પદાર્થની ચોથી અવસ્થા બતાવતું સાધન: પ્લાઝ્મા સ્ફિયર, વિજ્ઞાનની જીવંત અજાયબી

હરતા ફરતા જ્યાં નજર મારી પડે ત્યાંથી અમે વિજ્ઞાન કઈ રીતે શીખવી શકાય તેવા નુસખા શોધતા હોઈએ છીએ. આવી જ એક વસ્તુ છે પ્લાઝ્મા સ્ફિયર (Plasma Sphere) જેને ઘરમાં કે વિજ્ઞાન પ્રદર્શનમાં રાખવામાં આવે છે. તે માત્ર એક સુંદર શો-પીસ નથી, પરંતુ તે વીજળી, વાયુ અને પ્લાઝ્મા જેવા મૂળભૂત વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતોને સમજાવતું અદ્ભુત સાધન છે. જ્યારે આ ગોળાકાર કાચના ગ્લોબને ચાલુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની અંદર રંગબેરંગી પ્રકાશની વીજળી જેવી શાખાઓ (Electric Filaments) નાચતી જોવા મળે છે. જો આપણે કાચને સ્પર્શ કરીએ, તો આ પ્રકાશની શાખાઓ આપણા હાથ તરફ ખેંચાતી દેખાય છે. આ દૃશ્ય ખરેખર મનમોહક હોય છે, પરંતુ તેની પાછળનું વિજ્ઞાન વધુ રસપ્રદ છે.

સામાન્ય રીતે પદાર્થની ત્રણ અવસ્થાઓ હોય છે

પ્લાઝ્મા સ્ફિયર એક પારદર્શક અને મજબૂત કાચનો ગોળો છે. તેની અંદર ખૂબ ઓછા દબાણે ભરેલા નિયોન (Neon), આર્ગોન (Argon) અને ઝેનોન (Xenon) જેવા નિષ્ક્રિય વાયુઓ હોય છે. ગોળાના કેન્દ્રમાં આવેલો નાનો ઇલેક્ટ્રોડ (Electrode), જે હાઈ-વોલ્ટેજ અને હાઈ-ફ્રિક્વન્સી વીજપ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે. સામાન્ય રીતે પદાર્થની ત્રણ અવસ્થાઓ હોય છે – ઘન (Solid), પ્રવાહી (Liquid) અને વાયુ (Gas). પરંતુ જ્યારે વાયુને ખૂબ ઊર્જા આપવામાં આવે છે, ત્યારે તેના અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોન અલગ થઈ જાય છે અને આયન (Ions) તથા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનનું મિશ્રણ બને છે. આ નવી અવસ્થાને પ્લાઝ્મા (Plasma)કહેવામાં આવે છે. પ્લાઝ્માને ઘણી વખત  પદાર્થની ચોથી અવસ્થા (Fourth State of Matter) પણ કહેવામાં આવે છે.

આવી રીતે થાય છે પ્રક્રિયા

જ્યારે પ્લાઝ્મા સ્ફિયર ચાલુ થાય છે, ત્યારે તેના કેન્દ્રમાં રહેલો ઇલેક્ટ્રોડ હજારો વોલ્ટનું પરંતુ ખૂબ ઓછા કરંટ વાળો હાઈ-ફ્રિક્વન્સી એ.સી. (Alternating Current) ઉત્પન્ન કરે છે. આ ઊંચા વોલ્ટેજને કારણે ગોળાની અંદરના વાયુઓ આયનાઈઝ (Ionize) થાય છે. એટલે કે વાયુના અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોન છૂટા પડે છે અને પ્લાઝ્મા બને છે. પ્લાઝ્મા બન્યા પછી વીજપ્રવાહ માટે ઘણા માર્ગો સર્જાય છે. આ માર્ગો જ આપણને જાંબલી, ગુલાબી, વાદળી અથવા લાલ રંગની વીજળી જેવી ચમકતી શાખાઓ તરીકે દેખાય છે.

