இதோடைய ஒர்க்கிங் பிரின்சிபலை நான் தெரிந்து கொள்ள ஆசைப்படுகிறேன் முக்கியமாக அது எப்படி பிளக்ஸ் லைன் சேஞ்ச் ஆகிறது அதை எப்படி இவர்கள் மின்சாரமாக மாற்றினார்கள் என்பதை முறுக்குமாக தெளிவாக விளக்கத்துடன் தெரிந்து கொள்ள விரும்புகிறேன் ஏனென்றால் இது தெரிந்தால் தான் நான் அடுத்த கட்டம் செல்ல முடியும்
இந்த ஆராய்ச்சியின் வேலை செய்யும் கோட்பாட்டை (Working Principle) விரிவாகப் புரிந்துகொள்ள, முதலில் ஒரு அடிப்படை இயற்பியல் சட்டத்தையும், பின்னர் அதில் உள்ள ஒரு "துளை" (loophole) எவ்வாறு பயன்படுத்தப்பட்டது என்பதையும் புரிந்து கொள்ள வேண்டும். இதுதான் உங்கள் அடுத்த கட்ட ஆராய்ச்சிக்கான அடித்தளம்.
🧲 பாரம்பரிய தடை: "இது சாத்தியமில்லை" என்பதற்கான காரணம்
பூமியுடன் சேர்ந்து சுழலும் ஒரு கடத்தியில் (உலோகம் போன்றவை), பூமியின் காந்தப்புலம் (B) மின்னூட்டங்கள் மீது ஒரு விசையை (v × B) செலுத்துகிறது. பொதுவாக, இந்த விசையால் எலக்ட்ரான்கள் நகர்ந்து, அந்த விசையைச் சரியாக ரத்து செய்யும் வகையில் ஒரு மின்புலம் உருவாகி, தொடர்ச்சியான மின்னோட்டம் ஏற்படுவதைத் தடுத்துவிடும். இதுதான் பாரம்பரிய இயற்பியலின் நிலைப்பாடு.
💡 புதிய கோட்பாட்டின் "துளை": எவ்வாறு தடையை மீறுவது?
2016-ல், கிறிஸ்டோபர் சைபா மற்றும் கெவின் ஹேண்ட் இந்த இயலாமைக்கான நிரூபணத்தில் சில உள்ளார்ந்த அனுமானங்கள் இருப்பதைக் கண்டுபிடித்தனர். சில குறிப்பிட்ட பொருள் மற்றும் வடிவியல் (topological) நிபந்தனைகளில், அந்த முழுமையான ரத்து விளைவு சாத்தியமில்லை என்று அவர்கள் கோட்பாட்டளவில் காட்டினர்.
🔬 பரிசோதனையின் வேலை வழிமுறை: Flux Lines மாற்றமும் மின்சாரமும்
இந்தக் கோட்பாட்டை நிரூபிக்க, அவர்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட சாதனத்தை உருவாக்கி, அதில் Flux Lines (காந்தப் பாய்வுக் கோடுகள்) எவ்வாறு மாற்றப்பட்டு மின்சாரமாக மாற்றப்பட்டது என்பதைப் பார்ப்போம்:
சிறப்புப் பொருள் மற்றும் வடிவம் (Material & Shape):
சுமார் 30 செ.மீ நீளமும், 2 செ.மீ விட்டமும் கொண்ட உள்ளீடு வெற்றிடமான உருளை (hollow cylinder) வடிவில் மாங்கனீஸ்-துத்தநாக ஃபெரைட் (MnZn Ferrite) என்ற பொருளைப் பயன்படுத்தினர்.
இந்தப் பொருள் ஒரு "மென்மையான காந்தப் பொருள்" (soft magnetic material) மற்றும் மிகக் குறைந்த காந்த ரெனால்ட்ஸ் எண் (Low Magnetic Reynolds Number - Rm) கொண்டது. இதனால் காந்தப்புலம் இந்த பொருளுக்குள் எளிதில் ஊடுருவ முடியும்.
காந்தப் பாய்வுக் கோடுகளின் மாற்றம் (Flux Lines Manipulation):
ஒரு திண்ம (solid) உருளையில், எலக்ட்ரான்கள் எளிதில் மறுசீரமைத்து மின்னோட்டத்தை ரத்து செய்துவிடும்.
