அறிவியல் ஆயிரம்

விவரங்கள்

சு.உலோகேசுவரன்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 16 பிப்ரவரி 2011

 

நாம் சில கணினிகள் கதிரொளியால் இயங்குவதாகக் கேள்விப்பட்டிருப்போம். பல பேரிடம் கதிரொளியில் இயங்கும் கணிப்பான்களைப் பார்த்திருப்போம். சில இடங்களில் பெரிய அளவு சூரிய ஒளிப் பலகங்களை(‘Solar panel) யும் பார்த்திருப்போம். இந்தப் பலகங்கள் ப‌ல‌ ஃபோடொவோல்டைக் மின்கலங்க‌ளின் ஒருங்கிணைப்பாகும். இவை போடொவோல்டைக்கு என்கிற கருத்தாக்கத்தினால் செயல்படுகின்றவை. (போடோ(‘Photo’) என்றால் ஒளி, வோல்டு (‘Volt’) என்றால் மின்கலம்). போடோவொல்டைக்கு எனப்படும் தொழில்நுட்பம் ஒளியிலிருந்து (சூரிய ஒளி) மின் உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுவதாகும்.

இந்தத் தொழில்நுட்பம் முற்காலத்தில் விண்ணில் ஏவப்படும் செயற்கைக்கோள்களின் மின் தேவைகளை மட்டுமே ஈடு செய்தது. தற்போது தரையிலும் சீரான வளர்ச்சி கண்டு வருகிறது.

இந்தத் தொழில்நுட்பத்தால் வெறும் கதிரொளியை உள்ளீடாக ஏற்றுக்கொண்டு இலவசமாக (சிறிய ஒருமுறை முதலீட்டுடன்) மின்சாரம் பெற முடியும் என்றால் நம்புவீர்களா? ஒரு சதுர மீட்டர் பரப்பளவு கொண்ட சூரிய ஒளிப் பலகையிலிருந்து உச்சி வெயிலில் கிட்டத்தட்ட 1000 வாட்டு மின்சாரம் பெற முடியும்.

கதிரொளியிலிருந்து மின் உற்பத்தி செய்யும் சூரிய ஒளி மின்கலங்கள் 'சிலிகான்', 'சர்மானியம்' போன்ற குறைகடத்திகளால் ஆனவை. குறைகடத்தியின் மீது கதிரொளி பாயும்போது அதன் ஒரு பகுதி குறைகடத்தியால் உள்வாங்கப்படுகிறது. அதாவது, கதிரொளி ஆற்றலின் ஒரு பகுதி குறைகடத்திக்குக் கைமாறுகிறது என்று நாம் புரிந்து கொள்ளலாம். கதிரொளி ஆற்றலால் சிலிகான் குறைகடத்தியுள் இருக்கும் மின்னணுக்கள் பாய்ச்சலுக்குத் துணையாகிறது. இந்த மின்னணுக்கள் கால் போன போக்கில் பாய்கின்றன. ஆனால், மின் உற்பத்திக்கோ மின்னணுக்கள் ஒரே திசை நோக்கி சீராகப் பாய வேண்டும். இதற்காகக் குறைகடத்தியின் இரு முனைகளில் அலுமினியம், செப்பு போன்ற‌ உலோகம் பொருத்தப்படுகிறது. இந்த நிலையில், மின்னணுக்கள் ஒரு முனையிலிருந்து மறுமுனைக்கு ஒரே திசையில் சீராகப் பாயும். இவ்வாறு ஒரே திசையில் சீராகப் பாயும் மின்னணுக்க‌ள் மின்புலத்தை (‘எலக்ட்ரிக் பீல்டு’) உண்டாக்கும். இதுவே, மின் உற்ப‌த்தியின் அடிப்ப‌டையாகும்.

எதற்காக‌ 'சிலிகான்' போன்ற‌ குறைக‌ட‌த்திக‌ள் போடொவோல்டைக்கு மின்க‌ல‌த்திற்குத் தேவைப்ப‌டுகின்ற‌ன‌?

சிலிகானின் சிற‌ப்பு வேதியிய‌ல் த‌ன்மை இத‌ற்கு முத‌ன்மைக் கார‌ண‌ம். தூய நிலையில் ஒவ்வொரு சிலிகான் அணுவிலும் 14 மின்னணுக்க‌ள் 2,8,4 என்று வெவ்வேறு ஓடுக‌ளில் சுழன்று கொண்டிருக்கும். இது ப‌டிக‌ வ‌டிவ‌ம் கொண்ட‌தாகும்.

