विभाग सहावा : अ ते अर्थशास्त्र
अतिपरमाणु विद्युत्कण - १ नि र व य व वि द्यु त् मू ल मा न अ थ वा वि द्यु त्प र मा णू ची क ल्प ना :- विद्युत विश्लेषणाच्या (Electrolysis ) सहाय्यानें मॅक्सवेल यास असें दिसून आलें कीं पदार्थांच्या प्रत्येक परमाणूवर सारखाच विद्युद्भार असतो. पण यानंतर (१८७३ ) मध्यें तो स्वत:च त्याच्या विरुद्ध विधान करूं लागला पण पूर्ण शोधा अंती आतां त्यानंतरच्या शास्त्रज्ञांनीं वरील गोष्ट सिद्ध केली आहे.
एकाकी परमाणूवरील विद्युद्भार हे विद्युतचें स्वाभाविक मूलमान ( Unit ) आहे. याचे पूर्ण आधार अथवा पटी असूं शकतात पण अपूर्ण पटी असूं शकत नाहीत आणि हें मूलमान सध्यां व्यवहारांत असलेल्या स्थिर विद्युत मूलमानापेक्षां बरेंच लहान आहे.
डॉ. जॉनसन स्टोनो यानें, विद्युद्भार असलेल्या परमाणूला `विद्युत्कणवाही परमाणू’ व द्रव्य विरहित विद्युद्भाराला `विद्युत्कण’अशी संज्ञा दिली व तींच नांवें अद्याप चालू आहेत. हे विद्युत्कण परमाणूंना अगदीं बिलगलेले असतात व विद्युत्विश्लेषणाचे वेळीं मात्र ते निरनिराळया विद्युन्मार्गांशीं संघात झाल्यामुळें नाहींसे होतात. हे विद्युद्भार, परमाणूबरोबर जातात म्हणा, किंवा विद्युद्भारच परिमाणूंना विद्युन्मार्गाकडे नेतात म्हणा, पण विद्युत्विश्लेषणाचे वेळीं विद्युन्मार्गांमुळें विद्युद्भार नाहींसा होऊन निव्वळ द्रव्यपरमाणू कायम रहातो. व हा विद्यद्भार एकाकी परमाणूवर एकपट असेल तर द्वणुकावर दुप्पट असतो यावरुन याचा परमाणूशीं असलेला संबंध कांहीं तरी नियमितच असला पाहिजे, व या परमाणूशीं असलेल्या प्रमाणाला विद्युत मूलमान किंवा विद्युत्परमाणु म्हणण्यास कोणतीच हरकत नाहीं.
२ अ ति प र मा णु वि द्यु त्क णां ची क ल्प ना : - (अ) निर्वात नळींतील द्दश्य. – विद्युन्मंडलांत एक साधारण निर्वात नळी घातली व दुसर्‍या ठिकाणी थोडी उघडी जागा ठेवली, तर विद्युत्प्रवाह त्या उघडया जागेंतून जाण्याऐवजीं, त्या निर्वात जागेंतून जाणें पसंत करतो. अशा तर्‍हेनें निर्वात जागेतून विद्युत्प्रवाह जात असतांना त्या नळींत चमचम करणारा स्फुरप्रकाश दिसूं लागतो, त्यानंतर निर्वात प्रदेश जसजसा वाढत जाईल तसतसा या चमकणार्‍या उजेडाचा रंग बदलून अखेर त्याचा नळीच्या आसाच्या ठिकाणीं एक सबंध पट्टा दिसूं लागतो. त्यापेक्षांहि निर्वांत प्रदेश जर जास्त वाढविला तर त्या सबंध पट्याऐवजीं त्याचे निरनिराळे तुकडे दिसूं लागतात व ॠणध्रुवाजवळ एक काळा भाग दिसूं लागतो, पण या काळया भागानें सर्व नळी व्यापून टाकण्यापूर्वीच ॠणध्रुवापासून आणखी एक तेजोभाग तुटून निघतो, पण हें सर्व चालू असतांना निर्वात भाग जर वाढवीत नेला तर अखेर सर्व तेजोभाग नाहींसा होऊन सर्व नळीभर अद्दश्य असा एक प्रवाह सुरू होतो; पण यावेळीं विद्युन्मंडळांत जी उघडी जागा ठेवलेली असते, तिची लांबी मात्र वाढवावी लागते. नाहीं तर विद्युत, आतां त्या निर्वात जागेतून मार्ग काढण्याऐवजीं या मोकळया जागेंतून मार्ग काढते; असो. अशा तर्‍हेनें जो हा अद्दश्य प्रवाह सुरू होतो त्याला ॠणध्रुवकिरण म्हणतात.
