1. எரிமக் கலன் - அட்டவணை
  2. சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை - அட்டவணை
  3. காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்துதல் அட்டவணை
  4. இயற்பியல் பதிவுகள் தொகுப்பு-1. அட்டவணை
  5. காலத்தின் வரலாறு - அட்டவணை
  6. சோலார் செல் அட்டவணை

Sunday, July 6, 2008

ஒளி விலகல், எதிரொளிப்பு குவாண்டம் இயற்பியல் பார்வையில் (பகுதி-2)

இதற்கு முந்திய பதிவில், ஒளிவிலகல் மற்றும் எதிரொளிப்பு பற்றி பார்த்தோம். அடுத்து, ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவது எப்படி என்பதை பார்க்கலாம்.

குறிப்பு: இதில் கொஞ்சம் கணிதமும் வரும். அது கடினமாக இருந்தால், அந்தப் பகுதியை விட்டு விடலாம்.

ஒளியானது திடப்பொருளில் இருக்கும் அணுக்களின் மீது விழும்பொழுது எலக்ட்ரான்கள் அல்லது அணுக்கள் அதை விழுங்கி அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும் என்பதை பார்த்தோம். மேலே (அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு) சென்ற அணு, மீண்டும் கீழே வரும்பொழுது, ஒளியை மீண்டும் வெளியிட்டால், அது எல்லா திசைகளிலும் வெளியிடும் என்பதையும், அப்படி பல அணுக்கள் வெளியிடும் அலைகள், அவற்றின் கட்டங்கள் (phase) சேருவதைப் பொறுத்து, ஒளி விலகலாகவோ, எதிரொளிப்பாகவோ வரும் என்பதையும் பார்த்தோம்.

ஆனால், எல்லா சமயத்திலும், மேலே சென்ற அணு, கீழே வரும்பொழுது, ஒளியை வெளியிடாது. ஒவ்வொரு மின்காந்த அலைக்கும், ஒரு ஆற்றல் (energy) உண்டு. ஒரு மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண் ”y" என்றால், அதன் ஆற்றல் ‘hy” என்று இருக்கும். இங்கு y என்பது அதிர்வெண்ணைக் குறிக்கும். பொதுவாக இதை ‘காமா' (gamma) என்று குறிப்பிடுவார்கள். இங்கே பதிவில் எழுத சுலபமாக இருப்பதால் y என்ற எழுத்தை பயன்படுத்தி இருக்கிறேன். h என்பது ஒரு constant ஆகும். அதிர்வெண் அதிகரித்தால், ஆற்றலும் அதிகரிக்கும்.

மேலே சென்ற அணு, கீழ் மட்டத்திற்கு வரும்பொழுது, இதே அளவு ஆற்றலை வெளியிட வேண்டி வரும். ஆனால்,ஒரே சமயத்தில் இத்தனையும் வெளியிட்டால்தான், முதலில் வந்த மின்காந்த அலை (ஒளி) போல திரும்ப வரும். இல்லாவிட்டால், கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வெளியிட்டால், அதே ஆற்றல் வேறு விதத்தில் வெளிவரும்.

இங்கு அதிக ஆற்றல் கொண்ட அணுக்கள், அதிக அளவில் அதிர்ந்து கொண்டு ('vibrate') இருக்கலாம். அப்போது, அவற்றில் வெப்ப நிலை அதிகம் என்று சொல்ல வேண்டும். இப்படி ஒளியானது வெப்பமாக மாறினால், திரும்ப ஒளியாக வெளிவராது. ஒரு பொருள் ஒளியை (குறிப்பிட்ட அலை எண் கொண்ட மின்காந்த அலையை )உறிஞ்சுமா என்பதற்கு, அது அதிக ஆற்றல் மட்டம் சென்றால், திரும்ப ஒரே சமயத்தில் ஆற்றலை வெளியிடுமா, அதற்கு என்ன வாய்ப்பு (probability of coming to lower,ground state with a single radiation) என்று கணக்கிட வேண்டும்.

**************கணிதம் ஆரம்பம்**************
இதை ஒளி விலகல் எண்ணில் குறிக்க நினைத்தால், ‘காம்ப்ளக்ஸ் எண்' (complex number) என்ற எண்ணில்தான் குறிக்க வேண்டும். ஒளி விலகலுக்கு real பகுதியும், ஒளி உறிஞ்சுவதற்கு ‘imaginary' பகுதியும் பயன்படும். இங்கு 'i' என்ற எழுத்து, பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது square root of -1 ஆகும். இங்கு இமேஜினரி என்பது கற்பனை எண் என்று சொல்லப்பட்டாலும், அது real எண்ணை விட எந்த விதத்திலும் வேறுபட்டது இல்லை. இது உலகத்தில் இல்லாதது, கற்பனையானது என்றும், real எண்கள் தான் உலகத்தில் இருக்கும் பொருள்களை அல்லது பண்புகளைக் குறிக்கும் என்றும் சிலர் நினைக்கலாம். ஆனால் அது சரியல்ல. Both real numbers and imaginary numbers are equally "real" or equally "imaginary". வரலாற்று காரணமாக இது கற்பனை எண் என்று அழைக்கப் படுகிறது.

