உலகைப் புரட்டிப் போட்ட 100 அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகள் - 34 கலோரி

34. கலோரி - Calories (Units of Energy)

கண்டறிந்தவர்: ஜேம்ஸ் ஜூல் ( James Joule)

கண்டறிந்த ஆண்டு: 1843

சக்தி என்பது பலதரப்பட்டதாக, பல மூலங்களிலிருந்து, பலவடிவங்களில் நமக்குக் கிடைக்கின்றது. வெப்ப சக்தி, மின் சக்தி, காந்த சக்தி, இயங்கு சக்தி என்று பல சக்திகளும் இருக்கின்றன. அச்சக்திகளை ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றாக மாற்றிக் கொள்ள இயலும் என்பதை இப்போது நாம் உணர்ந்திருக்கின்றோம். இவ்வாறு மாற்றும் போது மொத்த சக்தியையும் நம்மால் மாற்ற இயலுவதில்லை. சிறிய பகுதியை மாற்றம் நிகழும் போது இழக்கின்றோம் என்றாலும் மாற்றமுடியும் என்பதும், அதை அறிந்திருக்கின்றோம் என்பதும் தொழில் மற்றும் அறிவியல் வளர்ச்சிக்குப் பெரிதும் உதவியிருக்கின்றது. இருந்த போதிலும் 200 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு வரை இவ்விஷயத்தை யாரும் அறிந்திருக்கவில்லை.

ஜேம்ஸ் ஜூல் எந்த ஒரு சக்தியையும் அதற்குச் சமமான வெப்ப சக்தியாக மாற்ற இயலும் என்று கண்டறிந்தார். இதன் மூலம் சக்தியின் பொதுவான தன்மையை அனைவரும் உணரச் செய்தார். அனைத்து சக்திகளும் சமமானவையே என்றும் நிரூபணமானது. மேலும் 40 ஆண்டுகள் கழித்து சக்தியைச் சேமித்துப் பாதுகாக்கும் விதியைக் (Conservation of energy) கண்டுபிடிக்கவும் ஆதாரமாக இது இருக்கின்றது.

எவ்வாறு கண்டறிந்தார் என்று காண்போம்.

இங்கிலாந்தின் லான்சைசரில் மதுபானம் உற்பத்தி செய்து தொழில் செய்து வந்த ஒரு வசதியான குடும்பத்தில் 1818ன் கிறிஸ்துமஸ் தினத்தில் பிறந்தார் ஜேம்ஸ் ஜூல். பள்ளிக்குச் செல்லாமல் வீட்டிலேயே தனி ஆசிரியர்களை வைத்துப் பாடங்களைக் கற்றார் ஜூல். தனது 20வது வயதில் குடும்பத்தொழிலான மதுபான உற்பத்தியில் ஈடுபட ஆரம்பித்தார்.

உடனேயே தனது தொழிலில் நீராவி முறையிலிருந்து மின்சார முறைக்கு மாற்றி மதுபானம் உற்பத்தி செய்ய முடியுமா என்று ஆராய்வதைத் தனது பிரதான பணியாக ஆக்கிக் கொண்டார். இயந்திரங்களையும், அவை சக்தி வெளியிடுவதையும் பற்றி ஆர்வத்துடன் கற்றறிந்தார். மின்சக்தி சுற்றுகள் பற்றியும் அறிந்தார். மின்கம்பிகளின் வழியே மின்சாரம் பாயும் போது அவை சூடாவதைக் கண்டு அதிசயித்தார். வெகுவிரைவிலேயே செல்லும் மின்சாரத்தின் ஒரு பகுதி சூடாவதற்குச் செலவிடப்படுவதை உணர்ந்து கொண்டார்.

அவ்வாறு வெப்பமாவதற்குச் செலவிடப்படும் சக்தியின் அளவு எவ்வளவு என்று அறிந்து கொள்வதில் மிகுந்த ஆர்வம் காட்டினார். மேலும் மின்சக்தியிலிருந்து வெப்பசக்தி எவ்வாறு உருமாறுகின்றது என்பதையும் கண்டறிய முனைந்தார். அவரது ஆய்வுச் சோதனைகளின் போது அவர் பாதுகாப்புக்கு முக்கியத்துவம் தரவில்லை. ஒருசமயம் அவரது பணிப்பெண் மின்சாரத்தாக்குதலால் மயங்கி விழுந்த சம்பவமும் நிகழ்ந்தது! இறுதியில் அவர் மதுபான உற்பத்தியை மின்சாரமுறைக்கு மாற்றாவிட்டாலும் சக்தியை ஒரு வடிவிலிருந்து இன்னொரு வடிவுக்கு மாற்றும் ஆராய்ச்சியில் அவரது கவனம் திரும்பியது.