(आ) ॠणध्रुवकिरण :-निर्वात नळींत एकदां अद्दश्य प्रवाह सुरू झाला म्हणजे उजेडाचा किंवा द्दश्य भागाचा कांहींच प्रश्न रहात नाही, पण ॠणध्रुवापासून कांही तरी अतिशय वेगानें बाहेर पडत असतें, आणि तें जोंपर्यंत कशानें थांबविलें गेलें नाहीं तोंपर्यंत तें अद्दश्य असतें, पण त्याच्या सरळ गतींत जर का विरोध झाला तर तें द्दश्यमान होऊं लागतें. अर्थातच या कृष्ण किरणांनीं व्यापलेला प्रदेश कृष्णच असणार पण याच्या सीमा मात्र प्रकाशित असतात, कारण त्या ठिकाणीं या किरणकणांना प्रतिबंध होत असतो; एरवीं ह्यांची गति अगदीं सरळ असते व ते आपापसांत एकमेकांवर सुद्धां आपटत नाहींत. ह्या कृष्ण किरणांत कांही शक्ति आहे हेंही सिद्ध होणें फारसें कठिण नाहीं. कारण हे कृष्ण किरण जर एका केंद्रांत आणले, व त्या ठिकाणीं प्लातिन (प्लॅटिनम ) धातूचा तुकडा ठेवला तर तो अतिशय तापतो, यावरून या कृष्ण किरणांच्या अंगी शक्ति असतें हें उघड आहे, निर्वात भाग जसजसा वाढवावा तसतसा प्लातिनचा पत्रा कमी कमी उष्ण होतो व पूर्ण निर्वात अवकाशाच्या वेळीं द्दश्य उजेड त्यांतून निघत नसला तरी, दुसर्‍या एका उच्च दर्जाच्या किरणांचें विसर्जन होऊं लागतें, आणि या किरणांनाच आपण क्ष-किरण म्हणतों. प्रक्षेप होणारा पदार्थ जर एकदम जोरानें थांबविला गेला तर हे क्ष-किरण विसर्जन त्यांतून होऊं लागतें; आणि हा धर्म चर विद्युद्भारांच्याच अंगीं असतो व तोहि त्यांची गति जर प्रकाशगतीच्या बरोबरीनें असेल तरच हा धर्म त्यांच्या अंगी असूं शकतो.
या ॠणध्रुव किरणांची भेदक शक्ति फार चमत्कारिक आहे. हे कोणत्याहि धातूच्या पत्र्यांना भेदून पार निघून जातात व नंतर बाहेर हवेंत आले, म्हणजे हवेच्या प्रतिबंधामुळें ते तेजोमय होतात. हे द्दश्य पाहून कांहींची अशी कल्पना झाली कीं हे विद्युद्भारयुक्त पदार्थ-परमाणू असावेत, पण पदार्थ परमाणूंना आघाताशिवाय एक हजारांश इंच सुद्धां प्रवास करतां येत नाहीं.
