ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් III (Electronics) - 4

අතිරේකය 2

ජෙනරේටර් මඟින් විදුලිය නිපදවීම

අතිරේකය 1 යටතේ විදුලි ශක්තිය නිපදවන හා ලබා ගන්නා ක්‍රම ගණනාවක් ගැනත් ඊට සම්බන්ධ තවත් අමතර විස්තර ගැනත් ඉගෙන ගත්තා. ඒ සියලු ක්‍රම අභිබවමින් ලොවපුරා විදුලිය නිපදවන ප්‍රධානතම ක්‍රමය නම් ජෙනරේටර් (generator) මඟින් විදුලිය නිපදවීමයි. මෙය යාන්ත්‍රික ශක්තිය විදුලි ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කිරීමක් ලෙස සැලකිය හැකියි. ජල විදුලි බලාගාර (hydro power), න්‍යෂ්ඨික බලාගාර (nuclear power), ගල් අඟුරු බලාගාර (coal power), තාප/තෙල් (fuel/thermal power) බලාගාර, සුළං විදුලි බලාගාර (wind mills/power), දර විදුලි බලාගාර (dendro power), මුහුදු තරංග බලාගාර (ocean wave power) ආදී සියලුම විදුලිය නිපදවන ක්‍රම පදනම් වන්නේ ජෙනරේටර් ක්‍රමය මතයි. මේ සෑම බලාගාරයකදීම (power house/station) සිදු වන්නේ ජලය, න්‍යෂ්ඨික ද්‍රව්‍ය, ගල් අඟුරු, තෙල්, සුළං, දර, මුහුදු රළ ආදී දෙයකින් ඇති කරන විශාල චාලක ශක්තියක් මඟින් ටර්බයිනයක් (turbine) කරකවා, එම ටර්බයිනයට සම්බන්ධ කළ ජෙනරේටරයක් කැරකවීමයි. (දහනය නිසා පරිසරය දූෂනය කරන සලෆර් හා වෙනත් කුඩා අංශු පිටවීම වලක්වන හා පරිසරයට/සෞඛ්‍යයට එමඟින් සිදුවන හානිය අවම කරන උපක්‍රමද සාමාන්‍යයෙන් යොදනවා.)

 

ජෙනරේටරය යනු එක්තරා විදියක විදුලි මෝටරයක්ම තමයි. අවශ්‍ය නම් විදුලි මෝටරයක්ම ගෙන එය ජෙනරේටරයක් විදියට යොදා ගන්නත් පුලුවන්. උදාහරණයක් ලෙස සාමාන්‍ය විදුලි මෝටරයක් ගෙන එහි දණ්ඩ (shaft) වේගයෙන් කරකවන විට, මෝටරයේ වයර් දෙකෙහි යම් විදුලියක් හටගනු ඇත. එම වයර් දෙකට කුඩා පෙන්ටෝච් බල්බයක් සවිකර ඇත් නම් එම බල්බය දැල්වේවි.

 

මෙම සරල උපක්‍රමය යොදාගෙන අතින් කරකවා විදුලිය නිපදවිය හැකි කුඩා විදුලි ජනක යන්ත්‍ර (crank generator) නිපදවා ඇත. විදුලි පහසුකම් නැති වනාන්තර හෝ එවැනි හුදකලා ස්ථානවලට යන විට මෙවැනි උපාංගයකින් කුඩා උපකරණවලට අවශ්‍ය විදුලිය නිපදවා ගත හැකියි. තවද, විදුලි පහසුකම් නැති පළාත්වලද රේඩියෝ වැනි උපාංගයකට අවශ්‍ය විදුලිය ලබා ගැනීමටද මෙවැන්නක් ප්‍රයෝජනවත් වේවි. අතින් කරකවනවා වෙනුවට බයිසිකලයක් වැනි දේකට මෙය සම්බන්ධ කිරීමෙන් වැඩි විදුලි ශක්ති ප්‍රමාණයක් ලබාගත හැකියි.

 

එහෙත් විදුලිය නිෂ්පාදනයේදී ඒ සඳහාම සුවිශේෂි විදියට සාදපු "යෝධ" ජෙනරේටර් තමයි භාවිතා වෙන්නේ. විවිධ වර්ගයේ මෝටර් මෙන්ම විවිධ වර්ගයේ ජෙනරේටර්ද ඇත. ඇත්තටම මෝටර් වර්ග හා ජෙනරේටර් වර්ග අතර සමානකමක් ඇත. ජෙනරේටර් හා මෝටර් යන දෙකෙන් එකක් හොඳින් ඉගෙන ගත් විට, අනෙක ගැන ඉතා පහසුවෙන් තේරුම් ගත හැකියි.

 

සාමාන්‍යයෙන් විදුලි බලාගාරයක් තුළ ජෙනරේටරයක් මඟින් විදුලිය නිපදවන මූලිකම ක්‍රමය එක සමානය. එය පියවර කිහිපයකින් සිදු වන්නක්. පළමුව විශාල තාපයක් නිපදවීමට අවශ්‍ය වෙනවා. ඒ සඳහා තෙල් (ඩීසල්), ගෑස් (ස්වාභාවික හෝ එල්පී), දර, ගල් අඟුරු වැනි යමක් දහනය කරනවා. දෙවනුව, මෙසේ ඇතිවන තාපයෙන් ජලය හෝ යම් ද්‍රව මිශ්‍රණයක් රත් කරනවා. එවිට එම ද්‍රවය වාෂ්ප බවට පත් වෙනවා. ද්‍රවයක් වාෂ්පයක් (වායුවක්) බවට පත් වන විට ස්වාභාවිකවම එහි අතිවිශාල ප්‍රසාරණයක් සිදු වෙනවා. ඒ කියන්නේ දැන් වාෂ්පය පවතින්නේ දැඩි පීඩනයක් ඇතුවයි (ඔබ වතුර උණු කරන විට කේතලයේ පියන ඉස්සෙන්නේ ජලය වාෂ්ප වන විට ඇති වන මෙම පීඩනය නිසාය). මෙම අධිපීඩනයෙන් යුතු වාෂ්පය බටයක් තුළින් ටර්බයිනය දක්වා ගමන් කරවනවා. මෙවිට, අතිවේගයෙන්/පීඩනයෙන් ගමන් කරන වාෂ්ප ටර්බයිනයේ වැදී එය කරකවනවා. මෙලෙස ටර්බයිනය කරකැවෙන විට, එහි දණ්ඩ ජෙනරේටරයේ දණ්ඩට සම්බන්ධ කර ඇති නිසා, ජෙනරේටරයත් කරකැවෙනවා. එවිට විදුලිය නිපදවෙනවා.

න්‍යෂ්ඨික බලාගාරයකදී න්‍යෂ්ඨික ද්‍රව්‍ය අමුතුවෙන් දහනය කිරීමක් අවශ්‍ය නැත. විකිරණශීලී ද්‍රව්‍යවල ස්වාභාවික ක්‍රියාවලිය නිසාම අති දැවැන්ත තාපයක් ඉබේම ඇති වේ. ඇත්තටම මෙලෙස තාපය/ශක්තිය ඇතිවීමේ වේගය සීඝ්‍රයෙන් ඉහල යයි. එම වේගය මැනවින් පාලනය නොකළොත් උෂ්ණත්වය දරාගත නොහැකි තරම් ඉහළ ගොස් බලාගාරයේ සියල්ල උනු වී විනාශ විය හැකියි. මෙලෙස පාලනයකින් යුතුව විකිරණශීලී ද්‍රව්‍ය රඳවා තබන ඉතා ශක්තිමත් හා ආරක්ෂිත කොටස nuclear reactor ලෙසයි හැඳින්වෙන්නේ. ඇත්තටම න්‍යෂ්ඨික බෝම්බයක හා න්‍යෂ්ඨික බලාගාරයක පවතින වෙනස එයයි (බෝම්බයේදී ශක්තිය නිකුත් වීමේ ක්‍රියාවලිය පාලනය කරන්නේ නැත; එවිට ඉතා කෙටි කාලයක් තුළ අතිවිශාල ශක්තියක් නිකුත් කරනවා; එය පිපිරීමක් ලෙසයි දිස්වන්නේ; ඒ අනුව බෝම්බයේදී විශාල ශක්තියක් ක්ෂණියකින් මුදා හරින අතර, බලාගාරයේදී එම ශක්තිය විශාල කාලයක් පුරාවට ටික ටිකයි මුදා හරින්නේ).

