ஆன்மீகம் சொல்லும் காலத்தின் ரகசியத்தை புரிந்து கொள்ள, முதலில் அறிவியல் தேடும் பிரபஞ்ச ரகசியங்கள் என்ன என்பதை தெரிந்து கொள்வோம்.

ஆகாயவிரிவு, சூரியன், நட்சத்திரங்கள், பூமி, காற்று, நீர், நிலம், புல், பூண்டு, விலங்கு, மனிதன், செயற்கை, இயற்கை, என எல்லாம் சேர்ந்த மொத்த அமைப்பு தான் பிரபஞ்சம். இது எதார்த்தத்திலேயே எல்லோராலும் அறியக் கூடியது தான்.

பிரபஞ்சத்தின் மொத்தத்தையும் சுருக்கமாக ‘‘பொருள்-வெளி-இயக்கம்’’ என்கிறது அறிவியல். பிரபஞ்சத்தின் அனைத்தும் இதில் அடங்கி விடுகிறது, என்பதை அனேகமாக எல்லா விஞ்ஞானிகளும் ஏற்றுக்கொள்கிறார்கள். ஆனால் இந்த ‘‘பொருள்-வெளி-இயக்கம் என்பவைகள் எப்படி உருவானது, எப்படி இயங்குகிறது என்பதில் தான் பல்வேறுபட்ட கருத்துக்கள்.

பிரபஞ்ச தோற்றம் குறித்து பல்வேறுபட்ட கருத்துக்கள் நிலவினாலும், இன்று பெருவாரியான விஞ்ஞானிகள் ஏற்றுக்கொள்வது ‘பெரும்வெடிப்பு (bigbang) மற்றும் ‘அடிப்படை துகள்பிணைப்பு’ கொள்கைகளைத் தான்.

‘‘பிரபஞ்ச அடிப்படை பொருள்திணிவு பந்திலிருந்து(bigbang) வெடித்துசிதறி பறந்து விரிந்தது தான் இந்த பிரபஞ்சப்பொருட்களும் இயக்கங்களும்’’ என சிலவிஞ்ஞானிகளும், ‘‘பரந்து விரிந்து கிடக்கும் பிரபஞ்ச அடிப்படை துகள்களின் ‘பரஸ்பர ஈர்ப்பு - விலக்கு’ விசைகளினால் உறுவானதே இந்த பிரபஞ்சத்தோற்றம்’’ என சில விஞ்ஞானிகளும் விளக்குகின்றனர். மொத்தத்தில் ‘‘பிரபஞ்ச அடிப்படை பொருள் எனும் மூலத்தின் பரிமாற்றங்களும் பரிணாமங்களுமே இப்பிரபஞ்சத்தோற்றம்’’என்பது அறிவியல்துறையின் ஒட்டுமொத்த விளக்கம்.

பிரபஞ்ச அடிப்படைபொருள் எது? அது எப்படிஉருவானது? அதன்இயக்கம் என்ன? இயக்க காரண காரியம் என்ன? இவைகளை கண்டுபிடித்துவிட்டால் பிரபஞ்ச ரகசியங்களையெல்லாம் விளக்கிக்கொள்ளலாம் என்பது அறிவியலாளர்களின் நம்பிக்கை.

பிரபஞ்ச அடிப்படை பொருள் எது? என்பதை கண்டுபிடிக்க பொருளை பிரித்துத் பிரித்து மூலக்கூறு, அணு, அணுத்துகள்கள், குவாண்டங்கள், போட்டான்கள் என பல நுணுக்கங்களை கண்டுபிடித்திக்கிறார்கள்.

அணுத்துகள்களுக்கு கீழ்நிலையான குவாண்டங்களைப் பற்றி புரிந்துகொள்வது கடினம். எளிமையாகச் சொன்னால் குவாண்டகளை ‘ஒளித்துகள்கள்’ எனலாம். ஆனால் அதை முழுமையான விளக்கம் என்றிட முடியாது.

ஒளி என்பது ஒத்த கணத்தில் துகளாகவும், அலையாகவும் இருக்கலாம் என்பது ஒளிதன் அடிப்படை தத்துவம். ஒளியை துகளா அலையா எனநிர்ணயிப்பது கடினம். ஒளியானது துகளாகவும் இருக்கலாம் அலையாகவும் இருக்கலாம் - அது அறியப்படும் அல்லது அளக்கப்படும் கருவிகளைப் பொருத்தது என குவாண்டவியல் இறுதி வரையறை தருகிறது.

பொருளைப் பிரித்தால் அணுக்கள். அணுவைப்பிரித்தால் அணுத்துகள்கள். அணுத்துகளை நுணுக்கினால் குவாண்டங்கள். குவாண்டங்களுக்கீழ் என்ன இருக்கிறது? இதை கருவிகளைக் கொண்டு அறியமுடியாது என்பதை குவாண்டவியல் அறிஞர்கள் தெளிவாக புரிந்து கொண்டார்கள்!

கருவிக்கு கருவி குவாண்டங்களின் தன்மைகள் நிச்சயமற்ற நிலையில் மாறுபடுகின்றன. நிலையை நிச்சயிக்காமல் அதுகுறித்த ஆய்வை அல்லது அறிவை பெறமுடியாது என்பது எதார்த்த உண்மையாக இருக்கிறது.

‘அறியப்படும் அறிவைப்(கருவியை) பொருத்தே ஒளியின் தன்மை’ என்ற தத்துவம் புரிந்துபோன விஞ்ஞானிகளுக்கு ‘ஒளியின் நிச்சயமில்லாத் தன்மைகளைத் தாண்டி அறிவியல் அறிவை செலுத்தமுடியாது’ என்பதுவே இன்றுவரை கிடைத்திருக்கும் தீர்க்கமான பதில். பொருள் அறிவியலால் ஒளிவரை மட்டுமே பயணிக்கமுடியும். அதை தாண்டிய விளக்கங்களுக்கு, பொருள்அறிவியலுக்கு அப்பாற்பட்ட ஒரு அறிவு அவசியம். இதை இன்றைய நவீன விஞ்ஞானிகள் ஒப்புக்கொள்கிறார்கள்.

பொருள் அறிவியல் என்றால் என்ன? அதற்கு அப்பாற்பட்டஅறிவு என்பது என்ன? அது ஏன் அவசியமாகிறது? இதற்கான விளக்கங்களை புரிந்துகொண்டு தொடர்ந்து பிரபஞ்ச இரகசியங்களை ஆராய்வோம்.

http://tamilarivu.blogspot.com/2008/08/11.html

பொருள் என்பது என்ன?

‘அணுத்துகள்களின் பரஸ்பர பிணைப்பு நிலையான அணுமூலக்கூர்களின் கோர்வையே பொருள்’ என்கிறது அறிவியல். அணுத் துகள்களே அணுக்களாகவும் அணுக்களே மூலக்கூர்களாகவும், மூலக்கூர்களே பொருட்களாகவும், பொருட்களே பிரபஞ்சத்தின் அனைத்துமாகவும் பரந்து விரிந்து வியாபித்துள்ளது என்கிறது அறிவியல்.

நுண்ணோக்கி வழி பொருளை கூர்மைப்படுத்தி பிரித்து பிரித்து செல்லும் போது மூலக்கூறு நிலையில் இருந்தே பொருளை ஒளியாக தான் காண முடியும். அணுக்களை எல்லாம் அணு நிலையில் ஒளியாக தான் அறிய முடியம். அணுத்துகள்கள் எனப்படும் எலக்ட்ரான், புரோட்டான், நியூட்ரான் போட்டான் என்பவைகள் எல்லாம் ஒளிநிலையில் தான் அறியப்பட்டுள்ளன.

ஒளி தான் இன்றுவரை அறிவியல் நிர்ணியத்துவைத்துள்ள இறுதிப்பொருள் அல்லது மூலபொருள்.

ஒளி - இது ஆற்றலில் ஒருநிலை, அல்லது ஒருவகைஆற்றல் என்கிறது அறிவியல்.

பொருள் என்றால் என்ன? அதில் என்ன இருக்கிறது? என பொருளை நுணுங்கி, நுணுங்கி திரும்பத்திரும்ப ஆராய்ந்த விஞ்ஞானிகளுக்கு எஞ்சியது ‘‘ஒளியின் நிச்சயமற்ற தன்மை (துகள்-அலை)’ மட்டுமே. அணு, அணுக்கரு, அணுத்துகள்கள் இதெல்லாம் E=mc^ சமன்பாடுபடி தூயஆற்றலாகி விடும் என்கிறார் பேரரிஞர் ஐன்ஸ்டீன். அப்போது பொருள் என எதுவுமே இல்லை. எல்லாமே ஆற்றல்கள் என்ற முடிவுக்குத்தான் வருகிறார்கள் விஞ்ஞானிகள்.

இங்கு மேற்சொன்ன அறிவியல் விளக்கங்களுள் எல்லாம் நுழைய வேண்டாம்

பொருள் என்றால் என்ன என்ற கேள்விக்கு ஒரு எளிமையான விளக்கத்தை எடுப்போம்.

பொருள் என்றால் துகள்நிலை. அதாவது மையமும் எல்லையும் உள்ளநிலை. அது அணுதுகளானாலும் சரி, பூமியானாலும் சரி, அளவு தான் சிறிது பெரிது என இருக்குமே தவிர எல்லாம் பொருள் தான். எல்லை(உருவம்) உள்ள எல்லாம் பொருள் தான்.

வெளி என்றால் பொருளுக்கு நேர் எதிரானது. அதற்கு எல்லையும் இல்லை மையமும் இல்லை.
உதாரணமாக ஒரு கல்லை எடுக்கொள்ளலாம். அதற்கு மையமும் எல்லையும் இருக்கிறது. ஆனல் கல்லை சுற்றிய வெளிக்கு எல்லையும் இல்லை மையமும் இல்லை.

அடுத்து இயக்கம் குறித்து பார்க்கலாம்

இயக்கம் என்பது பொருளும் வெளியும் பரஸ்பரம் நிலைமாற்றம் கொள்வது. இங்கு ஒன்றை தெளிவாக புரிந்துகொள்ள வேண்டும். ஓடுதல், நடத்தல். சுற்றுதல், பறத்தல் இதெல்லாம் கூட்டு இயக்கங்கள். இந்த இயக்கங்களுக்கு எல்லாம் மூலமாக அல்லது அடிப்படையாக இருப்பது நிலைமாற்ற இயக்கம் தான்.

பொருள் வெளியாகும், வெளிபொருளாகும் இதுதான் அடிப்படைஇயக்கம். ஈர்ப்பு விலக்கு இதெல்லாம் இரண்டாம் படி இயக்கங்கள் தான்.

உதாரணத்தில் சொல்லவேண்டுமானால்

கம்யூட்டர் மொழி, சிப்புகள், டிரான்சிஸ்டர், மின்சார இயக்கம், திரைபடம், தொடர்விளக்கு இப்படி எல்லா இயக்கங்களையுமே சொல்லலாம். இந்த இயக்கங்களில் எல்லாம் அடிப்படை தோன்றி மறைதல் மட்டும் தான். அதாவது ஆன், ஆப். இது தான் அடிப்படை இயக்கம். அதில் ஆன் பொருள். ஆப் வெளி இந்த இரண்டும் மாறிமாறி வருவது தான் அடிப்படை இயக்கம்.

நாம் இயல்பு வாழ்க்கையில் இயக்கத்தை தொகுப்பு இயக்கமாகவும், அதன்மீது செலுத்தப்படும் அறிவை தொகுப்பு அறிவாகவும் கொள்வதால் இயக்கங்கள் பலவிதமாக தெரிகிறது. (இதுகுறித்து விரிவாக அறிவு பகுதியில் பார்க்கலாம்)

‘‘பொருள்-வெளி’’ நிலைமாற்றமே இயக்கம் இது புரிந்திருக்கும் என நினைக்கிறேன்.

அடுத்து ஆற்றல் குறித்து பார்ப்போம்

இயக்கம் இயங்க காரணமாக இருப்பது, அல்லது இயக்கத்தை இயக்குவதை ஆற்றல் என்கிறோம். உதாரணமாக:&- அணு ஒரு பொருள். அணுவில் எலக்ட்ரான் சுழல்வது இயக்கம், எலக்ட்ரானை சுழற்றுவது ஆற்றல். நாம் ஒரு பொருள். நாம் ஓடுவது, சாடுவது, பேசுவது, உயிர்வாழ்வது இதெல்லம் இயக்கம். நாம் ஓட, ஆட, பேச, காரணமாக இருப்பது ஆற்றல்.

இயக்கம் இயங்க ஒரு இயக்குஇயக்கம் தேவை. அந்த இயக்குஇயக்கமே ஆற்றல்.

அதாவது ஒரு இயக்கத்திற்கு இன்னொரு இயக்கம் ஆற்றலாகிறது.

பிரபஞ்சத்துள் பலவகை ஆற்றல்கள் உள்ளது என்கிறது அறிவியல். ஒளிஆற்றல், வெப்பாற்றல், நிறைஆற்றல், காந்தஆற்றல், வேதிஆற்றல், உயிர்ஆற்றல், உணர்வாற்றல், நினைவாற்றல் என்பன பலஆற்றல் வகைகள். இது அல்லாமல் இன்னும் பல ஆற்றல் வகைகள் இருக்ககூடும் என்பதையும் அறிவியல் மறுப்பது இல்லை.

இப்படி பல்வேறு வகை ஆற்றல்களை அறிவியல் வியம்பினாலும், ஒளியாற்றல் தான் எல்லாவற்றிற்கும் மூல ஆற்றலாக கூறப்படுகிறது. ஒளியே மற்ற பல ஆற்றல் களாகவும் மாற்றப்படுவதாக அறிவியல் விளக்குகிறது.

ஒளி என்பது என்ன? அதிவேக இயக்கம் தான் ஒளி.

எந்த ஒரு பொருளும் ஒளியின் வேகத்தில் இயங்குமானால் அந்த பொருள் ஒளியாகிவிடும் என்று தானே ஐன்ஸ்டீன் அவர்களின் E=mc^ சமன்பாடு சொல்கிறது.

தெண்டுல்கர் மட்டையில் பட்ட பந்து ஒளியின் வேகத்தில் மைதான எல்லையை கடக்கு மானால் பார்வையாளர்கள் கண்ணில் படுவது எல்லாம் மட்டையோ பந்தோ அல்ல மாறாக மின்னல்(ஒளி) மட்டுமே.

மனிதஅறிவு இன்று வரை அறிந்திருக்கும் உச்சவேகம் ஒளியின் வேகம் தான். உச்சவேகத்தில் இயங்கும் ஒரு பொருளை மனிதஅறிவு ஒளியாக தான் அறிகிறது. உங்கள் வீட்டு மின்விசிறியை வேகமாக சுழலவிட்டுப் பாருங்கள். கண்ணுக்கு தெரிவது ஒளி மட்டுமே.

ஒளி என்பது அலை மற்றும் துகள் நிலைகளின் நிச்சயமற்ற வெளிப்பாடு. அதாவது துகளாகவும் இருக்க வேண்டும் அலையாகவும் இருக்க வேண்டும். இந்த இரண்டு நிலைகளும் ஒத்த கணத்தில் இருக்கவேண்டும். அதுதான் ஒளி. அப்படியானல் அங்கு கணிக்கமுடியாத அதிவேகம் இருக்க வேண்டும். அதாவது தொடர் இயக்கம் இருக்க வேண்டும். இந்த தொடர் இயக்கத்தை தான் ஆற்றல் என்கிறோம்.

சுருக்கமாக தொகுத்து சொல்கிறேன்.

1. மையமும் எல்லையும் உள்ள நிலையை பொருள் என்கிறோம்

2. மையமும் எல்லையும் இல்லாத நிலையை வெளி என்கிறோம்.

3. பொருளும் வெளியும் நிலைமாற்றம் கொள்வதை இயக்கம் என்கிறோம்

4. இயக்கம் இயங்க காரணமாக இருக்கும் இயக்கத்தை ஆற்றல் என்கிறோம்

5. ஆற்றலை அதிவேக இயக்கமாக அறிகிறோம்.

இபபோது நம்முன் வந்து நிற்கும் அடுத்தடுத்த கேள்விகள்

1. இந்த பிரபஞ்சத்தில் நிலவும் ஒவ்வொரு இயக்கத்திற்கும் இன்னொரு இயக்கம் ஆற்றலாக இருந்துவருகிறது. அப்படி பார்க்கும் போது பொருள் வெளியாகவும், வெளி பொருளாகவும் மாறும் அடிப்படை இயக்கத்திற்கு எது ஆற்றல்? அது எபபடி வந்தது?

2. பொருளில் ஆற்றல்கள் தான் நிறைந்திருக்கிறது என்பது சரி. அப்படியானால் வெளியில் என்ன இருக்கிறது? அது ஏன் வேறுபட்டு நிற்கிறது.?

3. நிலை என்றால் என்ன? அது எப்படி வந்தது?

இந்த கேள்விகளுக்கான விளக்கங்களை அடுத்தப்பதிப்பில பார்க்கலாம்.

http://tamilarivu.blogspot.com/2008/09/12.html

 அனைவருக்கும் அறிவகத்தின் ஓணம் நல்வாழ்த்துக்கள்...

சென்ற பதிவில் நமக்குள் எழுந்த கேள்விகள் 1. நிலை என்றால் என்ன? அடிப்படை(ஆரம்ப) ஆற்றல் என்ன? இங்கு அது குறித்து பார்ப்போம்

நிலை என்பதை தான் அறிவு என்கிறோம். முதல் நிலை, இரண்டாம் நிலை, மூன்றாம் நிலை, மொத்தநிலை என சொல்கிறோம் அல்லவா? அதே அர்த்தத்தில் தான் இங்கு நிலையையும் குறிப்பிடப்படுகிறது.

பிரபஞ்ச அடிப்படையில இரண்டே நிலைகள் தான் 1, அறிநிலை. 2. அறியா நிலை. அறிநிலையை பொருள் என்கிறோம். அறியா நிலையை வெளி என்றோம். பொருளும் வெளியும் நிலைமாறுவது இயக்கம். அந்த இயக்கத்தின் தொடர்ச்சி ஆற்றல். அந்த ஆற்றல்களின் ஒருங்கிணைந்த தொகுப்பு அறிவு.

உதாரணமாக நாம் மூளையில் அறிவு பதிவதை எடுத்துக்கொள்வோம். நம் மூளையில் உடல் இயக்கத்தால் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நினைவு பதிகிறது. இந்த நினைவுகள் ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்புடைய ஒருங்கிணைந்த நிலையிலேயே பதிகின்றன. அதாவது நமது மனதுள் ஏற்கனவே பதிந்துள்ள ஒரு நினைவை தொடர்புபடுத்தியே அடுத்த நினைவு பதிகிறது.

ஒரு குழந்தை புதிதாக ஒரு கழுகை பார்ப்பதாக வைத்துக்கொள்ளுங்கள் அது நம்மிடம் சொல்லும்போது அது காக்கா மாதிரி இருந்தது. அது மாதிரி இருந்தது இதுமாதிரி இருந்தது என்றெ சொல்கிறது. அதே அடிப்படையில் தான் நினைவும் பதிகிறது. நான், என் அம்மா, என் அப்பா எனது எனது என்று தனக்கு தொடர்புடைய ஒவ்வொன்றாகவே நினைவில் பதிகிறது. அதே தத்துவம் தான் பிரபஞ்சத்தின் அத்துனை அறிவிலும் இருக்கிறது.

ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்புடைய ஆற்றல்களின் கோர்வை(கட்டமைப்பு) அறிவு எனப்படுகிறது.

அறிவு என்றால் மனிதனுள் இருக்கும் நினைவு மட்டுமே அல்ல. இதை முதலில் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். நினைவு, சிந்தனை, இவையெல்லாம் மனிதனுள் இருக்கும் குறிப்பிட்ட சில அறிவுகள் அவ்வளவே.

அறிவு என்பது ஒருங்கிணைந்த ஆற்றல்களின் கட்டமைப்பு. இது புரிந்து இருக்கும் என நினைக்கிறேன். (மேலும் விரிவான விளக்கங்களை காலம் பகுதியில் பார்க்கலாம்.)

அடுத்து பொருள்அறிவு குறித்து பார்ப்போம்

மனிதர்களாகிய நாம் பொருளை மட்டுமே அறியும் ஆற்றல்களை பெற்றுள்ளோம். வெளியின் இயக்கங்கள் எதையும் நமது அறிவு அறிவதில்லை. இரு பொருட்களை அறியும் நமக்கு, இரு பொருட்களுக்கும் உள்ள இடைவெளியில் என்ன இருக்கிறது என்பதை அறிய முடிவதில்லை.

பொருட்களை மட்டுமே அறியும் அறிவுத்தொகுப்பு பொருள்அறிவு எனப்படுகிறது.

பொருள் அறிவு பொதுவாக மனிதனுள் இயல்பறிவு, கருவியறிவு என்ற இரண்டு நிலைகளில் சாத்தியப்படுகிறது.

இயல்பறிவு என்பது மனிதன் உடல்உறுப்புகள் வழியாக நேரடியாக பொருளை உணர்ந்து கொள்ளும் அறிவு. கருவியறிவு என்பது கருவிகளின் உதவியுடன் மனிதன் பொருளை அறிந்து கொள்ளும் அறிவு.

உதாரணமாக: கல்லை நம்மால் நேரடியாக அறியமுடியும். ஆனால் கல்லின் அணுக்களை அறியமுடியாது. அதேநேரத்தில் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி என்ற கருவியை பயன்படுத்தி நம்மால் கல்லின் அணுக்களை அறிய முடியும். இதேபோல தான் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள ஒளி, ஒலி, வெப்பம், நிறை, மின், வேதி, என எல்லாவகை ஆற்றலிலும் குறிப்பிட்ட தன்மைகளை (நிலைகளை) மட்டுமே நம்மால் இயல்பாகவும், கருவி உதவியுடனும் அறியமுடியும்.

குறிப்பிட்ட ஒளிகளை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் (கண்ணுரு ஒளி)
குறிப்பிட்ட ஒலிகளை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் (10 முதல் 20 டெசிபல் வரை)
குறிப்பிட்ட நிறையை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் ( )
குறிப்பிட்ட வெப்பத்தை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் ( )
குறிப்பிட்ட ஆற்றல்களை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் (ஒளி, வெப்பம், நிறை, மின்)
குறிப்பிட்ட இயக்கங்களை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம் (இடம்ப்பெயர்ச்சி, சுழல்)
குறிப்பிட்ட பொருட்களை மட்டுமே நாம் அறிகிறோம்(நிலம்,நீர்,நெருப்பு,வாயு,வான்)

பிரபஞ்சத்தில் நிலவும் வெளியை நம்மால் அறியமுடியாது. ஏனெனில் அவற்றை அறிவதற்கான அறிவு நம்மிடம் இல்லை. ஆனால் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள பொருள் அனைத்தையும் நம்மால் அறியமுடியும். (இங்கு பொருள் என குறிப்பிடப்படுவது திட, திரவ நிலையில் உள்ள பொருட்களை மட்டுமல்ல, காற்று, அலை, பிளாஸ்மா, அணுத்துகள் போன்ற நமது இயல்பறிவால் அறியமுடியாத பொருளையும் உள்ளடக்கிய மொத்தத்தையும் குறிப்பிடுவதே பொருள்)

பொருள் அறிவு, இயல்பறிவு, கருவியறிவு இவை புரிந்திருக்கும் என நினைக்கிறேன்.

அடுத்து பொருள் அறிவுக்கு அப்பாற்பட்ட அறிவு குறித்து பார்ப்போம்.

பிரபஞ்ச பொருளை நம்மால் எளிதில் அறியமுடிவது போல வெளியை அறியமுடிவதில்லை. வெளியில் என்ன இருக்கிறது என்பதை அறிய முடியாவிட்டாலும், எதுவுமே இல்லாத நிலையை அறியும்அறிவு மட்டும் நம்மிடம் உள்ளது. வெளியை பொருத்தவரை நம்மிடம் இருக்கும் ஒரே அறிவு எதுவுமேஇல்லை என்பது மட்டுமே.

பொருளை தாண்டிய வெளியை அறியும் அறிவை தான், பொருள்றிவுக்கு அப்பாற்பட்ட அறிவு என்கிறோம். வெளியில் என்ன இருக்கிறது? என்ன நிகழ்கிறது? அதன் இயக்க என்ன? என்பதை அறிந்துகொள்ளும் அறிவு வெளியறிவு. அனால் பொருளறிவில் கட்டப்பட்டுள்ள நமக்கு அது சாத்தியப்படாது. ஒன்று பொருளை அறியமுடியும் அல்லது வெளியை அறியமுடியும். இந்த இரண்டையும் ஒரே கணத்தில் அறிய முடியாது. அதாவது ஆன்(on) அல்லது ஆப்(off). இந்த ஆன்(on) ஆப்(off) நிலைகளை ஒரே காலத்தில்(நொடியில்) அறிய முடியாது.

இங்கு ஒரு ஐயம் வரலாம். அப்படியானால் பொருளை ஒதுக்கி வெளியில் என்ன இருக்கிறது என்பதை மட்டும் ஒரு கணத்தில் அறிய முடியும் தானே.

இப்படி சிந்தித்த சித்தர்கள் பொருளை ஒதுக்கி(இது மனிதனில் அவ்வளவு எளிதானது அல்ல) வெளியை மட்டும் ஆராய்ந்தார்கள். ஆனால் அவர்களால் வெளியின் நிகழ்வுகளை புரிந்து கொள்ள முடிந்ததே தவிர அதை பொருளறிவில் விளக்க முடியிவில்லை. விளக்கவும் முடியாது. ஏனெனில் அப்படி விளக்க நினைக்கும்போதே அங்கு பொருளறிவு வந்துவிடுகிறது.

சில ஆன்மீகவாதிகள் பொருளறிவை விட வெளியறிவு சிறந்தது. மேலானது, உன்னதமானது, தெய்வீகமானது எனவெல்லாம் சொல்வது சுத்த பொய், மூடத்தனம். உண்மையில் பொருளறிவும் வெளியறிவும் சமபலம் வாய்ந்ததே. இதை நாம் எளிமையாகவே புரிந்து கொள்ளலாம்.

ஒவ்வொரு இயக்கத்துக்கும் அதற்கு இணையான எதிர்இயக்கம் உண்டு என்பது நியூட்டனின் மூன்றாம் விதி. பொருளுக்கு நேர்எதிர் அறிவை(நிலையை) உடையதே வெளி. எனவே பொருளும் வெளியும் தன்மையிலும் மேன்மையிலும் இணையானதே தவிர ஒன்றை விட ஒனறு மேன்மையானது அல்ல.

இந்த பதிவின் சுருக்கம்:

1. மையமும் எல்லையும் உள்ள நிலை பொருள்
2. மையமும் எல்லையும் இல்லாத நிலை வெளி
3. பொருளும் வெளியும் நிலைமாறுவது இயக்கம்.
4. ஒரு இயக்கம் மற்ற(வேறொரு) இயக்கத்தை ஏற்படுத்துமானால் ஏற்பட்ட இயக்கத்துக்கு ஏற்படுத்தும் இயக்கம் ஆற்றல்.
5. ஒருங்கிணைந்த ஆற்றல்களின் கட்டமைப்பு அறிவு.
6. மையமும் எல்லையும் உள்ள ஆற்றல்கட்டமைப்பு(அறிவு) பொருளாக கொள்ளப்படுகிறது.
7. பொருளை மட்டும் அறியும் அறிவு பொருளறிவு, பொருளுக்கு அப்பாற்பட்ட வெளியை அறியும் அறிவு வெளி அறிவு.

இப்போதும் நமக்கு முன் வந்து நிற்கும் கேள்விகள்

1. மையமும் எல்லையும் உள்ள நிலை பொருள் என்பது சரி. அந்த நிலையில் பொருளாக என்ன இருக்கிறது?
2. முதல் நிலை பொருளில் இருக்கும் முதல்அறிவு என்ன? அல்லது ஆரம்ப ஆற்றல் எது?
3. பொருளும் ஆற்றலும் எப்படி வந்தது? எப்படி பிரபஞ்சமாக வியாபித்தது?

இந்த கேள்விக்கு விடைதேடும் முன்னர் காலம் குறித்து கொஞ்சம் விளக்கிக்கொள்ளலாம்

http://tamilarivu.blogspot.com/2008/09/13.html

இன்று விஞ்ஞானத்திற்கு சவால விடும் கேள்வி இது தான். இதற்கு விடைகிடைத்து விட்டால் நிச்சயமாக 60 ஆயிரம் கோடி ரூபாயில் தீபாவளி கொண்டாட துணியமாட்டார்கள் ( அதாங்க காசை கரியாக்குறது மன்னிக்கவும் கருந்துளையாக்குகிறார்களாம்). சரி நாம் தேடிப்பார்ப்போம்.

காலம் என்பது என்ன?

போன விநாடி, இந்த விநாடி, அடுத்த விநாடி இப்படி தான் நாம் காலத்தை எதார்த்தமாக சொல்வோம். விஞ்ஞானிகள் இன்னும் கொஞ்சம் நுணுக்கமாக அணுவுக்குள் அணுதுகள்களின் அலைவீச்சு அளவை வைத்து மீச்சிறு விநாடிகளாக சொல்வார்கள்.

நாம் தனி ஊசலின் அளவை விநாடி என்கிறோம். அணுவியல விஞ்ஞானிகள் அணுதுகள் அலைவீச்சை விநாடி என்கிறார்கள் அளவு தான் வித்தியாசமே தவிர இயக்கம் ஒன்று தான்.

சரி அலைவீச்சு தான் காலமா? இல்லை. அலைவீச்சு என்பது நமக்கு காலத்துக்கான ஒரு அளவீடு. அதாவது காலத்தை அளக்க அல்லது தெரிந்து கொள்ள நாம் ஏற்படுத்திக்கொண்ட ஒரு அளவீடு.

காலத்தை விநாடி, மைக்ரோ செக்கென்ட, நேனே செக்கென்ட் என்ற அளவீடுகளை வைத்து கணிக்கிறோம். அல்லது அடையாளப்படுத்திக்கொள்கிறோம்.

காலத்தை அளக்கும் கருவிகள் பெரும்பாலும் குறிப்பிட்ட அலைவீச்சை வைத்தே இயங்குகின்றன. அதாவது காலத்தை அளவிடுகின்றன.

அலை வீச்சு என்பது என்ன என பார்ப்போம்

அலைவீச்சு என்பதை முதலில் குவாண்டவியல் தத்துவத்தில் பார்க்கலாம்

ஒளியின் இயக்கத்தை தான் குவாண்டவியலில் அலைவீச்சாக குறிப்பிடுகிறார்கள்.

ஒளியின் என்றால் துகளும் அலையும் மாறிமாறி வரும் ஒரு நிலை. கண்ணொளி, சூரிய ஒளி, மின்காந்த ஒளி இதெல்லாம் ஒளியின் வகைகள் அதாவது துகளும் அலையும் மாறிமாறி வரும் நிலையின் வகைகள்.

துகளும் அலையும் மாறி மாறி வருவது அதாவது ஆன்( on ), ஆஃப்(off ) இது தான் ஒளி. இதின் இயக்க வித்தியாசத்தையும் அறிவையும் பொருத்து ஒளியின் வகைகள் மாறுபடும். அந்த மாறுபாடுகளை தான் நாம் மைக்ரோ ஒளி, லேசர் ஒளி, எஃஸ் கதிர்கள், சூரிய ஒளி, கண்ணுரு ஒளி எனவெல்லாம் பெயரிட்டு அழைக்கிறோம்.

சரி அப்படி ஆன்(on) ஆஃப்(off ) ஆக மாறுவது எது என கேட்டால் இப்போதைக்கு பொருள்- வெளி என எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். பொருளாக இருப்பது என்ன என்பது குறித்து அறிவு விளக்கப்பகுதியில் பார்க்கலாம்.

பொருள் இருக்கு(on), இல்லை(off ). இதுதான் ஒளி. இந்த இயக்கம் தான் மின்காந்த அலைகள், அணுக்கரு உட்பட எல்லா அற்றல்களிலும் இருக்கிறது. பொருட்களிலும் இருக்கிறது.

இங்கு ஒளியின் இயக்கம் குறித்து ஒரு எதார்த்த ஐயம் வரலாம்.

ஆன் ஆப் தான் ஒளி என்பது சரி. ஆனால் அது எப்படி நகர்கிறது? ஒளியின் வேகம் என்றெல்லாம் சொல்கிறார்களே அது எப்படி இடம்பெயர்கிறது?

உதாரணத்தில் விளக்கலாம். நிலையாக இருக்கும் ஒரு கடுகை(துகள்) நாம் கண்ணனால் பார்க்கிறோம். அது நிலையாக இருக்கும் போது கடுகு பொருள். அதை சுற்றியுள்ள பகுதி வெளி. இங்கு இனி கடுகு திசைவேகத்தில் இயங்குவதாக எடுத்துக்கொள்வோம். கடுகு நகர்கிறது. அப்போது நாம் மேல் சொன்ன தத்துவப்படி கடுகு மறைந்து அங்கு வெளி வரவேண்டும். வெளி மறைந்து கடுகு வர வேண்டும். கடுகு நகரக்கூடாது. தோன்றி மறைய வேண்டும் அப்படி தானே. ஆம் அது தான் அங்கும் நடக்கிறது.

கடுகு நகருகையில் நமது பார்வையும் நகர்குறது. அப்போது கடுகு வெளியை விலக்கி செல்வதாக நாம் அறிகிறோம். ஆனால் அங்கு நமது பார்வை நகரவில்லை கடுகு மட்டும் நகர்வதாக வைத்துககொள்வோம். நாம் அறிவது என்ன? கடுகு மறைந்து விட்டது அவ்வளவு தான். நமது பார்வையும் நகர்வதால் கடுகு தோன்றி மறையாமல் நகர்வதாக நாம் அறிகிறோம்.

கம்பியூட்டர் மொழி தெரிந்தவர்களுக்கு இது எளிதில் புரியும். கம்பியூட்டர் ஹார்ட் டிஸ்க் அல்லது செல்போன் சிம், மெம்மரி காடுகளில் இந்த இயக்கத்தை நேரடியாகவே புரிந்து கொள்ளலாம். ஒருபுள்ளி அனைந்து மறுபுள்ளி தோன்றுவதில் தான் கம்பியூட்டர் மற்றும் மெம்மரிக்கார்டின் அடிப்படைமொழி(இயக்கம்) இருக்கிறது.

சரி அலைக்கு வருவோம் பொருள்(துகள்) அனைந்து மறைந்து மற்றதுகள் வருகிறது. ஆனால் அது எப்படி நகர்கிறது? அங்கு தான் அலை தத்துவம் புரியக்கிடக்கிறது. அலை என்றால் அதற்கு எல்லை கிடையாது அதே நேரத்தில் பொருளுக்கு எல்லையும் மையமும் இருக்கிறது. ஒரு பொருள் அலையாகும் போது அது தனது மையத்தையும் எல்லையையும் இழந்துவிடுகிறது. மீண்டும் அது பொருளாகும் போது சூழலுக்கு ஏற்ப அதாவது வெளிக்கும் பொருளுக்கும் உள்ள அறிவுக்கு ஏற்ப மைத்தையும் எல்லையையும் நிர்ணயித்துக்கொள்கிறது.

உதாரணமாக ஒரு கல்லை கிழக்கு நோக்கி நாம் நகரத்தக்க ஆற்றலை கொடுக்கும் போது, அதன் இயக்கம் (வெளியாகி மீண்டும் பொருளாகுகையில்) கிழக்கு நோக்கி நகரக்கூடிய அறிவை கிரகித்தே கிழக்கில் மீண்டும் தன் மையத்தையும் எல்லையையும் நிர்ணயித்துக்கொள்கிறது. இது தான் அடிப்படை நகர்ச்சிக்கான தத்துவம்.

அடுத்து காலம் பற்றிய அடிப்படைக்கு போவோம்.

காலம் என்பது இயக்கத்தின் அளவீடு. இது அல்லாமல் காலம் என எதுவும் இல்லை. காலம் என ஒன்று தனியே இல்லை. காலம் ஒரு மாயையே அல்லாமல் உண்மை அல்ல.

சரி உதாரணங்களுடன் பார்ப்போம்.

பொருளும் வெளியும் பரஸ்பரம் நிலைமாறுவது இயக்கம். இந்த இயக்கத்தின் படிப்படியான நிலைகளின் அளவீடை தான் காலம் என்கிறோம். இந்த அளவீடு எனபது அளக்கும் அல்லது அறியும் பொருளை பொருத்தது. இதற்கு ஐஸ்ஸ்டீனின் சார்பியல் த்ததுவமே மிகச்சிறந்த ஆதாரமாக இருக்கிறது.

காலம் என்பது இயக்கத்தின் அளவீடு. அது அளக்கும் அல்லது அறியும் கருவியை(பொருளை) பொருத்தது என்பது சரி.

ஆனால் நமக்குள் இங்கு எதார்த்தமாக எழும் ஐயம்

ஒரு விதை செடியாகி மரமாகி பூவாகி காயாகி விதையாகிறது இது ஒரு காலசுற்று. ஆனால் உயிரற்ற பொருட்களில் அப்படி இல்லையே கல் மண்ணாகிறதே தவிர மண் மீண்டும் கல்லாவதில்லையே.

இங்கு தான் அறிவு தேவைப்படுகிறது.

நம்முடைய(மனிதனுடைய உயிரிகளுடைய) அறிவு வளர்ச்சிதைவோடு ஒத்துபோய் விட்டது.

ஒரு திரைப்பட சுருளை பின்னோக்கி சுற்றினால் இயக்கங்கள் பின்னோக்கி வநதவண்ணமே நகர்கிறது. ஆனால் நமது எதார்த்த வாழ்க்கையில் அது சாத்தியப்படுமா? அதாவது குழந்தை குமரனாகி கிழவனாது போல. அதே சீரோடு அச்சு பிழையாமல் கிழவன் குமரனாகி குழந்தையாக முடியுமா?

இது கொஞ்சம் அநாகரீகமான உதாணம் தான் அனால் புரிந்து கொள்வதற்கு எளிதானது. நாம் காலையில் உண்ட உணவு கழிவாகிறது. அதை பின்னோக்கி இயக்கினால் அதே கழிவு சென்ற அதே பயணததில் பாதையில் மீண்டும் உணவாகுமா?

இதற்கு பதில் ஆம் என்பது தான். அதாவது காலசக்கரத்தை பின்னோக்கி சுழற்ற முடியும் என்பது தான் பிரபஞ்ச ரகசியம்.

நம்முடைய அறிவின் பயணம்(இயக்கம்) முன்னோக்கி மட்டும் செல்வதால் நமக்கு காலமும் முன்னோக்கி செல்கிறது. அறிவை நீங்கள் எந்த திசையில் திருப்பினாலும் அதே திசையில் காலமும் இயக்கமும் இந்த பிரபஞ்சமும் திரும்பும்.

இந்த ரகசியத்தை தான் ஆன்மீகஞானிகள் நமக்கு மெய்ஞானமாக போதித்துள்ளார்கள்.

அறிவு என்பது என்ன? அதை எப்படி பின்னோக்கி திருப்புவது? இயக்கமாக இருக்கும் பொருளிலும் வெளியிலும் என்ன இருக்கிறது? அடிப்படை பொருள் என்ன? அது எப்படி வந்தது? இது குறித்த விளக்கங்களை அடுத்தடுத்த பதிப்புகளில் பார்க்கலாம்.

தொடர்ச்சி அடுத்த பதிப்பில் ( மாயை என்பது என்ன? அறிவு என்பது என்ன? காலம் எப்படி வந்தது)

உலகளாவிய சிந்தனையாளர்களுக்கு ஓர் அன்பான அழைப்பு: அறிவகம் கட்டுரை தொடர் என்பது பொழுதுபோக்குகாகவும் தனிப்பட்ட ஒருவரின் எண்ணங்களை வெளிப்படுத்துவதற்காகவும் எழுதப்படுவது அல்ல. அறிவுபரிபூரணம் என்ற தலைப்பில் புத்தகமாக வெளியிடப்பட காத்திருக்கும் கட்டுரை தான் இங்கு வலைபதிவில் பவனி வருகிறது. இதில் உலகளாவில் மேம்பட்ட ஆலோசனைகளை எதிர்பார்க்கிறோம். எந்த ஒரு சிந்தனையையும் உலகளாவில் ஆக்கப்பூர்வமாக விவாதிக்கும் போது தான் முழுமையான உண்மை தன்மை ஒளிரும்.

http://tamilarivu.blogspot.com/2008/09/14.html

ஹைசன்பர்க் விதி அல்லது தத்துவம் என்பது குவாண்டம் இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படை தத்துவம். இதை ஆங்கிலத்தில் ”Heisenberg Uncertainity Principle" என்று சொல்வார்கள். இதைப் பற்றிய சில விவரங்களைப் பார்க்கலாம்.

Uncertainity என்பதை ‘நிச்சயமற்ற' என்று மொழிபெயர்க்கலாம். இதைவிட சிறப்பான் வார்த்தை தெரிந்தால் சொல்லவும், மாற்றி விடலாம். ஜெர்மனியை சேர்ந்த வெர்னர் ஹைசன்பர்க் என்பவர் இதை கண்டுபிடித்தார். இவர் 1927ல் இந்த தத்துவத்தை கண்டு பிடித்தார்.அப்போது இவருக்கு வயது 26 ஆகும். இந்த கண்டுபிடிப்பிற்காக 1932ல் , 31 வயதில் நோபல் பரிசு கிடைத்தது.

இவர் 1929ல் இந்தியாவிற்கு வந்திருக்கிறார். ஆனால் அதுபற்றிய வேறு விவரங்கள் எனக்கு கிடைக்கவில்லை. 1933ல் ஹிட்லர் ஜெர்மனியை ஆட்சி செய்த சமயம். இவர் புரோமஷன் வரும்பொழுது நாஜி SS இடையூறு செய்து தடுத்து விட்டது. இவர் கிறிஸ்துவர் என்றாலும் ‘யூத மனப்பான்மை கொண்டவர்' என்று வேறு ஒரு பத்திரிகை எழுதியது. ஆனால், அதற்கு அப்புறம் வேறு தொந்தரவு கொடுக்கவில்லை.

பிறகு 1939ல் இரண்டாம் உலகப் போரின்பொழுது, ஜெர்மனி அணு ஆயுதம் தயாரிக்க முயற்சி எடுத்தது. அதில் இவரும் இயற்பியல் அறிஞர் என்ற முறையில் பங்கெடுத்தார். அமெரிக்கா போரில் வென்ற பிறகு, 1945 மே மாதம் முதல் 1956 ஜனவரி வரை இங்கிலாந்தில், வீட்டுச் சிறை போல ஒரு பண்ணை வீட்டில், சிறை வைக்கப்பட்டார். இவரது நேரம், ஜெர்மன் அதிகாரிகளிடம் இருந்தும் தொல்லை, ஆங்கிலேயர்களிடம் இருந்தும் தொல்லை! பிறகு விடுதலை செய்யப்பட்ட பிறகு, ஜெர்மனிக்கே திரும்ப வந்து, இய்ற்பியல் துறையில் பல ஆராய்ச்சி மையங்களுக்கு (research instituteகளுக்கு) தலைமை தாங்கி சிறப்பாக நடத்தினார். இறுதியில் 1976ல், 74 வயதில் கான்சரால் இறந்தார்.


சரி, ஆளைப் பற்றிய கதை படிச்சாச்சு, இவரது தத்துவம் என்ன சொல்கிறது? நாம் நமது அனுபவத்தில் “எந்த ஒரு பொருளை எடுத்தாலும், அது எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்று சொல்ல முடியும். அது எவ்வளவு வேகத்தில் செல்கிறது என்று சொல்ல முடியும். அல்லது அந்தப் பொருள் அசையாமல் அப்படியே இருக்கிற்து என்று கூட சொல்ல முடியும்.” என்று நினைக்கிறோம். அதை மிக மிகத் துல்லியமாக சொல்ல முடியும் என்றும் நினைக்கலாம்.

ஒரு பொருளின் திசை வேகத்தையும் (velocity), நிறையையும் (mass) பெருக்கினால் வருவது ‘உந்தம்' என்று சொல்லப்படும். ஆந்திலத்தில் இது 'momentum' ஆகும். பொருளின் நிறையை மிகத் துல்லியமாக சொல்ல முடியும். அது மாறாதது
குறிப்பு:

• சார்பியல் கொள்கை என்ற ரிலேடிவிடி/relativity படி நிறை மாறக்கூடியது. குவாண்டம் இயற்பியலின் அடிப்படையில் நிறை மாறாதது. இங்குதான் இந்த இரண்டு தியரிகளையும் ஒத்துப்போகச் செய்ய முடியவில்லை

சரி, இப்போதைக்கு, ஒரு பொருளின் நிறை மாறாதது என்று வைத்துக் கொள்வோம். அதன் திசைவேகத்தை துல்லியமாக அளக்க முடிந்தால், அந்தப் பொருளின் ‘உந்தம்' எவ்வளவு என்பதை துல்லியமாக சொல்ல முடியும் இல்லையா? அந்தப் பொருள் அசையாமல் இருக்கிறது என்றால், அதன் திசைவேகம் பூஜ்யம் என்று சொல்லலாம். அதன் உந்தமும் பூஜ்யம்தான்.

ஆனால், ஹைசன்பர்க் கொள்கைப் படி ஒரு பொருளின் இடத்தையும், உந்தத்தையும் மிக மிக துல்லியமாக சொல்ல முடியாது. இந்த இரண்டு விஷயங்களையும் ஒரே சமயத்தில் (simultaneously) அளந்தால் அதில் சில inaccuracy என்ற ‘கொஞ்சம் முன்னால் பின்னால்' என்று சொல்லக் கூடிய தவறுகள் இருக்கும். இடத்தை துல்லியமாக சொன்னால், உந்தத்தை துல்லியமாக சொல்ல முடியாது. உந்தத்தை துல்லியமாக சொன்னால், இடத்தை துல்லியமாக் சொல்ல முடியாது என்று சொன்னார். இதற்கு ஒரு சமன்பாடும் கொடுத்தார். இது del-X * del-M > h என்று சொல்லப்படும்.

இதில் del-X என்பது இடத்தில் இருக்கும் ‘தவறு'. எடுத்துக்காட்டாக, ”இந்தப் பொருள் இருக்கும் இடத்தை கணிக்கும்பொழுது 1 மி.மீ. முன்ன பின்ன இருக்கலாம், ஆனா அதைவிட மோசமாகாது” என்று சொல்லலாம். del-M என்பது, அதன் உந்தத்தில் இருக்கும் தவறு. இந்த இரண்டையும் பெருக்கினால் வரும் 'மொத்த தவறு' h என்ற ஒரு constant ஆகவோ அல்லது அதைவிட அதிகமாகவோதான் இருக்கும்.

இந்த h என்பது மிக மிக சிறிய எண். அதனால், பெரும்பாலான சமயங்களில் இது நமக்கு தெரியாது. ஆனால் எலக்ட்ரான் போன்ற சிறிய துகள்களின் இடத்தையும் வேகத்தையும் கணிக்கும்பொழுது இது நடுவில் வருகிறது.

இந்த கொள்கையின் பொருள் என்ன? இது ஒரு பெரிய கேள்வி. ஐன்ஸ்டைன் அவர்கள் இந்தக் கொள்கை ‘நம்மால் இடத்தையும் உந்தத்தையும் சரியாக துல்லியமாக அளக்க முடியாது' என்று தான் சொல்ல வேண்டும் என்று நம்பினார். ஆனால் நீல்ஸ் போர் (Niels Bohr) போன்ற விஞ்ஞானிகள், ‘ஒரு பொருளுக்கு இடம் மற்றும் உந்தம் என்பதே துல்லியமாகக் கிடையாது, இயற்கையிலேயே துல்லியமாகக் கிடையாது” என்று சொன்னார்கள். இது நினைப்பதற்கு மிகக் கடினமானது.

ஐன்ஸ்டைனுக்கு இது பிடிக்கவில்லை. அவருக்கு கடவுள் நம்பிக்கை உண்டு. ”கடவுள் இவ்வாறு வைத்திருக்க மாட்டார், ஒரு வேளை நமது புத்திசாலித்தனத்திற்கும் அறிவிற்கும் வேண்டுமானால் கடவும் வரையறை வைத்திருப்பார், ஆனால் ஒரு பொருள் எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்பது கடவுளுக்கு துல்லியமாகத் தெரியும்” என்பது அவர் நம்பிக்கை. நீல்ஸ் போர், ஃபெய்ன்மென் (Feynmann) ஆகியோர் கடவுளைப் பற்றி என்ன நினைத்தார்களோ தெரியாது, ஆனால் ”ஒரு பொருளுக்கு இடம் மற்றும் உந்தம் ஆகியவை மிகத் துல்லிய்மாக இருக்காது, இருந்தால் தானே நம்மால் அளக்க முடியுமா இல்லையா என்ற கேள்வி வரும்” என்று நம்பினார்கள். இப்போதும் பெரும்பாலான விஞ்ஞானிகளின் நம்பிக்கை, புரிதல் இதுதான். நீங்கள் குவாண்டம் இயற்பியல் பற்றி முதுகலை படிப்பு புத்தகங்களில் படித்தால், இப்படித்தான் இருக்கும்.

இந்தக் கொள்கையினால் நமக்கு என்ன பயன்? என்ன பாதிப்பு? சில நாட்களில் அடுத்த பதிவில் எழுதுகிறேன்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/blog-post_28.html

ஹைசன்பர்க் விதிப்படி, எந்தப் பொருளுக்கும் இடமும், உந்தமும் இயற்கையிலேயே துல்லியமாகக் கிடையாது . இதன் பொருள் என்ன? ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் பார்க்கலாம்.

ஒரு அறைக்கு உள்ளே ஒரு பூனை இருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். இந்தப் பூனை எந்த இடத்தில் இருக்கிறது, எவ்வளவு வேகத்தில் நகர்கிறது என்று கண்டுபிடிக்க வேண்டும். ஆனால் அறையில் வெளிச்சம் இல்லை. எனவே நாம் கண்ணால் பார்க்க முடியாது. கைகளை நீட்டிக்கொண்டு, கொஞ்சம் ‘தடவித் தடவி' போனால் பூனையைத் தொடலாம். அப்போது பூனை எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்பதை அறிந்து கொள்ளலாம்.

ஆனால், பூனையைத் தொடும்பொழுது, நமது கை படுவதால், பூனை கொஞ்சம் நகரும். வேகமாகப் பட்டால் வேகமாக நகரும், மெதுவாகப் பட்டால் மெதுவாக நகரும். நமது கையில் தொடும்பொழுது, பூனையின் வேகத்தையும் அளக்க முடியும் என்று வைத்துக் கொள்வோம். நாம் தொடுவது என்ற நிகழ்ச்சியின் மூலம் பூனையின் இடத்தை உணர்கிறோம். அதே நிகழ்வின் மூலம் அதன் வேகத்தையும் உணர்கிறோம். இந்த நிகழ்வின் மூலம் அதன் வேகத்தை மாற்றி விடவும் செய்கிறோம். எந்த ஆராய்ச்சியிலும், ஒரு பொருளை அல்லது நிகழ்வைப் பற்றி ஆராய்வதாலேயே, நாம் அதைப் பார்ப்பதாலேயே, அந்த நிகழ்வு மாறிவிடும். இது observer effect என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படும்.

ஆனால், ஹைசன்பர்க் விதி அப்படிப் பட்டது அல்ல. மேலே சொல்லப்பட்ட எடுத்துக்காட்டில், நாம் மிக மெதுவாகத் தொட்டால், பூனையின் வேகத்தில் மிகக் குறைந்த மாற்றமே வரும். நாம் தொடாவிட்டால், பூனையின் வேகத்தில் மாற்றம் இருக்காது. ஹைசன்பர்க் விதியை விளக்க பெரும்பாலான் புத்தகங்களில் கீழ்க்கண்ட எடுத்துக்காட்டு கொடுக்கப் பட்டு இருக்கும். ஆனால், அது சொல்லும் பொருள் ஆழமானது.

ஒரு எலக்ட்ரானின் இடத்தை அறிய வேண்டும் என்றால், அதன் மேல் ஒளிக்கதிரை செலுத்த வேண்டும். ஒளி என்பதை போட்டான் என்ற துகள் என்றும் சொல்லலாம். ஒளியின் அலை நீளம் (wave length) குறைந்தால், அதன் அதிர்வெண் (frequency) அதிகமாகும்.

• அலை நீளம் குறைந்தால், அது துல்லியமாக இடத்தை சொல்ல முடியும். ( சிலிக்கன் சில்லு தயாரிப்பில், லித்தோ கிராபி என்ற முறையில், சிறிய டிரான்ஸிஸ்டர்களை உருவாக்க, குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட ஒளியை பயன்படுத்துகிறார்கள்).
  
• ஆனால், அலைநீளம் குறைந்தால், அதிர்வெண் அதிகமாகும். அதிர்வெண்ணுடன் சேர்ந்து ஆற்றலும் அதிகமாகும்.
• ஆற்றல் அதிகமானால, அந்த போட்டான் எலெக்ட்ரான் மேல் பட்டு திரும்பும் பொழுது, எலக்ட்ரானின் உந்தம் அதிகமாகும். போட்டான் எந்த திசையில் வேண்டுமானாலும் திரும்பலாம், அதனால் எலக்ட்ரானின் உந்தம் எந்த திசையில் வேண்டுமானாலும் , ரேண்டமாக, மாறும்.
• எனவே ஒரு எலெக்ட்ரானின் இடத்தையும், உந்தத்தையும், ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாக அளக்க முடியாது.

இந்த எடுத்துக்காட்டை படித்தால், நாம் அளப்பதால்தான் அதன் உந்தம் மாறுகிறது, இல்லாவிட்டால், எலக்ட்ரானுக்கு இடமும் உந்தமும் குறிப்பிட்ட அளவு துல்லியமாக இருக்கும் என்று நினைக்கலாம். ஆனால், விஞ்ஞானிகள் கருதுவது, நாம் அளந்தாலும், அளக்காவிட்டாலும் , இடம் மற்றும் உந்தம் என்ற பண்புகள் ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாகக் கிடையாது என்பதே ஆகும்.

இதைத் தெளிவாகப் புரிந்து கொள்ள அலை இயற்பியல் உதவுகிறது. எந்தப் பொருளையும் அலையாகக் கருதலாம் என்பது டெ-பிராய்(De Brogle) என்ற ஃபிரான்ஸ் விஞ்ஞானியின் கொள்கை. இவரது பெயர் பிரன்சு மொழியில் இருப்பதால், கல்லூரியில் படிக்கும்பொழுது, டீ-பிராக்லி என்று தவறாகப் படித்து வந்தேன்! எல்லா அலைகளுக்கும், துகள் போன்ற பண்புகள் உண்டு, மற்றும் எல்லா துகள்களுக்கும் அலை போன்ற பண்புகள் உண்டு என்பது இவர் கொள்கை. இதை ஆங்கிலத்தில் wave-particle duality என்று சொல்வார்கள்.

ஒரு அலையானது ஒருகுறிப்பிட்ட அலை எண் கொண்டு இருக்கிறது என்று சொன்னால், அது அண்டம் முழுவதும் எல்லா நேரங்களிலும் பரவி இருக்க வேண்டும். அப்போதுதான் அதை தூய அலை (pure wave) என்று சொல்ல முடியும். ஒரு காகிதத்தில் மூன்று செ.மீ. நீளத்திற்கு சைன் - அலை வரைந்தால், அது தூய அலை ஆகாது (இதை படமாக்கி பின்பு பிளாக்கில் ஏற்றுகிறேன்).
ஒரு துகள் அல்லது பொருளின் உந்தம் என்பதை அலை நீளம் என்று சொல்லலாம். அலை எந்த இடத்தில் அதிகமாக (maximum) இருக்கிறதோ அதை, அந்தப் பொருள் இருக்கும் இடம் என்று சொல்லலாம். ஆனால், முழுக்க முழுக்க தூய அலை, அண்டத்தில் பல (முடிவில்லாத, இன்பைனட் ஆன) இடங்களில் அதிகமாக இருக்கும். அதே அலையை, மிகச் சிறிய இடத்திற்கு குறுக வைத்தால், அது பல அலை எண்கள் கொண்ட ”அலைகளின் கலப்பாகத்தான்” இருக்க முடியும். எனவே ‘இடம்' துல்லியமாக இருந்தால் (அளந்தால் அல்ல, இருந்தால்), ‘உந்தம்' துல்லியமாக இருக்க முடியாது.

இதை ஷ்ரோடிங்கர் என்பவர் கண்டுபிடித்த சமன்பாடின் மூலம் இன்னும் கொஞ்சம் புரிந்து கொள்ளலாம். முதலில் ஷ்ரோடிங்கரின் கதையை ஒரு பதிவில் பார்க்கலாம்.

ஹைசன்பர்க், ஷ்ரோடிங்கர், டெ-ப்ராய், டிராக் என்று பல ஐரோப்பிய அறிஞர்கள் உருவாக்கியதுதான் குவாண்டம் இயற்பியல். இதில் பல சமன்பாடுகள் மற்றும் கொள்கைகள் இருந்தாலும், இவை ஒன்றுடன் ஒன்று தொடர்புகொண்டவை. அதாவது சில சமன்பாடுகளை வைத்தே, பிற எல்லா சமன்பாடுகளையும் கொண்டு வர முடியும். ஆனால் வரலாற்றில், பலர் பல இடங்களில் புள்ளி வைத்து, பின்னர் கோலமாக்கியது போல குவாண்டம் இயற்பியல் வந்ததால் இவற்றை தனித்தனியே படிக்கிறோம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/2_30.html

குவாண்டம் இயற்பியலில் ஒரு முக்கிய சமன்பாடு ஷ்ரோடிங்கர் சமன்பாடு (Schrodinger Equation) ஆகும். இதை எர்வின் ஷ்ரோடிங்கர் என்ற ஆஸ்திரிய விஞ்ஞானி கண்டுபிடித்தார். பெயர் வாயில் நுழையாவிட்டாலும், இந்த சமன்பாடு என்ன சொல்கிறது, இதற்கும், ஹைசன்பர்க் விதி என்ற இன்னொரு குவாண்டம் இயற்பியல் விதிக்கும் என்ன தொடர்பு என்பதை பார்க்கலாம். முதலில், இவரைப் பற்றிய கதை.ஷ்ரோடிங்கர் கதை விக்கியில் இருந்து எடுத்தது.

ஷ்ரோடிங்கர், 1887ல் ஆஸ்திரியாவில் பிறந்தார். சுமார் 34 வயது இருக்கும்பொழுது போலந்து நாட்டு பல்கலைக் கழகத்தில் பேராசிரியர் (Professor) ஆனார். சுமார் 40 வயது இருக்கும்பொழுது, Wave Equation என்று குவாண்டம் இயற்பியலில் சொல்லப்படும் ‘அலை சமன்பாடை' கொடுத்து, அதன் மூலம் ஹைட்ரஜன் அணுவில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல்மட்டங்களை கண்டு பிடித்தார். இது நாம் பள்ளிகளிலும், இளநிலை கல்லூரிகளிலும் (Under Graduate) இயற்பியலில் இப்பொழுது படிக்கலாம். பின்னர், ஹைசன்பர்க் அவர்களது சமன்பாடுகளுக்கும், தனது முறையில் இருப்பதற்கும் உள்ள தொடர்புகளையும், இரண்டும் கடைசியில் ஒரே விடைதான் தருகிறது என்பதையும் நிரூபித்தார்.

