توانائی ہمیشہ انسانی سماجی تبدیلی اور ترقی میں ایک اہم عنصر رہی ہے۔ یہ اہمیت دو صنعتی انقلابوں کے بعد خاص طور پر واضح ہو گئی، جس سے لوگوں کو توانائی کی ترقی کے اہم کردار کے بارے میں تیزی سے آگاہی ملی۔
آج کے تیزی سے ترقی پذیر معاشرے میں، توانائی کے روایتی ذرائع جیسے جیواشم ایندھن (کوئلہ، تیل، وغیرہ) کو دوبارہ تخلیق کے طویل دور، گرتے ہوئے ذخائر، اور کم ہوتے معیار کی وجہ سے اہم چیلنجوں کا سامنا ہے۔ یہ مسائل توانائی کی بڑھتی ہوئی طلب کو پورا کرنا مشکل تر بناتے ہیں، توانائی کے نئے ذرائع کی ترقی اور استعمال کو آگے بڑھاتے ہیں۔
فوٹو سنتھیس سے الہام ڈرائنگ: سولر پاور کا استعمال
جیسا کہ ہم جانتے ہیں، زمین پر تقریباً تمام قابل استعمال توانائی پودوں میں فوٹو سنتھیس سے نکلتی ہے۔
فوٹو سنتھیس ایک حیاتیاتی عمل ہے جس میں پودے سورج کی روشنی میں کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی کا استعمال کرتے ہوئے شکر کی ترکیب کرتے ہیں۔ چونکہ یہ شکر میٹابولزم کے دوران توانائی خارج کرتی ہے، اس لیے شمسی توانائی کو اس طرح ذخیرہ کیا جاتا ہے۔
تاہم، یہ توانائی آسانی سے قابل استعمال نہیں ہے اور اسے عام طور پر بجلی میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس شکل کو ہم عام طور پر استعمال کرتے ہیں۔ طبیعیات کے مطابق، توانائی کی تبدیلی میں ہمیشہ کچھ نقصان ہوتا ہے۔ لہذا، شمسی توانائی کو براہ راست بجلی میں تبدیل کرنا تحقیق کا ایک اہم شعبہ بن گیا ہے۔
کیا شمسی توانائی کو براہ راست بجلی میں تبدیل کیا جا سکتا ہے؟ اور کون سے عوامل اس عمل کو متاثر کرتے ہیں؟ یہ 19ویں صدی کے اوائل میں سائنسدانوں کے لیے گہرے سوالات تھے۔ خوش قسمتی سے، 19ویں صدی کے آخر میں ایک اہم پیش رفت سامنے آئی۔
فوٹو الیکٹرک اثر کی دریافت
1887 میں، مشہور طبیعیات دان ہینرک ہرٹز - جس کا نام اب تعدد کی اکائی کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے - نے اتفاقی طور پر دریافت کیا کہ روشنی کی کچھ مادی سطحوں پر مارنے سے ان کی برقی خصوصیات بدل سکتی ہیں۔ بعد میں ہونے والی تحقیق سے معلوم ہوا کہ یہ رجحان الیکٹران کے بہاؤ کی وجہ سے ہوا، جسے بعد میں فوٹو الیکٹرک اثر کہا گیا۔
اس وقت، کلاسیکی طبیعیات، جس کی بنیاد نیوٹن نے رکھی تھی، سائنسی فکر پر حاوی تھی۔ اس نے کہا کہ روشنی ایک لہر ہے جو ایتھر نامی میڈیم سے گزرتی ہے (ایک تالاب میں پھیلنے والی لہروں کی طرح)۔ اس نظریہ کے مطابق، لہر کی توانائی اس کے طول و عرض (روشنی کی شدت) پر منحصر ہے۔
یہ وضاحت بدیہی لگ رہی تھی۔ مثال کے طور پر، سورج کی روشنی سردیوں میں خوشگوار گرم محسوس ہوتی ہے لیکن گرمی کی شدید گرمی میں دھوپ کا سبب بن سکتی ہے۔ لہذا، کلاسیکی طبیعیات کے تحت، فوٹو الیکٹرک اثر روشنی کی شدت پر منحصر سمجھا جاتا تھا۔ تاہم، تجربات نے دوسری صورت میں دکھایا.