ජල විදුලි බලාගාරවලදී තාපයක් අවශ්‍ය නොකෙරේ. ජලය කෙලින්ම ටර්බයිනය වෙතට යොමු කර කරකවනවා. ජලය හොඳින් පාලනය කිරීමට බොහෝ විට විශාල ජලාශ (dam) සෑදීමද සුලභ දෙයකි. 

මුහුදු තරංග මඟින් විදුලිය නිපදවීමේදීද තාපයේ අවශ්‍යතාවක් නැත. මුහුදු රළේ (හෝ මුහුදේ මතුපිට ඇතිවන ජලයේ) චලනය මඟින් ජෙනරේටරය කැරකැවීමට උපක්‍රම සලසා ඇත.  

සුළං බලාගාරද තාපය අවශ්‍ය නොකරන තවත් අවස්ථාවක්. එහිදී සුළංවල චාලක ශක්තියෙන් කෙලින්ම ටර්බයිනය කරකවනවා.

තෙල්/ගෑස් දහනය කර ඉහත ආකාරයට ද්‍රවයක් වාෂ්ප කර ඉන් ටර්බයිනය කරකවනවා වෙනුවට, එම තෙල්/ගෑස්වලින් සාමාන්‍ය වාහන එන්ජින් ක්‍රියාත්මක වන ආකාරයට අභ්‍යන්තර දහන එන්ජිමකින් (ICE) ජෙනරේටර් කරකවා විදුලිය නිපදවන ක්‍රමයද ඇත (එහෙත් මෙහි කාර්යක්ෂමතාව අඩුයි ඉහත ටර්බයින් ක්‍රමයට වඩා).

මෝටරය මෙන්ම ජෙනරේටරය (බොහෝ අය ජෙනරේටරයට "ජෙනිය" යන කෙටි ආදරනීය වචනය යොදනවා) යනු එකිනෙකට සාපේක්ෂව ක්‍රියා කරන චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන දෙයකි. ඔබ දන්නවා යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ සන්නායකයක් චලනය වේ නම්, එම සන්නායකයේද අලුතින් (විද්‍යුත්) චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ප්‍රේරණය වෙනවා. මෙම අලුත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය යනු විද්‍යුත්චුම්භකයක් නිසා, එම සන්නායකයේ විදුලියක් ගමන් කරනවා ලෙසම එය සැලකිය හැකියි (ඔබ දන්නවා සන්නායකයක් හරහා විදුලි ධාරාවක් ගමන් කරන විට, අනිවාර්යෙන්ම එම සන්නායකය වටා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හටගන්නවා; එහි විලෝම ක්‍රියාව ගැනද එලෙසම සිතන්න; ඒ කියන්නේ සන්නායකයක යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් පවතිනවා නම්, අනිවාර්යෙන්ම එම සන්නායකය දිගේ විදුලි ධාරාවක් ගලා යා යුතුය). ඉහතදී පැවසූ ලෙසම යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ සන්නායකය චලනය කිරීමට තමයි සුළඟ, ජලය, ගල් අඟුරු වැනි භාහිර ශක්ති ප්‍රභවයක් අවශ්‍ය වූයේ.

සටහන
 ජෙනරේටර් හා ශක්තිය නිපදවීම පිළිබඳ විද්‍යාත්මක මෙන්ම බොහෝ අවිද්‍යාත්මක අදහස් ඕනෑ තරම් තිබෙනවා. Free energy, Tesla energy, perpetual machines (සදා චල යන්ත්‍ර) ආදී වචන ඔස්සේ අන්තර්ජාලයේ සොයා බැලුවොත් ඔබට මේ ගැන වැටහීමක් ඇති වේවි. ජීවිත කාලය පුරාවටම කියව කියවා සිටිය හැකි පමණට විස්තර කන්දරාවක් විවිධ අය විසින් පළ කර අැත. ඒ සියල්ලම කියවා හෝ නරඹා හෝ නැති නිසා ඒ සියල්ල අවිද්‍යාත්මක හෝ මිථ්‍යා ලෙස මා බැහැර නොකළත් ඉන් අති විශාල ප්‍රමාණයක් (මා පෞද්ගලිකව කියවා බැලූ සියල්ලම) පවතින විශ්වාසනීය විද්‍යාවෙන් බොහෝ දුරස්ථයි. මේ බොහෝ අයට වැරදුනු එක් තැනක් තිබෙනවා. එම තැන/කාරණාව කොතරම් සරල වුවත්, බොහො දෙනා එම කාරණාව අමතක කරන බවක් පෙනෙනවා (සමහරවිට මිනිස් විඥාණය අද්භූත දේවලට දක්වන ස්වාභාවික ලැදියාව නිසාද එය සිදු විය හැකියි).

මොකක්ද එම කරුණ? එය නම් ශක්ති සංස්තිථික නියමයයි (Conservation of energy). එනම්, ශක්තිය අමුතුවෙන් සෑදීමට හෝ විනාශ කිරීමට බැරි අතර, ඒ වෙනුවට සිදු විය හැක්කේ ශක්තිය එක් ස්වරූපයකින් තවත් ස්වරූපයකට පරිවර්තනය වීම පමණි. මේ කරුණත් සමග බැඳුණු අනෙක් සුවිශේෂි කාරණය වන්නේ කාර්යක්ෂමතාව (efficiency) පිළිබඳ සංකල්පයයි. එනම්, කිසිදු යන්ත්‍රයකට/දෙයකට තමන්ට ලැබෙන ශක්තියට (input energy) වඩා වැඩි ශක්තියක් ඉන් පිටතට ලබා දිය (output energy) නොහැකියි (output energy < input energy).

සමහරෙකු නම් මේ පිළිබඳව හොඳින් දැන දැනත් එහෙත් මෙවැනි විද්‍යාත්මක නොවන අදහස් පළ කරනවා. ඒ සඳහා උසස් ක්වන්ටම් විද්‍යාත්මක න්‍යායන් පවා ඔප්පු නොකරම "ඔහේ" තමන්ගේ වාසියට හරවාගෙන තිබෙනවා. විශේෂයෙන්ම zero point energy යන සංකල්පය මින් ප්‍රමුඛ වෙනවා. සරලව කිවහොත් ශීරෝ පොයින්ට් එනර්ජි යනු අවකාශය පුරාම පැතිර පවතින අතිදැවැන්ත ශක්තියකි. එය කිසිම ප්‍රායෝගික ක්‍රමයකින් අත්දැකිය නොහැකි අතර, ගණිතමය (ක්වන්ටම් විද්‍යාත්මක) සූත්‍රවලින් පමණක් "පවතිනවා" ලෙසට ඔප්පු කර ඇති ශක්තියකි. තවත් අය කියන්නේ විශ්වයේ තවත් කොහෝ තැනක තිබෙන ශක්ති ප්‍රභවයකින් ශක්තිය යම් යම් යන්ත්‍ර මඟින් ලබා ගත හැකි බවයි (tapping into some universal energy). එවිට, යන්ත්‍රය විසින් ශක්තිය නිපදවනවා නොව, වෙනත් තැනක තිබූ ශක්තිය උකහා ගත්තා පමණි (හරියමට හීට් පම්ප් එකේදී සිදු වූ දේ වැනි දෙයක්). මේවා ඇත්තටම "බොරු" යැයි අහක දැමිය නොහැකි තර්ක වුවත්, ප්‍රායෝගිකව කිසිදා කිසිවෙකුත් විසින් ඔප්පු කර නැත. අහවලා අහවල් කාලයේ මෙවැනි යන්ත්‍ර නිපදවා ඇත, රහස් කුමන්ත්‍රණ මඟින් එවැනි යන්ත්‍ර සාදපු අය මරා ඇත, රහසිගතව සමහර රටවල්/පුද්ගලයන් මෙම ක්‍රම යොදා ගන්නවා, ආදී ලෙස මනස්කාන්ත කතා එමට ඇත.