இந்த வகை எண்களில் ஒரு சமன்பாடு உண்டு. அது e^(iX) = cos(X) + i sin(X) என்பதாகும். இது எப்படி வந்தது என்று கேட்க வேண்டாம், நிச்சயம் தெரியவேண்டும் என்றால் கூகிளில் தேடலாம். இங்கு குறிப்பிட வந்த விஷயம் என்ன என்றால், exponential என்று சொல்லப்படும் e என்ற எண்ணை (iX) powerக்கு எழுதுவதற்கும், காஸ்(X), சைன்(X) ஆகிய எண்களுக்கும் தொடர்பு உண்டு என்பதே.

பொதுவாக, குறுக்கு அலைகளை(transverse waves) காஸ் மற்றும் சைன் அலைகளாக எழுதலாம். மின்காந்த அலைகள் குறுக்கு அலைகள்தான். மின்காந்த அலைகள் வெற்றிடத்தில் செல்லும்பொழுது அதன் அலைகள் குறிப்பிட்ட அலைநீளம் கொண்டிருக்கும். திடப்பொருளில் ஊடுருவி செல்லும்பொழுது, கொஞ்சம் குறைந்த அலைநீளம் கொண்டு இருக்கும். இந்த இரண்டு சமயங்களிலும் அந்த அலைகளை காஸ் அல்லது சைன் அலைகளாக எழுதலாம்.

ஆனால், மின்காந்த அலைகள் ஒரு பொருளில் உறிஞ்சப்பட்டால், அவை எக்ஸ்பொனன்ஷியல் (exponential or e) அலைகளாக எழுதப்படும். ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணுடன் , குறிப்பிட்ட அளவு வளத்துடன்(amplitude) பொருளில் அந்த அலை நுழையும். உள்ளே செல்ல செல்ல, அதே அதிர்வெண்ணில் எவ்வளவு வளம் இருக்கிறது என்று பார்த்தால், உறிஞ்சும் பொருள்களில், அது எக்ஸ்பொனன்ஷியலாக குறையும். உறிஞ்சாமல், ஊடுருவி செல்ல அனுமதிக்கும் பொருள்களில் அது காஸ் (அல்லது சைன்) ஆக ஏறி இறங்கும். இதற்கு காரணமாக, ஒளி விலகல் எண்ணில், உறிஞ்சும் பகுதி கற்பனை எண்ணாகவும், விலகும் பகுதி (ஊடுருவும் பகுதி) real எண்ணாகவும் எழுதப்படும்.

சில சமயங்களில், கணிதத்தை எளிதாக்க, கற்பனை எண்களைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால், மின்காந்த அலைகளிலும், குவாண்டம் இயற்பியலிலும் இது உண்மையாகவே வருகிறது. இது இல்லாமல் சரியான விடை கிடைக்காது. இது இயற்கையிலேயே இருக்கிறது. அதனால்தான், பேச்சில் “கற்பனை எண்கள்” என்று சொன்ன போதிலும், இவை முழுக்க் முழுக்க உண்மையானவை.

**************கணிதம் முடிந்தது**************

உலோகங்களின் பண்புகளை கணக்கிட்டால், அவை ஒளியை மிக மிக அதிக அளவில் உறிஞ்சுபவை என்பதைக் காணலாம். ஆனால், ஒளியானது உலோகங்களில் ஊடுருவி செல்லாது என்பதை அறிவோம். பெரும்பாலும் உலோகங்கள் ஒளியை பிரதிபலிக்கும்.

எந்த ஒரு பொருளும், மிக மிக அதிக அளவில் ஒரு மின்காந்த அலையை உறிஞ்சும் தன்மை பெற்று இருந்தால், அது பெரும்பாலும் அந்த அலையை எதிரொளித்துவிடும். அதாவது, அந்த அலை அந்த பொருளில் ஊடுருவி செல்ல முடியவே முடியாது. அந்த அலை, அப்பொருளின் 'தோலில்' மட்டுமே உள்ளே செல்லும், நல்ல அளவு உறிஞ்சப்படும். மிச்சம் எல்லாம், திரும்பி செல்லும் திசையில் கட்டங்கள் சரியாகச் சேர்ந்து எதிரொளிப்பாக சென்று விடும்.

