विद्युत् (वीज)

मानवी जीवनाच्या दृष्टीने अतिशय महत्वाचा व निसर्गात सर्वत्र आढळणारा ऊर्जेचा एक प्रकार. अवकाश, वातावरण,जीवसृष्टी, द्रव्य, अणूंना एकत्रित ठेवणारे रासायनिक बंध व खुद्द अणू या सर्व ठिकाणी वीज आढळते. वीज चमकणे किंवा पडणे म्हणजे निसर्गातील विद्युत् विसर्जनाचा प्रचंड लोळ होय. याउलट प्राण्यातील एक तंत्रिका कोशिका (मज्जापेशी) लगतच्या दुसऱ्या तंत्रिका कोशिकेकडे पाठवीत असणारा अतिशय दुर्बल विद्युतीय आविष्कार आहे. तसेच अंबर या द्रव्यावर (शिळाभूत रूपातील रेझिनावर) लोकरी कापड घासल्यास अंबर विद्युत् भारित होते; तर विशिष्ट ईल (मासे) इतर  प्राण्यांना विजेचा झटका देऊ शकतात.

वीज दिसत नाही, तिला गंध नसतो अथवा तिला आवाजही नसतो.  तथापि वीज जे कार्य करते (उदा., प्रकाश वा उष्णता निर्माण करण्याची व तिचा व्यावहारिक वापर करण्याची पुष्कळ तंत्रे विसाव्या शतकात पुढे आली. त्यामुळे तिचे उपयोग वाढत जाऊन वीज हे आधुनिक समाजाचे एक महत्वाचे अंग बनले. जगातील बहुतेक वीजनिर्मिती मोठ्या जनित्रांमार्फत होते व त्याकरिता दगडी कोळसा, खनिज तेल अथवा नैसर्गिक वायू हे इंधन वापरतात.  कारखान्यातील चलित्रे व यंत्रसामग्री तसेच घरगुती वापराची यंत्रोपकरणे चालविणे, रस्त्यावरील व घरातील दिवे प्रज्वलित करणे, धातूचा मुलामा देणे, वितळजोडकाम करणे, वाहकपट्टे फिरविणे, भट्ट्यांमधून बाहेर पडणाऱ्या वायूंमधील प्रदूषक कण साक्याच्या रूपात काढून टाकणे वगैरे असंख्य कामांकरिता वीज लागते. शिवाय दूरध्वनी, दूरचित्रवाणी व रेडिओ (प्रेषण व ग्रहण), चित्रपट, रडार, संगणक, रोबॉट, अवकाशयाने, कृत्रिम उपग्रह, विमाने, जहाजे, रेल्वे, मोटारगाड्या इ. ठिकाणी विजेचा वापर होतो. अशा रीतीने वीज ही वापरावयास सुटसुटीत असल्याने तिच्यामुळे समाजात परिवर्तन घडून आले आहे. मात्र ती काळजीपूर्वक वापरली नाही, तर आग लागणे, झटका वसणे व मृत्यूही ओढवणे यांसारखे धोके तिच्यामुळे उद्‌ भवू शकतात.

ऋण  विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉन व धन विद्युत् भारित प्रोटॉन हे अणूचे दोन मुख्य विद्युत् भारित घटक असून प्रॉटॉन अणुकेंद्रात असतात, तर इलेक्ट्रॉन अणुकेंद्राभोवती फिरत असतात. या दोन कणांवरील विद्युत् भारांमधील प्रेरणांवर सर्व विद्युतीय आविष्कार अवलंबून असतात. या धन व ऋण विद्युत् भारांमधील आकर्षण प्रेरणांमुळे अणुकेंद्र व त्याभोवतीचे इलेक्ट्रॉन धरून ठेवले जाऊन अणू बनतो. काही परिस्थितींत अणूमधील एक वा अनेक इलेक्ट्रॉन मुक्त होतात आणि ते धातू वा अन्य द्रव्यातून अगर शलाकारूपात वाहत गेल्याने विद्युत् प्रवाह निर्माण होतो.