ඉතිං මෙම කරුණ ජෙනරේටර්වලට බලපාන්නේ කෙසේද? නම විදුලි ජනක යන්ත්‍රය (electric generator) වුවත්, මෙම උපකරණයද අමුතුවෙන් විදුලියක් නිපදවන එකක් නොව, තවත් ශක්තියක් විදුලි ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරන උපකරණයක් පමණි. ඒ කියන්නේ ජෙනරේටරයට ලැබෙන චාලක ශක්තිය තමයි විදුලි ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරන්නේ. එවිට, ජෙනිය කරකැවීමට ලබා දෙන ශක්තියට වඩා අඩු (විදුලි) ශක්තියකුයි ඉන් පිට කරන්නෙත්.

ඉහත කාරණාව අමතක කර තමයි මුලින් මා කියූ විද්‍යාවෙන් තොර අදහස් පළ වෙන්නේ. උදාහරණයක් ලෙස, යම් උපකරණයක් ඇතැයි සිතන්න. ඉන් යම් ශක්තියක් පිට කරනවා යැයිද සිතන්න (ඉන් පිට කරන ශක්තිය මෙම උදාහරණය සඳහා 100 යැයි සිතමු). දැන් කෙනෙකු සිතාවි මෙසේ පිට කරන ශක්තියෙන් යම් ප්‍රමාණයක් (උදාහරණයක් ලෙස 80ක්) නැවත එම යන්ත්‍රයට ලබා දී එම යන්ත්‍රය ක්‍රියා කරවිය හැකියි කියා. එවිට, මෙම යන්ත්‍රයෙන් 100-80=20 ක අතිරික්ත ශක්ති ප්‍රමාණය අපේ වැඩවලට යොදා ගත හැකියි කියා සිතනු ඇත. එහෙත් ඉහත මා පෙන්වා දුන් පරිදි කිසිම යන්ත්‍රයක කාර්යක්ෂමතාව 100% ඉක්මවා යා නොහැකි නිසා, මෙය සිදු කළ නොහැකියි (මොකද ප්‍රායෝගිකව සිදු වන දේ නම්, යන්ත්‍රයෙන් 100ක ශක්තියක් ලබා ගැනීමට ඊට 100කට වැඩි ශක්තියක් ඇතුලු කළ යුතුය).

ජෙනරේටරයක/මෝටරයක ඇත්තටම සිදු වන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් හා චලනය යන සාධක තුන අතරේ අන්තර්-ක්‍රියාකාරිත්වයකි (interaction). එහෙත් ඉහත පෙන්වා දුන් පරිදි (හා ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් 2 පොතෙහි සඳහන් චුම්භක හා විදුලිය ගැන කළ පැහැදිලි කිරීම්ද අනුව) චුම්භක ක්ෂේත්‍ර විදුලිය මඟින්ද ඇති කළ හැකි නිසා, අවශ්‍ය නම් අදාල චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකම හෝ එකක් සඳහා විදුලි ධාරාව යන්නද ආදේශ කළ හැකියි. ඒ කියන්නේ විදුලි ධාරා දෙකක් හා චලනය යන සාධක තුන අතරේ ක්‍රියාකාරිත්වයක් ලෙසද ජෙනරේටර්/මොටර් ක්‍රියාව විස්තර කළ හැකියි (මෙවිට තනි තනි සන්නායක් දෙකක ගමන් කරන විදුලි ධාරා දෙක විසින් වෙන වෙනම චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් සාදනවා; මෙවිටද මුලින්ම කියූ පරිදි චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් පවතිනවා දැන්).

එහෙත් ප්‍රායෝගිකව එය පොතපතෙහිද සඳහන් වන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක්, විදුලි ධාරාවක්, හා චලනයක් යන සාධක තුනෙහි අන්තර්-ක්‍රියාවක් ලෙසයි (මෙවිට දැනටමත් පවතින චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හා විදුලි ධාරාව නිසා ඇති වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ලෙස, සුපුරුදු ලෙසම චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් ලැබෙනවා). ඇත්තටම මේ කුමන ක්‍රමයෙන් කිව්වත් කියන්නේ එකම සංසිද්ධිය වන බව පේනවා නේද?

මීට පෙර (ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් 2 පොත) අප විදුලිය හා චුම්භක අතර තිබෙන විවිධාකාරයේ සම්බන්ධතා ගැන සොයා බැලුවා. දැන් සොයා බලමු චුම්බක/විදුලිය හා චලනය අතර තිබෙන සම්බන්ධතාව ගැන. මෝටර් හා ජෙනරේටර් අධ්‍යනය සඳහා මෙය අත්‍යවශ්‍ය වේ. චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් හා චලනය/බලය අතරයි සැබැවින්ම සම්බන්ධතාව පවතින්නේ. එහෙත් මොහොතකට පෙර සඳහන් කරපු ලෙසටම, එය චුම්භක ක්ෂේ්‍ත්‍රය (B), විදුලි ධාරාව (I), හා චලනය (F) අතර සම්බන්ධතාවක් ලෙසටත් තේරුම් ගැනීමට හැකිය. සෑම පොතකම යොදා ගන්නේද එම ප්‍රකාශය නිසා, මෙතැන් සිට B, I, F යන සාධක තුනයි සලකා බලන්නේ.

සූත්‍රයක් ලෙස පහත දැක්වෙන සේ සරල සම්බන්ධයක් පවතිනවා. මෙය ලොරෙන්ස් බලය (Lorentz force) සොයන එක් සූත්‍රයකි. මෙම සූත්‍රයේ F ලෙස තිබෙන බලය ලොරෙන්ස් බලය ලෙස හැඳින්විය හැකියි (ලොරෙන්ස් යනු මේ පිළිබඳ පර්යේෂන සිදු කළ ප්‍රමුඛ විද්‍යාඥයාගේ නමයි).

F = BIL

මෙහි F – බලයද (බලයක් තිබෙන හැම තැනම චලනයද පවතී), B - චුම්භක ක්ෂේත්‍රයද, I - ධාරාවද, L - චුම්භක ක්ෂේත්‍රය (B) තුල ඇති ධාරාව (I) ගලා යන සන්නායකයේ දිගද වේ. මෙම සූත්‍රයෙන් ඉතා පහසුවෙන්ම F, I, B අතර තිබෙන සම්බන්ධතාව ප්‍රමාණාත්මකව සෙවිය හැකියි (යම් කොන්දේසියක් ඇත; මොහොතකින් එම කොන්දේසිය විස්තර කෙරේ). උදාහරණයක් ලෙස, ටෙස්ලා 0.5ක චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ, ඈම්ප් 2ක ධාරාවක් යන සෙන්ටිමීටර් 20ක් දිග සන්නායක් මත ඇති වන බලය කොපමණද? F = BIL = (0.5 T)x(2 A)x(0.2 m) = 0.2 N (Newton) වේ. පහත රූපයේ මෙය දිස් වේ.