அவருக்கு ஜெர்மனியில் நாஜிக்கள் யூதர்களை குறிவைத்து தாக்குவது பிடிக்கவில்லை. அவர் கிறிஸ்துவ மத நம்பிக்கை கொண்டவர். 1933ல் ஜெர்மனியில் வேலைபார்த்துக் கொண்டு இருந்தவர், அங்கிருந்து வெளியேறினார். தனக்கு நாஜி கொள்கை பிடிக்கவில்லை என்பதையும் வெளிப்படையாகத் தெரிவித்தார். 1938ல் ஜெர்மனி, ஆஸ்திரியா நாட்டை பிடித்தது. நாஜிக்கள் ஷ்ரோடிங்கருக்கு தொந்தரவு கொடுக்கத் தொடங்கினார்கள். அவர் வேறு வழி இல்லாமல், ‘நான் முதலில் நாஜிக்களை எதிர்த்து சொன்னது தவறு” என்று அறிக்கை விட்டார். இதனால் இவருக்கும், இவரது நண்பரான ஐன்ஸ்டைனுக்கும் மனக்கசப்பு வந்தது. பின்னாளில் ஐன்ஸ்டைனிடம் மன்னிப்பு கேட்டு எல்லாம் சரியானது. நமது லோகல் பாலிடிக்சில் இப்போது நடப்பது, ஐரோப்பாவில் அப்போது நடந்திருக்கிறது! இவர் நாஜிக்கு சாதகமாக அறிக்கை விட்ட பின்னாலும், நாஜிக்களுக்கு முழு திருப்தி இல்லை. இவரை வேலையை விட்டு தூக்கிவிட்டார்கள். நாட்டை விட்டு வெளியே செல்லக் கூடாது என்றும் தடை விதித்தார்கள்.

இவர் தனது மனைவியுடன் , அரசாங்கத்தின் கண்ணில் மண்ணைத் தூவி, இத்தாலி வழியாக இங்கிலாந்திற்கு தப்பி சென்றார். இதற்கு முன்பே இங்கிலாந்திற்கும், அமெரிக்காவிற்கும் லெக்சர் (சொற்பொழிவு) கொடுக்க சென்றிருக்கிறார். அப்போதே இரண்டு இடங்களிலும் அவருக்கு அமோக வரவேற்பு. இங்கிலாந்தில் ஆக்ஸ்போர்டிலும், அமெரிக்காவில் பிரின்ஸ்டனிலும் அவருக்கு வேலை கொடுத்தார்கள். ஆனால் அப்போது அவர் அதை எடுத்துக் கொள்ளவில்லை. ஏனென்றால் அவருக்கு ஒரு மனைவியும், ஒரு காதலியும் இருந்தார்கள். இரண்டு பெண்களுடனும் ஒரே வீட்டில் இருந்து வந்தார்! இது ஆஸ்திரியாவில் பெரிய பிரச்சனையாக இருக்கவில்லை, ஆனால் அமெரிக்காவிலோ அல்லது இங்கிலாந்திலோ இது சரிப்படவில்லை. அதனால், நல்ல சம்பளமும் , பெரிய வேலையும் கிடைத்தாலும் முதலில் வாய்ப்பு வந்தபோது இங்கிலாந்திற்கோ அமெரிக்காவிற்கோ போகவில்லை. நாஜி தொல்லை வந்தபோதுதான் வேறு வழி இல்லாமல் இங்கிலாந்து சென்றார்.

இவருக்கு தனிவாழ்க்கையில் பிரச்சனைகள் பல. இவர் மனைவிக்கு தெரிந்தே இவருக்கு பல காதலிகள். அயர்லாந்தில் இவர் கடைசியில் செட்டில் ஆனார். அங்கு வேறு இரு பெண்கள் மூலம் குழந்தைகள் பெற்றது இன்னும் ஒரு பிரச்சனையாக உருவெடுத்தது.

இவர் 1944ல் இயற்பியல் தவிர மற்ற துறைகளிலும் ஆராய்ச்சி செய்திருக்கிறார். “உயிர் என்றால் என்ன?” (What is life?) என்று ஒரு புத்தகம் எழுதினார். அதில், பெரிய மூலக்கூறுகளில் உயிரினங்களின் ரகசியம் பொதிந்து இருக்கலாம் என்று எழுதினார். பின்னாளில், டி.என்.ஏ. என்ற அடிப்படை மூலக்கூறின் வடிவத்தை கண்டு பிடித்த, க்ரிக்ஸ் மற்றும் வாட்சன் என்ற விஞ்ஞானிகள், “ஷ்ரோடிங்கரின் இந்த புத்தகம் எங்களுக்கு ஒரு இன்ஸ்பிரேஷன்” என்று சொல்லி இருக்கிறார்கள்.

இவருக்கு இந்துமத வேதாந்த கொள்கைகளில் ஈடுபாடு உண்டு. தனது ‘உயிர் என்றால் என்ன' என்ற புத்தகத்தின் முடிவில், இந்துக்களின் ‘அத்வைதம்' என்ற கொள்கையின் படி, உயிர்கள் எல்லாமே, ‘அண்டம் எங்கிலும் இருக்கும் ஒரே ஆத்மாவின் வெளிப்பாடுகளாக' இருக்கலாம் என்று எழுதினார்.

கடைசியாக, இரண்டாம் உலகப் போர் முடிந்து எல்லாம் ஓரளவு இயல்பு நிலைக்கு வந்த பின்னர், தன் தாய்நாடான ஆஸ்திரியா திரும்பினார். 1963ம் ஆண்டு, 73 வயதில் இறந்தார்.

அடுத்த பதிவில் இயற்பியலை பார்க்கலாம். ஹைசன்பர்க் தனது முறையில் மேட்ரிக்ஸ் (martix) பயன்படுத்தினார். ஹைசன்பர்க் விதியைப் பற்றி ஏற்கனவே இரண்டு பதிவுகள் பார்த்தோம். ஷ்ரோடிங்கர், தனது முறையில், டிஃபரன்சியல் சமன்பாடு (Differential Equation)என்பதை பயன்படுத்தினார். இதில் ஹைசன்பர்க் முறை கடினமானது. பொதுவாக நாம் நினைப்போம், ”மேட்ரிக்ஸ்தான் சுலபம்” என்று. அதற்கு காரணம் நாம் பள்ளிகளில் பார்த்த மேட்ரிக்ஸ் கேள்விகள் சுலபம், டிபரன்சியல் சமன்பாடு கடினம், அவ்வளவே. மேட்ரிக்சில் கடினமானவற்றை நமக்கு சிலபசில் வைக்கவில்லை! தவிர, ஹைசன்பர்க் முறையில் இயற்பியலுக்கும் கணிதத்திற்கும் ஒவ்வொரு படியிலும் தொடர்பை உணர்வது அல்லது அறிவது கடினம்.

இங்கு இன்னொரு விஷயத்தை நினைவில் வைக்க வேண்டும். நான் ஏதோ ஷ்ரோடிங்கர் சமன்பாடு சுலபம், அதில் இயற்பியலுக்கும் கணித்தத்திற்கும் உள்ள தொடர்பு எளிதில் புரியக்கூடியது என்று சொல்வதாக நினைக்க வேண்டாம். இதுவே கடினம். ஹைசன்பர்க் முறை இன்னமும் கடினம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/blog-post_30.html

ஹைசன்பர்க் விதி பற்றி சில படங்கள் மூலம் பார்க்கலாம். ஒரு பொருள் அல்லது துகள் நகர்ந்து கொண்டு இருக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம். இப்போது கேள்வி என்னவென்றால், ஏதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில், அது ஓரிடத்தில் இருந்து எவ்வளவு தூரத்தில் இருக்கிறது, எவ்வளவு வேகத்தில் செல்கிறது என்று சொல்ல வேண்டும். கேள்வியை கொஞ்சம் மாற்றி, அதன் இடம் என்ன, உந்தம் என்ன என்று சொல்ல வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, ‘இந்த அணு, சரியாக இன்று காலை 8.00 மணி 21 நிமிடம், 15 விநாடிகளில் எங்கே இருக்கிறது, எவ்வளவு உந்தத்துடன் செல்கிறது என்று சொல்ல வேண்டும். எங்கே இருக்கிறது என்பதை, வேறு ஏதாவது ஒரு ரெபரன்ஸ் அணுவில் இருந்து எவ்வளவு தொலைவில் இருக்கிறது என்று சொன்னால் போதும், அந்த அணுவைப் பொருத்து அதன் திசை வேகத்தை சொன்னால் போதும். அதன் நிறை மாறாதது என்று வைத்துக் கொள்வோம்” என்று கேட்கலாம்.

நமது சாதாரண இயற்பியல் (classical physics)படி, அந்த அணு, ரெபரன்ஸ் அணுவிற்கு அருகில், வேகமாக செல்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம். அப்போது, அதை ‘இடம்-உந்தம் வரைபடத்தில்' காட்டினால் அது கீழே இருக்கும் படத்தில் முதல் புள்ளி போல இருக்கும். அதன் இடத்தையும், உந்தத்தையும் சரியாக சொல்லலாம்.


அதுவே சற்று தொலைவில் இருக்கிறது, மெதுவாக செல்கிறது என்றால், இரண்டாவது புள்ளி போல இருக்கும். இப்படி அந்த அணுவின் இடத்தையும் உந்தத்தையும் வைத்து ‘இடம்-உந்தம்' வரைபடத்தில், எந்த ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்திலும் அந்த அணுவை புள்ளிகளை வைத்து காட்டி விடலாம். இந்த வரை படத்தில் நெகடிவ் எண்களும் இருக்கலாம். சுலபமாக இருப்பதற்காக நான் இப்படி காட்டி இருக்கிறேன்.

ஆனால், குவாண்டம் இயற்பியல் படி, ஹைசன்பர்க் சொல்வது படி, 'இடம்-உந்தம்' படத்தில் அந்த அணுவைக் காட்டப்போனால், அது ஒரு செவ்வகமாகத்தான் இருக்கும். ஒரு புள்ளியாக இருக்க முடியாது. அந்த செவ்வகத்தின் பரப்பளவு, குறைந்த பட்சம் ‘h'என்ற அளவு இருக்கும். இந்த 'h' என்பது, சுமார் 10^-34 J-s என்ற மிகக் குறைந்த அளவில் இருக்கும்.


h என்பது சிறியதாக இருப்பதால் நாம் சாதாரண வாழ்வில் பார்க்கும்பொழுது இந்த சிறிய செவ்வகம், ஒரு புள்ளி போலத்தான் தெரியும். ஆனால், ஜூம் செய்து பார்த்தால் அது செவ்வகம் என்பது தெரிந்து விடும்.

இந்த செவ்வகத்தின் பரப்பளவு ‘குறைந்த பட்சம்' h ஆகும். அதைவிட அதிகமாக இருக்கலாம். இதுதான் விதி. செவ்வகத்தின் அகலமும் (உயரம்?), நீளமும் குறிப்பிடப் படவில்லை.

இப்போது நாம் இந்த அணுவின் இடத்தை ஓரளவு துல்லியமாக அளக்க விரும்பினால், அதன் ‘இடத்தை' ஓரளவு பிசகுடன் அளக்கிறோம். அதாவது, இந்த செவ்வகத்தின் நீளத்தை மிகவும் கட்டுப்படுத்துவதில்லை. அப்போது, அதன் உந்தத்தையும் அதே நேரத்தில் அளந்தால், அதிலும் ஓரளவு பிசகு வரும்.

• இந்தப் பதிவுகளில், நான் பிசகு, துல்லியமின்மை, நிச்சயமற்ற ஆகிய வார்த்தைகளை uncertainity, inaccuracy என்ற பொருளில் பயன்படுத்துகிறேன். பாடப்புத்தகங்களில் ‘நிலையற்ற' என்ற வார்த்தை கொடுக்கப் பட்டு இருக்கிறது. ஆனால், அது unstable என்ற ஆங்கில வார்த்தைக்குத்தான் சரியான மொழிபெயர்ப்பு என்று நினைக்கிறேன். அதனால், அதை நான் இங்கே பயன்படுத்தவில்லை.

இந்த அணுவின் இடத்தை மிகத் துல்லியமாக அளக்கப் பார்த்தால், இந்த செவ்வகத்தை ‘நெருக்குகிறோம்' (Squeeze). இதனால், ஒரு அல்வாத்துண்டை எடுத்து ஒருப பக்கம் அழுத்தினால், அது இன்னொரு பக்கம் பிதுங்கிக் கொண்டு செல்வது போல, இந்த செவ்வகத்தின் உயரம் அதிகமாகி விடும். அதாவது இதன் உந்தம் துல்லியம் இல்லாமல், தோராயமாக சென்று விடும்.



இந்த concept புரிந்து கொள்வது கடினமே. இதை விளக்குவதும் கடினமாகத்தான் இருக்கிறது. ஏனென்றால் இதை நாம் பொதுவாக வாழ்க்கையில் உணர்வது இல்லை. இதற்கு காரணம் இந்த 'h' என்பது மிகச் சிறியது. நம்மை பொருத்த வரை அது ஏறக்குறைய பூஜ்யம்தான். ஆனால், மிகச் சிறிய தொலைவுகளில் (எ.கா. அணுக்களுக்கு உள்ளே) நடக்கும் நிகழ்ச்சிகளை சாதாரண இயற்பியலால் விளக்க முடியவில்லை. குவாண்டம் இயற்பியல் தான் மிகச் சிறிய தொலைவுகளில் நடக்கும் நிகழ்ச்சிகளை தெளிவாக விளக்குகிறது. சரி மறுபடி கதைக்கு போகலாம்.

இங்கு, ”இடத்தை துல்லியமாக அளத்தல்”(accurate measurement of position) என்பதன் மூலம், ”உந்தத்தில் துல்லியமின்மையை கூட்டுதல்” (increase in uncertainity of momentum) என்ற நிகழ்வை நாம் ஏற்படுத்துகிறோம். ஆனால் அதை வைத்துக் கொண்டு, ‘நாம் அளப்பதால்தான் உந்தம் மாறுகிறது, இல்லாவிட்டால் இந்த அணுவிற்கு உந்தம் துல்லியமாக உண்டு” என்று சொல்லக் கூடாது. நாம் அளந்தாலும் அளக்காவிட்டாலும் அந்த அணுவிற்கு உந்தத்திலும், இடத்திலும் துல்லியமின்மை இருக்கிறது. ஆனால், தனித்தனியாக, ‘இடத்தில் துல்லியமின்மை இவ்வளவு', மற்றும் ‘உந்தத்தில் துல்லியமின்மை இவ்வளவு' என்று ஹைசன்பர்க் விதி சொல்லவில்லை. இரண்டையும் பெருக்கினால் ‘துல்லியமின்மை h ஆகும்' என்று சொல்கிறது.

இதையே இந்த வரைபடத்தில் சொல்ல வேண்டும் என்றால், ‘செவ்வகத்தின் பரப்பளவு குறந்தது h ஆக இருக்க வேண்டும். செவ்வகத்தின் நீளத்தை நீங்கள் நினைத்த அளவு குறைத்துக் கொள்ளலாம், ஆனால் பூஜ்யமாக்க முடியாது. நீளத்தை குறைக்க குறைக்க, உயரம் கூடும். இல்லை, உயரத்தை குறைக்கிறேன் என்றால் சரி, அப்போது நீளம் கூடிவிடும். எப்படி இருந்தாலும் பரப்பளவு h அல்லது அதற்கு மேல் இருக்கும், உங்கள் இஷ்டப்படி நீளத்தையோ அல்லது அகலத்தையோ குறைத்துக் கொள்ளலாம்” என்று சொல்லலாம்.

இயற்கை, செவ்வகத்தின் குறைந்த பட்ச பரப்பளவை நிர்ணயித்து விட்டது. நாம் அளப்பதால் ஒரு புள்ளியானது செவ்வகமாகவில்லை. நாம் அளப்பதால், பிசகு வருவதில்லை.இயற்கையிலேயே இந்த வரைபடத்தில் புள்ளியே கிடையாது. செவ்வகம்தான் உண்டு. அதை புள்ளியாக்க முடியாது. அதன் நீளத்தையோ, உயரத்தையோ மாற்ற மட்டுமே நம்மால் முடியும்.

எனவே, நாம் இடத்தை மிக மிகத் துல்லியமாக அளக்கலாம். (ஆனால், துல்லியமின்மை பூஜ்யம் ஆகாது, அதைத்தவிர எவ்வள்வு சிறிய பாசிடிவ் எண்ணாக வேண்டுமானலும் இருக்கலாம்). ஹைசன்பர்க் விதி அதை தடை செய்யவில்லை. ஆனால், அப்படி அளந்தால், அதில் இழப்பு என்ன என்றால், அந்த அணுவின் உந்தத்தில் மிகப் பெரிய பிசகு வரும்.

அதைப்போலவே, உந்தத்தை துல்லியமாக அளக்க முடியும், மிகச் சிறிய அளவே பிசகு வரும்படி அளக்கலாம். ஆனால், இடத்தில் கோட்டை விட்டு விடுவோம். இரண்டையும், ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாக அளக்க முடியாது, ஏனென்றால் இரண்டும் ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாகக் கிடையாது என்பதுதான் விதி.

இது குறைந்த பட்ச பிசகுதான். இது தவிர ‘நாம் சரியாக அளக்காதது, வேறு காரணங்கள்' என்று இன்னும் பிசகு அதிகமாகலாம்.

அடுத்து சில பதிவுகளில், அலை இயற்பியல் (wave physics, wave mechanics?) பற்றியும், ஃபூரியெ மாற்றம் (Fourier Transform) பற்றியும், அலை நீளம், அதிர்வெண், தூய அலை, கலப்பு அலைகள் பற்றியும் பார்க்கலாம். அதன் பின்னர் அலைஇயற்பியல் படி எப்படி ஒரு பொருளுக்கு இடமும், உந்தமும் துல்லியமாக இருக்காது என்பதை பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/3_31.html

குறிப்பு: இப்பதிவு Feynman Lectures in Physics புத்தகத்தில் இருக்கும் கருத்துக்களைத் ‘தழுவி' எழுதியது.

ஒளியானது ஒரு திடப்பொருளில் விழும்பொழுது,

1. அதனுள் ஊடுருவி செல்லலாம். அப்பொழுது அதன் பாதை சற்று மாறும். இது ஒளி விலகல் (Refraction)எனப்படும்.
   
2. பிரதிபலிக்கப் படலாம். இதை எதிரொளித்தல் (Reflection)என்றும் சொல்லலாம்
   
3. உறிஞ்சப்படலாம் (Absorption). உதாரணமாக, ஒரு பச்சை நிறக் கண்ணாடியை எடுத்துக்கொண்டால், பச்சை நிறம் தவிர மற்ற நிறங்களில் உள்ள ஒளி, ‘உறிஞ்சப்படுகிறது'

பொதுவாக திடப்பொருளில் ஒளி படும்பொழுது இவை மூன்றுமே நடக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கண்ணாடியில் ஒளி படும்பொழுது, பெரும்பாலும் ஒளி ஊடுருவி செல்லும். ஆனாலும் சிறிதளவு ஒளி பிரதிபலிக்கப்படும், சிறிதளவு கண்ணாடியால் உறிஞ்சப்படும். நூற்றுக்கு நூறு சதவிகிதம் ஊடுருவி செல்லாது.

கேள்வி: ஒரு பொருளில் ஒளி எவ்வளவு பிரதிபலிக்கப்படும், எவ்வளவு ஊடுருவி செல்லும், எவ்வளவு உறிஞ்சப்படும் என்பதை எது தீர்மானிக்கிறது?

இதை புரிந்து கொள்ள மின்காந்தவியல் (Electro magnetism) மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியல் (Quantum Physics) தேவைப்படுகின்றன. இந்த பெயர்களைக் கேட்டதும், “இது சரிப்படாது” என நினைக்க வேண்டாம்.

முதலில் சில ‘உண்மைகளை' (Facts) விளக்கங்கள் கூறாமல் ஏற்றுக்கொள்வோம். இவைகளை பெரும்பாலும் +2வில் படித்து, பின்னர் மறந்து இருப்போம்.

சுருக்கமாக,

1. ஒளியானது மின்காந்த அலையாகும். மின்காந்த அலைகள் அனைத்தும் குறுக்கு அலைகள் (Transverse Waves)
   
2. அணுக்களில் எலக்ட்ரான்கள் ‘ஆற்றல் மட்டங்களில்' சுற்றிக்கொண்டு இருக்கும்.
   
3. எலக்ட்ரான்கள் மின்காந்த அலையை ‘உள்வாங்கி' அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்ல முடியும்
   
4. இந்த ஆற்றல் மட்டங்களில் இல்லாத எலக்ட்ரான்கள், முடுக்கப்பட்டால், அவை மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும். அதிக ஆற்றல் மட்டத்திலிருந்து குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்கு வந்தாலும், மின்காந்த அலைகளை வெளியிரும்.
   
5. திடப்பொருளில், அணுக்கள் அருகருகே இருக்கும்.

சற்று விரிவாகப் பார்க்க இங்கு சொடுக்கவும்.

இப்பொழுது, ஒளியானது திடப்பொருளில் விழும்பொழுது என்ன நடக்கும் என்பதை பார்க்கலாம். ஒவ்வொரு அணுவிலும், வெளியே இருக்கும் ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் இந்த மின்காந்த அலையை (அதாவது ஒளியை) எடுத்துக்கொண்டு, சற்று அதிக ஆற்றல் இருக்கும் மட்டத்திற்கு செல்லும். ஆனால் அங்கே மிகக் குறைந்த அளவு நேரமே இருக்கும். திரும்ப பழைய நிலைக்கே சென்று, இந்த ஆற்றலை மின்காந்த அலையாக வெளியிடும். இப்பொழுது, எல்லா திசைகளிலும் இந்த அலைகளை வெளியிடும். இந்த திடப்பொருள் இல்லாவிட்டால், ஒளியானது ‘தன் பாட்டுக்கு' சென்று கொண்டிருந்து இருக்கும்.

பல அணுக்கள் இவ்வாறு மின்காந்த அலைகளை வெளியிடுவதால், அவை எல்லாவற்றையும் சேர்த்து எந்த திசையில் எவ்வளவு ஒளி செல்லும் என்று கணக்கிட வேண்டும். இங்கு மின்காந்த அலைகளின் கட்டங்கள் ஒன்றாக இருக்கும் திசையில் (In phase) அதிக அளவிலும், அவை வேறுபட்டு இருக்கும் திசையில் (Out of phase) குறைந்த அளவிலும் செல்லும்.

இங்கு ஒளி இந்த திடப் பொருளில் செல்லும் வேகம், வெற்றிடத்தில் செல்லும் வேகத்தை விட குறைவாக இருக்கும் என்பதை கவனிக்கவும். உண்மையில் ஒளியின் வேகம் குறைவதில்லை. இந்தப் பொருளில் அது ‘விழுங்கப்பட்டு' விடுகிறது. பின் ‘சிறிது நேரம் கழித்து' வெளியே உமிழப்படுகிறது. இப்படி எல்லா அணுக்களும் அந்த அந்த இடத்திலிருந்து மின்காந்த அலையை(அதாவது ஒளியை) வெளியிடுவதால் அந்த அலைகள் எல்லாம், ஒன்று சேர்ந்து வெளிவரும் பொழுது ஒளி மெதுவாக செல்வது போல தோற்றம் அளிக்கிறது. இப்படி ஒளி மெதுவாக செல்வது போல தோற்றமளிப்பதை ‘ஒளி விலகல் எண்' (Refractive index) என்ற எண்ணால் குறிக்கலாம்.

பொதுவாக நாம் பள்ளிகளில் படிக்கும்பொழுது, இந்த ஒளி விலகல் எண் கண்ணாடியில் இவ்வளவு என்று படிப்போம். இந்த ஒளி விலகல் எண், மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது. அதனால் தான் முக்கோண பட்டகத்தில் (prism) வெள்ளை ஒளியை செலுத்தினால், ஒளியானது வானவில் போல தெரிகிறது. எல்லா நிறங்களும் ஒரே அளவு விலகினால், வெளி வரும் ஒளியும் வெள்ளையாகத்தானே இருக்கும்?

தவிர மின்காந்த அலைகள் எல்லாமே எல்லாப் பொருள்களையுமே ஊடுருவி செல்வதில்லை. X-Ray பெரும்பாலான் திடப்பொருள்களை ஊடுருவி செல்கிறது. ஆனால், கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளி சில பொருள்களில் மட்டும் ஊடுருவி செல்கிறது. இதை வைத்தே, நாம் ஒளி விலகல் எண், மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது என்று சொல்ல முடியும்.

அடுத்து பிரதிபலிப்பது / எதிரொளிப்பது எப்படி?

மின்காந்த அலைகள் பட்டதும் அணுக்கள் / எலக்ட்ரான்கள் மேல் ஆற்றலுக்கு சென்று மீண்டும் திரும்ப கீழ்மட்டத்திற்கு வரும் பொழுது மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும் என்று பார்த்தோம். இப்படி வரும் அலைகள் எல்லாத் திசைகளிலும் வரும். முதலில் ஒளி செல்லும் திசைக்கு மாறான திசையிலும் அவை வரும். இப்படி வரும் அலைகளின் கட்டங்கள் (phase) சரியாக அமைந்தால், எதிரொளித்தல் வரும்.

எதிரொளித்தல் என்பது மேல்பரப்பின் தன்மையையும் பொறுத்தது. இது தவிர ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவதற்கும் எதிரொளிப்பதற்கும் தொடர்பு உண்டு. ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவது எப்படி?

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/06/1_25.html

இப்பதிவில் குவாண்டம் இயற்பியல் தொடர்பான சில கருத்துக்கள் அல்லது ‘உண்மைகள்' (facts) கொஞ்சம் விளக்கமாக உள்ளன. இதை தனியாக ஒரு பதிவாகப் படிக்காமல், மற்ற ப்திவில் இருக்கும் சுருக்கமான கருத்துக்களுக்கான விளக்கமாக எடுத்துக்கொள்ளலாம்.

1. கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியானது Visible Light எனப்படும்.இது மின்காந்த அலைகளில் (Electromagnetic waves) ஒரு பகுதியை சார்ந்தது. இதன் அலை நீளம் (Wavelength) 400 நேனோ மீட்டர் முதல் 700 நேனோ மீட்டர் வரை இருக்கும்.

   • இதைப் போலவே, புற ஊதாக் கதிர்கள் (Ultra violet ), அகச்சிவப்பு கதிர்கள்(Infra Red), X Ray , மைக்ரோவேவ் (Microwave), ரேடியோ அலைகள்( Radio wave) ஆகிய அனைத்தும் மின்காந்த அலைகள் தான். இப்போது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை மட்டும் கவனிப்போம். ஆனால் நாம் இங்கு சொல்லும் விவரங்கள் எல்லா மின்காந்த அலைகளுக்கும் பொருந்தும்.

    

2. மின்காந்த அலைகள் குறுக்கு அலைகள் எனப்படும். இவற்றிற்கு, அதிர்வெண் (Frequency), அலை நீளம் (wave length), கட்டம் (Phase), வளம்? (amplitude) ஆகிய பண்புகள் உண்டு. அலை நீளத்தையும், அதிர்வெண்ணையும் பெருக்கினால், ஒளியின் வேகம் கிடைக்கும்.
   
3. கட்டம் என்பது இரு வெவ்வேறு அலைகள் சேரும்பொழுது முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. இதை, கடல் அலைகளைக் கொண்டு ஒரு எடுத்துக்காட்டில் பார்க்கலாம். கடல் அலையில் கால் நனைப்பது பலருக்கும் பிடிக்கும். முழங்கால் அளவு ஆழத்தில் நின்று கொண்டிருந்தால், ஒரு அலை வரும்பொழுது அது எவ்வளவு உயரத்திற்கு நம்மை நனைக்கும் என்பதை ஓரளவு கணிக்கலாம். ஆனால், ஒவ்வொரு அலையும் கரை சேர்ந்த பின், பின்னால் கடலுக்கு திரும்பும். இப்படி திரும்பும் அலையானது, கடலில் இருந்து கரைக்கு வரும் அலை மேல் மோதினால், கடலில் இருந்து வரும் அலையின் ‘வேகம்' அல்லது ‘உயரமாக நனைக்கும் திறன்' குறைந்து விடும்.
   
   அதற்கு பதிலாக, ஒரு அலை அடித்து, அது இன்னமும் கரை சேர்வதற்கு முன் இன்னொரு அலை வந்தால், அது இன்னமும் உயரமாக நனைப்பதையும் நாம் பார்க்கலாம்.
   
   முதல் எடுத்துக்காட்டில், ஒரு (கடல்) அலை, இன்னொரு எதிர்திசை அலையுடன் சேரும்பொழுது, அதன் திறன் குறைகிறது. அதே அலை, அதே திசையில் செல்லும் அலையுடன் சேர்வதால், அதன் திறன் அதிகரிக்கிறது. எதிர் திசை அலைகள் சேர்வது ஆங்கிலத்தில் 'Out of phase' என்றும், ஒரே மாதிரி அலைகள் சேர்வது 'in phase' என்றும் சொல்லப்படும். இது ஒரு உதாரணம்தான்.
   
4. ஒவ்வொரு அணுவிலும் நடுவில் அணுக்கரு இருக்கும். அதில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் இருக்கும். அணுக்கருவை சுற்றி எலக்ட்ரான்கள் ஓடிக்கொண்டு இருக்கும்.
   

5. எல்லா எலக்ட்ரான்களும் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரே தூரத்தில் இருக்காது. அவை பல்வேறு தூரங்களில் இருக்கும். இவை ஆற்றல் மட்டங்கள் (Energy Levels) என்றும் சொல்லப்படும். விரிவாக ‘அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்கள்' (ஆங்கிலத்தில் Allowed Energy Levels) என்று சொல்லப்படும்.

   • கொசுறு: இவை வட்டப்பாதையில் இருக்காது. நீள்வட்டப்பாதை என்ற எல்லிப்ஸ் (Ellipse) பாதையில் செல்லும்.
     
   • அது கூட முழு உண்மை இல்லை. நீள்வட்டப்பாதையிலும் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக விலகி செல்லும். ஒரு எலக்ட்ரான் வண்ணம் கொண்டதாக நாம் கற்பனை செய்து கொண்டால், அதி வேகமாக சுற்றும்பொழுது, அதன் பாதை, கோழி முட்டை போல 3Dஇல் தோற்றமளிக்கும். அதாவது எலக்ட்ரானின் பாதை 2Dஇல் இருக்காது, அதை ஒரு காகிதத்தில் வரைய முடியாது. 3Dஇல் தான் காட்ட முடியும்.
     
   • அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்களில் ஓடும் பொழுது, எலக்ட்ரான்கள் அதே ஆற்றலுடன் இருக்கும். அவற்றில் ஆற்றலை சேர்த்தால், வேறு ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும். அல்லது, குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால், ஆற்றலை வெளியே கொடுத்து விட்டு, குறைவான ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும்
     
   • ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திலும், “இந்த அளவுதான் எலக்ட்ரான்கள் இருக்க முடியும்” என்று வரையறை உண்டு. உதாரணமாக, முதல் ஆற்றல் மட்டம் 1S எனப்படும். இதில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் தான் இருக்கலாம். 2S என்ற இரண்டாம் ஆற்றல் மட்டத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். 2P என்ற ஆற்றல் மட்டத்தில் 6 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். இப்படி ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் வரையறை உண்டு

    

6. இப்படி ஆற்றல் மட்டத்தில் இல்லாத எலக்ட்ரான்கள் முடுக்கப்பட்டால் (accelerated) அது ஆற்றலை மின்காந்த அலைகளாக வெளியிடும். ஆங்கிலத்தில், An electron not in one of the allowed energy levels, if accelerated, will radiate energy as electromagnetic wave

   • இங்கு திசை அல்லது வேகம் அல்லது இரண்டும் மாறினால் முடுக்கம் என்று சொல்லப்படும்

    

7. திடப்பொருளில் அணுக்கள் அருகருகே இருக்கும்.

   • படிக வகை (Crystalline) பொருளில், அணுக்கள் சீராக இருக்கும். Amorphous என்ற வகை பொருளில் ஒழுங்கு குலைந்து இருக்கும். எப்படியும் திடப்பொருளில் ஓரளவு அருகருகேதான் அணுக்கள் இருக்கும். திடப்பொருளில், ஏதாவது இரு பக்கத்தில் இருக்கும் அணுக்களை எடுத்துக் கொண்டால், அவற்றிற்கு இடையே உள்ள தொலைவு அவ்வளவு சீக்கிரம் மாறாது. திரவங்களில் கூட அணுக்கள் அருகருகே தான் இருக்கும். ஆனால் அவற்றில் அணுக்கள் (அல்லது மூலக்கூறுகள்) நகரக் கூடியவை.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/2-quantum-physics-2.html

இப்போது எதற்கெடுத்தாலும் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள். வாஷிங் மெஷின் வாங்கப் போனால் நேனோ டெக்னாலஜி, ஏசி வாங்கப் போனால் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள். நேனோ என்றால் என்ன? அதில் என்ன சிறப்பு? இவ்வளவு பில்ட் அப் கொடுக்கிறார்களே, உண்மையிலேயே அதில் அவ்வளவு பயன் இருக்கிறதா?

நேனோ என்பது நீளத்தை அளக்கும் ஒரு அளவு கோல். எப்படி நாம் ஊருக்கு ஊர் இருக்கும் தொலைவை கிலோ மீட்டரிலும், துணியின் நீளத்தை மீட்டரிலும், நகத்தின் தடிமனை மில்லி மீட்டரிலும் சொல்கிறோமோ, அதைப் போல மிகச் சிறிய அளவை நேனோ மீட்டரில் சொல்லலாம். ஒரு மி.மீ.இல் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை, மைக்ரோ மீட்டர் அல்லத் மைக்ரான் என்று சொல்லலாம். ஒரு மைக்ரோ மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கை நேனோ மீட்டர் (நே.மீ.) என்று சொல்லலாம். நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்கும் பொருள்களை வைத்து செய்யும் தொழில் நுட்பத்தை சுருக்கமாக நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்கிறார்கள்.

நேனோ மீட்டர் அளவுகளில் இருக்கும் பொருள்கள், நம் கண்ணுக்கு தெரியாது. நம் கண்களுக்கு தெரியும் ஒளியின் அலை நீளம் சுமார் 400 முதல் 700 நே.மீ. ஆகும். தற்போது அறிவியல் வழக்கில் ஒரு பொருளின் எந்த அளவாவது (நீளம், அல்லது அகலம் அல்லது தடிமன்) 100 நே.மீ.க்கு குறைந்து இருந்தால், அதை நேனோ அளவு உள்ள பொருள் (nano size material) என்று சொல்லலாம் என்று பலர் கருதுகிறார்கள். சிலர், ஒரு பொருளின் எல்லா அளவுகளுமே 10 நே.மீ.க்கு குறைவாக இருந்தால்தான் அதை நே.மீ. அளவு உள்ள பொருள் என்று சொல்லலாம் என்கிறார்கள். மார்கெட்டிங்கில் இருக்கும் மக்கள், முடிந்த வரை தங்கள் product எல்லாவற்றையுமே நேனோ என்று சொல்லத்தான் விரும்புகிறார்கள்.

நேனோ என்ற அளவானதற்கு என்ன எடுத்துக்காட்டு கொடுக்க முடியும்? நம் கண்ணுக்கு புலப்படாத பாக்டீரியா போன்ற உயிரினங்களே மைக்ரோ மீட்டர் அளவுக்கு (அதாவது நே.மீ. போல் ஆயிரம் பங்கு) இருக்கிறது. அதனால் தினசரி வாழ்க்கையில் நாம் பார்க்கும் அல்லது உணரும் எந்தப் பொருளுமே நேனோ மீட்டர் அளவில் இருக்காது.

ஒரு அணுவின் அளவானது சுமார் 0.1 நே.மீ. இருக்கும். பல அணுக்கள் சேர்ந்த ‘அணுக் கூட்டம்' நே.மீ. அளவு இருக்கும். சில நூறு அல்லது ஆயிரம் அணுக்கள் சேர்ந்தால்தான் அது நே.மீ.அளவு வரும். பொதுவாக காற்றில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள் அனைத்தும் நேனோ மீட்டர் அளவில் தான் (அல்லது அதை விடக் குறைவாக) இருக்கிறது. அந்த வகையில் பார்த்தால், உலகு எங்கும் நேனோ டெக்னாலஜி அளவில் இருக்கும் பொருள் (ஆக்சிஜன்) தான் நாம் உயிர் வாழவே உதவுகிறது. அதை நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாமா?

ஆனால், திடப் பொருளாக நே.மீ.அளவில் இருக்கும் பொருள்களைத்தான் நாம் நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்வதில் பயன்படுத்துகிறோம். ஒரு பொருள், மிகச் சிறிய துகளாக இருக்கும் பொழுது அதன் மேல் பரப்பளவு (surface area) மிக அதிகமாகும். உதாரணமாக, ஒரு செ.மீ. அகலம் இருக்கும் ஒரு cube எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அதன் பரப்பளவு 6 சதுர செ.மீ. ஆகும். இதை நான்கு சம பாகங்களாகப் பிரித்தால்? அவற்றின் மொத்த பருமன் (total volume) அதே அளவு இருக்கும். ஆனால் பரப்பளவு அதிகமாகும். இப்படி மறுபடியும் மறுபடியும் பிரித்தால், அதன் பரப்பளவு மிக அதிகமாகும்.

இப்படி பரப்பளவு அதிகமாவதால் சில பயன்கள் உண்டு. வினை ஊக்கியாக செயல்படும் பொருள்களின் பரப்பளவு அதிகமானால், அதன் வினை ஊக்கும் திறன் அதிகரிக்கும். இந்த வகையில் நேனோ பொருளின் பயன் அதிகம்.

ஆனால், உண்மையில் நேனோ பொருளில் என்ன சிறப்பு? ஒரு அணுவானது தனியாக இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (atomic properties). அவை கோடிக்கணக்கான அணுக்களுடன் சேர்ந்து இருக்கும் பொழுது அதன் பண்புகள் வேறு (bulk properties). இவை சில நூறு அணுக்கள் அல்லது சில ஆயிரம் அணுக்கள் இருக்கும்பொழுது அதன் பண்பு முற்றிலும் மாறியதாக (அதாவது ஒரு அணுவை போலவும் இருக்காது, கோடிக்கணக்கான அணுக்களைப் போலவும் இருக்காது) இருக்கும். அப்படி மாறி இருக்கும் பண்பு நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருந்தால், அது நேனோ டெக்னாலஜி என்று சொல்லலாம்.

எடுத்துக் காட்டாக, தங்கம் ஒரு அணுவாக இருந்தால் அதற்கு நிறம் என்று ஒன்றும் கிடையாது. (ஆவி நிலையில் தங்கம் இருந்தால், அது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை உறிஞ்சாது). அதுவே நேனோ அளவில் இருந்தால், அது பச்சை நிறமாக இருக்கும். மி.மீ. அளவில் இருந்தால், அது ஒளியை ஊடுருவி செல்ல விடாது. இங்கு தங்கத்தின் நிறம் பச்சையாக இருந்தால் என்ன பயன்? குறிப்பாக ஒன்றும் இல்லை என்று சொன்னால், “நான் தங்கத்தை நேனோ டெக்னாலஜியில் தயாரித்து இருக்கிறேன்” என்று தண்டோரா போடுவது (உண்மை என்றாலும், வாங்குபவர்க்கு பயனற்றது என்பதால்) ஏமாற்று வேலைதான்.

சில சமயங்களில் சில உலோகங்களால் பாக்டீரியா மற்றும் பல கிருமிகள் கொல்லப்படும். சில்வர் நேனோ என்று சொல்லப்படுவது இந்த வகை. (ஆனால் ஒவ்வொரு நிறுவனமும் இதை ஆராய்சி செய்து ”தங்கள் சாதனத்தில் இவை பயன் தருகின்றனவா?” என்று பார்த்து சொல்கின்றனவா, இல்லை சும்மா சொல்கின்றனவா என்று தெரியவில்லை). சில்வருடன் தாமிரம் (காப்பர்) சேர்த்தால் இன்னமும் நல்லது. வெள்ளியால் சில வகை கிருமிகள் கொல்லப்படும். தாமிரத்தால் இன்னும் சில வகை கொல்லப்படும். இரண்டும் சேர்ந்தால் இந்த இரண்டு வகை தவிர மூன்றாவதாக சில கிருமிகள் கொல்லப் படும். ஏனென்றால், இந்த மூன்றாம் வகை கிருமிகளின் ‘தோலை' திறக்கும் திறன் தாமிரத்திற்கு உண்டு. ஆனால் அவற்றின் உள்ளே தாமிரத்தால் பாதிப்பு இல்லை. வெறும் தாமிரம் மட்டும் இருந்தால், தோல் பாதிக்கப் படும். பிறகு கிருமி அதை சரி செய்து கொள்ளும். வெள்ளியினால், தோலை பாதிக்கவோ ஊடுருவி செல்லவோ முடியாது. ஆனால், உள்ளே சென்று விட்டால், கிருமியை கொல்ல முடியும். தாமிரமும் வெள்ளியும் சேர்ந்து இருந்தால்தான் இந்த வகை கிருமிகளை கொல்ல முடியும்.

சில சமயங்களில் நேனோ வகைப் பொருள்கள் தயார் செய்யப் படும். ஆனால், அவற்றில் 'நேனோப் பண்புகள்' நமக்கு பயன் உள்ளதாக இருப்பதில்லை. சொல்லப்போனால் தொல்லையாகத்தான் இருக்கிறது. இந்த இடங்களில் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் வேலை செய்கிறோம்' என்று சொல்வது விவரம் தெரியாதவர்களுக்கு தவறான கருத்தை சொல்வதாக நான் நினைக்கிறேன். எடுத்துக் காட்டாக, சிலிக்கன் சில்லு செய்யும் பொழுது, இப்போது 65 நே.மீ. மற்றும் 35 நே.மீ. அளவில் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் செய்கிறார்கள். இதனால், டிரான்ஸிஸ்டரில் பெரிய முன்னேற்றம் இல்லை. அளவு சிறிதாக இருந்தால், ஒரு சில்லில் நிறைய டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வைக்க முடியும். அவ்வளவே. நேனோ அளவில் இருப்பதால் இதற்கு சிறப்பு எதுவும் கிடையாது. இன்னம் சொல்லப் போனால், இவற்றை இணைக்கும் கம்பிகள் இவ்வளவு சிறிதாக செய்யும் பொழுது இவற்றின் நேனோ பண்புகளால் எதிர்பாராத பாதிப்புகள் தான் வருகின்றன.

இந்த மாதிரி கம்பெனிகள் ‘நாங்கள் நேனோ டெக்னாலஜியில் செய்கிறோம்” என்று புதிய விஷயத்தைப் போல சொல்வது எனக்கு சரி என்று படவில்லை. அது சரி என்றால், ‘நாங்கள் நேனோவை விட சிறிய அளவில் இருக்கும் ஆக்சிஜனை சுவாசித்து, அதைப் போலவே சிறிய அளவில் இருக்கும் கார்பன் டை ஆக்சைடை வெளி விடுகிறோம். இதை தினமும், தூங்கும் போது கூட செய்கிறோம்” என்று நாம் ஒவ்வொருவரும் சொல்லிக் கொள்ளலாம்.


நேனோ டெக்னாலஜி என்று ஒருவர் சொன்னால், “இதை நேனோவில் செய்யாமல், மைக்ரானில் செய்தால், அல்லது மி.மீ.இல் செய்தால் என்ன மாற்றம் இருக்கும்?” என்று கேளுங்கள். அந்த மாற்றம் எளிதில் கணிக்கக் கூடியது என்றால், இந்த டெக்னாலஜி ஒன்றும் பெரியது அல்ல. உதாரணமாக, நே.மீ. இருக்கும் பொருளில் பரப்பளவு அதிகமாக இருக்கும். அந்தப் பொருள் சிறிய அளவில் இருப்பதால், அதன் மொத்த அளவு குறைவாக இருக்கும். இவை இரண்டும் தவிர வேறு வித்தியாசமான, பயனுள்ள பண்பு இருந்தால்தான் அது உண்மையிலேயே நேனோ டெக்னாலஜி. இல்லாவிட்டால் வெறும் மார்கெடிங் தான். இந்த வகையில் ஏசி, வாசிங் மெஷின் இவற்றில் இருக்கும் சில்வர் நேனோ கூட உண்மையிலேயே பயன் உள்ளதா என்று எனக்கு தெரியவில்லை. இவற்றை மைக்ரான் அளவில் செய்தாலும் கிருமிகள் சாகும் என்றுதான் நினைக்கிறேன். மைக்ரான் அளவில் செய்தால் பொருள் செலவு கொஞ்சம் அதிகம், அவ்வளவே.


சில பொருள்கள், நேனோ அளவில் இருக்கும் பொழுது அவற்றிற்கு காந்தப் பண்புகள் வருகின்றன. பெரிய அளவிலிருக்கும் பொழுது காந்தப் பண்புகள் இருப்பதில்லை. இவற்றை குவாண்டம் இயற்பியல் விளக்குகிறது. இம்மாதிரி பொருள்களை நேனோ என்று சொல்வதில் தவறில்லை.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/nano-technology-overview.html

டிஜிட்டல் காமரா என்பது இப்போது சர்வ சாதாரணமாக இருக்கிறது. முன் போல நிறைய செலவழித்து பிலிம் வாங்கி, அதில் போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ”இது சரியா வரவேண்டுமே” என்று கவலைப்பட்டுக்கொண்டு இருப்பது போல இல்லை. போட்டோ எடுத்ததும் உடனடியாக LCD Screenஇல் சரிபார்த்து,தேவைப்பட்டால் மறுபடி போட்டோ எடுக்கிறோம். பெரும்பாலான செல்போன்களில் கூட இந்த கேமரா வந்துவிட்டது.

இந்த டிஜிட்டல் கேமரா எந்த அடிப்படையில் இயங்குகிறது? இங்கு பொதுவாக ஒரு கேமராவில் இருக்கும் லென்ஸ், அந்த லென்ஸை எப்படி பயன்படுத்துவது, Zoom செய்வது போன்ற விவரங்களை விட்டு விடுவோம். ஒளியானது, லென்ஸ் மூலம் காமிராவிற்கு உள்ளெ சென்ற பிறகு என்ன நடக்கிறது என்பதை கவனிப்போம்.

பழைய பிலிம் போடும் கேமரா இருந்தால், அங்கு ‘ஒளி பிலிமில் பட்டதும் ரசாயன வினை நடக்கும். அதில் நாம் போட்டோ எடுக்கும் உருவம் பதிவாகும்” என்று சொல்வோம். டிஜிட்டல் காமிராவில் நடப்பது என்ன?

டிஜிட்டல் கேமராவில் பிலிம் இருக்கும் இடத்தில் ஒரு செவ்வக வடிவில் சில்லு (chip) ஒன்று இருக்கும். அதில் நெருக்கமாக பல ஒளியை உணரும் (Light Sensitive) புள்ளிகள் இருக்கும். இவற்றை ஆங்கிலத்தில் பிக்சல் (pixel)என்று சொல்லுவார்கள். இவற்றில் ஒளி பட்டால், அதை மின்னூட்டமாக (charge) மாற்றும். இந்த புள்ளிகள், சி.சி.டி. (CCD or charge coupled device) என்ற மின்னூட்டமாக்கும் சாதனங்கள் ஆகும்.

• இவையும் போட்டோ வோல்டாயிக் செல் (photo voltaic cell) என்ற சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும் சாதனங்களும் வேறு வேறானவை. சூரிய ஒளியில் மின்சாரமாக்கும் சாதனத்தில், சூரிய ஒளி பட்டால், அதை ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தத்திற்கு மாற்றும். ஒவ்வொரு சாதனமும் ஒளியின் அளவை பொறுத்து குறைந்த அளவோ அல்லது அதிக அளவோ மின்சாரம் (current)கொடுக்கும். ஆனால், சூரிய ஒளி விழும்பொழுதே அந்த மின்சாரத்தை பயன்படுத்தாவிட்டால், அந்த ஆற்றல் வீணாகிவிடும். ஒளி போன பின்னர் பயனில்லை.
  
• சி.சி.டி.இல், ஒளி பட்டால், மின்னூட்டம் (charge) அதிகரிக்கும். அதிகம் ஒளி பட்டால், அதிக மின்னூட்டம் சேமிக்கப்படும். எல்லை மீறி போனால்தான் (இந்த சாதனத்தில் சேமிக்கும் அளவை மீறி போனால்தான்) அதற்கு மேல் மின்னூட்டத்தை சேமிக்க முடியாது. இது தெவிட்டும் நிலை (saturation) எனப்படும்.

லென்ஸ் வழியே விழும் பிம்பம், பிலிமில் விழுவது போலவே இதிலும் விழும்.இந்த புள்ளிகள் அருகருகே இருப்பதால், பிம்பம் ஏறக்குறைய பிலிமில் இருப்பது போலவே இருக்கும். 5 மெகா பிக்சல் என்றால் சுமார் 50 லட்சம் புள்ளிகள் என்று பொருள். இதை மிகச் சிறிய அளவில் வைத்திருப்பதால், படம் நன்றாகவே வரும். 1 மெகா பிக்சல் அல்லது 2 மெகா பிக்சலில் 10 லட்சம் அல்லது 20 லட்சம் புள்ளிகள் இருப்பதால், கொஞ்சம் தெளிவில்லாமல் hazy ஆக வரும். கை நடுங்கிக்கொண்டே படம் எடுத்தாலும் அப்படித்தான் வரும் என்பது வேறு விஷயம் :-)

இங்கு ஒரு குறிப்பு: நமது கண், மிக மிக நுணுக்கமானது. 80 லட்சம் புள்ளிகள் இருக்கும் சில்லை விட சிறிய கண் திரையில் ஆட்டோமேடிக் லென்ஸ், ஒளி அதிகமானால் அல்லது குறைந்தால் சமாளிக்கும் திறமை, நிறம் அறிதல் என பல வகை விஷயங்களை செய்கிறது. நம் உடலில் இருக்கும் அனைத்து உறுப்புகளுமே சிறப்பானவை என்றாலும் மூளையும் கண்ணும் மிகவும் சிக்கலானவை. அதன் அருமை இம்மாதிரி நாம் செயற்கையாக செய்யும் பொருள்களின் விவரங்களைப் பற்றி யோசிக்கும் பொழுது புரியும். கால்களின் முக்கிய பயனான ‘பயணம்' இப்போது பெரும்பாலும் வேறு வழிகளில் விரைவாக செய்ய முடியும். கண்ணின் வேலையை, கண்ணை விட துல்லியமாக சுலபமாக செய்யும் சாதனம் ( at least இப்போதைக்கு) இல்லை.

ஒரு முறை போட்டோ எடுத்ததும், இந்த சில்லில் இருக்கும் மென்பொருள், அதில் இருக்கும் ஒவ்வொரு பிக்சலிலும் இருக்கும் மின்னூட்டத்தை குறித்துக் கொள்ளும் (record). இதுதான் நமக்கு கிடைக்கும் படம். இதை மெமரி ஸ்டிக் என்ற பகுதியில் சேமித்துக் கொள்ளும். அடுத்து, எல்லா பிக்சலிலும் மின்னூட்டத்தை பூஜ்யமாக்கி விடும். இது ஒரு போட்டோ எடுத்ததும், அடுத்த பிலிம் வருவது போல , ‘காலி சிலேட்' என்ற நிலைக்கு வரும்.

வீடியோ modeல், ஒரு விநாடிக்குள், 25 அல்லது 30 போட்டோக்கள் எடுக்கப்பட்டு அவை அனைத்தும் சேமிக்கப்படும். (ஒரு போட்டொ எடுத்து, உடனே சேமித்து, எல்லா மின்னூட்டத்தையும் பூஜ்யம் ஆக்கும். உடனே அடுத்த போட்டோ, சேமிப்பு, காலி சிலேட், இப்படி ஒரு நொடிக்கு 25 முறை).

சரி இது வரை பார்த்ததில் கருப்பு-வெள்ளை படம்தான் வரும். கலர் படம் வருவது எப்படி?

நமது கண்ணுக்கு தெரியும் நிறங்கள் அனைத்தையும், சிவப்பு, பச்சை, நீலம் என்ற மூன்று வகை நிறங்களை வெவ்வேறு அளவில் கலந்து 'உருவாக்க' முடியும். இதை ஆங்கிலத்தில், RGB (Red, Green, Blue என்பதன் சுருக்கம்)என்று சொல்வார்கள். காமிராவில் ஒரு பொருளை போட்டோ எடுக்கும் பொழுது, ஒவ்வொரு பிக்சலிலும், “இவ்வளவு சிவப்பு, இவ்வளவு பச்சை, இவ்வளவு நீலம்' என்ற விவரம் முழுதும் பதிவாக வேண்டும். அதை எப்படி செய்வது?

இந்த புள்ளிகள் இருக்கும் சில்லில், ஒவ்வொரு புள்ளிக்கும் மேல் சிவப்பு அல்லது பச்சை அல்லது நீல நிறக் கண்ணாடி (புள்ளியின் அளவே) இருக்கும். ஒரு சிவப்பு கண்ணாடிக்கு, ஒரு நீலக் கண்ணாடியும், இரண்டு பச்சை நிறக் கண்ணாடிகளும் இருக்கும். இதற்கான படத்தை விக்கியில் (www.wikipedia.com) இருந்து இங்கு கொடுத்திருக்கிறேன்.


இதனால் நாம் ஒரு புள்ளி என்பது, உண்மையில் நான்கு புள்ளிகளால் ‘உணரப்' படுகிறது.
இவை அனைத்தையும் சேர்த்தால்தான் அந்த புள்ளியில் இருக்கும் உண்மையான நிறம் வரும்.


Hubble Telescope போன்று விண்வெளியில் இயங்கும் சாதனங்கள் கூட டிஜிட்டல் காமிராக்கள் தான். (இல்லாவிட்டால், எப்படி பூமிக்கு படங்கள் வரும்? தினம் தினம் விண்வெளியிலிருந்து பிலிமை எடுத்துக்கொண்டா வரமுடியும்?) முன்பு அவை மிக அதிக விலை ஆனதால் சாதாரண மக்கள் வாங்க முடியவில்லை. இப்போது சிலிக்கன் சில்லு தயாரிப்பில் ஏற்பட்ட முன்னேற்றத்தால், சிசிடி கூட குறைந்த விலையில் தயாரிக்க முடிகிறது. அதனால் எல்லோரும் வாங்கும் விலையில் கிடைக்கிறது.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/basic-of-digital-camera.html

ஒரு திடப் பொருளின் வெப்பநிலை (temperature) என்பது எதைக் குறிக்கிறது? நாம் சாதாரணமாக, ஒரு தெர்மாமீட்டர் (வெப்பமானி) என்ன சொல்கிறதோ அதுதான் வெப்ப நிலை என்று சொல்வோம். ஆனால், கொஞ்சம் யோசித்துப் பார்த்தால் அது மேலோட்டமான பதில் என்பது புரியும். நாம் பொதுவாக பயன்படுத்தும் வெப்பமானியில் பாதரசம் ஒரு சிறிய கண்ணாடிக் குழாயில் இருக்கும். நமக்கு காய்ச்சல் வந்தால் , உடல் வெப்ப நிலை எவ்வள்வு என்று தெரிந்து கொள்ள நாக்குக்கு அடியில் வைத்து ஒரு நிமிடம் கழித்து, பாதரசம் எவ்வளவு தூரம் கண்ணாடியில் வந்திருக்கிறது என்று பார்ப்போம்.

நம் உடலில் தெர்மா மீட்டர் வைக்கும்போது கண்ணாடியும் நம் உடலின் வெப்பநிலைக்கே வருகிறது. அடுத்து உள்ளே இருக்கும் பாதரசமும் வருகிறது. பாதரசத்தின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் அதன் பருமன் (volume) அதிகரிக்கிறது. அதனால் அது கண்ணாடிக்கும் ஏறி வரும். எவ்வளவு தூரம் ஏறுகிறது என்பதை முன்கூட்டியே கணித்து கண்ணாடியில் கோடு போட்டு வைத்திருப்பார்கள்.

முதலில் வெப்ப நிலை என்றால் என்ன? வெப்பநிலை ஏறினால் பாதரசம் ஏன் அதிக பருமன் அடைகிறது? கண்ணாடிக்கு ஒன்றுமே ஆகாதா? அதன் பருமன் அதிகரிக்காதா?

ஒவ்வொரு அணுவும், மூலக்கூறும் ஒரு நிலையில் இருப்பதில்லை. அது திடப்பொருள், திரவப் பொருள், வாயு என்று எல்லா நிலைகளிலும் அசைந்து கொண்டுதான் இருக்கிறது. அசைந்து என்று சொல்வதற்கு பதிலாக, ‘அதிர்ந்து' என்று சொல்லலாம். ஏனென்றால், அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள், முன்னும் பின்னுமாக, மேலும் கீழுமாக, இடம்-வலமாக அசைந்து கொண்டு இருக்கும்.

இந்த அதிர்வைத்தான் நாம் வெப்பநிலை என்று சொல்கிறோம். இது குவாண்டம் இயற்பியலின் கண்டுபிடிப்பு அல்லது கொள்கை. திடப்பொருளில் அணுக்கள் (அல்லது மூலக்கூறுகள்) ஓரளவு சீரான அமைப்புடன் இருக்கின்றன. இரு அணுக்களுக்கு இடையே இருக்கும் தொலைவு அவ்வளவு மாறாது. அவ்வளவு மாறாது என்றால்? கொஞ்சம் மாறலாம் என்றுதான் பொருள். எடுத்துக்காட்டாக, இரு அணுக்களுக்கு இடையே இருக்கும் தொலைவு ”பொதுவாக” 0.5 நே.மீ (நேனோ மீட்டர்) (on the average 0.5 nano meter) என்று இருக்கலாம். அந்த அணுக்கள் அதிர்ந்து கொண்டு இருப்பதால், சில சமயங்களில் 0.4 நே.மீ ஆகவும் சில சமயங்களில் 0.6 நே.மீ. ஆகவும் இருக்கலாம்.

அதிர்வுகள் அதிகமானால், அணுக்களுக்கு இடையே உள்ள தொலைவு அதிகமாகும். எல்லா திசைகளிலும் இப்படி அதிகமாவதால், அந்தப் பொருளின் பருமன் அதிகமாகும். எவ்வளவு அதிகமாகும் என்பது அந்தப் பொருளின் தன்மையைப் பொறுத்தது. இதை expansion coefficient என்ற எண்ணால் குறிப்பிடலாம். பாதரசத்தை கொஞ்சம் சூடுபடுத்தினாலே போதும், அதன் பருமன் நிறைய அதிகரிக்கும். ஆனால், கண்ணாடி அவ்வளவாக மாறாது. சிறிய அளவில்தான் மாறும்.