स्थिर वा गतिमान विद्युत् भार आणि त्यांचे परिणाम यांच्याशी निगडित सर्व आविष्कार विद्युत् या संज्ञेत येतात म्हणजे धन व ऋण विद्युत् भारित स्थिर वा गतिमान  कण व त्यांच्यावर होणारे परिणाम यांचा विद्युत् या भौतिकीच्या शाखेत अंतर्भाव होतो.  अशा प्रकारे विद्युत्, विद्युतीय आविष्कारांचे नियम इ. सर्व गोष्टींचा अभ्यास या शाखेत करतात. स्थिर विद्युत् भारित कणांमुळे व कालपरिवर्ती विद्युत् क्षेत्रामुळे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते व त्याचा इतर गतिमान विद्युत् भारित कणांवर परिणाम होतो.  अशा प्रकारे विद्युत् व चुंबकत्व एकमेकांशी निगडित आहेत.  तरी पण बऱ्याचदा यांपैकी एक बाजू ( ऊर्जा ) वरचढ असते म्हणून त्यांचा वेगवेगळा विचार करणे इष्ट ठरते.

मराठी विश्वकोशात ‘चुंबकत्व’ अशी स्वतंत्र नोंद असून विद्युत् या विषयाशी संबंधित असलेल्या पुढील नोंदीही आहेत : अर्धसंवाहक; एकदिश विद्युत् प्रवाह; तडित; दाबविद्युत्; निरोधन विद्युत्; प्रकाशविद्युत्; प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह; भूविद्युत् लोहविद्युत् वातावरणीय विद्युत् विद्युत् अपारक पदार्थ; विद्युत् अभियांत्रिकी; विद्युत् गतिकी; विद्युत् घट; विद्युत् उपकरणे; विद्युत् रोधक; विद्युत् संवाहक विद्युत् चुंबकीय क्षेत्र सिध्दांत. त्यामुळे या विषयांच्या अधिक माहितीसाठी त्या त्या नोंदी पहाव्यात.

इतिहास

त्यानंतर खूप वर्षांनी ब्रिटिश संशोधक ⇨विल्यम गिल्बर्ट यांच्या लक्षात आले की, काच, गंधक, मेण, लाख या पदार्थांत देखील अंबरसारखा गुणधर्म आहे. या गुणधर्माचे वर्णन करण्यासाठी त्यांनी ‘इलेक्ट्रॉन’ हा नवा शब्द वापरला. अंबरला ग्रीक भाषेत ‘इलेक्ट्रॉन’ व लॅटिन भाषेत ‘इलेक्ट्रम’ म्हणतात. त्यावरून त्यांनी इलेक्ट्रिसिटी हा शब्द तयार केला व हाच शब्द रूढ झाला.

इ.स.१६०० मध्ये विल्यम गिल्बर्ट यांनी घर्षणजन्य विजेवर खूप प्रयोग केले. त्यांनी निरनिरळ्या पदार्थांची विद्युत् प्रवाहाचे संवाहक आणि दुर्वाहक अशा गटांत विभागणी केली.  ही विभागणी अलीकडील काळात केल्या गेलेल्या अशा विभागणीप्रमाणेच आहे.

