அறிவியல் ஆயிரம்

கீற்றில் தேட...

விவரங்கள்: நெல்லை சு.முத்து; பிரிவு: தொழில்நுட்பம்; வெளியிடப்பட்டது: 26 ஜனவரி 2012

தண்ணீருக்குள் மீன்கள், தவளைகள் மாதிரி நம்மால் சுவாசிக்க முடியுமா என்றால் அதற்குப் பல்வேறு உத்திகள் இன்று ஆராயப்பட்டு வருகின்றன. தண்ணீரில் இருந்து ஆக்சிஜனைப் பிரித்து சுவாசிக்க வழி உண்டாம். அர்னால்ட் லாண்டே(Arnold Lande) என்பவர் புதிய சிந்தனை ஒன்றை வெளியிட்டுள்ளார். அமெரிக்காவில் ஹுஸ்டன் நகரில் டெக்சாஸ் மருத்துவக் கல்வியகப் பல்கலைக் கழகத்தில் இருந்து பணி ஒய்வு பெற்றவர். இதயம் மற்றும் நுரையீரல் அறுவை சிகிச்சை மருத்துவர்.

தண்ணீருக்குள் மூழ்கி முத்தெடுப்பவர் ஆகட்டும், ஆழ்கடல் ஆராய்ச்சியில் ஈடுபடுபவர்கள் ஆகட்டும் இவரது உத்தி மிகவும் உதவும்.

பொதுவாக கடலடியில் மூழ்குபவர் காற்று உருளைகளைச் சுமந்து செல்வார் அல்லவா? நுரையீரலுக்குள் சுமந்து செல்லும் அந்தக் காற்றினுள் நைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் போன்ற மந்த வாயுக்கள் அடங்கி இருக்குமே. அந்த வாயுக்கள் இரத்தத்தில் கலந்து கரைந்து விடும். பின்னர் அவர்கள் தண்ணீர் மட்டத்திற்கு வெளியே வரும்போது அந்த வாயுக்கள் அழுத்தக் குறைவினால் இரத்தத்தில் இருந்து குமிழிகளாக வெளிப்படும். ஏறத்தாழ சோடா பாட்டில் திறந்த போது நுங்கும் நுரையுமாகப் பொங்குமே அந்த மாதிரி ‘திடும்’ என்று ஜட வாயுக்கள் வெளிப்பட்டால் இரத்த நாளங் களுக்குள்ளும் ஆபத்து. அன்றியும், கால், கை, மூட்டிலும் வலி உண்டாகும். தசைப்பிடிப்பு, பக்க வாதம் என்று கூட வர வாய்ப்பு உண்டு.

அதனாலேயே நீர் மூழ்கி வீரர்கள் காற்று உருளைகளைச் சுமந்து செல்லாமல் ஆக்சிஜன் நிறைந்த உருளைகளையே எடுத்துச் செல்கின்றனர். ஆனால் திரவ ஊடகத்தில் சுவாசிக்க உதவும் உத்தி 1960 ஆம் ஆண்டுகளில் உதித்தது. திரவத்தில் கரைந்துள்ள ஆக்சிஜனைப் பிரித்து சுவாசித்திட நுரையீரல்களில் அடங்கிய ‘அல்வியோலி’(alveoli) என்கிற நுண்ணிய இழைவேர்கள் உதவுகின்றன. ஆனால், ஒரு திரவத்தில் கரைந்துள்ள ஆக்சிஜனை உறிஞ்சி, கரியமில வாயுவை வெளியிடும் வேகத்திற்கு இந்த அல்வியோலி ஈடு கொடுக்க இயலாது. அதனால், நீர் மூழ்கி வீரர் உயிருக்கு மூச்சுத் திணறும்.

இந்த வகையில் இத்தாலியில் வெனிஸ் நகரில் நடைபெற்ற பயன்பாட்டு உயிரி மின்னணு நுட்பம் மற்றும் உயிரி விசை நுட்பம் (Applied Bionics and Biomechanics) தொடர்பான முதலாவது சர்வதேச மாநாட்டில் லாண்டே ஒரு புதுச் சிந்தனையை வெளியிட்டார்.