வெளி ஓட்டினில் சுழ‌லும் 4 மின்னணுக்க‌ள் த‌ன‌து சுற்றத்திலுள்ள 4 அணுக்க‌ளுட‌ன் த‌னது மின்னணுவைப் ப‌கிர்ந்து கொண்டு பிணைகிற‌து. இப்பிணைப்பினால், சிலிகான் பாய்ச்ச‌லுக்கு மின்னணுக்க‌ள் இன்றி மின் க‌ட‌த்த இய‌லாது.

இத‌னை ஈடு செய்ய‌ பாசுப‌ர‌சு, போரான் போன்ற‌வை சேர்க்க‌ப்ப‌டுகின்ற‌ன. பாசுப‌ரசு அணு (2,8,5) என்று மின்னணுச் சுழற்சி கொண்டது. அதாவது சிலிகானை(2,8,4) விட‌ ஒரு மின்னணு கூடுதலாகக் கொண்ட‌து என்ப‌தைக் க‌வ‌னிக்க‌லாம். இத‌னால் சிலிகான் - ‍பாசுப‌ர‌சு பிணைப்பு ஒரு கூடுதல் மின்ன‌ணுவைப் பாய்ச்சலுக்கு த‌ருகின்ற‌து. இத‌னால், பாசுப‌ர‌சு க‌ல‌க்க‌ப்ப‌ட்ட‌ சிலிகான் எதிர்ம‌றை சிலிகான் என்றழைக்க‌ப்படுகிற‌து.

ஆனால், போரான் அணுவோ (2,3) என்று மின்ன‌ணுச் சுழற்சி கொண்ட‌து. அதாவது சிலிகானை விட‌ ஒரு வெளியோடு மின்ன‌ணு குறைவாகக் கொண்டது. ஆகவே, சிலிகான் ‍- போரான் பிணைப்பினால் ஒரு மின்ன‌ணு பகிர்வின்றிப் பொத்த‌ல் (வெற்றிட‌ம்) உருவாகின்றது. என‌வே, போரான் க‌ல‌ப்ப‌ட‌ சிலிகான் நேர்ம‌றை சிலிகான் என்று அழைக்க‌ப்படுகிற‌து.

இந்த‌ இருவ‌கை சிலிகான் குறைகடத்திகளின் ச‌ந்திப்பால் அருகிலுள்ள‌ மின்ன‌ணுக்க‌ள் எதிர்ம‌றை சிலிகானிலிருந்து நேர்ம‌றை சிலிகான் திசை நோக்கிக் க‌ட‌க்கும். இத‌ற்கு தேவையான‌ ஆற்ற‌ல் க‌திரொளியிலிருந்து கிடைக்கின்ற‌து. மிஞ்சியிருக்கும் மின்னணுக்க‌ள் ஆற்ற‌ல‌ற்று ச‌ந்திப்பைக் க‌ட‌க்க‌ முடியாம‌ல் தேங்குகின்ற‌ன‌. இந்த சிலிகான் அமைப்பினை 'போடொடையோடு' (‘Photo Diode’) என்று அழைக்கிறோம்.

சிலிகானின் ப‌ள‌ப‌ள‌ப்புத் த‌ன்மையால் க‌திரொளியின் பெரும்ப‌குதி எதிரொளிக்க‌ப்ப‌ட்டு வீணாகிறது. அதனால், கதிரொளி எதிரொளிப்பை ஓரளவு த‌டுக்க‌ சிலிகான் குறைக‌ட‌த்தியின் மீது ஒரு வகை மேல் அங்கி போர்த்த‌ப்ப‌டுகிற‌து.

சூரிய ஒளிப் பல‌க‌ங்களின் அமைப்பு க‌திரொளி வீச்சுக்கேற்ப உயரமும் சாய்வும் கொண்டதாக இருக்க‌ வேண்டும். வடக்கு அல்லது கிழக்குத் திசைகளில் பலக அமைப்பு கதிர்வீச்சுக்கு ஏதுவாக இருக்கும். எல்லாப் பருவங்களிலும் சூரிய ஒளிப் பலகங்களிலிருந்து சீரான மின் உற்பத்தியை எதிர்பார்க்க முடியாது. ஆனால், மின் உற்பத்தி சீராக உள்ள போது மின்சாரத்தை மாறுதிசை மின்னாக்கி (‘இன்வர்டர்') மூலமாகச் சேமித்துக்கொள்ளலாம். ம‌ழை, மேக‌மூட்ட‌ நாட்க‌ளில் சூரிய ஒளி மின்சார‌ம் கை கொடுக்காம‌ல் போக‌லாம். இந்நிலையில், பொது மின்னிணைப்பு அல்ல‌து மின்னியக்கி(‘Generator’) வாயிலாக‌ மின்சார‌ம் பெற்றுக்கொள்ள‌லாம். ஆக‌வே, சூரிய ஒளி மின்சார‌ம் உங்க‌ள‌து மின்சாரச்‌ செல்வினை முற்றிலும் ஒழிக்காது. ஆனால், அத‌னைக் குறிப்பிட‌த்த‌குந்த‌ அள‌வுக்குக் க‌ட்டுப்படுத்தும்.