कांहीं काळ अशी कल्पना होती कीं हे जे ॠणध्रुव किरण आहेत हे पळणारे परमाणू असून त्यांची गति साधारण अणूंच्या गतीसारखीच आहे, पण फरक एवढाच कीं त्यांचा मोकळा मार्ग हा मात्र साध्या वायुरूप पदार्थांच्या परमाणूंना जेवढा मिळतो, त्यापेक्षांहि जास्त आहे, त्याचप्रमाणें ते जे फिरतात ते समांतर रेषात फिरत असल्यामुळें, आणि त्यांची गति उष्णतांशुविक्षेपणासारखी अनियमित नसल्यामुळें, त्यांना बराच मोठा मोकळा मार्ग मिळतो. क्रूक नांवाच्या शास्त्रज्ञाची अशी कल्पना होती कीं ज्याप्रमाणें वायुरूप, द्रवरूप व घनरूप या पदार्थांच्या तीन स्थिति आहेत त्याचप्रमाणें ही एक चवथी स्थिति होय.
आतां अशी एक शंका निघणें साहजिक हे कीं, ॠणध्रृवापासून निघणार्‍या परमाणूंना गति कशावरून असते, या शंकेचे निराकारण निर्वात नळींत कांहीं चक्ररचना करून नंतर विद्युत्प्रवाह सोडला असतां, तीं चक्रें फिरूं लागतात या प्रयोगानें होतें. दुसरें या किरणांच्या जवळ जर घोडयाच्या नालाच्या आकाराचा लोहचुंबक आणला, तर हे आपल्या सरळ मार्गापासून च्युत होतात. यावरून ह्या किरणांतील परमाणू विद्युत्पूर्ण आहेत हें सिध्द होतें, एवढेंच नव्हे तर हे विद्युत्परमाणू ॠण विद्युत्पूर्ण आहेत हेंहि प्रयोगानें सिध्द होतें; व यांच्यांत धनविद्युत्पूर्ण परमाणूंची संख्या फारशी असेल हें संभवत नाहीं. यावरून असें दिसतें कीं, कांहींका कारणांमुळें असेना, निर्वात नळींत ॠण विद्युत्किरण धन विद्युत्किरणापेक्षां फार चपल असतात एवढेंच नव्हे तर त्यांची गति अतिशयच असते. या गतीमुळें त्यांना वाटेल तितकें लांब जातां येतें, व तसेंच विरुद्ध विद्युत्भार असलेल्या कणांशीं संयोग पावून स्वत:ला नाहींसेहि करून घेतां येतें.
प्रो. टौनसेंडच्या मतानें यांची वाहकता, जर हवेंत धुळीचे कण नसतील तर बरीच टिकते, कारण हवेंत धुळीचे कण असले म्हणजे, ते विद्युद्भारांची देवाण घेवाण करीत असतांना स्वत:लाहि कांहीं ठेवतात. आणि हवेंत धुळीचे कण बिलकुल नसले तर वाहकशक्ति नष्ट होण्यास जास्त वेळ लागतो, यावरून असें वाटतें कीं, हे चर परमाणू फारच लहान असले पाहिजेत, व त्यांचे एकमेकांवर क्वचितच आघात होत असले पाहिजेत. परमाणू जितके आकारानें लहान तितका त्यांना आघात सहज चुकवितां येतो. वायूच्या अणूचें चापल्य किंवा प्रसरणशक्ति त्याच्या परमाणूंच्या आकारावर, आणि त्यांच्या स्वतंत्र मोकळ्या रस्त्यावर अवलंबून असते. विद्युद्विश्लेषणांत जे चपल परमाणू असतात ते द्रव्य-परमाणू नसून, द्रव्यपरमाणूपासून निराळा झालेला त्यांचा विद्युद्भार असतो, आणि अर्थातच द्रव्यपर-माणूचें ओझें नाहींसें झाल्यामुळें त्याला वाटेल तेवढया गतीनें फिरतां येतें; व विद्युन्मार्गाच्या विद्युच्छक्तीचाहि त्याच्यावर परिणाम होतो. यावरून असें दिसतें कीं विद्युद्भार हा द्रव्य-परमाणूपासून निराळा एकटा राहूं शकतो, किंवा एका परमाणूपासून दुसर्‍या परमाणूकडे जात असतांना कांहीं वेळतरी तो एकटा रहातो असे धरण्यास हरकत नाहीं. या क्षणिक स्वातंत्र्यात निर्वात अवकाशांत कांहीं विद्युद्भार विजातीय विद्युद्भाराशीं मिसळून नाहीसें होणें साहजिक आहे, त्याचप्रमाणें कायमचे सुटून जाऊन वाटेल तिकडे वावरणेंहि साहजिक आहे. अशा तर्‍हेच्या कल्पनेने मोकळया असलेल्या विद्युद्भारांना म्हणजे एकाकी परमाणूवरील मोकळया झालेल्या विद्युद्भाराला अतिपरमाणुविद्युत्कण हें नांव दिलें गेलें.