 

තනි කම්බියක් වෙනුවට කම්බි පොටවල් N සංඛ්‍යාවක් ඇති කළ හැකි නම්, බලය N ප්‍රමාණයකින් වැඩි වේ. එයද බොහෝවිට සූත්‍රයක් ලෙස, F = BILN ලෙස ලිවිය හැකියි. එසේ වන්නේ ඇයි කියා සිතා බලන්න. ඉහතදී ඇත්තටම සිදු වූයේ I ධාරාව L දිග සහිත සන්නායකයේ ගමන් කිරීමෙන් යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වීමනෙ. ඉතිං එතැන පොටවල් ගණන වැඩි කරන විට, එසේ ඇතිවන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයද ඒ ප්‍රමාණයෙන්ම වැඩි වෙනවා. මේ නිසා තමයි මෝටර් හා ජෙනරේටර්වල පොටවල් සියගණන් ඔතා තිබෙන කොයිල් හමුවන්නේ.

ඉහත සූත්‍රයෙන් සංඛ්‍යාත්මක පැතිකඩ පෙන්නුවත් එම සූත්‍රය යෙදීමට එක් කොන්දේසියක් ඇත. එය නම්, චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හා ධාරාව යන දෙකම එකිනෙකට සමාන්තරව නොපැවතිය යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පවතින්නේ වම් අත පැත්තේ සිට දකුණු අත පැත්තට නම්, විදුලි ධාරාවත් වමේ සිට දකුණට (හෝ දකුණේ සිට වමට) නොපැවතිය යුතුය. එය පහත රූපයේ 3 වැනි අවස්ථාවෙන් දැක්වේ.

 

ඒ කියන්නේ B හා I යන දෙක වෙනස් දිශා ඔස්සේ පිහිටිය යුතු බවයි (ඉහත 1, 2 අවස්ථා මෙන්). වෙනස් වෙනස් දිශා අනන්ත ගණනක් තිබේ. ඒ ඕනෑම අවස්ථාවක් මේ සඳහා වලංගු වේ. එහෙත් ඒ දෙකෙහි උපරිම ක්‍රියාකාරිත්වය සිදු වන්නේ B හා I දෙක එකිනෙකට ලම්භකව පිහිටන විටයි (ඉහත 1 අවස්ථාව). එනිසා බොහෝ අය ඉහත කොන්දේසිය සඳහන් කරන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හා ධාරාව එකිනෙකට ලම්භකව පිහිටිය යුතුය කියාය. ලම්භකව පිහිටි විට උපරිම ක්‍රියාකාරිත්වයයි ලැබෙන්නේ. ලම්භක බවින් ටිකෙන් ටික ඈත්වන විට ක්‍රියාකාරිත්වය උපරිම බවේ සිට ටික ටික අඩු වෙනවා (ඉහත 2 න් එම අවස්ථා සියල්ල නියෝජනය වේ). අත්‍යවශ්‍ය වන්නේ ඒ දෙක එකිනෙකට සමාන්තර නොවීම පමණි (මොකද සමාන්තර වූ විට, ඒ දෙකෙහි අන්තර්ක්‍රියාකාරිත්වය ශූන්‍ය වනවා).

ඉහත විස්තරයෙන් ඔබට ගණනය කිරීම් කළ නොහැකියිනෙ. ඉතිං එය ගණිතානුකූලව සූත්‍රයක් බවට පත් කර ගත යුතුය. එය කරන්නේ මෙසේය. B හා I අතර තිබෙන කෝණයේ සයින් අගයෙන්ද වැඩි කිරීම පමණයක් සිදු කළ යුත්තේ (ඉහත රූපය බලන්න). එවිට, ඒ දෙක එකිනෙකට ලම්භක වන විට, කෝණය 90 බැවින්, සයින් 90 = 1 වී උපරිම අගය වන B x I x sin90 = BI ලැබේ. ඒ දෙක සමාන්තරගත වන විට, කෝණය 0 බැවින්, සයින් 0 = 0 වී අවම අගය වන B x I x sin0 = 0 ලැබේ. මේ ආදී ලෙස විවිධ කෝණවලින් පිහිටියත් දැන් ඔබට ඒ ඕනෑම අවස්ථාවකදී ඒ දෙකෙහි අන්තර්ක්‍රියාකාරිත්වයේ ප්‍රමාණය සෙවිය හැකියි. ඒ අනුව, මෙම කොන්දේසියද ඇතුලත් කළ විට, වඩාත්ම නිවැරදි පහත සූත්‍රය ලැබේ.

F = BILNsinθ

සටහන  
උසස් ගණිත සංකල්පයක් වන දෛශික කතිර ගුණිත (vector cross product) සම්බන්ධතාවක් I හා B අතර ඇතැයි යනුවෙන් ගණිතය ගැන දන්නා අයට දැන් මෙය වැටහෙනු ඇත (B x I ලෙස කතිර ගුණිත සංඛේතයෙන් එය ලිවිය හැකියි). දෛශික කතිර ගුණිත නිරූපණ ක්‍රමය අනුව ඉහත සූත්‍රයම පහත ආකාරයට ලිවිය හැකියි. (මෙම පොත් පෙළෙහි පළමු පොතේ ගණිත අතිරේකයේ කතිර ගුණිතය ගැන හැඳින්වීමක් තිබේ.)

F = IL x B

දැන් ඉහත සූත්‍රය අවසාන වශයෙන් විග්‍රහ කරමු. I හා B දෙක ඉහත කියූ ආකාරයට අන්තර්ක්‍රියාවක් සිදු කරන විට, එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන් ධාරාව ගමන් කරන සන්නායකයට යම් F බලයක් ක්‍රියා කරනවා. එසේ ක්‍රියා කරන බලයේ දිශාව වන්නේ හැමවිටම I හා B යන දෙක පිහිටන තලයට ලම්භක (normal) ලෙසයි. ඕනෑම තලයකට ලම්භක දෙකක් ඇත (තලයෙන් ඉහල දිශාවට හා තලයෙන් පහල දිශාවට). ඉතිං දැන් ප්‍රශ්නය වන්නේ මෙම දෙකෙන් කුමන එකක් ඔස්සේද මෙම බලය ක්‍රියාත්මක වන්නේ කියා. පහත විස්තර කෙරෙන ෆ්ලෙමිංගේ නියමය මඟින් එය සොයා ගත හැකියි. 
 

F=BILNsinθ ලෙස සරල සූත්‍රයෙන් අපට සංඛ්‍යාත්මකව අගයන් ලැබෙන අතර, ෆ්ලෙමිංගේ දකුණත් හා වමත් රීතීන් අනුගමනය කරමින් මේ එක් එක් රාශින් පැවතිය යුතු දිශා පහසුවෙන්ම තීරණය කළ හැකියි. ෆ්ලෙමිංගේ වමත් රීතියෙන් (Fleming's left hand rule) මෝටර් ක්‍රියාවද, දකුණත් රීතියෙන් (Fleming's right hand rule) ජෙනරේටර් ක්‍රියාවද විස්තර කෙරේ. ඒ කියන්නේ මෝටරයක් ගැන කතා කරන විට, වමත් නියමය යෙදිය යුතු අතර, ජෙනරේටරයක් විග්‍රහ කරන විට, දකුණත් නියමය යෙදිය යුතුයි. වමත් හෝ දකුණත් හෝ වේවා ඉන් කියන්නේ B, I, හා F යන රාශින් තුන එකිනෙකට සාපේක්ෂව පිහිටිය යුතු ආකාරයයි. එය අතේ මාපොට, දඹර, හා මැද ඇඟිලිවලින් පහසුවෙන් සොයා ගන්නා ආකාරයයි ෆ්ලෙමිං විසින් හඳුන්වා දුන්නේ. මෙම රාශින් තුනම එකිනෙකාට ලම්භකයි. මේ ඇඟිලි තුන කුමන රාශින් 3ට අයත්ද යන්න පහසුවෙන් මතක තබා ගන්න පුලුවන් FBI යනුවෙන් එය පාඩම් කළ විට (FBI යන වචනය ඉංග්‍රිසි චිත්‍රපට බැලීම නිසාම අප කාටත් හුරුපුරුදු වචනයකි එය ඇමරිකාවේ ජාතික පොලිසිය නිසා). එම අකුරු තුන පිළිවෙලින් මාපොට ඇඟිල්ලේ සිට ආදේශ කරන්න.