அதிக வெப்பநிலையில் இருக்கும் ஒரு பொருளின் மீது நாம் கை வைத்தால், உடனே சுடுகிறது. ஏன் என்றால், அந்தப் பொருளில் இருக்கும் அணுக்கள் நிறைய அதிர்ந்து கொண்டு இருக்கின்றன. அதனால், நாம் அந்தப் பொருளைத் தொடும் பொழுது, நம் உடலில் (கையில், தோலில்) இருக்கும் அணுக்களும், அந்த அணுக்களைப் போல அதிரும். அதனால், நரம்புகளில் ‘வலி' என்ற உணர்வை தூண்டும் மூலக்கூறுகள் இந்த செய்தியை அறிவிக்கும். இதே சமயம், அந்தப் பொருளின் வெப்ப நிலை குறையும். ஏனென்றால், அதில் இருக்கும் அதிர்வுகளில் கொஞ்சம் நாம் எடுத்துக்கொண்டு விட்டோம். வேறு விதமாக சொன்னால், அதிலிருந்து கொஞ்சம் வெப்பத்தை நாம் எடுத்துக் கொண்டு விட்டோம்.

வெப்பம் கடத்துவது என்றால் என்ன? ஒரு பெரிய பொருளில் ( எடுத்துக் காட்டாக 10 செ.மீ. நீளம், 5 செ.மீ. அகலம், 2 செ.மீ. உயரம் கொண்ட பொருளில்) ஒரு முனையில் அதிர்வுகள அதிகமாகவும், மற்றொரு முனையில் குறைவாகவும் இப்போது இருப்பதாக கற்பனை செய்து கொள்வோம். இந்த அதிர்வுகள் எவ்வளவு விரைவில் அந்தப் பொருளில் பரவுகின்றன என்பதைத்தான் வெப்பம் கடத்தும் திறன் (thermal conductivity) என்று சொல்கிறோம். அடுத்தடுத்து இருக்கும் அணுக்களுக்கு இடையே மிகுந்த அளவில் தொடர்பு (interaction) இருந்தால் வெப்பம் எளிதில் கடத்தப் படலாம். ”பக்கத்தில் இருக்கும் அணு ஆடினால் ஆடிவிட்டுப் போகட்டும், நான் இருக்கிறபடிதான் இருப்பேன்” என்று சொல்லும் பொருள்களில் வெப்பம் அவ்வளவு சீக்கிரம் பரவாது.

ஒரு பொருளின் வெப்ப நிலையை குறைக்க வேண்டும் என்றால் அதில் இருக்கும் அதிர்வுகளை குறைக்க வேண்டும். நாம் ஏசி போட்டால், எப்படி குளிர் வருகிறது? (விளக்கமான கதை இங்கு இல்லை, அதற்கு மெக்கானிகல் என்ஜினியர் யாராவது வந்து நல்லமுறையில் சொல்ல வேண்டும்). அதில் இருக்கும் Freon போன்ற ஒரு பொருள் குளிரூட்டப் படுகிறது. அதாவது, அதில் அதிர்வுகள் மிகக் குறைவாக இருக்கும். அதன் மேல் படும் காற்று குளிரூட்டப் படும். அதாவது அதில் இருக்கும் மூலக்கூறுகளின் அதிர்வுகள் குறையும். இந்த குளிர் காற்று ஒரு மின்விசிறி (fan) மூலம் நம் மேல் படும் பொழுது நம் உடலில் (தோலில்) இருக்கும் அணுக்களின் அதிர்வுகள் குறையும்.

இந்த சமயத்தில் ஒரு விஷயத்தை கவனிக்கவும். குளிர் காற்றை மின்விசிறி மூலம் செலுத்தும்பொழுது, அது நல்ல விசையுடன் நம் மேல் வந்து மோதுகிறது. வேகமாக வந்து மோதுவதால், அது அதிக வெப்பநிலையில் இருக்கிறது என்று சொல்லக்கூடாது. வெப்ப நிலை என்பது “அதிர்வுடன்” தொடர்பு கொண்டது. வேகத்துடன் தொடர்பு கொண்டது அல்ல.

அதிக வெப்பநிலையில் இருக்கும் பொருளுக்கு அதிக ஆற்றல் (energy) இருக்கும். இதை ஆங்கிலத்தில் internal energy என்று சொல்வார்கள். வேகமாக செல்லும் பொருளுக்கும் அதிக ஆற்றல் இருக்கும். ஆனால், அது kinetic energy (இயங்கு ஆற்றல் ? ) என்று சொல்லப்படும். இரண்டும் வெவ்வேறானவை.

• குவாண்டம் இயற்பியல் படி, இந்த அதிர்வுகளை Phonon (ஃபோனான்) என்று சொல்வார்கள். ஃபோனான் என்றால் என்ன? அதன் முக்கிய பண்புகள் மற்றும் விளைவுகள் என்ன?
  
• குவாண்டம் இயற்பியலின் ஒரு விசித்திரமான கண்டுபிடிப்பு Zero point motion என்பதாகும். அதாவது, 0 டிகிரி கெல்வினில் கூட அணுக்கள் அதிர்ந்து கொண்டு இருக்கும் என்று சொல்கிறது. அது எப்படி?
  
• பொதுவாக, உலோகங்களில் வெப்பமும் மின்சாரமும் எளிதில் கடத்தப்படும். அது ஏன்?
  http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/08/blog-post.html

தமிழகத்தை சேர்ந்த சந்திரசேகர் சுப்பிரமணியன், 1930ல் முதன்முதலாக இந்த கருங்குழி இயற்கையில் இருக்கலாம் என்பதை கணக்கிட்டு சொன்னார். அவர் 1930ல் சென்னை பிரசிடென்சி கல்லூரியில் B.Sc.(Physics) படித்து விட்டு, மேல்படிப்பிற்கு இங்கிலாந்தில் இருக்கும் கேம்பிரிட்ஜ் கல்லூரியை சார்ந்த ‘ட்ரினிடி கல்லூரி'க்கு சென்றார். அந்தக் காலத்தில், இங்கிலாந்து செல்ல கப்பல் வழிப் பயணம்தான் இருந்தது. கப்பலில் செல்லும் பொழுது, அவர் இயற்பியல் கேள்விகளுக்கு விடை யோசித்து, சூரியனை விட 1.44 மடங்கு அதிகம் எடை உள்ள விண்மீன், கருங்குழியாகும் என்று சொன்னார்.

அவர் இதை கணக்கிடும்பொழுது, எலக்ட்ரான்களின் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசையை மட்டும் கணக்கில் எடுத்துக் கொண்டார். நியூட்ரான்களின் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை இன்னமும் அதிகம், அதனால் இன்னமும் பெரிய விண்மீன்கள் தான் கருங்குழி ஆகும் என்பதை உடனடியாக உணரவில்லை. சூரியனை விட சரியாக 1.44 மடங்கு அதிகம் நிறை இருக்கும் விண்மீன் ”நியூட்ரான் விண்மீனாக” மாறிவிடும்.


எப்படி இருந்தாலும், முதன்முதலில் ”கருங்குழி என்ற பொருள் இருக்கலாம், அது ஒளியைக் கூட வெளிவிடாது” என்ற கருத்தை அறிவியல் பூர்வமாக சிந்தித்து கணக்கிட்டு வெளியிட்டவர் அவர்தான். அவர் கணக்கிட்ட எண், இப்போது உலகெங்கிலும் ‘சந்திரசேகர் லிமிட்' (chandrasekar limit)என்று வழங்கப் படுகிறது. ஒரு விண்மீனானது, நியூட்ரான் விண்மீனாக மாற எவ்வளவு நிறை இருக்க வேண்டும் என்பதை இந்த வரையறை சொல்கிறது.

இவர் முதலில் இதை சொன்ன பொழுது, விஞ்ஞானிகள் இதை ஏற்றுக்கொள்ளவில்லை. குறிப்பாக, இங்கிலாந்து கேம்பிரிட்ஜில் பிரபலமான ‘எடிங்க்டன்' என்பவர் இதை எதிர்த்தார். ‘உள்ளே போகும் அனைத்தையும் விழுங்கும், ஒளியைக் கூட விழுங்கும் கருங்குழி, இயற்கையில் இருக்காது' என்று இந்த கருத்தைப் பலர் எதிர்த்தார்கள். எதிர்த்தவர்கள் சந்திரசேகரின் கணக்கீடு தவறு என்று சொல்லவில்லை. தங்களால் ஜீரணிக்க முடியாத ஒரு கருத்தை இவர் வைத்ததால், மனதளவில் ஏற்றுக்கொள்ள முடியாமல் எதிர்த்தார்கள்.

எடிங்க்டன் என்பவர் அப்போது கேம்பிரிட்ஜில் பேராசிரியர் ஆகவும் சந்திரசேகர் மாணவராகவும் இருந்தார்கள் என்பதை நினைவு கொள்ளவும். ‘அதிகாரி வீட்டு கோழி முட்டை, குடியானவன் வீட்டு அம்மிக்கல்லையும் உடைக்கும்' என்பது போல, சந்திரசேகரின் கருத்து எடுபடவில்லை. இதைப் பற்றி பிற்காலத்தில் சந்திரசேகர் ஆதங்கத்துடன் பேசி இருக்கிறார். இந்த கருத்து மோதலால் தனக்கு நன்மை எதுவும் இல்லை என்பதை உணர்ந்த சந்திரசேகர், இதை மேலும் தொடராமல், படிப்பை முடித்த பின்னர் அமெரிக்கா சென்றார். அங்கே சென்று விண்வெளியியலிலும் (astronomy) குவாண்டம் இயற்பியல் போன்ற மற்ற துறைகளிலும் சிறப்பாக ஆராய்ச்சியைத் தொடர்ந்தார். 1983ல் இவருக்கு இயற்பியலில் விண்மீன்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சியை குறிப்பிட்டு, நோபல் பரிசு கிடைத்தது. ஆகமொத்தம் முதலில் இவர் கருத்துக்கு ஆதரவு கிடைக்காவிட்டாலும், பிற்காலத்தில் சரியான அங்கீகாரம் கிடைத்திருக்கிறது.

• நம்மில் பலரும், சர். சி.வி. இராமனுக்கு கிடைத்த நோபல் பரிசு மட்டுமே இந்திய விஞ்ஞானிக்கு கிடைத்த நோபல் பரிசு என்றும், சந்திரசேகருக்கு கிடைத்த பரிசு, அவருக்கு வெளிநாட்டில் (நல்ல வசதிகள் இருக்கும் இடத்தில் வேலை செய்ததால்) கிடைத்தது என்றும் நினைக்கலாம். அவர் இந்தியாவில் இருந்திருந்தால் இவ்வளவு சிறப்பாக ஆராய்ச்சி செய்திருக்க மாட்டார் என்று கூறலாம். ஆனால், நோபல் பரிசு 1983ல் கிடைத்தாலும், இவர் இந்தியாவில் இருந்து 1930ல் கப்பலில் செல்லும் போதே இந்த கணக்குகளை போட்டு விட்டார் என்பதையும் கவனியுங்கள். இவரது திறமையில், நம் நாட்டில் 1930ல் இருந்த படிப்பு வசதிகளில் இதை செய்திருக்கிறார். என்ன, இவர் அடுத்து வெளிநாட்டில் வேலை செய்ததால் பிரபலமாவது கொஞ்சம் சுலபமாக இருந்திருக்கும். அவ்வளவே.

அதன் பிறகு, 1939களில், அமெரிக்காவைச் சேர்ந்த பிரபல விஞ்ஞானியான ‘ராபர்ட் ஓபன்ஹைமர்' சந்திரசேகரின் கருத்தின் அடிப்படையில், கருங்குழி பற்றி ஆராய்ச்சி அறிக்கைகளை வெளியிட்டார்( published journal articles). அப்புறம் பலரும் அதை ஏற்றுக் கொள்ள ஆரம்பித்தார்கள்.

அதன்பின் இத்துறையில் ஆராய்ச்சி செய்த அறிஞர்களில், பிரபலமானவர் ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் என்பவர். இவர், கருங்குழி உண்மையில் மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும் என்பதை கணித்தார். இவரது ' A brief history of time' என்ற புத்தகம், மிக எளிமையான நடையில் (ஆங்கிலத்தில்) இருக்கிறது. இது ‘Best Seller' என்ற நன்றாக விற்கும் புத்தகங்களில், பல நாட்கள் இருந்திருக்கிறது. நானும் கருங்குழி பற்றிய இந்த நான்கு பதிவுகளில் பெரும்பாலான விஷயங்களை அந்தப் புத்தகத்தில் இருந்துதான் (படித்ததில் நினைவில் இருப்பதைக்) கொடுத்திருக்கிறேன்.

இங்கு இன்னொரு விஷயத்தை பார்ப்போம். இதுவரை கருங்குழி எதையுமே விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடிக்கவில்லை. சந்திரசேகருக்கும் எடிங்க்டனுக்கும் இருந்த போராட்டம் எல்லாம், ‘கருங்குழி என்ற பொருள் சாத்தியமா' என்பதைப் பற்றியதே. ஒரு எடுத்துக்காட்டு சொல்லப்போனால், ‘அண்டத்தில் பூமியைத் தவிர வேறு இடத்தில் உயிரினங்கள் இருப்பது சாத்தியமா?' என்று கேட்டால், விஞ்ஞானிகள் ‘சாத்தியம்தான்' என்று சொல்வார்கள். அதேசமயம் இது சாத்தியம் என்பதால், 'ஏற்கனவே இருக்கிறது' அல்லது ‘நிச்சயமாக் இருக்கிறது' என்று பொருள் கொள்ள முடியாது. வேறு விண்மீன்களில், வேறு கோளங்களில் உயிர் வாழ்வதற்கு தேவையான நீர், ஆக்சிஜன், கரி ஆகியவை இருக்க சாத்தியக்கூறு உண்டு. ஆனால், நாம் வேறு கிரகத்தில் உயிரினத்தை கண்டு பிடித்தால், அதன்பின்னர் இந்த கேள்விக்கே இடமில்லாமல் போய்விடும். அதுவரை, ‘பூமியைத் தவிர அண்டத்தில் வேறு எந்த இடத்திலும் உயிர் இருக்காது' என்று சொல்பவர்கள் இருந்து கொண்டுதான் இருப்பார்கள். அதைப்போலவே, கருங்குழியை கண்டுபிடித்து விட்டால், ‘இது சாத்தியமா இல்லையா' என்ற கேள்வி வராது. அதுவரை சந்தேகம் இருக்கத்தான் செய்யும்.

தற்போது, நாம் இருக்கும் சூரிய மண்டலம் இருக்கும் Milky Way என்ற ‘பால் வழி' galaxyல், நடுவில் ஒரு கருங்குழி இருப்பதாக விஞ்ஞானிகள் கருதுகிறார்கள். ஆனால், 100% நிச்சயமாக சொல்ல முடியவில்லை. (இது பற்றிய மாற்றுக் கருத்துக்களுக்கு பின்னூட்டங்களையும், அதிலிருக்கும் சுட்டிகளையும் பார்க்கவும்).

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/black-holes-history-44.html

இந்த பதிவில், கருங்குழிக்கு எப்படி ஒளியைக்கூட விழுங்கும் தன்மை வந்தது, எதனால் அது ஒளியை உமிழ்வது போல தோற்றம் தருகிறது என்ற விவரங்களைப் பார்க்கலாம்.

• சார்பியல் (ரிலேடிவிடி) தத்துவத்தின் படி, இந்த அண்டத்திலேயே (universe) ஒளி (மின்காந்த அலைகள்) தான் அதிக பட்ச வேகத்தில் செல்ல முடியும். அதை விட வேகத்தில் எந்தப் பொருளும், எந்தத் தகவலும் செல்ல முடியாது. வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் ஒரு நொடிக்கு மூன்று லட்சம் கிலோ மீட்டர்கள்.
  

புவியில் இருந்து ஒரு ராக்கெட் வெளியே செல்ல வேண்டும் என்றால் அதற்கு குறைந்த பட்சம் ஒரு வேகம் இருக்க வேண்டும். இதை தப்பிக்கும் வேகம் (escape velocity) என்று சொல்லலாம். சூரிய மண்டலத்தில் இருந்து ஒரு ராக்கெட் வெளியே செல்ல வேண்டும் என்றால், அதற்கு இன்னமும் அதிக வேகம் தேவைப்படும்.

ஒரு பொருள், விண்மீனின் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசையில்' இருந்து தப்பிக்க வேண்டும் என்றால்? அந்தப் பொருள் இருக்கும் இடத்தையும், விண்மீனின் நிறையையும் வைத்து ‘தப்பிக்கும் வேகத்தை' கணக்கிடலாம். அந்தப் பொருள் விண்மீனை விட்டு அதிக தூரத்தில் இருந்தால், கொஞ்சம் வேகமே போதும். விண்மீனின் நிறை குறைவாக இருந்தாலும், கொஞ்சம் வேகமே போதும்.

விண்மீனின் நிறை அதிகமாக அதிகமாக, இந்த தப்பிக்கும் வேகமும் அதிகமாகும். ஆனால் கருங்குழியில் நிறை மிக மிக அதிகம். கருங்குழிக்கு அருகில், ‘தப்பிக்கும் வேகம்' நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ.விட அதிகமாகிவிடும்.

ஆனால் சார்பியல் கொள்கைப் படி, எந்தப் பொருளுக்கும் ஒளியின் வேகத்தை விட அதிக வேகம் இருக்க முடியாது. ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ. எனவே, கருங்குழிக்கு அருகில் எந்தப் பொருள் சென்றாலும், தப்பிக்க முடியாது, உள்ளே விழுந்துதான் தீர வேண்டும். ஒளியும் தப்பிக்க முடியாது.

கருங்குழியை விட்டு தொலைவில் வர வர இந்த ‘தப்பிக்கும் வேகத்தின்' அளவு குறைந்து கொண்டே வரும். எந்த தொலைவில் அது சரியாக ‘நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ' ‘ என்று வருகிறதோ, அது ‘நிகழ்வு விளிம்பு' என்று சொல்லப்படும். அந்த தொலைவிற்குள் இருக்கும் எல்லா பொருள்களும், மின்காந்த அலைகளும் வெளி உலகிற்கு வர முடியாது. அதை விட்டு தள்ளி இருக்கும் பொருள்கள், அவற்றின் வேகத்தையும் திசையையும் பொறுத்து (அ) கருங்குழிக்குள் விழலாம் (ஆ) பூமி சூரியனை சுற்றுவது போல கருங்குழியை சுற்றலாம் அல்லது (இ) வெளியே செல்லலாம்.

குறிப்பு: பதிவின் நீளம் அதிகமாவதாலும், நேரம் இல்லாததாலும் ‘கருங்குழிக்கு அருகில் எப்படி நேரம் மாறுகிறது?' என்ற கேள்விக்கு பதில் இப்போது இல்லை. வாய்தா வாங்கிக் கொள்கிறேன்!

இன்னொரு கருத்து, கருங்குழியில் இருந்து கதிர் வீச்சு வருவது. எல்லாவற்றையும் விழுங்கும் கருங்குழியில் இருந்து எப்படி கதிர்வீச்சு வரும்?கருங்குழியில் இருந்து வரும் கதிர்வீச்சு, உண்மையில் கருங்குழியைச் சுற்றி இருக்கும் வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவதாகும்.

“சரி, இது வரை கருங்குழியானது ஒளியை விழுங்கும், பூமியில் பல வருடங்கள ஆகும் பொழுது கருங்குழிக்கு பக்கத்தில் போகும் ராக்கெட்டில் சில மணிகள் தான் ஆகும் என்று சொன்னாய், நாங்களும் போனால் போகுதுன்னு கேட்டுக்கொண்டு இருந்தோம். இப்போ, வெற்றிடத்தில் இருந்து கதிர் வீச்சு வரும்னு சொல்றயே, இது உனக்கே ஓவரா தெரியலையா?” என்று நீங்கள் கேட்கலாம்.

வெற்றிடத்தில் ஆற்றல் பூஜ்யம்தான். இதிலிருந்து கதிர் வீச்சு வரவேண்டும் என்றால், எங்காவது எதிர்மறை / நெகடிவ் / negative ஆற்றல் இருக்க முடியும் என்றால்தான் இது நடக்கும். அதாவது கொஞ்சம் நெகடிவும் கொஞ்சம் பாசிடிவும் சேர்ந்து பூஜ்யம் என்று சொல்ல முடியும். எனவே, பூஜ்யத்தை, கொஞ்சம் கதிர்வீச்சாகவும் (பாசிடிவ் ஆற்றல்) கொஞ்சம் நெகடிவ் ஆற்றலாகவும் ‘பிரிக்கலாம்' என்று சொல்ல முடியும்.

இங்குதான் கருங்குழியின் இன்னொரு வித்தியாசமான விளைவு வருகிறது. ஒரு எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கல்லானது தரையில் இருந்தால் அதன் ஆற்றல் குறிப்பிட்ட அளவு என்று வைத்துக் கொள்வோம். அதை 1 மீட்டர் உயரம் தூக்க கொஞ்சம் ஆற்றல் கொடுக்க வேண்டும். 1 மீட்டர் உயரத்தில் அதன் potential energy என்ற ஆற்றல் அதிகமாக இருக்கும். 2 மீட்டர் உயரத்தில் இன்னும் அதிகமாக இருக்கும்.

இதையே இன்னொரு வகையில் பார்த்தால், ஒரு கல் பூமியை விட்டு வெளியில் இருக்கும் ஆற்றலை விட, பூமிக்கு அருகில் இருக்கும்பொழுது அதன் ஆற்றல் குறைவாக இருக்கும். (இரண்டு சமயங்களிலும் அது நகர்வதில்லை, அல்லது ஒரே வேகத்தில் நகரும் என்று கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள்).

அதைப்போலவே, ஒரு பொருள் கருங்குழிக்கு வெளியில் இருக்கும் பொழுது ஓரளவு ஆற்றல் இருந்தால், அது கருங்குழிக்குள் இருக்கும் பொழுது ஆற்றல் குறைவாக இருக்கும். கருங்குழியின் நிறை ஈர்ப்பு புலம் (gravitational field) மிக மிக சக்தி வாய்ந்தது. அதனால் ஒரு பொருள் ‘நெகடிவ்' ஆற்றலுடன் கூட கருங்குழிக்குள் இருக்க முடியும்.

வெற்றிடத்தில் எதற்காக கதிர்வீச்சும், நெகடிவ் ஆற்றலும் உருவாக வேண்டும்? இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியல் பதில் அளிக்கிறது. எந்த இடத்திலும் ‘உண்மை துகள்' மற்றும் ‘கற்பனை துகள்' (real particle and imaginary particle) ஆகிய இரண்டும் உருவாக வாய்ப்பு உண்டு. இது ‘ஹைசன்பர்க் கொள்கை'யின் அடிப்படையில் உருவானது.

பொதுவாக உண்மைத்துகளுக்கு பாசிடிவ் ஆற்றலும்,கற்பனைத்துகளுக்கு நெகடிவ் ஆற்றலும் இருக்கும். இரண்டும் விரைவில் சேர்ந்து ஆற்றல் பூஜ்யம் ஆகிவிடும். இது எல்லா இடத்திலும் எல்லா சமயத்திலும் நடந்து கொண்டு இருப்பதால் மொத்தத்தில் ஒன்றும் தெரியாது. இதை எல்லாம் முதல் முறையாகப் படிக்கும்பொழுது கொஞ்சம் ஓவராகத்தான் தெரியும். ஆனால் விஞ்ஞானிகள் இதுதான் உண்மை என்று கருதுகிறார்கள். இந்த கருத்துக்களின் அடிப்படையில் அவர்கள் கணிப்பவை சரியாகவே வருகின்றன.

ஆனால் கருங்குழிக்குள் கற்பனைத்துகள் சென்று விட்டால், உண்மைத்துகள் அதனுடன் சேர முடியாது. சில உண்மைத்துகள்களும் கருங்குழிக்குள் சென்று விடலாம். அப்படி செல்லாமல் வெளி வரும் துகள்களையே நாம் கதிர் வீச்சாக காணலாம். இங்கு துகள் என்பது ஒளியையும் குறிக்கலாம். போட்டான் என்ற துகள் மின்காந்த அலையைக் குறிக்கும் என்பதை நினைவு கொள்ளவும்.

கருங்குழிக்குள் நெகடிவ் ஆற்றலுடன் ஒரு பொருள் போனால் என்ன ஆகும்? உள்ளே இருக்கும் ‘மொத்த ஆற்றல்' குறையும். இதனால் அதன் மொத்த நிறையும் குறையும். கருங்குழி அதன் நிறையை இழந்து கதிர்வீச்சு அளிப்பது போல தோன்றும் (அணு வினையில் நடப்பது போல). ஆனால் கதிர்வீச்சு கருங்குழியில் உள்ளே இருந்து வருவது அல்ல. அதன் சுற்று வட்டாரத்தில் இருந்து ‘தப்பித்து' வரும் கதிர் வீச்சும், அதற்கு ஏற்ப கருங்குழிக்கு உள்ளே விழும் ‘கற்பனைத் துகள்களும்' தான் இதற்குக் காரணம்.

(இது எல்லாம் கண்ணைக் கட்டுவதாக இருந்தால், கவலை வேண்டாம். எனக்கும் தோராயமாகத்தான் தெரியும். இது போதாதென்று, நேரம் கிடைத்தால் Stephen Hawking இன் 'A brief history of time' ஐ அதிகாரப் பூர்வமற்ற தமிழாக்கம் - unofficial translation செய்யலாம் என்று இருக்கிறேன். பார்க்கலாம்.)

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/black-hole-some-explanations34.html

இதற்கு முந்திய பதிவில், விண்மீன்களில் என்ன இருக்கிறது, அவை எப்படி ஒளியை உமிழ்கின்றன, எதனால் சில விண்மீன்கள் கருங்குழியாக மாறுகின்றன என்பதைப் பார்த்தோம். இந்த பதிவில், கருங்குழியின் வித்தியாசமான பண்புகளைப் பார்க்கலாம்.

மிக அதிக நிறை உடைய விண்மீன்கள்தான் கருங்குழி ஆகும் என்பதை அறிவோம். அதனால், அவற்றின் நிறை ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகமாக இருக்கும். மிக அதிகமாக என்றால் எவ்வளவு? கருங்குழிக்கு அருகில் வந்து விட்டால், எந்தப் பொருளும் அதை விட்டு செல்ல முடியாது. எந்தப் பொருளும் என்றால், அது இந்த அண்டத்தில் இருக்கும் எந்தப் பொருளையும் குறிக்கும். குறிப்பாக, ஒளி, கருங்குழியில் இருந்து தப்பி வர முடியாது. இது எல்லாப் பொருள்களையும் விழுங்கும் தன்மை கொண்டதால், இது ஒரு குழி (hole), அதாவது இதில் ஒரு பொருள் சென்று விட்டால், திரும்ப வராது என்ற பொருளில் இதன் பெயர் வழங்கப் படுகிறது. ஒளியையும் விழுங்கும் தன்மை கொண்டதால், இதற்கு கருங்குழி என்று பெயர்.

எந்தப் பொருளும் கருங்குழிக்கு அருகில் வந்து விட்டால் தப்ப முடியாது. அருகில் என்றால் எவ்வளவு அருகில்? அது ஒவ்வொரு கருங்குழியின் நிறையையும் பொறுத்தது. ஒவ்வொரு நிறைக்கும், ஒரு அளவு உண்டு. அந்த குறிப்பிட்ட தூரத்திற்கு ஆங்கிலத்தில் 'Event Horizon' ( நிகழ்வு விளிம்பு ) என்று பெயர். அதற்குள் ஒரு பொருள் சென்று விட்டால், அதைப் பற்றி எந்தத் தகவலும் வெளியில் இருப்பவர்களுக்கு தெரியாது. பொதுவாக, தகவலை ஓரிடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு அனுப்ப மின்காந்த அலைகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால், கருங்குழியில் இருந்து ஒளி (மின்காந்த அலை) கூட வெளி வர முடியாததால், எந்தத் தகவலும் வெளியில் வராது. இந்த ‘நிகழ்வு விளிம்பு'க்குள் நடக்கும் எந்த நிகழ்ச்சியைப் பற்றியும் வெளியில் இருப்பவர் பார்க்க முடியாது. அதனால்தான் இதற்கு ‘நிகழ்வு விளிம்பு' என்று பெயர்.

கருங்குழியில் நிறை ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகம் என்பதை மீண்டும் நினைவு கொள்வோம். சரி, இப்பொழுது ஒருவர் ஒரு ராக்கெட்டில் பயணம் செய்து கருங்குழியை நோக்கிப் போகிறார் என்று வைத்துக் கொள்வோம். அப்போது என்ன நடக்கும்?

வெளியில் இருந்து பார்ப்பவர்களுக்கு, அவர் (அதாவது ராக்கெட்) கருங்குழிக்கு அருகில் செல்ல செல்ல, அவரது வேகம் குறைவது போல தோன்றும். உண்மையில் சொல்லப் போனால், வெளியில் இருந்து பார்ப்பவர்களைப் பொறுத்த வரை, அவரது ராக்கெட்டின் வேகம் குறையும் என்று தான் சொல்ல வேண்டும். இதை ‘சார்பியல்' என்ற relativity விளக்குகிறது.

அவர் கருங்குழியை நெருங்க நெருங்க, ராக்கெட்டின் வேகம் மேலும் மேலும் குறையும். அதனால், அவர் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தை (எ.கா. 1 கி.மீ) கடக்க எடுத்துக் கொள்ளும் நேரம் அதிகமாகிக் கொண்டே போகும். இப்படி, கடைசியாக, அவர் ‘நிகழ்ச்சி விளிம்பைக்' கடப்பதை, வெளியில் இருப்பவர் பார்க்கவே முடியாது. ஏனென்றால், அதற்கு முடிவில்லாத (infinite)நேரம் ஆகும். இது வெளியில் இருப்பவர்களைப் பொறுத்த வரை நடப்பது.

ராக்கெட்டில் இருப்பவருக்கோ அப்படி இல்லை. அவர் கருங்குழியை நெருங்க நெருங்க, அதன் ஈர்ப்பு விசையால் இழுக்கப் படுவார். அவர் மிக மிக அதிக வேகத்தில் அதை நெருங்குவார். அவர் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தை கடக்க குறைந்த நேரமே எடுத்துக் கொள்வார். அப்படிப் பார்த்தால், அவரைப் பொறுத்த வரை ஒரு மணி நேரத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தைக் கடந்தால், வெளியில் (பூமியில்) இருந்து பார்ப்பவர்களுக்கு அவர் அந்த தூரத்தை பல மணி நேரங்களில் கடந்தது போலத் தெரியும். அவர் கருங்குழிக்கு எவ்வளவு அருகில் இருக்கிறார் என்பதைப் பொறுத்து, பல வருடங்கள் கூட கடந்தது போல தெரியும்.

அவர் தன் நேரப்படி, 12 மணி நேரத்திற்கு முன், மற்றும் 12 மணி நேரத்திற்கு பின் என்று இரண்டு போட்டோக்களை எடுத்து பூமிக்கு அனுப்பினால், நமக்கு முதல் போட்டொ கிடைத்து, பல நாள் அல்லது ஆண்டுகள் கழித்துதான் இரண்டாவது போட்டோ வரும். ஆனால், இரண்டாவது போட்டோவிலும் அவர் வயது முதல் போட்டோவை விட 12 மணி அதிகம் போல தெரியும். (எ.கா. முகத்தில் ஷேவ் செய்து முதல் போட்டோ எடுத்தால், இரண்டாவது போட்டோவில் கொஞ்சம் மாறுதல் தெரியும், அவ்வளவே). நாம் “இந்த மனிதர் பல ஆண்டுகள் கழித்து கூட இளமையாக இருக்கிறாரே என்று நினைப்போம்”. அதே சமயம், அவரது காமிராவில் நேரம் அந்த போட்டோக்களில் பதிந்து இருந்தால், அவை 12 மணி நேர வித்தியாசம் மட்டுமே காட்டும்.

இங்கு சொல்ல வருவது என்ன என்றால், அந்த ராக்கெட்டில் இருக்கும் உயிர் உள்ள பொருள்கள் (மனிதர்) , மற்றும் உயிரற்ற பொருள்கள் (காமிராவில் இருக்கும் கடிகாரம்) இரண்டிற்குமே நேரம் மெதுவாகத் தான் செல்லும். இது ஒரு வெளித்தோற்றம் அல்ல. உண்மையிலேயே, அந்த ராக்கெட்டில் நேரம் மெதுவாகத்தான் செல்கிறது. ஆனால், அந்த ராக்கெட்டில் இருப்பவர்களுக்கு, இருக்கும் பொருள்களுக்கு, அது இயல்பாகவே இருக்கும். அவர் தான் மெதுவாக வயதடைவதாக உணர மாட்டார். சாதாரணமாகவே உணர்வார்.

சரி, அடுத்து இன்னொரு விஷயம். கருங்குழி, ஒளியைக் கூட வெளியில் விடாது என்று பார்த்தோம். ஆனால், குவாண்டம் இயற்பியலின் அடிப்படையில், ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் அவர்கள் ஆராய்ச்சி செய்து, கருங்குழியில் இருந்து ஒளி கதிர்வீச்சு வரும் என்று நிரூபித்தார். அது உண்மையில் கரும்குழியில் இருந்து 'தப்பி' வருவது அல்ல. வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவது (!) . கருங்குழியைச் சுற்றி இருக்கும் வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவது என்று கணக்கிட்டார்.

அடுத்த பதிவில் ஏன் கருங்குழி இந்த மாதிரி வித்தியாசமாக இருக்கிறது என்ற காரணங்களைப் பார்ப்போம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/black-hole-properties-24.html

கருங்குழி (black holes) என்பவை, விண்மீன்களைப் (star) போன்ற பொருள்களாகும். இவை பல வித்தியாசமான பண்புகளைக் கொண்டவை. இவை உண்மையிலேயே இருக்கின்றனவா அல்லது இல்லையா என்பதில் இன்னமும் சந்தேகம் இருக்கிறது. பெரும்பாலான் விஞ்ஞானிகள் இவை இருப்பதாக நம்புகிறார்கள். ஆனால் இது வரை ஒரு கருங்குழியைக் கூட நம்மால் கண்டுபிடிக்க முடியவில்லை.

கருங்குழி என்றால் என்ன? அது எப்படி உருவாகும்? அதென்ன 'வித்தியாசமான பண்புகள்'? ஏன் அப்படிப்பட்ட பண்புகள் இருக்கும் என்று விஞ்ஞானிகள் நினைக்கின்றார்கள்? இவற்றை அடுத்த சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம். இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியலும், சார்பியலும் (Theory of Relativity) தேவைப்படும்.


கருங்குழி என்பது மிக அதிக நிறை (mass) கொண்ட விண்மீன்கள். முதலில் விண்மீன்கள் அல்லது நட்சத்திரங்கள் என்றால் என்ன? விண்மீன்கள் அனைத்திலும், ஹைட்ரஜன் வாயுவும், சிறிதளவு ஹீலியம் வாயுவும் இருக்கின்றன. சில விண்மீன்களில், இவை போக, வேறு சில தனிமங்களும் (ஆக்சிஜன், சிலிக்கன் என்ற வகையில்) கொஞ்சம் இருக்கலாம். விண்மீன்கள் பொதுவாக அதிக வெப்ப நிலையில் இருக்கும். இவை ஒளியைத் தரும். நமது சூரியன் கூட ஒரு விண்மீன் தான்.மொத்தத்தில் இந்த வாயுக்கள் கொண்ட மேகம் போன்ற ஒரு படலம்தான் விண்மீன். இந்த விண்மீன் பொதுவாக பந்து போல உருண்டையாக இருக்கும்.

விண்மீன்கள் எப்படி ஒளியத் தருகின்றன? ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அணுவினை (nuclear reaction)மூலம் ஹீலியமாக மாறும். அப்படி மாறும்பொழுது, வெளிவரும் ஆற்றல்தான் வெப்பமாகவும் ஒளியாகவும் வருகிறது. இப்படி வெப்பம் அதிகமாக இருக்கும் பொழுது, ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் வாயுக்கள் அடர்த்தி குறைந்து, விண்மீனை விட்டு வெளியேற முயற்சி செய்யும். (பலூனில் காற்று ஊதி, சூடுபடுத்தினால் அது பெரிதாகும். அடுப்பில் காட்ட வேண்டாம், ‘பட்' டென்று வெடித்துவிடும். பற்றி எரியவும் செய்யலாம். அதற்கு பதில் பலூனை கொஞ்சம் வெந்நீரில் வைத்தால், அது பெரிதாகும்.) அதே சமயம், இப்படி விண்மீன் பெரிதாகாமல் அதன் ஈர்ப்பு விசை தடுக்கும். ஈர்ப்பு விசை, இந்த வாயுக்களை நடுப்புள்ளியை (center point) நோக்கி இழுப்பதால், விண்மீன் உருண்டையாக இருக்கும். (இதே விண்மீன் வேகமாக சுழன்றுகொண்டும் இருந்தால், கொஞ்சம் தட்டையாக இருக்கும்).

• நாம் பொதுவாக ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொல்வதை ஆங்கிலத்தில் gravity என்று சொல்வார்கள். இது ‘புவி'க்கு மட்டும் இல்லை. எல்லா பொருள்களுக்கும் இருக்கிறது. இது ஒரு பொருளின் ‘நிறையைப்' (mass) பொறுத்தது. நம்மைப் பொறுத்தவரை பூமி அதிக எடை இருப்பதால், இதை ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொல்கிறோம்.
  
• இரு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுக்கு இடையே ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொன்னால் ”இங்கே எப்படி புவி வந்தது?” என்ற குழப்பம் வரலாம். இந்த பதிவில், நானாக ஒரு புது சொல்லை பயன்படுத்தப் போகிறேன். வெறுமனே ”ஈர்ப்பு விசை” என்று சொன்னால் அது 'attractive force' என்று பொருள்படும். ஒரு எலக்ட்ரானுக்கும் ப்ரோட்டானுக்கும் இடையே கூட மின்காந்த விசை ‘ஈர்ப்பு விசையாகத்' தானே இருக்கிறது?
  
  
• அதனால், இப்போது ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' என்ற புதுச் சொல்லை பயன்படுத்துவோம். ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' என்று சொன்னால், அது ‘எந்த இரு பொருள்களுக்கும் இடையே இருக்கும் gravity force' என்று பொருளாக எடுத்துக் கொள்வோம்.
  
• உங்களுக்கு இதைவிட சரியான சொல் தெரிந்தால், பின்னூட்டத்தில் தெரியப் படுத்துங்கள், மாற்றி விடுவோம்.

அணுக்கரு வினையால், விண்மீன் பெரிதாகப் பார்க்கும், அதே சமயம் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யால் விண்மீன் சிறிதாகப் பார்க்கும். இரண்டும் சரிசமமாக இருக்கும் நிலைதான் விண்மீனின் நிலை.

இப்படி அணுக்கரு வினை நடக்க ஹைட்ரஜன் தேவை. (இப்படி 'குத்து மதிப்பாக' பல வாக்கியங்களை எழதுகிறேன். சரியாகச் சொல்ல வேண்டும் என்றால், சில சமயங்களில், ஹீலியம் மட்டும் இருந்தாலும் கூட அணுக்கரு வினை நடக்கும். இருந்தாலும், இப்படி எல்லாவற்றையும் எழுதப் போனால் பதிவின் நீளம் தாங்காது. அதனால், நீங்கள் ”இப்பதிவில் இருக்கும் கருத்துக்கள் பெரும்பாலும் உண்மை, அதே சமயம் விதிவிலக்குகள் இருக்கும்” என்பதை நினைவில் வைத்து படிக்க வேண்டும்).

ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் ஹீலியமாக மாறும்பொழுது, கொஞ்சம் நிறை குறையும். அந்த நிறைதான் ஆற்றலாக (ஒளியாக, வெப்பமாக) வெளிவருகிறது. இதற்கு ஐன்ஸ்டைனின் ‘E= m c^2" என்ற புகழ்பெற்ற சமன்பாடைப் பயன்படுத்தி, எவ்வளவு நிறை இழந்தால் எவ்வளவு ஆற்றல் வரும் என்று கணக்கிடலாம்.

இப்படி ஹைட்ரஜன் ஹீலியமாக மாற மாற, விண்மீனின் நிறை குறைந்து கொண்டே வரும்.
அதனால் விண்மீனின் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யும் குறைந்து கொண்டு வரும். அதே சமயம், இந்த அணுக்கரு வினைக்கு ‘எரிபொருளான' ஹைட்ரஜனும் குறைந்து கொண்டே வரும் என்பதை கவனியுங்கள். பல கோடி வருடங்கள் சென்ற பிறகு, ஹைட்ரஜன் பெரும்பாலும் முடிந்து இருக்கும். விண்மீனில் ஹீலியம் மற்றும் வேறு அணுக்களும் இருக்கலாம் (உதாரணமாக, சிலிக்கன், ஆக்சிஜன், கார்பன்/கரி, நைட்ரஜன்) இப்போது அணுக்கரு வினை நடக்காது.

சில சமயங்களில் , விண்மீனில் ஒரு பகுதி ‘பிய்த்துக்கொண்டு' வரலாம். அப்படி வந்ததுதான் நமது பூமி. பூமி குளிர்ந்த பின்னர் உயிரினங்கள் தோன்றின. பூமியின் நிறை குறைவு, அதாவது பெரும்பாலான் விண்மீன்களைப் பார்க்கிலும் குறைவு :-)

ஹைட்ரஜன் தீரும் நிலையில் அணுக்கரு வினை நின்று விட்டால் என்ன நடக்கும்? நிறை ஈர்ப்பு விசை காரணமாக, எல்லா அணுக்களும் அருகருகே வரும். ஆனால், ஓரளவுக்கு மேல் வரமுடியாது. அதற்கு காரணம் என்ன? இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியல் பதில் சொல்கிறது.

குவாண்டம் இயற்பியலில், ‘ஹைசன்பர்க் விதி' என்று ஒரு விதி (law) உண்டு. அதன் படி, ஒரு பொருளின் இடத்தையும், (momentum) மிகத் துல்லியமாக கணக்கிட முடியாது. இதை அடிப்படையாகக் கொண்டு ‘பாலி விதி' என்று உள்ளது. அது ‘இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஒரே ஆற்றல் கொண்டு இருக்க முடியாது' என்று சொல்லும். இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே இடத்தில் இருந்து ஒரே வேகத்தில் சென்றால், அவை இரண்டும் ஒரே ஆற்றல்தான் கொண்டு இருக்கும். எனவே இதை ஹைசன்பர்க் விதியின் விளைவாகவே கருதலாம்.

இது எலக்ட்ரானுக்கு மட்டும் அல்ல. ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரானுக்கும் பொருந்தும். ஒரே இடத்தில் (ஆற்றல் மட்டத்தில்) இரு ப்ரோட்டான்கள் இருக்க முடியாது, இரு நியூட்ரான்கள் இருக்க முடியாது.

மீறி ஒரே இடத்தில் இரு எலக்ட்ரான்களை கொண்டு வர முயற்சி செய்தால்? மிக அதிக அளவில் ,'எதிர்ப்பு விசை' வரும். அதனால், இரு அணுக்களை ஓரளவுக்கு மேல் நெருக்கமாக வைக்க முடியாது. இந்த எதிர்ப்பு விசை ‘மிக மிக அதிகம்'; ஆனால் ‘முடிவிலி' (infinite) இல்லை.

சூரியனைப் போல சாதாரண விண்மீன், பல கோடி வருடங்களுக்கு பிறகு, ‘இறந்த விண்மீன்' (dead star) ஆக இருக்கும். அதிலிருந்து ஒளி வராது.


அதற்கு பதிலாக, மிகப் பெரிய் விண்மீன் ஹைட்ரஜன் இழந்த பிறகு ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' மூலம் சுருங்க ஆரம்பிக்கும். இந்த ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யானது, ‘குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை'யை விட அதிகமானால் என்ன ஆகும்?

எலக்ட்ரான்கள் அருகருகே வந்து விடும்! பாலி விதியை மீறி வரும். இவை ப்ரோட்டானுடன் வினை புரிந்து இரண்டும் சேர்ந்து நியூட்ரானாக மாறிவிடும். இந்த விண்மீன், நியூட்ரான்களை மட்டுமே கொண்டதாகிவிடும்.

சரி, நியூட்ரான்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று மிக அருகில் வந்தால் என்ன ஆகும்? இதற்கும் ‘பாலி விதி' உண்டு. எலக்ட்ரான்கள் அருகில் வந்தால் இருக்கும் ‘குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை'யை விட, நியூட்ரான்கள் அருகில் வந்தால் இருக்கும் 'குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை' இன்னமும் அதிகம். அதனால், நியூட்ரான்களை குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை பிடித்து தள்ள, நிறை ஈர்ப்பு விசை உள்ளே இழுக்க , மொத்தத்தில் ஒரு சம நிலை வரும். இந்த நிலையில் இருக்கும் விண்மீன்கள் ‘நியூட்ரான் விண்மீன்' (neutron star) எனப்படும்.

மிக மிகப் பெரிய விண்மீன் என்ன ஆகும்? அதில் மிக அதிகமாக ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' இருக்கும். அந்த விசை, ‘நியூட்ரான்களில் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசையை' கூட அதிகமாக இருக்கும். அப்பொழுது, எல்லா நியூட்ரான்களும் சேர்ந்து மொத்தமாக பந்து போல ஒரே பொருளாகி விடும். இந்த பொருள்தான் ‘கருங்குழி'.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/black-holes-introduction14.html

இதற்கு முந்திய பதிவில், ஒளிவிலகல் மற்றும் எதிரொளிப்பு பற்றி பார்த்தோம். அடுத்து, ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவது எப்படி என்பதை பார்க்கலாம்.

குறிப்பு: இதில் கொஞ்சம் கணிதமும் வரும். அது கடினமாக இருந்தால், அந்தப் பகுதியை விட்டு விடலாம்.

ஒளியானது திடப்பொருளில் இருக்கும் அணுக்களின் மீது விழும்பொழுது எலக்ட்ரான்கள் அல்லது அணுக்கள் அதை விழுங்கி அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும் என்பதை பார்த்தோம். மேலே (அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு) சென்ற அணு, மீண்டும் கீழே வரும்பொழுது, ஒளியை மீண்டும் வெளியிட்டால், அது எல்லா திசைகளிலும் வெளியிடும் என்பதையும், அப்படி பல அணுக்கள் வெளியிடும் அலைகள், அவற்றின் கட்டங்கள் (phase) சேருவதைப் பொறுத்து, ஒளி விலகலாகவோ, எதிரொளிப்பாகவோ வரும் என்பதையும் பார்த்தோம்.

ஆனால், எல்லா சமயத்திலும், மேலே சென்ற அணு, கீழே வரும்பொழுது, ஒளியை வெளியிடாது. ஒவ்வொரு மின்காந்த அலைக்கும், ஒரு ஆற்றல் (energy) உண்டு. ஒரு மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண் ”y" என்றால், அதன் ஆற்றல் ‘hy” என்று இருக்கும். இங்கு y என்பது அதிர்வெண்ணைக் குறிக்கும். பொதுவாக இதை ‘காமா' (gamma) என்று குறிப்பிடுவார்கள். இங்கே பதிவில் எழுத சுலபமாக இருப்பதால் y என்ற எழுத்தை பயன்படுத்தி இருக்கிறேன். h என்பது ஒரு constant ஆகும். அதிர்வெண் அதிகரித்தால், ஆற்றலும் அதிகரிக்கும்.

மேலே சென்ற அணு, கீழ் மட்டத்திற்கு வரும்பொழுது, இதே அளவு ஆற்றலை வெளியிட வேண்டி வரும். ஆனால்,ஒரே சமயத்தில் இத்தனையும் வெளியிட்டால்தான், முதலில் வந்த மின்காந்த அலை (ஒளி) போல திரும்ப வரும். இல்லாவிட்டால், கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வெளியிட்டால், அதே ஆற்றல் வேறு விதத்தில் வெளிவரும்.

இங்கு அதிக ஆற்றல் கொண்ட அணுக்கள், அதிக அளவில் அதிர்ந்து கொண்டு ('vibrate') இருக்கலாம். அப்போது, அவற்றில் வெப்ப நிலை அதிகம் என்று சொல்ல வேண்டும். இப்படி ஒளியானது வெப்பமாக மாறினால், திரும்ப ஒளியாக வெளிவராது. ஒரு பொருள் ஒளியை (குறிப்பிட்ட அலை எண் கொண்ட மின்காந்த அலையை )உறிஞ்சுமா என்பதற்கு, அது அதிக ஆற்றல் மட்டம் சென்றால், திரும்ப ஒரே சமயத்தில் ஆற்றலை வெளியிடுமா, அதற்கு என்ன வாய்ப்பு (probability of coming to lower,ground state with a single radiation) என்று கணக்கிட வேண்டும்.

**************கணிதம் ஆரம்பம்**************
இதை ஒளி விலகல் எண்ணில் குறிக்க நினைத்தால், ‘காம்ப்ளக்ஸ் எண்' (complex number) என்ற எண்ணில்தான் குறிக்க வேண்டும். ஒளி விலகலுக்கு real பகுதியும், ஒளி உறிஞ்சுவதற்கு ‘imaginary' பகுதியும் பயன்படும். இங்கு 'i' என்ற எழுத்து, பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது square root of -1 ஆகும். இங்கு இமேஜினரி என்பது கற்பனை எண் என்று சொல்லப்பட்டாலும், அது real எண்ணை விட எந்த விதத்திலும் வேறுபட்டது இல்லை. இது உலகத்தில் இல்லாதது, கற்பனையானது என்றும், real எண்கள் தான் உலகத்தில் இருக்கும் பொருள்களை அல்லது பண்புகளைக் குறிக்கும் என்றும் சிலர் நினைக்கலாம். ஆனால் அது சரியல்ல. Both real numbers and imaginary numbers are equally "real" or equally "imaginary". வரலாற்று காரணமாக இது கற்பனை எண் என்று அழைக்கப் படுகிறது.

இந்த வகை எண்களில் ஒரு சமன்பாடு உண்டு. அது e^(iX) = cos(X) + i sin(X) என்பதாகும். இது எப்படி வந்தது என்று கேட்க வேண்டாம், நிச்சயம் தெரியவேண்டும் என்றால் கூகிளில் தேடலாம். இங்கு குறிப்பிட வந்த விஷயம் என்ன என்றால், exponential என்று சொல்லப்படும் e என்ற எண்ணை (iX) powerக்கு எழுதுவதற்கும், காஸ்(X), சைன்(X) ஆகிய எண்களுக்கும் தொடர்பு உண்டு என்பதே.

பொதுவாக, குறுக்கு அலைகளை(transverse waves) காஸ் மற்றும் சைன் அலைகளாக எழுதலாம். மின்காந்த அலைகள் குறுக்கு அலைகள்தான். மின்காந்த அலைகள் வெற்றிடத்தில் செல்லும்பொழுது அதன் அலைகள் குறிப்பிட்ட அலைநீளம் கொண்டிருக்கும். திடப்பொருளில் ஊடுருவி செல்லும்பொழுது, கொஞ்சம் குறைந்த அலைநீளம் கொண்டு இருக்கும். இந்த இரண்டு சமயங்களிலும் அந்த அலைகளை காஸ் அல்லது சைன் அலைகளாக எழுதலாம்.

ஆனால், மின்காந்த அலைகள் ஒரு பொருளில் உறிஞ்சப்பட்டால், அவை எக்ஸ்பொனன்ஷியல் (exponential or e) அலைகளாக எழுதப்படும். ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணுடன் , குறிப்பிட்ட அளவு வளத்துடன்(amplitude) பொருளில் அந்த அலை நுழையும். உள்ளே செல்ல செல்ல, அதே அதிர்வெண்ணில் எவ்வளவு வளம் இருக்கிறது என்று பார்த்தால், உறிஞ்சும் பொருள்களில், அது எக்ஸ்பொனன்ஷியலாக குறையும். உறிஞ்சாமல், ஊடுருவி செல்ல அனுமதிக்கும் பொருள்களில் அது காஸ் (அல்லது சைன்) ஆக ஏறி இறங்கும். இதற்கு காரணமாக, ஒளி விலகல் எண்ணில், உறிஞ்சும் பகுதி கற்பனை எண்ணாகவும், விலகும் பகுதி (ஊடுருவும் பகுதி) real எண்ணாகவும் எழுதப்படும்.

சில சமயங்களில், கணிதத்தை எளிதாக்க, கற்பனை எண்களைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால், மின்காந்த அலைகளிலும், குவாண்டம் இயற்பியலிலும் இது உண்மையாகவே வருகிறது. இது இல்லாமல் சரியான விடை கிடைக்காது. இது இயற்கையிலேயே இருக்கிறது. அதனால்தான், பேச்சில் “கற்பனை எண்கள்” என்று சொன்ன போதிலும், இவை முழுக்க் முழுக்க உண்மையானவை.

**************கணிதம் முடிந்தது**************

உலோகங்களின் பண்புகளை கணக்கிட்டால், அவை ஒளியை மிக மிக அதிக அளவில் உறிஞ்சுபவை என்பதைக் காணலாம். ஆனால், ஒளியானது உலோகங்களில் ஊடுருவி செல்லாது என்பதை அறிவோம். பெரும்பாலும் உலோகங்கள் ஒளியை பிரதிபலிக்கும்.

எந்த ஒரு பொருளும், மிக மிக அதிக அளவில் ஒரு மின்காந்த அலையை உறிஞ்சும் தன்மை பெற்று இருந்தால், அது பெரும்பாலும் அந்த அலையை எதிரொளித்துவிடும். அதாவது, அந்த அலை அந்த பொருளில் ஊடுருவி செல்ல முடியவே முடியாது. அந்த அலை, அப்பொருளின் 'தோலில்' மட்டுமே உள்ளே செல்லும், நல்ல அளவு உறிஞ்சப்படும். மிச்சம் எல்லாம், திரும்பி செல்லும் திசையில் கட்டங்கள் சரியாகச் சேர்ந்து எதிரொளிப்பாக சென்று விடும்.

அதனால், ஒளியை நன்கு உறிஞ்சவேண்டும் என்றால், ஓரளவு ஊடுருவி செல்லும்படியும், ஓரளவு உறிஞ்சும்படியுமான பொருள்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும். இதற்கு சம்பந்தம் இல்லாது ஒரு எடுத்துக்காட்டு. கம்ப்யூட்டரில் வைரஸ் எழுதுபவர்கள், 'மோசமான வைரஸ்' எப்படி இருக்க வேண்டும் என்று நினைப்பார்கள்? வைரஸ் வந்த உடன், உங்கள் கம்ப்யூட்டரை ‘format' செய்யும் வைரஸ் மோசமான வைரஸா?

இல்லை. வைரஸ் வந்த உடன் ஃபார்மாட் செய்தால் அது அவ்வளவு மோசம் இல்லை. ஏனென்றால அது பரவ வாய்ப்பு குறைவு. வந்தவுடன், வசதியான இடத்தில் உட்கார்ந்து கொண்டு, பல நாட்கள் இருந்து, பல கம்ப்யூட்டர்களுக்கு பரவி, கொஞ்சம் கொஞ்சமாக ஃபைலை கெடுக்கும் வைரஸ்தான் மோசமான வைரஸ். அது போல, ஒளியை ‘அழிக்க வேண்டும்' (உறிஞ்ச வேண்டும்) என்றால், முதலிலேயே மொத்தமாக உறிஞ்சப் பார்த்தால், கொஞ்சம்தான் உறிஞ்ச முடியும், மற்ற எல்லாம் திரும்பிப் போய்விடும். ஓரளவு உறிஞ்சி, ஓரளவு ஊடுருவ விட்டால்தான் எல்லா ஒளியையும் உறிஞ்ச முடியும்.

தங்கம், வெள்ளி போன்ற உலோகங்கள் ஒளியை பிரதிபலிக்கும். ஆனால், இவற்றை மிகக் குறைந்த தடிமனில் கண்ணாடி மேல் படிய வைத்தால், அவை ஓரளவு ஒளியை உள்ளே அனுமதிப்பதை பார்க்கலாம். இந்த வகை படலங்கள், ஆங்கிலத்தில் 'semi transparent' என்று வழங்கப் படும். இவற்றை மிகச் சூடான உலைகள் இருக்கும் இடங்களில் பயன்படுத்தலாம். இப்படி செய்வதில், சூடு கொடுக்கும் அலைகள் கண்களை வந்தடையாமல் உலோகப் படலம் காப்பாற்றும், ஆனால், ஒளி ஓரளவு வருவதால் உள்ளே என்ன நடக்கிறது என்பதை சுமாராக கவனிக்க முடியும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/2.html

இப்பதிவில் குவாண்டம் இயற்பியல் தொடர்பான சில கருத்துக்கள் அல்லது ‘உண்மைகள்' (facts) கொஞ்சம் விளக்கமாக உள்ளன. இதை தனியாக ஒரு பதிவாகப் படிக்காமல், மற்ற ப்திவில் இருக்கும் சுருக்கமான கருத்துக்களுக்கான விளக்கமாக எடுத்துக்கொள்ளலாம்.

1. கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியானது Visible Light எனப்படும்.இது மின்காந்த அலைகளில் (Electromagnetic waves) ஒரு பகுதியை சார்ந்தது. இதன் அலை நீளம் (Wavelength) 400 நேனோ மீட்டர் முதல் 700 நேனோ மீட்டர் வரை இருக்கும்.

   • இதைப் போலவே, புற ஊதாக் கதிர்கள் (Ultra violet ), அகச்சிவப்பு கதிர்கள்(Infra Red), X Ray , மைக்ரோவேவ் (Microwave), ரேடியோ அலைகள்( Radio wave) ஆகிய அனைத்தும் மின்காந்த அலைகள் தான். இப்போது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை மட்டும் கவனிப்போம். ஆனால் நாம் இங்கு சொல்லும் விவரங்கள் எல்லா மின்காந்த அலைகளுக்கும் பொருந்தும்.

    

2. மின்காந்த அலைகள் குறுக்கு அலைகள் எனப்படும். இவற்றிற்கு, அதிர்வெண் (Frequency), அலை நீளம் (wave length), கட்டம் (Phase), வளம்? (amplitude) ஆகிய பண்புகள் உண்டு. அலை நீளத்தையும், அதிர்வெண்ணையும் பெருக்கினால், ஒளியின் வேகம் கிடைக்கும்.

3. கட்டம் என்பது இரு வெவ்வேறு அலைகள் சேரும்பொழுது முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. இதை, கடல் அலைகளைக் கொண்டு ஒரு எடுத்துக்காட்டில் பார்க்கலாம். கடல் அலையில் கால் நனைப்பது பலருக்கும் பிடிக்கும். முழங்கால் அளவு ஆழத்தில் நின்று கொண்டிருந்தால், ஒரு அலை வரும்பொழுது அது எவ்வளவு உயரத்திற்கு நம்மை நனைக்கும் என்பதை ஓரளவு கணிக்கலாம். ஆனால், ஒவ்வொரு அலையும் கரை சேர்ந்த பின், பின்னால் கடலுக்கு திரும்பும். இப்படி திரும்பும் அலையானது, கடலில் இருந்து கரைக்கு வரும் அலை மேல் மோதினால், கடலில் இருந்து வரும் அலையின் ‘வேகம்' அல்லது ‘உயரமாக நனைக்கும் திறன்' குறைந்து விடும்.
   
   அதற்கு பதிலாக, ஒரு அலை அடித்து, அது இன்னமும் கரை சேர்வதற்கு முன் இன்னொரு அலை வந்தால், அது இன்னமும் உயரமாக நனைப்பதையும் நாம் பார்க்கலாம்.
   
