આ બ્લોગ પોસ્ટમાં, આપણે વીજળીની વિદ્યુત ઉર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે તેવી નવી સામગ્રી વિકસાવવાની શક્યતા અને શું તે વીજળીની અછતને ઉકેલવાની ચાવી ધરાવે છે કે કેમ તે શોધીશું.
"વાહ!" બાળપણમાં, આપણે બધા ભયથી ઢાંકણા નીચે છુપાઈ ગયા હોવાની, અથવા વીજળી અને વાવાઝોડા દરમિયાન ઉત્સાહમાં આનંદ કરવાની યાદો ધરાવીએ છીએ. પરંતુ શું તમે ક્યારેય વીજળીના ચમકારા અને ગર્જનાના ગડગડાટ વિશે વિચાર્યું છે? વધુ અગત્યનું, શું તમે ક્યારેય વીજળી દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વિદ્યુત ઉર્જા વિશે વિચાર્યું છે? જો આપણી પાસે લાખો વોલ્ટના તાત્કાલિક વોલ્ટેજ અને 20,000 એમ્પીયરના કરંટ સાથે વિદ્યુત ઉર્જા સંગ્રહિત કરવાની ટેકનોલોજી હોત, તો શું આપણે તાજેતરની વીજળીની અછતને દૂર કરી શકીશું?
આ પ્રકારની ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે તેવી સામગ્રીને આપણે નવી સામગ્રી કહીએ છીએ. નવી સામગ્રીની શબ્દકોશની વ્યાખ્યા એ એવી સામગ્રી છે જેને કાચા માલ સાથે જોડીને નવી કામગીરી અને ઉપયોગો બનાવવા માટે કરી શકાય છે જે પહેલાં ક્યારેય અસ્તિત્વમાં નથી. અમે મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગ વિશે વાત કરવા જઈ રહ્યા છીએ, જે નવી સામગ્રી વિકસાવવાની પ્રક્રિયા છે જે વીજળીની ઊર્જાને પકડી શકે છે, તેમજ અન્ય ઘણી એપ્લિકેશનો માટેની સામગ્રી.
1745માં લેડેન જારથી શરૂ કરીને વીજળીનો સંગ્રહ કરી શકે તેવી ટેક્નોલોજીઓ લાંબા સમયથી સંશોધનનો વિષય છે. સંશોધનના શરૂઆતના દિવસોમાં, કાચની બરણીમાં પાણી ભરેલું હતું અને તેને કોર્ક કરવામાં આવતું હતું અને સ્પર્શ કરવા માટે કોર્ક દ્વારા વાયર અથવા ખીલી ચલાવવામાં આવતી હતી. જારમાં પાણી. જારને ચાર્જ કરવા માટે, વાયરના ખુલ્લા છેડાને એવા ઉપકરણને સ્પર્શ કરવામાં આવ્યો હતો જે ઘર્ષણથી વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે. સંપર્ક તૂટી ગયા પછી જ્યારે વાયર હાથમાં પકડાયો ત્યારે વીજળીનો આંચકો લાગ્યો હતો, જે સાબિત કરે છે કે વીજળી સંગ્રહિત છે. આ ઉપકરણોને વધુ શુદ્ધ કરવામાં આવ્યા અને આખરે આધુનિક કેપેસિટર તરફ દોરી ગયા.
લેયડેન બોટલમાંથી વિકસિત થયેલ કેપેસિટર, એક એવું ઉપકરણ છે જે વિદ્યુત સર્કિટમાં ચાર્જ એકત્રિત કરે છે. તમે કદાચ વિચારી રહ્યા હશો કે આનો સામગ્રી સાથે શું સંબંધ છે. વીજળી ટૂંકા ગાળા માટે પ્રચંડ વોલ્ટેજ અને કરંટ ઉત્પન્ન કરે છે. આ વિદ્યુત ઊર્જા સંગ્રહિત કરવા માટે, આપણને એક એવા કેપેસિટરની જરૂર છે જે ટૂંકા ગાળા માટે ઘણી બધી ઊર્જા સંગ્રહિત કરી શકે. આ કેપેસિટરમાં વપરાતી સામગ્રીનો વિકાસ એ જ સામગ્રી વિજ્ઞાન છે.
જો કે, જો તમને ખબર ન હોય કે વીજળીમાં આટલી ઉર્જા કેવી રીતે આવે છે, તો ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવાનો ખ્યાલ કદાચ અર્થમાં નહીં હોય. તો ચાલો વિજળી કેવી રીતે બને છે અને તેમાં રહેલી વિદ્યુત ઉર્જા વિશે વાત કરીએ. વીજળીની હડતાલની પ્રક્રિયાને બે મુખ્ય પગલાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. પ્રથમ વાદળોમાં પાણી અને બરફનું વિદ્યુતીકરણ છે, અને બીજું વાદળો અને જમીન વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ છે.
તોફાનના વાદળોમાં, પવન પાણીના ટીપાં અને બરફના નાના સ્ફટિકોને એકબીજા સામે ઘસવાનું કારણ બને છે. આ ઘર્ષણને કારણે વાદળમાં રહેલા કણો ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થાય છે. બરફ પાણીમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર લઈ જાય છે, તેને (+) ચાર્જ આપે છે, અને પાણીના ટીપાં, જેમાં પ્રમાણમાં વધુ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, તેમાં (-) ચાર્જ હોય છે.