அதனால், ஒளியை நன்கு உறிஞ்சவேண்டும் என்றால், ஓரளவு ஊடுருவி செல்லும்படியும், ஓரளவு உறிஞ்சும்படியுமான பொருள்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும். இதற்கு சம்பந்தம் இல்லாது ஒரு எடுத்துக்காட்டு. கம்ப்யூட்டரில் வைரஸ் எழுதுபவர்கள், 'மோசமான வைரஸ்' எப்படி இருக்க வேண்டும் என்று நினைப்பார்கள்? வைரஸ் வந்த உடன், உங்கள் கம்ப்யூட்டரை ‘format' செய்யும் வைரஸ் மோசமான வைரஸா?

இல்லை. வைரஸ் வந்த உடன் ஃபார்மாட் செய்தால் அது அவ்வளவு மோசம் இல்லை. ஏனென்றால அது பரவ வாய்ப்பு குறைவு. வந்தவுடன், வசதியான இடத்தில் உட்கார்ந்து கொண்டு, பல நாட்கள் இருந்து, பல கம்ப்யூட்டர்களுக்கு பரவி, கொஞ்சம் கொஞ்சமாக ஃபைலை கெடுக்கும் வைரஸ்தான் மோசமான வைரஸ். அது போல, ஒளியை ‘அழிக்க வேண்டும்' (உறிஞ்ச வேண்டும்) என்றால், முதலிலேயே மொத்தமாக உறிஞ்சப் பார்த்தால், கொஞ்சம்தான் உறிஞ்ச முடியும், மற்ற எல்லாம் திரும்பிப் போய்விடும். ஓரளவு உறிஞ்சி, ஓரளவு ஊடுருவ விட்டால்தான் எல்லா ஒளியையும் உறிஞ்ச முடியும்.

தங்கம், வெள்ளி போன்ற உலோகங்கள் ஒளியை பிரதிபலிக்கும். ஆனால், இவற்றை மிகக் குறைந்த தடிமனில் கண்ணாடி மேல் படிய வைத்தால், அவை ஓரளவு ஒளியை உள்ளே அனுமதிப்பதை பார்க்கலாம். இந்த வகை படலங்கள், ஆங்கிலத்தில் 'semi transparent' என்று வழங்கப் படும். இவற்றை மிகச் சூடான உலைகள் இருக்கும் இடங்களில் பயன்படுத்தலாம். இப்படி செய்வதில், சூடு கொடுக்கும் அலைகள் கண்களை வந்தடையாமல் உலோகப் படலம் காப்பாற்றும், ஆனால், ஒளி ஓரளவு வருவதால் உள்ளே என்ன நடக்கிறது என்பதை சுமாராக கவனிக்க முடியும்.

Wednesday, July 2, 2008

ஒளி விலகல், எதிரொளிப்பு - குவாண்டம் இயற்பியல் பார்வையில். பகுதி -1

குறிப்பு: இப்பதிவு Feynman Lectures in Physics புத்தகத்தில் இருக்கும் கருத்துக்களைத் ‘தழுவி' எழுதியது.

ஒளியானது ஒரு திடப்பொருளில் விழும்பொழுது,
  1. அதனுள் ஊடுருவி செல்லலாம். அப்பொழுது அதன் பாதை சற்று மாறும். இது ஒளி விலகல் (Refraction)எனப்படும்.

  2. பிரதிபலிக்கப் படலாம். இதை எதிரொளித்தல் (Reflection)என்றும் சொல்லலாம்

  3. உறிஞ்சப்படலாம் (Absorption). உதாரணமாக, ஒரு பச்சை நிறக் கண்ணாடியை எடுத்துக்கொண்டால், பச்சை நிறம் தவிர மற்ற நிறங்களில் உள்ள ஒளி, ‘உறிஞ்சப்படுகிறது'


பொதுவாக திடப்பொருளில் ஒளி படும்பொழுது இவை மூன்றுமே நடக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கண்ணாடியில் ஒளி படும்பொழுது, பெரும்பாலும் ஒளி ஊடுருவி செல்லும். ஆனாலும் சிறிதளவு ஒளி பிரதிபலிக்கப்படும், சிறிதளவு கண்ணாடியால் உறிஞ்சப்படும். நூற்றுக்கு நூறு சதவிகிதம் ஊடுருவி செல்லாது.

கேள்வி: ஒரு பொருளில் ஒளி எவ்வளவு பிரதிபலிக்கப்படும், எவ்வளவு ஊடுருவி செல்லும், எவ்வளவு உறிஞ்சப்படும் என்பதை எது தீர்மானிக்கிறது?

இதை புரிந்து கொள்ள மின்காந்தவியல் (Electro magnetism) மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியல் (Quantum Physics) தேவைப்படுகின்றன. இந்த பெயர்களைக் கேட்டதும், “இது சரிப்படாது” என நினைக்க வேண்டாம்.