நீர் மூழ்கி வீரர்கள் பயன்படுத்தும் தலைக் கவசத்தினுள் ஆக்சிஜன் செறிந்த பெர்ஃபுளூரோ கார்பன் திரவத்தை நிரப்பி விடலாம் என்கிறார். போர்க் கவசம் மாதிரி மார்பிலும் ஓர் உறையை மாற்றிக் கொள்வதாக இருக்கட்டும். உள்மூச்சு வாங்கும்போது மார்பு விரிவடை யுமே. அப்போது மார்புக் கவச உறை அழுத்தப் படுவதால், அதில் இருந்து பெர் ஃபுளூரோ கார்பன் திரவம் பிதுக்கப்பட்டு தலைக்கவசத்திற் குள் பாயும். அப்போது அதில் அடங்கிய ஆக்சிஜன் சுவாசத்திற்குப் பயன்படும். வெளிமூச்சில் அடங்கிய கார்பன் டை ஆக்சைடை ஏதேனும் செவுள் போன்ற சவ்வு அமைப்பினூடே வெளியேற்ற வேண்டும். அல்லது சுண்ணாம்புக் கரைசல் போன்ற ஏதேனும் வேதிமத்தில் கரைக்க வேண்டும்.

நியூ மோர்ஸ்/ஆல்ஃபிரெட், ஐ.டீ பான்ட் குழந்தைகள் மருத்துவ மனையில்(Nenours / Alfred I.duPont Hospital for Children) தாமஸ் ஷாஃபர் இந்தப் புதிய சுவாச நுட்பத்தை ஏனைய உயிரினங்களில் பரிசோதித்துப் பார்த்து விட்டனர், விஞ்ஞானிகள். இந்தத் தொழில் நுடபம் மட்டும் நிரூபிக்கப்படும் பட்சத்தில். ஒரு கிலோமீட்டர் ஆழத்தில் கடல் ஆராய்ச்சிகள் நடத்தலாம். அது மட்டுமின்றி, மெக்சிகோ வளை குடாவில் 1500 மீட்டர்கள் ஆழ்நீர் அடிவான எண்ணெய்த் துரப்பணி பணியில் இந்த உத்தி பெரிதும் உதவக்கூடும்.

(அறிவியல் ஒளி - 2012 ஜனவரி இதழில் வெளியான படைப்பு)

விவரங்கள்: பெ.வ.செகந்நாதன்; பிரிவு: தொழில்நுட்பம்; வெளியிடப்பட்டது: 26 ஜனவரி 2012

EPR சோதனை என்பதை அணு இயற்பியலில் உள்ள கருத்தைக் கொண்டு டேவிட் போஹம் (David Bohm) விளக்கினார். அதாவது இரண்டு சுழலும் மின்னணுக்களின் சுழற்சியைப் பற்றித் தெளிவாக அவர் அலசி ஆராய்ந்து தன் கருத்துக்களை வெளியிட்டார்.

51. துகள் சுழற்சி(particle spin) என்பது “துகள் தன் சொந்த அச்சை ஆதாரமாகக் கொண்டு சுழல்வதாகும்(rotation).”

52. இக்கருத்து அணுத்துகள் இயற்பியலுக்கும்(Sub atomic physics) பொருந்துவதாக உள்ளது.

53. துகள் சுழற்சி கொடுக்கப்பட்ட ஒரு சுழல் அச்சினுக்கு இரண்டு விவரங்களை மதிப்பைப் (value) பொறுத்தது.

(i) மின்னணு ஒரு திசையிலோ அல்லது அதன் எதிர்த்திசையிலோ சுழல்கிறது.

(ii) அதாவது இடமிருந்து வலமாகவோ (clockwise), அல்லது வலமிருந்து இடமாகவோ (anticlockwise) சுழல்கிறது.

54. இரண்டு மின்னணுக்களின் சுழற்சியின் மொத்த அளவு எப்போதும் மாறாததாக உள்ளது. (The amount of spin of two electrons is always the same)

55. சுழற்சியின் இந்த இரண்டு மதிப்புகளும் ‘மேல்’(up), ‘கீழ்’(down) எனப்படுகின்றன.

56. பழமையான இயற்பியல் இலக்கணங்களால்(classical terms) மின்னணு சுழற்சியைப் புரிந்துகொள்வது கடினம்.