   முதல் எடுத்துக்காட்டில், ஒரு (கடல்) அலை, இன்னொரு எதிர்திசை அலையுடன் சேரும்பொழுது, அதன் திறன் குறைகிறது. அதே அலை, அதே திசையில் செல்லும் அலையுடன் சேர்வதால், அதன் திறன் அதிகரிக்கிறது. எதிர் திசை அலைகள் சேர்வது ஆங்கிலத்தில் 'Out of phase' என்றும், ஒரே மாதிரி அலைகள் சேர்வது 'in phase' என்றும் சொல்லப்படும். இது ஒரு உதாரணம்தான்.

4. ஒவ்வொரு அணுவிலும் நடுவில் அணுக்கரு இருக்கும். அதில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் இருக்கும். அணுக்கருவை சுற்றி எலக்ட்ரான்கள் ஓடிக்கொண்டு இருக்கும்.

5. எல்லா எலக்ட்ரான்களும் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரே தூரத்தில் இருக்காது. அவை பல்வேறு தூரங்களில் இருக்கும். இவை ஆற்றல் மட்டங்கள் (Energy Levels) என்றும் சொல்லப்படும். விரிவாக ‘அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்கள்' (ஆங்கிலத்தில் Allowed Energy Levels) என்று சொல்லப்படும்.

   • கொசுறு: இவை வட்டப்பாதையில் இருக்காது. நீள்வட்டப்பாதை என்ற எல்லிப்ஸ் (Ellipse) பாதையில் செல்லும்.

   • அது கூட முழு உண்மை இல்லை. நீள்வட்டப்பாதையிலும் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக விலகி செல்லும். ஒரு எலக்ட்ரான் வண்ணம் கொண்டதாக நாம் கற்பனை செய்து கொண்டால், அதி வேகமாக சுற்றும்பொழுது, அதன் பாதை, கோழி முட்டை போல 3Dஇல் தோற்றமளிக்கும். அதாவது எலக்ட்ரானின் பாதை 2Dஇல் இருக்காது, அதை ஒரு காகிதத்தில் வரைய முடியாது. 3Dஇல் தான் காட்ட முடியும்.

   • அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்களில் ஓடும் பொழுது, எலக்ட்ரான்கள் அதே ஆற்றலுடன் இருக்கும். அவற்றில் ஆற்றலை சேர்த்தால், வேறு ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும். அல்லது, குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால், ஆற்றலை வெளியே கொடுத்து விட்டு, குறைவான ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும்

   • ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திலும், “இந்த அளவுதான் எலக்ட்ரான்கள் இருக்க முடியும்” என்று வரையறை உண்டு. உதாரணமாக, முதல் ஆற்றல் மட்டம் 1S எனப்படும். இதில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் தான் இருக்கலாம். 2S என்ற இரண்டாம் ஆற்றல் மட்டத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். 2P என்ற ஆற்றல் மட்டத்தில் 6 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். இப்படி ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் வரையறை உண்டு

    

6. இப்படி ஆற்றல் மட்டத்தில் இல்லாத எலக்ட்ரான்கள் முடுக்கப்பட்டால் (accelerated) அது ஆற்றலை மின்காந்த அலைகளாக வெளியிடும். ஆங்கிலத்தில், An electron not in one of the allowed energy levels, if accelerated, will radiate energy as electromagnetic wave

   • இங்கு திசை அல்லது வேகம் அல்லது இரண்டும் மாறினால் முடுக்கம் என்று சொல்லப்படும்

    

7. திடப்பொருளில் அணுக்கள் அருகருகே இருக்கும்.

   • படிக வகை (Crystalline) பொருளில், அணுக்கள் சீராக இருக்கும். Amorphous என்ற வகை பொருளில் ஒழுங்கு குலைந்து இருக்கும். எப்படியும் திடப்பொருளில் ஓரளவு அருகருகேதான் அணுக்கள் இருக்கும். திடப்பொருளில், ஏதாவது இரு பக்கத்தில் இருக்கும் அணுக்களை எடுத்துக் கொண்டால், அவற்றிற்கு இடையே உள்ள தொலைவு அவ்வளவு சீக்கிரம் மாறாது. திரவங்களில் கூட அணுக்கள் அருகருகே தான் இருக்கும். ஆனால் அவற்றில் அணுக்கள் (அல்லது மூலக்கூறுகள்) நகரக் கூடியவை.       

   •  

   • http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/07/2-quantum-physics-2.html

மைக்ரோ வேவ் (Microwave) என்பது சமையல் அறையில் சில பொருள்களை சூடுபடுத்த பயன்படும் சாதனம் ஆகும். இதில் ஒரு விதமான் மின்காந்த அலைகள் பயன்படுத்தப் படுகின்றன. இவை மைக்ரோ வேவ் (micro wave) என்று சொல்லப்பட்டாலும், இவற்றின் அலை நீளம் (Wave length) சில செ.மீ. அளவில் இருக்கும். இவை மைக்ரோ வேவ் என்று சொல்லப்படுவது வழக்கினால்தான். முதலில் ரேடியோ அலை (வேவ்) பற்றி ஆராய்ச்சி செய்தார்கள். ரேடியோ அலைகள் மீட்டர் கணக்கில் இருக்கும். அதைவிட சிறிதாக அலை நீளம் கொண்ட இந்த அலைகளைப் பற்றி அடுத்து ஆராய்ந்தார்கள். இவை சிறிய அலை நீளம் கொண்டவை என்று குறிக்க ”மைக்ரோ வேவ்” என்ற பெயரை பயன்படுத்தினார்கள். உண்மையில் இவற்றின் அலை நீளம் மைக்ரான் அளவில் இல்லை. மைக்ரான் அளவில் அலை நீளத்துடன் இருப்பவை அகச்சிவப்பு கதிர்கள் ஆகும்.

சரி, அது பழைய கதை. இந்த மைக்ரோ வேவ் என்ற அலைகளை, வீட்டு சமையலுக்கு பயன்படுத்தும் கருவியில், மின்சாரத்தை இந்த அலைகளாக மாற்ற ஒரு ”மைக்ரோ வேவ் ஜெனரேட்டர்” என்ற பாகம் உண்டு. இதன் மூலம் 2.45 GHz அதிர்வெண்ணில் இந்த அலைகள் உருவாகும்.

சமையலைப் பொறுத்த வரை இந்த மைக்ரோவேவின் நிறை என்ன? குறை என்ன?

ஒரு பிளாஸ்டிக் குவளையில் தண்ணீரை வைத்து, இந்த மைக்ரோவேவில் ஒரு நிமிடம் வைத்தால், தண்ணீர் சூடாகிவிடும். ஆனால், குவளை நேரடியாக மைக்ரோ வேவில் சூடாகாது. சுடுநீர் பட்டதால், குவளை கொஞ்சம் சூடாகி விடும்.

இதனால், பாத்திரம் சூடாகாமல், பொருள் மட்டும் சூடாகும். செலவு மிச்சம். தவிர, மைக்ரோ வேவ், தண்ணீர் முழுவதையும் சூடாக்கும். இதை சரியாக விளக்க வேண்டும் என்றால், ஒரு காஸ் அடுப்பில் பாத்திரம் வைத்து, தண்ணீர் அல்லது அரிசியை சூடாக்கினால், முதலில் பாத்திரம் சூடாகும். அடுத்து பாத்திரத்தை ஒட்டி இருக்கும் தண்ணீர் அல்லது அரிசி சூடாகும். அரிசியை கிளறாமல் வைத்தால், பாத்திரத்தை ஒட்டி இருக்கும் அரிசி தீய்ந்து விடும். அதே சமயம், பாத்திரத்தில் மேலிருக்கும் அரிசி சூடாகாது.

ஆனால் மைக்ரோ வேவில், அரிசி முழுவதும் ஒரே சமயத்தில் சீராக சூடாகும். அதனால், ‘வெளியில் கருகி, உள்ளே வேகாமல் இருக்கும்' பிரச்சனை வராது.

மைக்ரோ வேவில் தண்ணீர் விரைவாக சூடாகும். இதுவும் ஒரு நிறைதான்.

குறைகள் என்ன? தண்ணீருக்கு பதில், மைக்ரோ வேவில் நல்லெண்ணையை வைத்தால், சூடாகாது. இரண்டு நிமிடம் வைத்தால் கூட மிஞ்சிப்போனால் மிதமான சூடு அடையலாம். தேங்காய் எண்ணெய், வெண்ணெய் என்று நாம் பயன்படுத்தும் தாவர மற்றும் விலங்கின கொழுப்புக்கள் எல்லாம் இப்படி மிகக் குறைந்த அளவே சூடாகும். ரொம்ப நேரம் இப்படி வைத்தால், மைக்ரோ வேவ் கெட்டுப்போக வாய்ப்பு உண்டு.

அதனால்தான் மைக்ரோவேவில் காபி அல்லது டீ போடலாம். அரிசி சாதம் வைக்கலாம், அப்பளம் சுடலாம், ஆனால் அப்பளம் பொரிக்க முடியாது. ஏனென்றால் எண்ணெய் சூடாகாது.
அப்பளம் பொரிப்பதோ, கடுகு கறிவேப்பிலை தாளிப்பதோ நடக்காது. அதனால் தான், இந்திய சமயல்களில் இது அதிகம் பயன்படுவதில்லை. ஃப்ரிஜ்ஜில் இருந்து எடுப்பதை மறுபடி சூடு செய்யவே (reheating) இது அதிகம் பயன்படுகிறது.

இது தவிர பெட்ரோலியத்தை சார்ந்த 'வாகனங்களில் பயன்படுத்தும் எண்ணெய்' (lubricating oil) எடுத்தால் ? பல நிமிடங்கள் வைத்தாலும் கொஞ்சம் கூட சூடே ஆகாது.
(இதை எதற்கு மைக்ரோ வேவில் வைத்தாய் என்று கேட்க வேண்டாம், எனக்கு இந்த வேண்டாத ஆராய்ச்சிகள் கொஞ்சம் பிடிக்கும்).


ஏன் தண்ணீர் சூடாகிறது? ஏன் நல்லெண்ணை கொஞ்சம் தான் சூடாகிறது? ஏன் பெட்ரோலிய எண்ணெய் சூடாவதில்லை? உலோகத்தை மைக்ரோவேவில் வைத்தால் ஏன் பிரச்சனை? இவை அடுத்த பதிவில்.


சில ‘சுவையான' விவரங்கள்:

1. மைக்ரோ வேவில் முந்திரி, பாதாம் பருப்புகளை ஒரு நிமிடம் சூடு படுத்தினால் சுவையாக இருக்கும். உருளைக் கிழங்கு சிப்ஸ் கூட அப்படித்தான். இதை கொஞ்சம் கவனமாக செய்ய வேண்டும். அதிக நேரம் வைத்தால் தீய்ந்து விடும். ஆனால் இவற்றுக்கு பதில் ரொட்டியை (bread) வைத்தால் நைந்து ‘கொச கொச' என்று ஆகிவிடும்.
   

2. இதே தண்ணீரையோ, வேறு பொருளையோ எவர்சில்வர் டம்ளரில் வைத்து மைக்ரோ வேவில் வைத்தால் என்ன ஆகும்? எவர்சில்வர் டம்ளரை மைக்ரோ வேவில் வைக்கக்கூடாது என்று சொல்வார்கள். மீறி வைத்தால், மின்னல் அடிப்பது போல பொறி பறக்கும். மைக்ரோ வேவ் உள்ளே இருக்கும் பிளாஸ்டிக் அல்லது பெயிண்ட் கருகி துர்நாற்றம் வரலாம். இது ஒரு சில விநாடிகளில் நடக்கும்.

   • ஆனால், எல்லா சமயங்களிலும் இப்படி நடக்கும் என்று சொல்ல முடியாது. சில டம்ளர்களில் வராமல் இருக்கலாம். கூர் முனை (Sharp edges) கொண்ட பொருள்களில், இது வர வாய்ப்பு அதிகம். Fork என்ற முள் கரண்டியை வைத்தால் நிச்சயம் பொறி பறக்கும். இது கொஞ்சம் ஆபத்தான Experiment. கூர் முனைகளில் மின்காந்தப்புலம் அதிகமாக இருப்பதால் இப்படி நடக்கும். கட்டிடங்களின் மேல் இருக்கும் இடிதாங்கிகள் கூர் முனையுடன் இருக்கும். அதுவும் இதே அடிப்படை தத்துவத்தில் வேலை செய்கிறது.

    

3. மைக்ரோ வேவில் முட்டையை வைத்தால், சில நிமிடங்கள் சூடு படுத்தினால் முட்டை ‘வெடிக்கும்'. இதுவும் கொஞ்சம் ஆபத்தான experiment தான். இதில் சுத்தப்படுத்தும் வேலை நிறைய இருக்கும் :-) . இதற்கு காரணம், முட்டைக்குள் இருக்கும் நீர் ஆவியாக மாறி, திடீரென்று முட்டையை உடைத்து வெளிவருவதால்தான். சாதாரணமாக தண்ணீரில் வேகவைத்தால், உள்ளே இருக்கும் நீர் அதிக அளவில் ஆவியாக மாறாது.
   
4. இது தவிர, மைக்ரோ வேவில், ஒரு குவளையில் தண்ணீரை வைத்து, அது கொதிப்பதற்கு ஒரு சில விநாடிகள் முன் எடுத்து விட்டு, அந்த தண்ணீரில் சக்கரை அல்லது உப்பு அல்லது காப்பித்தூள் போட்டால், தண்ணீர், குபீரென்று பொங்கி வழியும். இதில் supersaturation என்ற ஒரு காரணம் உள்ளது.

இவற்றிற்கான காரணங்களை கூகிளில் தேடினால் இன்னும் விவரமான பதிவுகள்(ஆங்கிலத்தில்) பதிவுகள் கிடைக்கும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/06/blog-post.html

இதற்கு முந்திய பதிவில், மைக்ரோ வேவ் அடுப்பில் தண்ணீர் சூடாகும் என்றும், எண்ணெய் சூடாகாது என்றும் பார்த்தோம். அதன் காரணம் என்ன?

திரவ நிலையில் இருக்கும் நீரில், H₂O என்ற மூலக்கூறுகள் பலவும், ஓரளவு நெருக்கமாக இருக்கும். ஒவ்வொரு தண்ணீர் மூலக்கூறிலும், இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களும், ஒரு ஆக்சிஜன் அணுவும் இருக்கும். இவற்றின் இடையே, எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும்.

இந்த வகை மூலக்கூறுகளில், எலக்ட்ரான்கள் சரியாக நடுவில் இருக்காது. “கொஞ்சம்” ஆக்சிஜன் அணுவின் பக்கத்தில் இருக்கும். அதனால், ஹைட்ரஜன் பக்கம் கொஞ்சம் பாஸிடிக் போலவும், ஆக்சிஜன் பக்கம் கொஞ்சம் நெகடிவ் போலவும் இந்த மூலக்கூறு இருக்கும். இதற்கு ஆங்கிலத்தில் "polar molecule" போலார் மூலக்கூறு என்று சொல்வார்கள். அதாவது ‘பாஸிடிவ், மற்றும் நெகடிவ் இரு துருவங்களும் கொண்ட மூலக்கூறு” என்று சொல்லலாம்.

இப்படிப்பட்ட துருவ மூலக்கூறுகளில், எளிதில் அயனியாகும் மூலக்கூறுகள் கரையும். உதாரணமாக, நாம் உண்ணும் உப்பு (சோடியம் குளோரைடு) சோடியம் அயனியாகவும், குளோரைடு அயனியாகவும் எளிதில் பிரியும். உப்பு தண்ணீரில் எளிதில் கரையும்.

எத்தனால், மெத்தனால் போன்ற கரிம திரவங்கள் கூட, இவ்வகை போலார் மூலக்கூறுகள் தான். கிளிசரின் கூட இந்த வகைதான். தேங்காய் எண்ணெய் போன்ற எண்ணைகளிலும், சில இடங்களில் இந்த OH group வருவதால், கொஞ்சம் போலார் மூலக்கூறுகள் ஆகும்.

தண்ணீரில், மைக்ரோ வேவ் செல்லும் பொழுது, இந்த மூலக்கூறுகள் மைக்ரோ வேவை 'உறிஞ்சுகின்றன' (ஒரு பொருளில் மின்காந்த அலை செல்லும் பொழுது ஊடுருவி செல்லுமா அல்லது உறிஞ்சப்படுமா, பிரதிபலிக்கப்படுமா என்பது பற்றி தனிப்பதிவு வரும்.)
இவ்வாறு உறிஞ்சப்படும்பொழுது, இவற்றின் ஆற்றல்கள் அதிகரிக்கின்றன. அதிகரித்த நிலையில் இருந்து, பழைய நிலைக்கு வரும்பொழுது, அதே மைக்ரோவேவை வெளியிட்டால், நமக்கு எந்த மாற்றமும் தெரியாது. ‘உள்ளே மைக்ரோ வேவை செலுத்தினோம், கொஞ்ச நேரம் கழித்து வெளிவே வந்தது' என்பது மட்டுமே தெரியும்.

ஆனால் மைக்ரோ வேவில் எலக்ட்ரான்கள் மேல் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும் அளவு ஆற்றல் இல்லை. அதற்கு பதிலாக மூலக்கூறு மேல் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும் அளவு உண்டு. (குவாண்டம் இயற்பியல் படி, எல்லா பொருள்களுக்குமே ஆற்றல் மட்டங்கள் உண்டு. நாம் பொதுவாகப் படிப்பது எலக்ட்ரான்களைப் பற்றி மட்டும்.) அப்படி சென்ற மூலக்கூறுகள், 'பொத்'தென்று கீழ் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு விழுந்து, மீண்டும் மைக்ரோ வேவை வெளியிட்டால், மைக்ரோ வேவ் கூட ஊடுருவி சென்று விடும். ஆனால், அதற்கு பதிலாக, அவை அருகில் இருக்கும் மூலக்கூறுகளுக்கு, ஆற்றலை பகிர்ந்து கொடுக்கும். இப்படி குறைந்த அளவு ஆற்றலை சேர்க்கும் பொழுது, மூலக்கூறுகள், அவற்றை பெற்று என்ன செய்யும்?

ஒரு மூலக்கூறின் மொத்த ஆற்றல் பலவிதமாக இருக்கும். எலக்ட்ரான்கள் மேல்மட்டத்திற்கு செல்ல அதிக ஆற்றல் தேவை. புரோட்டான்கள், மற்றும் நியூட்ரான்கள் மேல்மட்டத்திற்கு செல்ல் மிக் மிக அதிக ஆற்றல் தேவை. மூலக்கூறு ‘அதிர்வு' (vibration) அதிகரிக்க குறைந்த ஆற்றல் தேவை. மைக்ரோ வேவை ஏற்றுக்கொண்ட தண்ணீர், அந்த ஆற்றலை பகிர்ந்து அளிக்கும் பொழுது, மூலக்கூறின் அதிர்வு அதிகரிக்கும். (அந்த அளவுதான் ஆற்றல் இருக்கும்).

பள்ளி பாடப் புத்தகளில் கூட, Fluoroscence (sp?), phosphoroscence என்று படித்திருக்கலாம். புற ஊதாக் கதிர்களை எடுத்து, கொஞ்சம் ஆற்றலை வேறு வழிகளில் பகிர்ந்து, மீதி ஆற்றலை வெளியிடும்பொழுது, கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியாக வரும் அல்லவா? அதைப் போல, இங்கு தண்ணீர் மைக்ரோ வேவை எடுத்து, மூலக்கூறின் அதிர்வாக மாற்றுகிறது.

'வெப்ப நிலை' என்பது மூலக்கூறுகளின் அதிர்வேயாகும். பூஜ்யம் கெல்வின் வெப்ப நிலையில் மூலக்கூறுகளுக்கு அதிர்வு இருக்காது (இதில் ‘zero point motion' என்ற விதி விலக்கு உண்டு). வெப்ப நிலை அதிகரிக்கிறது என்று சொன்னால், அதிர்வுகள் அதிகரிக்கின்றன என்று பொருள்.

மைக்ரோ வெவின் அலை எண், தண்ணீர் அதை எடுத்து அதிர்வாக மாற்றும் வகையில் அமைந்திருக்கிறது. எனவே தண்ணீர் வெப்பமாகிறது.

தேங்காய் எண்ணெயில் உள்ள போலாரிடி (polarity) குறைவு. அதனால் மிகச் சிறிய அளவே வெப்பம் அடையும். பெரும்பாலான மைக்ரோ வேவ், உள்ளே ஊடுருவி செல்லும்.

பாரபின் ஆயில், lubricating oil ஆகியவை non-polar எனப்படும். இவற்றில் OH group கிடையாது. அதனால்தான் அந்த எண்ணெய்கள் சூடாவது இல்லை. (அதைப் போலவே,இவற்றில் பாக்டீரியா வளர்வது சிரமம். தேங்காய் எண்ணென் கொஞ்ச நாள் கழித்து ‘சிக்கு' வாசனை வரும். பாரபின் ஆயிலில் வராது)


மைக்ரோ வேவில் உலோகம் வைத்தால் ஏன் பொறி பறக்கிறது ?

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/06/2.html

மைக்ரோ வேவில் உலோகங்களை வைத்தால் என்ன பிரச்சனை?

உலோகங்களில் மைக்ரோ வேவ் ஊடுருவி செல்லாது. அதே சமயம், உலோகங்கள் மைக்ரோ வேவை ‘உறிஞ்சவும்' செய்யாது. மைக்ரோவேவ் பட்டவுடன் உலோகங்களின் வெளிப்புறத்தில் (இதை ஆங்கிலத்தில் இந்த துறையில் skin அதாவது தோல் என்று சொல்வார்கள்)உடனடியாக எலக்ட்ரான்கள் அதிக அளவில் கூடும். இதனால் மைக்ரோ வேவ், சுலபமாக எதிரொளிக்கப்படும் (reflection).

உலோகங்கள் மிகச்சிறந்த மின்கடத்திகளாக இருப்பதற்கு அதிக அளவு கட்டுறா எலக்ட்ரான் என்ற free எலக்ட்ரான்கள் இருப்பது காரணம். இப்படி எலக்ட்ரான்கள் சுதந்திரமாக இருக்கும் இடத்தில், மின்காந்த அலைகள் எளிதில் எதிரொளிக்கப்படும். ஒரு எடுத்துக்காட்டாக, வாயு மண்டலத்தில் இருக்கும் அயனோஸ்பியர் (ionosphere) என்ற மண்டலத்தில், நிறைய சுதந்திர எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அயனிகள் இருக்கும். அதில் பட்டு ரேடியோ அலைகள் திரும்புவதால்தான் ஒரு ரேடியோ டவரில் இருந்து சிக்னல் அதிக தூரம் செல்ல முடிகிறது.

• இதில் short wave போன்ற ரேடியோக்கள் வருவதில்லை. அவை அயனோஸ்பியரை ஊடுருவி செல்லும். சாடிலைட் அவற்றை வாங்கி திரும்ப அனுப்புவதால் அவற்றை பயன்படுத்த முடிகிறது
  
• சொல்லப்போனால், பெரும்பாலான உலோகங்களில் கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளி கூட பிரதிபலிக்கப்படும். ஆனால் பிரதிபலிப்பு என்பது, முழுவதும் பொருளைப் பொறுத்தது அல்ல. நல்ல மேல்பரப்பு (surface) இருந்தால், பிரதிபலிப்பு நன்றாக இருக்கும். ஆனால், மெல்பரப்பு சொரசொரப்பாக இருந்தால், பிரதிபலித்து வரும் கதிர்கள் (மின்காந்த அலைகள்) வெவ்வேறு திசைகளில் சென்று சரியான பிம்பம் வராமல் போய்விடும்.

ஆனால், இப்படி எலக்ட்ரான்கள் உலோகத்தின் ‘தோலுக்கு' வரும்பொழுது, அதிக அளவு மின்னூட்டமும், மின்புலமும் ஏற்படும். அது, மேகங்களில் அதிக அளவு மின்னூட்டம் இருப்பது போல இருக்கும். இதனால், மைக்ரோ வேவில் ஏதாவது ஒரு பகுதியில் மின்னல் போல (காற்றை அயனியாக்கி) செல்லும். மைக்ரோ வேவில் பெயிண்ட் மற்றும் பிளாஸ்டிக் பொருள்கள் இருப்பதால் கருகி நாற்றம் வர வாய்ப்பு உண்டு.

இந்த உலோகமே, வட்டமாக, கூர்முனை இல்லாமல் இருந்தால், அவ்வளவு சுலபத்தில் ‘மின்னல்' வராது. ஏனென்றால், ஒரே மின்னூட்டத்திற்கு, கூரிய முனை இருந்தால் அதிக மின்னழுத்தம் (voltage) இருக்கும். ‘மொன்னை'யாக இருந்தால், குறைந்த மின்னழுத்தம்தானிருக்கும்.

சில சமயங்களில், பிட்சா போன்ற பொருள்களை மைக்ரோ வேவில் வைக்கும்பொழுது மேலே அலுமினியம் தகடு (aluminum foil) வைத்து சூடுபடுத்துவார்கள். அப்போது பொறி பறக்காது.

மைக்ரோ வேவில் உலோகங்களை வைத்து சூடு படுத்தி உருக்கக்கூட முடியும். மைக்ரோ வேவ் அடுப்பே உலோகத்தால் ஆனது, அதன் பக்கச் சுவர்கள் எல்லாம் உலோகத்தால் ஆனவை என்பதை கவனிக்கவும்! அவை உலோகத்தால் ஆனதால், அங்கு படும் மைக்ரோ வேவ் பிரதிபலிக்கப் படுகிறது. அதனால் மைக்ரோ வேவ் அலை, அடுப்பை விட்டு வெளியே வராது.

எனவே மைக்ரோ வேவில் உலோகம் இருந்தால் பிரச்சனை என்று சொல்லக்கூடாது. மைக்ரோ வேவ் அடுப்பு செய்யவே உலோகம் தேவை. சில சமயங்களில் மைக்ரோ வெவில் சில உலோகங்கள் (கூர் முனை உடையவை) இருந்தால் பிரச்சனை. சரியாக செயல்படுத்தினால் பிரச்சனை இல்லை.

மைக்ரோ வேவின் முன் பகுதியில் கண்ணாடி இருக்கும். உண்மையில் கண்ணாடி வழியே மைக்ரோ வேவ் சுலபமாக ஊடுருவி செல்லுமே, அப்பொழுது நம்மை பாதிக்காதா?

சற்று கவனமாகப் பார்த்தால், அந்த கண்ணாடியில் குறுக்கும் நெடுக்குமாக உலோக இழைகள் செல்வது தெரியும். மைக்ரோ வேவின் அலை நீளம் சில செண்டி மீட்டர்கள் இருக்கலாம். மின்காந்த அலைகள் வெளியே வராமல் தடுக்க, முழுதாக உலோகம் (அதாவது அந்த மின்காந்த அலையை எதிரொளிக்கும் பொருள்) இருக்க வேண்டியதில்லை. அதன் அலை நீளத்தை விட சிறிய ஓட்டை இருந்தால், மின்காந்த அலை வெளியே செல்ல முடியாது. இந்த உலோகக் கம்பிகள் வேலிபோல மைக்ரோ வேவை தடுத்து நிறுத்தி திருப்பி அடுப்புக்கு உள்ளே அனுப்புகின்றன.

இந்த கம்பிகள் மட்டும் இல்லாவிட்டால், நாம் மைக்ரோ வேவ் அலைகளால் மிக மோசமாக பாதிக்கப்படுவோம். சாதாரணமாக, நெருப்பு (அல்லது சூடான பொருள்) உடலில் பட்டால், முதலில் நமது தோல் பாதிக்கப்படும். அடுத்து உள்ளிருக்கும் சதைகள் சூடாகி பாதிக்கப்படும். அடுத்து உள் உறுப்புகள் (எ.கா. இதயம்) பாதிக்கப்படும்). மொத்தத்தில் மிக மிக அதிக வெப்பத்தில் கொஞ்ச நேரமாவது இருந்தால்தான் இதயம் போன்ற முக்கிய உறுப்புகளின் செயல்பாடு பாதிக்கப்படும்.

மைக்ரோ வேவில் அப்படி இல்லை. இது பொருளை ‘மொத்தமாக' சூடு படுத்தும் திறன் உடையது. ஒரே நொடி மைக்ரோ வேவ் வெளி வந்தால் கூட, அது செல்லும் பாதை 'முழுவதையும்' சூடு படுத்தும்.

உதாரணமாக, முதல் நொடியில் இருந்தே இதயம் மூளை என்று உடலின் எல்லாப் பகுதிகளும் சூடு படுத்தப்படும். உடல் வெப்ப நிலை ஓரிரு டிகிரி எகிறினாலே, மிக மிக பாதிக்கப்படுவோம். தோலில் சூடு படுவது வேறு, உடல் முழுவதும் சூடு படுவது வேறு. காய்ச்சலில் உடல் முழுவதும் வெப்ப நிலை ஏறினால், 101 டிகிரியிலேயே நாம் படும் பாடு சொல்லி முடியாது. 105 பாரன்ஹீட் அதாவது சுமார் 3 டிகிரி சென்டிகிரேடு ஏறினால், ஜன்னி வந்து இறக்கும் நிலைக்கு சென்று விடுவோம்.

அதனால் தான், மைக்ரோ வேவ் வேலை செய்யும் பொழுது கதவை நாம் திறந்தால், உடனே மைக்ரோ வேவ் நின்று விடும். இதற்கு Safety Lock (காப்பு பூட்டு?) என்று சொல்வார்கள். இதனால்தான் நமக்கு பாதுகாப்பு.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/06/3.html

1. பொருளை திரவங்கள் கொண்டு அரித்து எடுப்பது “திரவ நிலை அல்லது ஈர நிலை அரித்தல் wet etching” என்று சொல்லப்படும்.
2. வாயுக்களை கொண்டு எடுப்பது, “ வாயு நிலை அல்லது உலர் நிலை அரித்தல் dry etching” எனப்படும்.
3. திரவ நிலையில் அரிக்கும்பொழுது, சிறிய துகள்களைக்கொண்டு தேய்த்து எடுப்பது, “வேதி இயந்திர சமன் படுத்தல் / Chemical mechanical planarization” எனப்படும்.

திரவ நிலை அரித்தல்/Wet etching:
இம்முறையில், ஒரு தொட்டியில் அரிக்கும் பொருளான தண்ணீருடன் சரியான அளவு கலந்து வைக்கப்படும். அதில் வேஃபர்களை குறிப்பிட்ட நேரனம் அமிழ்த்தி வைத்தால் அதில் அளவுக்கு அதிகமாக (உபரியாக) இருக்கும் பொருள் கரைந்துவிடும். கலவையை சரியான வெப்ப நிலையில் வைத்திருக்கவும், நன்றாக கலக்கவும் (mixing) தேவையான வசதிகள் இருக்கும். இதில் ஒரே சமயத்தில் 10 அல்லது 25 வேஃபர்களை உயோகப்படுத்தலாம். குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பிறகு, வேஃபர்களை வெளியே எடுத்து, சுத்தமான தண்ணீரில் கழுவி, பிறகு சுழற்சி முறையில் உலர வைக்க வேண்டும். சுழல வைக்காமல், வெறுமனே உலர வைத்தால், தண்ணீர் இருந்த இடம் ‘திட்டு திட்டாக’ தெரியும். இது ”வாட்டர்-மார்க்” (water mark) எனப்படும். இந்த வாட்டர்-மார்க் இருக்கும் இடங்களில், அடுத்த கட்டத்தில் ஒரு பொருளை படிய வைப்பதோ அல்லது நீக்குவதோ கடினம். அதனால், வெறுமனே உலர வைக்காமல், சுழல் முறையில் உலர வைக்கப்படும்.

ஏறக்குறைய உலகத்திலுள்ள எல்லாப் பொருள்களையும் அரிக்க ஏதாவது ஒரு திரவம் இருக்கும். ஐ.சி. தயாரிப்பு முறையில் உப்யோகிக்கப்படும் பொருள்களில் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு எனற கண்ணாடியும் ஒன்று. இது அவ்வளவு சுலபமாக எதிலும் கரையாது. ஆனால் இதையும் ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் (HF) என்ற அமிலம் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அரிக்கும். பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு (KOH) போன்ற காரங்களும் கண்ணாடியை மிகச் சிறிய அளவில் கரைக்கும். இந்த இடத்தில் ஒரு முக்கியமான விஷயத்தை நினைவு கொள்ள வேண்டும். ஐ.சி. தயாரிப்பில் பெரும்பாலான பொருள்கள் மிகச் சிறிய அளவிலேயே (0.0001 மி.மீ. அளவில்) பயன்படுத்தப் படுகின்றன. அதனால், உபரிப் பொருளை எடுக்க, நிறைய அளவு அரிக்க வேண்டியதில்லை.

இங்கே திரவத்தின் “தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்” அல்லது செலக்டிவிடி (selectivity) என்ற பண்பு மிக முக்கியம். ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ என்றால் என்ன? அதன் முக்கியத்துவம் என்ன?இதை ஒரு உதாரணத்தின் மூலம் பார்க்கலாம்.

ஒரு திரவம், ஒரு நிமிடத்தில் ”நமக்கு தேவையான பொருளை அரிக்கும் அளவு எவ்வளவு”, ”மற்ற பொருள்களை அரிக்கும் அளவு எவ்வளவு” என்பதை அறிந்து கொள்ள வேண்டும். அவற்றின் விகிதம் ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ என்று சொல்லப்படும். ஐ.சி. தயாரிப்பில், அதிக தேர்ந்தெடுக்கும் திறன் இருக்கும் திரவத்தையே பயன்படுத்த வேண்டும்.
எடுத்துக்காட்டாக, கீழிருக்கும் வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.



இங்கே, சிலிக்கன் நைட்ரைடு படலத்தை முழுவதும் நீக்க வேண்டும். அதே சமயம் சிலிக்கன் ஆக்சைடு படலம் அப்படியே இருக்க வேண்டும். ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் அமிலம் என்ற திரவம், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு ஆகிய இரண்டு படலங்களையும் அரிக்கக் கூடியது. சிலிக்கன் நைட்ரைடு நிமிடத்திற்கு 5 நே.மீ. அளவு அரிக்கப் படலாம்.சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு நிமிடத்திற்கு 20 நே.மீ. அளவு அரிக்கப் படலாம். (இந்த அளவுகள் அமிலத்தின் அளவு மற்றும் வெப்ப நிலையைப் பொருத்தது) அதனால், ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்” 5/20 =0.25 என்ற அளவே இருக்கும். இந்த சமயத்தில் ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் அமிலத்தை பயன்படுத்தக் கூடாது. இதற்கு பதிலாக பாஸ்பாரிக் அமிலத்தை உபயோகித்தால் அது பெரும்பாலும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு படலத்தை மட்டுமே அரிக்கும். சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு அப்படியே இருக்கும். பாஸ்பாரிக் அமிலத்தின் தேர்ந்தெடுக்கும் திறன், (சிலிக்கன் நைட்ரைடும் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடும் இருக்கும் இந்த இடத்தில்) அதிகம்.

எந்த முறையிலும், வேஃபரை அதிக நேரம் வைத்திருந்தால், தேவைக்கு அதிகம் அரித்து விடும். அல்லது குறைவாக வைத்திருந்தால் தேவையான அளவு அரிக்காது. இரண்டுமே தொல்லைதான். பெரும்பாலும் வேஃபரின் மேல் உள்ள பொருளை முற்றிலும் எடுக்க வேண்டியபொழுது தான் திரவ நிலை நீக்குதல் உபயோகிக்கப் படுகிறது. அதைத் தவிர ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் (step) வேஃபர் மேல் விழுந்துவிட்ட தூசுக்களை அகற்றி சுத்தம் செய்ய (கழுவ) திரவ நிலை நீக்குதல் பயன்படுத்தப் படுகிறது. சுத்தம் செய்தல் (கழுவுதல் cleaning) சி.வி.டி.க்கு முன்னால், சி.வி.டி.க்கு பின்னால், லித்தோவிற்கு முன்னால், பின்னால் என்று பல இடங்களில் மீண்டும் மீண்டும் வரும். இதற்கு standard clean-1 அல்லது எஸ். சி.-1 (SC-1) என்ற கலவையும், அடுத்து standard clean-2 என்ற எஸ்.சி.-2 (SC-2) என்ற கலவையும் பயன்படுத்தப்படும். எஸ்.சி.-1இல் அம்மோனியாவும் (NH₄OH) , ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H₂O₂) என்ற வேதிர்ப் பொருளும் தண்ணீருடன் கலந்து இருக்கும். இவற்றின் அளவுகள் ஒவ்வொரு இடத்திலும் கொஞ்சம் மாறுபடும். எஸ்.சி.-2 இல், ஹைட்ரோ குளோரிக் அமிலமும் (HCl), ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடும் தண்ணீருடன் கலந்து இருக்கும்.

லித்தோ கிராபியில் உள்ள போட்டோ ரெசிஸ்டு என்ற பொருளை ‘டெவலப்’ செய்யும் பொழுதும், பின்னர் கழுவும் பொழுதும், வெளியே எடுக்க திரவ நிலை அரித்தல்தான் பயன்படுத்தப் படும். இந்த போட்டோ ரெசிஸ்டு கரிமப் பொருள் (organic material) என்பதால், பெரும்பாலும் தண்ணீர் அல்லாத அசிடோன் (acetone) போன்ற கரிம திரவங்களே அரிக்கப் பயன்படுத்தப் படும்.

திரவ நிலையில் அர்க்கும்பொழுது கரைந்த பொருள்கள் சுலபமாக வெளியே வந்து விடும். ஒரு பொருளை எல்லாப் பகாங்களிலும் அரித்தால் பொதுவாக அரித்தல் என்றோ அல்லது எல்லா திசையிலும் அரித்தல் என்றோ அல்லது ‘திசை வேறுபாடு இல்லாத அரித்தல்’ (isotropic etching) என்றோ கூறலாம். திரவ நிலை அரித்தல் இந்த வகையை சார்ந்தது. உதாரணமாக அடுத்த வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.



எனவே இந்த முறையில் ஒரே திசையில் அரிக்க இயலாது. அதாவது ‘டிரில்' (drill) செய்வது போல ஆழமான சிறிய துளை வேண்டும் என்றால் திரவ நிலையில் அரிக்க முடியாது.

வாயு நிலை (உலர் நிலை) அரித்தலில் சில நுணுக்கங்களைக் கையாண்டு ஒரு திசையில் மட்டுமே அரிக்கும் படி செய்யலாம். இதற்கு, ”ஒரு திசை அரித்தல் அல்லது நீக்குதல்” (uni directional etching or directional etching) என்று பெயர். ஐ. சி. தயாரிப்பில் பல இடங்களில் (குறிப்பாக லித்தோ கிராபிக்கு பிறகு) இந்த ஒரு-திசை-அரித்தல் தேவைப்படுகிறது.

உலர் நிலை அரித்தல் என்றால் என்ன? அதில் எப்படி ஒரு திசையில் மட்டும் அரிக்கும்படி செய்வது? இதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/removal-techniques-1-1-wet-etching.html

உலர் நிலை அரித்தல்/ dry etching: உலர் நிலை அரித்தலில் வாயுக்களை கொண்டு வேதி சேர்க்கை நடைபெறும். இந்த முறையில் வினையின் முடிவில் வரும் பொருள்கள் அனைத்தும் வாயு நிலையிலேயே இருக்க வேண்டும். இல்லா விட்டால் பொருள்கள் வேஃபரிலிருந்து வெளியே வராது. உலர் நிலை அரித்தலுக்கு ஒரு உதாரணத்தைப் பார்க்கலாம். நீங்கள் தெருவிலோ அல்லது அடுப்பங்கரையிலோ புகையில் மாட்டிக்கொண்டால் கண்களில் நீர் வருவதற்கு, காற்றிலிருக்கும் சில மாசுக்கள், உங்கள் கண்களுடன் ரசாயன வினையில் ஈடுபடுவதுதான் காரணம். பல வாயுக்களுக்கு ரசாயன சேர்க்கை மூலம் பொருள்களுடன் வினை புரியும் தன்மை அல்லது அரிக்கும் தன்மை உண்டு.

வாயுக்களைக் கொண்டு, சாதாரணமாக சில பொருள்களை மட்டுமே அரிக்க முடியும். ஆனால் இந்த கருவிக்குள் பிளாஸ்மாவை உருவாக்கினால், வாயுக்களில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள் (molecules) அயனிகளாகவும் (ions) அணுக்களாகவும்(radicals) பிரியும். அந்த அயனிகளும், அணுக்களும் அதிக வினைத்திறன் கொண்டவை. அவை வேஃபரின் மேல் உள்ள பொருளுடன் வினை புரிந்து அரித்து விடும்.

உதாரணமாக, வேஃபர் மேல் சிலிக்கனை அல்லது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டும் என்றால், கார்பன் டெட்ரா ப்ளூரைடு (CF₄)என்ற வாயுவையும், ஹைட்ரைஜன் (H₂)வாயுவையும் பயன்படுத்தலாம். முதலில் அறையிலிருந்து காற்று வெளியேற்றப்பட்டு வெற்றிடம் உருவாக்கப்படும். பின், கார்பன் டெட்ரா ப்ளூரைடு (CF₄) மற்றும் ஹைட்ரஜன் (H₂)வாயுக்கள் குறிப்பிட்ட அளவில் (நொடிக்கு சில கிராம்கள் என்ற அளவில்) செலுத்தப்படும் இவை சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கனுடன் வாயு நிலையில் ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபடாது.
ஆனால், சேம்பர்/அறையில் உள்ள மின் தகடுகளில், தகுந்த மின் அழுத்தம் (voltage) கொடுத்தால், பிளாஸ்மா உருவாகும். அப்போது CF₄ மற்றும் H₂ பிரிந்து CF₃⁺, F, CF₂⁺, H போன்ற பல அயனிகளும், அணுக்களும் உருவாகும். இவை சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கன் ஆகியவற்றை அரிக்கும் தன்மை உடையவை.

இப்போது, “சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டும், ஆனால் சிலிக்கனை அரிக்க வேண்டாம்” என்றால், CF₄ குறைவாகவும் H₂ அதிகமாகவும் செலுத்த வேண்டும். வேறு சமயம், “சிலிக்கனை மட்டும் அரிக்க வேண்டும், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டாம்” என்றால் CF₄ உடன் ஹைட்ரஜனுக்கு பதிலாக ஆக்சிஜனை செலுத்த வேண்டும். எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும், மின் அழுத்தத்தை(voltage) நிறுத்தி விட்டால், பிளாஸ்மா மறைந்து அரித்தலும் உடனே நின்று விடும்.
இப்பொது, உலர் நிலை அரித்தலை ஐ.சி. தயாரிப்பில் உள்ள ஒரு கட்டத்தில் எடுத்து ஒரு உதாரணமாகப் பார்க்கலாம். இதில் உள்ள பிரச்சனைகளையும் அவற்றை எதிர் கொள்ளும் வழிமுறைகளையும் காணலாம்.

கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் லித்தோகிராபிக்கு பிறகு, ‘டெவலப்’ செய்த நிலையில் உள்ள ஒரு ஐ.சி.யின் படம் கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.




இங்கே கீழே இருக்கும் தாமிரக் கம்பியை மேல் தளத்துடன் இணைக்க வேண்டும். அதற்கு, சரியான இடத்தில் அரித்தல் மூலம் துளை செய்து பின்னர் தாமிரத்தை எல்லா இடங்களிலும் படிய வைத்து கடைசி கட்டத்தில் அதிகமாக (உபரியாக) இருக்கும் தாமிரத்தை நீக்கி விட வேண்டும். இந்த இடத்தில் அரித்தல் மூலம் துளை செய்வதன் விவரங்களை மட்டும் காண்போம்.


வரைபடத்தில் முதல் கட்டத்தில் மேலிருந்து கீழே ‘ஒரு திசை’ அரித்தல் மூலம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை நீக்கினால் நமக்கு தேவையான துளை வந்து விடும். அது சரியாக தாமிரத்தில் நிற்க வேண்டும். அதற்கு முன்னால் நின்று விட்டால் under etch அல்லது ‘அளவு குறைந்த அரித்தல்’ எனப்படும். சரியாக நிறுத்தாமல், அதிக நேரம் அரித்தால் over etch அல்லது ‘அதிகமான அரித்தல்’ எனப்படும். இவை இரண்டுமே பிரச்சனை தான். தவிர ஒரு திசையில் அரிக்காமல் எல்லா திசைகளிலும் அரித்தாலும் பிரச்சனையே.

Under etch என்ற அளவு குறைந்த அரித்தலில் கொஞ்சம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மிச்சம் இருக்கும். பின்னர் துளையில் தாமிரத்தை படியவைத்தாலும், மேலே படிய வைத்த தாமிரம், கீழே இருக்கும் தாமிரத்தைத் தொட முடியாது. அதனால், இந்தக் கம்பியில் மின்சாரத்தை கடத்த முடியாமல், ஐ.சி. வேலை செய்யாமல் போகும்.
இதனால், ஏற்கனவே சில வேஃபர்களை இந்த முறையில் 60 நொடிகள், 90 நொடிகள், 120 நொடிகள் என்று பல வேறு நேரங்களில் அரித்து, “இவ்வளவு நேரம் அரித்தால், இவ்வளவு தூரம்/ஆழம் துளையிடலாம்” என்று கணக்கெடுத்து வைத்திருப்பார்கள். இந்தக் கணக்கை வைத்து, உலர் நிலை அரித்தலை குறிப்பிட்ட நேரம் இயக்கினால், சரியான அளவு துளை இடலாம். அதிலும் கூட சிற்சில சமயம் கொஞ்சம் தவறு ஏற்படலாம் என்பதால் எவ்வளவு தேவையோ அதைவிட 10 சதவிகிதம் அதிக நேரம் இயக்கப்படும்.


அதிகமாக அரித்தால், கீழே இருக்கும் தாமிரமும் அரிக்கப் பட்டு விடுமே? அதைத்தடுக்க தாமிரப்படலத்தின் மேல் சிலிக்கன் நைட் ரைடு என்ற பொருளை சிறிய அளவு படிய வைப்பார்கள். (அடுத்த படம்)

அது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்கும் கலவையால் பாதிக்கப் படாது. இந்த சிலிக்கன் நைட்ரைடு இருப்பதால், கொஞ்ச நேரம் அதிகமாக அரித்தாலும், கீழே இருக்கும் தாமிரத்திற்கு பாதிப்பு இருக்காது. சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை முழுதும் அரித்த பின்னர், சிலிக்கன் நைட்ரைடையும் உலர் நிலை அரிப்பில் (வேறு வாயுக்கள் வைத்து) நீக்கி விட வேண்டும். அப்போது சிறிய அளவே உள்ள சிலிக்கன் நைட்ரைடை எடுக்க வேண்டும் என்பதால், மிக நல்ல கட்டுப்பாட்டுடன் எடுக்க முடியும். அப்போது ‘அளவு குறைந்தோ’ அல்லது ‘அதிகமாகவோ’ அரிக்கப்படும் அபாயம் இல்லை.

உலர் நிலை அரித்தலில் ”ஒரே திசையில் அரிக்கும் படி செய்வது எப்படி?” என்பதை அடுத்த பதிவில் காண்போம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/removal-techniques-2-2dry-etching.html

உலர் நிலை அரித்தலில், ஒரே திசையில் அரிக்கும்படி செய்ய இரண்டு முக்கிய காரணங்கள் உண்டு. ஒன்று, பிளாஸ்மா நிலையில் அதிக ரசாயன வினைகள் நடந்து பொருள்கள் அரிக்கப் படுவதால் கொஞ்சம் வெப்பம் உருவாகும். வெப்பத்தில், மேலே இருக்கும் போட்டோ ரெசிஸ்டு கொஞ்சம் இளகி, கீழே வரும். அப்போது அது பிளாஸ்மாவுடன் வினைபுரிந்து கொஞ்சம் கெட்டிஆகி விடும். இதற்கு ”திரை” அல்லது ”வீல் (veil)” என்று பெயர். இதனால், பக்கச் சுவர்களை பிளாஸ்மா தாக்காது. அதை கீழேஇருக்கும் படங்களில் காணலாம்.









இரண்டாவது, பிளாஸ்மாவை உருவாக்கும் பொழுது நெகடிவ் இணைப்பு உள்ள மின் தகடு / எலக்ட்ரோடு, வேஃபர் அருகில் இருக்கும். அதனால், பிளாஸ்மாவில் இருக்கும் பாஸிடிவ் அயனிகள் வேஃபரை நோக்கி வரும். வேகமாக வந்து வேபரைத்தாக்கி, சிறிதளவு பொருளையும் எடுத்து விடும். (இது பி.வி.டி.யில், அயனிகள் வந்து டார்கெட்டை தாக்குவது போல). இதனாலும் ஒரு திசையில் துளை ஏற்படும். மேலும் இவ்வாறு அயனிகளின் தாக்குதலை அதிகமாக்க, ஆர்கான் வாயுவையும் சேர்க்கலாம். ஆர்கான் வாயு, பிளாஸ்மாவில் அயனியாகி பின் வேஃபரைத் தாக்கும். ஆனால், ஆர்கான் அயனியோ அல்லது அணுவோ, வேஃபருடன் ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபடாது. அதனால், ஒரு திசையில் மட்டுமே துளை ஏற்படும்.



இந்த முறையில் உள்ள குறைபாடு என்னவென்றால், ஆர்கான் அயனி எல்லாப் பொருள்களையும் தாக்கும். பிளாஸ்மாவில் ஹைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் போன்ற வேதிப் பொருள்களை மாற்றி, சிலிக்கனை அரிக்கலாம் அல்லது அரிக்கக் கூடாது என்று கட்டுப்படுத்த முடியும். ஆனால் ஆர்கான் அயனியையும் சேர்த்தால், அவ்வாறு நன்றாக கட்டுப்படுத்த முடியாது. இதனால், எல்லாப் பொருள்களும் அரிக்கப் பட்டு, ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ குறைந்து விடும்.

ஆர்கான் இல்லாமல் அரித்தலுக்கு, பிளாஸ்மா எட்சிங் (plasma etching) என்றும், ஆர்கானுடன் அரித்தலுக்கு ரியாக்டிவ் அயன் எட்சிங் (Reactive Ion etching) அல்லது “ரை” (RIE) என்று பெயர். ஆர்கான் வாயுவை சரியான அளவில் சேர்த்தால் ஒரு திசை அரித்தலுக்கு உதவும். அதே சமயம் ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ அதிகம் பாதிக்கப் படாது. அதனால் இந்த ஆர்கான் மற்றும் மற்ற வாய்க்களின் அளவை மிகக் கவனமாகக் கட்டுப்படுத்த வேண்டும். இந்த ப்ளாஸ்மாவிலேயே காந்தப் புலன் துணை கொண்டு அதிக அடர்த்தியான பிளாஸ்மா (high density plasma) என்ற நிலையை உருவாக்கியும் அரித்தலின் வேகத்தை அதிகரிக்கலாம்.

உலர் நிலை அல்லது ஈர நிலை அரித்தல் மூலம் தாமிரத்தை அரிக்க முடிவதில்லை. இவ்வாறு அரிக்க முயன்றால் ஈர நிலையில் எல்லாத் தாமிரமும் வெளியே வந்து விடும். அல்லது உலர் நிலையில் ரசாயன வினைக்கு பிறகு வரும் பொருள்கள் வாயுவாக இல்லாமல் திடப்பொருளாக இருப்பதால், எங்கே பொருளை நீக்க விரும்புகிறோமோ, அங்கு வெளியே வருவதில்லை. இதனால், தாமிரத்தை நீக்க ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல் என்ற ”கெமிக்கல் மெக்கானிகல் ப்ளேனரைசேஷன்” (Chemical Mechanical Planarization) அல்லது சி.எம்.பி. (CMP) என்ற முறை பயன்படுத்தப் படுகிறது. இதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/removal-techniques-3-3-dry-etching.html

சி.எம்.பி. ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல்
இந்த கருவி சுமார் 6 அடி உயரமும் 6 அடி நீளமும், 4 அடி அகலமும் கொண்டு இருக்கும்.

இதில் ஒரு வட்ட வடிவில் மேசை (table) சுழலும் விதத்தில் இருக்கும். அதன் மேல் pad என்ற ஒரு பிளாஸ்டிக் வகைப் படலம் இருக்கும். (Pad என்பதன் தமிழாக்கம் என்ன?) இதன் மேல் வேஃபரை வைத்து அழுத்தத் தேவையான கருவிகளும் (ஆங்கிலத்தில் Wafer Carrier என்று சொல்லப்படும். தமிழில் வேபர் தாங்கி என்று சொல்லலாம்), இடையே ரசாயனமும் துகள்களும் கலந்த "ஸ்லரி" (slurry) என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படும் "கலவை"யை செலுத்த மோட்டார் பம்பும் இருக்கும். மேசையும் வேஃபரும் சுழலும் பொழுது வேஃபர் ‘தேய்க்கப்’ படும்.


இவ்வாறு தேய்ப்பது சீராக நடக்க, வேஃபரும் padம் சுற்றும்பொழுது இடையே, தண்ணீரும், துகள்களும் கலந்த கலவை செலுத்தப்படும். வேஃபரை வைத்து செலுத்தும் அழுத்தம் (pressure), சுற்றும் வேகம், கலவையில் இருக்கும் அமிலம் அல்லது காரம் போன்ற ரசாயத்தின் அளவு, துகள்களின் அளவு, பாலிஷ் செய்யப்படும் நேரம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து பொருள் நீக்கப்படும்அளவு அமையும்.

இதில் வேபர் தலை கீழாக இருக்கும் என்பதை கவனிக்கவும். அதாவது, வேபரின் பின் பக்கமானது ‘வேபர் தாங்கி'யைத் தொட்டுக்கொண்டு இருக்கும். வேபரின் முன் பக்கம் Padஐ தொட்டுக்கொண்டு இருக்கும்.

இதில் ரசாயனத்தின் பங்கு என்ன? துகள்களின் பங்கு என்ன? என்பதைப் பார்ப்போம்.
ரசாயனம் ‘தேர்ந்தெடுக்க’ உதவுகிறது. அதாவது ஒரு பொருளை மட்டும் நீக்கவும், மற்ற பொருள்கள் அப்படியே இருக்கவும் வேண்டும் என்றால், அதற்கு சரியான ரசாயனம் தேவை. உதாரணமாக, கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் தாமிரத்தை மட்டும் எடுக்க வேண்டும். அதன் பின், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை ஒன்றும் செய்யக் கூடாது என்றால் தாமிரத்தை கொஞ்சம் கரைக்கும் ரசாயனத்தை கலக்க வேண்டும். தாமிரம் முடிந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு வந்தவுடன் பாலிஷ் நடக்காது.




துகள்கள், ரசாயன மாற்றமில்லாமல், பொருள்களை நீக்க (mechanical removal) உதவும். இதனால், மேடாக உள்ள இடங்கள் சீக்கிரம் அகற்றப்பட்டுவிடும். தாழ்ந்த இடங்களோ கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அகற்றப் படும். அதனால் வேஃபர் ஒரே லெவலுக்கு வந்து விடும்.
உதாரணமாக, தாமிரத்தை நீக்க கொஞ்சம் அமிலம், கொஞ்சம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு துகள்கள் (சுமார் 0.00005 மி.மீ அல்லது 50 நே.மீ விட்டம்) கலந்த கலவை உபயோகப்படுத்தப்படும். Pad என்பது பாலியுரித்தேன் (poly urethane) என்ற வகை பாலிமரில் (polymer) செய்யப்படும். இந்த pad இல் இரண்டு வகை இருக்கும். கண்ணாடி (சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை) நீக்க hard pad என்ற கடினமான வகையும், தாமிரத்தை நீக்க soft pad என்ற மென்மையான வகையும் உபயோகிக்கப்படும். (இந்த இடத்தில் “கடினமான” என்றால் மிகவும் கடினமான் பொருள் என்று நினைக்க வேண்டாம். Soft pad என்பதன் தன்மை, கையில் தொட்டுப்பார்க்க ஏறக்குறைய முகத்திற்கு பவுடர் பூசும் பஃப் போலவும், hard pad என்பதன் தன்மை ஒரு தோல் பையைப்போலவும் இருக்கும்).

இந்த முறையில் இரண்டு குறிக்கோள்கள் உண்டு. ஒன்று அதிகமாக அல்லது உபரியாக இருக்கும் பொருளை எடுத்து விட வேண்டும். இரண்டாவது சமச்சீரான அளவில் (planar level) வேஃபரை கொண்டுவர வேண்டும். உதாரணமாக சில சமயங்களில் பொருள் படியவைக்கும்போது எல்லா இடங்களிலும் ஒரே அளவாக (uniform) இருக்காது. அப்போது மேடும் பள்ளமுமாக இருக்கும் அதை ஒரே லெவலில் (level)கொண்டு வர இம்முறை பயன்படும்.

இந்த முறையை செயல்படுத்திய பிறகுதான், ஐ.சி.க்களில் தாமிரக்கம்பிகள் கொண்டு மின் இணைப்பு கொடுக்க முடிந்தது. அதற்கு முன்னால், ஈர நிலை மற்றும் உலர் நிலை முறைகளைக் கொண்டு தாமிரக் கம்பிகளை செய்ய பல விஞ்ஞானிகள் முயன்றாலும் பலன் இல்லாமல் இருந்த்து. 1990க்கு பிறகு IBM விஞ்ஞானிகளின் முயற்சியால் தாமிர கம்பி முதல் முதலாக ஐ.சி.யில் வந்தது. செல்போன் முதல் பல சாதனங்கள் சிறிய பேட்டரியிலேயே அதிக நேரம் வேலை செய்ய இந்த “ரசாயன இயந்திர சமன் படுத்தல்” தொழில் நுட்பம் முக்கிய பங்கு ஆற்றுகிறது.

சுருக்கம்/summary: ஐ.சி. தயாரிப்பில், ஒரு பொருளை படிய வைக்கும் போது, எல்லா இடங்களிலும், தேவைக்கு அதிகமாகவே படிய வைக்கப்படும். உபரிப்பொருளை நீக்க, மூன்று வழிகள் இருக்கின்றன. ஈர நிலை அரித்தலில், திரவங்களில் வேஃபரை வைப்பதன் மூலம் பொருளை நீக்கலாம். ஆனால் இம்முறையில் எல்லாத்திசைகளிலும் பொருளை அரிப்பதால், இது சில இடங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது. உலர் நிலை அரித்தலில் பொருள்களை வாயுக்களைக் கொண்டு, பிளாஸ்மா நிலையில் அரிக்கலாம். இம்முறையில், ஒரு திசையில் மட்டும் அரிக்க முடியும். அதிகமாக இருக்கும் தாமிரத்தை நீக்க ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல் என்ற சி.எம்.பி. தொழில் நுட்பம் பயன்படுகிறது. இம்முறையில் திரவ நிலையில் இருக்கும் ரசாயனப்பொருள்களுன் சிறிய துகள்களும் கலக்கப்பட்டு, வேஃபர் தேய்க்கப்படுகிறது. இது உபரிப்பொருளை நீக்குவதுடன் வேஃபரை சமச்சீராக்கவும் உதவுகிறது.