 

සටහන
විදුලි හෝ චුම්භක හෝ වෙනත් ඕනෑම බල ක්ෂේත්‍රයක් (force field) දෛශික රාශින් වේ. ඒ කියන්නේ එවැනි රාශින්ට අගයක් මෙන්ම දිශාවක් පවතිනවා. සම්මතයක් වශයෙන් විදුලි ක්ෂේත්‍රයක් ධන ආරෝපණ සිට ඍණ ආරෝපණ දෙසට විහිදෙනවා යැයි සලකනවා. ඒ කියන්නේ චිත්‍රමය ස්වරූපයෙන් දක්වන විට, බල රේඛා ධන ආරෝපණවල සිට ඉවතට යන ලෙස ඇඳිය යුතුයි.

එලෙසම, චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකදී උතුරු ධ්‍රැවය/අග්‍රය සිට දකුණු ධ්‍රැවය/අග්‍රයට බල රේඛා ඇඳිය යුතු යැයි සම්මත කොටගෙන ඇත.

 

සාමාන්‍යයෙන් විද්‍යා හා තාක්ෂණයේදී හැමවිටම සම්මතයන්ට ගරු කෙරේ. ඒ අනුව, විදුලිය, චුම්භක ආදිය ගැන පැහැදිලි කෙරෙන අවස්ථාවලදී මෙම සම්මතයන් අනුව සිතන්න. යම් අවස්ථාවක සම්මත අර්ථ දැක්වීම් හා පැහැදිලි කිරීම්වලින් බැහැර වන විට, ඒ බැව් විශේෂයෙන් සඳහන් කෙරෙනු ඇත.

විද්‍යුත්චුම්භක ගැන පැහැදිලි කිරීමේදී තවත් පොදු සම්මතයක් ඔබ දැන සිටිය යුතුයි. ඔබ දන්නවා යම් සන්නායකයක් දිගේ විදුලි ධාරාවක් ගමන් කරන විට ඉන් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති කරනවා. බොහෝවිට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය අඳින්නේ නැතිව, ධාරාවයි අඳින්නේ (එවිට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ඇතිවන ආකාරය ඔබ සිතින් ඇඳගත යුතුයි). මෙම ධාරාව ගමන් කරන්නේ ඔබ දැන් මේ බලාගෙන සිටින මොනිටරය තුළට (into/downward) නම්, එය කොලයක අඳින්න බැහැ මොකද කොලය අැතුලට යන ලෙසට අඳින්නට හැකියාවක් නැති නිසා. එලෙසම මොනිටරයේ සිට එක එල්ලේම ඔබ දෙසට එන (upward) ධාරාවක් කොලයක අඳින්න බැහැ නේද? මීට යම් පිළියමක් යොදාගෙන තිබෙනවා. ධාරාව කොලය තුලට යන විට, එය කතිරයක් වට කරගත් කුඩා රවුමකින් දක්වන්නටත්, ධාරාව කොලයේ සිට ඉවතට එන විට, එය තිතක් වට කරගගත් කුඩා රවුමකින් දක්වන්නටත් සම්මත කරගෙන තිබෙනවා.

 

මෙලෙස තිත් හා කතිර යොදාගැනීමට හේතුවක් ඇත. ඩාට් ක්‍රීඩාවට (darts) යොදා ගන්නා ඊහිස් ගැන කල්පනා කරලයි මෙය පහසුවෙන් මතක තබා ගැනීමට හැකිවනු පිණිස එය සම්මතක කරගෙන තිබෙන්නේ. ඊහිසක් ඔබෙන් ඉවතට යවන විට, ඔබට පෙනෙන්නේ එහි පිටුපස කතිරයක් සේ දිස්වන කොටසයි (එය ධාරාවක් ඔබෙන් ඉවතට යෑමට සමාන කර ඇත). ඒ කියන්නේ ඊහිසක් ඔබ දෙසට එන විට පෙනෙන්නේ එහි උල් කොටසයි (ඩොට් එකක් සේ).

 

මෙම තිත් හා කතිර ක්‍රමයෙන් මෝටර් හා ජෙනරේටර් හා වෙනත් ඕනෑම විද්‍යුත්චුම්භක භාවිතාවක් ගැන පැහැදිලි කළ හැකියි. මෝටර්/ජෙනරේටර්වල අමේචරය බොහෝවිට රූපවලදී මෙම තිත් හා කතිර මඟින් නිරූපණය කෙරෙනවා.

තවදුරටත් මේ ගැන දැන් සොයා බලමු. මුලින්ම වඩා පහසු වේවි මෝටරයක් ක්‍රියා කරන අයුරු සොයා බැලුවොත්. ඇත්තටම මෝටරය වේවා ජෙනරේටරය වේවා මේ දෙකම ක්‍රියා කරන්නේ F, B, I යන රාශි/සාධක තුනේ අන්තර්ක්‍රියාව නිසා බව හොඳින් මතක තබා ගන්න.

මෝටර් ක්‍රියාව (motor action)

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් (B) තුළ තබා ඇති සන්නායකයක්/කොයිලයක් හරහා විදුලි ධාරාවක් (I) යැවූ විට, යම් බලයක්/චලනයක් (F) සිදු කර ගැනීමයි මෝටරයකින් කෙරෙන්නේ. එවිට, F=BILNsinθ යන සූත්‍රය හා ෆ්ලෙමිංගේ වමත් නියමය (Fleming's Left Hand rule) අනුව සිදු වේ.

 

එකම වර්ගයේ ක්ෂේත්‍ර කිහිපයක් එකම දිශාවට පවතින විට, ඒ දෙසට එම ක්ෂේත්‍රය තවත් ශක්තිමත් වේ. එලෙසම එකිනෙකට විරුද්ධ දිශා දෙකකට එකම වර්ගයේ ක්ෂේත්‍ර දෙකක් පවතින විට, එම ස්ථානයෙහි සමස්ත/සමක ක්ෂේත්‍රය දුර්වල වේ (පහත රූපය). A රූපයේ දැක්වෙන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය තුළ ධාරාවක් ගලා නොයන සන්නායකයක්. එය නිසලව තිබෙනවා. දැන් එම සන්නායකට හරහා B රූපයේ පෙන්වා තිබෙන ආකාරයට ධාරාවක් යවන්න. එවිට ඉන් චුම්භක වලලු ඇති වෙනවා (ධාරාව ගලා යන දිශාව අනුව). මෙම චුම්භක වලලු හා භාහිර චුම්භක ක්ෂේත්‍රය අතර ඇතිවන ක්ෂේත්‍ර ශක්තිමත් වීමේ හා දුර්වල වීමේ ක්‍රියාවලිය රූපමය ආකාරයෙන් එහි දැක්වෙනවා.

