्याच्या उगवण्याची जागा रोज किंचित डाव्या बाजूला सरकायला लागली. हा फरक अगदी सूक्ष्म असला तरी तीन चार दिवसात तो एक इमारतीच्या ऐवजी दुसऱ्या इमारतीच्या मागून वर आलेला जाणवत असे. २१ मार्चला वसंतसंपाताच्या दिवशी सकाळी साडेसहा वाजता तो बरोबर पूर्व दिशेला आमच्या घराच्या भिंतीला लागूनच उगवला. त्यानंतर मला घरबसल्या सूर्योदय दिसणे बंद झाले. आता मला पहाटे उठून खाली उतरून गेल्याशिवाय सूर्योदय पाहता येत नाही.

सूर्याच्या उदयापासून त्याच्या अस्तापर्यंत तो आकाशात कोणत्या मार्गाने जातो याचा अभ्यास करून "सूर्याचा आकाशातला प्रवास" या नावाची पोस्ट मी माझ्या या अनुदिनीवर मागच्या महिन्यातच लिहिली आहे. http://anandghan.blogspot.com/2019/03/blog-post_25.html  याचा सारांश असा आहे की आपला सूर्य आपला आकाशातला मार्ग सुद्धा रोजच किंचित बदलत असतो. उत्तर गोलार्धामधील युरोप अमेरिकेत जिथे तो कधीच डोक्यावर येत नाही तिथेसुद्धा या चित्रात दाखवल्याप्रमाणे आपला मार्ग वर्षभर बदलत असतो. थंडीच्या दिवसात तो खालच्या खालीच पाचसहा तास फिरून मावळतीला जातो तर उन्हाळ्याच्या दिवसात सावकाशपणे सतरा अठरा तास थोड्या लांबच्या रस्त्यावरून आकाशात फिरत राहतो.

एकदा मी पहाटे उठून खिडकीबाहेर पाहिले तर अजून सूर्योदयाला उशीर असल्यामुळे बाहेर काळोखाचे साम्राज्य होते आणि कविवर्य भा रा तांबे यांच्या शब्दात सांगायचे झाले तर "घनतमी शुक्र बघ राज्य करी"त होता. पुण्याच्या वातावरणात इतर फारशा चांदण्या स्पष्ट दिसत नसल्या तरी त्या होत्याच. मी बाल्कनीत येऊन पाहिले तर थोड्या उंचावर तेजस्वी गुरुमहाराजही विराजमान होते. मी या दोघांना पटकन ओळखले आणि इंटरनेटवर थोडा शोध घेतल्यावर त्या दोघांच्यामध्ये शनिमहाराज असल्याचे समजले. मग थोडे निरखून पाहिल्यावर किंचित निळसर छटा असलेला हा मंद ग्रहसुद्धा सापडला. तोपर्यंत पहाट व्हायला आल्यामुळे सगळ्याच तारका मंद मंद होत अदृष्य झाल्या. त्या दिवसानंतर मला काही कारणाने कधीही लवकर जाग आली की मी लगेच खिडकीत जाऊन त्यांचे दर्शन घेतो. त्यांच्या मंद गति मला माहीत असल्यामुळे त्यांच्या आकाशातल्या स्थानामध्ये रोजच्या रोज फारसा फरक पडत नाही हे मला लहानपणापासून ठाऊक होते. त्यामुळे ते आधी ज्या ठिकाणी दिसले होते त्याच्या जवळपास दिसायचेच.


शनि हा ग्रह फारच मंद आहे, तो एकेका राशीत तब्बल अडीच वर्षे मुक्का ठोकून बसतो. गुरु त्या मानाने थोडा चपल आहे, दर वर्षी एका राशीने पुढे जातो. त्यामुळे महिनाभरात बोटभर सरकला आहे. शुक्र मात्र सूर्याच्याच वेगाने दर महिन्याला रास बदलतोच, शिवाय त्याच्याही कधी मागे तर कधी पुढे होतांना दिसतो. त्यामुळे महिनाभरात तो गुरु आणि शनि यांच्यापासून चांगला १५-२० अंशांनी दूर गेला आहे. माझ्याकडे चांगला कॅमेरा नसल्यामुळे मी इंटरनेटवरून आणि मित्रांकडून मिळालेल्या त्यांच्या आकृति खाली दिल्या आहेत. या आकृति दोन निरनिराळ्या खंडामधील असल्यामुळे आणि निरनिराळ्या अँगलमधून काढलेल्या असल्यामुळे त्या ग्रहांना जोडणारी रेषा वेगवेगळ्या बाजूने आणि कोनाने तिरक्या दिसतात, पण त्यांच्यामधील अंतरे मात्र प्रमाणातच आहेत.