இந்த பதிவுகளில் படிய வைக்கும் முறைகளையும், நீக்கும் முறைகளையும் ஓரளவு சுருக்கமாகவே எழுதி இருக்கிறேன். உண்மையில் ஒவ்வொரு முறையிலும் பற்பல தொழில்
நுட்ப நுணுக்கங்கள் பயன்பாட்டில் உள்ளன.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/removal-techniques-4-4-cmp.html

இதற்கு முன் பார்த்த “பொருளை படிய வைக்கும்” முறைகள் மூலம், ஏற்கனவே இருக்கும் சிலிக்கன் வேஃபரில் மேல், மற்ற பொருள்கள் படிய வைக்கலாம். அந்த முறைகளில் சிலிக்கனில் எந்த மாற்றமும் இருக்காது. ஆனால் வேறு இரண்டு முறைகள் மூலம் சிலிக்கனில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தலாம். அவை ‘அயனி பதித்தலும் ஆக்சிஜனேற்றமும்’ ஆகும்.

அயனி பதித்தல்: நாம் மூன்றாவது பகுதியில், வேபரில் பாஸ்பரஸ் (Phosphorous) என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால் ‘N’ வகையாகவும் என்றும் போரான் என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால் ‘P’ வகையாகவும் மாறுவதாகப் பார்த்தோம். அதில் கடைசி கட்டங்களில் மாசுக்களை சேர்ப்பதற்கு ‘அயனி பதித்தல்’ முறை தேவைப்படுகின்றது என்பதையும் பார்த்தோம்.

சிலிக்கன் வேஃபர் ஒரு திடப்பொருள்(solid) ஆகும். பாஸ்பரஸ் மற்றும் போரானும் திடநிலையில்தான் இருக்கும். அவற்றை சிலிக்கன் வேஃபருக்கு உள்ளே (வேஃபரை உடைக்காமல்) சேர்ப்பது எப்படி ?

வேஃபருக்குள் இந்த அணுக்கள் அதிக ஆழம் செல்ல வேண்டியதில்லை. ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்க சுமார் 100 நே.மி. (அதாவது ஒரு மி.மீஇல் 10,000ல் ஒரு பங்கு) ஆழம் சேர்ந்தால் போதும். அதைவிட ஆழமாகப்போனால் டிரான்ஸிஸ்டர் சரியாக வேலை செய்யாது.
முன்பு (அதாவது 1970, 80களில்) மாசுக்களை சேர்க்க பயன்படுத்திய முறை என்னவென்றால் : பாஸ்பரஸை (அல்லது போரனை) சிலிக்கன் வேஃபரின் மேல் வைத்து கொஞ்ச நேரம் சூடுபடுத்தினால் சில பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் சிலிக்கனுள் ஊடுருவி/பரவி (diffuse) சென்று விடும். இந்த முறையில் செலவும் குறைவு. ஆனால் இம்முறையில் எவ்வளவு பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் சேரும் என்பதை தோராயமாகத்தான் (approximate) கட்டுப்படுத்த முடியும். துல்லியமாக(accurate) கட்டுப்படுத்த முடியாது. அதைப்போலவே எவ்வளவு ஆழம் செல்லும் என்பதையும் நன்றாக கட்டுப்படுத்துதல் சிரமம். அதனால் டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவு கொஞ்சம் ‘முன்னுக்கு பின்’னாகத்தான் இருக்கும்.

டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவு 5 மைக்ரான் அல்லது 10 மைக்ரானாக் இருக்கும்பொழுது, அரை மைக்ரான் (0.5 மைக்ரான் = 500 நே.மீ) முன்னுக்கு பின்னாக வந்தால் பரவாயில்லை. ஆனால் டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவே அரை மைக்ரானுக்கு குறைவாக இருந்தால் இந்த முறை பயன்படாது. இதைவிட நல்ல கட்டுப்பாட்டுடன் மாசுக்களை சேர்க்க அயனி பதித்தல் முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. தற்போது (2008ல்) டிரான்ஸிஸ்டர்கள் 65 நே.மீ (0.065 மைக்ரான்) அளவில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. 45 நே.மீ. அளவில் விரைவில் வந்துவிடும்.

அயனி பதித்தல் முறையில்,முதலில் பாஸ்பரஸை (அல்லது போரானை) அயனி ஆக்க வேண்டும். அடுத்து அவற்றை வேஃபரின் மேல் மிகுந்த வேகத்தில் செலுத்த வேண்டும். அவ்வாறு செலுத்தினால் அவை வேஃபருக்கு உள்ளே செல்லும். இதற்கு உதாரணமாக, துப்பாக்கி குண்டுகளை நல்ல திடமான மரக்கதவை நோக்கி சுட்டால், அவை கதவில் புகுந்து பதிந்துவிடுவதைச் சொல்லலாம்.

கருவியின் அமைப்பும், வேலை செய்யும் விதமும் : அயனி பதிக்கும் கருவி (Ion Implantor) சுமார் 10 அடி அகலமும், 10 அடி நீளமும், 8 அடி உயரமும் இருக்கும்.


இக்கருவியின் பகுதிகளை நான்காகப் பிரிக்கலாம்.

1. அயனி ஆக்குமிடம் (ionizing chamber)
   
2. அயனி தேர்ந்தெடுக்குமிடம் (Ion selection)
   
3. அயனியை வேகப்படுத்துமிடம் (acceleration chamber)
   
4. மாசு சேர்க்குமிடம் (doping chamber)
   

1. அயனியாக்கும் இடம் : பாஸ்பரஸ் அல்லது போரானை சேர்க்க, பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு (phosphorous pentoxide, P2O5) அல்லது போரான் டிரை ஃப்ளூரைடு (boron tri fluoride BF3) என்ற பொருளை எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும். பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு என்பது திட நிலையில் இருக்கும். அதை சூடுபடுத்தினால், ஆவிநிலைக்கு வந்து விடும். போரான் டிரை ஃப்ளூரைடு என்பது சாதாரண வெப்ப நிலையில், வாயு நிலையிலேயே இருக்கும். எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும் முதலில் வாயு நிலைக்கு கொண்டுவருவது அவசியம். பொருள் அளிக்குமிடத்தில் இவ்வாறு வாயுநிலைக்கு கொண்டுவரப்படும்.



இந்த உதாரணத்தில் போரான் டிரை ஃப்ளுரைடு என்ற வாயுவை உபயோகப்படுத்துவதாக எடுத்துக்கொள்வோம். இது ஏற்கனவே வாயுநிலையில் இருப்பதால், இதை நேராக உபயோகிக்கலாம். இந்த வாயுவில் இருக்கும் அணுக்களை, அயனிகளாக மாற்ற வேண்டும். இதற்கு ஒரு அறையில் (chamber) குறைந்த அழுத்தத்தில் டங்க்ஸ்டன் இழையில் மின்சாரத்தை செலுத்தினால் அது வெப்பமடையும் இந்த இழை, மின் விளக்கில் (குண்டு பல்பு) இருக்கும் நூல் போன்ற இழை ஆகும். நல்ல வெப்பமடைந்தபின் அந்த இழையிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும் இதற்கு தெர்மயானிக் எமிஷன் / thermionic emission என்று பெயர். அந்த எலக்ட்ரான்கள் BF₃ மூலக்கூற்களின் (molecule) மேல் மோதும். அப்படி மோதும்பொழுது BF3இலிருந்து சில எலக்ட்ரான்கள் வெளியேறி BF₃⁺ என்ற அயனி உருவாகும். டங்க்ஸ்டன் இழையிலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான்கள் நல்ல வேகத்தில் வந்தால், BF₃ உடைந்து BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, B⁺ போன்ற அயனிகளும் உருவாகும். இவ்வாறு வாயுவிலிருந்து அயனிகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

2. அடுத்து அயனி தேர்ந்தெடுக்கும் பகுதி இருக்கும். நாம் வேஃபரில் போரானை (B) மட்டுமே சேர்க்க வேண்டும். BF, BF₂ ஆகியவற்றை சேர்க்க கூடாது. அதனால், BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, B⁺என்ற பல அயனிகள் கலந்த கலவையிலிருந்து B⁺ அயனியை தேர்ந்தெடுத்து அனுப்ப வேண்டும். மற்ற அயனிகளைத் வேஃபரில் சேராமல் தடுத்துவிட வேண்டும்.



நமக்கு தேவையான அயனியை தேர்ந்தெடுக்க மின்புலமும்(Electric field) காந்தப்புலமும்(magnetic filed) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த அயனிகளை இரு மின் தகடுகளுக்கு இடையே வைத்து ஒரு மின் தகட்டில் பாஸிடிவ் இணைப்பும் மற்ற மின் தகட்டில் நெகடிவ் மின் இணைப்பும் கொடுத்தால் B+ மற்றும் BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺ அயனிகள் நெகடிவ் தகடை நோக்கி செல்லும். அப்போது ஒரு மின்காந்தம் (electromagnet) வைத்து காந்தப்புலத்தை உருவாக்கினால், அயனிகள் செல்லும் திசை மாறிவிடும். எவ்வளவு தூரம் திசை மாறும் என்பது அவற்றின் எடை(mass) மற்றும் மின்னூட்டத்தைப் (electrical charge) பொறுத்தது. B⁺ அயனியானது அதிக அளவிலும் BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, ஆகிய அயனிகள் குறைந்த தூரமும் திரும்பும். அதனால் ஒரு தகடை சரியான இடத்தில் வைத்து B⁺ அயனியைத்தவிர மற்ற எல்லா அயனிகளையும் தடுக்கலாம் . இவ்வாறு அயனிகளின் கலவையிலிருந்து, B⁺ அயனி மட்டும் தேர்ந்தெடுக்கப் படுகின்றது.

3.அயனி வேகப்படுத்தும் இடம் இந்த B⁺ அயனிகள் ஓரளவு வேகத்துடன்தான் வரும் இவற்றை வேஃபருக்கு உள்ளே சேர்க்க நல்ல வேகத்தில் அனுப்ப வேண்டும். எனவே இந்த அயனிகளை முடுக்க/ வேகப்படுத்த / accelerate வேண்டும். இதற்கு வளையம் போன்ற (ரிங் / ring வடிவம் கொண்ட) மின் தகடுகளை வைத்து அவற்றில் நெகடிவ் மின் இணைப்பு கொடுத்தால், B⁺ அயனிகள் நல்ல விசையுடன் இத்தகடுகளை நோக்கி ஈர்க்கப்படும். இதற்கு பல ஆயிரக்கணக்கான வோல்டேஜ் தேவைப்படும். அயனிகளின் வேகம் அதிகரித்து வளையத்திலுள்ள வட்டமான துளை வழியே சென்று விடும் (அதாவது வளையமாக இருக்கும் மின் தகடுகளின் மேல் மோதாது). இவை ‘அயனிக் கற்றை’ (ion beam) என்று அழைக்கப்படும். ஒளிக்கற்றை (light beam) என்பது போல, அயனிக் கற்றை என்று கூறுவது சொல் வழக்கு.


இந்த ‘முடுக்கும்’ அறை முழுவதும் காற்று வெளியேற்றப் பட்டு வெற்றிடமாகவே இருக்கும். தப்பித்தவறி ஏதாவது காற்று அணுக்கள் (உயிர் வாயு எனப்படும் ஆக்சிஜன், மற்ற நைட்ரஜன் போன்ற வாயுக்கள்) இருந்தால், B⁺ அயனிகள் அவற்றின் மீது மோதி எலக்ட்ரானை எடுத்துக் கொண்டு போரான் அணுவாக மாற வாய்ப்பு உள்ளது. இந்த போரான் அணுக்களை வேஃபரில் செலுத்தக் கூடாது. போரான் அயனிகளை (B⁺) மட்டுமே செலுத்த வேண்டும். (இதன் காரணம் அடுத்த பதிவில் வரும்.)

இதற்காக, கடைசியில் வேஃபருக்கு போகும்முன் இந்த அயனிக் கற்றையை சிறிய காந்தப்புலத்தில் வைத்து கொஞ்சம் திருப்பி விடுவார்கள். காந்தப் புலமானது மின்னூட்டம் கொண்ட அயனிகள் செல்லும் திசையை மட்டுமே மாற்றும். போரான் அணுக்கள் செல்லும் திசையை மாற்றாது. அதனால், வேஃபர் மீது B⁺ அயனிகள் மட்டுமே விழும். இந்த அயனிக் கற்றை சுமார் 1 சதுர செ.மீ. பரப்பளவு உடையதாக இருக்கும்.

4. மாசு சேர்க்கும் இடம்கடைசியாக அயனி சேர்க்கும் பகுதியில் அயனி கற்றை வேஃபரில் விழும்பொழுது வேஃபர் மெதுவாக முன்னும் பின்னுமாகவும் பக்கவாட்டிலும் நகர்த்தப்படும். இதன் மூலம் வேஃபர் முழுவதும் சமச்சீராக (uniform) அயனிகளைச் சேர்க்கலாம்.


தற்போது உள்ள கருவிகளில், அயனி கற்றையை மின் தகடுகள் வைத்து, வோல்டேஜ் கொடுத்து, X மற்றும் Y என்று இரு திசைகளிலும் நகர்த்த வழி உள்ளது. (ஆனால் படத்தில் அது கொடுக்கப் படவில்லை)

இதன் தொடர்ச்சியை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/1-ion-implantation-1.html

(அயனி பதித்தலின் தொடர்ச்சி). வேஃபரில் B⁺ அயனி சேர்ந்ததும் பாஸிடிவ் மின்னூட்டத்தை(positive charge) சமன்படுத்த (neutralize) வேஃபரின் பின்புறத்திலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் அனுப்பப்படும். நாம் எவ்வளவு எலக்ட்ரான்களை அனுப்புகிறோம் என்பதை நாம் செலுத்தும் மின்சாரத்தின் அளவின் மூலம் அறிந்து கொள்ளலாம். இதன் மூலம் எவ்வளவு போரான் வேஃபரில் சேர்க்கப்பட்டு இருக்கின்றது என்பதை துல்லியமாக அறிந்து கொள்ளலாம்.

அயனி பதித்தலில் போரான் அயனிகளை நான்காவது கட்ட முடிவில் திருப்பி விடக் காரணம் என்ன ? நாம் சேர்க்கும் மாசுக்களின் அளவை வேஃபரின் பின்புறத்தில் சேர்க்கும் எலக்ட்ரான்களின் அளவைக் கொண்டே கணக்கிடுகிறோம். போரான் அணுவை சேர்த்தால் அதை சமன்செய்ய வேண்டியதில்லை. அதாவது எலக்ட்ரான் சேர்க்க வேண்டியதில்லை. அதனால் நாம் வேஃபரில் சேரும் மாசுக்களின் அளவை தவறாக மதிப்பிடுவோம். அதைத் தவிர்க்கவே நாம் போரான் அயனிகளைத் திருப்பி, அவை மட்டுமே வேஃபரில் விழும்படி செய்கிறோம்.

இந்த முறையில் வேகமாக வரும் அயனி, வேஃபரில் இருக்கும் சிலிக்கன் அணுக்கள் மீது ‘ முட்டி மோதி’ (collide) உள்ளே செல்லும். ஒரு அயனி பல சிலிக்கன் அணுக்கள் மேல் மோதும்பொழுது வேகம் படிப்படியாகக் குறைந்து கடைசியில் நின்று விடும். எவ்வளவு தூரம் (ஆழம்) சென்று நிற்கும் என்பது அயனி வரும் வேகத்தைப் பொருத்தது. எனவே, போரான் எவ்வளவு ஆழம் செல்லும் என்பதை போரான் அயனிகளின் வேகத்தை வைத்து கணிக்கலாம். இவ்வாறு அயனி பதித்தலில் நாம் வேஃபரில் சேர்க்கும் மாசின் அளவையும் ஆழத்தையும் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும்.

சீரமைத்தல் (annealing) : அயனிகள் சிலிக்கன் அணுக்களுடன் மோதுவதால், வேஃபரின் மேல்பகுதிக்கு கொஞ்சம் சேதம் ஏற்படும். இதை சரிப்படுத்த வேஃபரை அதிக வெப்ப நிலையில் (சுமார் 700 முதல் 1000^o C வரை) சிறிது நேரம் வைக்க வேண்டும். இதை விரைவாக செய்ய வேண்டும். உதாரணமாக, வேஃபரை 20 அல்லது 30 வினாடிகளில் சாதாரண அறை வெப்பநிலையிலிருந்து 1000^o Cக்கு கொண்டுசெல்ல வேண்டும். இம்முறை ‘விரைவு வெப்ப சீரமைத்தல்’ (Rapid Thermal Annealing) அல்லது ‘ஆர்-டீ-ஏ’ (RTA) என்று சொல்லப்படும். இவ்வாறு விரைவில் வெப்ப நிலையை உயர்த்த ‘டங்க்ஸ்டன் ஹேலோஜன் விளக்கு’ (Tungsten Halogen Lamp) என்ற வகை விளக்கு பயன்படுகிறது. இவ்விளக்குகளின் மூலம் வேஃபரின் மேல்பகுதி மட்டும் சூடுபடுத்தப்படும்


இதனால், வேபரின் மேல்பகுதியில் சேதாரம் குறைந்து வேஃபர் முன் போல சீராக இருக்கும். இந்த அறைகளிலிருந்து காற்று வெளியேற்றப்பட்டு, வெற்றிடமாக இருக்கும். இல்லாவிட்டால், சிலிக்கன், காற்றிலிருக்கும் ஆக்சிஜனுடன் இணைந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு எனப்படும் கண்ணாடியாக மாறிவிடும். அயனி பதித்தலுக்கு அடுத்த கட்டமாக இந்த ஆர்-டீ-ஏ முறை எப்பொழுதும் பின்பற்றப்படுகிறது.

ஆக்சிஜனேற்றம்: சிலிக்கனுடன் ஆக்சிஜன் (உயிர் வாயு) வினைபுரிந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்னும் கண்ணாடி உருவாகும். காற்றில் எப்பொழுதும் ஆக்சிஜன் இருப்பதால், சுத்தமான சிலிக்கன் மேல் காற்று பட்ட உடனேயே சிறிய அளவு (சில நே.மீ. தடிமனில்) சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு உருவாகும். சாதாரண கண்ணாடியில் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடுடன் மற்ற பல பொருள்களும் கலந்து இருக்கும். ஆனால், ஐ.சி. தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படும் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மிக மிகச் சுத்தமானதாக/தூய்மையானதாக இருக்கும். நாம் கண்ணாடி என்ற வார்த்தையை தூய்மையான சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்ற பொருளிலேயே இங்கு பயன்படுத்துவோம். கண்ணாடியை ஊடுருவி (diffuse) அவ்வளவு சுலபமாக வேறு எந்தப் பொருளும் செல்ல முடியாது. அதனால் சாதாரண வெப்ப நிலையில் இந்த கண்ணாடி 5 அல்லது 10 நே.மீ. தடிமனிலேயே இருக்கும். இது இயற்கையாகவே காற்றில் உருவாவதால் “இயற்கையான ஆக்சைடு அல்லது நேடிவ் ஆக்சைடு/native oxide” என்று சொல்லப்படும்.

சிலிக்கனுடன் ஆக்சிஜனை இணைத்து கண்ணாடியை ‘வளர’ வைக்க (அதாவது சிலிக்கனை கண்ணாடியாக மாற்ற) மூன்று முறைகள் உள்ளன. காற்றுடன் சிலிக்கனை வினை புரிய வைக்கும் முறை ‘உலர் ஆக்சிஜனேற்றம்’ (dry oxidation) எனப்படும். நீராவியுடன் சிலிக்கனை வினைபுரிய வைக்கும் முறை ‘ஈர ஆக்சிஜனேற்றம்’ (wet oxidation) எனப்படும். சிலிக்கனை சில ரசாயனப்பொருள்கள் கரைந்துள்ள தண்ணீருக்குள் வைத்து, மின்வேதி (electrochemical) முறையில் வினைபுரிய வைப்பது மின்வேதி ஆக்சிஜனேற்றம் (electrochemical oxidation) எனப்படும். இந்த கடைசி முறையில் வளரும் கண்ணாடியில் பல குறைபாடுகள் இருப்பதால், இது தற்போது பின்பற்றப்படுவதில்லை.

ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு பயன்படுத்தப்படும் கருவியில் பல வேஃபர்களை ஒரே சமயத்தில் உபயோகப்படுத்த முடியும். இவை செங்குத்தான (vertical) அல்லது கிடையான (horizontal) நிலையில் இருக்கும். இவற்றின் அளவு சுமார் 8 அடி உயரமும், 8 அடி நீளமும் 3 அடி அகலமும் இருக்கும்.


உலர் ஆக்சிஜனேற்றம்: வேஃபரை காற்றில் அதிக வெப்பநிலைக்கு (சுமார் 700 முதல் 1200^o C வரை) கொண்டு சென்றால் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் கண்ணாடி வழியே ஊடுருவி சென்று சிலிக்கனும் சேர்ந்து மேலும் அதிக கண்ணாடியை உருவாக்கும். அதனால் கண்ணாடியின் தடிமன் அதிகமாகும். இப்போது காற்றிலிருக்கும் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் அதிக தடிமனுள்ள கண்ணாடி வழியே சென்று வினை புரிய வேண்டும். எனவே, வினை அவ்வளவு வேகமாக நடக்காது. ஆக்சிஜன் கொஞ்சம் மெதுவாக வருவதால், கண்ணாடி உருவாவதும் மெதுவாகவே நடக்கும். இந்த முறையில் வளரும் கண்ணாடி ‘ஓட்டை’ எதுவும் இல்லாமல் நல்ல தரத்துடன் இருக்கும். எனவே, தரமான கண்ணாடி தேவைப்படும்பொழுது இம்முறையே உபயோகிக்கப்படுகின்றது.

ஈர ஆக்சிஜனேற்றம்: சிலிக்கன் வேஃபரின் மேல் அதிக வெப்ப நிலையில் நீராவியை செலுத்தினால், கண்ணாடியும் ஹைட்ரஜன் வாயுவும் உருவாகும். இந்த வினை விரைவில் நடக்கும். இவ்வாறு உருவாகும் கண்ணாடியில் சில ஓட்டைகள் (porous) இருக்கும். அவை நம் கண்ணுக்கு தெரியாது. ஆனால் அவற்றின் வழியாக நீராவி செல்ல முடியும். எனவே, இவை அதிக தடிமனான கண்ணாடியாக இருந்தாலும், நீராவி அதன் வழியே சென்று சிலிக்கனுடன் வினை புரியும். நமக்கு நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவையில்லை என்றால், ஈர முறையில் விரைவாக தேவையான தடிமனுக்கு கண்ணாடியை வளர்த்துக் கொள்ளலாம்.

எப்பொழுது ஐ.சி. தயாரிப்பில் தரமான கண்ணாடி தேவை? எப்பொழுது தேவையில்லை? டிரான்ஸிஸ்டர் உருவாக்கும் சமயம், கேட் ஆக்சைடு என்ற சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை வளர்க்கும் பொழுது, நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவை. ஏனென்றால், கோடிக்கணக்கான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வேலை செய்வது இந்த கேட் ஆக்சைடைப் பொறுத்து உள்ளது.

தயாரிப்பில் சில சமயங்களில், வேபர் மீது உள்ள தூசிகளை அகற்ற, வேஃபரின் மேல் பகுதியை கண்ணாடியாக மாற்றி, அந்த கண்ணாடியை (தூசிகளுடன் சேர்த்து) ஹைட்ரோ ஃப்ளூரிக் அமிலத்தில் கரைத்து எடுத்து விடுவார்கள். இந்த இடத்தில் கண்ணாடி பலி கொடுக்கத்தான் / தியாகம் செய்யத்தான் பயன்படுகின்றது! இதை sacrificial oxide என்று சொல்வார்கள். அதற்கு நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவையில்லை என்பதால், ஈர ஆக்சிஜனேற்றம் பயன்படுத்தப்படும்.

சுருக்கம்/summary: ஐ.சி. தயாரிப்பில், சிலிக்கனில் மாசுக்களை சேர்க்க தற்போது அயனி பதித்தல் முறை பயன்படுகின்றது. இம்முறையில், நமக்கு தேவையான மாசுக்களை அயனிகளாக்கி, மின்புலத்தின் மூலம் அவற்றின் வேகத்தை அதிகரித்து, வேஃபரில் செலுத்த வேண்டும். எவ்வளவு மாசுக்கள் சேர்ந்துள்ளன என்பதை மின்சாரத்தின் அளவைக்கொண்டும், அவை எந்த ஆழத்தில் சேர்ந்துள்ளன என்பதை அயனிகளின் வேகத்தைக்கொண்டும் கணக்கிடலாம். இவ்வாறு அயனிகளை வேஃபரில் மோத வைத்து மாசுக்களை சேர்ப்பதால் வேஃபரின் மேல்பகுதியில் சிறிது சேதாரம் ஏற்படும். அதை ‘விரைவு வெப்ப சீரமைத்தல்’ என்ற முறையில் சரிசெய்யலாம்.

வேஃபரின் மேல்பகுதியை கண்ணாடியாக மாற்ற, வேஃபரை காற்றுடனோ அல்லது நீராவியுடனோ அதிக வெப்ப நிலையில் வினைபுரிய வைக்க வேண்டும். காற்றுடன் வினை நடக்கும் ‘உலர் ஆக்சிஜனேற்றத்தில்’ நல்ல தரமான கண்ணாடி, மெதுவாக வளரும். நீராவியுடன் வினை நடக்கும் ‘ஈர ஆக்சிஜனேற்றத்தில்’ சற்று தரம் குறைந்த கண்ணாடி, விரைவாக வளரும். ஐ.சி. தயாரிப்பு முறையில், தேவைக்கு ஏற்ப உலர் ஆக்சிஜனேற்றமோ ஈர ஆக்சிஜனேற்றமோ பயன்படுத்தப்படும்.

இதுவரை பார்த்த அயனி சி.வி.டி., உலர் நிலை அரித்தல் போன்ற எல்லா முறைகளையும் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வரிசையாக பயன்படுத்தி ஐ.சி. தயாரிப்பது எப்படி, இப்படி ஒருங்கிணைக்கும் பொழுது வரும் பிரச்சனைகள் என்ன என்பது பற்றி அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/2-ion-implantation-2-and-oxygenation.html

இதுவரை ஐ.சி. தயாரிப்பிற்கு லித்தோகிராபி, பி.வி.டி. சி.வி.டி. போன்ற படிய வைக்கும் முறைகள், உலர் நிலை அரித்தல், திரவ நிலை அரித்தல், சி.எம்பி. போன்ற பொருளை நீக்கும் முறைகள், அயனி பதித்தல் ஆகியவற்றின் விவரங்களைப் பார்த்தோம். எல்லாக் கருவிகளின் திறன்களுக்கும்(capability) ஒரு எல்லை/வரம்பு (லிமிட்/ limit) உண்டு. ஒரு வேஃபரை ஒவ்வொரு கருவிக்குள்ளும் ஒன்றன்பின் ஒன்றாகச் செலுத்தி பல ரசாயன மாற்றங்களுக்கு உட்படுத்தும் பொழுது பல சிக்கல்கள் வர வாய்ப்பு உண்டு. அவற்றைப் புரிந்துகொண்டு, இந்த முறைகளை சரியாக வரிசைப்படுத்தி (sequence) செயல்படுத்த வேண்டும். இதை ஒரு உதாரணத்தின் மூலம் காண்போம்.

இப்போது டிரான்ஸிஸ்டர் செய்து அதன்மேல் மின் கம்பிகள் ஒரு தளத்தில் அமைத்து இருப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம் (படம் 8.1).

அதன் மேல் இன்னோரு தளத்தில் மின் கம்பிகளை இணைக்க வேண்டும் (அடுத்த படம் 8.2ல் இருப்பது போல).
இதில் என்ன சிக்கல் வரக்கூடும் என்பதைப்பார்க்கலாம்.

முதல் படத்தில் இருக்கும் வேஃபர் மீது கண்ணாடியை சி.வி.டி. (CVD) முறையில் படிய வைக்க வேண்டும். எல்லா இடங்களிலும் 1000 நே.மீ. (1 மைக்ரான்) படிய வைக்க முயன்றால், சில இடங்களில் 1100 நே.மீ.ம், சில இடங்களில் 900 நே.மீ.ம் படியலாம் (கீழே இருக்கும் 8.3 படம்).


அதன் மேல், போட்டோ ரெசிஸ்டு படிய வைத்து, லித்தோ முறையில் மாஸ்க்கை வைத்து சரியான இடத்தில் வெளிச்சம் விழும்படி செய்ய வேண்டும். அதைத்தொடர்ந்து வேஃபரைக் கழுவி (develop டெவலப் செய்து) உலர் நிலை அரித்தலில் ஆக்சைடை நீக்க வேண்டும். இவ்வாறு துளையை சரியாக அமைத்தால், படம் 8.4இல் உள்ளது போல சரியாக வரும்.


மாஸ்க் வைக்கும் பொழுது சரியாக வைக்காவிட்டால், துளைகள் தவறான இடத்தில் வந்து விடும் (படம் 8.5 இல் இருப்பது போல).

இவ்வாறு இடம் பிசகி போவதை ஆங்கிலத்தில் mis-alignment (மிஸ் அலைன்மென்ட்) என்று சொல்வார்கள். இதனால் மின் இணைப்பு அறுந்து ஐ.சி. வேலை செய்யாது போய்விடும்.


மாஸ்க்கை சரியாக வைத்து இருந்தாலும், கண்ணாடியை அரிக்கும்பொழுது போதுமான அளவு அரிக்கவில்லை (under etch) என்றால், மேலே வரும் தாமிரத்திற்கும், கீழே இருக்கும் தாமிரத்திற்கும் மின் இணைப்பு இருக்காது (படம் 8.6 போல).


அதே சமயம் அதிக அளவில் அரித்து விட்டால் ( over etch) கீழே இருக்கும் தாமிரக் கம்பி சேதமாகி விடும் (படம் 8.7).


அதன்மேல் தாமிரம் படிய வைத்தாலும், சரியாக ஒட்டாது.

இது தவிர நாம் படிய வைத்தலில் இருக்கும் குறையையும் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். படிய வைக்கும்பொழுது சில இடங்களில் 900 நே.மி.உம் சில இடங்களில் 1100 நே.மி.உம் படிந்து இருக்கும் என்பதைப்பார்த்தோம். அரித்தலிலும் எல்லா இடத்திலும் ஒரே சமச்சீராக துளை வரும் என்று எதிர்பார்க்க முடியாது. அதனால் ஒரே வேஃபரில் சில இடங்களில் குறைந்த அரித்தலும் சில இடங்களில் அதிக அரித்தலும் நடந்து இருக்கலாம். இந்த சூழ்நிலையில் நாம் அரிக்கும் நேரத்தை (etching time) குறைத்தாலும் சிக்கல், அதிகரித்தாலும் சிக்கல். எப்படியும் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

இதற்கு தீர்வு காண கீழ்க்கண்ட முறை கையாளப்படுகிறது. முதலில் கண்ணாடியை படியவைக்கும் முன்னால், சிலிக்கன் நைட்ரைடு என்ற மிகக் கடினமான பொருள் சி.வி.டி. முறையில் சுமார் 10 நே.மீ. அளவு படிய வைக்கப்படும். அதுவும் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே சமச்சீராக 10 நே.மீ. தான் படியும் என்று சொல்ல முடியாது. சில இடங்களில் 9 நே.மீ. அள்வும் சில இடங்களில் 11 நே.மீ. அளவும் படியலாம். (படம் 8.8)



இந்த சிலிக்கன் நைட்ரைடு மேல் 1 மைக்ரான் (1000 நே.மீ.) கண்ணாடி படிய வைக்கப்படும் (அதாவது 900 நே.மீ. முதல் 1100 நே.மீ. வரை தடிமனில்). இப்போது எல்லா இடங்களிலும் 1100 நே.மீ. அளவு கண்ணாடியை அரிக்கும்படி உலர் நிலை அரித்தலை செயல்படுத்தலாம். எந்த இடத்தில் எல்லாம் 1100 நே.மீ. அளவுக்கு குறைவாக கண்ணாடி இருக்கின்றதோ அங்கெல்லாம் கண்ணாடி அரிக்கப்பட்ட பிறகு, சிலிக்கன் நைட்ரைடுக்கு ஒன்றும் ஆகாது. இது கடினமான பொருள் மட்டுமன்றி, பெரும்பாலான ரசாயனங்களுடன் வினைபுரியாது. (வரைபடம் 8.8)

.பின்னர், ‘மெட்டல் லைனுக்கு’ (மின் கடத்தும் கம்பிக்கு) தேவையான அளவு ‘பள்ளத்தையும்’ (trench), லித்தோ மற்றும் உலர் அரித்தல் முறையைப் பின்பற்றி சரியான இடத்தில் உருவாக்க வேண்டும். அடுத்து சிலிக்கன் நைட்ரைடை வேறு ஒரு ரசாயனப்பொருள் கொண்டு அரித்து எடுக்கலாம் (படம் 8.9).



அப்போது எல்லா இடங்களிலும் 11 நே.மீ. அரிக்கும்படி செயல்படுத்தலாம். சில இடங்களில் 9 நே.மீ. மட்டும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு இருக்கும் என்பதைப்பார்த்தோம். அந்த இடங்களில் ஒரிரு நே.மீ. தாமிரமும் அரிக்கப்படும். அதனால் பெரிய அளவு சேதம் இல்லை. சிலிக்கன் நைட்ரைடு இல்லாமல் வெறும் கண்ணாடியை வைத்தே (படம் 8.4ஐப் போல) ஐ.சி. செய்தால், தாமிரக்கம்பியில் 50 அல்லது 100 நே.மீ. இழப்பு ஏற்படலாம். அவ்வளவு இழப்பு நேர்ந்தால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

ஐ.சி. வேலை செய்வதில் சிலிக்கன் நைட்ரைடுக்கு எந்தப்பங்கும் இல்லை என்பதை கவனிக்கவும். தாமிரக் கம்பி மின் கடத்தியாகப் பயன்படுகிறது. கண்ணாடி மின் கடத்தாப்பொருளாகப் பயன்படுகிறது. சிலிக்கன் நைட்ரைடும் ஒரு மின் கடத்தாப்பொருள்தான். ஐ.சி.க்கு இரண்டு விதமான மின் கடத்தாப்பொருள் தேவையில்லை. கண்ணாடி ஒன்றே போதும். ஆனால் படிய வைத்தல், லித்தோ, உலர் நிலை அரித்தல் ஆகிய முறைகளை ஒன்றன்பின் ஒன்றாக சேர்க்கும்பொழுது வரும் சிக்கல்களைத் தவிர்க்க சிலிக்கன் நைட்ரைடு படிய வைத்தல், பின்னர் சிலிக்கன் நைட்ரைடை நீக்குதல் ஆகிய இரண்டு படிகளை அதிகமாக செய்ய வேண்டி இருக்கின்றது.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/1-process-integaration-1.html

இதை அடுத்து தாமிரத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். நேராக கண்ணாடி மேல் தாமிரத்தை (பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. அல்லது மின்வேதி படிய வைத்தல் என்று ஏதாவது ஒரு முறையில்) படிய வைத்தால், அவை சீக்கிரத்தில் கண்ணாடி வழியே ஊடுருவிச் சென்று (diffuse) டிரான்ஸிஸ்டர்களை குறுக்கு (short circuit) செய்து விடும். அவ்வாறு ஊடுருவி செல்லாமல் தடுக்க டான்டலம் என்னும் உலோகத்தை தாமிரத்திற்கும் கண்ணாடிக்கும் இடையில் வைக்க வேண்டும். அதாவது தாமிரத்தைப் படிய வைக்கும் முன்னால், டான்டலத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும் (படம் 8.10).


டான்டலத்தைப் படிய வைக்க இன்னொரு காரணமும் உண்டு. நேராகத் தாமிரத்தைப் படிய வைத்தால், அது கண்ணாடியில் சரியாக ஒட்டாமல் ‘உரிந்து’ (peel off) வந்து விட வாய்ப்பு உண்டு. டான்டலம் கண்ணாடியுடனும், தாமிரத்துடனும் நல்ல முறையில் ஒட்டி இருக்கும். மொத்தத்தில் டான்டலம் படலம் (tantalum layer) தாமிர அணுக்கள் கண்ணாடியிலிருந்து உரிந்து வராத படி தடுக்கவும் (adhesion promoter) ஊடுருவி செல்லாமல் தடுக்கவும் (diffusion barrier) உதவுகிறது.

டான்டலம் ஒரு மின் கடத்தும் பொருளாகும். அதன் மின் தடை தாமிரத்தின் மின் தடையை விட பல மடங்கு அதிகம். அதனால், மெட்டல் லைன் (மின் இணப்புக் கம்பி) செய்யும் பொழுது டான்டலம் குறைந்த அளவிலும் தாமிரம் அதிக அளவிலும் இருக்குமாறு பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும். அப்போதுதான் மின்கம்பிகளின் மின் தடை குறைவாக இருக்கும். மின்சாரத்தையும் எளிதில் கடத்த முடியும்.

இந்த டான்டலத்தின் மேல் தாமிரத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். தாமிரத்தைப் படிய வைக்க மின்வேதி முறை (electrochemical method) பயன்படும் என்பதை நாம் முன்னால் பார்த்தோம். நேராக ஒரு வேஃபரில் மின் இணைப்பு கொடுத்து வேதிக் கரைசலில் அமிழ்த்தினால் எல்லா இடங்களிலும் தாமிரம் சீராகப்படியாது(படம் 8.11).



ஏனென்றால் டான்டலம் நல்ல மின் கடத்தி இல்லை. அதனால் மின் இணைப்புக்கு அருகில் அதிக மின் அழுத்தமும், (voltage) அதற்கு தூரத்தில் குறைந்த மின் அழுத்தமும் இருக்கும். அதனால் மின் இணைப்பிற்கு அருகே அதிக அளவு தாமிரமும் தூரத்தில் குறைந்த அளவு தாமிரமும் படியும்.

இதை சரிக்கட்ட , வேஃபரின் ஓரத்தில் பல இடங்களில் (படம் 8.12) மின் இணைப்பு கொடுக்கலாம்.


அவ்வாறு செய்தால் கூட வேபரின் நடுவில் குறைந்த தடிமனில்தான் தாமிரம் படியும். அதனால், முதலில் வேஃபரில் டான்டலத்தின் மேல் பி.வி.டி. முறையில் அல்லது சி.வி.டி. முறையில் சிறிய அளவு (10 நே.மீ. தடிமனில்) தாமிரம் படிய வைக்கப்படும். இந்த முறைகளில் எல்லா இடங்களிலும் ஓரளவு சீராக (9 நே.மீ. முதல் 11 நே.மீ. வரை) தாமிரம் படிந்து விடும். இப்போது படம் 8.12ல் இருப்பது போல மின் இணைப்பு கொடுத்தால், வேஃபரில் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே அளவு மின் அழுத்தம் இருக்கும். (ஏனென்றால் தாமிரம் சிறந்த மின் கடத்தி).

பேசாமல், இந்த பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. முறையிலேயே தாமிரத்தை மொத்தமாகப் படிய வைக்கலாமே? அவ்வாறு செய்தால் கிடைக்கும் தாமிரத்தின் தரம் சற்று குறைந்து இருக்கும். எனவேதான் மின்வேதிமுறையில் தாமிரம் படியவைக்கப்படுகிறது.

அதன்பின் மின் வேதி முறையில் தாமிரத்தைப் படிய வைத்தால், நன்கு சீராகப்படியும். இந்த மின் வேதி முறையில் தகுந்த ரசாயனங்களைச் சேர்த்தால் எல்லா இடங்களிலும் ஏறக்குறைய ஒரே லெவலில்/level/ மட்டத்தில் இருக்கும்படி கூட (படம் 8.13 போல) செய்ய முடியும்.



அடுத்து, அதிகமாக இருக்கும் தாமிரத்தை சி.எம்.பி. முறையில் நீக்க வேண்டும். முதலில் தாமிரத்தை நீக்கும்பொழுது எல்லா இடங்களிலும் சரியாக அளவு நீக்க வேண்டும். இல்லாவிட்டால், அதிகமாக இருக்கும் தாமிரம் வேறு மின் கம்பிகளுடன் இணைந்து குறுக்கு (short circuit) ஏற்படும் (படம் 8.14).



சி.எம்.பி. முறையில் தாமிரத்தை நீக்கும் கலவை பெரும்பாலும் டான்டலத்தையோ அல்லது கண்ணாடியையோ நீக்காது. தாமிரத்தை அதிகமாக எடுத்தி விட்டால், மின் கம்பியே இல்லாமல் போய்விடும் (படம் 8.15).

அப்போதும் ஐ.சி. வேலை செய்யாது. எனவே இந்த முறையை மிகக் கவனமாக செயல்படுத்த வேண்டும்.

இதைப்போலவே டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்கும் பகுதிகளிலும், அந்தந்த முறைகளின் வரம்புகளைப் புரிந்து கொண்டு, அதற்கேற்ப வேஃபர்களைக் கையாள வேண்டும். இந்த செய்முறைகளை ஒன்றன் பின் ஒன்றாக சரியாக வரிசைப்படுத்தினால்தான் / ஒருங்கிணைத்தால்தான் ஐ.சி.க்களை சிறப்பாக தயாரிக்க முடியும். இல்லாவிட்டால், பி.வி.டி., சி.வி.டி. சி.எம்.பி. என்று ஒவ்வொரு முறைகளும் தனித்தனியே நன்றாக வேலை செய்தாலும், சரியாக ஒருங்கிணைக்காவிட்டால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.


இங்கு மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கம்பிகள் தாமிரம் என்றாலும் ஒரு விதிவிலக்கு உண்டு. நேரடியாக டிரான்ஸிஸ்டரை தொடும் கம்பிகள் டங்ஸ்டன் (Tungsten) என்னும் உலோகத்தாலேயே செய்யப்படுகின்றன. அதன் மேலே உள்ள கம்பிகள் மட்டும் தாமிரத்தால் செய்யப்படுகின்றன. ஏனெனில் தாமிர அணுக்கள் சிலிக்கனில் அதிவேகமாக பரவும்/ °ÎÕ×õ தன்மை (diffuse) உடையவை. டங்ஸ்டனுக்கு பதிலாக தாமிரத்தை நேராக சிலிக்கனில் இணைத்தால், டிரான்ஸிஸ்டரை அவை செயலிழக்க செய்யும். ஆனால், தாமிரக் கம்பிக்கும் டிரான்ஸிஸ்டருக்கும் இடையே டங்ஸ்டன் இருந்தால், தாமிர அணு பரவ முடியாது. டங்ஸ்டன் சுமாரான மின்கடத்தி. அதனால் ஓரளவு மின்சார இழப்பு ஏற்படும். இருந்தாலும் வேறு வழி இல்லாததால் கொஞ்சம் ‘விட்டுக்கொடுத்து’ இந்த உடன்பாடுஅல்லது ‘காம்ப்ரமைஸ்’ (compromise) உருவாகியுள்ளது.

இதைப்போலவே, ஐ.சி. தயாரிப்பின் ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் அந்தந்த முறைகளின் நிறை குறைகளை நன்றாகப் புரிந்து கொண்டு, அவற்றை சரியாக வரிசைப்படுத்தி செயல்படுத்த வேண்டும். இல்லாவிட்டால், தனித்தனியே பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. அல்லது அரித்தல் முறைகளை சிறப்பாக செயல்படுத்தினாலும், இவை எல்லாவற்றையும் இணைத்து ஐ.சி. தயாரிக்கும்பொழுது சிக்கல்களும் குறைகளும் வர வாய்ப்பு அதிகமாகும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/2-process-integration-2.html

எந்த ஒரு நிறுவனமும் லாபம் ஈட்டும் வியாபார நோக்கில்தான் தொடங்கி, நடத்தப்படும். இதற்கு விதிவிலக்காக ராணுவத்திற்கு ஏவுகணைகள் தயாரிக்கும் DRDO போன்ற நிறுவனங்கள்அல்லது விண்வெளியில் செயற்கைக்கோள்கள் செலுத்தும் ISRO போன்ற நிறுவனங்களைச் சொல்லலாம். பொதுவாக ஐ.சி.க்களைத் தயார் செய்யும் நிறுவனங்கள், வியாபார நோக்கில் பார்க்கும்பொழுது கருத்தில் கொள்ள வேண்டியவை என்ன என்பதை இங்கு காண்போம்.

200 மி.மீ விட்டமுள்ள ஒரு சிலிக்கன் வேஃபரில் நாம் 1 செ.மீ X 1 செ.மீ. அளவு இருக்கும் சில்லுக்களை தயாரித்தால், ஒரு வேஃபருக்கு சுமார் 300 சில்லுக்கள் வரும். ஆனால், அதில் எல்லா சில்லுக்களும் வேலை செய்யாது. ஏனென்றால், தயாரிப்பில் பல சில்லுக்களில் ஏதேனும் குறை வர வாய்ப்பு உண்டு. பரிசோதனையில் தேர்ந்த சில்லுக்கள் மட்டுமே விற்பனைக்கு செல்லும்.

ஐ.சி. வேலை செய்யாமல் போகும் காரணங்களை, இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம். ஒன்று தூசிகளால் வரும் குறைபாடு (particle defect failure). இரண்டாவது செய்முறையில் வரும் குறைபாடு (process failure).

Clean Room ( க்ளீன் ரூம் or சுத்தமான அல்லது தூய்மையான அறை):
ஐ.சி.களை செய்யும் இடம் மிக மிக தூய்மையானதாக இருக்க வேண்டும். இதை clean room ( க்ளீன் ரூம் அல்லது சுத்தமான அறை) என்று சொல்வார்கள். இந்த க்ளீன் ரூமையும், தரத்திற்கேற்ப class 1 அல்லது class 10 அல்லது class 100 என்று வகைப்படுத்தலாம். ஒரு கன அடியில் அரை மைக்ரானைவிடப் பெரிய தூசி 10 அல்லது குறைவான அளவில் இருந்தால் அது ”க்ளாஸ் 10 க்ளீன் ரூம்” எனப்படும். அதற்கு பதில் ஒரு கன அடியில் அரை மைக்ரானை விடப் பெரிய தூசி 100 அல்லது குறைவான அளவில் இருந்தால் அது ”க்ளாஸ் 100 க்ளீன் ரூம்” எனப்படும்.

நாம் சாதாரணமாக சுத்தமாக இருப்பதாக நினைத்துக் கொண்டு இருக்கும் ஏ.சி. அறைகள் (AC Room) எல்லாம் க்ளாஸ் 1,00,000 (லட்சம்) அல்லது அதைவிட மோசமாக இருக்கும். க்ளாஸ் 10 ரூமை பராமரிப்பது (maintain செய்வது) க்ளாஸ் 100 ரூமை பராமரிப்பதை விட கடினம். இங்கே, சிறிய எண் தான் உயர்ந்தது என்பதைக் கவனிக்கவும்.

இவ்வாறு க்ளீன் ரூமைப் பராமரிக்க, உள்ளிருக்கும் காற்றை இழுத்து, அதிலுள்ள தூசிக்களை ‘வடிகட்டி’ பின்னர் வெளியிருக்கும் காற்றையும் கொஞ்சம் சேர்த்து, மீண்டும் பலமுறை வடிகட்டி (தூசிக்களை நீக்கி) உள்ளே செலுத்த வேண்டும். ஐ.சி. தயாரிப்பில் கருவிகள் இயங்கும் பொழுதும், மனிதர்களிடமிருந்தும் தூசிக்கள் வந்துகொண்டே இருக்கும். அவற்றை சுத்திகரிக்காவிட்டால், அறையில் மிக விரைவில் தூசிகள் சேர்ந்துவிடும். தூசிகளை வடிகட்ட ‘ஹெபா ஃபில்டர்’ (HEPA filter) என்ற வகை வடிகட்டிகள் பயன்படுத்தப்படும். இந்த அறைகளில் தூசிக்களின் அளவுகளைத்தவிர, வெப்பநிலையும் ஈரப்பதமும் கூட நல்ல கட்டுப்பாட்டில் இருக்கும்.

நமது உடலிலிருந்தும் ஆடைகளிலிருந்தும் பல வகையான கண்ணுக்கு தெரியாத தூசுக்கள் எப்பொழுதும் வெளி வந்துகொண்டு இருக்கும். அதனால், ஐ.சி. நிறுவனத்தில் வேலை செய்யும் பொழுது உடல் முழுவதும் சாதாரண உடைக்கு மேல் வேறொரு உடையையும் அணிய வேண்டும். இது விண்வெளி வீரர்கள் உடுத்தும் ஆடை போல இருக்கும். நமது கண்கள் மட்டுமே வெளியில் தெரியும்படி இருக்கும்.




இவ்வாறு இல்லாவிட்டால், இந்த அறைகள் ஒரே நிமிடத்தில் க்ளாஸ் லட்சம் ஆகிவிடும். சுருக்கமாகச் சொன்னால், க்ளாஸ் 10 ரூம் குளோஸ் ஆகிவிடும்! தற்போது உலகில் தலைசிறந்த நிறுவனங்கள் class 1 அறைகளில் ஐ.சி.க்களை தயாரிக்கின்றன.

இப்படி க்ளாஸ் 1 அறைகளிலும் கூட மிகச்சிறிய அளவு தூசிகள் இருக்கத்தான் செய்கின்றன. இவை ஐ.சி. தயாரிப்பில் வேபரின் மேல் விழும்பொழுது சில சமயங்களில் சில்லுக்களை செயலிழக்க செய்கின்றன. உதாரணமாக, கீழிருக்கும் வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.




இங்கு, நாம் ஒரு டிரான்ஸிஸ்டரை வேறு ஒரு டிரான்ஸிஸ்டருடன் இணைக்க டங்க்ஸ்டன் கம்பியை பயன்படுத்துகிறோம். அதற்கு டிரான்ஸிஸ்டருக்கு மேல், கண்ணாடி படிய வைத்து அதில் துளையிட்டு டங்க்ஸ்டனைப் படிய வைத்து பின்னர் சி.எம்.பி. மூலம் தேவையற்ற டங்க்ஸ்டனை நீக்க வேண்டும் என்பதை மூன்றாவது பகுதியில்(chapter) பார்த்தோம். இங்கே, துளையில் டங்க்ஸ்டனை படிய வைக்கும் முன், ஒரு தூசி விழுந்து துளையை அடைத்துக்கொண்டால் என்ன ஆகும்? டிரான்ஸிஸ்டருக்கு இணைப்பு அறுந்துவிடும் (circuit cut ஆகிவிடும்). இதனால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

இந்த தூசியே, மின்கடத்தும் பொருளால் ஆனால்? அப்போது இணைப்பு அறுபடாது! அதனால், எல்லா தூசிகளும் ஐ.சி.ஐ செயலிழக்க செய்வதில்லை. தூசிகளையும் “பாதிக்கும் தூசி” (killer defect) மற்றும் “பாதிக்காத தூசி” (benign defect) என்று வகைப்படுத்தலாம்.

எப்படி சாதாரண பிஸ்கட் செய்யும் பிரிட்டானியா போன்ற நிறுவனத்திற்கு, இந்தியாவிலேயே பல இடங்களில் ‘தயாரிக்கும் யூனிட்டுகள்’ இருக்குமோ அது போல, இன்டெல் போன்ற பெரிய ஐ.சி. நிறுவனத்திற்கு, ஐ.சி. தயார் செய்யும் யூனிட்டுகள் பல இருக்கும். எல்லா இடங்களிலும் க்ளீன் ரூம் வடிவமைப்பும் (design), பராமரிப்பும் (maintenance)கொஞ்சம் வேறுபடும். அதனால் ஒவ்வொரு இடத்திலும் தூசிக்களின் அளவு வேறுபடும்.

அடுத்த சில வருடங்களில் எந்த விதமான ஐ.சி.க்களுக்கு தேவை (demand) இருக்கும் என்பதை மார்கெட்டிங் (marketing) துறையினர் கணித்து சொல்வார்கள். அது சுமார் என்ன விலைக்கு விற்கலாம் என்பதையும் கணித்து சொல்வார்கள். அதை வைத்து, ஐ.சி.க்கான மின் சுற்று வடிவமைப்பு (circuit design) செய்யப்படும். அந்த மின்சுற்று லே-அவுட்டாக மாற்றப்படும். இந்த நிலையில், லே-அவுட்டை வைத்து, குறிப்பிட்ட யூனிட்டில் ஒரு வேபரில் 100க்கு 50 சில்லுக்கள் தான் சரியாக வரும் என்று கணிக்க முடியுமா?

முடியும். 100க்கு எவ்வளவு சில்லு வரும் என்பது yield “ஈல்டு” (விவசாயத்தில் மகசூல் என்று சொல்வது போல) என்று சொல்லப்படும். சில்லுக்களை செய்யும் முன்னாலேயே இதைக்கணக்கிட, தூசிகளின் அளவும், லே-அவுட் எவ்வளவு பரப்பளவு கொண்டது, எவ்வளவு சிக்கலானது (complex) என்ற விவரமும் தேவை.

ஒவ்வொரு யூனிட்டிலும் உள்ள தூசிகளின் அளவை (defectivity) கணக்கிட வழிமுறைகள் உண்டு. KLA Tencor (கே.எல்.ஏ. டென்கோர்) என்ற நிறுவனம், தூசிக்களை கணக்கிட்டு கூறுவதில் முன்னிலை வகிக்கிறது. தூசி அதிகமாக இருந்தால் பல சில்லுக்கள் வேலை செய்யாது. மகசூலும் (yield) குறைந்துவிடும். தூசு எவ்வளவு என்று கண்டுபிடிக்க இரண்டு வழிகள் உண்டு. ஒன்று, ஒரு சுத்தமான வேஃபரை இந்த அறையில் வைத்து, கொஞ்ச நேரம் (1 மணி) கழித்து, அதில் எவ்வளவு தூசி படிந்திருக்கின்றது என்பதை போட்டோ எடுப்பது போன்ற கருவி மூலம் கண்டுபிடித்து கணக்கிடலாம். அல்லது, காற்றில் எவ்வளவு தூசி இருக்கின்றது என்பதை கண்டுபிடிக்க லேசர்(laser) கொண்ட கருவி உள்ளது. அதைப்பயன்படுத்தி, காற்றிலுள்ள தூசியின் அளவை கணக்கிடலாம். இது தவிர வேறு சில வழிமுறைகளும் உண்டு. இவ்வாறு கண்டுபிடித்த தூசிகளில் எவை ‘பாதிக்கும் தூசிகள்’ என்று கண்டு பிடிக்கவும் தொழில் நுட்பம் உண்டு.

அடுத்து, ஐ.சி. சில்லின் பரப்பளவை (area) பொருத்து அதன் மகசூலும் மாறும். சிறிய ஐ.சி.க்களை செய்வது சுலபம். ஏனென்றால் அதில் ஒரு சில லட்சம் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் மட்டுமே இருக்கும். பெரிய ஐ.சி.யில் சில கோடி டிரான்ஸிஸ்டர்கள் இருக்கலாம். அதனால், எல்லாவற்றையும் சரியாகச் செய்வது கொஞ்சம் கடினம். பெரிய ஐ.சி.யிலும், சில லட்சம் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் மட்டும் இருந்தால் செய்வது சுலபமே. அதனால், பரப்பளவுடன் சில்லின் complexity of design அல்லது எவ்வளவு சிக்கலான வடிவமைப்பு என்பதையும் கணக்கில் கொள்ள வேண்டும். பரப்பளவை கணக்கிடுவது மிக சுலபம். ஆனால், complexity எனப்படும் “சிக்கலின் அளவை” கணக்கிட தகுந்த கம்ப்யூட்டர் மென்பொருள்(சாஃப்ட்வேர் software) தேவை.

இப்படி கணக்கிட்டு, ஐ.சி.க்களை லாபகரமாக செய்ய முடியும் என்று தெரிந்த பின்னரே, தயாரிப்பைத் தொடங்குவார்கள். இல்லாவிட்டால், வடிவமைப்பு (design) நிலையிலேயே இந்த ப்ராஜக்டை (project) நிறுத்திவிடுவார்கள்.


Process issues: செய்முறையில் குறைபாடுகள்:
தூசிகள் குறைவாக இருந்தாலும், செய்முறையில் குறை வந்தால் ஐ.சி.க்கள் சரியாக வேலை செய்யாது. எந்த முறையில் குறைகள் வரக்கூடும் என்பதற்கு சில உதாரணங்களை நாம் செய்முறைகளை ஒருங்கிணைக்கும் பகுதியில் பார்த்தோம். இப்படி வரும்பொழுது இதை பரிசோதனையில் தொடங்கி, பின்னர் ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்” என்ற முறையில் கண்டுபிடித்து நிவர்த்தி செய்யலாம். இவ்வாறு செய்வதற்கு, எல்லா செய்முறைகளிலும் நல்ல பரிச்சயமும், குறைக்கு காரணம் கண்டுபிடிக்கும் திறமையும் தேவை.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/03/yield.html

குறிப்பு இந்தப் பகுதியை எழுதும் பொழுது ‘சொல்ல வந்த கருத்தை எப்படி எளிமையாகவும் அதேசமயம் துல்லியமாகவும் சொல்வது' (simple and at the same time accurate, with out unnecessary approximation) என்பது சரியாகப் பிடிபடவில்லை. முடிந்த வரை எழுதி இருக்கிறேன். இதைப் படிக்கும் பொழுது எந்த இடத்தில் (இடங்களில்) தெளிவாக இல்லை என்பதை குறிப்பிட்டால், நான் மறுபடி முயல்கிறேன். எதுவுமே புரியவில்லை என்று சொன்னால்........ என்ன செய்வதென்று இன்னும் யோசிக்கவில்லை:-)

சிலிக்கன் என்ற தனிமம் டிரான்ஸிஸ்டர் செய்யப் பயன்படும் பொருளாகும். இது மின்சாரத்தை ‘ஓரளவு' கடத்தும். அதனால் இது குறைகடத்தி என்ற வகையை சார்ந்தது. கண்ணாடி, பிளாஸ்டிக் ஆகியவை மின்கடத்தாப் பொருள்களாகும். தாமிரம், அலுமினியம் ஆகிய உலோகங்கள் மின்கடத்தும் பொருள்களாகும்.

ஒரு பொருள் எப்படி மின்சாரத்தைக் கடத்துகிறது. நாம் திட நிலையில் இருக்கும் பொருள்களை மட்டும் கவனிப்போம். ஏனென்றால், திட நிலையிலும், திரவ நிலையிலும், வாயு நிலையிலும் மின்சாரம் செல்லும் விதம் மாறுபடும். டிரான்ஸிஸ்டர்கள் எல்லாம் திட நிலையில் இருப்பதால், அவற்றைப் பற்றி புரிந்து கொள்ள, ‘திட நிலையில் மின்சாரம் செல்வது எப்படி?' என்பது பற்றி சற்று விளக்கமாகப் பார்ப்போம்.

முதலில் கொஞ்சம் இயற்பியல்:

இப்படி ஒரு அணுவிற்கான ஆற்றல் மட்டங்கள், பல அணுக்கள் சேரும்பொழுது ஆற்றல் பட்டைகளாக மாறும்பொழுது, எந்த இரண்டு ஆற்றல் மட்டங்களுக்கும் இடையே இருக்கும் இடைவெளி குறையும். இந்த இடைவெளி band gap என்று ஆங்கிலத்தில் அழைக்கப்படும்.