ग्रीक लोकांनी घर्षणजन्य विजेचा संबंध त्यांनी पाहिलेल्या मॅग्नेटाइट खनिजाच्या चुंबकत्वाशी लावला. स्थिर विद्युत् आकर्षण आणि चुंबकीय आकर्षण दोन्हीही संपर्कात न येता लांब राहून कार्य करतात म्हणजे पदार्थ आकर्षित करण्यासाठी त्या पदार्थाला स्पर्श होण्याची आवश्यकता नसते. त्यामुळे ते दोन्ही आविष्कार एकाच प्रकारचे वाटतात. अशा  प्रकारे प्रथमपासून गैरसमजामुळे विद्युत् आणि चुंबकत्वाचे शास्त्रीय परीक्षण एकमेकाशी जोडले गेले. अंबरचे विद्युत् आकर्षण आणि अयस्कांताचे (चुंबकीय पाषाणाचे) चुंबकीय आकर्षण यांतील साम्य आणि फरकाचा जेरोम कार्डन (१५५१) यांनी अभ्यास करून सूचना मांडला की, घर्षणजन्य विद्युत् एका प्रकारच्या द्रायूमुळे  (प्रवाही पदार्थामुळे) असते.  या सूचनेमुळे विद्युत् आकर्षण एखाद्या गूढ प्रकारच्या प्रेरणेमुळे होते ही कल्पना मूळ धरू लागली. काही द्रव्यांतून  वीज वाहते व काहींतून वाहत नाही, असे स्टिफन ग्रे यांनी १७२९ साली शोधून काढले. शार्ल द्यूफे या फ्रेंच शास्त्रज्ञांनी विजेचे धन आणि ऋण असे  दोन प्रकार त्यांनी सुचविले. पैकी ‘काचमय’ विजेने भारित झालेली काच व इतर द्रव्ये एकमेकांचे प्रतिसारण करतात (दूर लोटतात).  मात्र ही द्रव्ये ‘रेझीनमय’ विजेने भारित असलेल्या अंबर व त्यासारख्या पदार्थांना आकर्षून घेतात.

धन आणि ऋण विद्युत् भारांत फरक करावा लागण्याचे कारण म्हणजे काही विद्युत् भारित पदार्थांत एकमेकांत आकर्षण आढळले; तर दुसऱ्या काही पदार्थांचे ते प्रतिसारण करीत असल्याचे आढळले. दोन धन विद्युत् भार एकमेकांस दूर ढकलतात. दोन ऋण विद्युत् भारदेखील परस्परांस आकर्षित करतात. यावरून सम विद्युत् भारांत प्रतिसारण असते आणि विषम विद्युत् भारांत आकर्षण असते, असा नियम लक्षात आला. पुढे एकोणिसाव्या शतकात शास्त्राची जशी प्रगती होत गेली तसा द्रायू सिध्दांतांचा त्याग करण्यात आला; परंतु धन आणि  ऋण विद्युत् हे शब्द आणि सममार-प्रतिसारण, विषमभार-आकर्षण हा नियम कायम ठेवण्यात आला.

बेंजामीन फ्रँक्लिन यांनी १७४६ साली विजेविषयीचे प्रयोग करायला सुरुवात केली. त्यांनी विजेच्या स्वरूपाविषयीची नाविन्यपूर्ण व प्रभावशाली संकल्पना मांडली होती. तिला ‘एक-द्रायू’ सिध्दांत म्हणतात. या सिध्दांतानुसार हा द्रायू जास्त प्रमाणात असणारे पदार्थ धन भारित व या द्रायूची  कमतरता असणारे पदार्थ ऋण भारित असतात.  जेव्हा विरूध्द भाराचे पदार्थ एकमेकांच्या संपर्कात येतात तेव्हा ते परस्परांना कसे निर्विद्युत बनवितात, याचे स्पष्टीकरण या सिध्दांताने करता येते. (अर्थात फ्रँक्लिन यांना इलेक्ट्रॉनांची माहिती  नव्हती. फ्रँक्लिन ज्याला धन पदार्थ म्हणतात त्यात इलेक्ट्रॉन असतात, असे पुढे आढळले). १७५२ साली त्यांनी गडगडाटी वादळात पतंग उडविण्याचा सुपरिचित प्रयोग केला. पतंगाला बांधलेल्या टोकदार तारेवर आकाशातील विजेचा आघात (तडिताघात) झाला व ती वीज पतंगाच्या ओल्या व तेथे विजेमुळे  ठिणगी निर्माण झाली. आकाशातील वीज ( तडित) ही परिचयातील विद्युत् असल्याचे या प्रयोगाने सिध्द झाले. ⇨शार्ल ऑग्युस्तीन द कुलंब यांनी विद्युत् भारित वस्तूंमधील आकर्षण व प्रतिसारण यांविषयीचे नियम सूत्रबद्ध केले.