57. அதாவது சுழல்வதற்கு ஆதாரமான சுழல் அச்சு தீர்மானமாக இப்படித்தான் என்று வரையறுக்க முடியாது.

58. மின்னணு சில இடங்களில் இருக்கக் கூடிய விருப்புத் தன்மையைக்(tendencies) கொண்டுள்ளன. (ஏன்?...)

59. மேலும் அவை ஒரு குறிப்பிட்ட சுழல் அச்சில் சுழலும் தன்மை கொண்டுள்ளன.

60. மின்னணு ஓர் அச்சை ஆதாரமாகக் கொண்டு ஒரு குறிப்பிட்ட திசையிலோ அல்லது அதற்கு எதிர்த்திசையிலோ சுழல்வதை, அளக்க முற்படுகையில் - ஒரு திட்டவட்டமான சுழல் அச்சு கிடைக்கிறது.

61. அளக்க ஆரம்பிப்பதற்கு முன் மின்னணு சுழற்சியில் மின்னணு ஒரு குறிப்பிட்ட அச்சை ஆதாரமாகக் கொண்டு சுழல்வதில்லை.

அதாவது மின்னணு ஏதோ ஓரு வகையான ஈடுபாட்டால் அல்லது தன்னுள் நிறைந்திருக்கும் ஆற்றலால் அவ்விதம் செயல்பட முனைகின்றது.

(பூமி தன் அச்சை ஆதாரமாகக் கொண்டு (23 1/2 டிகிரி) சுழல்கிறது. ஆர்யபட்டா எப்படி, எதன் துணையுடன் இக்கருத்தை வெளியிட்டார்? வானவியலில் இக்கருத்தின் பங்கென்ன? இவையெல்லாம் இன்றைய இளைய தலைமுறை யினர் எழுப்பும் வினாக்கள்.

இக்கருத்து சோதிடவியலில் வழக்கில் உள்ளது. வானவியல் கருத்துக்களையும், கோட்பாடுகளையும் கணிப்பிற்கு சோதிடவியல் பயன் படுத்துகிறது. அது விரிக்கின் பெருகும். அதற்கான இடமும், நேரமும் இதுவல்ல. அது பற்றித் தனிக் கட்டுரையில் பார்க்கவேண்டும்.

அயனம் என்றால் அசைதல் என்று பொருள். புவியின் அச்சு 23 1/2 o யில் மைய நேர்குத்துக்கோட்டிற்கு இரு புறமும், ஊசலாடுகிறது. அதனைக் கணித சோதிடம் கணக்கில் எடுக்கிறது. இதனை அயனாம்சம் என்பர்.

62. மின்னணு சுழற்சி பற்றிய இந்தத் தெளிவான புரிந்த நிலையில் நாம் EPR சோதனைகளையும், பெல் தேற்றத்தையும் பரிசீலிக்கலாம்.

EPR சோதனை - விளக்க விரிவாக்கம்

63. இச்சோதனையில் இரண்டு மின்ன ணுக்கள் எதிர் எதிர்த் திசைகளில் சுழல்கின்றன. அவற்றின் மொத்த சுழற்சி சுழி ஆகும்.

64. தனிப்பட்ட சுழற்சியின் திசை தீர்மானமாகத் தெரியாத நிலையில், இரண்டு மின்னணுக்களை அந்நிலையில் வைக்க எவ்வளவோ சோதனை முறைகள் உள்ளன.

65. ஆனால் ஒன்று சேர மொத்தமாக இரண்டு மின்னணுக்களின் சுழற்சியின் அளவு சுழியே. (கூறியது கூறல் முக்கியத்துவத்தின் காரணமாகக் கூறப்பட்டது.)

66. ஒரு சுழற்சியை கற்பனை செய்து பார்ப்போம். இந்த இரண்டு துகள்களும் ஒன்றை யொன்று விலகிச் செல்கின்றன. எப்படி? ஏதோ ஒரு முறையில் அவற்றின் சுழற்சி பாதிக்கப் படவில்லை என்போம்.

