அறிவியல் ஆயிரம்

விவரங்கள்

ஷேக் அப்துல் காதர்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 27 மே 2016

• அறிவியல்

Lead acid secondary storage battery

பொதுவாக நாம் வீட்டில் பயன்படுத்தும் Inverterல் இருந்து வாகனங்கள் (Automobiles) வரை தற்போது இந்த மின்கலம் (Battery) தான் பயன்பாட்டில் உள்ளது.

செயல்முறை விளக்கம் :

இந்த மின்கலத்தில் மின் ஆற்றலானது (Electrical energy) வேதி ஆற்றலாக (Chemical energy) சேமிக்கப்பட்டு பிறகு நமக்குத் தேவைப்படும் போது அந்த வேதி ஆற்றலில் இருந்து மீண்டும் மின் ஆற்றல் பெறப்படுகிறது. இதில் மின் ஆற்றலானது வேதி ஆற்றலாக மாறும் நிகழ்வை மின்னேற்றம் (Charging) என்றும், வேதி ஆற்றலானது மின் ஆற்றலாக மாறும் நிகழ்ச்சி மின்னிறக்கம் (Discharging) என்றும் கூறுவர். இந்த மின்கலத்தின் மின் முனைகளை ஒரு மின் மூலத்துடன் (Electrical energy source) இணைப்பதன் மூலம் மின்னேற்றமும், அதுவே ஒரு உபகரணத்துடன் (எ.கா : மின்விசிறி, மின் மோட்டார்) இணைக்கும் போது மின்னிறக்கமும் நடைபெறும்.

மின்னேற்றத்தின்போது மின் மூலத்தில் இருந்து பெறப்படும் ஆற்றலானது மின்கலத்தில் சில வேதி மாற்றத்தை நடத்துவதன் மூலம் வேதி ஆற்றலாக சேமிக்கப்பட்டு, அதை ஒரு மின் உபகரணத்துடன் இணைக்கும் போது ஏற்கனவே நடந்த வேதி மாற்றமானது மீண்டும் பழைய நிலைக்கு செல்லும் போது சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலானது மீண்டும் மின் ஆற்றலாக பெறப்படும்.

பயன்படுத்தும் உபகரணம் :

1) Lead peroxide (pbO2)

2) sponge lead (pb)

3) நீர்த்த கந்தக அமிலம் (dilute H2SO4)

1) Lead peroxide :

இதன் நேர் மின் முனையானது (positive terminal) Lead peroxide-ல் செய்யப்பட்டிருக்கும். இதன் நிறம் கரும்பழுப்பு ஆகும். இது கடினமாகவும் நொறுங்கும் தன்மையுடனும் இருக்கும்.

2) Sponge lead:

இதன் எதிர் மின்முனையானது (Negative terminal) சுத்தமான காரீயத்தில் (Pure lead) பஞ்சு போன்ற நிலையில் செய்யப்பட்டிருக்கும்.

நீர்த்த கந்தக அமிலம் :

இந்த மின்கலத்தில் நீர்த்த கந்தக அமிலம் பயன்படுகிறது. மேலும் மூன்று பகுதி நீருக்கு ஒரு பகுதி அமிலம் (3:1) என்ற விகிதத்தில் கலந்திருக்கும்.

வேலை செய்யும் விதம் :

இந்த மின்கலத்தில் Lead peroxide-ம், Sponge lead-ம் நீர்த்த கந்தக அமிலத்தில் மூழ்கியிருக்கும். இதன் மின் முனைகள் மின் உபகரணத்துடன் இணைக்கும் போது நீர்த்த கந்தக அமிலத்தின் (H2SO4) மூலக்கூறுகள் நேர் மின் ஹைட்ரஜன் அயனிகளாகவும் (H+), எதிர் மின் sulfate (SO4--) அயனிகளாகவும் பிரிகின்றன. இப்போது Hydrogen அயனி pbO2 தகடை அடையும் போது pbO2 உடன் வினைபுரிந்து அதிலிருந்து எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று, Hydrogen அணுவாக (2H) மாறும். பிறகு இது மீண்டும் அதே pbO2 உடன் வினைபட்டு pbOவாகவும் H2O (நீர்) வாகவும் மாறும். பிறகு இந்த pbOவானது கந்தக அமிலத்துடன் வினைபட்டு (H2 SO4) pbSO4 யும் H2O யும் தரும்.