આપણે પ્લાઝ્મા સ્ફિયરના કાચને હાથથી સ્પર્શ કરીએ છીએ, ત્યારે આપણા શરીરનો વિદ્યુત ગુણધર્મ (Electrical Capacitance) બદલાય છે. આ કારણે વીજપ્રવાહને આપણા હાથ તરફનો માર્ગ વધુ અનુકૂળ લાગે છે. પરિણામે અનેક નાની શાખાઓ ભેગી થઈને આપણા સ્પર્શના સ્થળ તરફ કેન્દ્રિત થઈ જાય છે. તેથી એવું લાગે છે કે પ્રકાશ આપણા હાથનો પીછો કરી રહ્યો છે. ગોળાની અંદર વિવિધ વાયુઓ હોય છે અને દરેક વાયુને ઉત્તેજિત કરવામાં આવે ત્યારે તે અલગ રંગનો પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે. નિયોન (Neon) – લાલ અથવા નારંગી પ્રકાશ, આર્ગોન (Argon) – વાદળી અથવા જાંબલી પ્રકાશ અને ઝેનોન (Xenon) સફેદ અથવા આછો વાદળી પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે. આ વાયુઓના સંયોજનથી સુંદર રંગબેરંગી પ્રકાશ જોવા મળે છે.  સામાન્ય પ્લાઝ્મા સ્ફિયરમાં ઊંચું વોલ્ટેજ હોય છે, પરંતુ તેમાં વહેતો વીજપ્રવાહ (Current) અત્યંત ઓછો હોય છે. ઉપરાંત કાચનો ગોળો સંપૂર્ણ ઇન્સ્યુલેટર હોવાથી વીજપ્રવાહ બહાર આવતો નથી. તેથી સામાન્ય ઉપયોગ દરમિયાન તેને સ્પર્શ કરવો સુરક્ષિત ગણાય છે.

સૂર્ય અને તમામ તારા મુખ્યત્વે પ્લાઝ્માથી બનેલા છે

પ્લાઝ્માનો કુદરતમાં અને ટેકનોલોજીમાં પણ તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. સૂર્ય અને તમામ તારા મુખ્યત્વે પ્લાઝ્માથી બનેલા છે. આકાશમાં ચમકતી વીજળી (Lightning) પ્લાઝ્માનું ઉદાહરણ છે. ઓરોરા (Northern & Southern Lights) પ્લાઝ્મા પ્રક્રિયાનું પરિણામ છે. ફ્લોરોસન્ટ અને નિયોન લેમ્પોમાં, પ્લાઝ્મા કટીંગ મશીનોમાં, વૈજ્ઞાનિક સંશોધન અને ફ્યુઝન રિએક્ટરોમાં. પ્લાઝ્મા સ્ફિયર દ્વારા વિદ્યાર્થીઓ નીચેના વિષયો સરળતાથી સમજી શકે છે. પદાર્થની ચોથી અવસ્થા – પ્લાઝ્મા, આયનીકરણ (Ionization), ઉચ્ચ વોલ્ટેજ અને નીચો પ્રવાહ,  વિદ્યુત ક્ષેત્ર (Electric Field), ગેસ ડિસ્ચાર્જ (Gas Discharge), વિદ્યુત વાહકતા (Electrical Conductivity). તેથી  તેને  વિશ્વભરના વિજ્ઞાન સંગ્રહાલયો, પ્લેનેટેરિયમ અને સાયન્સ સેન્ટરોમાં પ્લાઝ્મા સ્ફિયર લોકપ્રિય પ્રદર્શન તરીકે રાખવામાં આવે છે.

પ્લાઝમા વિશે રસપ્રદ માહિતી

પ્લાઝમા વિશે રસપ્રદ માહિતી જાણવા જેવી છે. પ્લાઝ્મા બ્રહ્માંડમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતી પદાર્થની અવસ્થા છે. સૂર્યનો લગભગ આખો ભાગ પ્લાઝ્માથી બનેલો છે. પ્લાઝ્મા સ્ફિયરમાં હજારો વોલ્ટનું વોલ્ટેજ હોય છે, છતાં તેનો કરંટ ખૂબ ઓછો હોવાથી તે પ્રદર્શન માટે સુરક્ષિત બનાવવામાં આવે છે. હાથ લગાવતાં કિરણો તમારા તરફ આવતા નથી, પરંતુ વીજક્ષેત્ર (Electric Field)માં થતા ફેરફારને કારણે તે તમારા સ્પર્શના સ્થળે કેન્દ્રિત થાય છે.

 આમ, પ્લાઝ્મા સ્ફિયર એ માત્ર આકર્ષક પ્રકાશ આપતો શોભા નો ગાંઠિયો નથી, પરંતુ તે વિજ્ઞાનનો જીવંત પાઠ છે. તે આપણને બતાવે છે કે વીજળી, વાયુ અને ઊર્જા કેવી રીતે મળીને પ્લાઝ્મા નામની અદ્ભુત અવસ્થા બનાવે છે. એક નાનકડા કાચના ગોળામાં આપણે સૂર્ય, વીજળી અને બ્રહ્માંડમાં કાર્યરત ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોનું સુંદર પ્રદર્શન જોઈ શકીએ છીએ. તેથી પ્લાઝ્મા સ્ફિયર મનોરંજન સાથે શિક્ષણ આપતું એક અનોખું વૈજ્ઞાનિક સાધન છે.

*******