67. இவ்விரண்டு துகள்களும் எதிர்த் திசையில் செல்கின்றன. அவற்றின் ஒட்டு மொத்த சுழற்சி சுழியே ஆகும். அவற்றின் இடைத்தூரம் வெகுவாக, அதிகமாக, தனிப்பட்ட சுழற்சி அளக்கப்படுகிறது.

68. இச்சோதனையின் முக்கியமான கருத்தைக் கவனிப்போம். இந்த இரண்டு துகள்களுக்கும் இடையே உள்ள தூரம் மிக அதிகமானது என்போம். (தில்லியில் ஒன்றும், கன்னியாகுமரியில் மற்ற ஒன்றும் ஏன்? பூமியில் ஒன்றும், சந்திரனில் மற்றொன்றும்.) இவற்றில் ஒன்றின் சுழற்சி திசையை ‘மேல்’ என்றும், மற்றொன்றின் சுழற்சி திசையை ‘கீழ்’ என்றும் குறிப்பர்.

69. EPR சோதனையின் பார்வையாளர் சுழற்சியின் அச்சு எதுவெனத் தேர்ந்தெடுக்க சுதந்திரம் தரப்படுகிறார்.

70. ஒரு துகளின் சுழற்சி செங்குத்து அச்சில் சுழன்றால் அதனை ‘மேல்’ என்று காண்கிறோம்.

71. ஒட்டு மொத்த சுழற்சியின் அளவு சுழி ஆக இருப்பதால் இந்த அளவீடு இரண்டாவது துகளின் சுழற்சி ‘கீழ்’ என ஆகிறது. முதல் துகளின் சுழற்சியை அளவீடு செய்வதால், நாம் இரண்டாவது துகளின் சுழற்சியை மறைமுகமாய் அளவீடு செய்கிறோம். இம்முறையில் இந்தத் துகள்கள் எவ்வகையிலும் இடையூறு பெறுவதில்லை.

72. பார்வையாளர் அளவீடு செய்ய எந்த அச்சையும் சுதந்திரமாகத் தேர்ந்தெடுக்க அனுமதிக்கப்படுகிறார். இது ஒரு விதமான முரண்பாடாகத் தோன்றுகிறது அல்லவா? (ஆழ்ந்து சிந்திக்கவும்)

73. குவையக் கொள்கைப்படி அளவீடு எடுப்பதற்கு முன் இத்துகள் ஒருவித ஈடுபாடு உள்ளதாகவோ, உள் நிறைந்த சக்தி நிறைந்ததா கவோ உள்ளன. எந்நிலையிலும் இரண்டு துகள்களின் ஒரு குறிப்பிட்ட அச்சிற்கு, சுழற்சிகள் எப்போதுமே எதிர் எதிராகவே இருக்கின்றன. (The spins of two electrons about any axis will always be opposite, but they will exist only as tendencies or potentialities before the measurement is taken – Quantum Theory)

74. பார்வையாளர் ஒரு குறிப்பிட்ட அச்சினைத் தேர்ந்தெடுத்த பின், அளவீடு செய்யும்போது, இந்த இரண்டு துகள்களுக்கும் ஒரு திட்டவட்டமான சுழல் அச்சு அமைகிறது.

75. இறுதி நிமிடத்தில் கூட பார்வையாளர் தான் விரும்பும் சுழல் அச்சினைத் தேர்ந்து எடுக்கலாம். அப்போது மின்னணு வெகுவாக ஒன்றை விட்டு ஒன்று வெகு தூரத்தில் இருக்கும். இது மிகவும் முக்கியமான இக்கட்டான நிலையாகும்.

(தொடர்வோம்)

(அறிவியல் ஒளி - 2012 ஜனவரி இதழில் வெளியான படைப்பு)

விவரங்கள்: சி.சண்முகம்; பிரிவு: தொழில்நுட்பம்; வெளியிடப்பட்டது: 26 ஜனவரி 2012

அடர்த்தி வித்தியாசமுள்ள இரு பொருள்களை ஒரு திரவத்தினுள் போட்டு அசைக்கும் போது அடர்த்தி அதிகமான பொருள் கீழிறங்கிச் சென்று விடுவதையும், சற்று அடர்த்தி குறைவான பொருள் அதற்கு மேல் அமைத்துக் கொள்வ தையும் பார்க்கலாம். ஈர்ப்பு விசையை முக்கியமாகப் பயன்படுத்தி தனித்தனியாகப் பிரித்தெடுக்கும் இம்முறையின் தத்துவம்தான் சமையலறையிலும் மிகப் பெரிய தொழிற்சாலைகளிலும் செயல் படுகிறது.