ஜூல் ஒரு ஆத்திகவாதி. அடிப்படையிலேயே அனைத்து வகையான சக்திகளுக்கும் மூலாதாரம் ஒன்றாகத் தான் இருக்கவேண்டும் என்று ஆழ்ந்த நம்பிக்கை கொண்டிருந்தார். வெப்ப சக்தியே அனைத்துக்கும் மூலசக்தி என்றும் அந்த இயல்பான சக்தியிலிருந்தே மற்ற சக்திகள் அனைத்தும் அவதாரம் எடுப்பதாகவும் சந்தேகித்தார்.

ஜூல் தனது கவனத்தை இயந்திர சக்தியை வெப்ப சக்தியாக மாற்றுவதில் செலுத்த ஆரம்பித்தார். உண்மையில் இயந்திரத்தால் உருவான எந்த ஒரு சக்தியின் மூலமும் நகரும் ஒரு பொருள் (அச்சக்தியைத் தொடர்ந்து கொடுக்காத போது) காலப்போக்கில் நின்று விடுகின்றது. அப்படியானால் கொடுத்த சக்தியெல்லாம் என்ன தான் ஆயிற்று? இயங்குசக்தியிலிருந்து வெப்பசக்தியை அளக்க நீரைப் பயன்படுத்தி பலவித சோதனைகளை ஜூல் மேற்கொண்டார்.

ஜூலின் இரண்டு பரிசோதனைகள் மிகவும் பிரபலமானது. முதலில் காற்றடைக்கப்பட்ட ஒரு செம்பு உருளையை நீருக்குள் அமிழ்த்தி நீரின் வெப்பத்தை அளந்து கொண்டார் ஜூல். பின்னர் அந்த உருளைக்குள் சுற்றுப்புறக் காற்றழுத்ததைக் காட்டிலும் 22 மடங்கு அதிக அழுத்தம் ஏற்படுமாறு காற்றைச் செலுத்தினார். வாயுவிதிகளின் படி, அதிகக் காற்றழுத்தம் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்க வேண்டும். ஆம்! நீரின் வெப்பம் 0.285 டிகிரி பாரன்ஹீட் ஏறியிருந்தது. இயங்கு சக்தி அங்கு வெப்பசக்தியாக மாறியிருந்தது.

அடுத்த சோதனையாக, ஒரு செங்குத்தான தண்டில் இருபுறமும் துடுப்புகளை ( மிதிவண்டியின் பெடல் போல) அமைத்து நீருக்குள் அமிழ்த்தி, துடுப்புகளைத் துழாவிச் சுழலச் செய்தார். அப்போதும் நீரின் வெப்பம் அதிகரித்தது. அதன் மூலம் இயங்குசக்தியின் ஒருபகுதி வெப்பசக்தியாக மாற்றமடைவது நிரூபணமானது.

இருந்தாலும் ஜூல் தனது ஆராய்ச்சியைப் திரவ உலோகமான பாதரசத்தின் பக்கம் திருப்பும் வரை அவரால் ஒரு முடிவுக்கு வரமுடியாமலே இருந்தது. பாதரசத்தை வெறுமனே கலக்குவதன் மூலமே அதன் வெப்பநிலை சீரான அளவில் ஏறுவது சோதனையில் அறிய முடிந்தது.

முடிவாக, ஜூல் எந்த ஒரு சக்தியையும் அதற்குச் சமமான வெப்ப சக்தியாக மாற்றமுடியும் என்று கண்டறிந்தார். 1843ல் சக்தியின் பொதுவடிவான வெப்பசக்தியை அளப்பதற்கான அளவீடையும் அறிமுகம் செய்தார். இயற்பியலாளர்களும் வேதியியல் வல்லுநர்களும் அவரது அளவீடைப் பயன்படுத்த ஆரம்பித்தனர். அதற்கு ஜூல்ஸ் என்றும் பெயரிடப்பட்டது. உயிரியல் வல்லுநர்களோ 4.18 ஜூல்ஸை ஒரு கலோரி என்று பெயரிட்டு அப்பெயரில் அழைக்க ஆரம்பித்தனர். எந்த ஒரு சக்தியையும் வெப்ப சக்தியாக மாற்ற முடியும் என்று கண்டறிந்ததன் மூலம், சக்தி, இயக்கம் மற்றும் அது சார்நத நுட்பங்களில் பலமுன்னேற்றங்கள் ஏற்பட வழிவகுத்தார் ஜூல்.