அதாவது

pbO2 + 2H -------> pbO + H2O

pbO + H2SO4 -------> pbSO4 + H2O

இறுதியாக,

pbO2 + H2SO4 + 2H -------> pbSO4 + 2H2O

இப்போது எதிர் (SO4--) அயனியானது கந்தக அமிலத்தில் எளிதாக பயணிக்கும். இதில் சிலவை சுத்தமான காரீயத்தகடை அடைந்து (Pure lead) அதிலிருக்கும் அதிகப்படியான எலக்ட்ரானை காரீயத்திற்கு வழங்கி radical SO4 ஆக மாறும். (அதாவது இதில் பிணைப்பில் ஈடுபடாத எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும்) இந்த radical SO4 ஆனது அதிக நேரம் நிலையாக இருக்காது. எனவே இது காரீயத்துடன் (pb) வினைபுரிந்து pbSO4 ஐ தரும். ஏற்கனவே Hydrogen அயனி (H+) pbO2 தகடில் இருந்து எலக்ட்ரானைப் பெற்றதால் அதில் எலக்ட்ரானின் எண்ணிக்கை குறைந்திருக்கும். மேலும் SO4-- அயனி காரீய தகடுக்கு (pb) அதிக எலக்ட்ரானை வழங்குவதால் அதில் அதிக எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இந்த எலக்ட்ரான்களின் சமநிலையற்ற தன்மையை சமன் செய்ய இரண்டு மின் முனைகளுக்கிடையே மின்னழுத்தம் தூண்டப்பட்டு எலக்ட்ரானானது pbல் இருந்து மின் உபகரணம் வழியே pbO2க்குப் பாயும் (மின்னோட்டம்), இது மின்னிறக்கத்தில் (Discharge) நடக்கும். Lead sulfate (pbSO4) ன் நிறம் ஒருவித வெண்மையான நிறமாகும்.

மின்னிறக்கத்தின் போது......

1) இரு முனைகளும் Lead sulfate (pbSO4) ஆல் மூடப்பட்டிருக்கும்.

2) கந்தக அமிலத்தின் Specific gravity குறையும். ஏனெனில் இந்த வினையின்போது pbO2 தகடில் நீர் உருவாகும்.

சரி மின்னேற்றத்தின் போது என்ன நடக்கும்?

இப்பொழுது ஒரு DC மின் மூலத்தின் நேர் மின் முனையை pbSO4 ஆல் மூடப்பட்டுள்ள pbO2 உடனும், எதிர் மின் முனையை pbO2 ஆல் மூடப்பட்டுள்ள pb தகட்டுடனும் இணைக்கவும். மின்னிறக்கத்தின் போது கந்தக அமிலத்தின் அடர்த்தி குறைந்திருக்கும். ஆனால் அதில் H+ அயனியும் SO4-- அயனியும் இருக்கும். இதில் H+ அயனி நேர்மின்னூட்டம் (Cation) பெற்றிருப்பதால் அது DC மின்மூலத்தின் எதிர் முனை இணைக்கப்பட்டிருக்கும் இடத்தை நோக்கி நகரும் (cathode). பிறகு H+ அயனி அதிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானைப் பெற்று Hydrogen அணுவாக (2H) மாறும். இந்த Hydrogen அணு pbSO4 உடன் வினையுற்று காரீயம் மற்றும் கந்தக அமிலத்தைத் தரும்.

pbSO4 + 2H -------> H2SO4 + pb

அதேபோல் எதிர் மின்னூட்டம் (anion) பெற்ற SO4-- நேர் மின் முனையை நோக்கி (Anode) நகர்ந்து அதனிடம் உள்ள அதிகப்படியான எலக்ட்ரானை நேர் மின் முனைக்கு கொடுத்து Radical SO4 ஆக மாறும். பிறகு இது anode-ல் உள்ள pbSO4 உடன் வினைபட்டு கந்தக அமிலத்தையும் Lead peroxideம் தரும்.

pbSO4 + 2H2 + SO4 -------> pbO2 + 2 H2SO4

மின்னேற்றத்தின் போது.....