இந்த ஆற்றல் பட்டைகள் என்பவை உண்மையில் பல ஆற்றல் மட்டங்கள் தான். அவை மிக அருகில் இருப்பதாலும், பல கோடுகளை நாம் அருகில் வரையும் பொழுது அந்த தொகுப்பு ஒரு பட்டை போல இருப்பதாலும் அவை ஆற்றல் பட்டைகள் என்று சொல்லப் படுகின்றன. இது, விஞ்ஞானிகள் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அணுக்கரு ஆகியவற்றை புரிந்து கொள்வதற்காக காகிதத்தில் ஆற்றல் மட்டங்கள் என்று வரைந்து அவ்வாறு வரைந்த படத்தில் பல் ஆற்றல் மட்டங்கள் பட்டை போல தோற்றமளித்ததால் வந்த பெயர். அணுவில் அல்லது திடப் பொருளில் ‘பட்டை' எதுவும் இல்லை என்பதை நினைவில் கொள்ளவும். அதாவது அணுவைப் பற்றி நாம் , நம் வசதிக்காக எளிமையாக வரையும் ஆற்றல் படத்தில், பட்டை போல் இருக்கிறது.

ஒரு எலக்ட்ரான், ஒரு ஆற்றல் மட்டத்திலிருந்து இன்னொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்ல, அதற்கு ‘உபரி ஆற்றல்' (excess energy) தேவைப்படும். இது நாம் மாடி ஏறுவது போல. சிறிய மாடி ஏற கொஞ்சம் ஆற்றலும், உயரமான மாடி ஏற அதிக ஆற்றலும் தேவை. ஒரு பட்டையிலேயே, எல்லா மட்டங்களும் நிரம்பாவிட்டால், அதில் சில ‘காலி இடங்கள்' இருக்கும். சாதாரணமாக, குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களில் எலக்ட்ரான் இருக்கும். அவற்றிற்கு இன்னும் கொஞ்சம் ஆற்றலைக் கொடுத்தால், அவை மேலே இருக்கும் ‘காலி இடங்களுக்கு' செல்லும். சிறிது நேரத்திற்கு பிறகு கீழே வந்துவிடும். இவ்வாறு சுலபமாக மேலிருக்கும் ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு செல்லக் கூடிய பொருள்கள் ‘மின் கடத்தி' எனப்படும்.

இதற்கு பதிலாக, ஒரு பட்டையில் முழுவதும் எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். மேலே இருக்கும் பட்டையில் எலக்ட்ரான்களே இல்லை என்று வைத்துக் கொள்வோம். இவற்றில் கீழே இருக்கும் எலக்ட்ரானை மேலிருக்கும் பட்டைக்கு எடுத்துச் செல்ல அதிக ஆற்றல் தேவைப்படும். ஏனென்றால், ஆற்றல் இடைவெளி (band gap)ஐ தாண்டி செல்ல வேண்டும். இவ்வகைப் பொருள்கள் ‘insulator' என்ற மின்கடத்தாப் பொருள்கள் ஆகும். இவற்றில் மின்சாரம் செல்லாது.

இதே, ஆற்றல் இடைவெளி கொஞ்சமாக இருந்தால், அவ்வகைப் பொருள்கள் ‘குறை கடத்தி' என்று சொல்லப்படும். அதாவது சாதாரணமாக மின்புலம் கொடுத்தால் ஏதோ கொஞ்சம் எலக்ட்ரான்கள் இந்த ஆற்றல் இடைவெளியை தாண்டி செல்லும். மின் கடத்தியைப் போல சுலபமாகவும் செல்லாது. அதே சமயம், மின்கடத்தாப் பொருள் போல ஒரேடியாக ஒன்றும் நடக்காமலும் இருக்காது.


எலக்ட்ரான்களுக்கு எப்படி ஆற்றலை அளிக்கலாம்? ஒளி மூலமாகவோ அல்லது மின்புலம் மூலமாகவோ ஆற்றல் அளிக்கலாம். மின் கடத்தாப் பொருளில் கூட, அதிக மின் அழுத்தம் கொடுத்தால், மின்சாரம் செல்லும். (உதாரணமாக, 50 volt கொடுத்தால், மனித உடல் மூலம் மின்சாரம் செல்லாது. 230 V கொடுத்தால், நமக்கு ”ஷாக்” அடிக்கும்.)

அடுத்து: வெப்பம் என்றால் என்ன? குவாண்டம் இயற்பியல் படி, வெப்பம் என்பது அணுக்களின் அதிர்வையே (vibration) குறிக்கும். இதைப் பற்றி அடுத்த பதிவில். இந்த இரண்டு கருத்துக்களையும் ( அதாவது 'ஆற்றல் பட்டைகள்' மற்றும் வெப்பம்) சேர்த்து, குவாண்டம் இயற்பியல் எவ்வாறு பல விஷயங்களை அழகாக விளக்குகிறது என்பதைப் பார்க்கலம். இது விளக்கும் விஷயங்கள். (1). மின்கடத்தியின் வெப்பனிலை அதிகரித்தால், அதன் மின் தடை அதிகரிக்கும். (2). குறைகடத்தியில் அல்லது மின் கடத்தாப் பொருளின் வெப்பனிலையை அதிகரித்தால் அதன் மின் தடை குறையும். (3) குறைகடத்தில்யில் சில மின்கடத்தாப் பொருளை சேர்த்தால், அதன் மின் தடை (தடாலடியாகக்) குறையும்!

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/why-is-silicon-semiconductor.html

கி.பி.1800-ம் ஆண்டில் நிக்கல்சன்(Nicholson) மற்றும் கார்லிஸ்ஸி (Carlislee) ஆகியோர் மின்சாரத்தை செலுத்தி தண்ணீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் வாயுவைத் தயாரித்தனர். இது மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis) எனப்படும்.

சுமார் 1839-ம் ஆண்டில் இங்கிலாந்தை சேர்ந்த சர் வில்லியம் குரோவ்(Sir William Grove) என்ற நீதிபதி தனது வேலை இல்லாத ஓய்வுநேரத்தில் ஹைட்ரஜனையும், ஆக்ஸிஜனையும் இணைத்து மின்சாரம் தயாரிக்க முடியுமா என்று யோசித்தார். அதை செய்து பார்க்கவும் முயற்சித்தார்.

அப்போது ஒரு தண்ணீர்த் தொட்டியில் இரு முன் தகடுகளை வைத்து அவற்றின் ஒரு மின் தகடின் அருகில் / பக்கத்தில் ஹைட்ரஜன் வாயுவைச் செலுத்தினார். இன்னொரு மின் தகடின் பக்கத்தில் ஆக்சிஜனை செலுத்தவில்லை. ஏனென்றால் காற்றிலேயே ஆக்ஸிஞன் இருப்பதால் காற்றையே செலுத்தினார். அதில் சிறிதளவு மின்சாரம் வந்தது. அது 0.6V அளவு மின் அழுத்தம்(Voltage) தந்தது. இதுதான் உலகின் முதல் எரிமக்கலன்.

நாம் இரண்டு 1.5V பேட்டரி(மின் கலத்தை) சேர்த்து 3V எடுப்பதைப் போல, அவரும் பல(50) எரிமக்கலன்களை இணைத்து சுமார் 25-30V மின் அழுத்தம் பெறுமாறு செய்தார். ஆனால் அதற்கு மேல் அவர் பெரிதாக முயற்சிக்கவில்லை.

ஏறக்குறைய 100 ஆண்டுகளாக ஜெர்மனியில் இது பற்றி ஆராய்ச்சி நடந்தது. சிறிய முன்னேற்றங்கள் இருந்தாலும் சொல்லிக் கொள்ளும் அளவிற்கு இல்லை. 1932-ல் இங்கிலாந்தை சேர்ந்த தாமஸ் பிரான்ஸிஸ் பேகன்(Thomas Francis Bacon) என்பவர் இத்துறையில் ஈடுபட்டார்.

அவர் ஒரு விசை சுழலி(Turbine) தயாரிக்கும் நிறுவனத்தில் Engineer ஆக வேலை பார்த்துக் கொண்டிருந்தார். அப்போது அவருக்கு மின் வேதியியல் பற்றியோ அல்லது எரிமக்கலன் பற்றியோ ஒன்றும் தெரியாது. ஒரு நாள் தனது நிறுவனத்தின் மூலையில் தண்ணீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் தயாரிப்பதைப் பார்த்தார். பார்த்தவுடன் நூறு ஆண்டுகளுக்கு முன் சர் வில்லியம் குரோவிற்கு உதித்த அதே கேள்வி இவர் மூளையில் உதித்தது. மின்சாரம் செலுத்தி ஹைட்ரஜன் பெற்றால், ஏன் ஹைட்ரஜன் செலுத்தி மின்சாரம் பெற முடியாது?

ஆனால் அவர் வேலை செய்த நிறுவனத்திற்கு இதில் எந்தவித ஈடுபாடும் இல்லை. அதனால் நிறுவனத்திற்குத் தெரியாமலேயே இவர் ஒரு அலமாரியில் தனது கருவிகளை ஒளித்து வைத்து, ஹைட்ரஜன் மற்றும் காற்றிலிருந்து(ஆக்சிஜனிலிருந்து) மின்சாரம் தயாரிக்க முடியும் என்பதைக் கண் கூடாகப் பார்த்தார்.அதன் பிறகு அவருக்கு இதைவிட மனமேயில்லை. அவருக்கு மூதாதையர் வழியாக பெரிய அளவில் சொத்து இருந்தது. அதனால் விசை சுழலி நிறுவனத்தில் இருந்து வேலையை ராஜினாமா செய்துவிட்டு, எரிமக்கலனை சிறந்த முறையில் தயாரிப்பதிலேயே கண்ணும், கருத்துமாக ஈடுபட்டார்.

அவர் இங்கிலாந்தில் புகழ் பெற்ற கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக் கழகத்திற்கு அருகில் வசித்து வந்தார். அந்த பல்கலைக்கழகத்தில் இருந்த ஆராய்ச்சியாளர்களிடம் எரிமக்கலன் பற்றி பேச முயன்றார். ஆனால் அவர்கள் அதில் அக்கறை செலுத்தவில்லை. அப்போதும் அவர் தயங்காமல் தனது சொந்த செலவிலேயே அருகில் இருக்கும் குடிசைப் பகுதியில் ஆராய்ச்சிக்கூடம்(Lab) அமைத்து எரிமக்கலனைப் பற்றிய ஆராய்ச்சியில் மூழ்கினார்.

1950-களில் அவர் இதைப் பற்றிச் சரியாகப் புரிந்து கொள்ள மின் வேதியியல் பற்றிய அறிவு தேவை என உணர்ந்தார். 1952-ல் இம்பீரியல் கல்லூரியைச் சேர்ந்த ரெஜினால்ட் வாட்சன்(Reginald Watson) என்ற மின் வேதியியல் நிபுணரை வேலைக்கு அமர்த்தினார். கூடவே இன்னொரு பொறியாளர்/Engineer-ஐயும்(பெயர் தெரியவில்லை) வேலைக்கு சேர்த்துக் கொண்டார். 1959-ல் கடைசியாக அவர்கள் அனைவரும் சேர்ந்தது ஒரு 5 கிலோவாட்(5 KW) மின்சாரம் தயாரிக்கும் எரிமக்கலனை செய்தார்கள். அதைக் கொண்டு ஒரு பெரிய லாரி வகை வண்டியை ஓட்டியும் காண்பித்தார்கள்.

25 வருடங்களாக இதைத் தொடர்ந்து ஆராய்ச்சி செய்த தாமஸ் பேகனின் உழைப்பு, விடா முயற்சிக்கு மிகச் சிறந்த எடுத்துக்காட்டு.

இதன் பின்னரே, இங்கிலாந்தும் பிற நாடுகளும் எரிமக்கலனின் முக்கியத்துவத்தை உணர்ந்தன. லண்டனில் 1959-ம் ஆண்டு ஆகஸ்டு மாதம் டைம்ஸ் பத்திரிகையில் தாமஸ் பேகன் மற்றும் அவருடைய எரிமக்கலனின் புகைப்படம் வெளியானது.

அந்தச் சமயம் சோவியத் யூனியன் ஸ்புட்னிக்(Sputnik) என்ற செயற்கைக்கோளை விண்வெளியில் ஏவி இருந்தது. அதற்குப் போட்டியாக, அமெரிக்க விண்வெளி நிறுவனமான நாஸா தானும் விண்ணுக்கு செயற்கைக் கோளை அனுப்பும் முயற்சியைத் தொடங்கியது.

நாஸா தாமஸ் பேகனின் எரிமக்கலனை எடுத்து பல முன்னேற்றங்களை செய்து விண்வெளியில் பயன்படுத்தியது. மின்சாரம் எடுப்பதைவிட, எரிமக்கலனைப் பயன்படுத்தினால் அதே அளவு மின்சாரம் தயாரிக்க, பேட்டரியில் பாதி எடை இருக்கும் எரிகலனே போதும். விண்வெளியில் செல்லும்போது எடை குறைவாக இருப்பது மிக அவசியம்.அதனால் (எரிமக்கலனைத் தயாரிக்க அதிகம் செலவானாலும்கூட) விண்வெளியில் எரிமக்கலன் பல ஆண்டுகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இலங்கை தமிழரான சுப்ரமணியம் சீனிவாசன் என்பவர் 1960-களிலிருந்து எரிமக்கலன் ஆராய்ச்சியில்(அமெரிக்காவில்) ஈடுபட்டு பல்வேறு முன்னேற்றங்களுக்கு அடிகோலியிருக்கிறார் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. எரிமக்கலன் துறையில் இவரது பெயர் மிகவும் பிரபலமானது.

பின்குறிப்பு : இவ்வரலாற்று குறிப்பில் அக்காலத்தில் நம் நாட்டில் என்ன நடந்து கொண்டிருந்தது? ஏறக்குறைய, எல்லாக் கண்டுபிடிப்புகளுமே மேலை நாட்டவரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டவை. ஏன்?

எரிமக்கலன்களை, பின்வருமாறு வகைப்படுத்தலாம்.

(i) கார எரிமக்கலன் (Alkaline Fuel Cell)

(ii) உருகிய கார்பனேட் எரிமக்கலன் (Molten Carbonate Fuel Cell)

(iii) பாலிமர் மின்வேதிப் பொருள் எரிமக்கலன் (Polymer Electrolyte Fuel Cell)
(iv) நேரடியாக மெத்தனால் பயன்படுத்தும் எரிமக்கலன்
(Direct Methonal Fuel Cell)

(v) பாஸ்பாரிக் அமில எரிமக்கலன் (Phosphoric Fuel Cell)

(vi) திட நிலை ஆக்ஸைடு எரிமக்கலன் (Solid Oxide Fuel Cell)

என்று வகைப்படுத்தலாம்.

இவற்றில் பாலிமர் மின்வேதிப் பொருள் எரிமக்கலனை Polymer Membrane Fuel Cell அல்லது PEM Fule Cell என்றும், நேரடி மெத்தனால் எரிமக்கலனை DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) என்றும் திட நிலை ஆக்ஸைடு எரிமக்கலனை SOFC என்றும் சுருக்கமாக சொல்வார்கள்.

முதலில் கார எரிமக்கலன் பற்றிய விவரங்களைப் பார்ப்போம். இதில் பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்ஸைடு (KOH) என்ற பொருள் இருக்கும். இது காரத்தன்மை (Alkaline of Basic) வாய்ந்தது. இந்த எரிமக்கலனின் வடிவமைப்பு இங்கே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

இந்தப் படம் விக்கியிலிருந்து எடுக்கப்பட்டு உள்ளது. இதில், (1) ஹைட்ரஜன் உள்ளே செல்லும் வழி. (2) மற்றும்(3)மின்சாரம் செல்லும் பாதை. (4) ஆக்சிஜன் செல்லும் வழி. (5). கேத்தோடு/Cathode எனப்படும் மின் தகடு. (6). KOH கரைசல் (7). ஆனோடு/Anode எனப்படும் மின் தகடு (8)வினை புரியாமல் மிச்சம் இருக்கும் ஹைட்ரஜனும், வினை முடிவில் வந்த தண்ணீரும் வெளியே செல்லும் வழி. (9). ஹைட்ராக்சில் அயனி (OH^- )செல்லும் பாதை.

இதில் இருக்கும் மின் தகடுகள் துவாரங்கள் உள்ள கரியில் செய்யப்பட்டு இருக்கும். அதன் மேல் பிளாட்டினம் பூச்சு கொடுக்கப் பட்டு இருக்கும். (துவாரங்கள் உள்ள கரி = Porous Carbon. பிளாட்டினம் = தங்கத்தைவிட விலை உயர்ந்த தனிமம்).

ஹைட்ரஜன் வாயு (துவாரங்கள் அல்லது ஓட்டைகள் நிறைந்த) கரி மின் தகட்டின் வழியே செலுத்தப்படும். அது பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடை அடையும் இடத்தில் பிளாட்டினம் வினை ஊக்கியும் இருக்கும். அங்கு கீழ்க்கண்ட வினை நடைபெறும்.

H₂ + 2 OH^- = 2H₂O + 2 e^-

சாதாரணமாக, ஒரு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு(H₂) காரத்தில் இருக்கும் ஹைட்ராக்ஸைடு(OH^-) அயனியுடன் நேரடியாக வினையில் அவ்வளவு சுலபமாக ஈடுபடாது. அந்த வினையை நடத்த பிளாட்டினம் வினையூக்கி தேவைப்படுகிறது. அது விலை அதிகம் என்பதால், பூச்சாக மட்டும் (coating only) உபயோகிக்கிறோம்.

இந்த வினையில் வரும் தண்ணீரானது, பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்ஸைடை கரைக்கும். முதலில் பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்ஸைடு 35 அல்லது 40 சதவிகிதம் இருக்கும். எரிமக்கலன் வேலை செய்யும் பொழுது தண்ணீரின் அளவு அதிகமாகலாம். ஆனால் நாம் உள்ளே அனுப்பும் எல்லா ஹைட்ரஜனும் வினை புரியாது. கொஞ்சம் திரும்பி வரும். அது கொஞ்சம் தண்ணீரையும் ஆவியாகக் கொண்டு வரும். (நம் வீட்டில் துணிமணிகளை சீக்கிரம் உலர வைக்க மின் விசிறியைப் பயன்படுத்துகிறோம் அல்லவா? அதைப் போல ஹைட்ரஜனை செலுத்தி தண்ணீரைச் சரியாக எடுக்கலாம்)

காரத்திலிருந்து சில ஹைட்ராக்ஸைடு அயனிகள்(OH^-) வினை புரிந்து அவற்றின் அளவு குறையும். அதே சமயம், எரிமக்கலனின் மறுபக்கத்தில் ஆக்ஸிஜன் வாயு, OH^- அயனிகளை உருவாக்கும்.

O₂ + 2 H₂O + 4 e^- = 4 OH^-

இதனால் மொத்தத்தில்

2 H₂O + O₂ = 2H₂O

என்ற வினையே நடக்கிறது.

கார எரிமக்கலன்களில் ஒரு முக்கிய குறைபாடு உண்டு. பொதுவாக ஆக்ஸிஜன் வாயுவிற்குப் பதிலாக காற்று செலுத்தப்படும். காற்றில் பெரும்பங்கு ஹைட்ரஜன் வாயுவும், மீதி ஆக்ஸிஜனும் இருக்கும். சிறிய அளவில் கார்பன்-டை-ஆக்ஸைடு(CO₂) இருக்கும். சில வாயுக்கள் இருக்கும். இதில் கார்பன்-டை-ஆக்ஸைடு வாயுவானது KOH உடன் வினைபுரிந்து அதை பொட்டாசியம் கார்பனேட்டு என்ற பொருளாக மாற்றி விடும்.

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O

அதனால் எரிமக்கலன் வேலை செய்யாது. (இது பெட்ரோலில் தண்ணீர் கலப்பது போல. வண்டி ஓடாது). எனவே உள்ளே செலுத்தப்படும் காற்றில் இருந்து CO₂ வாயுவை முழுமையாக நீக்க வேண்டும். இதற்குத் தனியாகச் செலவாகும். அதனால் மொத்தத்தில் மின்சாரம் தயாரிக்கும் செலவு கொஞ்சம் அதிகமாகும்.

இங்கு வினைஊக்கியாக பிளாட்டினம் பயன்படும் என்பதனைக் கண்டோம். பிளாட்டினம் விலையுயர்ந்த பொருள். அதனால் பிளாட்டினம் வினையூக்கியைப் பயன்படுத்தினால் முதலீடு அதிகம் தேவைப்படும்(High Initial Investment Cost). அதற்குப் பதிலாக தற்போது விலை குறைந்த (அதே சமயம் நன்றாக வேலை செய்யக்கூடிய) வினையூக்கிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

நிக்கல்(Nickel-Ni) என்ற உலோகத்தின் துகள்களை எடுத்து அதிக வெப்ப நிலையிலும் அழுத்தத்திலும் வைத்தால் தகடு போன்ற அமைப்பை உருவாக்கலாம். அது அதிக அளவு துளை / ஓட்டைகளையும் பரப்பளவையும் கொண்டிருக்கும்.(Porous and High Surface Area) இது பிளாட்டினத்திற்குப் பதிலாக வினையூக்கியாகப் பயன்படும். அப்போலோ வகை விண்கலங்களில் இதுவே எரிமக்கலனில் உபயோகப்பட்டது.

ரானே உலோகம்(Raney Metal) என்ற வகைப்பொருளும் வினையூக்கியாகப் பயன்படும். ரானே உலோகம் என்றால் என்ன.? நிக்கல் அல்லது வெள்ளி போன்ற நமக்குத் தேவையான உலோகத்தைச் சிறிய துகள்களாக்கிக் கொள்ள வேண்டும்.

அதன் பிறகு அலுமினியத் துகள்களை இந்த உலோகத் துகள்களுடன் கலக்க வேண்டும். இக்கலவையை வெப்பத்திற்கும், அழுத்தத்திற்கும் உட்படுத்தினால் (High Temperature and Pressure) அது தகடுபோல் ஆகிவிடும். இதிலிருந்து அலுமினியத்தை நீக்கிவிட்டால், நமக்குத் தேவையான (நிக்கல் அல்லது வெள்ளி) உலோகம் அதிகப் பரப்பளவு மற்றும் துளைகளுடன் (High Surfree area and Pocosity) இருக்கும். அவ்வாறு அலுமினியத்தை நீக்க, இந்த (வெள்ளி, அலுமினியம் அல்லது நிக்கல்+அலுமினியம்) தகட்டை அடர்ந்த காரத்தில்(Concentrated Alkali) வைக்கலாம்.

அப்போது அலுமினியம் காரத்தில் கரைந்துவிடும். மிச்சம் இருக்கும் உலோகம்(நிக்கல் அல்லது வெள்ளி) ரானே நிக்கல் என்று அழைக்கப்படும். குறிப்பு : இம்முறையைக் கண்டுபிடித்தவர் அமெரிக்காவை சேர்ந்த முர்ரே ரானே(Murray Raney) என்பவர். அதனால் இவ்வகையில் தயாரிக்கப்பட்ட உலோகம் ரானே உலகம் எனப்படும்.

இதைத் தவிர கரி(கார்பன்=Carbon) மற்றும் டெஃப்ளான்(Teflon) என்ற பொருளுடன் நிக்கலைச் சேர்த்து ஒரு வகை மின் தகடும் தயாரிக்கப்பட்டு உபயோகத்தில் உள்ளது. ஆனால் அதில் பல குறைபாடுகள் இருப்பதால் அதிக அளவில் பயன்படுவதில்லை.

உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக் கலன் பற்றி அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/types-of-fuel-cells.html

இந்த பதிப்பில், தனியாக ஒரு கருத்தை விளக்க முயற்சிக்கவில்லை. அதற்கு பதிலாக, பிற பதிப்புகளில் இருக்கும் சின்ன சின்ன கருத்துக்கள் அல்லது கேள்விகளுக்கு விளக்கம்/பதில் ஆகியவை சேர்ந்து இருக்கும்.

பாலி விதி/ Pauli's Exclusion Principle:இந்த விதி, புரோட்டான், மற்றும் நியூட்ரான்களுக்கும் பொருந்தும். பொதுவாக, ”பாலி விதி” ஃபெர்மியான் (Fermion) என்ற வகைத் துகள்களுக்கு பொருந்தும். இந்த பெயர், என்ரிகோ ஃபெர்மி/ Enrico Fermi என்ற இத்தாலிய விஞ்ஞானியின் பெயர் மூலம் வந்தது. இந்த துகள்கள் அனைத்தும் அரை சுழற்சி (half spin) கொண்டவை. சுழற்சி என்றால் என்ன என்று சரியாகத் தெரியவில்லை. ஆனால், இது நம் பம்பர சுழற்சி போல் இல்லை என்பது மட்டும் தெரியும்.

இது தவிர மற்ற துகள்கள், போஸான் (Boson) எனப்படும். இது இந்திய விஞ்ஞானி போஸ்/ Bose என்பவரின் பெயர் மூலம் வந்தது. (இந்த போஸ் வேறு, நாம் கடையில் வாங்கும் Bose speakers அமைத்த நிறுவனத்தின் சொந்தக்காரரான, அமெரிக்காவில் பல்கலைக் கழகத்தில் ஆராய்ச்சி செய்யும் போஸ் வேறு. இருவரும் இயற்பியலில் ஆராய்ச்சி செய்தவர்கள். ஆனால் வேறு வேறு காலத்தை சேர்ந்தவர்கள்). உதாரணமாக, ஒளியானது ‘ஃபோட்டான்'/ photon என்ற துகள் ஆகும். இதன் சுழற்சி பூஜ்யம். இவ்வாறு பூஜ்யம் அல்லது ஒன்று என்ற சுழற்சி கொண்ட, அதாவது முழு சுழற்சி கொண்ட துகள்கள், போஸான் ஆகும். இவற்றில் ஒரே ஆற்றல் மட்டத்தில் எவ்வளவு துகள்கள் வேண்டுமானாலும் இருக்கலாம்

ஆற்றல் மட்டங்கள்

நாம் ஆற்றல் மட்டங்களை E1, E2,E3 என்று டிரான்ஸிஸ்டர். சிலிக்கன் ஏன் ஒரு குறை கடத்தி என்ற பதிவில் எழுதினாலும், அவை சாதாரணமாக 1,2,3 என்றே அழைக்கப்படும். இதற்குள்ளும் பிரித்து, 1S, 2S,2P, 3S,3P,3D என்றெல்லாம் வகை வகையாக அழைக்கப்படும். 1S என்பதில் இரண்டு உள்பிரிவுகள் (sub division) உண்டு. அவை இரண்டும் ஏறக்குறைய சம ஆற்றல் கொண்டவை. அதனால், இரண்டையுமே 1S என்று குறிப்பிடலாம். இவற்றில் அதிக பட்சமாக (maximum) இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம்.

பொதுவாக, எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த ஆற்றல் உள்ள மட்டங்களிலேயே இருக்க முயற்சி செய்யும். அதனால், ஒரு அணுக்கருவில் முதலில் 1S ஆற்றல் மட்டத்தைதான், எலக்ட்ரான் சென்றடையும். உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் அணுவில் ஒரு புரோட்டான் அணுக்கருவில் இருக்கும். ஒரு எலக்ட்ரான் 1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும்.

ஹீலியம் அணுக்கருவில் இரண்டு புரோட்டான்கள் அணுக்கருவில் இருக்கும். (நியூடரான்களை இப்போதைக்கு மறந்து விடுவோம்). அதனால் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஹீலியம் அணுக்கருவை சுற்றி வரும். இவை இரண்டும் 1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும். (ஒவ்வொன்றும் 1Sஇன் ஒரு உள் பிரிவில் இருக்கும்).

லித்தியம் அணுக்கருவில் மூன்று புரோட்டான்கள் இருக்கும். இதைச்சுற்றி மூன்று எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இரண்டு எலக்ட்ரான்கள், முதலில் சென்று 1S இல் உள்ள இரண்டு உள்பிரிவுகளிலும் இருக்கும். அடுத்து, மூன்றாவதாக வரும் எலக்ட்ரான் ‘ஹவுஸ் ஃபுல்' என்பதால் 1S பக்கம் போக முடியாது. 2S இல் சென்று தங்கும். (”தங்கும்” என்று சும்மா ஒரு பேச்சுக்கு சொன்னாலும், உண்மையில் அது அணுக்கருவை சுற்றிக் கொண்டுதான் இருக்கும். நின்று கொண்டு இருக்காது!)

இவ்வாறு உள்ளிருந்து எலக்ட்ரான்கள் நிரம்பிக் கொண்டு வரும். உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் அணுவில் 1S இல் ஒரு உள் பிரிவில் எலக்ட்ரான் இருக்கும். அது ‘நிரம்பிய ஆற்றல் மட்டம்' (Filled energy level) என்று சொல்லலாம். ஹைட்ரஜன் அணுவில், 1S இலேயே, ஒரு காலி உள்பிரிவும் இருக்கிறது. அது ‘காலியாக இருக்கும் ஆற்றல் மட்டம் (vacant energy level)” என்று சொல்லலாம். அது தவிர 2S, 2P போன்ற ஆற்றல் மட்டங்கள் எல்லாமே ”காலியான ஆற்றல் மட்டங்கள்” தான்.

இதே லித்தியம் அணுவை பார்த்தால், 1Sஇல் இரண்டு உள் பிரிவுகளும், 2Sஇல் ஒரு உள் பிரிவும் ‘நிரம்பிய ஆற்றல் மட்ட”மாகும். 2Sஇல் இருக்கும் இன்னொரு உள் பிரிவும், 2P, 3S, 3P ஆகியவை எல்லாம் ‘காலியான ஆற்றல் மட்டங்கள்' ஆகும்.
1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கும் “ஏறக்குறைய” சம ஆற்றல்தான், மிகச் சரியாகப் பார்த்தால் சம ஆற்றல் கொண்டவை அல்ல. ஏனென்றால், பாலி விதிப்படி இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கு சம ஆற்றல் இருக்க முடியாது.

2வது ஆற்றல் மட்டத்தில் அதிக ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். அதிக பட்சமாக 8 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். அவற்றில் ஒன்றை ஒன்று ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால், குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் 2S என்ற மட்டத்திலும், கொஞ்சம் அதிகம் ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் 2P என்ற மட்டத்திலும் இருக்கும்.

பொதுவாக, எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த ஆற்றல் உள்ள மட்டங்களிலேயே இருக்க முயற்சி செய்யும். (இதற்கும் காரணம் தெரியாது. இதுவரை எந்தப் புத்தகத்திலும் தெளிவான விளக்கத்தைப் பார்த்ததில்லை). உதாரணமாக, ஒரு அணுவில் 1S ஆற்றல் மட்டம் நிறைந்த பிறகு, இன்னொரு எலக்ட்ரானை சேர்த்தால், அது 2Sக்கு தான் செல்லும். 3S அல்லது 3P க்கு செல்லாது. அப்படியே போனாலும், அதிக நேரம் தங்காது. விரைவில் 2S க்கு வந்துவிடும்.

உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் மற்றும் PEM எரிமக்கலன்:

(ii) உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் (Molten Carbonate Fuel Cell)

இவ்வகை எரிமக்கலனின் வடிவமைப்பு கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் உள்ளது.

இவ்வரைபடத்திலிருந்து நாம் கவனிக்க வேண்டியவை,

1.எரிபொருளை ஹைட்ரஜன் வாயுவை ஒரு மின் தகட்டிலும், ஆக்சிஜனை மற்ற மின் தகட்டிலும் செலுத்துகிறோம். ஆக்சிஜனுடன் CO₂ வாயுவையும் செலுத்துகிறோம். ஆனால் CO₂ வாயு ஹைட்ரஜன் இருக்கும் பக்கம் வெளி வருகிறது.

2.நடுவில் இருக்கும் மின் வேதிப் பொருள் மூன்றுவகைப் பொருள்களைக் கொண்டது. ஒன்று (Li)₂CO₃ என்ற லித்தியம் கார்பனேட்டு, இரண்டாவது K₂CO₃ என்ற பொட்டாசியம் கார்பனேட்டு, இவை இரண்டும் (CO₃)^2- என்ற கார்பனேட்டு அயனியை ஒரு மின்தகட்டிலிருந்து மற்ற மின் தகட்டிற்கு நகர்ந்து செல்ல உதவும்.

மூன்றாவது பொருளான LIAlO₂ என்ற லித்தியம், அலுமினியம்-ஆக்சைடு, பீங்கான் போன்ற(Cenremic) பொருளாகும். இது 600^oC அல்லது 700^oC வெப்ப நிலையில்கூட உறுதியாக(Strong) இருக்கும்.

உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் சுமார் 600 அல்லது 700^oC-ல்தான் வேலை செய்யும். அதனால்தான் LIACO₂ இங்கு தேவைப்படுகிறது.

இந்த எரிமக்கலனில் நடக்கும் வினை

2 H₂ + O₂ + CO₂ = 2 H₂O + CO₂.

இங்கு நாம் CO₂ சமன்பாட்டின் இரு பக்கத்திலும் இருப்பதைக் கவனிக்க வேண்டும். CO₂-வை ஒரு புறம் செலுத்தி மறுபுறம் திரும்பப் பெற வேண்டும். CO₂ இல்லாவிட்டால் இந்த வினை நடக்காது. பெரும்பாலும் வெளியே வரும் CO₂ மீண்டும் எரிமக்கலனுக்குள் செலுத்தப்படும் (Recycle).

நடுவில் இருக்கும் மின்வேதிப் பொருள் 30% K2CO3, 30% (Li)₂CO₃ மற்றும் 40% LIACO₂ இருக்கும். சாதாரணமாக இவை மூன்றும் திட நிலையில் இருக்கும். 600 Cக்கு மேல் LiACO₂ மட்டும் திட நிலையில் இருக்கும். K₂CO₃ மற்றும் (Li)₂CO₃ இரண்டும் உருகி திரவ நிலையில் இருக்கும். அதனால்தான் இந்த எரிமக்கலனுக்கு “உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன்” என்று பெயர். இவ்வாறு உருகிய நிலையில்தான் கார்பனேட்டு அயனி [(CO₃)^2-] ஒரு மின் தகட்டிலிருந்து மற்ற மின் தகட்டிற்குச் செல்ல முடியும்.

இவ்வகை எரிமக்கலன்களில் Ni-Cr (நிக்கல், குரோமியம்) அல்லது Ni-Al (நிக்கல், அலுமினியம்) உலோகக் கலவைகள் ஹைட்ரஜன் வாயு செலுத்துமிடத்தில் மின்தகடாகப் பயன்படுகின்றன. வெப்ப நிலை அதிகமாக (600^oCக்கு மேல்) இருப்பதால், வினை வேகமாகவே நடக்கும். அதிக அளவு வினை ஊக்கித் திறன்(Catalytic Activity) தேவைப்படுவதில்லை. அதனால் ஓரளவு பரப்பளவும், நுண்துகள்களுடனும் இருந்தாலே போதுமானது.

ஆக்சிஜன் மற்றும் கார்பன்-டை-ஆக்சைடு செலுத்தப்படும் பகுதியில் உள்ள மின் தகடு நிக்கல் ஆக்சைடு(Ni-O) என்ற பொருளால் செய்யப்பட்டிருக்கும்.

இவ்வகை எரிமக்கலனில் efficiency (பயன் விகிதம்?)நன்றாக இருக்கும். ஆனால் வேலை செய்யும் வெப்ப நிலை அதிகமாக இருப்பதால் வீடுகளிலோ, மோட்டார் வண்டிகளிலோ பயன்படுத்த இயலாது. எரிபொருளை பயன்படுத்தி மின்சாரம் உற்பத்தி செய்து ஒரு ஊருக்கு அல்லது மாவட்டத்திற்குக் கொடுக்கும் மின் நிலையத்திற்கு(Medium size and small size power plant) பயன்படுத்தலாம். முதலில் இதன் வெப்ப நிலையை அதிகரிக்க பேட்டரியிலிருந்து மின்சாரம் எடுத்து அதை வெப்பமாக்க வேண்டும். அல்லது ஹைட்ரஜன் வாயுவை எரித்து வெப்பமாக்க வேண்டும். அதற்கு சற்று நேரம் பிடிக்கும். எனவே தேவைப்பட்ட போதெல்லாம் அடிக்கடி ஆன்-ஆஃப்(On-Off) செய்யும் வீடு மற்றும் வண்டிகளில் பயன்படுத்த முடியாது.

(iii)பாலிமர் மின்வேதிப் பொருள் எரிமக்கலன்.Polymer Electrolyte Fuel Cell (or) PEM Fuel Cell (or) Proton Exchange Membrane Fuel Cell

“பெம் எரிமக்கலன்” (PEM Fuel Cell) என்ற வகை எரிமக்கலன் மற்ற வகை எரிமக்கலன்கள் போலவே மூன்று பிரிவுகள் உடையது.

1. ஹைட்ரஜன் செல்லும் மின்தகடு.
2. ஆக்சிஜன் செல்லும் மின்தகடு.
3. நடுவில் இருக்கும் மின்வேதிப் பொருள். இது கரிமப் பொருளாலான சவ்வு
போன்ற பொருளாகும். (Organic Membrane)

இரண்டு மின் தகடுகளிலும் பிளாட்டினம் தேவைப்படுகிறது. பிளாட்டினம் விலை உயர்ந்தது என்பதை நாம் அறிவோம். தற்போது பிளாட்டினத்தை மிகக் குறைந்த அளவில் பயன்படுத்தி மின்தகடு செய்யும் தொழில் நுட்பம் உள்ளது. (ஒரு சதுர அடிக்கு 0.18g, தற்போதைய விலையில் அதன் விலை ரூ.315 ஆகும்) அதனால் முதலீட்டுத் தொகை ஓரளவு கட்டுப்படியாகும்படி இருக்கிறது.

நடுவில் இருக்கும் சவ்வு கரிமப் பொருளாகும். இதில் பலவிதமான சவ்வுகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால் சிறப்பாக வேலை செய்வது நாஃபியான்(Nafion) என்ற சவ்வுதான். இதை அமெரிக்காவில் இருக்கும் டூ-பான்ட்(Dupont) நிறுவனம் தயாரிக்கிறது. இந்த சவ்வை கொஞ்சம் தண்ணீரில் நனைத்து பயன்படுத்த வேண்டும்.

மின்தகடுகளில் நுண்துளைகள் இருக்கும். அவற்றின் வழியாக ஹைட்ரஜன் (அல்லது ஆக்சிஜன்) வாயு வந்து சவ்வு இருக்கும் இடத்தில் வினை புரியும்.

மேலே உள்ள படத்தில் இடம்-1-ல் ஹைட்ரஜன் வாயு அயனியாக மாறும்.
H₂ = 2H⁺ + 2e^-

இந்த வினை நடைபெற பிளாட்டினம் மின் ஊக்கியும், கொஞ்சம் தண்ணீரும் தேவை. தண்ணீர் இல்லாவிட்டால் இந்த வினை நடைபெறாது.இதில் உருவான H⁺ அயனி, சவ்வு வழியே ஊடுருவிச் சென்று மறுபுறம் மின் தகட்டை அடையும். அவ்வாறு ஊடுருவிச் செல்லவும் சவ்வில் தண்ணீர் தேவை. மறுபுறம் மின்தகட்டில் 4H⁺ + O₂ + 4e^- = 2 H₂O என்ற வேதிவினை நடைபெற்று தண்ணீர் உருவாகும்.

எரிமக்கலன் நன்றாக வேலை செய்ய, சவ்வில் சரியான அளவு தண்ணீர் இருப்பது அவசியம். தண்ணீர் குறைந்தால் ஹைட்ரஜன் அயனியாக மாறாது. மாறிய அயனி சவ்வின் வழியே செல்லாது.

தண்ணீர் அதிகமாகிவிட்டாலும் பிரச்சினைதான். தண்ணீரானது (எலெக்ட்ரோடு) மின் தகடுகளில் உள்ள நுண்துளைகளில் புகுந்து அடைத்துக் கொள்ளும். அப்பொழுது ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் உள்ளே வரவே முடியாது. இந்நிலை வெள்ளம் (Flooding) என்று சொல்லப்படும் தண்ணீர் மிகவும் குறைந்துவிட்டால் உலர்ந்த நிலை(Dried) என்று சொல்லப்படும்.

”நாஃபியான்” சவ்வு மிக மெல்லியதாக இருக்கும். இதைத் துணியை ஈரமாக வைத்திருப்பதைப் போல வைக்க வேண்டும். இவ்வகை எரிமக்கலனில் தண்ணீர் 60^oCஅல்லது 70^oC-ல் வெளியே வரும். நீராவியாக வராது. இந்த எரிமக்கலன் 80^oC-க்கு கீழேயே நன்றாக வேலை செய்யும்.

அதனால் வீடுகளிலும், வண்டிகளிலும் இதைப் பயன்படுத்துவது சாத்தியமே. தற்பொழுது இந்த எரிமக்கலனை வைத்து சில இடங்களில் பேருந்துகள் ஓட்டப்படுகின்றன. வருங்காலத்தில் இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் என வல்லுநர்கள் கூறுகிறார்கள்.

அடுத்த பதிவில், நேரடியாக மெத்தனால் பயன்படுத்தும் எரிமக்கலன், பாஸ்பாரிக் அமில எரிமக்கலன், திடநிலை ஆக்சைடு எரிமக்கலன் ஆகியவற்றைப் பற்றி பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/6b-types-of-fuel-cells.html

(iv) நேரடியாக மெத்தனால் பயன்படுத்தும் எரிமக்கலன் (DMFC)

இது வடிவமைப்பில் ‘பெம்' எரிமக் கலனைப் போலவே இருக்கும். இந்த எரிமக்கலனில் மெத்தனால் எனப்படும் விஷச்சாராயம் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது மொத்தத்தில்

2 CH₃OH + 3O₂ = 4 H₂O + 2 CO₂

என்ற வினையில் தண்ணீர் மற்றும் CO₂வாக மாறுகிறது. திரவ நிலையில் இருக்கும் மெத்தனாலை நேரடியாக எரிமக்கலனின் செலுத்தி மின்சாரம் பெறலாம்.

இது “நேரடியாக” என்றால் “மறைமுகமாக” செலுத்தி மின்சாரம் தயாரிக்கும் வழி உண்டா? உண்டு. மெத்தனாலை அதிக வெப்பநிலையில் வினைஊக்கிகள் மற்றும் தண்ணீரின் உதவி கொண்டு சிதைத்தால்

H₂O + CH₃OH = CO₂ + 3 H₂

என்ற வினை நடந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவும், கார்பன்டைஆக்ஸைடு வாயுவும் வரும். இதில் வரும் ஹைட்ரஜனை பிரித்து இதற்கு முன் பார்த்த கார எரிமக்கலன் அல்லது “பெம்” எரிமக்கலன் போன்ற வகை எரிமக்கலனில் செலுத்தி மின்சாரம் தயாரிக்கலாம். இது “மறைமுக” வழியாகும்.(Indirect Method)

நேரடியாகப் பயன்படுத்தும் முறையில் மின்தகடாக பிளாட்டினமும், ருதீனியம்(Ruthenium-Ru) என்ற மற்றொரு விலையுயர்ந்த பொருளும் கலந்த கலவை பயன்படுத்தப்படுகிறது. உள்ளே செலுத்தப்படும் மெத்தனாலுடன் சிறிதளவு தண்ணீரும்(5%) இருக்கும். அந்த மின்தகட்டில் CO₂ வாயு வெளிவரும். அங்கு நடைபெறும் வினை

CH₃OH + H₂O = CO₂ + 6 H⁺ + 6e^-

ஆகும். மறுபுறம் ஆக்சிஜன், ஹைட்ரஜன் அயனியுடன் வினைபுரிந்து தண்ணீர் வரும்.

3 O₂ + 12 H⁺ + 12 e^- = 6 H₂O

நடுவில் இருக்கும் கரிமப்பொருளாலான சவ்வு இருக்கும். ஆனாலும் பொது வழக்கில் PEM என்று ஹைட்ரஜனை பயன்படுத்தும் எரிமக்கலனையே குறிப்பிடுவார்கள். மெத்தனால் வகை எரிமக்கலன்களை DMFC Direct Methanol Fuel Cell என்று குறிப்பிடுவார்கள்.

இதற்கு முன் நாம் பார்த்தவற்றில் இருவகை எரிமக்கலன்கள் (PEM Fuel Cell தவிர) 100^o-க்கு மேல் உள்ள வெப்ப நிலையில் இயங்கும். அதனால் வெளிவரும் தண்ணீர் திரவ நிலையில் இல்லாமல் ஆவி நிலையில் நீராவியாக வரும். DMFC-யில் அது தண்ணீரோடு இந்த வேதிவினை முழுமையாக நடைபெறாவிட்டால், தண்ணீரும் CO₂-ம் வருவதற்குப் பதில் ஃபார்மால்டிஹைடு(Formaldehyde HCHO) மற்றும் ஃபார்மிக் அமிலம் (Formic Acid, HCOOH) என்ற பொருள்களும் வரலாம்.

2 CH₃OH + O₂ = 2 HCHO + 2 H₂O

மற்றும்

2 HCHO + O₂ = 2 HCOOH

என்ற வினை மூலம் இவை வரலாம்.

(உண்மையில் இது பல வினைகள் நடந்து, கடைசியாக மொத்தத்தில் HCHO மற்றும் HCOOH என்று மாறும். ஆனால் அவை மிகவும் சிக்கலானவை. Complex என்பதால் விவரங்களை விட்டுவிட்டு சுருக்கமான மேலோட்டமான வினையை மட்டுமே இங்கு பார்க்கிறோம்)

DMFC எரிமக்கலன்களில் கரிம சவ்வுடன் (Organic Polymer Membrance) தண்ணீர் மட்டும் இருந்தால் போதாது. அமிலமும் இருந்தால்தான் எரிமக்கலன் வேலை செய்யும். அதனால் விலையுயர்ந்த பிளாட்டினம் மற்றும் ருதீனியம் உலோகங்களைப் பயன்படுத்த வேண்டியிருக்கிறது.இவ்வாறு உள்ள குறைபாடுகளை நீக்க மேலும் ஆராய்ச்சிகள் தொடர்கின்றன. தற்சமயம் கார் மற்றும் செல்போன்களை இயக்க மாதிரி DMFC எரிமக்கலன்கள் (Sample Show case Fuel Cell) உபயோகத்தில் உள்ளன.

(v) பாஸ்பாரிக் அமில எரிமக்கலன் :
இவ்வகை எரிமக்கலன்களில் பாஸ்பாரிக் அமிலம் மின்வேதிப் பொருளாகப் பயன்படுகிறது. வடிவமைப்பில் இது கார எரிமக் கலன் போல இருக்கும். பாஸ்பாரிக் அமிலம், சாதாரணமாக திட நிலையில் இருக்கும். ஆனால் 42^oC-யில் உருகும். 200^oCக்கு மேல் கொதித்து ஆவியாகும். பாஸ்பாரிக் அமில எரிமக்கலன் 180-200^oC-ல் இயக்கப்படும். இது சிலிக்கன் கார்பைடு(Silicon Carbide-Sic) என்ற பொருளுடன் கலந்து மின்பொருளாகப் பயன்படும். இங்கு Si-ன் வேலை எரிமக்கலன் உறுதியாக(Strength) இருக்கச் செய்வதுதான்.

இங்கும் ஹைட்ரஜன் வாயு எரிபொருளாகப் பயன்படும். காற்று (அதாவது ஆக்சிஜன்) மறுபுறம் மின்தகட்டில் செல்லும். பிளாட்டினத் துகள்கள் கரியுடன் கலக்கப்பட்டு மின்தகடாகப் பயன்படும். அதனால் முதலீடு கொஞ்சம் அதிகம் என்பதைக் கவனிக்கவும்.

இந்த எரிமக்கலனில் காற்றில் CO₂ இருந்தால், அதனால் பாதகமில்லை. முன்பு கார எரிமக்கலன் பற்றிய விவரங்களைப் பார்த்தபொழுது, “காற்றைச் செலுத்தும் முன் அதிலுள்ள CO₂-வை நீக்க வேண்டும். இல்லாவிட்டால் எரிமக்கலன் செயலிழந்துவிடும்” என்பதைப் பார்த்தோம். பாஸ்பாரிக் அமிலம் CO₂வுடன் வினைபுரியாது. அதனால் இங்கு நேரடியாகக் காற்றைப் பயன்படுத்தலாம்.

முதன்முதலில் பொதுமக்களுக்கு விற்பனைக்கு வந்த எரிமக்கலன் பாஸ்பாரிக் அமிலக்கலன்தான். மற்றவை நாசா(NASA) போன்ற விண்வெளி ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களுக்கு மட்டுமே பயன்பட்டு வந்தன. ஆனால் தற்பொழுது மற்றவகை எரிமக்கலன்களிலும் குறைந்த செலவில் மின்சாரம் தயாரிக்க முடிவதால், இதில் இன்னமும் (செலவைக் குறைக்க) ஆராய்ச்சி நடக்கிறது.

(vi) திடநிலை ஆக்ஸைடு எரிமக்கலன் (Solid Oxide Fuel Cell or SOFC):

இந்த எரிமக்கலன் மிக அதிக வெப்ப நிலையில் (1000^oC) வேலை செய்யும். இதில் திடநிலையிலேயே எல்லாப் பொருள்களும் இருக்கும். இதில் ஹைட்ரஜன் மட்டுமன்றி மீத்தேன்(சாண எரிவாயு) பெட்ரோல், டீஸல் போன்ற எரிபொருள்களையும் பயன்படுத்தலாம். இது தவிர, பிளாட்டினம் போன்ற விலையுயர்ந்த வினையூக்கிகள் தேவைப்படுவதில்லை. நிக்கல் வகை உலோகங்களும், லேன்தனம் மேக்னடைட்டு(Lanthanam Magnatite) என்ற பொருளையும் மின்தகடாகப் பயன்படுத்தலாம். அதனால் இதை மிக உயர்ந்த வெப்ப நிலையில் (800-1000^oC) இயக்க வேண்டும் என்பதால் வாயுக்கள் கசியாதபடி(Leak Proof) நன்றாக சீல்(Seal) செய்ய வேண்டும் என்றால் விலையுயர்ந்த கேஸ்கட்(Gasket) தேவை. அந்த விதத்தில் முதலீடு அதிகமாகும்.



இவற்றில் மின்வேதிப் பொருளாக YSZ என்ற பொருள் பயன்படுகிறது. இது Yittrium Stabilized Zirconium, இட்ரியம் சேர்த்து (பலப்படுத்தப்பட்ட) ஜிர்கோனியா என்பதன் சுருக்கமாகும். இட்ரியம்(Yr) என்பது ஒரு தனிமம். உலோகம். ஜிர்கோனியா என்பது ஜிர்கோனியம் என்ற உலோகம் ஆக்சிஜனுடன் இணைந்து வரும் பொருள்.(ZrO2)

இது 1000^oC-லும் திடப்பொருளாகவே இருக்கும். SOFC எரிமக்கலன் மற்ற எரிமக்கலன்களிலிருந்து பல வகைகளில் வேறுபடுகிறது.

1. இயங்கும் வெப்ப நிலை அதிகம்.

2. எல்லாப் பொருள்களும்(எரிபொருள் தவிர) திட நிலையில் இருக்கும். PEM எரிமக்கலன் “ஈர” நிலையில் இருக்கும். மற்ற எரிமக்கலன்களில் மின்வேதிப் பொருள் திரவ நிலையில் இருக்கும்.

3. இதில் பல வகை எரிபொருள்களைப் பயன்படுத்தலாம். DMFC-ல் மெத்தனால் மட்டுமே பயன்படுத்தலாம். மற்ற எரிமக்கலன்களில் H₂ மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும்.

4. ஏறக்குறைய எல்லா எரிமக்கலன்களிலும் ஹைட்ரஜன் அயனி(H⁺) உருவாகி, அது மின்வேதிப் பொருள் மூலம் செல்லும். உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலனில் கார்பனேட்டு அயனி(CO₃)^2- மின்வேதிப் பொருள் மூலம் செல்லும். SOFC-ல் ஆக்ஸைடு அயனி (O^2-)ஒரு மின்தகட்டிலிருந்து மறு மின் தகட்டிற்கு மின்வேதிப் பொருள் வழியே செல்லும்.

இதில் நடக்கும் வினைகள் :

O₂ + 4 e^- = 2 O₂^- .
H₂ + O₂^- = H₂O + 2 e^-.

5. எல்லா எரிமக்கலன்களும் செவ்வக வடிவம் கொண்ட மின்தகடுகளைக் கொண்டு அமைக்கப்படும்(Rectangular Electrodes) SOFC-ல் செவ்வக வடிவம் கொண்ட அமைப்பும் உள்ளது. மேலும் குழாய் வடிவிலும் இருக்கும்.

இவ்வாறு குழாய் வடிவில் அமைக்க வேண்டியது ஏன்.?

மிக அதிக வெப்பநிலையில் வாயுக்கள் கசியாமல்இருக்க செவ்வக அமைப்பைவிட குழாய் அமைப்புதான் சிறந்தது.

இந்த இருவகைகளையும் Planner SOFC மற்றும் Tubulor SOFC என்று சொல்வார்கள். இவ்வகை எரிமக்கலன்கள் நடுத்தர மற்றும் பெரிய(Medium and Large) மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் (Power Plant) உபயோகத்தில் உள்ளன.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/6c-types-of-fuel-cells.html

சாதாரணமாக எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி நாம் வெப்பத்தை உருவாக்கி, பின் அதனை இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றலாம். அதிக வெப்பநிலை உள்ள பகுதியை (T_H) என்றும், குறைந்த வெப்ப நிலை உள்ள பகுதியை (T_C) என்றும் குறிப்பிட்டால் நமக்கு இறுதியாக கிடைக்கும் ஆற்றல் / வேலை (T_H-T_C) / T_H என்றே இருக்கும். இது கார்னாட் இயந்திரம்(Curnot Heat Engine) என்பதில் கிடைக்கும். இதுவே அதிகப்பட்சம் கிடைக்கும். நடைமுறையில் இதைவிட குறைந்த பயன்விகிதமே கிடைக்கும்.

ஆனால் எரிமக்கலனைப் பயன்படுத்தும்பொழுது இவ்வித வரையறை(Limitation) எதுவும் கிடையாது. எரிபொருள் ஆற்றலை ஏறக்குறைய முழுமையாக மின்னலாற்றலாக மாற்றிவிடலாம். இது சில சமயம் “குளிர்நிலை எரிதல்”(Cold Burning) என்று அழைக்கப்படும். எரிபொருளை மோட்டார் பைக் போன்ற (Internal Combustion Engine) இயந்திரத்தில் எரித்தால் 20-30%தான் ஆற்றல் இயந்திர ஆற்றலாகும். இதையே எரிமக்கலனில் பயன்படுத்தினால் 75%-க்கும் அதிகமாக சுலபமாக மின்சாரம் தயாரிக்கலாம். அப்படி தயாரித்த மின்சாரத்தில் 95%-க்கும் அதிகமாக இயந்திர ஆற்றலாக (உதாரணமாக கார் ஓட்டுவது போன்ற வேலைகளுக்கு) மாற்றிவிட முடியும்.

வினைவேகம் / Reaction Rate and Kinetics

எல்லா வேதி வினைகளும் உடனுக்குடன் நடந்து விடுவதில்லை. சில வேதிவினைகள் மெதுவாகவும், சில வேகமாகவும் நடக்கும். உதாரணமாக பாலை தயிராக்கும் வினை (சாதாரண வெப்பநிலையில்) நடந்து முடிக்க பல மணி நேரங்கள் ஆகும். இதுவே பெட்ரோல் காற்றில் எரிய ஒரு சில நொடிகளே தேவைப்படும்.

நீங்கள் பாலை சீக்கிரம் தயிராக்க வேண்டுமென்றால் வெப்ப நிலையை கொஞ்சம் உயர்த்த வேண்டும். சில வினைகளை வினை ஊக்கி(Catalyst) என்ற பொருளை வைத்து வேகப்படுத்தலாம். எரிமக்கலன்களிலும் ஹைட்ரஜன் எரிய பிளாட்டினம்(Platinum) என்ற பொருள் வினை ஊக்கியாகப் பயன்படுகிறது. வேறு சில தனிமங்களும் பல சமயங்களில் வினை ஊக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஆனால் தற்சமயம் பெரும்பாலும்(உபயோகத்தில்) பிளாட்டினம் வினை ஊக்கியாக இருக்கிறது.

எரிமக்கலனில் ஒரு மின் தகட்டில் ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு, எலெக்ட்ரானாகவும், ஹைட்ரஜன் அயனியாகவும் பிரியும்.

H₂ = 2H⁺ + 2e^-

இது எல்லா மின் தகட்டிலும் நடக்காது. உதாரணமாக இரும்பில் மின் தகடு செய்தால் இவ்வினை நடக்காது. (அல்லது மிகக் குறைந்த வேகத்தில் நடக்கும்) அதற்கு பதில் பிளாட்டினத்தில் மின் தகடு செய்தால், அங்கு

H₂ + 2Pt = 2 Pt-H
Pt-H = Pt + e^- + H⁺

என்ற இருவினைகள் நடக்கும்.

முதல் வகையில் பிளாட்டினம் சமன்பாட்டின் இடது பக்கத்தில் இருக்கிறது. அதாவது பிளாட்டினம் இந்த வினை நடந்ததும் குறைந்துவிடும். ஆனால் அடுத்த வினையில் பிளாட்டினம் திரும்பக் கிடைத்துவிடும். அதனால் இந்த வினைகள் முழுதாக நடந்த பின் பிளாட்டினம் திரும்ப அப்படியே (இருக்கும்) வந்து விடும்.

இன்னொரு மின்தகட்டில் ஆக்ஸிஜன் வினை கிடைக்கும். அது அமிலத்தன்மை உடைய மின் வேதிப் பொருள் (Electrolyte) இருந்தால்

O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- = 2 H₂O

என்ற வினைமூலம் தண்ணீராக மாறும்.

காந்தத்தன்மை உடைய மின்வேதிப் பொருள் இருந்தால் அங்கு H⁺ அயனிகள் அதிகம் இருக்காது.

அங்கு
O₂ + H₂O +4 e^- = 4 OH^-

என்ற வினை நடைபெறும்.

எப்படியிருந்தாலும் ஆக்ஸிஜனுடன் எலெக்ட்ரான் இணைவதைக் கவனிக்கவும்.

ஆக்சிஜனுடன் எலெக்ட்ரான் இணையும் வினை சற்று மெதுவாகத்தான் நடக்கும். இதை விரைவாக்க ஆராய்ச்சி செய்வது மிகவும் இன்றியமையாதது.

Power / திறன்:

ஒரு எரிமக்கலனில் வரும் மின் அழுத்தம் அதிகப்பட்சமாக 1.2V என்று வைத்துக் கொள்வோம். இந்த 1.2V என்பது நாம் அந்த எரிமக்கலனின் இரு மின் இணைப்புகளையும் ஒரு வோல்ட் மீட்டரில் (Volt Meter) இணைத்தால் அளவிடலாம். வோல்ட் மீட்டர் வேலை செய்யும் பொழுது மின்சாரத்தை மிகக் குறைந்த அளவே பயன்படுத்தும். அதாவது கரண்டை இழுக்காது. அதற்குப் பதிலாக ஒரு பல்பை(Bulb) வைத்தால் கொஞ்சம் கரண்டு இழுத்தால் மின் அழுத்தம் 1 Volt ஆக குறையும்.