முதலில் சில ‘உண்மைகளை' (Facts) விளக்கங்கள் கூறாமல் ஏற்றுக்கொள்வோம். இவைகளை பெரும்பாலும் +2வில் படித்து, பின்னர் மறந்து இருப்போம்.

சுருக்கமாக,
  1. ஒளியானது மின்காந்த அலையாகும். மின்காந்த அலைகள் அனைத்தும் குறுக்கு அலைகள் (Transverse Waves)

  2. அணுக்களில் எலக்ட்ரான்கள் ‘ஆற்றல் மட்டங்களில்' சுற்றிக்கொண்டு இருக்கும்.

  3. எலக்ட்ரான்கள் மின்காந்த அலையை ‘உள்வாங்கி' அதிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்ல முடியும்

  4. இந்த ஆற்றல் மட்டங்களில் இல்லாத எலக்ட்ரான்கள், முடுக்கப்பட்டால், அவை மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும். அதிக ஆற்றல் மட்டத்திலிருந்து குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்கு வந்தாலும், மின்காந்த அலைகளை வெளியிரும்.

  5. திடப்பொருளில், அணுக்கள் அருகருகே இருக்கும்.


சற்று விரிவாகப் பார்க்க இங்கு சொடுக்கவும்.

இப்பொழுது, ஒளியானது திடப்பொருளில் விழும்பொழுது என்ன நடக்கும் என்பதை பார்க்கலாம். ஒவ்வொரு அணுவிலும், வெளியே இருக்கும் ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் இந்த மின்காந்த அலையை (அதாவது ஒளியை) எடுத்துக்கொண்டு, சற்று அதிக ஆற்றல் இருக்கும் மட்டத்திற்கு செல்லும். ஆனால் அங்கே மிகக் குறைந்த அளவு நேரமே இருக்கும். திரும்ப பழைய நிலைக்கே சென்று, இந்த ஆற்றலை மின்காந்த அலையாக வெளியிடும். இப்பொழுது, எல்லா திசைகளிலும் இந்த அலைகளை வெளியிடும். இந்த திடப்பொருள் இல்லாவிட்டால், ஒளியானது ‘தன் பாட்டுக்கு' சென்று கொண்டிருந்து இருக்கும்.

பல அணுக்கள் இவ்வாறு மின்காந்த அலைகளை வெளியிடுவதால், அவை எல்லாவற்றையும் சேர்த்து எந்த திசையில் எவ்வளவு ஒளி செல்லும் என்று கணக்கிட வேண்டும். இங்கு மின்காந்த அலைகளின் கட்டங்கள் ஒன்றாக இருக்கும் திசையில் (In phase) அதிக அளவிலும், அவை வேறுபட்டு இருக்கும் திசையில் (Out of phase) குறைந்த அளவிலும் செல்லும்.

இங்கு ஒளி இந்த திடப் பொருளில் செல்லும் வேகம், வெற்றிடத்தில் செல்லும் வேகத்தை விட குறைவாக இருக்கும் என்பதை கவனிக்கவும். உண்மையில் ஒளியின் வேகம் குறைவதில்லை. இந்தப் பொருளில் அது ‘விழுங்கப்பட்டு' விடுகிறது. பின் ‘சிறிது நேரம் கழித்து' வெளியே உமிழப்படுகிறது. இப்படி எல்லா அணுக்களும் அந்த அந்த இடத்திலிருந்து மின்காந்த அலையை(அதாவது ஒளியை) வெளியிடுவதால் அந்த அலைகள் எல்லாம், ஒன்று சேர்ந்து வெளிவரும் பொழுது ஒளி மெதுவாக செல்வது போல தோற்றம் அளிக்கிறது. இப்படி ஒளி மெதுவாக செல்வது போல தோற்றமளிப்பதை ‘ஒளி விலகல் எண்' (Refractive index) என்ற எண்ணால் குறிக்கலாம்.

பொதுவாக நாம் பள்ளிகளில் படிக்கும்பொழுது, இந்த ஒளி விலகல் எண் கண்ணாடியில் இவ்வளவு என்று படிப்போம். இந்த ஒளி விலகல் எண், மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது. அதனால் தான் முக்கோண பட்டகத்தில் (prism) வெள்ளை ஒளியை செலுத்தினால், ஒளியானது வானவில் போல தெரிகிறது. எல்லா நிறங்களும் ஒரே அளவு விலகினால், வெளி வரும் ஒளியும் வெள்ளையாகத்தானே இருக்கும்?