ॠणध्रुव किरण ज्यांचे बनलेले आहेत त्या चपल कणांकडे जर पाहिलें तर ते बहुतकरून अतिपरमाणुविद्युत्कणच असावेत असें वाटूं लागतें, कारण त्यांच्या अंगीं विलक्षण चापल्य, अतोनात वेग आणि प्रसरण पावण्याची अगाध शक्ति ही आहेत; आणि त्यांना कोणतेंहि द्रव्य असें म्हणतां आलें नाहीं, तरी द्रव्याचे कांहीं गुण त्यांच्या अंगीं नाहींत असें मात्र म्हणतां येणार नाहीं. द्रव्यपरमाणूप्रमाणेंच यांच्या अंगी जडत्व व भ्रामकत्व हीं आहेत, आणि त्यामुळेंच ते निर्वात नळींत तयार केलेली चक्रयोजना फिरवितात; तशीच त्यांच्या अंगांत गति-विशिष्ठ-शक्ति आहे, व त्यामुळें त्यांच्या मार्गामध्यें आलेला प्लातिनचा तुकडा तापविला जातो; आणि अतिशय वेगानें फिरत असतां जर ते मध्येंच जोरानें थांबविले गेले, तर एकदम त्यांचा उजेड पडूं लागतो किंवा त्यापेक्षांहि उच्च दर्जाच्या किरणविसर्जनास म्हणजे क्षकिरणविसर्जनास सुरवात होते. विद्युत्तत्वाप्रमाणें क्षकिरणांच्या या धर्मावरून कांहीं निश्चित गोष्टींचा सुगावा लागण्यासारखें आहे. विद्युत्प्रवाहाकरिता धन विद्युतपरमाणूंचीच जरूर असते ॠण विद्युत्परमाणू कितीहि असले तरी त्यांचा कांहींएक उपयोग नसतो. तरीहि पण ते सर्वच संपून जाऊं नयेत ह्मणून ते वरचेवर उत्पन्न होत असतात. ॠण विद्युत्कणांच्या गर्दीमुळे निर्वात नळींत जी कांहीं शिल्लक हवा राहिलेली असते तिचें विश्लेषण होऊं लागतें, आणि त्या विश्लेषणांत धन वैद्युदणू (Positive ions) उत्पन्न होतात. हे धन-वैद्युदणू ॠणध्रुवापासून होत असणार्‍या ॠण विद्युत्कणांच्या भडिमाराला न जुमानतां ॠणध्रुवाकडेसच जात असतात; आणि अखेर त्यावर आपटतात व या आघातामुळें आणखी विद्युत्कण उत्पन्न करितात. ॠणध्रुवावर जो प्रकाशित भाग असतो, त्याच ठिकाणीं हें विश्लेषण चालू असतें असा समज आहे.
ज्या जोरानें ते पुढें लोटले जातात त्यावरून त्यांच्यावर जबर विद्युद्भार असला पाहिजे असें वाटतें, आणि त्यांची भेदून जाण्याची शक्ती इतकी विलक्षण आहे कीं, त्यांना साधारण आपणांस छिद्ररहित दिसणार्‍या धातूच्या पत्र्यांमधूनहि जातां येतें यावरुन त्यांचा आकार फारच लहान असला पाहिजे हें सिध्द होतें.