 

මේ ලබා ගත් දැනුම ඔස්සේ සරල මෝටර් ක්‍රියාකාරිත්වයේ රූපය විග්‍රහ කරන්න (මේ ඔස්සේ විග්‍රහ කළ විට, අවසානයේ ඔබට ලැබෙන්නේ ෆ්ලෙමිංගේ නියමයි; බොහෝවිට ෆ්ලෙමිංද මුලින් තර්ක කරන්නට ඇත්තේ මෙලෙසමයි).

X හා Y දණ්ඩවල් දිගේ ධාරාවක් ගමන් කරන විට ඉන් ඇතිවන චුම්භක ක්ෂේත්‍ර/වලලු සිතින් මවාගන්න. එහි X දණ්ඩේ අැති වලලු හා B ක්ෂේත්‍රය වෙත අවධානය යොමු කරන්න. මෙහිදී X දණ්ඩේ උඩින් ඇති වලලු කොටස B ක්ෂේත්‍රය පවතින පැත්තටම පවතින නිසා, එතැන ක්ෂේත්‍රය තවත් ශක්තිමත් වේ. එතැනම දණ්ඩ යට පැත්ත බලන්න. වලලුවල දිශාව දැන් B ට විරුද්ධව ඇත. එවිට එතැන ක්ෂේත්‍රය දුර්වල වේ. මෙම සිදුවීම X දණ්ඩ පුරාවටම එකසේ සිදු වෙනවා. එනම් X දණ්ඩ උඩ ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල හා යට ක්ෂේතය දුබලව පවතිනවා. එය හරියට පීඩන වෙනසක් වගෙයි. ඔබ දන්නවා පීඩන වෙනසක් ඇති විට, වැඩි පීඩනය පවතින තැන සිට අඩු පීඩනය පවතින තැනට චලනයක් සිදු වීමට උත්සහ කරනවා. මෙහිදීත් සිදු වන්නේ එවැන්නක්. ක්ෂේත්‍රය වැඩි තැන සිට අඩු තැනට චලනයක් ඇති වනවා. මෙලෙස දීර්ඝ වශයෙන් විග්‍රහ නොකරම වුවත් කෙලින්ම ෆ්ලෙමිංගේ වමත් නියමය යෙදීමෙන්ද මෙම බලය පවතින දිශාව සෙවිය හැකියි නේද? මේ ලෙසටම Y දණ්ඩත් විග්‍රහ කරන්න. එහෙත් Y දණ්ඩේදී බලය පිහිටන්නෙ අනෙක් පැත්තටයි.

දැන් මෙලෙස මුලු දණ්ඩ පුරාම බල දෙකක් එකිනෙකට විරුද්ධව තිබෙනවා. ඉහත රූපයේ මෙම දණ්ඩ කැරකිය හැකි ලෙසයි තබා ඇත්තේ. මෙනිසා මෙම බල දෙකේ ක්‍රියාකාරිත්වයෙන් එම දණ්ඩ කරකැවෙනවා. ඒ කියන්නේ අර ලොරෙන්ස් බල දෙක බල යුග්මයක් හෙවත් ව්‍යාවර්තයක් සේයි පවතින්නේ (ව්‍යාවර්ත ආදිය ගැන පොත් පෙළේ පළමු පොතෙහි අතිරේකයේ විස්තර කර ඇත). මෝටරයේ කැරකැවීම සිදුවන ක්‍රියාවලිය එයයි.

සටහන
මෝටරයක ඉහත විස්තර කළ පරිදි ඇති වන ව්‍යාවර්තය (torque) මෝටරයේ ප්‍රබලතාව ගැන කතා කිරීමේදී ප්‍රමුඛ සාධකයකි. ටෝක් එක වැඩි විට මෝටරයේ "සැර" වැඩි වේ (වේගය නොව). ඉතා පහසුවෙන් ඕනෑම මෝටරයක ව්‍යාවර්තය හෙවත් "ටෝක් එක" සෙවිය හැකියි.

ව්‍යාවර්තය = බලය x ලම්භ දුර (ඉලකේට්‍රොනික් I පොතෙහි විස්තර ඇත)

ව්‍යාවර්තය = F x d = (BIL) x d = BILd

මෙම ව්‍යාවර්තය වනුයේ එක් දණ්ඩක ව්‍යාවර්තයයි. දඬු දෙකෙහිම එබැවින් දෙගුණයකි.

මෝටර් දණ්ඩේ මුලු ව්‍යාවර්තය = 2BILd

2d x L යනු සම්පූර්ණ දණ්ඩේ වර්ගඵලය (A) ලෙසද ගත හැකියි. එනිසා
 
මෝටර් දණ්ඩේ මුලු ව්‍යාවර්තය = 2BILd = BIA

ඉහත ගණනය කළේ එක් වටයක්/දණ්ඩක් සඳහා වූ ව්‍යාවර්තයයි. වට N ගණනකින් යුත් කොයිලය් වශයෙනුයි මෝටර් තිබෙන්නේ. එවිට, ඉහත ගණනය කළ ව්‍යාවර්තය N වලින් ගුණ කිරීමෙන් මෝටරයේ අවසන් ව්‍යාවර්ත අගය ලැබේ.

දණ්ඩ කරකැවෙන විට, මෙම බල යුග්මයේ අගයද නිරන්තරයෙන්ම වෙනස් වෙනවා. ඊට හේතුව දණ්ඩ කරකැවෙන විට, චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකෙහි (B ක්ෂේත්‍රය හා දඬු දිගේ විදුලිය ගමන් කිරීම නිසා ඇති වන ක්ෂේත්‍රය) එකිනෙකට සාපේක්ෂ පිහිටීම වෙනස් වීමයි. මෙම ක්ෂෙත්‍ර දෙක වරක ලම්භකව පිහිටනවා. ඉන් පසු ව්‍යාවර්තය නිසා දණ්ඩ කරකැවෙන වන විට, ක්ෂේත්‍ර දෙක එම ලම්භක බවින් ටික ටික දුරස් වෙනවා. එවිට ක්‍රමයෙන් ව්‍යාවර්තය (බලය) අඩු වෙනවා. යම් අවස්ථාවකදී මෙම ක්ෂේත්‍ර දෙක සමාන්තර වෙනවා. එවිට ව්‍යාවර්තය/බලය ශූන්‍යයි. මේ ආකාරයට මෙය අඛණ්ඩව සිදු වෙනවා විදුලි බලය මෝටරයට සපයා තිබෙන තුරාවටම.

 

ඔබ බයිසිකල් රෝදයක් එක් වරක් කරකවා අත් හැරිය විට රෝදය නවතින්නේ නැතිව යම් වෙලාවක් දිගටම කැරකැවෙනවා නේද? එලෙසම ඉහත මෝටරයේ බලය ශූන්‍ය අවස්ථාවලදී පවා මෝටරය නවතින්නේ නැතිව ගමන් කරනවා. ඒ නිසයි මෝටරය දිගමට කරකැවෙන්නේ. මෝටර් ගැන ඉගෙනීමට බොහෝ කරුණු ඇතත්, මෙම අතිරේකයට මෙම ප්‍රමාණයෙන් දැන සිටීම ප්‍රමාණවත්.

ජෙනරේටර් ක්‍රියාව (generator action)

යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් (B) තුළ යම් සන්නායක දණ්ඩක් චලනය කළ විට (F), විදුලි ධාරාවක් (I) ඇති වීම ජෙනරේටරයක සිදු වේ. මෙය "ජෙනරේටර් ක්‍රියාව" ලෙස හැඳින්විය හැකියි. ඉහතකදී මෝටර් ක්‍රියාව විග්‍රහ කළ රූපයම ජෙනරේටර් ක්‍රියාව විග්‍රහ කිරීමටත් යොදා ගත හැකියි.