ஆனால், இந்த குறிப்பிட்ட வெற்று உருளை வடிவம், காந்தப்புலக் கோடுகள் வெளியேறவும், உள்ளே நுழையவும் ஒரு வழியை உருவாக்குகிறது. இது எலக்ட்ரான்கள் முழுமையான ரத்து விளைவை அடைவதைத் தடுக்கும் ஒரு கணித நிபந்தனையைப் பூர்த்தி செய்கிறது.
இதனால், காந்தப்புலத்தின் சில கோடுகள் "கசிந்து" அல்லது வெளிப்படும் வகையில் அமைந்து, மின்னூட்டங்கள் மீது தொடர்ந்து விசையைச் செலுத்த முடிகிறது.
சீரமைப்பு (Alignment):
இந்த உருளையை, பூமியின் சுழற்சியின் திசைக்கும் (v), காந்தப்புலத்தின் திசைக்கும் (B) செங்குத்தாக (perpendicular) இருக்கும்படி வைத்தனர். இது அதிகபட்ச மின்னழுத்தத்தைத் தரும் என்று அவர்கள் கணித்தனர்.
இந்தச் சீரமைப்பில், பூமியின் சுழற்சியுடன் (v) உருளை நகரும் போது, அதில் உள்ள மின்னூட்டங்கள் மீது ஒரு விசை (Lorentz force) செயல்படுகிறது.
மின்சாரமாக மாற்றும் முறை (Electricity Generation):
பொதுவான மின்னோட்டச் சுழற்சி முறையில் (Faraday's Law) மாறும் காந்தப்புலம் (changing magnetic flux) தேவைப்படும். இங்கு, பூமியின் காந்தப்புலம் நிலையானது (static) மற்றும் பூமியுடன் சுழல்வது.
ஆனால், இந்த உருளை அமைப்பு ஒரு நேரடி மின்னழுத்த (DC voltage) மற்றும் மிகக் குறைந்த மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. உருளையின் இரு முனைகளிலும் உள்ள மின்வாய்கள் (electrodes) மூலம் இது அளவிடப்பட்டது.
உறுதிப்படுத்தும் சோதனைகள்: உருளையை 90 டிகிரி சுழற்றும்போது மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜியமானது; மேலும் 90 டிகிரி சுழற்றும்போது அதிகபட்சமாக ஆனால் எதிர் குறியில் (opposite sign) வந்தது. இது பூமியின் இயக்கத்தினால் ஏற்படும் விளைவே என்பதை உறுதிப்படுத்தியது.
📝 முடிவு: ஒரு தொடரும் அறிவியல் விவாதம்
இந்தப் பரிசோதனை 18 மைக்ரோவோல்ட் (µV) மற்றும் 425 நானோவாட் (nW) அளவிலான மிகக் குறைந்த மின்சாரத்தையே உருவாக்கியுள்ளது. இது உங்கள் 10-20 mW இலக்கை விட மிக மிகக் குறைவு.
மேலும், இந்தக் கோட்பாடு அறிவியல் சமூகத்தில் பெரும் சர்ச்சைக்குள்ளாகியுள்ளது. சில இயற்பியலாளர்கள் இது ஆற்றல் அழிவு விதியை மீறுவதாகவும், "குறிப்பு சட்டகங்களின் குழப்பம்" (confusion of frames of reference) காரணமாக இந்த முடிவு ஏற்பட்டிருக்கலாம் என்றும் வாதிடுகின்றனர். இதற்கு பதிலளிக்கும் விதமாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் நிலைப்பாட்டை மீண்டும் உறுதிப்படுத்தியுள்ளனர்.
இந்த பரிசோதனையின் வேலை வழிமுறையைப் புரிந்துகொண்டதன் மூலம், இந்தத் துறையின் அடிப்படை சவால்களையும், உங்கள் ஆராய்ச்சி எந்த நிலையில் உள்ளது என்பதையும் தெளிவாக அறிந்து கொள்ளலாம். அடுத்த கட்ட ஆராய்ச்சிக்கு இது உதவியாக இருக்கும் என்று நம்புகிறேன்.