⇨लुईजी गॅल्व्हानी यांनी १७८६ साली विद्युत् प्रवाहांविषयीचा पहिला प्रयोग बेडकावर केला. नुकत्याच मारलेल्या बेडकाच्या पायाला तांब्याचा आकडा लावून तो आकडा त्यांनी  लोखंडी कठड्याला अडकवला. बेडकाच्या पायांचा कठड्याला स्पर्श होताच पाय आखडले जातात, असे त्यांना आढळले, बेडकाचे पाय का आखडले गेले, हे ⇨आलोस्सांद्रो जूझेप्पे आतान्यो आनास्ताझ्यी व्होल्टा यांनी शोधून काढले (१७९७) वरील प्रयोगातील आर्द्रता आणि लोखंड व तांबे यांसारख्या दोन भिन्न धातूंमधील रासायनिक विक्रिया यांतून वीज  निर्माण होऊन ती वाहते, असे व्होल्टा यांनी सुचविले पहिली विद्युत् घटमाला व्होल्टा यांनीच बनविली व त्यांच्या नावावरून तिला  व्होल्टा चिती म्हणतात. हिच्यातूनच नंतर आधुनिक विद्युत् घटांचा विकास झाला.

तारेतून वाहणाऱ्या मोठ्या विद्युत् प्रवाहाने चुंबकीय सूची हलविता येते, असे ⇨हॅन्स किश्चन ओस्टेंड यांनी १८२० साली दाखविले. विद्युत् प्रवाहाचा चुंबकीय परिणाम होतो, हे या  शोधाने उघड झाले. नंतर त्याच वर्षी ⇨आंद्रे मारी अँपिअर यांनी दोन समांतर विद्युत् प्रवाह एकाच दिशेत वाहत असल्यास ते एकमेकांना प्रतिसारित करतात आणि हे प्रवाह विरूद्ध दिशांना वाहत असल्यास ते एकमेकांना आकर्षित करतात, असे  त्यांना आढळले. विद्युत् प्रवाहातील प्रेरणा विशद करणारे नियमही अँपिअर यांनी सूत्रबद्ध केले. ⇨गेओर्क झिमोन ओहम यांनी विद्युत् रोधाविषयीचे नियम शोधून काढले व ते त्यांच्या नावाने ओळखले जातात.

ओर्स्टेड यांच्या शोधाचा प्रभाव पडल्याने ⇨मायकेल फॅराडे यांनी विद्युत् चुंबकत्वाचे परिणाम अभ्यासण्यास सुरुवात केली. जर विजेमुळे चुंबकत्व निर्माण होऊ शकते, तर चुंबकत्वामुळे वीज निर्माण होऊ शकेल, अशी फॅराडे  यांना खात्री  वाटत होती. हलणाऱ्या चुंबकत्वामुळे  तारेच्या वेटोळ्यात विद्युत् प्रवाह प्रवर्तित होतो, हे त्यांनी १८३१ साली शोधून काढले. त्याच  वर्षी ⇨जोझेफ हेन्री यांनीही हेच तत्त्व स्वतंत्रपणे  शोधले होते. सर्व विद्युत् जनित्रे व रोहित्रे  यांचे कार्य याच तत्त्वावर चालते.

विद्युत् व चुंबकत्व यांच्या नियमांची गणितीय सूत्रे ⇨जेम्स क्लार्क मॅक्सवेल यांनी तयार केली (१८७३).  त्यांना ⇨मॅक्सवेल विद्युत् चुंबकीयसमीकरणे असे म्हणतात. विद्युत् चुंबकीय तरंग विशिष्ट विद्युत् मंडलांव्दारे निर्माण होतात व पोकळीमधून ते प्रकाशाच्या वेगाएवढ्या वेगाने जातात ⇨हाइन्रिख रूडोल्फ हर्ट्‌झ यांनी असे तरंग १८८७ च्या सुमारास निर्माण केले.