දණ්ඩ කරකවන විට, චුම්භක ක්ෂේත්‍රය තුළ සාපේක්ෂ චලිතයක් ඇති වන නිසා දණ්ඩ වටා චුම්භක වලලු (හෙවත් විදුලි ධාරාවක්) ප්‍රේරණය වේ. මෙසේ නිපදවෙන ධාරාවේ දිශාව සෙවීමට ෆ්ලෙමිංගේ දකුණත් නියමය යෙදිය හැකියි. මෝටර් ක්‍රියාව සඳහා වමත් නියමයත් ජෙනරේටර් ක්‍රියාව සඳහා දකුණත් නියමයත් යෙදිය යුතු බව පහසුවෙන් මතක තබා ගැනීමට "Genie is always Right” යනුවෙන් ඉංග්‍රිසි හාස්‍යජනක කියමනක් තිබේ. මෙහි හාස්‍යජනක පැත්ත වනුයේ ජෙනී කියන ගැහැණිය ඉතිං හැමදාමත් හරිනෙ (මොන බොරුව කිව්වත් ගැහැණු හැමවිටම තමන් හරි කියා සිතන බවයි). මේ ප්‍රකාශය අපට වැදගත් වන්නේ ජෙනී (ජෙනරේටරය) හැමවිටම දකුණු (right) යන්න මතක් කර දෙන නිසයි.

මෝටරයේදී දණ්ඩ කරකැවෙන විට බලය ක්‍රමයෙන් වෙනස් වූවා සේම, දණ්ඩ කරකැවෙන විට ජෙනරේටරයේ නිපදවෙන විදුලියද අඛණ්ඩව වෙනස් වේ. (ඒසී) ජෙනරේටරයකින් නිපදවෙන විදුලිය පහත රූපයේ ආකාරයට වේ. මෙම විදුලිය සයිනාකාර තරංග හැඩයෙන් යුක්තයි නේද? ජෙනරේටරයකින් ස්වාභාවිකව ලැබෙන විදුලියේ හැඩය සයිනාකාර හැඩයයි. එය ඇත්තටම ඔබේ හෝ ඉංජිනියර් කෙනෙකුගේ තෝරා ගැනීමක් නොව, ස්වභාව ධර්මයාගේ තෝරා ගැනීමකි. මෙවැනි සයිනාකාර "පිරිසිදු" තරංග ආකාරයේ විදුලියක් උපදවන ජෙනරේටර් ප්‍රත්‍යාවර්තකය හෙවත් ඕලටර්නේටර් (alternator) යන නමින්ද හැඳින් වෙනවා. (ඩීසී විදුලියක් නිපදවන ඩීසී ජෙනරේටර්ද පවතින අතර ඒවැනි ඩීසී ජෙනරේටර් ඩයිනමෝ (dynamo) යනුවෙන් හැඳින්විය හැකියි. ඩීසී මෝටර් හා ඒසී මෝටර් ලෙස මෝටර්ද දෙවර්ගයක් පවතිනවා.)

 

විශාල විදුලි බලාගාරයකදී භාවිතා වෙන යෝධ ජෙනරේටර් හෝ නිවස්වල භාවිතා කෙරෙන කුඩා ජෙනරේටර් හෝ විසින් යම් වොට් ගණනකින් යුතු විදුලි ශක්තියක් නිපදවනවා. මෙගාවොට් සිය ගණනක විදුලියක් නිපදවන යෝධ ජෙනරේටර්වල සිට කිලෝවොට් කිහිපයක විදුලියක් නිපදවන කුඩා ජෙනරේටර්ද පවතිනවා. ජෙනරේටරයක් කරකැවෙන විට ඉන් විදුලියක් හට ගන්නවා. එම විදුලිය යම් යම් උපාංගවලට (ලෝඩ් එක) ලබා දී වැය කළේ නැතිනම්, ජෙනරේටරයෙන් නිපදවෙන විදුලියට කුමක් වේද? මඳක් සිතා බලන්න. උදාහරණයක් ලෙස, කිලෝවොට් 10ක ජෙනරේටරයක් ගමු. එම ජෙනරේටරය ක්‍රියාත්මක කරන විට, ඉන් උපරිමව කිලෝවොට් 10ක විදුලියක් ලබා දිය හැකියි. එහෙත් මෙම විදුලිය කිසිම උපකරණයකට සපයන්නේ නැතිනම් එම විදුලියට කුමක් වේද? අනිවාර්යෙන්ම කොහේ තැනක එම "භාවිතයට ගත හැකිව තිබූ නමුත් භාවිතයට නොගත් ශක්තිය" අපතේ යා යුතුයි නේද? ඔව්. එහෙත් බොහෝ අය සිතන ආකාරයක අපතේ යෑමක් මෙහි සිදු නොවේ. ඒ ගැන මඳක් විමසා බලමු.

ජෙනරේටරයකින් විදුලිය ලබා ගෙන එය ලෝඩ් එකකට ලබා දී නැතිනම්, ඇත්තටම ජෙනරේටරයෙන් විදුලි ශක්තියක් නිපදවා නැතැයි (සෛද්ධාන්තිකව) සැලකිය යුතුය. ජෙනරේටරය කැරකුනත් ඉන් කිසිදු විදුලියක් පිට කර නැත; එනම් කිසිදු විදුලියක් නිපදවා නැත. එහෙත් ප්‍රායෝගිකව ගත් කළ කිසිදු ලෝඩ් එකක් නැති අවස්ථාවක වුවත්, ජෙනිය විසින් ඉතා කුඩා (විදුලි) ශක්තියක් නිපදවනවා. ඊට හේතුව ජෙනිය කරකැවෙන විට ජෙනිය තුළ යම් තාපයක් නිපදවෙනවා. මෙන්න මෙම කුඩා තාප ශක්ති ප්‍රමාණයට සමාන විදුලි ශක්තියක් දළ වශයෙන් ජෙනිය විසින් නිපදවූවා සේ සැලකීමට සිදු වෙනවා (කිසිම උපකරණයක් 100% කාර්යක්ෂම නොවන බව ඔබ දන්නවනෙ).

ඉහත කුඩා අපතේ යෑම අමතක කළොත්, ඒ කියන්නේ ජෙනිය තුළ කිසිදු ශක්තියක් අපතේ නොයන බවයි. ඒ කියන්නේ ජෙනිය කරකැවුනත්, ඉන් නිපදවා ලෝඩ් එකකට ලබා දීමට හැකිව තිබූ විදුලි ශක්තිය ජෙනිය තුළ නම් අපතේ නොගිය බවයි. ලෝඩ් එකකට ලබා දුන්නෙත් නැතිනම්, ජෙනිය තුල වැය වූයෙත් නැතිනම් මෙම විදුලි ශක්තියට කුමක්ද වූයේ? ඇත්තටම කුමක්වත් වූයේ නැත. සරල හා එකම උත්තරය කිසිදු විදුලියක් ජෙනිය විසින් නිපදවා නැත යන්නයි. නිපදවා නැති නිසා අපතේ යෑමක් හෝ වැය වීමක්ද නැත. මෙය එකවර සමහරෙකු පිළිගැනීමට මැලි වීමට හැකි වුවත් සත්‍ය එයයි. ඉන් කියන්නේ ජෙනියකින් විදුලියක් නිපදවන්නේ ඊට ලෝඩ් එකක් සම්බන්ධ කර තිබෙනවා නම් පමණයි.