தவிர மின்காந்த அலைகள் எல்லாமே எல்லாப் பொருள்களையுமே ஊடுருவி செல்வதில்லை. X-Ray பெரும்பாலான் திடப்பொருள்களை ஊடுருவி செல்கிறது. ஆனால், கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளி சில பொருள்களில் மட்டும் ஊடுருவி செல்கிறது. இதை வைத்தே, நாம் ஒளி விலகல் எண், மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது என்று சொல்ல முடியும்.

அடுத்து பிரதிபலிப்பது / எதிரொளிப்பது எப்படி?

மின்காந்த அலைகள் பட்டதும் அணுக்கள் / எலக்ட்ரான்கள் மேல் ஆற்றலுக்கு சென்று மீண்டும் திரும்ப கீழ்மட்டத்திற்கு வரும் பொழுது மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும் என்று பார்த்தோம். இப்படி வரும் அலைகள் எல்லாத் திசைகளிலும் வரும். முதலில் ஒளி செல்லும் திசைக்கு மாறான திசையிலும் அவை வரும். இப்படி வரும் அலைகளின் கட்டங்கள் (phase) சரியாக அமைந்தால், எதிரொளித்தல் வரும்.

எதிரொளித்தல் என்பது மேல்பரப்பின் தன்மையையும் பொறுத்தது. இது தவிர ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவதற்கும் எதிரொளிப்பதற்கும் தொடர்பு உண்டு. ஒளியை ஒரு பொருள் உறிஞ்சுவது எப்படி? இது அடுத்த பதிவில்.

குவாண்டம் இயற்பியல் -2. Quantum Physics-2

இப்பதிவில் குவாண்டம் இயற்பியல் தொடர்பான சில கருத்துக்கள் அல்லது ‘உண்மைகள்' (facts) கொஞ்சம் விளக்கமாக உள்ளன. இதை தனியாக ஒரு பதிவாகப் படிக்காமல், மற்ற ப்திவில் இருக்கும் சுருக்கமான கருத்துக்களுக்கான விளக்கமாக எடுத்துக்கொள்ளலாம்.
  1. கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியானது Visible Light எனப்படும்.இது மின்காந்த அலைகளில் (Electromagnetic waves) ஒரு பகுதியை சார்ந்தது. இதன் அலை நீளம் (Wavelength) 400 நேனோ மீட்டர் முதல் 700 நேனோ மீட்டர் வரை இருக்கும்.
    • இதைப் போலவே, புற ஊதாக் கதிர்கள் (Ultra violet ), அகச்சிவப்பு கதிர்கள்(Infra Red), X Ray , மைக்ரோவேவ் (Microwave), ரேடியோ அலைகள்( Radio wave) ஆகிய அனைத்தும் மின்காந்த அலைகள் தான். இப்போது கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியை மட்டும் கவனிப்போம். ஆனால் நாம் இங்கு சொல்லும் விவரங்கள் எல்லா மின்காந்த அலைகளுக்கும் பொருந்தும்.

  2. மின்காந்த அலைகள் குறுக்கு அலைகள் எனப்படும். இவற்றிற்கு, அதிர்வெண் (Frequency), அலை நீளம் (wave length), கட்டம் (Phase), வளம்? (amplitude) ஆகிய பண்புகள் உண்டு. அலை நீளத்தையும், அதிர்வெண்ணையும் பெருக்கினால், ஒளியின் வேகம் கிடைக்கும்.

  3. கட்டம் என்பது இரு வெவ்வேறு அலைகள் சேரும்பொழுது முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. இதை, கடல் அலைகளைக் கொண்டு ஒரு எடுத்துக்காட்டில் பார்க்கலாம். கடல் அலையில் கால் நனைப்பது பலருக்கும் பிடிக்கும். முழங்கால் அளவு ஆழத்தில் நின்று கொண்டிருந்தால், ஒரு அலை வரும்பொழுது அது எவ்வளவு உயரத்திற்கு நம்மை நனைக்கும் என்பதை ஓரளவு கணிக்கலாம். ஆனால், ஒவ்வொரு அலையும் கரை சேர்ந்த பின், பின்னால் கடலுக்கு திரும்பும். இப்படி திரும்பும் அலையானது, கடலில் இருந்து கரைக்கு வரும் அலை மேல் மோதினால், கடலில் இருந்து வரும் அலையின் ‘வேகம்' அல்லது ‘உயரமாக நனைக்கும் திறன்' குறைந்து விடும்.

    அதற்கு பதிலாக, ஒரு அலை அடித்து, அது இன்னமும் கரை சேர்வதற்கு முன் இன்னொரு அலை வந்தால், அது இன்னமும் உயரமாக நனைப்பதையும் நாம் பார்க்கலாம்.

