हवा से आग! ‘एडियाबेटिक कम्प्रेशन’ की ताकत महसूस करें—फ़ायर पिस्टन प्रयोग

मैं विज्ञान प्रशिक्षक (Science Trainer) कुवाको केन हूँ। हर दिन एक प्रयोग है।

अगर मैं आपसे कहूं कि माचिस या लाइटर का इस्तेमाल किए बिना, सिर्फ हवा की ताकत से पल भर में ‘आग’ जलाई जा सकती है, तो क्या आप यकीन करेंगे? यह किसी जादू से कम नहीं लगता, लेकिन यह एक ठोस वैज्ञानिक प्रयोग है। आज, हम आपको हवा के गुणों का उपयोग करके बनाए गए एक अद्भुत उपकरण – ‘संपीड़न प्रज्वलक (Compression Igniter)’ से मिलवाएंगे।

सुनने से बेहतर है देखना। तो आइए, पहले इस वीडियो में देखिए कि यह प्रयोग असल में कैसा होता है।

कैसा लगा? ‘बॉप्प!’ की आवाज़ के साथ, एक ही पल में आग की लपटें तेज़ी से ऊपर उठीं, है ना? इस घटना के पीछे आखिर क्या राज़ छुपा है? आइए, प्रयोग की प्रक्रिया को समझते हुए इस रहस्य को खोलते हैं।

एक पल का कमाल! प्रयोग की प्रक्रिया

इस उपकरण का मेकैनिज्म बहुत आसान है। इसमें बस एक पारदर्शी ट्यूब (सिलेंडर) होती है, जिसके अंदर धकेलने के लिए एक पिस्टन लगा होता है। सबसे पहले, हम बंद कांच की ट्यूब के निचले हिस्से में, जलने लायक (आसानी से आग पकड़ने वाले) टिशू पेपर के छोटे-छोटे टुकड़े डालते हैं।

इसके बाद का चरण थोड़ा जोखिम भरा है, इसलिए बहुत सावधानी से काम लें। कहीं अचानक दबाव से कांच टूटकर बिखर न जाए, इसलिए हम ट्यूब के चारों ओर एक पारदर्शी सुरक्षा कवच (Safety Cover) लगाते हैं।

ऊपर से ढक्कन (पिस्टन) को मज़बूती से सेट करते ही हमारी तैयारी पूरी हो जाती है।

अब असली खेल शुरू होता है। इसका सीक्रेट है कि पिस्टन को ‘बिना सोचे, एक बार में, पूरी ताक़त और तेज़ी से’ नीचे धकेलना है। अगर आप हिचकिचाएंगे और धीरे-धीरे दबाएंगे, तो आग नहीं लगेगी। मन को तैयार किया… और ज़ोर से… धड़ाम!!

और देखिए, कमाल! क्या हुआ?

आग लग गई!!

ट्यूब के अंदर पल भर के लिए एक लाल चमक आई और उसमें धुआँ भर गया। मैं इसे जितनी बार भी करता हूँ, मैं खुद हैरान हो जाता हूँ! एक विज्ञान शिक्षक होने के नाते भले ही मुझे परिणाम पता हो, लेकिन अपनी आँखों के सामने इस तरह आग पैदा होते देखना एक अद्भुत अनुभव है। आपको बता दें, इस उपकरण को रोज़मर्रा के सामान से भी बनाया जा सकता है। यह घर पर बने संपीड़न प्रज्वलक (Compression Igniter) का वीडियो है।

आग कैसे लगी? विज्ञान का रहस्य

आग लगाने का कोई औजार इस्तेमाल नहीं हुआ, फिर भी टिशू पेपर में आग कैसे लगी? इसका कारण है ‘हवा का संपीड़न (Air Compression)’। इस प्रयोग में, गैस को इतनी तेज़ी से दबाया गया कि बाहर से न तो गर्मी अंदर आई और न ही बाहर गई (यानी कोई ऊष्मा विनिमय नहीं हुआ)। भौतिकी (Physics) की भाषा में इसे ‘रुद्धोष्म संपीड़न (Adiabatic Compression)’ कहते हैं।

कल्पना कीजिए: अगर एक भरी हुई ट्रेन में अचानक बाहर से और लोगों को ज़बरदस्ती ठूंस दिया जाए, तो अंदर धक्का-मुक्की होगी और माहौल गर्म हो जाएगा, है ना? ठीक उसी तरह, जब हवा को ज़बरदस्ती एक छोटी सी जगह में धकेला जाता है, तो हवा के अणु (Molecules) आपस में तेज़ी से टकराते हैं, और उनकी यह ऊर्जा ‘गर्मी’ (Heat) में बदल जाती है। इस समय, ट्यूब के अंदर का तापमान टिशू के जलने वाले बिंदु (Ignition Point) से भी कहीं ज़्यादा हो जाता है।

हाई स्कूल फ़िज़िक्स से समझें (ऊष्मागतिकी का पहला नियम)

इस घटना को, जो हाई स्कूल में पढ़ाया जाता है, ‘ऊष्मागतिकी के पहले नियम’ (First Law of Thermodynamics) के फ़ॉर्मूले से और भी साफ़-साफ़ समझा जा सकता है।

Q　＝　ΔU　+　W

ऊष्मा की मात्रा (Heat)　＝　आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन (Change in Internal Energy)　＋　गैस द्वारा किया गया कार्य (Work Done by Gas)

इस मामले में, संपीड़न (Compression) इतनी तेज़ी से होता है कि गर्मी का कोई आदान-प्रदान नहीं होता (रुद्धोष्म)। इसलिए, Q = 0 है। आइए, इस फ़ॉर्मूले को बदलते हैं।

०　＝　ΔU　＋　W

−W　＝　ΔU

यहाँ ‘−W’ का मतलब है कि “गैस पर कार्य किया गया” (यानी इंसान ने पिस्टन को नीचे धकेला)। इसका मतलब यह है कि “इंसान द्वारा ज़ोर से पिस्टन को धकेलने वाली ऊर्जा (कार्य) सीधे गैस की आंतरिक ऊर्जा (तापमान) को बढ़ाने में इस्तेमाल हुई।” यही इसका वैज्ञानिक आधार है।

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