இன்னும் அதிகமாக கரண்ட் / மின்சாரத்தை எடுத்தால் மின் அழுத்தம் இன்னமும் குறையும். ஒரு அளவுக்கு மீறி கரண்ட் எடுத்தால் மின் அழுத்தம் பூஜ்யமாகிவிடும். அதாவது ஓரளவுக்கு மேல் இழுக்க / எடுக்க முடியாது.

இதை கீழே உள்ள வரைபடத்தில் கொடுக்கப்பட்டிருக்கிறது.


இதற்கு ஓர் உதாரணம் பார்ப்போம். ஒருவர் எடைகளைத் தூக்கி(Dumb-bell) உடற்பயிற்சி செய்ய விரும்புகிறார். அவரிடம் மிகச் சிறிய எடை(சுமார் 10 கிராம்) கொடுத்து எவ்வளவு நேரம் விடாமல் இந்த எடையைத் தூக்க முடியும் என்றால் “எவ்வளவு நேரம் வேண்டுமானாலும் தூக்கலாம். குறைந்தது 3 மணி நேரமாவது தலைக்கு மேல் தூக்கி வைத்திருக்க முடியும் என்று சொல்வார்.

இதுவே 1 கிலோ கொடுத்தால் 10 நிமிடம் தூக்குவார். 20 கிலோவை 2 நிமிடம் தூக்குவார். 80 கிலோ கொடுத்தால்? தூக்கவே முடியாது.

அதைப் போல எரிமக்கலனிலும், மிகச் சிறிய அளவில் மின்சாரம் எடுத்தால் அதிகப்பட்சம்(Maximum) வோல்டேஜ் கிடைக்கும். அளவுக்கு மீறி எடுக்க முயற்சித்தால் ஒன்றுமே கிடைக்காது.

முன் கூறிய உதாரணத்திலேயே நல்ல பலசாலி வந்தால் 80 கிலோவை சில நொடிகள் தூக்க முடியும். அவருக்கு 200 கிலோ கொடுத்தால் முடியாது. அதைப் போல ஒவ்வொரு எரிமக்கலனுக்கும் அதிகப்பட்ச மின்சாரம் எடுக்க முடியும். அதற்கு லிமிடிங் கரண்ட் (Limiting Current) என்று பெயர்.

சரி. இப்போது 200 கிலோ எடையுள்ள மூட்டையை மேலே ஏற்ற வேண்டும் என்றால் என்ன செய்யலாம்? அதைப் பிரித்து 10 கிலோ எடையுள்ள சின்ன மூட்டைகளாகக் கட்டி 20 மனிதர்களிடம் கொடுத்தால் ஒவ்வொருவரும் அதை மேலே போட்டுவிடலாம்.

இதைப் போல பல எரிமக்கலன்களை ஒரே சமயத்தில் பயன்படுத்தி தேவையான மின்சாரத்தை எடுக்கலாம். ஒரே எரிமக்கலத்தைப் பயன்படுத்தினால் (அளவுக்கு மீறி மின்சாரம் எடுக்க முயன்றால்) அது நடக்காது.

திறன் என்பது (Power) மின்சாரம், மின் அழுத்தம் இவை இரண்டையும் பெருக்கினால் கிடைக்கும் எண் ஆகும்.

Power = Current X Voltage

திறன் = மின்சாரம் X மின் அழுத்தம்


எரிமக்கலனில்(வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்) மின்சாரம் மிகக் குறைவாக இருந்தால் திறன் குறைவு. மிக மிக அதிகமாக இருந்தால்(Limiting Currentக்கு பக்கம் வந்தால்) மின் அழுத்தம் குறைந்துவிடும். அதனால் திறனும் குறைவு.

Limiting Current-ஐவிட சற்றுக் குறைவான மின்சாரம் எடுக்கும் பொழுதுதான் அதிகப்பட்ச திறன் (Maximum Power) கிடைக்கும்.

எல்லா அணுக்களும் எல்லா வெப்ப நிலைகளிலும் கொஞ்சம் ‘அதிர்வுடன்' (vibration)இருக்கும். இந்த அணுக்களின் அதிர்வையே நாம் வெப்ப நிலை (temperature) என்று சொல்கிறோம். வெப்ப நிலை அதிகமானால், அதிர்வு அதிகம். அதிர்வு என்பதை ‘சலனம்' அதாவது ' ஒரு நிலையில் இல்லாமல் கொஞ்சம் முன்னும் பின்னுமாக ஆடிக் கொண்டு இருக்கும் நிலை' என்று சொல்லலாம்.

அதிகம் ‘ஆட்டம் போடும்' அணுக்கள் அதிக வெப்ப நிலையில் இருக்கும். ஒரு பொருளுக்கு நாம் சூடேற்றுகிறோம் என்றால் அதன் அணுக்களின் அதிர்வுகளை அதிகமாக்குகிறோம் என்று பொருள்.

இப்படி ஒரு அணு அதிரும் பொழுது, அந்த அணுவில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அணுக்கரு ஆகிய இரண்டும் நகர்ந்துகொண்டு இருக்கும். வெப்ப நிலை அதிகமாகும் பொழுது, எலக்ட்ரானின் ஆற்றலும் அதிகரித்து, அது கீழிருக்கும் 'அனுமதிக்கப் பட்ட நிலையில்' இருந்து, மேலிருக்கும் ‘அனுமதிக்கப்பட்ட நிலைக்கு' செல்லக்கூடும். பிறகு, மேலிருந்து கீழே வரும் பொழுது, மிச்சம் இருக்கும் ஆற்றலை வெளியிடும். அது ஒளியாக வரலாம்.

பொதுவழக்கில் ‘குண்டு பல்பு' என்று சொல்லப்படும் filament lamp இல், டங்க்ஸ்டன் என்ற உலோகத்தில் நூல் போன்ற இழை (thin wire) இருக்கும். அதில் மின்சாரம் பாயும் பொழுது அதன் வெப்ப நிலை அதிகரிக்கும். மிக அதிக வெப்பனிலையில், ஒளி வெளியே வரும். அதனால் நமக்கு வெளிச்சம் கிடைக்கும்.

மின்சாரம் டங்க்ஸ்டனில் பாயும் பொழுது ஏன் வெப்ப நிலை அதிகரிக்கிறது?

மின்சாரம் என்பது எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டமே. எலக்ட்ரான்கள் ஒரு பொருளில் (உதாரணமாக டங்க்ஸ்டன் இழையில்) ஓடும் பொழுது, அதில் இருக்கும் அணுக்கள் மீது ‘முட்டி மோதி' செல்லும். அப்படி முட்டி மோதுவதால், அணுக்களின் அதிர்வு அதிகமாகும். நாம் வெப்பனிலை என்பது அணுக்களின் அதிர்வே என்பதை முதலில் பார்த்தோம். அதனால், அதிர்வு அதிகமானால் வெப்பனிலை அதிகம் என்று பொருள்.

தாமிரம் போன்ற பொருள்களில் வெப்ப நிலை அதிகரித்தால் மின் தடை அதிகரிக்கும். ஏன்? அணுக்களின் அதிர்வு அதிகரிக்கும் பொழுது, எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்திற்கு அது தடையாக இருக்கும். உதாரணமாக, எலக்ட்ரான்களை ஒரு பந்து போலவும், அணுக்களை மனிதர்கள் என்றும் கற்பனை செய்து கொள்வோம். மனிதர்கள் வரிசையாக ஒரு சீராக நின்றால், அவர்கள் நடுவே பந்துகளை எறிந்தால், அவை ஒரு பக்கத்திலிருந்து மறு பக்கத்திற்கு சுலபமாக செல்லும். ஆனால், அந்த மனிதர்கள் கையை, காலை, உடலை ஆட்டிக்கொண்டு இருந்தால், நடுவில் பல பந்துகள் அவர்கள் மீது மோதி நின்று விடும். அதைப்போல, அதிக அதிர்வுடன் இருக்கும் அணுக்கள் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்தை தடுக்கும்.

நீங்கள் ஒரு புறத்திலிருந்து மிக அதிக அளவில் பந்துகளை (எலக்ட்ரான்களை) வீசினால், மறு புறம் எவ்வளவு வரும் என்பது மனிதர்கள் (அணுக்கள்) எவ்வளவு சீராக இருக்கிறார்கள், எவ்வளவு ஆடுகிறார்கள் என்பதைப் பொருத்தது. இது மின் கடத்திகளுக்கு ஒரு உதாரணம்.

இதே குறை கடத்தியிலோ அல்லது மின் கடத்தாப் பொருளிலோ, வெப்ப நிலை அதிகரித்தால் மின்சாரம் கடத்தும் திறன் (electrical conductivity) அதிகமாகும். ஏன்?

மின் கடத்தாப் பொருளிலும், குறை கடத்தியிலும் 'free electron' என்று சொல்லப்படும் ‘கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள்' எண்ணிக்கை குறைவு. (சுதந்திர எலக்ட்ரான் என்ற என்னுடைய மொழி பெயர்ப்பை, கட்டுறா எலக்ட்ரான் என்ற அனானியின் திருத்தத்திற்கு உள்ளாக்கி இருக்கிறேன்). அதென்ன ‘கட்டுறா எலக்ட்ரான்'? நாம் ஆற்றல் பட்டைகளில் கீழிருக்கும் ஆற்றல் மட்டங்களில் எலக்ட்ரான் நிரம்பி இருக்கும் என்றும், மேலிருக்கும் ஆற்றல் மட்டங்கள் காலியாக இருக்கும் என்றும் பார்த்தோம். இதில் எந்த எலக்ட்ரானுக்காவது கொஞ்சம் ஆற்றல் அதிகமானால், அது மேலிருக்கும் மட்டத்திற்கு செல்லும். அது சுலபமாக ‘ஓடும்' தன்மை உடையது. அந்த எலக்ட்ரான் ‘கட்டுறா எலக்ட்ரான்'.

வெப்ப நிலை அதிகரிக்கும் பொழுது, அணுக்களின் அதிர்வு அதிகரிக்கும்.அணுக்களின் ஆற்றலும், எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றலும் அதிகரிக்கும். எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் அதிகரித்தால், அது மேல் மட்டத்திற்கு சென்று சுதந்திரமாகிவிடும்.

இதனால் நமக்கு என்ன தெரிகிறது? வெப்ப நிலை அதிகரித்தால், (1) கட்டுறா எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும் (2) அணுக்களின் அதிர்வு அதிகரிக்கும்.

மின்கடத்திகளில், சாதாரணமாகவே போதுமான அளவு கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் (பந்துகள்) இருக்கும். அதிக வெப்ப நிலையில் பெரிய அளவு மாற்றம் இருக்காது. நூறோடு நூற்றி ஒன்றாகிவிடும். ஆனால் அணுக்களின் அதிர்வால் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்திற்கு தடை அதிகமாகும்.

குறை கடத்தியில், சாதாரணமாக, கட்டுறா எலக்ட்ரான்களுக்கு பஞ்சம். அதனால், வெப்ப நிலை அதிகரிக்கும் பொழுது பந்துக்களின் (எலக்ட்ரான்களின்) எண்ணிக்கை அதிகமாகும். அணுக்களின் அதிர்வுகளால், எலக்ட்ரான் ஓட்டத்திற்கு தடை அதிகமாகத்தான் செய்யும். ஆனால், இப்போது நிறைய பந்துகள் எறிவதால், அந்தப் பகுதிக்கு வந்து சேரும் பந்துக்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும். மின்சாரம் அதிகரிக்கும். எனவே, வெப்ப நிலை அதிகரித்தால், குறை கடத்தியில் மின் தடை குறையும்.

மின் கடத்தாப் பொருளில் கட்டுறா எலக்ட்ரானே இல்லை என்று சொல்லி விடலாம். கொஞ்சம் வெப்ப நிலையை அதிகரித்தால், மின் தடை ரொம்ப மாறாது. ஒரு அளவுக்கு மேல் சென்றால்தான் மின் தடை மாறும். அப்போது, குறை கடத்தி போலவே வெப்ப நிலையை அதிகரித்தால், மின் தடை குறையும்.

எப்படி நாம் ஒளியை ‘ஃபோடான்' என்ற துகளாக கருதுகிறோமோ அதைப் போல, அணுவின் அதிர்வை , "ஃபோனான்” (phonon) என்ற துகளாக கருதலாம். அதிர்வு (வெப்ப நிலை) அதிகமானால், ஃபோனானின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும். ஒளியை ஃபோடான் என்றும் சொல்லலாம். அலை என்றும் சொல்லலாம். (உதாரணமாக, நம் கண்ணுக்கு 400 nm முதல் 700 nm வரை அலை நீளம் உள்ள அலைகளே தெரியும். அதற்கு மேல் உள்ளது அகச் சிவப்பு கதிர், கீழே உள்ளது புற ஊதா கதிர் என்று எல்லாம் சொல்கிறோம். அப்போது ஒளியை அலையாகவே கருதி பேசுகிறோம்).

எந்த பொருளையும் துகள் (அல்லது பொருள்) என்றும் கருதலாம். அதே சமயம் அலை என்றும் கருதலாம் என்பது குவாண்டம் இயற்பியலில் ஒரு முக்கிய கோட்பாடு. இந்த கண்ணோட்டத்தில் பார்த்தால், அதிக வெப்ப நிலையில் நிறைய ஃபோனான்கள் இருக்கும். எலக்ட்ரான் இந்த போனானுடன் மோதும். அதனால் அது ஒரு கம்பியின் ஒரு மூலையிலிருந்து இன்னொரு மூலைக்கு போக அதிக நேரம் ஆகும். வெப்ப நிலை குறைவாக இருக்கும் பொழுது, போனானுடன் மோத வாய்ப்பு குறைவு. எனவே மின் கடத்தியில் குறைந்த வெப்ப நிலையில் குறைந்த மின் தடை இருக்கும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/quantum-physics-temperature.html

ஒரு திடப் பொருளில் மின்சாரம் எப்படி செல்கிறது, ஒரு பொருள் மின்கடத்தும் பொருளாக அல்லது குறை கடத்தியாக அல்லது மின் கடத்தாப் பொருள் என்பதை தீர்மானிப்பது எது என்பதை முன்பு பார்த்தோம். எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றல் பட்டைகளில் (energy band)இருக்கும் என்பதையும், ஆற்றல் பட்டை இடைவெளி (band gap) எவ்வளவு என்பதைப் பொருத்து ஒரு பொருள் மின்கடத்தி அல்லது குறை கடத்தி அல்லது மின்கடத்தாப் பொருள் என்பதை முடிவு செய்யலாம்.

வெப்ப நிலை அதிகரிக்கும் பொழுது குறை கடத்தியில் மின் தடை குறையும் என்பதையும் பார்த்தோம். இப்பொழுது அடுத்த கேள்வி: சிலிக்கன் என்ற குறை கடத்தியில், பாஸ்பரஸ் என்ற மின் கடத்தாப் பொருளை சேர்த்தால், சிலிக்கனின் மின் கடத்தும் திறன் அதிகரிக்கும். அதாவது மின் தடை குறையும். இது நாம் நினைப்பதற்கு நேர்மாறாக இருக்கிறதே, அது ஏன்?

இது தவிர, எல்லா மின்கடத்தாப் பொருளையும் சிலிக்கனில் சேர்த்தால் அதன் மின் கடத்தும் திறன் அதிகரிக்காது. எனவே இது ஒரு பொது விதி அல்ல.

நாம் மீண்டும் மின்சாரம் செல்லும் விதத்தை நினைவு படுத்திக் கொள்வோம். ஆற்றல் மட்டத்தில் கீழே இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் எல்லாம் கட்டுற்ற எலக்ட்ரான்கள் (bound electrons) . அவை மேலிருக்கும் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு சென்றால் கட்டுறா எலக்ட்ரான்களாக, சுதந்திரமாக செல்ல முடியும். நடுவில் இருக்கும் இடைவெளியைத் தாண்டி செல்ல அவற்றிற்கு ஆற்றல் தேவை. இந்த இடைவெளி அதிகம் இருந்தால் அது ஒரு மின் கடத்தாப் பொருள். கொஞ்சமாக இருந்தால், குறைகடத்தி. ஏறக்குறைய பூஜ்யமாக இருந்தால் அது மின் கடத்தும் பொருள்.

குறை கடத்தியில் (சிலிக்கனில்), ஆற்றல் பட்டை இருப்பதை ஒரு வரை படம் மூலம் கீழே கொடுக்கப் பட்டு உள்ளது.


அடுத்து, பாஸ்பரஸ் அணுக்களில் ஆற்றல் மட்டங்கள் இருப்பதை வரைபடத்தில் காணலாம்.


இங்கு ஆற்றல் பட்டைகள் கொடுக்கவில்லை. ஆற்றல் மட்டங்களே உள்ளன. ஏனென்றால், நாம் பாஸ்பரஸ் அணுக்களை சேர்க்கும் பொழுது , பல கோடி சிலிக்கன் அணுக்களுக்கு இடையே ஒரு பாஸ்பரஸ் அணுவை சேர்ப்போம். ஒரு பாஸ்பரஸ் அணுவிற்கும் இன்னோர் பாஸ்பரஸ் அணுவிற்கும் இடையே நிறைய இடைவெளி இருக்கும். எனவே இதை ஏறக்குறைய தனி அணுவாக கருதலாம். இங்கே, நிரம்பிய மட்டத்திற்கும், காலி மட்டத்திற்கும் நிறைய இடைவெளி இருப்பதைப் பார்க்கலாம். நிறைய பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் சேர்ந்து ஆற்றல் பட்டைகளாக் இருந்தாலும், நிறைய ஆற்றல் இடைவெளி இருக்கும். அதனால், பாஸ்பரஸ் ஒரு மின் கடத்தாப் பொருள்.

இப்போது பாஸ்பரஸ் அணுக்களை, மிகச் சிறிய அளவு சிலிக்கனில் சேர்த்தால், புதிய ஆற்றல் மட்டங்கள் (அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்கள்) உருவாகும். அவற்றில், கீழே உள்ள மட்டங்களில் எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். மேலிருக்கும் மட்டங்களில் காலியாக இருக்கும். பாஸ்பரஸ் சேர்க்கப் பட்ட பொழுது எலக்ட்ரான் ஆற்றல் மட்டங்கள் எப்படி இருக்கும் என்பது கீழே இருக்கிறது.

பாஸ்பரஸ் அருகில் சிலிக்கன் அணுக்கள் இருப்பதால், அதன் ஆற்றல் மட்டங்கள் கொஞ்சம் மாறுபடும். இவற்றை கணக்கில் எடுத்துக் கொண்ட பின்
ஆற்றல் இடைவெளி குறைந்து இருப்பதைப் பாருங்கள். அதாவது, பாஸ்பரஸின் நிரம்பிய ஆற்றல் மட்டத்தில் (ஆற்றல் பட்டையில் அல்ல, ஆற்றல் மட்டத்தில்) இருக்கும் எலக்ட்ரான்
சுலபமாக சிலிக்கனின் காலி ஆற்றல் பட்டைக்கு செல்ல முடியும். இதனால், சிலிக்கனின் மின் கடத்தும் திறன் அதிகரிக்கிறது.

வெறும் பாஸ்பரஸாக இருந்தால், வேலை நடக்காது. வெறும் சிலிக்கனாக இருந்தால், கொஞ்சம் மின்சாரம் கடத்தும். இரண்டும் சேரும்பொழுது, மின்கடத்துதல் அதிகரிக்கும். ஏனென்றால், அவற்றின் ஆற்றல் மட்டங்கள் சரியாக அமைகின்றன. சிலிக்கனின் காலி ஆற்றல் பட்டைக்கு அருகில், பாஸ்பரஸின் நிரம்பிய ஆற்றல் மட்டம் இருக்கிறது. வேறு ஏதாவது பொருளை சும்மா சிலிக்கனில் சேர்த்தால், உடனே மின் கடத்தும் திறன் அதிகமாகுமா அல்லது குறையுமா என்று சொல்ல முடியாது. அதன் ஆற்றல் மட்டங்கள் எங்கு இருக்கின்றன, எவை நிரம்பியவை, எவை காலியானவை என்பதை வைத்தே சொல்ல முடியும்.

இங்கு சிலிக்கனுக்கு பாஸ்பரஸ் ஒரு எலக்ட்ரானை கொடுப்பதால், அது ‘கொடை அணு' (donor atom) என்றும், அந்த ஆற்றல் மட்டம் ‘கொடை மட்டம்' (donor level) என்றும் சொல்லப்படும்.


பின் குறிப்பு: 12ம் வகுப்பு தமிழ் பாட புத்தகத்தை இன்று இணையத்தில் பார்த்த பொழுது, அதில் பயன்படுத்தப்படும் சொற்கள் இவை.

1. Band Gap - விலக்கப் பட்ட ஆற்றல் இடைவெளி (forbidden energy gap)
2. Energy band -ஆற்றல் பட்டை
3. Conducting band - கடத்தும் பட்டை
4. Valence Band - இணைதிறன் பட்டை
5. intrinsic semiconductor - உள்ளார்ந்த குறை கடத்தி
6. extrinsic semiconductor - புறவியலான குறை கடத்தி
7. free electron -கட்டுறா எலக்ட்ரான்
8. donor atom -கொடை அணு
9. donor level - கொடை மட்டம்
10. acceptor atom -ஏற்பான் அணு
11. acceptor level-ஏற்பான் மட்டம்
12. hole (as in electron/hole)- மின் துளை
13. depletion region - இயக்கமில்லா பகுதி
14. Junction - சந்தி
15. carrier - ஊர்தி
16. majority carrier - பெரும்பான்மை ஊர்தி
17. minority carrier - சிறுபான்மை ஊர்தி
18. potential barrier - மின்னழுத்த அரண்
19. forward bias - முன்னோக்கு சார்பு
20. reverse bias - பின்னோக்கு சார்பு
21. saturation current -தெவிட்டு மின்னோட்டம்
22. leakage current - கசிவு மின்னோட்டம்
23. rectification - திருத்துதல்

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/02/semiconductor-resistance.html

Fuel Cell (ஃபூயல் செல் - எரிமக்கலன்) என்பது சமீபகாலமாக அதிகம் பேசப்பட்டு வருகின்றது. சாதாரணமாக, பெட்ரோல் அல்லது டீசல் போன்ற எரிபொருள்களை பயன்படுத்தி, நாம் ஜெனரேட்டர் (generator) மூலம் மின்சாரம் தயாரிக்கலாம். ஜெனரேட்டரில், பெட்ரோல் அல்லது டீசல் எரிந்து அது (மோட்டார் பைக் போன்ற) ஒரு என்ஜினை ஓட வைக்கும். அந்த என்ஜின் ஒரு டைனமோவுடன் இணைக்கப் பட்டு இருக்கும். டைனமோ சுற்றும் பொழுது மின்சாரம் வரும். டைனமோவின் அமைப்பைப் பொறுத்து நேர் மின்சாரம் (direct current or DC) அல்லது alternating current (or AC) வகை மின்சாரம் கிடைக்கும்.

இந்த வகையில் சில குறைபாடுகள் இருக்கின்றன. ஒன்று பெட்ரோல் / டீசல் முழுதும் எரியாது. முழுவதும் எரியாமல் இருப்பதால் கொஞ்சம் (அல்லது அதிகம்) புகை வரும். இதனால் நாம் சுவாசிக்கும் காற்று மாசுபடும். இது தவிர, கொஞ்சம் வருடங்களுக்குப் பிறகு என்ஜின் தேய்மானம் இருக்கும். ஒரு லிட்டர் பெட்ரோல் எரிந்தால், அதிலிருக்கும் ஆற்றல் (energy) முழுவதும் மின்சாரமாக மாறாது. பெட்ரோலில் இருக்கும் ரசாயன ஆற்றலை (chemical energy) இயந்திர ஆற்றலாக (மெக்கானிக்கல் / mechanical) மாற்றும் பொழுது கொஞ்சம் இழப்பு இருக்கும்.மெக்கானிக்கல் ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் பொழுது இன்னமும் கொஞ்சம் இழப்பு இருக்கும். அதனால் நமக்கு ஓரளவுதான் பயன்கிடைக்கும்.

இதற்கு பதிலாக மின்சாரத்தை கெமிக்கல் / ரசாயன ஆற்றலிலிருந்து நேராக எடுத்தால் என்ன? தற்போது பேட்டரி செல் (batter cell) என்பது அந்த வகையைச் சார்ந்ததுதான். உதாரணமாக, செல்போன் பேட்டரிகளில் வேதிவினை நடந்து மின்சாரம் கிடைக்கின்றது. நாம் மீண்டும் சார்ஜ் (charge) செய்யும்பொழுது வேதிவினை ரிவர்ஸில் (reverse) நடக்கும். இந்த முறையில் தேய்மானம் இல்லை. ஏனென்றால், இதில் நகரும் சாமான் (moving parts) இல்லை. அதைப்போலவே கெமிக்கல் ஆற்றல் சேதாரம் இல்லாமல் மின்சாரமாக மாறிவிடும். அடுத்து இங்கு புகை போன்ற மாசுக்கள் வருவதில்லை. (பேட்டரியை தூக்கி எறிந்தால், அதுவே ஒரு பெரிய பிரச்சனை. ஆனால், இங்கு அதை விட்டு விடுவோம்).

இந்த முறையில் குறை என்ன என்றால், சிறிய மின்சாரத் தேவைகளுக்கு இது போதும். ஆனால், உங்கள் கார் அல்லது ஸ்கூட்டியை நல்ல வேகத்தில் செலுத்த நிறைய ஆற்றல் தேவை. அதற்கு பேட்டரி வைத்து ஓட்டப் பார்த்தால், பேட்டரியின் எடை 200 கிலோவிற்கு மேல் வந்து விடும். அது தவிர, நீங்கள் இப்போது எங்கே வேண்டுமானாலும் 5 நிமிடத்தில் பெட்ரோல் பங்க்கில் உங்கள் வண்டியின் டேங்க்கை நிரப்பிக்கொள்ளலாம். இந்த மாதிரி பேட்டரியை ரீ-சார்ஜ் செய்ய வசதி இல்லை. தவிரவும் ஒரு சின்ன செல்போன் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்யவே 1 மணி ஆகிறது என்றால், பெரிய பேட்டரிகளை சார்ஜ் செய்ய எவ்வளவு நேரம் ஆகும் என்பதை யோசிக்க வேண்டும்.

ரீ சார்ஜபிள்/ re-chargeable வகையான பேட்டரியிலிருந்து நாம் மின்சாரம் பெற்றாலும்,
அது சார்ஜ் தீர்ந்த பின்னர் (திறன் இழந்த பின்னர்) அதற்கு மீண்டும் மின்சாரத்தை செலுத்தித்தான் திறனை திரும்ப பெற வேண்டும். எனவே நம் கண்ணுக்கு முன்னால் நாம் பொருளை எரிக்காவிட்டாலும், வேறு இடத்தில் (கரி மின் நிலையத்திலோ அல்லது அணு மின் நிலையத்திலோ அல்லது நீர் மின் நிலையத்திலோ) ஒரு சக்தியை நாம் மின்சக்தியாக மாற்றித்தான் பயன்படுத்துகின்றோம். இந்த ரீ சார்ஜபிள் பேட்டரியில், மின்சாரத்தை ரசாயன ஆற்றலாக மாற்றி, சேமித்து வைத்து, நாம் தேவைப்படும்பொழுது ப்யனபடுத்துகின்றோம். அவ்வளவே.


பேட்டரியின் நல்ல பயன்களையும் (அதாவது தேய்மானம் இல்லை, கெமிக்கல் ஆற்றலை சேதாரம் இல்லாமல் மின் ஆற்றலாக மாற்றலாம், மாசு வெளிப்படுதல் இல்லை), சாதாரண மோட்டர் பைக் திறனையும் ( குறைந்த எடை உள்ள என்ஜின், 5 நிமிடத்தில் 10 லிட்டர் பெட்ரோலை நிரப்பி அதிக நேரம் உபயோகப்படுத்தக் கூடிய வசதி ) சேர்த்து அமைக்கப்படும் கருவிதான் ஃபூயல் செல் / Fuel Cell அல்லது ‘எரிமக்கலன’. இது நல்ல குறிக்கோள்தான். ஆனால், இன்னமும் இத்துறையில் பெரிய முன்னேற்றம், அதாவது பெரிய அளவில் (large scale) எகனாமிகலாக (economical) பொருளாதார ரீதியில் தயார் செய்யும் அளவில் முன்னேற்றம் இல்லை என்பதே உண்மை. சில இடங்களில் பெரிய அளவில் தயாரித்து ஓட்டுகிறார்கள் என்றாலும், நாம் கடையில் சென்று மோட்டார் பைக் வாங்குவது போலவோ அல்லது டீசல் ஜெனரேட்டர் வாங்குவது போலவோ, எரிமக்கலனை வாங்க முடியாது.

இந்த ‘எரிமக்கலன்’ எப்படி இருக்கும்? இதன் வடிவமைப்பு (design) என்ன? இது வேலை செய்யும் முறை (operation) என்ன? இதற்கு பதில் அடுத்த சில பதிவுகளில்...

ஒரு பேட்டரியில் பாசிடிவ் மற்றும் நெகடிவ் இணைப்புகள் இருப்பது போல இந்த ஃபூயல் செல்லிலும் (எரிபொருள் மின்கலம் ) பாசிடிவ் மற்றும் நெகடிவ் இணைப்புகள் இருக்கும். இது நேர்மின்சாரம் (DC or direct current) தரும்.

இதற்கு முன் நாம் பெட்ரோல் அல்லது டீசல் போன்ற எரிபொருள்களில் இருந்து மின்சாரம் தயாரிக்க எரிபொருள் மின்கலம் பயன்படும் என்று பார்த்தோம். ஆனால், பெட்ரோலை பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை நேரடியாக தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம் பெரிய அளவில் இல்லை. அதற்கு பதிலாக, மெத்தனால் (methanol) என்ற ‘விஷ சாராயத்தையோ' அல்லது ஹைட்ரஜன் வாயுவையோ பயன்படுத்தி மின்சாரம் தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம் தான் (ஓரளவாவது) வளர்ந்து இருக்கின்றது. எனவே fuel cellஐப் பொறுத்த வரை தற்போதைக்கு எரிபொருள் என்பது மெத்தனால் அல்லது ஹைட்ரஜன் மட்டுமே.

இதில் ஹைட்ரஜன் எரிந்தால் வருவது தண்ணீர். மெத்தனால் எரிந்தால் வருவது கார்பன் டை ஆக்சைடு (carbon dioxide) மற்றும் தண்ணீர். நாம் ‘எரிந்தால்' என்று சொன்னாலும், ஃபூயல் செல் சரியாக வேலை செய்யும்பொழுது உள்ளே நெருப்பு ஒன்றும் எரியாது. ஹைட்ரஜனும் காற்றும் (அதாவது காற்றில் இருக்கும் ஆக்சிஜனும்) வேதிவினை புரிந்து தண்ணீர் வரும்பொழுது, வேதிவினையின் ஆற்றல் (energy of reaction) மின்சாரமாக எடுக்க முடியும். அதைப்போலவே மெத்தனாலும் காற்றும் வினை புரிந்து தண்ணீரும் கார்பன் டை ஆக்சைடும் வரும்; மின்சாரமும் கிடைக்கும்.

இங்கு ஒரு விஷயத்தை கவனிக்க வேண்டும். ஹைட்ரஜனைக்கொண்டு எரிமக்கலனில் மின்சாரம் எடுக்க வேண்டும் என்றால், முதலில் ஹைட்ரஜன் இருக்க வேண்டும். ஹைட்ரஜனை எங்கிருந்து வரும்? தண்ணீரில் மின்சாரம் செலுத்தினால் ஹைட்ரஜனும் ஆக்சிஜனும் கிடைக்கும் என்றாலும், மொத்தத்தில் இந்த முறையில் ஆற்றல் இழப்புதான் இருக்கும். அதாவது, நீங்கள் 1 யூனிட் மின்சாரத்தை செலுத்தி தண்ணீரில் இருந்து கொஞ்சம் ஹைட்ரஜனை எடுப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம். அந்த ஹைட்ரஜனை வைத்து இந்த ‘எரிமக்கலனின்' மூலம் திரும்ப 1 யூனிட் மின்சாரம் பெற முடியாது. சுமார் அரை யூனிட் தான் பெறமுடியம். மற்றவை சேதாரத்தில் போய்விடும்.

பிறகு ஏன் இந்த ஹைட்ரஜன் ஃபூயல் செல்?

சில சமயங்களில் ஹைட்ரஜன் குறைந்த விலையில் கிடைக்கலாம் (பெட்ரோலிய கம்பெனிகளிலிருந்து சில வேதிவினையில் வெளிவரும் ஹைட்ரஜன் கிடைக்கும்). இன்னொன்று, ஹைட்ரஜனை ஒரு சிலிண்டரில் அடைத்து தேவையான இடத்திற்கு கொண்டு சென்று மின்சாரத்தை தயார் செய்து உபயோகப்படுத்தலாம். மின்சாரத்தை ”அப்படியே தூக்கிக் கொண்டு” தேவையான இடத்திற்கு போக வேறு வழி இல்லை. கிலோக் கணக்கில் அல்லது டன் கணக்கில் ஹைட்ரஜனை சேமித்து (store செய்து) வைக்கலாம். மின்சாரத்தை சேமிப்பது அவ்வளவு சுலபமாக முடியாது. (குறிப்பு; ஹைட்ரஜனைக் கூட சிலிண்டரில் அடைப்பது அவ்வளவாக economical மற்றும் பாதுகாப்பு/ safety இல்லை. அதனால் ஹைட்ரஜன் சேமிப்பு / storage என்று ஒரு தனி வழியில் ஆராய்ச்சி போய்க்கொண்டு இருக்கிறது).

மெத்தனால் என்பது மரப்பட்டைகளில் இருந்து காய்ச்சி எடுக்கப்படும். அதனால், மெத்தனால் (பெட்ரோலியம் போல) இன்னும் கொஞ்சம் காலத்தில் தீர்ந்துவிடும் என்று பயம் இல்லை. மரங்கள் சூரிய ஒளியை பயன்படுத்தி (காற்றிலுள்ள கார்பன் டை ஆக்சைடையும் நிலத்திலுள்ள நீரையும் சேர்த்து) வளர்ந்து வருவதால் அவை எப்பொழுதும் கிடைக்கும்; மெத்தனாலும் கிடைக்கும் என்ற நம்பிக்கை உண்டு.

எப்படியோ ஒரு விதத்தில் எரிபொருளான ஹைட்ரஜனையோ, மெத்தனாலையோ கொண்டு வந்து விட்டால், ஃபூயல் செல் அவற்றிலிருந்து மின்சாரத்தை தயார் செய்வது எப்படி?

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2007/11/fuel-cell_23.html

இது வரை ரொம்ப டெக்னிகலாக இல்லாமல் பொதுவாகவே எழுதினேன். இப்பொழுது கொஞ்சம் விவரங்களைப் பார்க்கலாம். முதலில் மின் வேதியியல் (electrochemistry) பற்றி அறிமுகம். பின்னர் எரிமக்கலனின் அமைப்பும் வேலை செய்யும் விதமும். இந்த பிளாக் போஸ்டில் ஃபூயல் செல்லிற்கு தேவையான அளவு, அடிப்படை இயற்பியலும் மின் வேதியியலும் பார்ப்போம்.

எல்லா பொருள்களிலும் மின்னணு என்ற எலக்ட்ரான் (electron) இருக்கும். ஒரு அணு(atom)வில் சாதாரணமாக எவ்வளவு எலக்ட்ரான் இருக்குமோ அவ்வளவு ப்ரோட்டானும் (proton. இதன் தமிழ் பதம் என்ன?) இருக்கும். இது தவிர நியூட்ரான் என்பதும் இருக்கும். ஆனால் அது இந்த விளக்கத்திற்கு தேவையில்லை என்பதால், நாம் கண்டு கொள்ளாமல் இருப்போம்.

ஒரு அணுவில் ப்ரோட்டான்களை விட எலக்ட்ரான் அதிகமானாலோ அல்லது குறைந்தாலோ, அது நெகடிவ் (negative) அல்லது பாசிடிவ் (positive) சார்ஜ் (charge) ஆகிவிடும். அவ்வாறு இருக்கும் பொழுது அதை அயனி (ion) என்று கூறுவார்கள்.

உதாரணமாக, நாம் உண்ணும் உப்பிற்கு, வேதியியல் பெயரானது ‘சோடியம் குளோரைடு' (sodium chloride) என்பதாகும். இதில் சோடியம் என்ற அணுவும் குளோரின் என்ற அணுவும் சேர்ந்து உள்ளது. சோடியம் அணுவிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை எடுப்பது சுலபம் (ஏன், எப்படி என்று கேட்க வேண்டாம். இப்போதைக்கு நம்பவும்!). குளோரினிலிருந்து எலக்ட்ரானை எடுப்பது மிகக் கடினம். ஆனால், குளோரினுடன் எலக்ட்ரானை சேர்ப்பது சுலபம்.

சோடியம் அணுவில் சாதாரணமாக 11 எலக்ட்ரானும் 11 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். இதில் ஒரு எலக்ட்ரானை எடுத்து விட்டால் 10 எலக்ட்ரான்கள் தான் இருக்கும். (ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானுக்கும் ஒரு நெகடிவ் சார்ஜ். ஒவ்வொரு ப்ரோட்டானுக்கும் ஒரு பாசிடிவ் சார்ஜ்.) 11 ப்ரோட்டானும் 10 எலக்ட்ரானும் இருக்கும்பொழுது சோடியம் அயனியாக இருக்கும்.

அதைப்போலவே சாதாரணமாக குளோரினில் 17 எலக்ட்ரானும் 17 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். அதில் ஒரு எலக்ட்ரானை சேர்த்தால் 18 எலக்ட்ரானும் 17 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். அப்போது குளோரின் அயனியாக இருக்கும் ஆங்கிலத்தில் குளோரின் அயனி ‘குளோரைடு' என்று அழைக்கப்ப்டும்.

(ஏன் எலக்ட்ரான் அணுவிலிருந்து பிரிகின்றது, ஏன் சில அணுக்களில் சுலபமாக சேர்கின்றது, எலக்ட்ரானை ‘இங்கிருந்து அங்கே' மாற்றுவதைப் போல, ப்ரோட்டானை மாற்ற முடியாதா,
இவற்றை பிளாக் படிக்கும் நண்பர்கள் எழுதுமாறு கேட்டுக்கொள்கிறேன்)

எலக்ட்ரான்கள் செல்லுவதே மின்சாரமாகும். எலக்ட்ரான் ஒரு பொருளில் சுலபமாக செல்ல முடிந்தால் அது ‘மின் கடத்தி' எனப்படும். (உதாரணம் தாமிரக் கம்பி), இல்லாவிட்டால் மின் கடத்தாப்பொருள் ஆகும் (உதாரணம் தாமிரக் கம்பி மேல் இருக்கும் பிளாஸ்டிக்).

அதனால், ஒரு பொருளிலிருந்து எலக்ட்ரானை எடுத்து ஒரு மின்கடத்தி வழியே செலுத்தி இன்னொரு பொருளில் சேர்த்தால் நாம் மின்சாரத்தைப் பெற முடியும். எப்படி நாம் எலக்ட்ரானை ‘நாம் சொல்லும் படி' மின்கடத்தி வழியே கொண்டு வருவது என்பதில் தான் இந்த ‘ஃபூயல் செல்' தொழில் நுட்பம் இருக்கிறது. உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் வாயுவும் ஆக்சிஜன் வாயுவும் சேர்ந்தால் தண்ணீர் கிடைக்கும். அப்பொழுது ஹைட்ரஜனில் இருந்து எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜனை சேரும். இதை எரிபொருள் மின்கலத்தில் செய்தால் நாம் மின்சாரம் பெறலாம்.

இல்லாமல் ஒரு பாத்திரத்தில் (கண்ணாடி குடுவையில்) ஹைட்ரஜனையும் ஆக்சினையும் சேர்த்தால் என்ன ஆகும்? சாதாரணமாக ஹைட்ரஜனையும் ஆக்சிஜனையும் சேர்த்தால் ஒன்றும் ஆகாது. வெப்ப நிலை அதிகரித்தால் (தீப்பொறி வைத்தால்), உடனே வெடி சத்தத்துடன் ஹைட்ரஜன் பற்றி எரியும். இந்த வேதி வினையிலும் கடைசியில் தண்ணீர்தான் கிடைக்கும். ஆனால், ஆற்றல் அனைத்தும் நெருப்பாக எரிவதால் பயன்படாமல் போய்விடும். தண்ணீரும் நீராவியாகவே வரும். இப்படி வீணாகப் போகும் ஆற்றலை மின்சாரமாக எடுத்து உபயோகிக்க எரிபொருள் மின்கலன் உதவுகிறது.

அடுத்து: வேதி வினைக்கும், மின்வேதி வினைக்கும் உள்ள வித்தியாசம் என்ன? மின் வேதி வினை என்பது குறிப்பிட்ட வகைப்பட்ட வேதிவினை ஆகும். வேதிவினையில் எலக்ட்ரான்கள் பரிமாற்றம் நடந்தால் அது மின் வேதிவினையாகும். உதாரணமாக பல கரிம வினைகளில் (organic reactions) எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் இருக்காது. அவை ‘வெறும்' வேதிவினையாகும். அதற்கு பதில் ஹைட்ரஜனிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை எடுத்து ஆக்சிஜனுடன் சேர்த்து தண்ணீராக வரும் வேதிவினை, மின்வேதிவினை ஆகும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2007/11/fuel-cell-3.html

வருங்காலத்தில், சுமார்க் 10 அல்லது 20 வருடங்களில் பெரும்பாலன் மின்சாரம் அணு உலை, காற்று, கரி ஆகியவற்றிலிருந்து எடுக்கப்படும். கரியை தற்போது பொடியாக்கி, எரித்து அதில் வரும் வெப்பத்தால் தண்ணீரை ஆவியாக்கி, அந்த நீராவியைக் கொண்டு சுழலி (steam turbine) என்ற கருவியை சுழல வைத்து மின்சாரம் எடுக்கிறார்கள். இதில் சில குறைகள் இருக்கின்றன. கரியில் சிறிது மணலும் (SiO2) கலந்திருக்கும். கரி எரிந்தபின்னர் மணல் துகள்கள் காற்றில் கலந்து வரும். இவை மிகச் சிறிய துகள்களாக இருப்பதால் கீழே விழாமல் காற்றில் வெகு தூரம் பரவி மாசுப்படுத்தும். (அதே சமயம் கடற்கரையில் நீங்கள் நடந்து செல்லும்போது காற்று அடித்து சிறிது மணல் சுவாசிக்கப்பட்டு உள்ளே சென்றால் அவ்வளவு பாதிப்பு இல்லை. ஏன்?)

அதற்கு பதிலாக கரியுடன் நீராவியை அதிக வெப்ப நிலையில் வினை புரிய வைத்தால் (C + H₂O --> CO + H₂), வெளிவரும் வாயுக் கலவை (CO, H₂) சின்-கேஸ் (Syn Gas - short for synthetic gas) எனப்படும். இந்த வினை நடக்க நாம்தான் வெப்பம் கொடுக்க வேண்டும். (Endothermic Reaction) பின்னர் இந்த வாயுக்கலவையை எரிய வைத்து அந்த வெப்பத்தில் நீராவி உருவாக்கி மின்சாரம் எடுக்கலாம். இது கரியை வைத்து மின்சாரம் எடுக்கும் முறை.

பெட்ரோல் மற்றும் டீசல் வகை எரிபொருள்களின் advantage என்னவென்றால், குறைந்த எடையில் நிறைய ஆற்றலை அவை கொண்டுள்ளன. எங்கு வேண்டுமானாலும் எளிதில் எடுத்து செல்லலாம். இதை நாம் அறிமுகத்தில் பார்த்தோம். இவற்றின் குறைபாடு சரியாக எரியாவிட்டால் வரும் மாசுக்கள் மற்றும் ஆற்றல் இழப்பு (energy loss) இயந்திரங்களின் தேய்மானம் (mechanical wear and tear).

பெட்ரோல் மற்றும் டீசல் வண்டிகள் இப்போது internal combustion engine அல்லது IC engine என்ற வகை இயந்திரத்தில் எரிக்கப்படுகின்றன. இவற்றிற்கு பதிலாக எரிமக் கலன் வருமா?

நமது ரேடியோவில் வானிலை அறிக்கை போல சொல்லப்போனால், “இன்னும் 25 ஆண்டுகளில் IC engineக்கு பதில் எரிமக்கலன் பயன்படுத்தப்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது” என்று பொதுவாகச் சொல்லிவிடலாம். ஆனால் உண்மையில் எப்பொழுது அது நடக்கும் என்றால் எரிமக்கலனைப் பயன்படுத்துவது IC engineஐப் பயன்படுத்துவதை விட பொருளாதார ரீதியில் லாபம் / economical என்ற நிலை வரும்பொழுதுதான்.

ஒரு கருவி பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், அதன் தயாரிப்பு விலை குறையும். எரிமக் கலனின் தயாரிப்பு விலை, அதன் பராமரிக்கும் செலவு (maintenance cost) , எவ்வளவு சுலபமாகப் பராமரிக்க முடியும் என்ற விவரம் (ease of maintenance) ஆகியவை சாதகமாக இருக்க வேண்டும். இப்பொழுது சாதகமாக இல்லை. இவற்றை தொழில்னுட்ப முன்னேற்றங்கள் மூலம் சாதகமாக்கினால் IC engineக்கு பதில் எரிமக்கலன் வந்துவிடும்.

சூரிய கலன்/ solar cell , wind energy, Geothermal energy போன்ற மற்ற துறைசாரா (non conventional) தொழில் நுட்பங்கள் மூலம் வருங்காலத்தில் அதிக அளவு மின்சாரம் எடுக்கப்படும். ஆனால் மின்சாரத்தை தேவையான இடத்திற்கு எளிதில் எடுத்துச் செல்ல முடியாது என்பதால் எரிமக்கலனின் வளர்ச்சி நன்றாக இருக்கும் என்றே நினைக்கிறேன். இதற்கு மாறாக, நல்ல திறன் வாய்ந்த பேட்டரிகளை குறைந்த எடை/ விலையில் செய்ய முடிந்தால், மற்றும் அந்த பேட்டரிகளை விரைவில் (2 நிமிடத்தில்) Full charge செய்ய முடிந்தால், எரிமக்கலன் அடிபட்டுப்போக வாய்ப்பு உண்டு. இப்போது super capacitor என்ற துறையில் ஆராய்ச்சி நடக்கிறது. அதில் விரைவில் புதிய கண்டுபிடிப்பு நிகழ்ந்தால் இது நடக்கலாம்.

குறிப்பு: சாதாரணமாக மின்கலம்/battery என்பது வேதிவினை மூலம் மின் ஆற்றலைத் தரும். நாம் ரீ-சார்ஜ் செய்தால் வேதிவினை ரிவர்ஸில் நடக்கும். Super Capacitorஇல் வேதிவினை நடக்காது. ஆனால் அதிலிருந்து DC மின்சாரம் எடுக்கலாம். அதை மறுபடி ரீ-சார்ஜ் செய்யலாம். இந்த வகையுஇல் super capacitorஐ மின்கலம் போல பயன்படுத்தலாம். மேலும் விவரங்களுக்கு அணுக வேண்டிய முகவரி http://www.google.co.in/

தற்போது இருக்கும் பெட்ரோலியத்தின் ரிசர்வ் அடுத்த 30 ஆண்டுகளுக்கு வரும் அல்லது 50 ஆண்டுகளுக்கு வரும் என்று வல்லுனர்கள் / நிபுணர்கள் சொல்லுவார்கள். எப்படி இவ்வாறு மதிப்பிடுகிறார்கள்?

1. சாடிலைட் மற்றும் பிற சாதனங்கள் மூலம் எங்கெல்லாம் பெட்ரோலியம் இருக்கிறது, எவ்வளவு ஆழத்தில் இருக்கிறது அதன் தரம் என்ன என்பது ஓரளவு தெரியும். இதுவே துல்லியமாகத்தெரியாது.
   
2. அடுத்து தற்போது உள்ள தொழில் நுட்பத்தில் எவ்வளவு பெட்ரோலியம் எடுக்க எவ்வளவு செலவாகும் என்று கணிப்பார்கள். 10 வருடம் கழித்து தொழில் நுட்பத்தில் முன்னேற்றம் இருக்கும். அப்போது அதிக ஆழத்தில் இருக்கும் , தரம் குறைந்த பெட்ரோலியத்தைக் கூட, குறைந்த செலவில் எடுக்க முடியும் என்று தோராயமாக கணக்கிடலாம். மிக அதிக ஆழத்தில், இருக்கும் பெட்ரோலியத்தை எடுக்க அதிக செலவாகும் என்பதால் அதை ‘உப்யோகிக்க முடியாத' பெட்ரோலியம் என்று விட்டு விடுவார்கள். இப்படி உலகில் இருக்கும் 'உபயோகிக்க கூடிய' பெட்ரோலியத்தின் அளவைக் கணக்கிடலாம்.
   
3. ஒரு உதாரணத்திற்கு குவைத்தில் இன்று 1 லிட்டர் பெட்ரோலியம் எடுக்க 10 பைசா செலவாகும் என்றும், அடுத்த 10 ஆண்டுகளில் 8 பைசா செலவாகும் என்றும் கணக்கிடலாம். அதைப்போலவே, அஸ்ஸாமில் இன்று 20 பைசா என்றும், 10 ஆண்டுகள் கழித்து 10 பைசா என்றும் கணக்கிடலாம். (குவைத்தில் 2 பைசா இறங்கியது அஸ்ஸாமில் 10 பைசா இறங்கக் காரணம் என்ன?)
4. ஒரு லிட்டர் பெடோலியத்திலிருந்து 15 பைசா செலவில் 50 யூனிட் மின்சாரம் தயாரிக்கலாம் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இதில் தயாரிக்கும் செலவு, வரும் மாசுக்களின் அளவு ஆகியவற்றை தொழில் நுட்ப முன்னேற்றங்களின் மூலம் குறைக்கலாம்.
   
5. இது தவிர மக்கள் தொகையும் ஒவ்வொருவரும் பயன்படுத்தும் ஆற்றலின் அளவும் (population and energy usage per person) நாளுக்கு நாள் அதிகரித்துக்கொண்டு இருக்கின்றது. முன்பெல்லாம், வீட்டிலோ கடையிலோ கரண்ட் (மின்சாரம்) இல்லை என்றால் இல்லைதான். இப்போது, Generator/ஜெனரேட்டர் வைத்து எல்லோரும் தயாராக இருக்கிறார்கள். இது போல, எல்லா விதங்களிலும் நாம் ஆற்ற்லைப் பயன்படுத்த தயங்குவதில்லை. உலகத்தில் மக்கள் தொகை பெருக்கத்தின் அளவையும், அவர்கள் பயன்படுத்தும் ஆற்றலின் அளவையும் மதிப்பிட்டு, அதில் 10 வருடங்களில், சுமார் 30% கரி, 30% பெட்ரோலியம் 20% அணு உலை 30% மற்றவை என்று availability and cost வைத்து மதிப்பிடுவார்கள்.
   
6. தற்சமயம் நீர்நிலை மின்சாரம்(hydro power), கரி மின்சாரம், அணு உலை மின்சாரம், காற்றாலை ஆகியவற்றின் மூலமும் மின்சாரம் தயாராகிறது. சில வகைகள் மூலம் தயாரிக்க ஆகும் செலவும் வருடாவருடம் குறைந்து வருகிறது. ஒரு காலத்தில் இவற்றின் மூலம் த்யாரித்து வரும் மின்சாரத்தை பேட்டரியில் வைத்து வண்டி ஓட்டுவது சுலபமாகவும், விலை குறைவாகவும் இருந்தால், பெட்ரோல் வாங்க ஆள் இருக்காது. அதற்குள், பெட்ரோலியமும் பெரும்பாலான இடங்களில் தீர்ந்து விடும். மிச்சம் மீதமுள்ள பெட்ரோலியத்தை எடுக்க அதிக செலவாகும். அப்போது effectively பெட்ரோலியம் தீர்ந்து விடும்.

இதைத்தான் பல computer modelகள் வைத்து, 30 வருடத்தில் தீரும், 50 வருடத்தில் தீரும் என்று ஆளாளுக்கு சொல்கிறார்கள். இந்த மதிப்பீடுகள் துல்லியமாக இருக்காது. ஏனென்றால், எல்லாம் நாம் நினைத்த படி நடப்பதில்லை (மக்கள் தொகைப் பெருக்கமோ, தொழில் நுட்ப முன்னேற்றமோ எதையுமே ஓரளவு தான் மதிப்பிட முடியும். computer modelஇல், எல்லா input மே அரைகுறையாக இருந்தால், வெளிவரும் எண் (model prediction) ஏறக்குறைய பயனற்றது (almost useless).

ஹைட்ரஜன், மெத்தனால், பெட்ரோல் எனப் பல வகை எரிபொருள்களைக் கொண்டு எரிமக்கலன்களை இயக்கலாம். பெட்ரோலைக் கொண்டு இயங்கும் எரிமக்கலன்கள் சுமார் 50 ஆண்டுகளுக்கு மேல் அதிகம் உபயோகத்தில் இருக்காது. (நானும் குத்துமதிப்பாகத்தான் சொல்கிறேன்). ஏனென்றால் பெட்ரோலியம் அதற்கு மேல் லாபகரமாக கிடைக்காது. ஆனால் மெத்தனால் அல்லது எத்தனால் எரிபொருளை, சோளம் அல்லது கரும்பிலிருந்து தயாரிக்கலாம். இவை தீர்ந்துவிடுமோ என்ற கவலை கிடையாது.

இம்முறையில் மின்சாரம் தயாரிப்பது, சூரிய ஒளியில் இருந்து ஆற்றலை சோளமாக மாற்றி, பின்னர் மெத்தனால் அல்லது எத்தனால் ஆக்கி எரிப்பதாகும். மெத்தனால் ‘எரிந்து' மின்சாரத்தையும், கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் தண்ணீரையும் தரும்.

ஒருவகையில் பார்த்தால், எல்லாவித எரிபொருள்களும் சூரிய ஆற்ற்லைத்தான் நமக்கு சேமித்து வழங்குகின்றன. சோலார் செல் /solar cell என்பது நேரடியாக சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும். மெத்த்னால்/எத்தனால் என்று நாம் பயன்படுத்த சுமார் 6 மாதம் ஆகலாம். (சோளத்தை பயிரிட்டு வளர்த்து அறுவடை செய்து மெத்தனால்/எத்தனால் ஆக்க ஆகும் நேரம் 4 முதல் 6 மாதம் என்று கணக்கிடுவோம்).

மரம் வளர்த்தால், அதுவும் சூரிய ஒளியில் வளர்ந்து, சில வருடங்களில் விறகாகப் பயன்படும். (இதற்கு பதில் அரைகுறையாக எரித்து மரக்கரியும் செய்யலாம்.) மரம் செடிகொடிகளை தின்று விலங்கினங்களும் வளரும். ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகள் கழித்து மரங்கள் நிலக்கரியாகவும், மரமும் விலங்கினங்களும் சேர்ந்து பெட்ரோலியமாகவும் மாறும்.

இப்படி சூரிய ஒளி சோலார் செல் மூலம் சில வினாடிகளிலும், எத்தனால் மூலம் சில மாதங்களிலும், விறகாக சில வருடங்களிலும், கரி மற்றும் பெட்ரோலாக பல நூற்றாண்டுகளிலும் மனிதனுக்கு பயன் தரும் ஆற்றலாக வருகிறது.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2007/12/fuel-cell.html

இந்தப் பதிவுகளைப் படிப்பவர்களுக்கு ஒரு வேண்டுகோள். இப்பதிவுகளில் உள்ள தமிழ் சொற்கள், குறிப்பாக அறிவியல் சொற்கள், சரியான அர்த்தத்தில் பயன்படுத்தப்படாவிட்டால், திருத்த்வும். நான் தமிழில் அறிவியல் சொற்களைப் பயன்படுத்தி பல வருடங்கள் ஆகிவிட்டன.

நாம் பொதுவாகப் பேசுவது போல ஆங்கிலத்தையும் தமிழையும் கலந்து எழுதுகிறேன். தூய தமிழில் எழுத வேண்டும் என்பதை விட, சாதாரணமாகத் தமிழ் பேசுபவர்கள் எளிதில் புரிந்து கொள்ளும்படி இருக்க வேண்டும் என்ற எண்ணத்தில்தான் எழுதுகிறேன். எனவே பொருள் சரியாக, புரியும் படி இருந்தால் அதை கடினமான சொல்லாக மாற்ற விரும்பவில்லை. நன்றி.

---------------------------------------------------------------------

"சூரியனுக்கு எப்படி ஒளி வருகின்றது?" என்றால், அது அணு வினை (nuclear reaction) ஆகும். குறிப்பாக, ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் இணைந்து ஹீலியம் அணு உருவாகும் வினை ஆகும். மனித குலம் இப்பொழுது யுரேனியம் என்ற தனிமத்தின் அணுக்கருவைப் பிளந்து (nuclear fission) அதில் வெளிப்படும் ஆற்றலை மின்சாரமாக்கும் வழியை தெரிந்து வைத்திருக்கின்றது. இதை வைத்து அணுகுண்டு / nuclear bomb செய்யவும் தெரிந்து வைத்திருக்கிறோம். இந்த வகையில் யுரேனியம் (அல்லது புளூட்டோனியம்) போன்ற தனிமங்கள் தேவை. இவை எல்லா இடங்களிலும் கிடைப்பதில்லை.

அணுக்கருக்களை ஒன்றோடு ஒன்று சேர்த்து , புது அணுவை உருவாக்கும் தொழில் நுட்பம் (nuclear fission technology) ஓரளவு தான் நமக்கு தெரியும். இந்த முறையில் குண்டு செய்யும் தொழில் நுட்பம் சில நாடுகளில் உள்ளது. ஆனால், கட்டுப்பாடாக (control செய்து) ஆற்றலை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வெளியிட்டு, அதை மின்சாரமாக மாற்ற இன்னமும் வழி தெரியவில்லை. இந்த முறையில் நமக்கு தேவையான பொருள் ஹைட்ரஜன் மட்டுமே. இந்த முறையில், ஒரு லிட்டர் தண்ணீரில் இருக்கும் ஹைட்ரஜன், ஒரு மனிதனுக்கு வாழ்நாள் முழுதும் தேவையான மின்சாரத்தை தரும். (இது நாம் கணக்கு போடாமல் சொல்கிறேன். சரியாக கணக்குப்போடத்தெரிந்து பொறுமையுடன் கணிப்பவர்கள் இதை திருத்துமாறு கேட்டுக் கொள்கிறேன்). அதனால், இது தீருமோ என்ற கவலை இல்லை.

இங்கு சில கேள்விகள்: ஒரு ஹைட்ரஜனில் ஒரு புரோட்டானும் ஒரு எலக்ட்ரானும் இருக்கும். ஒரு ஹீலியத்தில் இரண்டு புரோட்டானும் இரண்டு நியூட்ரானும் அணுக்கருவில் இருக்கும். வெளியே இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இப்போது, ஹைட்ரஜன் இணைந்து ஹீலியம் வருவது எப்படி?

