सिरिंज से हवा को दबाएँ! आँखों से दिखने वाला बॉयल के नियम का प्रयोग
मैं हूँ आपका साइंस ट्रेनर, कें कुवाको। हर दिन एक नया प्रयोग!
“हवा” हमें दिखती नहीं, लेकिन सच कहूँ तो, यह हमें हमेशा ज़ोरदार ढंग से धकेलती रहती है। अगर इस हवा को एक जगह कसकर बंद करके, और ज़्यादा दबाया जाए, तो क्या होगा? क्या आपने कभी सोचा है? आज मैं आपको हवा के इसी ‘बल (दबाव/प्रेशर)’ और ‘आकार (आयतन/वॉल्यूम)’ के मज़ेदार रिश्ते को समझाने वाले “बॉयल के नियम (Boyle’s Law)” का प्रयोग दिखाने जा रहा हूँ। हो सकता है, पहाड़ पर चिप्स के पैकेट के फूल जाने वाले रहस्य का जवाब यहीं मिल जाए!
प्रयोग में इस्तेमाल किए गए उपकरण
इस बार मैंने NaRika कंपनी का एक्सपेरिमेंट सेट इस्तेमाल किया है। इस सेट में एक बड़ी सिरिंज (इंजेक्शन), एक प्रेशर गेज (दबाव नापने वाला मीटर) और इन्हें जोड़ने के लिए रबर ट्यूब शामिल थे। उपकरण भले ही सादा हैं, लेकिन इनसे हम हवा के गहरे राज़ जान सकते हैं।
प्रयोग शुरू! हवा को ज़ोर से दबाते हैं
सबसे पहले हमने उपकरणों को सेट किया। सिरिंज में रबर ट्यूब लगाई और उसे प्रेशर गेज से जोड़ा। इस बार, हवा के आयतन को आसानी से पढ़ने के लिए, हमने सिरिंज में 50 मिलीलीटर (ml) के निशान से शुरुआत की।
मैन्युअल में भी 50 मिलीलीटर से शुरू करने को कहा गया था, तो हमारी शर्तें एकदम ठीक थीं।
शुरुआत में प्रेशर गेज का मीटर लगभग 100 kPa (किलोपास्कल) पर था। यह वही मान है, जो उस जगह के वायुमंडलीय दबाव (Atmospheric Pressure – हवा के वज़न के कारण पड़ने वाला दबाव) के लगभग बराबर है, जहाँ हम रहते हैं।
अब हमने सिरिंज के पिस्टन को ज़ोर से दबाना शुरू किया। जैसे-जैसे बंद हवा का आयतन कम होता गया… ठीक वैसा ही हुआ जैसा हमने सोचा था! प्रेशर गेज का मीटर तेज़ी से ऊपर चढ़ने लगा!
परिणाम घोषित! दबाव और आयतन का खूबसूरत रिश्ता
जब दबाव 100 kPa (शुरुआत में) था, फिर 110 kPa हुआ, 120 kPa हुआ… हमने दबाने वाले बल को नियंत्रित करते हुए, हर बार हवा का आयतन सिरिंज के निशान से मापा। इन आंकड़ों को मैंने नीचे इकट्ठा किया है।
हो सकता है कि इन अंकों को देखकर आपको बात ज़्यादा समझ न आए, लेकिन जब हम इन्हें एक ग्राफ़ (जिसे P-V ग्राफ़ कहते हैं) पर बनाते हैं, तो एक कमाल का खूबसूरत रिश्ता सामने आता है।
देख रहे हैं! यह वक्र (curve), बिलकुल वैसा ही है जैसा हमने गणित में “व्युत्क्रमानुपात (Inverse Proportion)” के ग्राफ़ में सीखा था। इसका मतलब है, इस हवा के अंदर एक रिश्ता छिपा था: “अगर आप आयतन को आधा करेंगे, तो दबाव दो गुना हो जाएगा।”
व्युत्क्रमानुपात क्यों? (Inverse Proportion)
पर ऐसा क्यों होता है? हवा हमें दिखती नहीं, लेकिन यह बहुत सारे “छोटे-छोटे हवा के कणों (अणुओं/Molecules)” से बनी है, जो हर तरफ भाग रहे हैं। जब ये कण सिरिंज की दीवारों से टकराते हैं, तो दबाव (प्रेशर) पैदा होता है।
अगर हम सिरिंज को दबाकर आयतन (कमरे) को छोटा कर दें, तो क्या होगा? कणों के घूमने की जगह कम हो जाएगी, इसलिए वे दीवारों से ज़्यादा बार टकराएँगे। इसी को “दबाव का बढ़ना” कहते हैं। अगर आप आयतन को आधा कर देते हैं, तो टकराने की संख्या सीधे-सीधे दोगुनी हो जाती है। यही कारण है कि दबाव और आयतन के बीच एक साफ और सुंदर व्युत्क्रमानुपाती रिश्ता होता है। और दोस्तों, यही है असली “बॉयल का नियम।”
क्लास में चुनौती
मैंने यह एक्सपेरिमेंट सेट बस एक ही खरीदा था, लेकिन तुरंत इसे अपनी क्लास के छात्रों को भी अनुभव करने का मौका दिया। एक छात्र ने पिस्टन को दबाया और खींचा, जबकि बाकी सबने मिलकर निशानों को पढ़ा, रिकॉर्ड बनाया और फिर ग्राफ़ पेपर पर बिंदु बनाए।
किताबों में यह सीखने के बजाय कि “यह व्युत्क्रमानुपाती होता है,” छात्रों ने “अपनी आँखों से देखकर, हाथों से महसूस करके, और ग्राफ़ बनाकर” हवा के इस गुण को सच में समझा। इस नियम को इतनी आसानी से साबित किया जा सकता है, इसलिए मैं सोच रहा हूँ कि हर ग्रुप के लिए एक सेट होना चाहिए।
संपर्क और अनुरोध (Contact & Requests)
विज्ञान के अजूबों और मज़ाक को और भी करीब लाएँ! घर पर किए जा सकने वाले मजेदार वैज्ञानिक प्रयोगों और उनकी तरकीबों को आसान भाषा में बताया गया है। ज़्यादा जानकारी के लिए सर्च करें!
・’साइंस का ज्ञान’ वाली यह ब्लॉग की बातें अब किताब बन गई हैं। ज़्यादा जानकारी के लिए यहाँ क्लिक करें।
・लेखक, कें कुवाको के बारे में जानने के लिए यहाँ क्लिक करें।
・विभिन्न अनुरोधों (लेखन, भाषण, एक्सपेरिमेंट क्लास, टीवी में मार्गदर्शन/उपस्थिति आदि) के लिए यहाँ क्लिक करें।
・लेखों के अपडेट X पर उपलब्ध हैं!
साइंस का ज्ञान चैनल पर प्रयोगों के वीडियो जारी हैं!