વરસાદ પડવાનું શરૂ થાય તે પહેલાં, વાદળોમાંના ભારે પાણીના ટીપાં વાદળના તળિયે એકઠા થાય છે, જેનાથી વાદળની નીચે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે કારણ કે તેમાં વધુ ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, અને વાદળનો ટોચનો ભાગ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે કારણ કે તેમાં ઓછા ઈલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે વાદળના તળિયે પૂરતો નકારાત્મક ચાર્જ એકત્રિત થાય છે, ત્યારે વીજળી વાદળના તળિયે પ્રકાશના તેજસ્વી બોલ તરીકે દેખાય છે. આ વાસ્તવમાં વાદળોમાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોનનો સંગ્રહ છે. હવે, જ્યારે આ ઈલેક્ટ્રોન જમીન પર પડે છે, ત્યારે વીજળી પડે છે. પરંતુ વાદળોમાંના ઇલેક્ટ્રોન જમીન પર કેમ પડે છે?
જમીન પણ ચાર્જ થયેલ છે, અને જમીન પર ચાર્જની રચનાને અસર કરતું સૌથી મોટું પરિબળ વાદળોમાં ચાર્જનું સ્થાન છે. વાદળોના તળિયે રહેલા મજબૂત નકારાત્મક ચાર્જ જમીન પરના ઇલેક્ટ્રોન પર ખેંચાણ લાવે છે, તેમને દૂર ધકેલે છે, જેના કારણે જમીન પ્રમાણમાં હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે.
આનાથી જમીન પરના સકારાત્મક ચાર્જ થયેલા અણુઓ અને વાદળના તળિયે રહેલા નકારાત્મક ચાર્જ વચ્ચે વિદ્યુત આકર્ષણ સર્જાય છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોન વાદળમાંથી જમીન પર પડે છે અને વીજળી વહેવા લાગે છે. આખા આકાશમાં સ્ટ્રેકિંગ, જેને આપણે વીજળીનો ઝબકારો કહીએ છીએ, તે હવામાંના અણુઓ સાથે અથડાતી વખતે ઇલેક્ટ્રોન જે રસ્તો અપનાવે છે તે છે. જેમ જેમ તેઓ આમ કરે છે તેમ, વીજળી સાથે અથડાતા હવામાંના અણુઓ ગરમી અને પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે, જે વીજળીને વધુ તેજસ્વી બનાવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વીજળીનો પ્રકાશ એ ઈલેક્ટ્રોનનો પ્રકાશ છે જે જમીન પર નીચે જતા હવા સાથે અથડાય છે.
બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વીજળી એ વાદળમાં પાણીના અસંખ્ય ટીપાં વીજળીકૃત થઈને જમીન પર પડવાની પ્રક્રિયા છે. આ ક્ષણે ઉત્પન્ન થતો વોલ્ટેજ અને કરંટ લાખો વોલ્ટ અને 20,000 એમ્પીયર હોઈ શકે છે. આ વિદ્યુત ઉર્જા સંગ્રહિત કરવા માટે જે જરૂરી છે તે એક નવી સામગ્રી છે. સ્ટોરેજ બેટરીમાં વપરાતી મેટલ પ્લેટો માટેની સામગ્રી એ મટીરીયલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગ જે સંશોધન કરી રહ્યું છે તેનું એક ઉદાહરણ છે.
આજ સુધીના સંશોધનોના આધારે, જાપાનમાં બેટરીનો ઉપયોગ કરીને સંશોધન ખાસ કરીને સક્રિય છે. જો કે, વીજળીના કડાકા ભાગ્યે જ થાય છે અને તે એકસરખા સ્થાને સ્થિત નથી, જે સંશોધન માટે એક મોટો પડકાર ઉભો કરે છે. આ કારણોસર, આર્થિક દ્રષ્ટિકોણથી આ સંશોધનમાં બહુ યોગ્યતા હોય તેવું લાગતું નથી. જો કે, જો આપણે ઉનાળામાં વારંવાર થતા વરસાદ અને વીજળીનો લાભ લઈએ, તો વીજળી ફક્ત ઉનાળામાં જ નહીં પરંતુ બધી ઋતુઓમાં અનુભવાતી ગંભીર વીજળીની અછતને દૂર કરવામાં ખૂબ મદદરૂપ થઈ શકે છે.
ટૂંકમાં કહીએ તો, વીજળી ઉત્પન્ન થાય ત્યારે તે ખૂબ જ મોટી માત્રામાં ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. વીજળી ૧૦ કરોડ વોલ્ટના વોલ્ટેજ સાથે આવે છે, અને જો આપણે આ ઉર્જાનો સંગ્રહ કરી શકીએ, તો આપણે આપણી ઉર્જા સમસ્યાઓ હલ કરી શકીએ છીએ. સામગ્રી વિજ્ઞાનમાં, આપણે રોજિંદા જીવનમાં ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી, જેમ કે ફાઇબર, સેમિકન્ડક્ટર અને નવી સામગ્રી વિકસાવી રહ્યા છીએ. વિસ્ફોટક ઉર્જાનો તાત્કાલિક સંગ્રહ કરવા માટે ટેકનોલોજી વિકસાવવી હજુ પણ મુશ્કેલ છે, પરંતુ વધુ સમય અને સંશોધન સાથે, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે આપણે એવી સામગ્રી વિકસાવી શકીશું જે વીજળીની ઉર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે.