* 2 H --> He ??? (இரண்டு நியூட்ரான்கள் எங்கிருந்து வரும்?)
* 4 H --> He ??? ( 2 புரோட்டான் + 2 எலக்ட்ரான் = 2 நியூட்ரான்?)

* எப்படியோ, ஹைட்ரஜன் சேர்ந்து ஹீலியம் ஆனால் அதிலிருந்து ஆற்றல் ஏன் வர வேண்டும்?


* இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஒன்றை ஒன்று எதிர்க்கும் (repulsive force). அதனால் அவை ஒரே இடத்தில் இருக்க முடியாது. இது கூலும் விதி (Coloumbs law) எனப்படும். ஹீலியம் அணுக்கருவில் இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரான்கள் எப்படி பக்கத்திலேயே இருக்கின்றன? சரி, நியூட்ரான்களுக்காவது மின்னூட்டம் (சார்ஜ்) இல்லை, அவற்றை விட்டுவிடலாம். இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் எப்படி அருகருகே இருக்கின்றன? கூலும் விதிப்படி ப்ரோட்டான்களுக்கு இடையே எதிர்ப்பு விசை (repulsive force) இருக்காதா?
* ஹீலியமாவது பரவாயில்லை. யுரேனியம் போன்ற தனிமங்களில், 100க்கும் மேற்பட்ட ப்ரோட்டான்கள் மிகச் சிறிய இடத்தில் இருக்கின்றன. எப்படி இவ்வளவு ப்ரோட்டான்களும் (கூலும் விதியின் படி இருக்கும் எதிர்ப்பு விசையை மீறி) இருக்கின்றன?

நாம் 10ம் வகுப்பு படிக்கும் பொழுது ஹைட்ரஜனில் ஒரு ப்ரோட்டான் , ஹீலியத்தில் 2 ப்ரோட்டான் என்று படிக்கிறோம். கூலும் விதிப்படி 2 ப்ரோட்டான் ஒன்றை ஒன்று எதிர்க்கும் என்றும் படிக்கிறோம். ஆனால் ஹீலியத்தில் 2 ப்ரோட்டான்கள் சேர்ந்து இருப்பதன் ரகசியம் என்ன என்ற கேள்வி எழுகிறது. விடை தெரிய M.Sc.க்கு மேல் படிக்க வேண்டி இருக்கின்றது. விடை தெரியாவிட்டால் கவலை இல்லை. ஆனால், 10 வகுப்பு படிக்கும் மாணவ மாணவியருக்கு கேள்வி எழ வேண்டும் என்பது என் ஆசை. அப்படி எழாவிட்டால், ஆசிரியராவது இந்தக் கேள்விகளை அவர்கள் மனதில் தூவ வேண்டும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2007/12/sunlight-and-nuclear-fusion.html

எரிமக்கலனின் வடிவமைப்பு இங்கே (ரொம்ப எளிமையாக/simpleஆக) கொடுக்கப்பட்டு இருக்கிறது.

இதில் இரண்டு கார்பன்/கரி/Carbon மின் தகடுகள் எனப்படும் எலக்ட்ரோடுகள் (electrodes) மற்றும் பிளாட்டினம் (Pt) மின் தகடுகள் ஆகியவை இருப்பதையும், எரிபொருளான ஹைட்ரஜன் செல்லவும் , ஆக்சிஜன் செல்லவும் வழி இருப்பதையும் கவனிக்கவும்.

இப்போது பல கேள்விகள் எழுகின்றன.

ஒரு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறில் (H₂ வில்) இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் (2 H atoms) இருக்கின்றன. அதைப்போலவே ஒரு ஆக்சிஜன் மூலக்கூறில் இரண்டு ஆக்சிஜன்கள் இருக்கின்றன. ஆனால், நாமோ மின் தகடில் ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து (கவனிக்கவும். ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறிலிருந்து என்று சொல்லவில்லை) எலக்ட்ரான் பிரிந்து செல்லும் என்று சொல்கிறோம். பத்தாததற்கு அது ஆக்சிஜன் அணுவுடன் சேரும் என்றும் சொல்கிறோம்.

 

1. எப்படி ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் அணுக்களானது?
   
2. ஏன் ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரான் பிரிய வேண்டும்?
   
   
3. ஏன் கம்பி வழியே சென்று ஆக்சிஜனை சேரவேண்டும்?
   

இன்னொரு சுவாரஸ்யமான விஷயம்: இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் சென்று ஒரு ஆக்சிஜனை அடையும். பின்னர் ஆக்சிஜன் அயனி இதே இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் தான் சேரும் என்று சொல்ல முடியாது. எதாவது இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் சேரும். இது குறிப்பாக மின்வேதி வினைகளில் நடக்கும்.

இதே ஹைட்ரஜனை நாம் ஆக்சிஜனுடன் ஒரு குடுவையில் கலந்து தீப்பொறியை செலுத்தினால், அங்கு எந்த ஹைட்ரஜனிலிருந்து எலக்ட்ரான் ஒரு ஆக்சிஜனுக்குப் போகிறதோ அதே ஹைட்ரஜன் அணுதான் ஆக்சிஜனுடன் சேர்ந்து இருக்கும். சொல்லப்போனால், ஒரு ஆக்சிஜனுடன் ஹைட்ரஜன் மோதி ஒட்டிக்கொள்ளும் போதுதான் அதிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜனுக்குப் போகும்.

எரிமக் கலன்களில் பல வகைகள் உண்டு. எரிமக் கலனில் முக்கியமான விஷயங்கள் என்னவென்றால்

 

• எரிபொருள். இது ஹைட்ரஜன் வாயுவாகவோ, அல்லது மெத்தனாலாகவோ அல்லது பெட்ரோலாகவோ இருக்கலாம்.
  
• உள்ளே இருக்கும் மின்வேதி பொருள் (electrolyte).
  
• வேலை செய்யும் வெப்ப நிலை (operating temperature)
  
  

இவற்றின் அடிப்படையில், எரிமக்கலன்களைக் கீழ்க்கண்டவாறு வகைப்படுத்தலாம்.

ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் என்பது எப்படி இருக்கும், எப்படி வேலை செய்யும் என்பதைப் பார்ப்போம். இதைப் புரிந்து கொள்ள, உங்களுக்கு கீழ்க்கண்ட விவரங்கள் தெரிந்திருக்க வேண்டும். இதை +2 இயற்பியலில் படித்து (மறந்து?) இருக்கலாம்.
(குறிப்பு: டிரான்ஸிஸ்டருக்கும், எரிமக் கலனுக்கும் ஒரு சம்பந்தமும் கிடையாது.
ஆனால், டிரான்ஸிஸ்டர் பற்றி எழுத தனி பிளாக் ஆரம்பிக்க சோம்பேறித்தனப்பட்டு,
இதிலேயே எழுதுகிறேன்).

 

1. ஒரு பொருள் மின்சாரத்தை எளிதில் கடத்துமா, இல்லையா என்பதைப் பொருத்து, அதை மின்கடத்தி (Electrical conductor), மின்கடத்தாப்பொருள் (Insulator) அல்லது குறைகடத்தி (semiconductor) என்று வகைப்படுத்தலாம்.
   
2. 
   சாதாரணமாக, ஒரு குறைகடத்தி வழியே மின்சாரத்தை செலுத்தினால், அது ஒரளவு சுலபமாக செல்லும். மின்கடத்தி வழியே செலுத்தினால், அது மிக சுலபமாக செல்லும். மின்கடத்தாப் பொருள் வழியே செல்லவே செல்லாது.
   
   
3. சிலிக்கன் (silicon) என்ற பொருள், ஒரு குறைகடத்தி ஆகும்.
   
   
4. குறைகடத்தியில் எலக்ட்ரான் (மின்னணு/electron) மற்றும் ஹோல் (hole) என்ற இரு வகைப் பொருள்கள் மின்சாரத்தை கடத்த உதவும். எலக்ட்ரான் என்பது நெகடிவ் மின்னூட்டம் (negative charge) கொண்டது. ஹோல் என்பது பாஸிடிவ் மின்னூட்டம் (positive charge) கொண்டது.
   
   
5. சாதாரணமாக சிலிக்கனில் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையும், ஹோல்களின் எண்ணிக்கையும் சமமாக இருக்கும்.
   
   
6. ஆனால் சிலிக்கனில் பாஸ்பரஸ் என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால் அப்போது எலக்ட்ரான்கள் எண்ணிக்கை அதிகரித்து, ஹோல்களின் எண்ணிக்கை குறையும். இவ்வாறு ஒரு பொருளை சிலிக்கனில் சேர்ப்பதற்கு மாசு சேர்த்தல் (doping) என்று பெயர். பாஸ்பரஸ் சேர்க்கப்பட்ட சிலிக்கன், N-type silicon (என் வகை சிலிக்கன்) என்று அழைக்கப்படும். Negative என்பதின் முதல் எழுத்தைக் வைத்து N என்று பெயர் வந்தது. எலக்ட்ரான்கள் (Negative Charge உடையவை) அதிகம் இருப்பதால், N-type.
   
   
7. சிலிக்கனில் பாஸ்பரஸுக்கு பதிலாக போரான் (Boron) என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால், எலக்ட்ரான்கள் எண்ணிக்கை குறைந்து, ஹோல்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும். போரான் சேர்ந்த சிலிக்கனை, P-type silicon (பி வகை சிலிக்கன்) என்று சொல்வார்கள். Positive Charge கொண்ட holes அதிகம் இருப்பதால், P-type என்று பெயர்.
   
   

8. ஒரு N-type சிலிக்கனும், P-type சிலிக்கனும் அருகருகே இருந்தால், அதில் மின்சாரம் ஒரு வழியாகத்தான் செல்லும். (ஒருவழித் தெரு போல). ஒரு பேட்டரியை வைத்து, N-type பக்கத்தில் negative இணைப்பையும், P-type பக்கத்தில் positive இணைப்பையும் கொடுத்தால், மின்சாரம் செல்லும். இதற்கு நேர்மறை சார்பு (Forward Bias) என்று பெயர்.

    

   
   
   

9. மாற்றிக் கொடுத்தால் மின்சாரம் செல்லாது. இவ்வாறு மாற்றிக் கொடுப்பதற்கு, எதிர்மறை சார்பு (Reverse Bias) என்று பெயர்.

    

   
   
   

10. இப்படி N-typeம், P-typeம் அருகில் இல்லாமல், ஒரு மின்கம்பி முழுவதும் N-type அல்லது P-type ஆக இருந்து விட்டால், அதன்வழியே மின்சாரம் இரு வழிகளிலும் செல்லும் (இருவழிப் பாதைப்போல).

    
    
    

    
    

    
    

    

மேலே கூறிய ‘உண்மைகளை’(facts) நினைவில் கொண்டால், ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் எப்படி வேலை செய்வது என்பதை சுலபமாகப் புரிந்து கொள்ளலாம்.
ஒரு டிரான்ஸிஸ்டரின் வடிவமைப்பு கீழே கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.

இது மாஸ் (MOS) டிரான்ஸிஸ்டர் எனப்படும். இதுதான் உலகில் பலவிதமான chip களையும் செய்யப் பயன்படுகிறது. நமது கம்ப்யூட்டர், செல்போன், டி.வி. என்று ஏறக்குறைய எல்லா எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களிலும் இது இருக்கிறது. MOS என்பது, Metal- Oxide- Semiconductor என்பதன் சுருக்கம். ஆனால் இந்த டிரான்ஸிஸ்டரைப் பார்த்தால், மூன்று N-type பகுதிகளும், ஒரு P-type பகுதியும், ஒரு கண்ணாடி (silicon dioxide, SiO₂)யும் இருக்கும். மெட்டல்/ உலோகம் / metal இருக்காது. பிறகு என்ன Metal - Oxide - Semiconductor?

இதற்கு காரணம், முதன் முதலாக (historically) இவ்வகை டிரான்ஸிஸ்டர் செய்ய முயன்ற பொழுது, மேலே இருக்கும் கதவுப் பகுதியில் (Gate) N-type க்கு பதிலாக, மெட்டல்/ உலோகம் பயன்படுத்தப் பட்டது. அதன் வரைபடம் கீழே இருக்கிறது.

 

மேலும் இந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களின் வரைபடத்தில், மின்சாரம் செல்லும் வழி சிவப்பு கோட்டில் கொடுக்கப்பட்டி இருக்கிறது. Electric Current??? என்று கேள்விக்குறியும் இருக்கிறது. இதன் காரணம், எல்லா சமயத்திலும் மின்சாரம் இதன் வழியே செல்லாது. கதவு அல்லது கேட்/Gate இன் மின் அழுத்தத்தை (voltage) கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், நாம் மின்சாரம் செல்ல அனுமதிக்கவோ அல்லது செல்லாமல் தடுக்கவோ முடியும். மின்சாரம் சென்றால், டிரான்ஸிஸ்டர் ‘ஆன்/ON’. இல்லாவிட்டால் ஆஃப்/ OFF.

டிரான்ஸிஸ்டர் வேலைசெய்யும் விதத்தை அடுத்த பிளாக்கில் பார்க்கலாம்.

(குறிப்பு: டிரான்ஸிஸ்டருக்கு, தமிழில் “திரிதடயம்” என்று பெயர். Transistor என்ற சொல் “Trans-Resistor" என்ற சொல்லிலிருந்து வந்தது. ஆனால், தமிழில் வழக்கில் இந்த சொற்கள் இல்லை என்பதால் நான் ஆங்கில சொற்களையே, தமிழில் (நாம் பேசுவது போல) பயன்படுத்தி இருக்கிறேன். மின்சாரம் என்பதும், Current/கரண்ட் என்பதும் பெரும்பாலும் தமிழ் பேசும் அனைவரும் புரிந்து கொள்வார்கள். அதனால், மின்சாரம் என்ற தமிழ் சொல்லை முடிந்த வரை பயன்படுத்துகிறேன். ஆனால், மின் அணு என்பதை விட, எலக்ட்ரான் என்ற சொல்தான் எளிதில் புரியும் என்று தோன்றுவதால், நாம் எலக்ட்ரான் என்ற சொல்லையே இங்கு பயன்படுத்துகிறேன். Bipolar transistor என்பதன் தமிழ் பதம் “இரு துருவ திரிதடையம்” என்பதாகும். ஆனால், அவ்வாறு எழுதினால் புரியும் வாய்ப்பு குறைவு என்பதால் நான் எழுதவில்லை.

சில சமயங்களில் ‘தமிழ் படுத்துகிறோம்' என்ற பெயரில் மக்களுக்கு புரியாத சொற்றொடர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. உதாரணமாக, சென்னை விமான நிலையத்தில், Arrival பகுதியில், “Physically Challenged" என்பதற்கு தமிழில் “ஊனமுற்றவர்களுக்காக” என்று புரியும்படி எழுதாமல் “மெய்ப்புல அறைகூவலர்க்கு” என்று எழுதி இருந்தது.

முதலில் தமிழில் படித்த எனக்கு ஒன்றும் புரியவில்லை. அப்புறம் ஆங்கிலத்திலும் படித்த பிறகு, “மெய்ப் புலம்” என்பது “Physical" என்பதன் தமிழாக்கம் என்றும், “அறைகூவல்” என்பது “Challenge" என்பதன் தமிழாக்கம் என்றும் விளங்கியது. ஆனால், “மெய்ப்புல அறைகூவலர்” என்றால் தமிழ் நாட்டில் எத்தனை பேருக்கு புரியும் என்று தெரியவில்லை!)

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/01/blog-post.html

இந்த பதிவில் இருக்கும் படங்களை click செய்தால், பெரிய (முழு) படம் வரும்.

மின்னியலில் கெபாசிடர் / Capacitor என்று ஒரு சாதனம் (device) உண்டு. அதன் வடிவமைப்பில் இரண்டு புறங்களிலும் மின்கடத்தும் தகடும், நடுவில் மின்கடத்தாப்பொருளும் இருக்கும். MOS டிரான்ஸிஸ்டரிலும், கதவு/Gate பகுதியைப் பார்த்தால், அதில் மேலே ஒரு மின்கடத்தும் பொருள் (N-type சிலிக்கன் என்ற குறைகடத்தியை ஓரளவு மின்கடத்தும் பொருளாக இங்கு கருதலாம்), நடுவில் கண்ணாடி (மின்கடத்தாப்பொருள்), கீழே இன்னொரு மின்கடத்தும் பொருள் (P-type சிலிக்கன்) இருப்பது தெரியும்.

இப்பொழுது, Source என்ற கொடுக்கும் இடத்திற்கும்,Drain என்ற செல்லும்/ வாங்கும் இடத்திற்கும் இடையே இருக்கும் P-type சிலிக்கனை, நாம் நினைத்த போது N-type சிலிக்கனாக மாற்ற முடியுமா? அப்படி மாற்ற முடிந்தால், மின்சாரம் sourceஇலிருந்து, drainக்கு செல்லும்.இல்லாவிட்டால் மின்சாரம் செல்லாது

நம்மால், இடையில் இருக்கும் சிலிக்கனை, N-type போல ”தோற்றமளிக்க” செய்ய முடியும். மேலே இருக்கும் கேட்/கதவில், நெகடிவ் மின்னழுத்தம் (negative voltage) கொடுத்தால், கெபாசிடர் போல, கீழே பாஸிடிவ் சார்ஜ்/ positive charge ஆகிய ஹோல்கள் அதிகம் வரும். இப்பொழுது P-type சிலிக்கன் வழியே மின்சாரம் செல்லாது. ஆனால், கதவில் பாஸிடிவ் மின்னழுத்தம் கொடுத்தால், கீழே நெகடிவ் சார்ஜ் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் அதிகம் வரும். அப்போது P-type சிலிகன், எலக்ட்ரான்கள் அதிகம் கொண்ட N-type போல தோற்றமளிக்கும். இப்போது மின்சாரம் source இலிருந்து drainக்கு செல்லும். இது கீழேஇருக்கும் வரைபடத்தில் கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.

கதவில், ஆக்சைடுக்கு மேலே பாஸிடிவ் மின்னழுத்தம் கொடுத்தால், கீழே எலக்ட்ரான்கள் வரக் காரணம் என்ன? மின்புலம் என்ற எலக்ட்ரிக் ஃபீல்டு (electric field) ஆக்சைடு வழியே சென்று அடுத்த பக்கத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்களை ஈர்ப்பதால், கதவுக்கு கீழே எலக்ட்ரான்கள் வருகின்றன. இதனால், இந்த வகை டிரான்ஸிஸ்டர்களுக்கு, Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor அல்லது MOSFET (மாஸ் ஃபெட்) என்று பெயர். ஆனால், இதை முழுவதும் சொன்னால் வாய் வலிக்கும் என்பதால், சுருக்கமாக மாஸ் என்று சொல்வார்கள்.

இந்த MOS டிரான்ஸிஸ்டரின் அடிப்படையில்தான் நாம் சமீப காலத்தில் பயன்படுத்தும் Pen Drive என்ற ஃப்ளாஷ் மெமரி/ Flash memory வேலை செய்கிறது. சாதாரணமாக, CD, DVD, Hard drive ஆகியவற்றில் ஒளி மூலமோ, காந்தம் மூலமோ விவரங்கள் சேமிக்கப்படும்.அவற்றில் நகரும் பாகங்கள் (moving parts) இருக்கும். CD, DVD, normal Hard drive எல்லாவற்றிலும் அவை உண்டு. ஆனால், டிரான்ஸிஸ்டரின் அடிப்படையில் செய்யப்படும் ஃப்ளாஷ் மெமரியில் நகரும் பகுதி கிடையாது. அதனால் இது அவ்வளவு சீக்கிரம் வேலை செய்யாமல் போக வாய்ப்பு இல்லை.

ஃப்ளாஷ் மெமரி Flash Memory என்பது, Non-volatile memory என்ற வகையைச் சார்ந்தது. மெமரி அல்லது நினைவகத்தை இரண்டு வகைப் படுத்தலாம். ஒன்று volatile எனப்படும். ஆங்கிலத்தில் Volatile என்பதை தமிழில் மொழிபெயர்த்தால், ‘எளிதில் ஆவியாகும் தன்மை உடைய” என்று சொல்லலாம். ஆனால், இந்த இடத்தில், “தற்காலிகமான” என்று கூறினால், பொருள் சரியாக இருக்கும்.

உதாரணமாக, நம் கணினியில் உள்ள RAM என்ற நினைவகம், கணினி ‘ஆன்’ ஆகியிருக்கும் பொழுது வேலை செய்யும். இது தற்காலிக நினைவகம். திடீரென்று மின்சாரம் போய்விட்டால் (UPS power supply இல்லை என்றால்), நீங்கள் வேலை செய்து கொண்டிருக்கும் எல்லா மென்பொருள்களும் காலி! ஆனால், Hard diskஇல் உள்ள விஷயங்கள் அப்படியே இருக்கும். ஏனென்றால், ஹார்ட் டிஸ்க், நிரந்தர நினைவகம். இது Non-volatile memory என்ற வகையச் சார்ந்தது.

Non - volatile, நேரடி மொழி பெயர்ப்பு - ஆவியாகாத, பொருத்தமான மொழிபெயர்ப்பு - நிரந்தரமான. நிரந்தரமான நினைவகத்தில், மின்சாரம் இல்லா விட்டாலும், உள்ளே இருக்கும் விஷயங்கள் மறைந்து போகாது

.

ஃப்ளாஷ் நினைவகத்தில் இருக்கும் டிரான்ஸிஸ்டரின் வரைபடம் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

இதில் இரண்டு கதவுகள் இருக்கின்றன. இதை Dual Gate என்று கூறுவார்கள். இதில் மேலிருக்கும் கதவு “கட்டுப்படுத்தும் கதவு” / Control gate என்றும், கீழே இருப்பது ‘மிதக்கும் அல்லது மாறும் கதவு” / Floating gate என்றும் கூறப்படும். இடையில் சிறிய அளவு கண்ணாடி (Oxide) இருப்பதையும் கவனிக்கவும்.

நமக்கு ஏற்கனவே இந்த டிரான்ஸிஸ்டரில், கதவு (அதாவது மிதக்கும் கதவு) பாஸிடிவ் ஆக இருந்தால், அது ‘ஆன்' என்றும், இல்லையென்றால் அது 'ஆஃப்' என்றும் தெரியும். இப்பொழுது, கட்டுப்படுத்தும் கதவில் அதிக அளவு பாஸிடிவ் மின் அழுத்தம் (high positive electrical voltage) கொடுத்தால், எலக்ட்ரான்கள், இரண்டு கதவுகளுக்கும் இடையே உள்ள கண்ணாடி வழியே பாய்ந்து மேலே வந்து விடும். கண்ணாடி மின்கடத்தாப் பொருள்தான். ஆனாலும், சிறிய அளவிலான கண்ணாடி வழியே Quantum Tunneling என்ற முறையில் வரும். இப்பொழுது, கீழே இருக்கும் கதவு எலகட்ரான்களை இழந்து விட்டதால், பாஸிடிவ் ஆக இருக்கும். நீங்கள் மேலே இருக்கும் கட்டுப்படுத்தும் கதவுக்கு இனிமேல் பாஸிடிவ் அழுத்தம் கொடுக்க வேண்டியதில்லை. டிரான்ஸிஸ்டர் ஆன் நிலையிலேயே இருக்கும். இந்த
டிரான்ஸிஸ்டரை ஆஃப் நிலைக்கு கொண்டு வர, மேலிருக்கும் (கட்டுப்படுத்தும்) கதவிற்கு, அதிக அளவு நெகடிவ் மின்னழுத்தம் கொடுக்க வேண்டும். அப்போது, சில எலக்ட்ரான்கள், கண்ணாடி வழியே பாய்ந்து, மிதக்கும்/மாறும் கதவை வந்தடைந்து, ஏற்கனவே இருக்கும் பாஸிடிவ் மின்னூட்டத்தை சரிசமமாக்கும் (neutralize). இதன்மேல், கட்டுப்படுத்தும் கதவில் நாம் மின் அழுத்தம் செலுத்த வேண்டாம்.

இம்முறையில், நாம் ஒரு முறை ‘மிதக்கும்/மாறும்' கதவில் பாஸிடிவ் மின்னூட்டத்தை சேர்த்துவிட்டால், அதன் பிறகு (நாமாக நெகடிவ் மின்னழுத்தம் கொடுக்கும் வரை) டிரான்ஸிஸ்டர் எப்போழுதும் ஆன் ஆகவே இருக்கும். இதை ‘1' என்றும், ஆஃப் ஆக இருப்பதை ‘0' என்றும் வைத்துக் கொண்டால், இந்த வகை டிரான்ஸிஸ்டர்களை வைத்து hard disk செய்யலாம். நாம் அதிகம் பயன்படுத்தும் பென் டிரைவ் Pen drive என்பது இந்த flash memory தான்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/01/transistor-operation.html

இதற்கு முன் MOS என்ற வகை டிரான்ஸிஸ்டரின் அமைப்பையும் அது வேலை செய்யும் விதத்தைப் பற்றியும் பார்த்தோம். டிரான்ஸிஸ்டர்களில் பல வகைகள் உள்ளன. அவற்றில் மிக அதிகமாகப்பயனில் உள்ளது MOS டிரான்ஸிஸ்டர்களே. அதனால் தான் மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டர் பற்றி முதலில் பார்த்தோம்.

ஆனால், நாம் பெரும்பாலும் பள்ளிக்கூடத்தில் படிக்கும்பொழுது இதைப்பற்றி ஒன்றும் சொல்ல மாட்டார்கள். அங்கு N-P-N என்ற டிரான்ஸிஸ்டர் பற்றியும், P-N-P என்ற டிரான்ஸிஸ்டர் பற்றியும் மட்டுமே படித்திருப்போம். அதற்கு காரணம், முதன்முதலாக கண்டுபிடிக்கப் பட்ட (அ) தயாரிக்கப் பட்ட டிரான்ஸிஸ்டர் அந்த N-P-N டிரான்ஸிஸ்டர்தான். தவிரவும், நாம் படிக்க ஆரம்பிக்கும் பொழுது, N-P டையோடு என்ற சாதனத்தைப் பற்றி படிப்போம். அடுத்து N-P-N என்பதைப் பற்றி படிப்பது சுலபம் என்ற எண்ணத்திலும் அந்த டிரான்ஸிஸ்டர்கள் பற்றி பாடத்தில் கொடுத்திருக்கலாம்.

N-P-N, P-N-P ஆகிய டிரான்ஸிஸ்டர்களை, பை-போலார் டிரான்ஸிஸ்டர் (Bipolar transistor) என்று சொல்வார்கள். Polarity என்பது பாஸிடிவ் அல்லது நெகடிவ் என்ற வேறுபாட்டை சுட்டிக்காட்டும் சொல். உதாரணமாக, பேட்டரியில் ஒரு முனை நெகடிவ் போலாரிடி (Negative polarity) என்றும், மற்ற முனை பாஸிடிவ் போலாரிடி (positive polarity) என்றும் சொல்லப்படும். மற்றொரு உதாரணமாக, உலகத்தில் வடக்கு முனையை நார்த் போல் (North Pole) என்றும், தெற்கு முனையை சௌத் போல் (South Pole) என்றும் சொல்லலாம்.

"Bi" என்பதற்கு, இரண்டு என்று பொருள் ( உதாரணமாக, இரண்டு சக்கரம் இருப்பதால் நாம் சாதாரணமாக பயன்படுத்தும் சைகிளுக்கு Bicycle என்று பெயர்). Bipolar என்றால், இரு வித போலாரிட்டியும் கொண்ட டிரான்ஸிஸ்டர் என்று பெயர். N-P-N டிரான்ஸிஸ்டரில் "N" (அதாவது நெகடிவ் டைப் சிலிக்கன்) மற்றும் “P" (அதாவது பாஸிடிவ் டைப் சிலிக்கன்) இரண்டும் இருக்கின்றன. ஆனால், மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டரில் முழுதும் N வகை இருக்கும். அல்லது முழுதும் P வகைதான் இருக்கும்.

இந்த பை-போலார் டிரான்ஸிஸ்டர்களை ‘அனலாக்' டிரான்ஸிஸ்டர் என்றும் சொல்வார்கள். அதைப்போலவே, மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டர்களை ‘டிஜிட்டல்' டிரான்ஸிஸ்டர் என்றும் சொல்வார்கள். அனலாகுக்கும் டிஜிட்டலும் என்ன வித்தியாசம்? ஏன் டிஜிட்டல் டிரான்ஸிஸ்டரான மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டர் மட்டும் அதிக அளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது? எங்கு அனலாக் டிரான்ஸிஸ்டரைப் பயன்படுத்துகிறோம்?

டிரான்ஸிஸ்டர்களைப் பொறுத்த வரை, டிஜிட்டல் என்பது ”ஒன்று ஆன், அல்லது ஆஃப்” என்ற நிலையைக் குறிக்கும். உதாரணமாக, நமது வீட்டில் உள்ள 60 வாட்ஸ் விளக்கை நாம் ‘ஆன்' அல்லது 'ஆஃப்' செய்யலாம். சுவிட்சை பாதி அழுத்தி, 30 வாட்ஸ் விளக்கு போல எரிய வைக்க முடியாது. (வோல்டேஜ் குறைந்தால், அது 30 வாட்ஸ் விளக்கு போல எரியும், அது வேறு விஷயம். நாம் சுவிட்சை ஒன்று ஆன் அல்லது ஆஃப் தான் செய்ய முடியும் என்பதுதான் இங்கு சொல்ல வரும் விஷயம்). இவ்வாறு இருப்பது ‘டிஜிட்டல்' எனப்படும்.

ஆனால், நமது TVS XL / டி.வி.எஸ். எக்செல், அல்லது ஸ்கூட்டி Scooty வண்டிகளில், ஆக்சிலரேட்டரை கொஞ்சம் முறுக்கினால், வண்டி மெதுவாக செல்லும். சற்று அதிகம் முறுக்கினால், இன்னும் வேகமாக செல்லும். மிக அதிகமாக முறுக்கினால், அதிவேகமாக செல்லும். இவ்வாறு முறுக்கும் (தூண்டுதலின்) அளவிற்கு ஏற்ப செயல் நடந்தால், அது Analog / அனலாக் என்று சொல்லப்படும்.

N-P-N (அல்லது P-N-P) டிரான்ஸிஸ்டர்களில், கதவில் கொஞ்சம் மின் அழுத்தம் (voltage) கொடுத்தால், டிரான்ஸிஸ்டரில் கொஞ்சம் மின்சாரம் (current) போகும். அதிகம் மின் அழுத்தம் கொடுத்தால் அதிகம் மின்சாரம் போகும். அதனால், இந்த வகை டிரான்ஸிஸ்டர்கள் அனலாக் ஆகும். ஆனால், மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டர்களில், ஒன்று ஆன் அல்லது ஆஃப் தான் இருக்கும். (அதாவது கதவில் சரியான மின் அழுத்தம் கொடுத்தால், ஓரளவு மின்சாரம் போகும். அதிகமாக மின் அழுத்தம் கொடுத்தாலும் அதே அளவுதான் மின்சாரம் போகும். மின் அழுத்தம் குறிப்பிட்ட அளவிற்கு குறைந்தால், மின்சாரமே போகாது). அதனால், மாஸ் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் ‘டிஜிட்டல்' டிரான்ஸிஸ்டர்கள் ஆகும்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/01/types-of-transistors.html

குறுக்கு அலை (transverse wave) என்ற அலைகளின் பண்புகள்,அவற்றைப் பற்றி நமது புரிதல்கள் ஆகியவற்றை அடுத்த சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம். குவாண்டம் இயற்பியலை நன்கு புரிந்துகொள்ள இது கொஞ்சம் உதவும். இந்தப் பதிவில் அளவு (amplitude), கட்டம் (phase), பீரியட் (period) ஆகியவை பற்றி பார்க்கலாம்.

ஒளி போன்ற மின்காந்த அலைகள் எல்லாம் குறுக்கு அலைகள் (ஆங்கிலத்தில் டிரான்ஸ்வர்ஸ் வேவ்) என்று சொல்லப்படும். இவற்றை, சைன் (sine) அல்லது கொசைன் (cosine) என்ற கணித சமன்பாட்டில் எழுதலாம். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு சைன் வேவின் படம் கீழே கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.



இந்தப் படத்தில்,X கோட்டில் நேரமும் (time) Y கோட்டில் அளவும்( amplitude) இருக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, நமது வீட்டில் துணி உணர்த்த, இரு சுவர்களுக்கு இடையே நாம் கம்பி கட்டி இருக்கலாம். இந்தக் கம்பியை இழுத்து விட்டால் என்ன ஆகும்? அது மேலும் கீழும் சென்று , அதிர்ந்து, அப்புறம் கொஞ்ச நேரத்தில் அமைதியாகி பழைய படி வந்து விடும். இன்னொரு எடுத்துக்காட்டாக, வீணையில் இருக்கும் கம்பியை மீட்டினாலும், அதிர்ந்து, ஒலி எழுப்பி, பின்னால் மெதுவாக நின்று விடும்.

இழுத்து விட்டதும், இந்த கம்பியில் இருக்கும் ஏதாவது ஒரு புள்ளியை எடுத்துக் கொண்டு, அதன் நிலை (position) எப்படி மாறுகிறது என்று கணக்கு போட்டு பார்த்தால், அது சைன் வேவ் என்று வரும்.

• இங்கு சில விஷயங்களை விட்டு விடலாம். அதாவது அந்த கம்பியின் எடை மிக மிகக் குறைவு, காற்றில் உராய்வினால் பெரிய பாதிப்பு இல்லை, இப்படி சில assumptions உண்டு

அதாவது, முதலில் படத்தில் பார்த்தது போல நேரம் பாசிடிவ் ஆக இருக்கும் பொழுது, அதன் இடத்தை அல்லது நிலையை, ஒரு சைன் வேவ் வைத்து சொல்லி விடலாம். இதை சமன்பாட்டில் சொன்னால்,

‘புள்ளியின் உயரம் /வளம் = h = sin(t)' என்று சொல்லலாம்.

இந்த நேரத்தை எப்படி தொடங்குவது? இந்தப் புள்ளி நடுவில் இருக்கும்பொழுது கடிகாரத்தை ஓடவிட்டால், நாம் ‘பூஜ்யம் நேரத்தில், இது நடுவில் இருக்கிறது. நேரம் அதிகமானால், அது மேலே செல்கிறது, பிறகு கீழே வருகிறது' என்று சொல்லலாம்.

அதற்கு பதிலாக, புள்ளி மேலே இருக்கும்பொழுது கடிகாரத்தை ஓட விட்டால்?

”பூஜ்ய நேரத்தில் இது மேலே இருக்கிறது, நேரம் அதிகமானால் அது கீழே போகும், மறுபடி மேலே வரும்” என்று சொல்லலாம்.




இப்படி சொல்லும்பொழுது, இந்த சமன்பாடு மாறிவிடும். இப்போது

‘புள்ளியின் உயரம் = h = sin(t+P)'.

இந்த மாறிவிட்ட சமன்பாட்டில் வரும் ‘P' என்ற எழுத்துக்கு, கட்டம் அல்லது phase என்று பெயர்.

சரி, இந்த புள்ளி அதிக பட்சம் எவ்வளவு உயரம் போகலாம்? நாம் கம்பியை அதிக தூரம் இழுத்து விட்டால், அது அதிக உயரம் போகும்; இல்லை குறைந்த தூரம் இழுத்து விட்டால், குறைந்த தூரம் போகும். இந்த புள்ளி போகக்கூடிய அதிக பட்ச உயரம் ஆங்கிலத்தில் maximum amplitude என்று சொல்லப்படும். தமிழில், ‘அதிக பட்ச வளம்' என்று சொல்லலாம். மேலே பார்த்த எடுத்துக்காட்டில், அது ஒரு செ.மீ. உயரம் மட்டுமே போகும் என்று இருந்தது. இதே குறைந்த தூரம் இழுத்து விட்டால், அரை செ.மீ. உயரம் மட்டுமே போகும். இந்த எடுத்துக்காட்டில், கடிகாரத்தை நாம் இந்தப் புள்ளி கீழே இருக்கும்பொழுது ஆன் செய்வதாக வைத்துக் கொள்வோம். அப்போது, கீழே இருக்கும் படத்தில் இருப்பது போல இருக்கும்.



இதன் சமன்பாடு, ‘புள்ளியின் உயரம் = h = 0.5 sin(t+P)' என்று இருக்கும். இந்த இடத்தில், P என்பதற்கு சுமார் -1.57 என்ற மதிப்பு இருக்கும். துல்லியமாக சொல்லப் போனால், பை (PI)என்ற எண்ணில் பாதியாகும்.



இந்த புள்ளி, ஒரு இடத்தில் (நடுவில் என்று வைத்துக் கொள்வோமே) ஆரம்பித்து, மேலே சென்று, பின் நடுவில் வந்து, அப்புறம் கீழே சென்று , மறுபடி நடுவில் வந்து மேலே செல்லப் போகிறது. இப்படி, ”அதே இடத்திற்கு திரும்பி வந்து, அதே திசையில் நகர்வதற்கு எவ்வளவு நேரம் எடுத்துக் கொள்கிறது?” என்று கேட்டால், ‘ஒரு விநாடி” அல்லது “10 விநாடிகள்' என்று நிலைமையைப் பொருத்து பதில் வரும். இதை வைத்து period பீரியட் என்பதை சொல்லலாம்.



இதை படத்தில் பார்த்தோமானால், இந்த உதாரணத்தில் சுமார் 6.3 நொடிகள் ஆகின்றன என்பது தெரியும். இதையும் துல்லியமாக சொன்னால், 2*PI என்று சொல்ல வேண்டும். PI என்ற எண்ணின் மதிப்பு சுமார் 3.14 ஆகும். அதனால், 2*PI என்பது சுமார் 6.3 நொடிகள் ஆகின்றன.

இந்த சமயத்தில் படத்தை நன்றாக கவனியுங்கள். முதலில் சிவப்பு புள்ளி வந்த பிறகு, அடுத்த பச்சை நிறப் புள்ளியில், அதே நடுநிலைக்கு வந்தாலும் கூட, அதை நாம் கணக்கில் சேர்ப்பதில்லை. ஏன்? ஏனென்றால், அப்போது, அது கீழே நோக்கி போய்க்கொண்டு இருக்கிறது. நமது புள்ளி, ஆரம்பிக்கும்பொழுது, முதல் சிவப்பு வட்டத்தில், நடுவில் இருப்பது மட்டும் இல்லை, அது மேலே பார்த்து போய்க்கொண்டு இருக்கிறது. அதனால், மறுபடியும் அது எப்போது நடுவில் வந்து மேலே பார்த்து போகிறதோ அப்போதுதான் ஒரு பீரியட் என்று சொல்ல வேண்டும்.


இப்போது பார்த்த அலை ‘தூய அலை' (pure wave) அல்ல. தூய அலை என்றால் என்ன, அலை குறுக்கீடு (interference) என்றால் என்ன என்பதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.
அதற்கு அடுத்து ஃபூரியெ மாற்றம் பற்றி மூன்றாம் பதிவில் பார்க்கலாம். கடைசியாக, இதற்கும் குவாண்டம் இயற்பியலுக்கும் இருக்கும் தொடர்பு என்ன என்பதை நான்காம் பதிவில் பார்ப்போம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/09/wave-mechanics-introduction-1.html

அலைநீளம், அலையின் வேகம், தூய அலை (pure wave) ஆகியவை பற்றி இந்தப் பதிவில் பார்க்கலாம்.
இதற்கு முந்திய பதிவில் அலையின் வளம் (amplitude), கட்டம் (phase), அதிர்வெண் (frequency), பீரியட் (period) ஆகியவற்றைப் பார்த்தோம். இந்த இடத்தில், அலைநீளம், அலையின் வேகம் ஆகியவற்றையும் பார்க்கலாம்.

ஒரு நூல் அல்லது கம்பியானது, இரண்டு சுவர்களுக்கு நடுவில் இருப்பதாகவும், அந்த நூலின் இரு முனைகளும் இரண்டு சுவர்களிலும் இணைக்கப்பட்டு இருப்பதாக கற்பனை செய்து கொள்ளவும்.
நூல் முழுவதும் வெள்ளையாக இருக்கும், ஆனால், நடுவில் ஒரு இடத்தில் மட்டும் நீல நிற இங்க் பட்டு ஒரு சிறிய புள்ளி நீல நிறமாக இருக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம்.


இப்போது இந்த நூலை சிறிது கீழே இழுத்து விட்டால், அது அலைகள் போல மேலும் கீழும் அதிரும். ஒரு வீடியோ காமிராவை வைத்து, இதைப் படம் பிடித்தால், இந்த நீல நிறப் புள்ளியானது, எந்த சமயத்தில் எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்பதை சொல்ல முடியும். அதைத்தான் நாம் முந்திய பதிவில் வளம் என்பதை Y-axis இலும், நேரத்தை X-axis இலும் வரைந்து பார்த்தோம். அதே படத்தை மீண்டும் கீழே பார்க்கலாம்.



ஆனால், இந்த நீலப் புள்ளியை மட்டும் பார்க்காமல், மொத்த நூலையும் ஒரு சமயத்தில் பார்த்தால்? அதாவது, வீடியோவை பாஸ் (pause) செய்து பார்த்தால் எப்படி இருக்கும்? அந்தப் படம் கீழே இருக்கிறது.

இந்தப் படத்தில் அலை நீளம் என்று ஒன்று இருப்பதை பார்க்கலாம். இது, அலையில் ஒரேமாதிரி இருக்கும் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் என்று சொல்லலாம். அதாவது, ஏதாவது ஒரு நேரத்தில், இந்த நூலை (அலையை) ஒரு போட்டோ எடுத்தால், அதில் அடுத்து அடுத்து வரும் மேடு (அல்லது பள்ளம் ) இரண்டுகளுக்கு இடையே உள்ள தொலைவு அலை நீளம் ஆகும்.
அலை நீளம் என்பது 1 செ.மீ. அல்லது 1 மீட்டர் அல்லது 1 நே.மீ என்று சொல்லப் படலாம்.

இந்த சமயத்தில், பீரியட் என்பதற்கும், அலை நீளத்திற்கும் உள்ள வித்தியாசத்தை நன்றாக கவனிக்க வேண்டும். பீரியட் என்பது, நூலில் ஏதாவது ஒரு புள்ளியை மட்டும் எடுத்துக் கொண்டு, அது நேரம் மாற மாற எப்படி அசைகிறது என்பதை கண்காணித்து, அசைவு (அல்லது வளம்) என்பதை நேரத்திற்கு எதிரே படம் வரைந்து, எந்த இரண்டு சமயங்களில் அந்த புள்ளி ஒரே அளவு வளம் கொண்டு, ஒரே திசையில் நகர்கின்றதோ அந்த இரண்டு சமயங்களுக்கு இடையே உள்ள நேரம்தான் பீரியட். பீரியட் என்பது 1 நொடி அல்லது 1 நிமிடம் அல்லது 1 மில்லி செகண்ட் என்று சொல்லப்படலாம்.

பீரியடை திருப்பிப் போட்டால் வருவது அதிர்வெண்.

அதிர்வெண் = 1/ பீரியட்.

அதிர்வெண் என்பது 1/நொடி என்று சொல்லப்படலாம். இதை ஹெர்ட்ஸ் என்று சொல்வார்கள். ஒரு நொடிக்கு எவ்வளவு முறை திரும்பத்திரும்ப ரிப்பீட் ஆகும் என்பதுதான் அதிர்வெண். கம்ப்யூட்டரில் 3 GHz என்று சொல்வது, ஒரு குறிப்பிட்ட கணக்கை அல்லது செயலை அது ஒரு நொடியில் 300 கோடி முறை திரும்பத்திரும்ப செய்ய முடியும் என்பதை குறிக்கிறது. kHz என்றால் 1000, MHz என்றால் 10 லட்சம், GHz என்றால் 100 கோடி, எனவே 3GHz என்றால் 300 கோடி.

அலை நீளத்தையும், அதிர்வெண்ணையும் பெருக்கினால் வருவது அலையின் வேகம். எ.கா. அலை நீளம் 1 செ.மி.. அதிர்வெண் 5 Hz , அதாவது நொடிக்கு 5 முறை அல்லது 5 / நொடி. இரண்டையும் பெருக்கினால் வருவது 1*5 செ.மீ/நொடி = 5 செ.மீ/நொடி . இதுதான் அலைவேகம்.

ஒரு அலையின் வேகம் அந்த அலையின் தன்மையையும், அது செல்லும் பொருளையும் பொருத்து இருக்கும்.

அதிர்வெண் அதிகம் என்றால் வேகம் அதிகம் என்று பொருள் அல்ல. அதிர்வெண் என்பது ஒரு புள்ளியே எவ்வளவு வேகமாக அதிர்கிறது என்றுதான் சொல்லும். அந்த இடத்திலேயே சும்மா அடித்துக்கொண்டு இருப்பது அதிர்வெண்ணைக் கூட்டும். ஆனால் அலையின் வேகத்தை கூட்டாது.

எடுத்துக்காட்டாக, நாம் ரேடியோவில் கேட்கும் எல்லா நிகழ்ச்சிகளும் மின்காந்த அலைகள் மூலம் வருகின்றன. எல்லா ரேடியோ ஸ்டஷனில் இருந்து வரும் அலைகளின் வேகம் ஒன்றுதான். ஆனால், அவற்றின் அலை நீளம் (99 மீட்டர், 110 மீட்டர்) மாறினால், அதிர்வெண்ணும் மாறித்தான் இருக்கும்.

சரி இப்போது நூலில் ஒரு புள்ளியை மட்டும் எடுத்துக்கொண்டு, தூய அலை என்றால் என்ன என்று பார்க்கலாம். நாம் பார்த்த எடுத்துக்காட்டில், நூலை நாம் இழுத்து விட்டதால் அது அதிர்கிறது. அதற்கு முன் நூல் அதிரவில்லை.

இப்போது, இந்த புள்ளியின் வளத்தை நேரத்துடன் நாம் படமாகப் பார்த்தால், உண்மையில் எப்படி இருக்கும்? படத்தில் நேரத்தை பூஜ்யத்தில் ஆரம்பிக்காமல், ஆதிகாலத்தில் தொடங்கி (மைனஸ் இன்ஃபினிடி - infinity), கடைசிவரை ( ப்ளஸ் இன்ஃபினிடி + infinity) போனால் ?


இது பூஜ்ய நேரத்திற்கு முன்னால் ஒரே இடத்தில் இருக்கிறது, எனவே இது எல்லா சமயங்களிலும் சைன்வேவ் போல இல்லை. ஒரு குறிப்பிட்ட நேரம் முதல் வேறு ஒரு நேரம் வரை, அல்லது முடிவில்லாத நேரம் வரைதான் சைன் வேவ் போல இருக்கிறது.

ப்யூர் வேவ் அல்லது தூய அலை என்பது எல்லா சமயங்களிலும் சைன் வேவ் போல இருக்க வேண்டும். ஆதிமுதல் அந்தம் வரை சைன் வேவ் போல இருப்பதுதான் தூய அலை.




அடுத்த பதிவில் ஃபூரியெ மாற்றம் பற்றி பார்க்கலாம். ஃபூரியெ மாற்றம் என்றால் என்ன? இதற்கும் ஒரு எடுத்துக்காட்டு.

மேலே பார்த்த கம்பியில் அல்லது நூலில், தூய அலை இருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். அதில் நீல நிறப் புள்ளி எப்படி நகர்கிறது என்பதை ஒருவர் உங்களுக்கு விளக்குகிறார்.

”புள்ளி மேலே செல்லும், அடுத்த நொடியில் நடுவில் வரும், அடுத்த நொடி கீழே வரும், நாலாவது நொடி மறுபடி நடுவில் வரும், ஐந்தாவது நொடி மேலே செல்லும், ஆறாவது நொடி நடுவில் வரும், ஏழாவது நொடி கீழே வரும்” என்று அரை மணி கதை சொன்னால் என்ன சொல்வீர்கள்?

“

• புள்ளி சைன் வேவ் மாதிரி வரும்
• ஐந்து நொடிக்கு ஒருமுறை அதே இடத்திற்கு வரும்
• இப்படி தொடர்ந்து நடந்துகிட்டு இருக்கும்

என்று சொன்னால் மேட்டர் ஓவர், இதை எதுக்கு மெகா சீரியல் மாதிரி இழுத்துக்கிட்டு இருக்கே?” என்று கேட்பீர்கள் இல்லையா?

இப்படி தூய அலைகளை சுருக்கமாக சொல்வதுதான் ஃபூரியெ மாற்றத்தின் தன்மை. அதை பார்த்து விட்டு, அலை குறுக்கீடு (interference) பற்றியும், பல அலைகள் கலந்த கலப்பு அலைகள் தனித்தனியாக தரம் பிரிக்க ஃபூரியெ மாற்றம் எப்படி உதவுகிறது என்பதையும் பார்க்கலாம்.

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/09/2.html

ஒரு அலையுடன் இன்னொரு அலை சேர்ந்தால், அது அலை குறுக்கீடு அல்லது இன்டர்ஃபரன்ஸ் (Interference) என்று சொல்லப்படும். ஒரு அலையுடன் பல வேறு வேறு அலைகள் சேர்ந்தாலும் அது குறுக்கீடுதான். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குறிப்பிட்ட அலை நீளம் உள்ள அலை (1) உடன், வேறு அலைநீளம் உள்ள அலை (2) சேர்ந்தால் என்ன ஆகும்? அதை, கீழே இருக்கும் படத்தில் பார்க்கலாம்.

இங்கு படத்தில் பூஜ்யம் நேரம்முதல் காண்பித்து இருந்தாலும், இவை ஆதி முதல் அந்தம் வரை இருக்கும் தூய அலைகள் என்று கற்பனை செய்து கொள்வோம். இந்தப் படத்தில் பார்க்கும்பொழுது, மூன்றாவது பகுதியை மட்டும் பார்த்தால், நாம் அதை ஒரு சைன் வேவ் மாதிரி என்று சொல்லவே முடியாது. ஆனால் உண்மையில் அது இரண்டு சைன் வேவ்களின் கலப்புதான். சில சமயங்களில், முதல் அலையும், இரண்டாம் அலையும் ஒரேபோல மேலே இருக்கும். அப்பொழுது, கலப்பு அலையும் மேலே இருக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு நொடி நேரத்தில் பார்த்தால் இரண்டு அலைகளுமே மேலே இருக்கும், அதனால், கலப்பு அலையும் மேலே இருக்கும். ஆனால், இரண்டு நொடியில் பார்த்தால், முதல் அலை கொஞ்சம் மேலேயும், இரண்டாம் அலை நிறைய கீழேயும் இருக்கும். அதனால் கலப்பு அலை ஏறக்குறைய பூஜ்யம் ஆகிவிடும்.

இந்த இரண்டு அலைகளும் சம வளம் (equal amplitude) கொண்டவை. அதற்கு பதில், ஒரு அலைக்கு கொஞ்சம் சிறிய வளம் இருந்தால், படம் இன்னமும் மாறும். அந்த எடுத்துக்காட்டு கீழே இருக்கிறது.

மேலிருக்கும் படத்தில், இரண்டாம் அலையின் பாதிப்பு குறைவாக இருப்பதால், கலப்பு அலையானது, ஏறக்குறைய முதல் அலை போலவே இருக்கும். ஆனால் கொஞ்சம் மாறுதல் தெரியும்.

இப்பொழுது, முதல் எடுத்துக்காட்டில், கலப்பு அலைகளை மட்டுமே பார்த்தால், நம்மால் “இந்த அலையானது இரண்டு தூய அலைகளின் கலப்பு ஆகும். ஒரு அலை 6.3 நொடி பீரியட் (அல்லது 1/6.14 அதிர்வெண்) கொண்டது, இன்னொரு அலை 3.14 நொடி பீரியட் (அல்லது 1/3.14 அதிர்வெண்) கொண்டது. இரண்டுமே சமமான வளம் கொண்டவை” என்று சொல்ல முடியுமா?

அதைப்போலவே இரண்டாவது எடுத்துக்காட்டில், ‘இதுவும் முன்பைப் போலத்தான், ஆனால், முதல் அலையின் வளம் 1 செ.மீ, இரண்டாவது அலையின் வளம் அரை செ.மீ.” என்று சொல்ல முடியுமா?

பொதுவாக ஒரு அலை போன்ற வடிவம் வந்தால், அது எந்த எந்த தூய அலைகளின் கலப்பு, அந்த தூய அலைகளின் வளம் என்ன என்பதை சொல்ல முடியுமா?

இப்படி கேள்விமேல் கேள்வி கேட்டுக்கொண்டு இருந்தால் படிப்பவர்கள் 'விட்டால் போதும்' என்று ஓடமாட்டார்கள் என்று சொல்ல முடியுமா? :-)

கலப்பு அலையின் வளத்தை நேரத்திற்கு ஏற்ப வரைந்தால் (மேலே இருக்கும் படங்கள் போல வரைந்தால்), இந்த கேள்விகளுக்கு பதில் சொல்ல முடியாது. ஆனால், இதையே வளத்தை, அதிர்வெண்ணுக்கு ஏற்ப வரைந்தால் சுலபமாக பதில் சொல்ல முடியும்.

இதற்கு முந்திய பதிவில், ஒரு தூய அலையைப் பற்றி முழுமையாக, அதே சமயம் சுருக்கமாக சொல்லவேண்டும் என்றால் அதன் வளம், அதிர்வெண் ஆகிய இரண்டை மட்டும் சொன்னால் போதும் என்று பார்த்தோம்.

அதாவது ‘சைன் வேவ், அதிகபட்ச வளம் 1 செ.மீ, ஆறு நொடிக்கு ஒரு முறை மீண்டும் மீண்டும் வரும்' என்று சொன்னால் போதும். அதை வைத்து, ஆதி முதல் அந்தம் வரை இந்த சைன் வேவை வரைந்து விடலாம். சினிமா பாணியில் சொன்னால், ‘ஒரு தடவ சொன்னா, நூறு தடவ சொன்ன மாதிரி'.

இதை, நாம் வளம் vs அதிர்வெண் என்ற படத்தில் வரைந்தால், அது ஒரு புள்ளியாக வந்து விடும். பீரியட் 6.14 நொடி என்றால், அதிர்வெண் = 1/6.14 = சுமார் 0.163 ஹெர்ட்ஸ்.

a href="http://4.bp.blogspot.com/_hjSrlAJAxhg/SM_n-f-dogI/AAAAAAAAAVA/dhCOaE3jfic/s1600-h/freq.1.jpg" onblur="function onblur() { try {parent.deselectBloggerImageGracefully();} catch(e) {} }">

ஒரு நொடி யோசித்துப் பாருங்கள், பழைய படத்தில் (அதாவது வளம் vs நேரம் என்ற படத்தில்), ஒரு முடிவில்லாத வளைந்து வளைந்து செல்லும் கோடு (சைன் வேவ்) ஒன்றைப் பற்றிய எல்லா விவரங்களையும், இந்தப் படத்தில் ஒரே ஒரு புள்ளியில் சொல்லிவிடலாம்! ஆச்சரியமாக இருக்கிறது அல்லவா?

நாம் இப்படி வரைந்து இருப்பது ‘அதிர்வெண் விவரம்' அல்லது Frequency domain என்று சொல்லப்படும். பொதுவாக நாம் எதை அளந்தாலும் (வெப்ப நிலை, ஒரு பொருளின் இடம், வேகம், அழுத்தம் என்று எதை அளந்தாலும்), அது நேரத்தை பொருத்து மாறுகிறதா, அப்படி மாறினால், எவ்வளவு மாறுகிறது என்று அளப்போம். அது ‘நேர விவரம்' (Time Domain)என்று சொல்லப்படும்.

இதே, இரண்டாவது அலையைப் பற்றி சொன்னால், ”சைன் வேவ், அதிக பட்ச வளம் 1 செ.மீ, (அல்லது அரை செ.மீ), மூன்று நொடிக்கு ஒரு முறை மீண்டும் மீண்டும் வரும்” என்று சொல்லலாம். அதிர்வெண் சுமார் 1/3.14 = 0.326 ஹெர்ட்ஸ். இது இன்னொரு புள்ளியாக வந்து விடும்.

இரண்டும் கலந்த கலவை எப்படி இருக்கும்? இரண்டு தனித்தனி புள்ளிகளாகவே அதிர்வெண் படத்தில் இருக்கும். அதைப் பார்த்த உடனேயே, இந்த கலப்பு அலையில் என்ன என்ன அலைகள் இருக்கின்றன, ஒவ்வொன்றின் வளமும் எவ்வளவு என்று சுலபமாக, துல்லியமாக சொல்லி விடலாம்.

அதுசரி, தூய அலையாக இருந்தால், அதை பழைய (வளம் , நேரம்) படத்தில் பார்த்து, புதிய அதிர்வெண் படத்தில் புள்ளி வைத்து விடலாம். கலப்பு அலைகளைப் பார்த்தால் ஒன்றுமே தெரியாதே. அதற்கு ஒரு வழி உண்டு. இங்கு நமது தேவை என்ன என்றால், நூலின் அசைவை நேரத்திற்கு ஏற்ப கொடுக்கும் படத்திலிருந்து, அதிர்வெண் படத்திற்கு மாற்ற வேண்டும். இதை செய்வதுதான் ‘ஃபூரியெ மாற்றம்'. (Fourier Transform)

Fourier Transform என்று சொல்லப்படும் இதை கண்டு பிடித்தவர் பிரான்ஸ் நாட்டை சேர்ந்த Fourier. இதை ‘ஃபோரியர்' என்று உச்சரிக்கக் கூடாதாம், ‘ஃபூரியெ' என்றுதான் சொல்ல வேண்டுமாம். எப்படி சொன்னாலும் சரி, இது அறிவியலில் பல துறைகளிலும் அதிக அளவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இந்த முறை மூலம் நேரத்தில் கொடுக்கப்பட்டிருக்கும் விவரத்தை அதிர்வெண்ணுக்கும், அதே போல அதிர்வெண்ணில் கொடுக்கப்பட்டிருக்கும் விவரத்தை நேரத்திற்கும் மாற்ற முடியும். அதிர்வெண் விவரத்தை நேரத்திற்கு மாற்றுவதை ‘இன்வர்ஸ்' (Inverse) என்று சொல்வார்கள்.

இவற்றை செய்ய , இன்டெக்ரேஷன் (Integration) என்ற ஒரு கணித விவரம் தேவைப் படுகிறது. இந்தப் பதிவுகளில் அதைத் தவிர்த்துவிடுவோம். நமக்கு தெரியவேண்டிய விஷயம் எல்லாம்

1. நேர விவரத்தை அதிர்வெண் விவரமாக மாற்ற முடியும்.
2. அதை தூய சைன் வேவ் போன்ற எளிய படங்களை, பார்த்தே சொல்லிவிட முடியும். அப்படி ‘பார்த்தவுடன் தெரியாத' படங்களுக்கு ‘ஃபூரியெ மாற்றம் என்ற கணித சமன்பாட்டை வைத்து அதிர்வெண் விவரமாக மாற்ற முடியும்
3. அதைப் போலவே, அதிர்வெண் விவரத்தை, இன்னொரு கணித சமன்பாடு மூலம் நேர விவரமாக மாற்ற முடியும். அதற்கு ஃபூரியெ இன்வர்ஸ் என்று பெயர்

http://fuelcellintamil.blogspot.com/2008/09/wave-mechanics-interferencefourier.html