(इ) ॠणध्रुव किरणांची गति व विद्युद्रासानियक सममूल्य :- ज्यावेळीं अतिपरमाणु विद्युत्कणांची गति मोजावी, त्यावेळीं ॠणध्रुव किरण हे परमाणूंचे बनलेले आहेत ही कल्पना पार नाहींशी होते, कारण त्यांची गति दर सेकंदाला दहा हजार मैल किंवा कमींत कमी म्हणजे प्रकाशाच्या गतीच्या एक दशांशाइतकी येते; आणि सेंटिमीटर ग्रॅमपध्दतीनें मोजली तर ती १०९ इतकी भरते व विद्युद्रासायनिक सममूल्य १०७ इतकें भरतें. याला प्रमाण मात्र उज्ज (हायड्रोजन ) वायु धरला आहे. निर्वात नळींतील वायु कोणताहि असला किंवा विद्युन्मार्ग कसलेहि असले, तरी यांत फरक होत नाहीं. दोन विद्युन्मार्गांतील संभाव्य शक्तीचा फरक व नळींतील निर्वाततेचें प्रमाण यावर ॠणध्रुव किरणांची गति अवलंबून असते.
ॠणध्रुव किरण ज्या कणांचे झाले आहेत, त्यांची गति जरी विलक्षण असली तरी त्यांची शक्ति साधारणच आहे, आणि त्यांचा एकंदर पिंड फारच थोडा होतो, पण त्यांचा एकंदर विद्युद्भार मात्र विलक्षण मोठा असतो. कारण ते १५ मायक्रो फॅरडची ग्राहकता एका सेकंदाला ५ व्होल्टनें वाढवितात, किंवा ज्या उष्णतामापकाची उष्णताग्रहणशक्ति ४ मि. ग्रॅ. पाण्याइतकी आहे त्याची उष्णता २ अंशानें वाढवितात; पण त्यांचा पिंड मात्र इतका लहान आहे की १/३० मि. ग्रॅ. गोळा करण्याला निदान शंभर वर्षे तरी लागतील. त्यांची गति बंदुकीतून सुटलेल्या गोळीच्या गतीपेक्षा लाखों पटीनें जास्त आहे आण या किरणांना जर द्रव्य म्हणावयाचें असेल तर द्रव्यांत ह्यांचीच सर्वात जास्त गति आहे. आतां ह्या ॠणध्रुव किरणांतील कण, परमाणू आहेत असें म्हटलें तर निदान त्यांच्यावरील विद्युद्भार तरी अतिशय मोठा आहे असें म्हटल्याशिवाय गत्यंतर नाहीं. पण या उडणार्‍या कणांचा विद्युद्भार व विश्लेषणांत सांपडलेल्या परमाणूंचा विद्युद्भार सारखाच आहे असें निश्चित वाटल्यावर, मग हे जर परमाणू असतील तर त्यांचा पिंड तरी विश्लेषणांत सांपडलेल्या परमाणूंच्या पिंडापेक्षां हजारांशानें लहान असला पाहिजे; आणि असा एकदा विचार कायम झाला म्हणजे हे ॠणध्रुवापासून निघणारे कण कांहीं तरी निराळे म्हणजेच आतांपर्यंत जे अति परमाणुविद्युत्कण आहेत अशी कल्पना केली आहे ते असले पाहिजेत किंवा ते निराळे विद्युत्परमाणूच असले पाहिजेत.