1) lead sulfate, Anode ஆனது Iead peroxide ஆக மாறும்.

2) cathode ல் இருக்கும் lead sulfate ஆனது தூய காரீயமாக மாறும்

3) கந்தக அமிலத்தின் specific gravity அதிகரிக்கும்.

- ஷேக் அப்துல் காதர்

விவரங்கள்

ஷேக் அப்துல் காதர்

பிரிவு: தொழில்நுட்பம்

வெளியிடப்பட்டது: 24 மே 2016

• அறிவியல்

கியர் (Gears)

அறிவியலைப் பொருத்தமட்டில் கியர் என்பது இயந்திர ஆற்றலைக் கடத்த பயன்படும் ஒரு எளிய பொருள் ஆகும் அதேபோல் இவை குறைந்த அளவு விசையை அதிகமாக்கவோ அல்லது வேகத்தை அதிகப்படுத்தவோ பொதுவாக இயந்திரங்களில் பயன்படுகிறது. உதாரணமாக ஒரு வாகனம் மேடான பகுதியில் ஏறும் போது அதற்கு அதிகமாக விசை தேவைப்படும். அதேபோல் பொதுவாக ஒரு இடத்திற்கு செல்லும் போது அதிக அளவு வேகம் தேவைப்படலாம். எனவே அதையெல்லாம் ஆளுமை செய்ய கியர் பயன்படுகிறது.

கியர் - என்ன? எப்படி?

உதாரணமாக நீங்கள் கொடுக்கும் ஆற்றலானது Pedalல் இருந்து Chain மூலம் Sprocket (இதுவும் ஒரு விதமான கியரே) வழியே சக்கரங்களுக்கு கடத்தப்படுகிறது. அதேபோல் தான் தானியங்கி வாகனங்களும் (Automobile). கியரானது Crank shaftல் இருந்து பெறப்படும் ஆற்றலை Drive shaftன் மூலம் சக்கரங்களுக்கு அளிக்கிறது. இதில் (Automobile) எவ்வளவோ கியர்கள் வெவ்வேறு அளவிலும் வடிவிலும் ஒன்றோடு ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டிருக்கும். ஒவ்வொரு முறையும் ஆற்றல் ஒரு கியரில் இருந்து மற்றொரு கியருக்கு கடத்தப்படும்.

பொதுவாக கியரில் மூன்று பயன்பாடு உள்ளது

1) வேகத்தை அதிகரிக்க

இப்பொழுது உதாரணமாக ஒரு கியர் அமைப்பை பார்ப்போம் (Set of gear). அதில் முதல் கியரானது 24 பற்சட்டங்களையும், இரண்டாவது 12 பற்சட்டங்களையும் கொண்டுள்ளதாகக் கொள்வோம். இப்பொழுது முதல் கியரை Crank shaft உடனும், இரண்டாவதொன்றை Drive shaft உடனும் இணைத்தால் Drive shaftன் வேகம் Crank shaft ன் வேகத்தை விட இரு மடங்கு இருக்கும். ஏனென்றால் முதல் கியர் ஒரு சுழற்சியை முடித்தால் இரண்டாவது கியர் இரண்டு சுழற்சியை முடிக்கும்.

2) விசையை அதிகரிக்க

இப்பொழுது மேல் சொன்ன அதே கியர் அமைப்பில் இரண்டாவது உள்ள கியரானது 24 பற்சட்டங்களையும் முதலில் உள்ள கியர் 12 பற்சட்டங்களையும் கொண்டிருந்தால் இரண்டாவது கியரானது முதல் கியரை விட குறைவான வேகத்திலும் அதிக விசையுடனும் சுழறும்.