    முதல் எடுத்துக்காட்டில், ஒரு (கடல்) அலை, இன்னொரு எதிர்திசை அலையுடன் சேரும்பொழுது, அதன் திறன் குறைகிறது. அதே அலை, அதே திசையில் செல்லும் அலையுடன் சேர்வதால், அதன் திறன் அதிகரிக்கிறது. எதிர் திசை அலைகள் சேர்வது ஆங்கிலத்தில் 'Out of phase' என்றும், ஒரே மாதிரி அலைகள் சேர்வது 'in phase' என்றும் சொல்லப்படும். இது ஒரு உதாரணம்தான்.

  4. ஒவ்வொரு அணுவிலும் நடுவில் அணுக்கரு இருக்கும். அதில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் இருக்கும். அணுக்கருவை சுற்றி எலக்ட்ரான்கள் ஓடிக்கொண்டு இருக்கும்.

  5. எல்லா எலக்ட்ரான்களும் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரே தூரத்தில் இருக்காது. அவை பல்வேறு தூரங்களில் இருக்கும். இவை ஆற்றல் மட்டங்கள் (Energy Levels) என்றும் சொல்லப்படும். விரிவாக ‘அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்கள்' (ஆங்கிலத்தில் Allowed Energy Levels) என்று சொல்லப்படும்.

    • கொசுறு: இவை வட்டப்பாதையில் இருக்காது. நீள்வட்டப்பாதை என்ற எல்லிப்ஸ் (Ellipse) பாதையில் செல்லும்.

    • அது கூட முழு உண்மை இல்லை. நீள்வட்டப்பாதையிலும் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக விலகி செல்லும். ஒரு எலக்ட்ரான் வண்ணம் கொண்டதாக நாம் கற்பனை செய்து கொண்டால், அதி வேகமாக சுற்றும்பொழுது, அதன் பாதை, கோழி முட்டை போல 3Dஇல் தோற்றமளிக்கும். அதாவது எலக்ட்ரானின் பாதை 2Dஇல் இருக்காது, அதை ஒரு காகிதத்தில் வரைய முடியாது. 3Dஇல் தான் காட்ட முடியும்.

    • அனுமதிக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்களில் ஓடும் பொழுது, எலக்ட்ரான்கள் அதே ஆற்றலுடன் இருக்கும். அவற்றில் ஆற்றலை சேர்த்தால், வேறு ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும். அல்லது, குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால், ஆற்றலை வெளியே கொடுத்து விட்டு, குறைவான ஆற்றல் மட்டத்திற்கு செல்லும்

    • ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திலும், “இந்த அளவுதான் எலக்ட்ரான்கள் இருக்க முடியும்” என்று வரையறை உண்டு. உதாரணமாக, முதல் ஆற்றல் மட்டம் 1S எனப்படும். இதில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் தான் இருக்கலாம். 2S என்ற இரண்டாம் ஆற்றல் மட்டத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். 2P என்ற ஆற்றல் மட்டத்தில் 6 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். இப்படி ஒவ்வொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் வரையறை உண்டு

  6. இப்படி ஆற்றல் மட்டத்தில் இல்லாத எலக்ட்ரான்கள் முடுக்கப்பட்டால் (accelerated) அது ஆற்றலை மின்காந்த அலைகளாக வெளியிடும். ஆங்கிலத்தில், An electron not in one of the allowed energy levels, if accelerated, will radiate energy as electromagnetic wave
    • இங்கு திசை அல்லது வேகம் அல்லது இரண்டும் மாறினால் முடுக்கம் என்று சொல்லப்படும்

  7. திடப்பொருளில் அணுக்கள் அருகருகே இருக்கும்.
    • படிக வகை (Crystalline) பொருளில், அணுக்கள் சீராக இருக்கும். Amorphous என்ற வகை பொருளில் ஒழுங்கு குலைந்து இருக்கும். எப்படியும் திடப்பொருளில் ஓரளவு அருகருகேதான் அணுக்கள் இருக்கும். திடப்பொருளில், ஏதாவது இரு பக்கத்தில் இருக்கும் அணுக்களை எடுத்துக் கொண்டால், அவற்றிற்கு இடையே உள்ள தொலைவு அவ்வளவு சீக்கிரம் மாறாது. திரவங்களில் கூட அணுக்கள் அருகருகே தான் இருக்கும். ஆனால் அவற்றில் அணுக்கள் (அல்லது மூலக்கூறுகள்) நகரக் கூடியவை.