चंद्र हा आपल्या पृथ्वीभोवतीच महिनाभरात प्रदक्षिणा घालतांना तेरा राशींमधून पुढे सरकतो. तो रोजच आदल्या दिवशीपेक्षा बारा अंशांनी पुढे जातो आणि महिनाभरात आकाशातल्या सर्व ग्रहांबरोबर एक एकदा तरी युति करतोच. मार्चच्या अखेरीस तो गुरु आणि शनि यांच्या जवळ येऊन गेला. तो शनिच्या तर इतक्या जवळ आलेला दिसला की आणखी काही काळात तो शनिला झाकून किंवा गिळून टाकेल की काय असे वाटले होते, पण तेवढ्यात सकाळ होऊन आकाशात उजेड झाला. कदाचित युरोपमधून ते दृष्य दिसलेही असेल.


दोन एप्रिलच्या पहाटे एक अद्भुत योग जुळून आला होता. तेरा वर्षांपूर्वी मी जेंव्हा ब्लॉग लिहायला सुरुवात केली तेंव्हा त्या पानावर काय लिहावे असा प्रश्न मला पडला होता. त्या काळात अचानक मला त्रयोदशीच्या पहाटेच्या लोभसवाण्या चंद्रकोरीचे दर्शन घडले आणि एक विषय मिळाला. त्यातूनच पुढे 'तोच चंद्रमा नभात' ही मालिका सुरू करून मी तिचे बत्तीस भाग लिहिले आणि माझ्या या छंदाला आकार आला. दोन एप्रिलच्या पहाटे चंद्रमा आणि शुक्र यांची युति होणार आहे हे मला आधीच समजले होते म्हणून मी मुद्दाम पहाटे लवकर उठून या नाजुक चंद्रकोरीचे आणि तिच्या शेजारीच तळपणाऱ्या तेजस्वी शुक्राचे दर्शन घेतले. दोघेही जवळजवळ तितक्याच तेजाने चमकत होते, डोक्यावर गुरु होताच आणि या दोघांच्या मधल्या जागेत शनि होता. शिवाय या वेळी बुध हा ग्रहसुद्धा चंद्राच्या जवळ येणार होता त्यामुळे त्याचा शोध घेणे सोपे झाले आणि बोनस म्हणून बुध या ग्रहाचे दुर्मिळ असे दर्शनही झाले. थोड्या वेळाने रविचा उदय होणारच होता. अशा प्रकारे सात वारांना ज्यांची नावे आहेत त्या सातापैकी सहा पहायला मिळााले. माझी खिडकीतली वेधशाळा अशी चांगली चालली आहे.


मंगळ हा ग्रह मात्र संध्याकाळच्या पश्चिमेच्या आकाशात असतो पण तो भाग माझ्या खिडकीमधून दिसत नाही. नऊ एप्रिलला त्याची चंद्राबरोबर अॅपॉइंटमेंट असल्याचे समजले तेंव्हा मी संध्याकाळच्या फिरण्यानंतर बाहेरच थोडा जास्त वेळ रेंगाळत राहिलो आणि चंद्राच्या आधाराने लालसर मंगळाला शोधून काढले. या वेळेलाही बोनस म्हणून जवळच असलेले मृग नक्षत्र आणि व्याधाचा तारा पहायला मिळाला. आणखी काही महिन्यांनी हे सर्वही पहाटेच्या आकाशात दिसायला लागतील आणि एकाद्या दिवशीचे आकाश निरभ्र असले तर दिसतीलही.