जॉर्ज जॉनस्टन स्टोनी यांनी विद्युत् प्रवाह  अतिसूक्ष्म गतिमान कणांचा बनलेला असतो, असे सुचविले (१८९१) . या कणांना त्यांनी इलेक्ट्रॉन  हे नाव दिले. ⇨सर जोझेक जॉन टॉमसन यांनी १८९७ साली सर्व अणूंमध्ये ऋण विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉनांचे, तर १८९८ साली ⇨व्हिल्हेल्म वीन यांनी धन विद्युत् भारित प्रोटॉन हे दोनच मूलकण पृथ्वीवर स्थिर स्थितीत आढळतात. ⇨माक्स कार्ल एर्ट्स्म लूटव्हिख प्लांक यांनी ⇨कृष्ण पदार्थांनी उत्सर्जित केलेल्या विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे अध्ययन केले. विद्युत् चुंबकीय प्रारण हे पुंजांच्या रूपात उत्सर्जित होते, हे गृहीत तत्त्व  त्यांनी मांडले. यातूनच आधुनिक⇨पुंजयामिकी पुढे आली विद्युत् चुंबकीय सिध्दांत व पुंजयामिकी यांचे एकीकरण करण्याचा सर्वात चांगला प्रयत्न ⇨जूल्यॅन सीमॉर श्वगर व ⇨रिचर्ड फलिप्स फाइनमन यांनी १९४८ साली केला. या पुंज विद्युत् गतिकीमुळे [विद्युत् चुंबकीय प्रारण व विद्युत् भारित द्रव्य, विशेषेकरून अणू व त्यांतील इलेक्ट्रॉन, यांच्यातील परस्परक्रियांचे स्पष्टीकरण देणाऱ्या पुंज सिध्दांतामुळे ; ⟶ पुंजयामिकी ] प्रारणाचे कण स्वरूप मागे पडले व क्षेत्र या संकल्पनेवर भर देण्यात येऊ लागला

जगभर विजेची मागणी वाढत आहे. उदा., १९०० सालातील अमेरिकेतील विजेच्या खपाशी तुलना केल्यास १९८० साली तेथील विजेच्या खपाशी तुलना केल्यास १९८० साली तेथील  विजेच्या खपात ३८० पट वाढ झाली होती आणि १९४० च्या विजेच्या खपाच्या तुलनेत  १९८० सालचा खप १२ पट वाढला होता. बहुतेक देशांत दगडी कोळसा, खनिज तेल अथवा नैसर्गिक वायू हे इंधन वापरूनच मुख्यत्वे वीजनिर्मिती केली जाते, परंतु या इंधनांचे साठे मर्यादित असून ते संपुष्टात येणारे आहेत.

विजेची वाढती गरज भागविण्यासाठी वीजनिर्मितीचे नवनवीन मार्ग शोधून  काढण्यात येत असतात. जलविद्युत् व अणुऊर्जेपासून मिळणारी वीज पुष्कळ वर्षापासून निर्माण केली जात आहे.  सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, भरती-ओहोटीची ऊर्जा, लाटांची ऊर्जा ⇨चुंबकीय द्रवगतिकीय जनित्रे, इंधन-विद्युत् घट इ. विजेच्या पर्यायी उद्गमांचाही वीजनिर्मितीसाठी विचार करण्यात येत आहे [⟶ शक्तिउद्‌गम] .

जगात अनेक ठिकाणी १९७० पासून विजेच्या खपात अपेक्षेपेक्षा कपात झालेली दिसते. कारण उच्च कार्यक्षमतेचा विद्युत् प्रयुक्तींमध्ये (उदा.,चलित्रे) आधीच्या प्रयुक्तीपिक्षा वीज कमी खर्च होते तसेच अधिक कार्यक्षम व कमी प्रदुषणकारी  वीजनिर्मिती केंद्र पुढे आली आहेत. यामुळे अम्लीय पावसाचे प्रमाण कमी झाले आणि पृथ्वीचे तापमान वाढविण्यास कारणीभूत होणारा कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू कमी प्रमाणात निर्माण होतो.

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश (महाराष्ट्र राज्य मराठी विश्वकोश निर्मिती मंडळ)