ऊर्जास्त्रोतांच्या शोधात - भाग १ - ऊन, वारा, अग्नि आणि वीज

"या देवी सर्वभूतेषु शक्तिरूपेण संस्थिता । नमस्तसै नमस्तसै नमस्तसै नमोनमः।।" असे देवीच्या प्रार्थनेतल्या एका श्लोकात म्हंटले आहे. "सर्व प्राणीमात्रांमध्ये शक्तीच्या रूपाने निवास करणा-या देवीला नमस्कार." असा या श्लोकाचा अर्थ होतो. 'शक्ती' या मराठी शब्दाचा रूढ अर्थ बराच मोघम आणि व्यापक आहे. मंत्रशक्ती, तंत्रशक्ती, दैवी शक्ती, इच्छाशक्ती वगैरेंचासुद्धा त्यात समावेश होतो. 'शक्ती' या शब्दाचा उपयोग 'सामर्थ्य' या आणखी एका मोघम अर्थाने सुद्धा केला जातो. पण हा लेख विज्ञानासंबंधी असल्यामुळे 'तशा' प्रकारच्या शक्तींना यात स्थान नाही. हे पाहता 'एनर्जी' या अर्थाने 'ऊर्जा' या शब्दाचा वापर मी या लेखात शक्यतोवर करणार आहे.
वाघसिंहासारख्या हिंस्र श्वापदांच्या अंगात तर अचाट बळ असतेच, मुंग्या आणि डासांसारख्या बारीक कीटकांच्या अंगातही त्यांच्या शरीराच्या आकाराच्या मानाने भरपूर ताकत असते. प्राणीमात्रांकडे असलेली शक्ती त्यांच्या हालचालींमधून स्पष्टपणे दिसत असते. किंबहुना त्यांच्या शरीरातले चैतन्य हीच सजीव प्राण्यांच्या जीवंत असण्याची मुख्य ओळख आहे. आपल्या स्वतःच्या तसेच इतर सजीवांच्या शरीरातली शक्ती आपल्या चांगल्या ओळखीची असते. ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, वादळ, वारा, पाण्याच्या लाटा, वीज यांच्यासारखी निसर्गामधल्या ऊर्जेची रूपे आपल्या पाहण्यात असतात, हे आपल्या दैनंदिन जीवनाचे भाग आहेत. पण एका ठिकाणी स्थिर आहेत असे वाटत असलेल्या निर्जीव किंवा अचेतन वस्तूसुद्धा चैतन्याने भारलेल्या असतात याची कल्पना कदाचित सर्वांना नसेल. त्यांच्यामधल्या अदृष्य अशा चैतन्याची काही उदाहरणे दाखवता येतील.

एकाद्या सुगंधित किंवा रंगीत वायूने भरलेला फुगा आणून फोडला की त्याच्या आतला वायू क्षणार्धात आसपासच्या हवेत विरून जातो, त्या वेगळ्या वायूला गोळा करून परत आणता येत नाही. कारण त्या वायूचे तसेच हवेचे सूक्ष्म कण सतत स्वैरपणे इतस्ततः भरकटत असतात आणि मिसळून जातात. स्वच्छ पाण्याने भरलेल्या पेल्यात कोकाकोलाचा एक थेंब टाकला की त्याचा रंगसुध्दा सगळीकडे पसरतांना दिसतो, कारण द्रवरूप पदार्थांचे सूक्ष्म कण सुध्दा एका जागेवर स्थिर न राहता वायूंपेक्षा कमी वेगाने पण सतत स्वैर संचार करत असतात. घनरूप पदार्थांचेसुद्धा तपमान वाढले की ते प्रसरण पावतात आणि कमी झाले की आकुंचन पावतात, कारण त्यांचे सूक्ष्म कण सुध्दा जागच्या जागीच हालचाल करत असतात. जड वस्तूंच्या सूक्ष्म कणांमध्ये सुध्दा एक चैतन्य असते हे यावरून सिद्ध होते. त्यांची सूक्ष्म हालचाल आपल्या डोळ्यांना दिसत नाही, बोटांना जाणवत नाही, कानांना ऐकू येत नाही यामुळे आपल्याला ती समजत नाही एवढेच. थोडक्यात सांगायचे झाले तर सर्व अणुरेणूंमध्ये एक प्रकारची सुप्त ऊर्जा भरलेली असते. ज्या वेळी ती ऊर्जा ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, गतिमानता (हालचाल) यासारख्या रूपामध्ये प्रकट होते तेंव्हा ती आपल्या जाणीवांच्या कक्षेत येते. तिला ओळखणे, तिचे मोजमाप करणे, तिचा उपयोग करून घेणे अशा गोष्टी आपल्याला अवगत असतील तर आपल्याला ती ऊर्जा प्राप्त झाली असे वाटते. प्रत्यक्षात कोणतीही ऊर्जा नव्याने निर्माण होत नाही किंवा ती नष्टही होत नाही असा काँझर्व्हेशन ऑफ एनर्जीचा नियम आहे. ती फक्त कधी आपल्याला जाणवते आणि तिचा उपयोग करणे शक्य होते आणि कधी ती सुप्त रूपात असते.