Tuesday, July 1, 2008

டிஜிட்டல் கேமரா அடிப்படை தத்துவம். (Basic of digital camera)

டிஜிட்டல் காமரா என்பது இப்போது சர்வ சாதாரணமாக இருக்கிறது. முன் போல நிறைய செலவழித்து பிலிம் வாங்கி, அதில் போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ”இது சரியா வரவேண்டுமே” என்று கவலைப்பட்டுக்கொண்டு இருப்பது போல இல்லை. போட்டோ எடுத்ததும் உடனடியாக LCD Screenஇல் சரிபார்த்து,தேவைப்பட்டால் மறுபடி போட்டோ எடுக்கிறோம். பெரும்பாலான செல்போன்களில் கூட இந்த கேமரா வந்துவிட்டது.

இந்த டிஜிட்டல் கேமரா எந்த அடிப்படையில் இயங்குகிறது? இங்கு பொதுவாக ஒரு கேமராவில் இருக்கும் லென்ஸ், அந்த லென்ஸை எப்படி பயன்படுத்துவது, Zoom செய்வது போன்ற விவரங்களை விட்டு விடுவோம். ஒளியானது, லென்ஸ் மூலம் காமிராவிற்கு உள்ளெ சென்ற பிறகு என்ன நடக்கிறது என்பதை கவனிப்போம்.

பழைய பிலிம் போடும் கேமரா இருந்தால், அங்கு ‘ஒளி பிலிமில் பட்டதும் ரசாயன வினை நடக்கும். அதில் நாம் போட்டோ எடுக்கும் உருவம் பதிவாகும்” என்று சொல்வோம். டிஜிட்டல் காமிராவில் நடப்பது என்ன?

டிஜிட்டல் கேமராவில் பிலிம் இருக்கும் இடத்தில் ஒரு செவ்வக வடிவில் சில்லு (chip) ஒன்று இருக்கும். அதில் நெருக்கமாக பல ஒளியை உணரும் (Light Sensitive) புள்ளிகள் இருக்கும். இவற்றை ஆங்கிலத்தில் பிக்சல் (pixel)என்று சொல்லுவார்கள். இவற்றில் ஒளி பட்டால், அதை மின்னூட்டமாக (charge) மாற்றும். இந்த புள்ளிகள், சி.சி.டி. (CCD or charge coupled device) என்ற மின்னூட்டமாக்கும் சாதனங்கள் ஆகும்.

  • இவையும் போட்டோ வோல்டாயிக் செல் (photo voltaic cell) என்ற சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும் சாதனங்களும் வேறு வேறானவை. சூரிய ஒளியில் மின்சாரமாக்கும் சாதனத்தில், சூரிய ஒளி பட்டால், அதை ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தத்திற்கு மாற்றும். ஒவ்வொரு சாதனமும் ஒளியின் அளவை பொறுத்து குறைந்த அளவோ அல்லது அதிக அளவோ மின்சாரம் (current)கொடுக்கும். ஆனால், சூரிய ஒளி விழும்பொழுதே அந்த மின்சாரத்தை பயன்படுத்தாவிட்டால், அந்த ஆற்றல் வீணாகிவிடும். ஒளி போன பின்னர் பயனில்லை.

  • சி.சி.டி.இல், ஒளி பட்டால், மின்னூட்டம் (charge) அதிகரிக்கும். அதிகம் ஒளி பட்டால், அதிக மின்னூட்டம் சேமிக்கப்படும். எல்லை மீறி போனால்தான் (இந்த சாதனத்தில் சேமிக்கும் அளவை மீறி போனால்தான்) அதற்கு மேல் மின்னூட்டத்தை சேமிக்க முடியாது. இது தெவிட்டும் நிலை (saturation) எனப்படும்.


லென்ஸ் வழியே விழும் பிம்பம், பிலிமில் விழுவது போலவே இதிலும் விழும்.இந்த புள்ளிகள் அருகருகே இருப்பதால், பிம்பம் ஏறக்குறைய பிலிமில் இருப்பது போலவே இருக்கும். 5 மெகா பிக்சல் என்றால் சுமார் 50 லட்சம் புள்ளிகள் என்று பொருள். இதை மிகச் சிறிய அளவில் வைத்திருப்பதால், படம் நன்றாகவே வரும். 1 மெகா பிக்சல் அல்லது 2 மெகா பிக்சலில் 10 லட்சம் அல்லது 20 லட்சம் புள்ளிகள் இருப்பதால், கொஞ்சம் தெளிவில்லாமல் hazy ஆக வரும். கை நடுங்கிக்கொண்டே படம் எடுத்தாலும் அப்படித்தான் வரும் என்பது வேறு விஷயம் :-)