நாம் நினைவில் கொள்ள‌வேண்டிய‌ முத‌ன்மையான‌ செய்தி, நாம் ப‌ய‌ன்ப‌டுத்தும் ஒவ்வொரு 'வாட்டு' சூரிய ஒளி மின்சார‌மும் தூய்மையான மின்சார‌மாகும். நில‌க்க‌ரி எரிக்காம‌ல் கிடைத்த‌ மின்சார‌ம். புகையற்ற மின்சாரம், சுற்றுச்சூழ‌ல் மாசுப‌டுத்தாத‌ மின்சார‌ம், எதிர்கால‌த்தின் மின்சார‌ம் ஆகும்.

ஆங்கில மூலம்: http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell1.htm

விவரங்கள்

நா.வசந்தகுமார்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 07 பிப்ரவரி 2011

ஒரு தனிமத்தில் நேர்மின் அயனி (proton), எதிர் மின்னயனி( electrons), நொதுமி( neutron) ஆகியவை இருக்கும். இவற்றில் எதிர்மின்னயனிகளின் ஓட்டமே மின்னோட்டம் எனப்படும். ஒவ்வொரு தனிமத்திலும் எதிர்மின்னயனிகளின் ஓட்டத்திற்கு ஒரு தடை இருக்கும். இதைத்தான் மின்தடை (resistance) என்கிறோம். இம்மின்தடை அதிகமாக இருக்கும்போது மின்னோட்டம் குறைவாகவே இருக்கும். எனவேதான் மின்தடை குறைவாக உள்ள மாழைகளை (metal) மட்டுமே நாம் மின்சாரத்தைக் கடத்தப் பயன்படுத்துகிறோம். [எ.கா: செம்பு (copper), அலுமினியம்]

மின்சாரத்தை ஓரிடத்திலிருந்து மற்றோர் இடத்திற்குக் கடத்தச் செம்பு, அலுமினியம் ஆகிய மாழைகளையே பெரும்பாலும் பயன்படுத்துகிறோம். இம்மாழைகளின் வழியே ஓரிடத்திலிருந்து மற்றோரிடத்திற்கு இரண்டு வாட் மின்சாரத்தைச் செலுத்துகிறோம் என்று வைத்துக்கொள்வோம். 1 வாட் மின்சாரம் மட்டுமே சென்று சேரும்.  அதாவது, ஏறத்தாழ ஐம்பது விழுக்காடு மின்னிழப்பு ஏற்படுகிறது.

மின் உற்பத்தித் திறன்(2 வாட்) – மின் இழப்பு(1 வாட்)  = மின் பயன்பாட்டுத்திறன்(1 வாட்)

இந்த இழப்பைக் குறைப்பதற்காக ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டு வருகின்றன. மின்னிழப்பே இல்லாமல் மின்சாரத்தைக் கடத்தும் மாழைகள் மீக்கடத்திகள் (super conductors) எனப்படுகின்றன. மின்னிழப்பு மின்தடையினால் ஏற்படுகிறது என்பதை மேலே பார்த்தோம்.

சில தனிமங்கள் மிகக் குறைந்த வெப்ப நிலையில் மின்தடையே இல்லாமல் மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன. இப்பண்பை மீக்கடத்தும் பண்பு என்கிறோம். மின்தடையே இல்லாததால் மீக்கடத்திகளைப் பயன்படுத்தும்போது மின்னிழப்பு இருக்காது. அதாவது மீக்கடத்தியின் மூலமாக இரண்டு வாட் மின்சாரத்தை ஓரிடத்திலிருந்து மற்றோரிடத்திற்குச் செலுத்தினால், இரண்டு வாட் மின்சாரமும் முழுமையாகச் சென்று சேரும்.

இவ்வாறு குறைந்த வெப்பநிலையில் பயன்படும் இம்மீக்கடத்திகளை இயல்பு வெப்பநிலையில் பயன்படுத்துவதற்கான ஆராய்ச்சிகள் நடந்து கொண்டிருக்கின்றன. இவ்வாராய்ச்சிகளுக்கு வெற்றி கிட்டும்போது, குறைந்தது சென்னையைத் தவிர பிற நகரங்களில் நிலவும் மின்வெட்டுகள் குறையும்.

-       வசந்தகுமார் ( இந்த மின்-அஞ்சல் முகவரி spambots இடமிருந்து பாதுகாக்கப்படுகிறது. இதைப் பார்ப்பதற்குத் தாங்கள் JavaScript-ஐ இயலுமைப்படுத்த வேண்டும்.)