மனித சமூகத்தின் உருமாற்றத்திலும் முன்னேற்றத்திலும் ஆற்றல் எப்போதுமே ஒரு முக்கியக் காரணியாக இருந்து வந்துள்ளது. இரண்டு தொழிற்புரட்சிகளுக்குப் பிறகு இந்த முக்கியத்துவம் குறிப்பாகத் தெளிவாக வெளிப்பட்டது; இது, ஆற்றல் மேம்பாட்டின் முக்கியப் பங்கு குறித்து மக்கள் அதிகளவில் விழிப்புணர்வு பெற வழிவகுத்தது.
இன்றைய அதிவேகமாக முன்னேறி வரும் சமூகத்தில், புதைபடிவ எரிபொருட்கள் (நிலக்கரி, எண்ணெய் போன்றவை) நீண்ட மீளுருவாக்க சுழற்சிகள், குறைந்து வரும் இருப்புக்கள் மற்றும் தரம் குறைதல் போன்றவற்றால் குறிப்பிடத்தக்க சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன. இந்தப் பிரச்சினைகள், அதிகரித்து வரும் ஆற்றல் தேவையைப் பூர்த்தி செய்வதை மேலும் கடினமாக்குவதால், புதிய ஆற்றல் மூலங்களின் மேம்பாடு மற்றும் பயன்பாட்டை முன்னணியில் தள்ளுகின்றன.
ஒளிச்சேர்க்கையிலிருந்து உத்வேகம் பெறுதல்: சூரிய சக்தியைப் பயன்படுத்துதல்
நமக்குத் தெரிந்தபடி, பூமியில் பயன்படுத்தக்கூடிய ஆற்றல் அனைத்தும் தாவரங்களில் நடைபெறும் ஒளிச்சேர்க்கையிலிருந்து உருவாகிறது.
ஒளிச்சேர்க்கை என்பது ஒரு உயிரியல் செயல்முறையாகும், இதில் தாவரங்கள் சூரிய ஒளியின் கீழ் கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் நீரைப் பயன்படுத்தி சர்க்கரைகளை உருவாக்குகின்றன. இந்த சர்க்கரைகள் வளர்சிதை மாற்றத்தின் போது ஆற்றலை வெளியிடுவதால், சூரிய ஆற்றல் இந்த வழியில் சேமிக்கப்படுகிறது.
இருப்பினும், இந்த ஆற்றல் உடனடியாகப் பயன்படுத்தக்கூடியதல்ல, மேலும் நாம் சாதாரணமாகப் பயன்படுத்தும் வடிவமான மின்சாரமாக இதை மாற்ற வேண்டியுள்ளது. இயற்பியலின்படி, ஆற்றல் மாற்றத்தில் எப்போதும் சிறிதளவு இழப்பு ஏற்படுகிறது. எனவே, சூரிய ஆற்றலை நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்றுவது ஒரு முக்கியமான ஆராய்ச்சித் துறையாக உருவெடுத்துள்ளது.
சூரிய ஆற்றலை நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்ற முடியுமா? மேலும், இந்தச் செயல்முறையில் என்னென்ன காரணிகள் செல்வாக்கு செலுத்துகின்றன? 19 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில், இவை விஞ்ஞானிகளுக்கு ஆழ்ந்த கேள்விகளாக இருந்தன. அதிர்ஷ்டவசமாக, 19 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியில் ஒரு பெரும் திருப்புமுனை ஏற்பட்டது.
ஒளிமின் விளைவின் கண்டுபிடிப்பு
1887-ஆம் ஆண்டில், தற்போது அதிர்வெண்ணின் அலகாகப் பயன்படுத்தப்படும் பெயரைக் கொண்ட புகழ்பெற்ற இயற்பியலாளர் ஹென்ரிச் ஹெர்ட்ஸ், சில குறிப்பிட்ட பொருட்களின் மேற்பரப்புகளில் படும் ஒளியானது அவற்றின் மின் பண்புகளை மாற்றக்கூடும் என்பதைத் தற்செயலாகக் கண்டுபிடித்தார். அதைத் தொடர்ந்த ஆய்வுகள், இந்த நிகழ்வானது எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தால் ஏற்படுகிறது என்பதை வெளிப்படுத்தின; இது பின்னர் ஒளிமின் விளைவு எனப் பெயரிடப்பட்டது.
அக்காலத்தில், நியூட்டனால் நிறுவப்பட்ட செவ்வியல் இயற்பியல், அறிவியல் சிந்தனையில் ஆதிக்கம் செலுத்தியது. அது, ஒளி என்பது ஈதர் எனப்படும் ஊடகத்தின் வழியே பயணிக்கும் ஒரு அலை (ஒரு குளத்தில் பரவும் சிற்றலைகளைப் போன்றது) என்று கூறியது. இந்தக் கோட்பாட்டின்படி, ஒரு அலையின் ஆற்றலானது அதன் வீச்சைப் (ஒளியின் செறிவு) பொறுத்து அமைந்தது.
