மீகடத்திகள்

மின்சாரம் - நம் அன்றாட வாழ்வின் ஒரு பகுதியாகி, சினிமாக்களில் பெயர்களில் இடம் பிடிக்கும் அளவு ஒன்றிவிட்டது. எல்லாவற்றிலும் மின்சாரம் புகுந்து நம் வேலைகளை எளிதாக்குகிறது. மின்சாரம் எங்கெல்லாம் பயன்படுகிறது என்று பட்டியல் போட்டுச் சொல்லி உங்களை போரடிக்கப்போவதில்லை. ஆனால், அந்த சொகுசுக்காக சில நூறு கிலோமீட்டர்கள் தொலைவில் உற்பத்தியாகும் இடத்தில் இருந்து மின்சாரத்தை நம் வீடுகளுக்குக் கொண்டுவருகிறோம். மின்சாரம் என்பது என்ன?

அநல்இஎய்பஜ என்று எழுதுவதில் ஏதும் புரிவதில்லை. ஆனால், அனுஷ்கா ஷர்மா என்று எழுதினால் மண்டைக்குள் பல்பு எரிகிறதல்லவா? அதுபோல, எலெக்ட்ரான்கள் ஒரு பொருளுக்குள் அசைந்துகொண்டுதான் இருக்கின்றன. ஆனால், எலெக்ட்ரான்களின் நகர்வு ஒரு ஒழுங்கோடு இருக்கும்போதுதான் அது மின்சாரமாகக் கருதப்படுகிறது.

சில பொருட்கள், இந்த எலெக்ட்ரான்களின் பாய்ச்சலை இருட்டுக்கடை அல்வா தொண்டையில் வழுக்கிக்கொண்டு போவதுபோல வழிவிட்டுவிடும். அவற்றை மின்கடத்திகள் (conductors) என்கிறார்கள். வேறு சில பொருட்கள், நெய் கம்மியான கேசரியை கொஞ்சம் மென்று விழுங்குவது மாதிரி, கொஞ்சம்போல் தாஜா செய்தால் கடத்த ஆரம்பிக்கும். அவற்றுக்கு குறை கடத்திகள் (semi conductors) என்று பெயர். வேறு சில பொருட்கள், முந்தின நாள் ராத்திரி செய்த ரவா உப்புமாவை விழுங்குவது மாதிரி. ஆகவே ஆகாத காரியம், அவற்றை மின் கடத்தாப் பொருட்கள் (non conductors or insulators) என்கிறார்கள்.

இப்படி, பொருட்களின் வழியே மின்சாரம் பாய்வதை தடை செய்கிற பண்புக்கு மின் தடை (resistance) என்று பெயர். மின்சாரத்தை நன்றாகக் கடத்துகிற பொருட்களான செம்பு, அலுமினியம், இரும்பு, தங்கம் (ஆம், செம்பைவிட தங்கம் அருமையான மின்கடத்தி. வயர் போட்டு கட்டுப்படி ஆகாது என்பதால், செம்போடு நிறுத்திவிட்டோம்) என எல்லாவற்றுக்கும் ஒரு மின் தடை உள்ளது. இந்த மின் தடை ஏன் இருக்கிறது?

நாம் பார்க்கிற ஒரு மின்கடத்தி, அசையாமல் ஒரே இடத்தில் இருக்கிற மாதிரி தெரிந்தாலும், அதன் அணுக் கட்டமைப்பு ஒரு மாதிரி அதிர்வுகளுடனே இருக்கிறது. தான் இருக்கும் இடத்தில் ஒரு மாதிரி அதிர்ந்துகொண்டே இருக்கிறது. இந்த அமைப்புகளின் ஊடே பயணிக்கும் ஒரு எலெக்ட்ரான், இந்த அதிருகிற அணுக்களோடு மோதுமல்லவா? அந்த மோதல் ஒரு வெப்பத்தை ஏற்படுத்தும். சிக்கல் என்னவெனில், அந்த வெப்பம் மேலும் அந்த அதிர்வுகளை அதிகப்படுத்தும். அந்த அதிர்வு, எலெக்ட்ரானின் ஓட்டத்தை மேலும் கடினமாக்கும். இந்த மின் தடை, கடத்தப்படும் மின்னாற்றலில் ஒரு பகுதியை வெறும் வெப்பமாகவே கரைந்துவிடும். இது பல இடங்களில் நமக்குப் பிரயோஜனமாகவும் இருக்கிறது. உதாரணம் அயர்ன் பாக்ஸ்கள், வெந்நீர் போடும் இயந்திரங்கள் இவற்றிலெல்லாம் இப்படி உருவாகும் வெப்பம்தான் பயனாகிறது.

ஆனால், மின்சாரம் கடத்தப்படும்போது இந்த வெப்பம் வீணாதல் நல்லதல்ல. அப்படியென்றால், மின் தடையே இல்லாத ஒரு மின்கடத்தி இருந்தால் அம்சமாக இருக்கும் அல்லவா? அப்படி ஒரு மின்கடத்திக்கு, மின் தடையே இல்லாமல் போகும் விளைவுக்கு மீகடத்தல் (superconductivity) என்று பெயர். அந்தப் பொருட்களுக்கு மீகடத்திகள் (superconductors) என்று பெயர். சரி. மீகடத்தல் ஏன் நிகழ்கிறது?