ஒரு சில வித்தியாசங்களும் உண்டு. அரிசி களைதல் என்றழைக்கப்பட்டாலும் உண்மையில் அரிசியில் உள்ள கனமான, அதாவது அடர்த்தி அதிகமான கற்களைக் களைதல் என்ற பொருளில் தான் அதை எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும். அடர்த்தி அதிகமான கற்கள் நமக்குத் தேவையில்லை. அவற்றைத் தூக்கி எறிகிறோம். சற்று அடர்த்தி குறைவான அரிசிதான் நமக்குத் தேவை என்று அதை எடுத்துக்கொள்கிறோம்.

உலோகத் தொழிற்சாலைகளில் அடர்த்தி அதிகமான தாதுப்பொருள்கள்தான் நமக்குத் தேவை. அவை படுகையின் அடியில் தங்கி விடுகின்றன. அடர்த்தி அதிகமான தும்பு, தூசு, களிமண், மணல் போன்றவை நமக்குத் தேவையில்லை. ஆக, அரிசி களைதல் என்று சமையலறையில் நிகழ்த்தப்படும் செயலின் தத்துவம்தான் ஈர்ப்பு விசையில் பிரித்தல் செயலிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

தொழிற்சாலைகளில் நுரை மிதப்பு முறை என்ற ஒன்று கடைபிடிக்கப்படுகிறது. குறிப்பாக சல்பைடு தாதுப் பொருள்களுக்கு இம்முறை கையாளப்படுகிறது. இம்முறையில் பெரிய தொட்டிகளில் பொடியாக்கப்பட்ட சல்பைடு தாதுப் பொருள்களைக் கொட்டி, அதனுடன் சிறிது பைன் எண்ணெயையும் சேர்த்து பின் தொட்டியில் நிறைய நீர் ஊற்றி அழுத்தமான காற்றை அதனுள் செலுத்துவர். சிறிது நேரத்தில் நீரின் மேற்பரப்பில் நுரை திரண்டு மிதக்கும். அந்த நுரையில் தூய்மையான, இலேசான, எண்ணெயில் ஒட்டக்கூடிய சல்பைடு தாதுப் பொருள் களின் துகள்கள் மட்டும் ஒட்டிக் கொண்டு மிதக்கும். தேவையற்ற கனமான பொருள்கள் தொட்டிக்குள் அடியில் தங்கிவிடும். மேலே மிதக்கும் நுரையை வழித்து எடுத்துக்கொள்வர்.

இந்த முறையைக் கவனிக்கும் போது நம் சமையலறையில் கையாளும் முறை நம் நினைவுக்கு வராமலில்லை. தயிரிலிருந்து வெண்ணெயைப் பிரித்தெடுக்க நாம் என்ன செய்கிறோம்? தயிருடன் நீர் சேர்த்துப் பாத்திரத்தில் ஊற்றி, பின் மத்து எனப்படும் ஒரு கருவியை இரு உள்ளங்கைகளுக்கிடையில் பிடித்துக்கொண்டு இப்படியும், அப்படியுமாக உருட்டும் வேலையை மத்தினால் கடைதல் என்றழைக்கிறோம் அல்லவா? சிறிய பாத்திரத்திற்குள் கைகளினால் கடையும் வேலையைப் பெரிய தொட்டிகளில் அழுத்த மான காற்றைச் செலுத்தி தொழிற்சாலைகளில் செய்கிறார்கள் அவ்வளவுதான்!

இங்கு வெண்ணெய் திரண்டு, அடர்த்தி குறைவதனால் மோரின் மேல் மிதக்கிறது. அங்கு தாதுப் பொருள்களின் அடர்த்தி குறைவு. அதனால் நுரையில் அது மிதக்கிறது. நுரை மிதப்பு முறை என்று உலோகவியல் தொழிற்சாலைகளில் அழைக்கப்படும் முறையில் அடங்கியுள்ள தத்துவ மும் தயிர் கடைதல் என்று சமையலறையில் கடைப்பிடிக்கப்படும் முறையில் உள்ள தத்து வமும் ஒன்றுதான்.