එහෙත් තවමත් ප්‍රශ්නයක් තිබේ. ජෙනිය විදුලිය නිපදවූයේ නැතිනම් (ලෝඩ් එක නැති විට), ජෙනිය ඉන්ධන (හෝ වෙනත් ශක්ති ප්‍රභවයක්) වැය කළේ කුමක් සඳහාද? එසේ වැය කළ ශක්තියට කුමක්ද වූයේ? එකක් නම් පැහැදිලියිනෙ - එනම්, ලෝඩ් එකක් තිබුණත් නැතත් ජෙනියට ඉන්පුට් කළ ශක්තිය අඩු වැඩි වූයේ නැත. ඒ කියන්නේ මෙම ඉන්පුට් කරපු ශක්තිය අපතේ ගොස් ඇත. ඔව්. එය අපතේ යනවා ලෝඩ් එකක් නැති විට. මෙම අපතේ යෑම සම්පූර්ණයෙන්ම තාප ශක්තිය වශයෙන් අවසානයේ අපතේ යනවා. මෙම කරුණ විදුලිය නිපදවන අයට බරපතල ප්‍රශ්නයක්. රුපියල් කෝටි ප්‍රකෝටි ගණනක ඉන්ධන දවා නිපදවන විදුලිය කුමන හෝ හේතුවක් නිසා භාවිතා නොකළොත් අර ඉන්ධන නිකරුණේ නාස්ති වී යනවා. එනිසා විදුලිබලාගාරවල ඉංජිනේරුවන් විසින් නිරන්තරයෙන්ම විදුලි පරිභෝජන රටාවන් පිළිබඳ දත්ත රැස් කරමින් බලාගාර පවත්වාගෙන යනවා. එය සංකීර්ණ ක්‍රියාවලියක්. ඉන්ධන හා මුදල් නාස්ති වෙනවා පමණක් නොව, ලෝඩ් එක අඩුවෙන විට එය විදුලිබලාගාර උපාංගවලටද හානිකර වෙනවා. එය වැලැක්වීමට සමහරවිට යම් අගයකට වඩා ලෝඩ් එක අඩු වූවොත් ඉබේම විදුලි සැපයුම (ලංකාවේ මේ ලියන මොහොත වන විටත්) කපා හරිනවා. මේ අවුරුද්දේ එවැනි අවස්ථාවක් මතු වී මුලු රටේම විදුලි බලය ඉබේම කපා හැරුණා. එහෙත් දියුණු ක්‍රම භාවිතා කර එවැනි අවස්ථා කළමණාකරණය කළ හැකියි.

ජෙනියක් සම්බන්ධයෙන් තවත් රසවත් කරුණක් ඇත. යම් ජෙනියක් (හෝ තරමක ලොකු මෝටරයක් හෝ) ගෙන එය ලෝඩ් එකකට සම්බන්ධ නොකර එහි දණ්ඩ කරකවා බැලිය හැකි නම්, ඉතා පහසුවෙන් එය කරකැවෙනවා. එහෙත් ඊට ලෝඩ් එකක් (එනම් විදුලිය වැය කරන උපකරණයක් ෆෑන්, අයන් වැනි) සවි කර නැවත දණ්ඩ කරකවා බැලුවොත් එය කරකැවීමට විශාල අපහසුවක් දැනේවි. ලෝඩ් එක විශාල වන තරමට මෙය කරකැවීමට අපහසුව වැඩි වෙනවා. මින් අදහස් කරන්නේ ජෙනිය නිපදවන්නේ ඊට සම්බන්ධ කර ඇති ලෝඩ් එකට ගැලපෙන/අවශ්‍ය ප්‍රමාණයේ විදුලියක් පමණි. එය සිදු වන්නෙත් යම් උපරිම අගයක් දක්වා පමණි (ජෙනියේ උපරිම වොට් ගණන). බලන් ගියහම ජෙනිය වැඩ කරන්නෙත් ඔබ සාමාන්‍යයෙන් වැඩ කරන ආකාරයටම තමයි. උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ වැඩක් කරන වේගය ගැන සිතා බලන්න. යම් හදිසි වැඩකට යෑමට ඇත් නම්, කරන වැඩේ ඉක්මනින් කරනවා නේද? හදිසිය වැඩි වන තරමට, ඔබ දැන් වැඩ කරමින් සිටින වේගයත් ඒ ප්‍රමාණෙන්ම ඉක්මන් කරනවා. එහෙත් ඔබට එම වැඩේ ඉක්මනින් කළ හැකි උපරිම වේගයක්ද තිබෙනවා.

පොදුවේ ජෙනරේටර් ක්‍රියාවලියෙන් විදුලිය නිපදවන ආකාරය ගැන යම් අවබෝධයක් ලබා ගත් පසු, දැන් බලමු වැදගත් ප්‍රායෝගික කරුණු කිහිපයක් ගැන. හැම රටකම තම රටට අවශ්‍ය විදුලිබලය නිපදවීමට විවිධාකාරයේ බලාගාර ගණනාවක් සාදනවා.

මේවායෙන් තෙල්, ගල්අඟුරු, ගෑස්, න්‍යෂ්ඨික බලය උපයෝගී කරගෙන ලබා ගන්නා විදුලිය පරිසරය බෙහෙවින් දූෂනය කරනවා. ඒ විතරක් නොවේ එම බලශක්ති ප්‍රභව සීඝ්‍රයෙන් හීන වේගෙන යනවා. තෙල් වැනි සම්පත් ඇතිවීමට අවුරුදු ලක්ෂ ගණනක් ගත වන නිසා, මෙවැනි බලශක්ති ප්‍රභව පුනර්ජනනීය නොවන බලශක්ති (non-renewable energy) ලෙස හැඳින්වෙනවා. එහෙත් සුළං, මුහුදු රළ, ජල, සූර්ය ශක්ති වැනි බලශක්ති ප්‍රභව ඊට සම්පූර්ණයෙන්ම වෙනස්. මේවායෙන් පරිසර දූෂනයක් ඇති නොවේ. කාලයත් සමග මෙම ශක්ති ප්‍රභව අඩු වෙන්නේද නැත. දිගු කාලීනව වියදමද අඩුය (එහෙත් ආරම්භක ප්‍රාග්ධන වියදම තරමක් වැඩිය). මෙවැනි ශක්තින් පුනර්ජනනීය බලශක්ති (renewable energy) ලෙස හැඳින් වෙනවා. මේවා පරිසර හිතකාමී නිසාම green energy හෝ clean energyලෙසද හැඳින්විය හැකියි.

කෙසේ හෝ වේවා නිපදවන විදුලිය නිවෙස් හා කර්මාන්තශාලා දක්වා බෙදා හැරිය යුතුයි බලාගාරවල සිට. විදුලි බෙදා හැරීමේ පද්ධතියක් (electricity distribution network/system) මේ සඳහා තිබේ. පොලොව යටින් හා විශාල/කුඩා විදුලි කුළුනු මතින් දිව යන වයර් හා විශාල/කුඩා ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් ආදිය මෙම පද්ධතියේ ප්‍රධාන අංග වේ. මෙම පද්ධතියට national grid හෝ electricity grid යන නම යොදනවා. සාමාන්‍යයෙන් බලාගාර සියල්ල මෙම ග්‍රිඩයට සම්බන්ධයි. සෑම තත්පරයකදීම රට තුළ පවතින විදුලි ඉල්ලුම/ලෝඩ් එක විචලනය වන නිසා, නිරන්තරයෙන්ම මෙම ග්‍රිඩය එම ඉල්ලුමට සරිලන සේ පාලනය කළ යුතුයි.

විදුලිය හෝ වෙනත් ඕනෑම ශක්ති ප්‍රභවයක් නිකරුණේ අපතේ නොයවා ඉන් උපරිම ප්‍රයෝජන ගැනීම අප කාගේත් වගකීමක් හා යුතුකමක් වේ. ඉන් පරිසරය විනාශ වීම අඩු වන අතර, මූල්‍යමය වශයෙන් ඉතිරියක්ද ඔබට ඇති වේ.


ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...