பொருள்களுக்குள்ளே இயல்பாகவே அதிர்வுகள் இருக்கின்றன என்று பார்த்தோம் அல்லவா? அந்த அதிர்வுகள்தானே மின் தடைக்குக் காரணம். அப்படி அதிர்வுகளை மொத்தமாக நிறுத்திவிட்டால்? மின் தடையும் போய்விடும் அல்லவா? எப்படி, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது அதிர்வுகள் அதிகரிக்கிறதோ, அப்படியே வெப்பநிலை குறையும்போது அதிர்வுகள் குறையவும் செய்யும்தானே? அப்படியென்றால், வெப்பநிலை குறையக் குறைய மின் கடத்தியின் மின் தடையும் குறையும். ஒரு அளவில், எந்தத் தடையும் இல்லாமல் எலெக்ட்ரான்கள் அப்படியே சல் சல்லென்று ஓடத் தொடங்கும். ஆத்தா மனம் குளிர்ந்தால் மழை பெய்யும் என்பதுபோல, மின்கடத்தியும் குளிர்ந்தால் மின்தடை காணாமல் போகும்.

அப்படி, எந்த வெப்பநிலையில் ஒரு மின்கடத்தியின் மின்தடை விட்டலாச்சார்யா படத்தில் வருவதுபோல் மாயமாக மறைகிறதோ, அந்த வெப்பநிலையை மாறுநிலை வெப்பநிலை (critical temperature) என்பார்கள். இந்த மாறுநிலை வெப்பநிலைக்கு ஒரு மின்கடத்தியை வரவைக்க நாம் கொஞ்சம் மெனக்கெட வேண்டும். அந்த மின்கடத்தியை, திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களால் குளிப்பாட்ட வேண்டும்‌. திரவ நைட்ரஜன், திரவ ஆக்ஸிஜன், திரவ ஹீலியம் போன்றவற்றை வைத்துக் குளிப்பாட்டினால், மனம் குளிர்ந்து மின்தடையை தள்ளுபடி செய்துவிடும். காரணம், இந்த திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் வெப்பநிலை மைனஸ் 80 டிகிரிக்கும் கீழ் இருக்கும்.

இப்படி, மீகடத்திகள் மின் பகிர்மானத்தின் பயன்பட்டால், மின்சாரம் உற்பத்தி ஆகும் இடத்தில் இருந்து வீட்டுக்கு வரும் வரை மின்தடையால் வீணாகும் ஆற்றல் கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியமாகும். இதையும் தவிர, பல விஷயங்களுக்கு இந்த மீகடத்திகள் பயன்பட்டுக்கொண்டிருக்கின்றன. மிக முக்கியமான ஒரு உதாரணம், புல்லட் ரயில். புல்லட் ரயிலில், நம் ஊர் ரயில்கள் மாதிரி ரயிலின் சக்கரம் தண்டவாளத்தைத் தொட்டுக்கொண்டு ஓடாது. சும்மா ஜம்மென்று தடத்தை விட்டு அரையடி உயரத்தில் காற்றில் நிற்கும். மீகடத்தி காந்தங்கள் உருவாக்கும் சக்திவாய்ந்த காந்தப் புலத்தின் விசையால், காற்றில் நிறுத்தப்படுவதால் அந்த ரயில்களை மேக்லெவ் (maglev - Magnetic levitation என்பதன் சுருக்கம்) என்று அழைக்கிறார்கள். தடத்தோடு ஏற்படும் உராய்வு என்பதே இல்லையென்பதால், அது மணிக்கு 700 கி.மீ. வேகத்தில் பயணிப்பது சாத்தியப்படுகிறது.

இன்னொரு உபயோகம், எம்.ஆர்.ஐ. சோதனைக் கருவிகள். Magnetic resonance imaging என்பதன் சுருக்கமே எம்.ஆர்.ஐ. (M.R.I.) அதற்குத் தேவையான சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலத்தை உருவாக்க மீகடத்தி காந்தங்களைப் பயன்படுத்துகிறார்கள். எம்‌.ஆர்.ஐ.யின் ஒன்றுவிட்ட அத்தைப் பையனான என்.எம்.ஆர். (nuclear magnetic resonance) என்பதை வேதியியல் துறையில் மூலக்கூறுகளை ஆய்வுசெய்ய  படுத்துவார்கள். அங்கும் மீகடத்தி காந்தங்கள் உண்டு.

இப்போது ஆய்வாளர்களின் வேலையே, இந்த திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் தேவையின்றி அறை வெப்ப நிலையிலேயே மீகடத்தியாகச் செயல்படக்கூடிய பொருள்களைத் தேடிக்கொண்டிருக்கிறார்கள். சீக்கிரம் கண்டடைவார்கள் என நம்புவோம்.