ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం - 1

మానవాళికి మేలు చేసే కిరణాలు!

కారు కదిలే విధానాన్ని సంప్రదాయ భౌతికశాస్త్రం వివరిస్తే, ఆ కదలికకు కారణమయ్యే శక్తి ఉత్పత్తి, వినియోగాలను ఆధునిక భౌతికశాస్త్రం తెలియజేస్తుంది. పదార్థాల సూక్ష్మస్థాయి అంతర్గత నిర్మాణాలను, ధర్మాలను, ప్రవర్తనలను అణువుల నుంచి అంతరిక్షం వరకు విశదీకరించే ఆధునిక భౌతికశాస్త్ర సిద్ధాంతాలు మానవాళి విస్తృత ప్రయోజనాలకు సాయపడుతున్నాయి. వాటిలో భాగమైన కొన్ని కిరణాలు పదార్థం, శక్తికి సంబంధించి ప్రత్యేక భావనలను అందిస్తున్నాయి. అవి సరికొత్త సాంకేతిక ఆవిష్కరణలకు, విశ్వంపై అవగాహనకు దోహదపడుతున్నాయి. నిత్యజీవితంలో కంప్యూటర్స్, వైద్య, శక్తి, కమ్యూనికేషన్‌ సహా అనేక రంగాల్లో వీటిని వినియోగిస్తున్నారు. శరీరంలో ప్రమాదకర కణతులను కనుక్కోవడానికి, ఎముకల్లో లోపాలను గుర్తించడానికి, క్యాన్సర్‌ చికిత్సకు, ప్రాచీన కట్టడాల కాలాలను లెక్కగట్టడం సహా ఇంకా పలు రకాలుగా ఉపయోగపడే ఆ కిరణాల ఉత్పత్తి, వినియోగాల గురించి పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. దాంతోపాటు కాంతి విద్యుత్తు ఫలితం, కాంతి విద్యుత్తు ఘటం, అణుశక్తి గురించీ అర్థం చేసుకోవాలి. 

సంప్రదాయ భౌతిక శాస్త్రం పదార్థాల స్థూల ధర్మాలైన ఉష్ణ, విద్యుత్తు, అయస్కాంత, యాంత్రిక ధర్మాలను మాత్రమే పరిశీలిస్తుంది. 1900 సంవత్సరం తర్వాత వచ్చిన ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం సూక్ష్మస్థాయి (పరమాణువులు, అణువులు)లో పదార్థ ధర్మాలను వివరిస్తుంది. మాక్స్‌ప్లాంక్‌ ప్రతిపాదించిన క్వాంటం సిద్ధాంతం సంప్రదాయ పరిధులు దాటి కొత్త లోకంలోకి భౌతిక శాస్త్రాన్ని తీసుకువెళ్లింది.

క్యాథోడ్‌ కిరణాలు: ఉత్సర్గ నాళంలో పీడనం 0.01mm of Hg ఉన్నప్పుడు క్యాథోడ్‌ కిరణాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహాన్నే క్యాథోడ్‌ కిరణాలుగా వ్యవహరిస్తారు. ఇవి రుజుమార్గంలో ప్రయాణిస్తాయి. ఫొటోగ్రాఫిక్‌ ప్లేట్లను ప్రభావితం చేస్తాయి.విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రంలో అపవర్తనం చెందుతాయి. వీటికి చొచ్చుకుని పోయే సామర్థ్యం తక్కువ. క్యాథోడ్‌ కిరణాలు దృఢమైన లోహపు పలకలపై పతనం చెందితే x - కిరణాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. వాయువులను అయనీకరణం చెందిస్తాయి.

* వీటి భారం హైడ్రోజన్‌ భారంలో 1/1837 వ వంతు ఉంటుంది. 

* క్యాథోడ్‌ కిరణాలను టీవీ పిక్చర్‌ ట్యూబ్స్, కంప్యూటర్‌ డిస్‌ప్లే ట్యూబ్స్, ప్రకటనలకు ఉపయోగించే సిగ్నల్స్, కొన్ని రకాల ట్యూబ్‌లైట్స్‌లోనూ ఉపయోగిస్తారు.

ఆనోడ్‌ కిరణాలు:  * 1886లో గోల్డ్ స్టెయిన్‌ కనుక్కున్నారు. * వీటినే ధనకిరణాలు అని కూడా అంటారు. * ఇవి విద్యుత్తు అయస్కాంత క్షేత్రంలో రుణధ్రువం వైపు అపవర్తనం చెందుతాయి. కానీ, వీటి అపవర్తన సామర్థ్యం క్యాథోడ్‌ కిరణాల కంటే తక్కువ. నీ వేగం తరచూ మారుతూ ఉంటుంది. * ఇవి జింక్‌ సల్ఫైడ్, ఫొటోగ్రఫీ ప్లేట్లపై ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.