3) திசையை மாற்ற

ஒரு கியர் அமைப்பில் உள்ள இரண்டாவது கியரானது எப்பொழுதும் முதல் கியருக்கு எதிரான திசையிலேயே சுற்றும். ஆற்றலை பல்வேறு கோணங்களில் கடத்த பல்வேறு வடிவமைப்பு கொண்ட கியர்கள் உள்ளது. உதாரணமாக carல் differential gear box ஆனது rear axel-ன் மையப்பகுதியில் இருக்கும். எனவே ஒரு கூம்பு வடிவ Bevel Gear ஆனது drive shaft-ன் ஆற்றலை 90 Degree கோணத்தில் கொடுத்து பின் சக்கரங்களை சுழற்றும்.

கியர் எப்படி வேலை செய்கிறது?

பொதுவாக கியரானது இரண்டாகத் தான் இருக்கும் (Set). அவைகளின் விட்டமானது (Diameter) மாறுபட்டிருக்கும். உதாரணமாக முதல் கியர் அதிகமான விட்டத்தையும், இரண்டாம் கியர் குறைவான விட்டத்தையும் கொண்டிருந்தால் முதல் கியரின் சுற்றளவு (Circumference) இரண்டாம் கியரை விட அதிகமாக இருக்கும்.

C = π × d = 2 × π× r

இந்த நீள மாறுபாடுதான் கியரின் மூலம் வேகத்தை அதிகரிக்கப் பயன்படுகிறது.

முதல் கியரின் விட்டம் 30 Cm, இரண்டாவது கியரின் விட்டம் 15 Cm என வைத்துக்கொண்டால் ஒரு சுழற்சியில் முதல் கியர் நேர் கோட்டு கடந்த தொலைவு 94.25 Cm ஆகும். அதுவே இரண்டாவது கியர் 47.12 Cm ஆகும் இரண்டும்
இணைக்கப்பட்டிருப்பதால் இரண்டாம் கியர் இரண்டு சுழற்சிகளை (2×47.12 =94.25) முடிக்கும். எனவே வேகம் அதிகரிக்கும்.

விசையை அதிகரிப்பதும் அப்படிதான்.

கியர்களின் மையப்புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள தொலைவு இரண்டு கியர்களின் ஆரங்களின் கூடுதல் ஆகும் (R + r)

R - 15 cm (முதல் கியரின் ஆரம்)

r - 7.5 cm (இரண்டாம் கியரின் ஆரம்)

விசை அதிகரிப்பின் சூத்திரம்

T = F × R

அதாவது Lever mechanism ஆகும்

Torque (விசை) ஆனது கியரின் ஆரத்திற்கு நேர்தகவில் இருக்கும் 5 N விசை முதல் கியரில் செயல்பட்டால் கிடைக்கும் Torque ஆனது

T = 5 × 15 = 75 N.cm ஆகும்

அதுவே இரண்டாவது கியரில்

T = 5 × 7.5 = 37.5 N.cm

இப்படி தான் கியரின் விட்டத்தின் வடிவமைப்பின் மூலம் வேகத்தையும் விசையையும் தேவைக்கேற்றார்போல் மாற்ற முடிகிறது.

கியரின் அவசியம்?

உதாரணமாக ஒரு Carல் Gear box ஆனது engine-க்கும் Drive shaft-க்கும் இடையே இருக்கும் நாம் Engineஐ Start செய்யும் போது இன்ஜின் ஆனது 1000 rpm என்ற வேகத்தில் இயங்கும். இதை (ஆற்றலை) எவ்வித கியர் அமைப்பும் இல்லாமல் நேரடியாக சக்கரங்களுக்கு செலுத்தும் போது Car ஆனது திடீரென 120 Kmph என்ற வேகத்தில் இயங்க ஆரம்பிக்கும். இது தொடக்க நிலை தான். நாம் மேலும் Accelerator ஐ அழுத்தும் போது இன்ஜினின் வேகம் அதிகரிக்கும். எனவே வாகனமானது கட்டுப்பாட்டை இழக்கும். இதை கட்டுப்படுத்தவும் நம் தேவைகேற்ப வேகத்தையும், விசையையும் கட்டுப்படுத்த கியர் அவசியமாகிறது.

- ஷேக் அப்துல் காதர்