تحقیق نے ثابت کیا کہ کسی مخصوص مواد کے لیے، روشنی کے کچھ رنگ شدت سے قطع نظر فوٹو الیکٹرک اثر پیدا نہیں کر سکتے، جب کہ دیگر کم شدت میں بھی بجلی پیدا کر سکتے ہیں۔ یہ نتائج کلاسیکی طبیعیات سے متصادم ہیں، اسے ایک بحران میں ڈال دیا اور ایک سائنسی انقلاب کو جنم دیا۔
آئن سٹائن نے اسرار سے پردہ اٹھایا
اس سائنسی طوفان کے درمیان، البرٹ آئن سٹائن نے فوٹو الیکٹرک اثر کے لیے ایک اہم وضاحت فراہم کی۔
آئن سٹائن نے تجویز کیا کہ روشنی فوٹون پر مشتمل ہے، ہر ایک مجرد توانائی کے پیکٹ کی نمائندگی کرتا ہے۔ فوٹون کی توانائی کا انحصار اس کی فریکوئنسی (فی سیکنڈ دوغلوں کی تعداد) پر ہے، اس کی شدت پر نہیں۔ اس طرح، آیا کوئی مواد الیکٹران پیدا کر سکتا ہے، اس کا انحصار مکمل طور پر فوٹوون کی توانائی پر ہے، نہ کہ فوٹون کی تعداد پر۔
آئن سٹائن کی انقلابی بصیرت نے انہیں طبیعیات کا 1921 کا نوبل انعام حاصل کیا، کیونکہ اس نے ایک ایسے نازک مسئلے کو حل کیا جس کی وضاحت کلاسیکی طبیعیات کرنے میں ناکام رہی۔
سولر سیل: روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنا
فوٹو الیکٹرک اثر کی دریافت نے شمسی خلیوں کی طرح عملی ایپلی کیشنز کی راہ ہموار کی۔
ایک سولر سیل ایک سینڈوچ سے مشابہت رکھتا ہے، جس میں ہلکی حساس فعال پرت الیکٹران کی نقل و حمل کی تہہ اور ایک سوراخ کی نقل و حمل کی تہہ کے درمیان رکھی جاتی ہے۔ ساخت کے دو سرے الیکٹروڈ مواد ہیں، اکثر دھات اور انڈیم ٹن آکسائڈ (ITO)۔
جب فعال پرت فوٹون کو جذب کرتی ہے، تو اس کے الیکٹران اعلی توانائی کی سطح پر پرجوش ہوتے ہیں۔ یہ پرجوش الیکٹران الیکٹران کی نقل و حمل کی تہہ میں منتقل ہوتے ہیں، جبکہ "سوراخ" (الیکٹرانوں کی کمی والے خطوں) کو ہول ٹرانسپورٹ پرت کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ یہ انتظام ایک سرکٹ بناتا ہے، کرنٹ کے بہاؤ کو چالو کرتا ہے۔
اس طرح کے آلے کے ڈھانچے کو استعمال کرتے ہوئے، شمسی توانائی کو براہ راست بجلی میں تبدیل کیا جا سکتا ہے، جو ہمیں ایک موثر اور صاف توانائی کا ذریعہ فراہم کرتا ہے۔
سائنسی تحقیق کو خراج تحسین
شمسی خلیوں کا اصول اس بات کی مثال دیتا ہے کہ کس طرح سائنسی تحقیق نے ہماری زندگیوں کو بہت بہتر بنایا ہے۔ لاتعداد سائنس دانوں کی لگن اور ان کی اہم دریافتوں کی بدولت، انسانیت ایک روشن مستقبل کے لیے فطرت کی طاقت کا استعمال جاری رکھے ہوئے ہے۔ آئیے ہم ان کی غیر معمولی شراکت کو خراج تحسین پیش کریں!