ऊन, वारा आणि नदीचा प्रवाह या निसर्गातील शक्तींचा उपयोग करून घेऊन आपले जीवन अधिकाधिक चांगले बनवण्याचे प्रयत्न मानव अनादिकालापासून आजतागायत करत आला आहे. उदाहरणे द्यायची झाल्यास कपडे किंवा धान्य वाळवण्यासाठी उन्हामधील ऊष्णतेचा उपयोग केला जातो, सोलर हीटर्स आणि फोटोव्होल्टाइक सेल्स वगैरेंचा वापर आता वाढत्या प्रमाणात होऊ लागला आहे. वार्‍यामधील ऊर्जेवर पूर्वी शिडाची जहाजे चालत असत, आताही यॉट्स नावाच्या नौकांना शिडे असतात, हॉलंडमधले लोक पवनचक्क्यांचा उपयोग पाणी उपसण्यासाठी करत असत आणि विंड टर्बाईन्स हे आता जगभरात वीजनिर्मितीचे एक महत्वाचे साधन झाले आहे. लाकडाचे ओंडके आणि तराफे यांना पूर्वापारपासून नदीच्या पाण्याच्या प्रवाहाबरोबर पुढे वहात नेले जात असे, मध्ययुगात काही ठिकाणी पाणचक्क्या बसवून त्यांच्या सहाय्याने यंत्रे चालवली गेली आणि आता हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समध्ये विजेची निर्मिती होते.

निसर्गामधील ऊर्जेच्या या साधनांचा उपयोग करून घेण्यासाठी ऊर्जेचे हे स्त्रोत (सोर्सेस) जिथे आणि जेंव्हा उपलब्ध असतील तेंव्हा तिकडे जाणे आवश्यक असते. उदाहरणार्थ रात्रीच्या वेळी किंवा पावसाळ्यात ढगाळ हवा असतांना कडक ऊन नसते. ज्या भागामधून एकादी नदी वहात असेल तिथे जाऊनच तिच्या प्रवाहाचा उपयोग करून घेता येतो. दुसरी गोष्ट म्हणजे या नैसर्गिक स्त्रोतांवर माणसाचे कणभरही नियंत्रण नसते. जेवढे प्रखर ऊन पडेल, जेवढ्या जोराचा वारा सुटेल आणि ज्या वेगाने पाणी वहात असेल त्यानुसार त्याला आपले काम करून घ्यावे लागते. आपल्याला निसर्गामधील ऊर्जांचा फक्त अभ्यास करता येतो, त्या कुठे, कधी आणि किती प्रमाणात उपलब्ध आहेत याची माहिती मिळवून घेता येते, पण आपल्याला हवे असेल तेंव्हा किंवा हवे तिथे त्यांना निर्माण करता किंवा आणता येत नाही.

अग्नी चेतवणे आणि विझवणे याचे तंत्र मानवाने अवगत करून घेतल्यानंतर ऊर्जेचे हे साधन मात्र त्याला केंव्हाही, कोठेही आणि हव्या तेवढ्या प्रमाणात मिळवणे शक्य झाले. साधे भात शिजवणे असो किंवा खनिजापासून धातू तयार करणे आणि त्याला तापवून आणि ठोकून हवा तसा आकार देणे असो, गरजेप्रमाणे चुली, शेगड्या आणि भट्ट्या वगैरे बांधून आपण आपल्याला पाहिजे असेल तेंव्हा आणि पाहिजे त्या जागी अग्नीचा उपयोग करून घेऊ शकतो. त्यासाठी असंख्य प्रकारचे ज्वलनशील, ज्वालाग्राही आणि स्फोटक पदार्थ मानवाने शोधून काढले, तोफा आणि बंदुकांसारखी शस्त्रास्त्रे निर्माण केली, वाफेवर आणि तेलावर चालणारी इंजिने तयार केली. आता अग्निबाणांच्या सहाय्याने अवकाशात याने पाठवत आहे. अग्नि हे मानवनिर्मित ऊर्जेचे प्रमुख प्राथमिक साधन (प्रायमरी सोर्स) झाले आहे.

आकाशात अचानक चमकणारी वीज हा ऊर्जेचा एक अद्भुत असा प्रकार आहे. कानठळ्या बसवणार्‍या गडगडाटासह ती अवचितपणे येते, डोळ्यांना दिपवणार्‍या प्रकाशाने क्षणभरासाठी आकाश उजळून टाकते आणि पुढच्या क्षणी अदृष्य होऊन जाते. एकाद्या घरावर किंवा झाडावर वीज कोसळली तर त्याची पार राखरांगोळी करून टाकते. तिच्या या रौद्र स्वरूपामुळे पूर्वी माणसाला विजेबद्दल फक्त भीती वाटायची. तशी ती अजूनही वाटते कारण आकाशातल्या विजेवर कसलेही नियंत्रण ठेवणे अजूनही अशक्य आहे. तिच्या तडाख्यामधून वाचण्याचे काही उपाय मात्र आता उपलब्ध झाले आहेत. याच विजेची कृत्रिमपणे निर्मिती करून तिच्यावर मात्र आता इतक्या प्रकारे नियंत्रण करणे शक्य झाले की त्यामुळे मानवाच्या जीवनात क्रांतीकारक बदल झाले. कारखान्यांमधली अवजड यंत्रे विजेवर चालतात आणि त्यातून आपल्याला रोज लागणार्‍या बहुतेक सगळ्या वस्तू तयार होतात, विजेवर चालणार्‍या रेल्वेच्या इंजिनांमुळे प्रवास सुखकर झाला आहे. विजेच्या उपयोगामुळेच टेलिफोन, काँप्यूटर्स, इंटरनेट वगैरे अनंत उपकरणे चालतात, आपले रोजचे जीवन आता जवळजवळ पूर्णपणे विजेवर अवलंबून असते. .