X - కిరణాలు:  X - కిరణాలను రాంట్‌జన్‌ అనే శాస్త్రవేత్త 1895లో కనుక్కున్నారు. * వీటిని కూలెడ్జ్‌ నాళంలో ఉత్పత్తి చేస్తారు. ఇవి విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు. * కాంతి తరంగ దైర్ఘ్యం కంటే తక్కువ తరంగ దైర్ఘాన్ని కలిగి ఉంటాయి.* కాంతికి సమాన వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి. * ఇవి అత్యంత శక్తిమంతమైన పోటాన్లు. నీ ఫొటోగ్రాఫిక్‌ ప్లేట్స్‌ను ప్రభావితం చేస్తాయి.* వీటికి ఎలాంటి ఆవేశం ఉండదు. కాబటి విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రంలో వంగి ప్రయాణించవు. సరళ రేఖామార్గంలో ప్రయాణిస్తాయి. పారదర్శక వస్తువులు, కాంతి నిరోధక వస్తువుల ద్వారా కూడా ప్రయాణిస్తాయి. కానీ రాగి, సీసం, ఇనుము, క్యాల్షియం లాంటి పదార్థాల ద్వారా ప్రసరించవు. * అతినీలలోహిత   కిరణాల మాదిరిగానే కంటికి కనిపించవు.* వాయువులను అయనీకరణం చెందిస్తాయి.*ఇవి నిరంతరంగా జీవకణాలపై పడితే వాటికి హాని కలుగుతుంది. 

* వీటిని CT స్కానింగ్‌లో ఉపయోగిస్తారు. * వీటి ద్వారా ఎముకల్లో బీటలు, శరీరంలో ప్రమాదకరమైన కణతులను గుర్తించవచ్చు. * కఠిన X-కిరణాలను ఉపయోగించి లోహపు అచ్చుల్లో ఉండే నిర్మాణపు లోపాలు గుర్తిస్తారు. *  వీటి ద్వారా స్ఫటికాల నిర్మాణం, పెయింటింగ్‌ నాణ్యతను తెలుసుకోవచ్చు.  * వస్తువుల రవాణాలో విస్ఫోటక పదార్థాలను కనుక్కోవడానికి నేర పరిశోధకులు ఈ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు.

ఐసోటోప్స్‌: ఒకే పరమాణు సంఖ్య, వేర్వేరు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలున్న ఒకే మూలక పరమాణువులను ఐసోటోప్‌లు అంటారు. ఉదా: ₁H¹ ₁H²₁H³ (హైడ్రోజన్‌ ఐసోటోప్స్‌) ఉపయోగాలు:  నీ అయోడిన్‌ ఐసోటోప్‌ను గాయిటర్‌ వ్యాధి నివారణకు, ఫాస్ఫరస్‌ ఐసోటోప్‌ను భూమిలోని పోషకాలను గుర్తించడానికి వాడతారు. కోబాల్ట్‌ ఐసోటోపును క్యాన్సర్‌ చికిత్సలో, కార్బన్‌ ఐసోటోప్‌ను శిలాజాల వయస్సును కనుక్కోవడానికి వినియోగిస్తారు. కిరణజన్యయ సంయోగక్రియలో O₂ విడుదలవుతుందని తెలియజేయడానికి ఉపయోగపడేది ఆక్సిజన్‌ ఐసోటోపే. యురేనియం ఐసోటోపును న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌లో ఇంధనంగా, సల్ఫర్‌ ఐసోటోపును మొక్కకు అందే లవణాలను పరీక్షించడానికి, ఆర్సినిక్‌ ఐసోటోప్‌ను ట్యూమర్లను గుర్తించడానికి ఉపయోగిస్తారు.

కాంతి విద్యుత్తు ఫలితం:  నీ సోడియం, పొటాషియం లాంటి క్షార లోహాల తలాలపై తగినంత శక్తి ఉన్న కాంతి పతనమైనప్పుడు ఆ తలాల నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లు వెలువడతాయి. దీన్నే ‘కాంతి విద్యుత్తు ఫలితం’ అంటారు. ఈ ఎలక్ట్రాన్‌లను ‘కాంతి ఎలక్ట్రాన్‌లు’ అని అంటారు.ప్లాంక్‌ క్వాంటం సిద్ధాంతాన్ని కాంతి విద్యుత్తు ఫలితానికి వర్తింపజేసి, ఆ ప్రభావ ప్రాథమిక లక్షణాలను వివరించినందుకు 1921లో ఐన్‌స్టీన్‌ నోబెల్‌ పురస్కారం అందుకున్నారు.

నియమాలు: * ఆరంభ పౌనంపున్యం కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యం ఉన్న కాంతి పతనమైతేనే ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉద్గారమవుతాయి. * పతనకాంతి పౌనఃపున్యం పెరిగితే ఫొటో ఎలక్ట్రాన్‌ల గతిశక్తి పెరుగుతుంది. * పతన కాంతి తీవ్రత పెరిగితే కాంతి విద్యుత్తు పెరుగుతుంది. అంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉద్గారమవుతాయి.