இந்த விளக்கம் இயல்பானதாகத் தோன்றியது. உதாரணமாக, குளிர்காலத்தில் சூரிய ஒளி இதமான சூட்டைத் தருகிறது, ஆனால் கோடையின் கடும் வெப்பத்தில் அது வெயிலினால் சரும எரிச்சலை ஏற்படுத்தக்கூடும். எனவே, மரபு இயற்பியலின்படி, ஒளிமின் விளைவானது ஒளியின் செறிவைச் சார்ந்தது என்று கருதப்பட்டது. ஆயினும், சோதனைகள் இதற்கு மாறானதைக் காட்டின.
ஒரு குறிப்பிட்ட பொருளுக்கு, ஒளியின் சில வண்ணங்களால் அதன் செறிவைப் பொருட்படுத்தாமல் ஒளிமின் விளைவைத் தூண்ட முடியவில்லை என்றும், அதே சமயம் மற்ற வண்ணங்களால் குறைந்த செறிவிலேயே மின்சாரத்தை உருவாக்க முடிந்தது என்றும் ஆராய்ச்சி நிரூபித்தது. இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள் மரபு இயற்பியலுக்கு முரணாக இருந்ததால், அது ஒரு நெருக்கடிக்குள் தள்ளப்பட்டு, ஒரு அறிவியல் புரட்சிக்கு வித்திட்டது.
ஐன்ஸ்டீன் மர்மத்தை வெளிப்படுத்துகிறார்
இந்த அறிவியல் புயலுக்கு மத்தியில், ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின் விளைவுக்கான ஒரு புரட்சிகரமான விளக்கத்தை அளித்தார்.
ஒளியானது ஃபோட்டான்களால் ஆனது என்றும், அவற்றில் ஒவ்வொன்றும் ஒரு தனித்த ஆற்றல் பொட்டலத்தைக் குறிக்கிறது என்றும் ஐன்ஸ்டீன் முன்மொழிந்தார். ஒரு ஃபோட்டானின் ஆற்றலானது அதன் அதிர்வெண்ணை (ஒரு வினாடிக்கு ஏற்படும் அலைவுகளின் எண்ணிக்கை) சார்ந்துள்ளது, அதன் செறிவை அல்ல. எனவே, ஒரு பொருளால் எலக்ட்ரான்களை உருவாக்க முடியுமா என்பது ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைச் சார்ந்து இல்லாமல், முற்றிலும் ஃபோட்டானின் ஆற்றலையே சார்ந்துள்ளது.
மரபுசார் இயற்பியலால் விளக்க முடியாத ஒரு முக்கியப் பிரச்சினைக்கு ஐன்ஸ்டீன் தீர்வு கண்டதால், அவரது புரட்சிகரமான நுண்ணறிவு அவருக்கு 1921 ஆம் ஆண்டு இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றுத் தந்தது.
சூரிய மின்கலங்கள்: ஒளியை மின்சாரமாக மாற்றுதல்
ஒளிமின் விளைவின் கண்டுபிடிப்பு, சூரிய மின்கலங்கள் போன்ற நடைமுறைப் பயன்பாடுகளுக்கு வழிவகுத்தது.
ஒரு சூரிய மின்கலம், எலக்ட்ரான் கடத்தும் அடுக்குக்கும் துளை கடத்தும் அடுக்குக்கும் இடையில் ஒளி உணர்திறன் கொண்ட செயலடுக்கு அமைக்கப்பட்ட ஒரு சாண்ட்விச் போன்ற அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. இந்த அமைப்பின் இரு முனைகளும் மின்முனைப் பொருட்களாகும், அவை பெரும்பாலும் உலோகம் மற்றும் இண்டியம் டின் ஆக்சைடு (ITO) ஆகும்.
செயலடுக்கு ஃபோட்டான்களை உறிஞ்சும்போது, அதன் எலக்ட்ரான்கள் உயர் ஆற்றல் நிலைகளுக்குத் தூண்டப்படுகின்றன. இவ்வாறு தூண்டப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் எலக்ட்ரான் கடத்து அடுக்குக்கு மாற்றப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் "துளைகள்" (எலக்ட்ரான்கள் இல்லாத பகுதிகள்) துளை கடத்து அடுக்கால் கடத்தப்படுகின்றன. இந்த அமைப்பு ஒரு மின்சுற்றை உருவாக்கி, மின்னோட்டப் பாய்வைச் சாத்தியமாக்குகிறது.
இத்தகைய சாதன அமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், சூரிய ஆற்றலை நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்றி, திறமையான மற்றும் தூய்மையான ஆற்றல் மூலத்தைப் பெற முடிகிறது.
அறிவியல் ஆய்வுக்கு ஒரு அஞ்சலி
சூரிய மின்கலங்களின் கோட்பாடு, அறிவியல் ஆய்வுகள் நமது வாழ்க்கையை எவ்வாறு ஆழமாக மேம்படுத்தியுள்ளன என்பதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டாகும். எண்ணற்ற விஞ்ஞானிகளின் அர்ப்பணிப்பு மற்றும் அவர்களின் புரட்சிகரமான கண்டுபிடிப்புகளால், மனிதகுலம் ஒரு ஒளிமயமான எதிர்காலத்திற்காக இயற்கையின் ஆற்றலைத் தொடர்ந்து பயன்படுத்தி வருகிறது. அவர்களின் அசாதாரணமான பங்களிப்புகளுக்கு நாம் மரியாதை செலுத்துவோம்!