(கையினால் கடைதலைச் செய்தபோது இயற்பியலில் வரும் இணையின் திருப்புத்திறன் தத்துவத்தையும் நாம் பயன்படுத்துகிறோம் என்பதை மறக்கக் கூடாது.) இவ்வாறாக வேதி யியல் பாடங்களில் நாம் படிக்கும் பல செயல் முறைகளும் அவற்றுள் அடங்கியுள்ள தத்துவங் களும் நமக்குப் புதியதல்ல. நாம் நம் வாழ்வில் கடைப்பிடிக்கும் பல விவரங்கள்தாம் அவை என்பதை அறிந்துகொண்டு விட்டால் அப்பாடங்களையும் அவற்றினுள் அடங்கியுள்ள தத்துவங்க ளையும் எளிதில் மறக்க முடியாதல்லவா? எந்த ஒரு பாடமும் நமக்குப் புரிய வேண்டுமானால் அது கற்றுக்கொடுக்கப்படும் விதம் ஒரு பக்கம் முக்கியம் என்றால் புரிந்துகொள்ளும் மாணவர்கள் அதை எந்தக் கோணத்தில் பார்க்கிறார்கள் என்பதும் முக்கியம். சரியான கோணத்தில் பார்க்கத் தொடங்கி விட்டால் கடினமான பாடம் என்று ஒன்று உண்டா என்ன?

வேதியியலில் உள்ள பல கோட்பாடுகளில் முக்கியமான ஒன்று கலப்பினச் சேர்க்கை என்பதாகும். உயிரியியலில் கூட கலப்பினச் சேர்க்கை என்ற கோட்பாடு உள்ளது. செயல்படும் விதங்கள் இரண்டிலும் வேறுபட்டாலும் அடிப்படைக் கருத்தை ஒன்றாகத்தானிருக்கிறது.

வேதியியலில் கலப்பினச் சேர்க்கை என்ற கோட்பாடு விளங்கவேண்டுமென்றால் முதலில் வலுவெண் கோட்பாட்டிலிருந்து நாம் தொடங்க வேண்டும். இதை எளிமையாகப் புரிந்துகொள்ள வழக்கமாகக் கையாளும் கரி அணுவை எடுத்துக் காட்டாக எடுத்துக்கொண்டு விளக்கத் தொடங்குவோம். எந்த அணுவிலும் அதன் இறுதிச் சுற்றுப் பாதையில் உள்ள இணை சேராத மின்னணுக்களின் எண்ணிக்கையே வலுவெண் என்பதாகும், என்று வேதியியல் விளக்கம் தருகிறது. சாதாரண நிலையில் கரி அணுவில் மின்னணுக்கள் அமைந்துள்ள நிலையைப் பார்ப்போம்.

Carbon C 1s²2s²2p²

இந்த அமைப்பின்படி பார்த்தால் ஒரு கரி அணுவில் இரண்டு இணை சேராத மின்னணுக்கள் உள்ளன. ஆதலால் அதன் வலுவெண் இரண்டு என்றாகிறது. ஆனால், கரி அணுக்கள் உள்ள கூட்டுப்பொருள்கள் அனைத்திலும் கரி அணுவின் வலுவெண் நான்காகத்தான் உள்ளதே தவிர எங்கேயும் இரண்டைக் காணோம். அதாவது இருக்கவேண்டிய நியதிக்கும், உண்மையில் நடக்கின்ற நடப்புக்கும் தொடர்பில்லாமல் இருக்கிறது.