३ उ प नी ल लो हि त कि र णां च्या यो गा ने हो णा रा वि- द्यु त्स्त्रा व : -ॠण विद्युत्पूर्ण अशा भागावर जर उपनील लोहित किरण – मग ते कोणत्याहि प्रकाशस्थानापासून आलेले असोत पाडले तर त्या भागांतून विद्युद्भार हळू हळू नाहींसा होऊं लागतो, त्या भागाजवळ जर लोहचुंबक आणला तर लोहचुंबकाच्या शक्तिरेषा (Lines of force ) ज्या दिशेनें जात असतील त्या मानानें त्याच्यांत फरक होत असतो. हा स्त्राव, कण स्वत: बाहेर निघून जाण्यामुळेंच होत असतो. ॠणध्रुव किरणांत ज्याप्रमाणें विद्युत्कण स्वत:च हिंडत असतात, त्याचप्रमाणे उपनीललोहित प्रकाशामुळें ते या भागांतूनहि स्वत:च जाऊं लागतात. हा देखावा पहाण्याकरितां निर्वात प्रदेश लागतो असें नाहीं, पण निर्वातप्रदेशांत हा चांगला दिसतो. खरें म्हटलें तर अणुमध्यें चलबिचल सुरु झाल्याशिवाय हा स्त्राव शक्य नाहीं. ही चलबिचल उपनीललोहित किरणांच्या समकालिक आंदोलनांच्या योगानें सुरू होते. व अणूमध्यें चलबिचल सुरू झाली म्हणजे त्यांचा ॠण विद्युद्भार त्यांच्या पासून ढिला होतो, व तो तेथून अर्थातच दूर जाऊं लागतो; याशिवाय किरणांच्या योगानें थोडीशी धन विद्युत् उत्पन्न होते, व या धनविद्युत उत्पत्तीच्याच योगानें फक्त जो परिणाम होतो तो धातूच्या उष्णतामानावर अवलंबून असतो.
जे.जे.थॉम्सन या शास्त्रज्ञानें हा स्त्राव मोजण्याकरितां कांहीं प्रयोग केले. त्यानें असें शोधून काढलें कीं या कणांचा लोहचुंबकामुळें धातूच्या पत्र्याला सोडल्यावर फिरण्याचा जो मार्ग आहे तो चक्राभास (Cycloid) आहे आणि त्या चक्राभासाचे प्रमाण प/व (प=पिंड आणि व=विद्यद्भार ) हें होय; म्हणजे, त्या कणाचा पिंड व त्यावर असलेला विद्युद्भार यांच्या भागाकाराच्या प्रमाणांत त्या चक्राभासाचा आकार असतो. हे चक्राभास अद्दश्य असून त्यांना पक्ष पहाणें फार कठिण आहे. त्यांची कल्पना मात्र करतां येते ती अशी कीं, समजा एखाद्या धातूच्या पत्र्यांतून हे कण निघून जात आहेत, तर त्या धातूच्या पत्र्याजवळ दुसरा एक पत्रा आणला, तर तो पत्रा जर चक्राभासाची जी त्रिज्या असेल त्याच्या आंत आला तर त्याच्यावर विद्युद्भार येईल व तो त्रिज्यान्तराच्या जर बाहेर गेला तर त्यावर विद्युद्भार बिलकुल येणार नाहीं; अशा तर्‍हेनें तो दुसरा पत्रा हलवून या कणांचा मार्ग चक्राभास आहे हें काढतां येतें; पण हाच पत्रा जर त्रिज्यान्तराच्या बाहेर नेऊन विद्युत्क्षेत्र जास्त शक्तिमान् केलें किंवा लोहचुंबकीय क्षेत्र कमी केलें तरी यावर पुष्कळसें विद्युत्कण येऊं शकतील. बरोबर त्रिज्यान्तर मोजण्याला दुसरा धातूचा तुकडा पुढें मागें सरकवून पाहून ज्या ठिकाणापासून विद्युद्भार येणें कमी होऊं लागेल तें त्रिज्यान्तर धरणें बरोबर होईल व हें अन्तर, व पिंड, विद्युच्छत्तिच् वगैरेचा संबंध (२ प.वि./व. ल२) या सारणीनें दाखविला जातो. यांत [ प=पिंड, वि=क्षेत्रांतील विद्युच्छक्ति, व= पिंडावरील विद्युद्भार, ल=लोहचुंबकाची शक्ति ( पृथ्वीची लोहचुंबकशक्ति) ]. यापैकीं क्षेत्राची विद्युच्छक्ति व पृथ्वीची लोहचुंबक शक्ति माहित असल्यामुळें, पिंड व विद्युद्भार यांचें प्रमाण सहज काढतां येतें. हें त्रिज्यान्तर जरी अगदीं बरोबर मोजतां आलें नाहीं, तरी या प्रयोगामुळें आलेली पिंड व विद्युद्भार यांच्या प्रमाणाची किंमत थॉमसननें काढलेल्या १०७ याच्या अगदीं जवळ जवळ येते.