ऊन, वारा यासारखे ऊर्जेचे नैसर्गिक स्त्रोत पूर्णपणे निसर्गाच्या मर्जीनुसारच उपलब्ध होतात तर इंधनाच्या ज्वलनातून मिळणारी ऊष्णता आणि प्रकाश काही प्रमाणात हवे तेंव्हा आपल्या नियंत्रणाखाली निर्माण करता येतात. पण ही ऊर्जा जिथे निर्माण होते तिथेच तिचा वापर करावा लागतो. खिचडी शिजवायची असेल तर पातेले चुलीवरच ठेवावे लागते, बिरबलाने केले त्याप्रमाणे ती हंडी उंचावर टांगून ठेवली तर तिच्यातली खिचडी कधीच शिजणार नाही. समयीचा मंद उजेड खोलीच्या एका कोपर्‍यात पडेल, तो बाहेरच्या अंगणापर्यंत पोचणार नाही. विजेच्या बाबतीत मात्र एका जागी असलेल्या वीजनिर्मितीकेंद्रात (पॉवर स्टेशनमध्ये) मोठ्या प्रमाणावर तयार झालेली वीज तारांमधून शेकडो किलोमीटर दूरपर्यंत नेता येते आणि तितक्या दूरवर पसरलेल्या शेकडो गावांमधल्या हजारो घरातले दिवे, पंखे वगैरेंना पुरवता येते. याच्या उलट पाहता मनगटी घड्याळासारख्या (रिस्टवॉचसारख्या) लहानशा यंत्राला लागणारी अत्यल्प वीज नखाएवढ्या बटनसेलमधून तयार करून त्याला तिथल्या तिथे पुरवता येते. इतक्या प्रकारची विविधता आणि लवचीकपणा या गोष्टी विजेच्या बाबतीत दिसतात. विजेच्या या गुणांमुळे तिचा उपयोग अगणित प्रकारांनी केला जातो.

वीज या प्रकारच्या ऊर्जेचे आणखी एक वैशिष्ट्य असे आहे की तिचे ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, प्रवाह यांच्यासारख्या ऊर्जेच्या इतर रूपांमध्ये परिवर्तन करणे सुलभ असते. मायक्रोफोनमध्ये ध्वनी पासून विजेचा प्रवाह तयार होतो आणि स्पीकरमध्ये याच्या उलट होते, विजेच्या बल्बमधून प्रकाशकिरण बाहेर पडतात आणि सोलर सेलमध्ये याच्या उलट होते, ओव्हन, हीटर, गीजर वगैरेंमध्ये विजेपासून ऊष्णता निर्माण होते, विजेद्वारे चक्र फिरवता येते आणि त्या चक्राला पाती जोडून त्याचा पंखा किंवा पंप केला की त्यांच्या उपयोगाने हवेचा किंवा पाण्याचा प्रवाह तयार करता येतो. यांच्या उलट वॉटरटर्बाइन्समधील पाण्याच्या प्रवाहामुळे एक चाक फिरते आणि त्या चाकाला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये वीज तयार होते. स्टीम टर्बाइन किंवा गॅस टर्बाइन्समध्ये ऊष्णतेचे परिवर्तन विजेमध्ये केले जाते. घरकामात, ऑफीसांमध्ये किंवा अनेक प्रकारच्या कारखान्यांमध्ये विजेचा वापर करणे सोयिस्कर आणि किफायतशीर असल्यामुळे अन्य मार्गांनी उपलब्ध झालेल्या ऊर्जेचे विजेमध्ये परिवर्तन करून तिचा उपयोग करणे आता रूढ झाले आहे. दुर्गम अशा अरण्यांमध्ये किंवा पर्वतशिखरांवर जिथे वीज पोचवणे फार कठीण आहे असे अपवाद वगळल्यास बाकीच्या सगळ्या जगात आता विजेचा उपयोग रोजच्या जीवनाचा भाग झाला आहे. एकाद्या देशाचा किंवा विभागाचा किती विकास झाला आहे याचे मोजमाप आता तिथे होत असलेल्या विजेच्या वापराशी निगडित झाले आहे. यामुळे एनर्जी किंवा ऊर्जा म्हणताच तिचे विद्युत् हेच रूप पटकन आठवते.

. . . . . . . . . . . . (क्रमशः)