இயற்கையில் நடக்கும் நிகழ்வுகளை விளக்கத்தான் நியதிகளும், கோட்பாடுகளும் உருவாக்கப்படுகின்றன. அவற்றைக் கொண்டு தான் தீர்வுகள் விளக்கப்படுகின்றன. நியதிக்கும், நடப்புக்கும் வேறுபாடு இருந்தால் என்ன செய்வது? நடக்கின்ற நிகழ்வுகளுக்குத்தான் நாம் நியதி கற்பிக்கலாமே தவிர நாம் கூறிவிட்ட நியதிக்கேற்ப நிகழ்வுகள் நடந்தாக வேண்டுமென்று நாம் எதிர்பார்க்க முடியாது. அப்படி எதிர்பார்த்தால் செருப்புக்குத் தகுந்தாற் போல காலின் அளவை மாற்றிக்கொள்ள முயற்சிக்கும் செயலுக்கு ஒப்பாகும். அது முட்டாள்தனமானது என்பதை சொல்லத் தேவையில்லை.. சரி! இந்தப் பிரச்னைக்குத் தீர்வு என்ன?

(அடுத்த இதழில்)

(அறிவியல் ஒளி - 2012 ஜனவரி இதழில் வெளியான படைப்பு)

விவரங்கள்: ம.அருள்தளபதி; பிரிவு: தொழில்நுட்பம்; வெளியிடப்பட்டது: 26 ஜனவரி 2012

புழை இருவாய்க்கு எந்தவித சார்பு மின்னழுத்தமும் அளிக்காதபோது, சமநிலையில் ‘பொ்மி மட்டமானது’ p- பகுதி மற்றும் n – பகுதி ஆகிய இரு பக்கத்திலும் ஒரே நிலையில் இருக்கும். இது படம்-1 (a) ல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

திருப்பிய சார்பு மின்னழுத்தம் அளிக்கப்படும்போது மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பின் உயரம் (potential energy barrier height) E_h அதிகரிக்கிறது. எனவே n – பகுதியிலுள்ள ஆற்றல் மட்டமானது p – பகுதி ஆற்றல் மட்டத்துடன் ஒப்படும்போது கீழப்புறமாக இடப்பெயா்வு அடைகிறது. ( படம் -1 b ). இப்பொழுது p – பகுதியிலுள்ள இணைதிறன் பட்டையிலுள்ள மின்னணுக்கள் மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பைக் குடைந்துகொண்டு ( tunnel) n – பகுதியிலுள்ள அனுமதிக்கப்பட்ட காலியான கடத்து பட்டைக்குச் செல்கின்றன. இதனால் இருவாயில் திருப்பிய சார்பு மின்னோட்டம் பாய்கிறது. புழை இருவாய்க்கு அளிக்கப்படும் மின்னழுத்த அளவை மேலும் அதிகரித்தோமானால், அதிக எண்ணிக்கையிலான மின்னணுக்கள் தடுப்பு அரணைக் குடைந்துகொண்டு மறுபக்கத்திற்கு செல்கின்றன. ஆகையால் திருப்பிய மின்னோட்டமானது மேலும் அதிகாpக்கிறது மற்றும் இருவாய் மின்தடை குறைகிறது. இது புழை இருவாயின் மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக்கோட்டில் (படம் -2 a) ல் (1) என்ற பகுதியில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

முன்னோக்கிய சார்பு மின்னழுத்தம் அளிக்கப்படும்போது மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பின் உயரம் (Potential energy barrier height) E_h குறைகிறது. எனவே n – பகுதியிலுள்ள ஆற்றல் மட்டமானது p – பகுதி ஆற்றல் மட்டத்துடன் ஒப்பிடும்போது மேல் புறமாக இடப்பெயா்வு அடைகிறது. (படம் -1 c). எனவே n – பகுதியிலுள்ள நிரப்பப்பட்ட கடத்துப் பட்டைப் பகுதியிலிருந்து மின்னணுக்கள் மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பைக் குடைந்துகொண்டு p – பகுதியிலுள் காலியான நிலையிலுள்ள இணைதிறன் பட்டைக்குச் செல்கின்றன. இது முன்னோக்க டையோடு மின்னோட்டத்தைத் தருகிறது. இது மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக்கோட்டில் ( படம் -2 a ) ல் ( 2 ) என்ற பகுதியில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

முன்னோக்கிய சார்பு மின்னழுத்தத்தை மேலும் அதிகரிக்க, ஆற்றல் நிலையானது படம் - 1 (d) ல் காட்டியுள்ள நிலையை அடைகிறது. இந்நிலையில் மிகப்பெரும்பான்மை எண்ணிக்கையிலான மின்னணுக்கள் மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பைக் குடைந்துகொண்டு மறுபக்கத்திற்கு செல்கின்றன. இந்நிலையில் மின்னோட்டமானது மிக உயா்நிலையான முகட்டு நிலையை ( peak level) I_p யை அடைகிறது.