కాంతి విద్యుత్తు ఘటం: ఇది కాంతి శక్తిని విద్యుత్తు శక్తిగా మారుస్తుంది. కాంతి విద్యుత్తు ఘటాలు 3 రకాలు. అవి- 1) కాంతి విద్యుత్తు ఘటం 2) ఫొటోవోల్టాయిక్‌ ఘటం 3) ఫొటో - కండెక్టివ్‌ ఘటం

ఉపయోగాలు: * దృశ్య ప్రతిబింబాన్ని ఎలక్ట్రానిక్‌ ప్రతిబింబంగా మార్చడానికి టెలివిజన్‌ కెమెరాలో ఉపయోగిస్తారు. * ట్రాఫిక్‌ నియమాలను ఉల్లంఘించిన వారిని పట్టుకోడానికి వీటిని వినియోగిస్తారు.* ఆటోమేటిక్‌ డోర్లు, కౌంటింగ్‌ మిషన్‌లలో కాంతి విద్యుత్తు ఘటాన్ని వాడతారు. * ఆటోమేటిక్‌ వీధి దీపాల్లో కాంతి విద్యుత్తు ఘటాలను ఉపయోగిస్తారు. * నేరుగా రీడింగ్‌ ఇచ్చే కాంతి మాపకాల్లో కూడా ఈ ఘటాన్ని వినియోగిస్తారు. * రెండు కాంతి జనకాల తీవ్రతను పోల్చడానికి కూడా దీన్ని వాడతారు. * సినిమా ఫిల్మ్‌ల్లో ధ్వనిని రికార్డు చేయడానికి, దొంగలను పట్టుకునే బర్గ్‌లర్‌ అలారంలో కూడా ఈ ఘటాన్ని ఉపయోగిస్తారు.

అణుశక్తి ఉపయోగాలు: * భారీ ఓడలను, జలాంతర్గాములను నడపడానికి * పర్వత శ్రేణుల మధ్య కాలువలను తవ్వడానికి * ప్రాచీన కట్టడాలను పరిరక్షించేందుకు * విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి * ఉప్పునీటిని తాగునీటిగా మార్చడానికి * సొరంగ రైలు మార్గం తవ్వడానికి * బొగ్గు గనులు, చమురు బావులను తవ్వేందుకు అణుశక్తిని ఉపయోగిస్తారు.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. క్వాంటం సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త-

1) ఐన్‌స్టీన్‌  2) రూథర్‌ఫర్డ్‌ 3) మాక్స్‌ప్లాంక్‌ 4) మాక్స్‌వెల్‌

2. వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహాన్ని ఏమంటారు?

 1) ప్రోటాన్లు     2) γ- కిరణాలు    3) X - కిరణాలు     4) క్యాథోడ్‌ కిరణాలు

3. ఆనోడ్‌ కిరణాలను కనుక్కున్న శాస్త్రవేత్త ఎవరు?

1) జె.జె.థామ్సన్‌         2) నీల్స్‌బోర్‌    3) గోల్డ్‌స్టెయిన్‌         4) చాడ్విక్‌

4. విస్ఫోటక పదార్థాలను కనుక్కోవడానికి నేర పరిశోధనలో ఏ కిరణాలను వినియోగిస్తారు?

 1) X - కిరణాలు     2) α - కిరణాలు     3) γ - కిరణాలు     4) క్యాథోడ్‌ కిరణాలు

 5. మానవుడి శరీరంలో ట్యూమర్లను గుర్తించడానికి ఉపయోగించే ఐసోటోపు-

1) యురేనియం    2) ఆర్సినిక్‌     3) సోడియం     4) కోబాల్ట్‌

6. భూమిలోని పోషకాలను గుర్తించడానికి ఉపయోగించే ఐసోటోప్‌?

1) సల్ఫర్‌ 2) కోబాల్ట్‌ 3) ఫాస్ఫరస్‌ 4) అయోడిన్‌

7. దొంగలను పట్టుకోవడానికి ఎంచుకున్న బర్గ్‌లర్‌ అలారంలో ఏ ఘటాన్ని ఉపయోగిస్తారు?

1) బైక్రోమేట్‌ ఘటం    2) కాంతి విద్యుత్తు ఘటం       3) ప్రాథమిక ఘటం    4) నిర్జల ఘటం

8. ఉప్పు  నీటిని తాగు  నీటిగా  మార్చడానికి ఉపయోగించే శక్తి?

1) పవన శక్తి     2) సౌరశక్తి      3) అణుశక్తి     4) విద్యుత్తు శక్తి

సమాధానాలు: 1-3; 2-4; 3-3; 4-1; 5-2; 6-3; 7-2; 8-3.

రచయిత:   చంటి రాజుపాలెం