இங்கு ஒரு குறிப்பு: நமது கண், மிக மிக நுணுக்கமானது. 80 லட்சம் புள்ளிகள் இருக்கும் சில்லை விட சிறிய கண் திரையில் ஆட்டோமேடிக் லென்ஸ், ஒளி அதிகமானால் அல்லது குறைந்தால் சமாளிக்கும் திறமை, நிறம் அறிதல் என பல வகை விஷயங்களை செய்கிறது. நம் உடலில் இருக்கும் அனைத்து உறுப்புகளுமே சிறப்பானவை என்றாலும் மூளையும் கண்ணும் மிகவும் சிக்கலானவை. அதன் அருமை இம்மாதிரி நாம் செயற்கையாக செய்யும் பொருள்களின் விவரங்களைப் பற்றி யோசிக்கும் பொழுது புரியும். கால்களின் முக்கிய பயனான ‘பயணம்' இப்போது பெரும்பாலும் வேறு வழிகளில் விரைவாக செய்ய முடியும். கண்ணின் வேலையை, கண்ணை விட துல்லியமாக சுலபமாக செய்யும் சாதனம் ( at least இப்போதைக்கு) இல்லை.


ஒரு முறை போட்டோ எடுத்ததும், இந்த சில்லில் இருக்கும் மென்பொருள், அதில் இருக்கும் ஒவ்வொரு பிக்சலிலும் இருக்கும் மின்னூட்டத்தை குறித்துக் கொள்ளும் (record). இதுதான் நமக்கு கிடைக்கும் படம். இதை மெமரி ஸ்டிக் என்ற பகுதியில் சேமித்துக் கொள்ளும். அடுத்து, எல்லா பிக்சலிலும் மின்னூட்டத்தை பூஜ்யமாக்கி விடும். இது ஒரு போட்டோ எடுத்ததும், அடுத்த பிலிம் வருவது போல , ‘காலி சிலேட்' என்ற நிலைக்கு வரும்.

வீடியோ modeல், ஒரு விநாடிக்குள், 25 அல்லது 30 போட்டோக்கள் எடுக்கப்பட்டு அவை அனைத்தும் சேமிக்கப்படும். (ஒரு போட்டொ எடுத்து, உடனே சேமித்து, எல்லா மின்னூட்டத்தையும் பூஜ்யம் ஆக்கும். உடனே அடுத்த போட்டோ, சேமிப்பு, காலி சிலேட், இப்படி ஒரு நொடிக்கு 25 முறை).

சரி இது வரை பார்த்ததில் கருப்பு-வெள்ளை படம்தான் வரும். கலர் படம் வருவது எப்படி?

நமது கண்ணுக்கு தெரியும் நிறங்கள் அனைத்தையும், சிவப்பு, பச்சை, நீலம் என்ற மூன்று வகை நிறங்களை வெவ்வேறு அளவில் கலந்து 'உருவாக்க' முடியும். இதை ஆங்கிலத்தில், RGB (Red, Green, Blue என்பதன் சுருக்கம்)என்று சொல்வார்கள். காமிராவில் ஒரு பொருளை போட்டோ எடுக்கும் பொழுது, ஒவ்வொரு பிக்சலிலும், “இவ்வளவு சிவப்பு, இவ்வளவு பச்சை, இவ்வளவு நீலம்' என்ற விவரம் முழுதும் பதிவாக வேண்டும். அதை எப்படி செய்வது?

இந்த புள்ளிகள் இருக்கும் சில்லில், ஒவ்வொரு புள்ளிக்கும் மேல் சிவப்பு அல்லது பச்சை அல்லது நீல நிறக் கண்ணாடி (புள்ளியின் அளவே) இருக்கும். ஒரு சிவப்பு கண்ணாடிக்கு, ஒரு நீலக் கண்ணாடியும், இரண்டு பச்சை நிறக் கண்ணாடிகளும் இருக்கும். இதற்கான படத்தை விக்கியில் (www.wikipedia.com) இருந்து இங்கு கொடுத்திருக்கிறேன்.


இதனால் நாம் ஒரு புள்ளி என்பது, உண்மையில் நான்கு புள்ளிகளால் ‘உணரப்' படுகிறது.
இவை அனைத்தையும் சேர்த்தால்தான் அந்த புள்ளியில் இருக்கும் உண்மையான நிறம் வரும்.


Hubble Telescope போன்று விண்வெளியில் இயங்கும் சாதனங்கள் கூட டிஜிட்டல் காமிராக்கள் தான். (இல்லாவிட்டால், எப்படி பூமிக்கு படங்கள் வரும்? தினம் தினம் விண்வெளியிலிருந்து பிலிமை எடுத்துக்கொண்டா வரமுடியும்?) முன்பு அவை மிக அதிக விலை ஆனதால் சாதாரண மக்கள் வாங்க முடியவில்லை. இப்போது சிலிக்கன் சில்லு தயாரிப்பில் ஏற்பட்ட முன்னேற்றத்தால், சிசிடி கூட குறைந்த விலையில் தயாரிக்க முடிகிறது. அதனால் எல்லோரும் வாங்கும் விலையில் கிடைக்கிறது.