மேலும் முன்னோக்கிய சார்பு மின்னழுத்தத்தை அதிகரித்தோமானால் படம் 1.(e) ல் காட்டியுள்ள நிலை ஏற்படுகிறது. n – பகுதி கடத்துப் பட்டையின் நிலை மற்றும் p – பகுதி இணைதிறன் பட்டையின் நிலை ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைவு மாறுபடுவதால், மின்னழுத்த ஆற்றல் தடுப்பைக் குடைந்தகொண்டு மறுபகுதிக்குச் செல்லும் மின்னணுக்களின் எண்ணிக்கை குறைகிறது, எனவே, எதிர்மின்தடையின் (negative resistance) காரணமாக மின்னோட்டமும் குறைகிறது. இது மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக்கோட்டில் (படம் -2 a) ல் (3) என்ற பகுதியில் காட்டப்பட்டுள்ளது. இப்பகுதி எதிர் மின்தடைப் பகுதி (negative resistance region) என்றழைக்கப்படுகிறது.

முன்னோக்கிய சார்பு மின்னழுத்தத்தை மேலும் அதிகரித்தோமானால் n பகுதியிலுள்ள கடத்து பட்டையும் p- பகுதியிலுள்ள இணைதிறன் பட்டையும் நேரே ஒருங்கிணைவு நிலையில் இல்லாமல் படம் 1 (e) ல் காட்டியுள்ள நிலையில் இருக்கும்.. எனவே, மின்னணுக்கள் குடைந்து கொண்டு மறுபகுதிக்குச் செல்வது நின்றுவிடும், ஆகையால் மின்னோட்டமானது சுழி ( zero ) நிலையை அடைகிறது. இது மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக்கோடு படம் 2 ல் காட்டப்பட்டுள்ளது,

இருந்தாலும் முன்னோக்கிய சார்பு மின்னழுத்தத்தை இதற்கு மேலும் அதிகரித்தோமானால், மின்னோட்டமானது ஒரு சாதாரண சந்தி இருமின்வாயின் முன்னோக்கிய சார்பில் மின்னோட்டம் எவ்வாறு அதிகரிக்கிறதோ அதேபோல் சுழியிலிருந்து அதிகரிக்கத் தொடங்குகிறது இது மின்னழுத்த – மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக் கோட்டில் படம் -2 (a) ல் பகுதி (4) எனக் குறிக்கப்பட்டுள்ளது. படம் - 2 (a) ல் குடைவு மின்னோட்டம் தொடா்கோடாகவும், ஊடுருவல் மின்னோட்டம் விட்டு விட்டு உள்ள கோடாகவும் காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த இரண்டும் இணைந்ததாக மின்னழுத்த –மின்னோட்ட சிறப்பியல்புக்கோடு வரைபடம் 2 (b) ல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இதில் I_p உயா்மின்னோட்ட அளவான முகடு மின்னோட்டத்தைக் (peak current) குறிக்கிறது. I_v என்பது குறைந்த மின்னோட்ட அளவான பள்ள மின்னழுத்தத்தைக் (valley current) குறிக்கிறது. v_F என்பது முன்னோக்கிய மின்னழுத்தமாகக் (forward voltage) குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது.

(அறிவியல் ஒளி - 2012 ஜனவரி இதழில் வெளியான படைப்பு)

கீற்றில் தேட...

அறிவியல் ஆயிரம்

தண்ணீருக்குள் சுவாசிக்க ஒரு திரவ நுரையீரல்

EPR சோதனை என்பது என்ன?

வேதியியலின் கதை – 8

புழை இருவாயின் செயல்பாடு(Function of tunnel diode)

உட்பிரிவுகள்

விண்வெளி

தொழில்நுட்பம்

சுற்றுச்சூழல்

புவி அறிவியல்

இயற்கை & காட்டுயிர்கள்