नैनो पदार्थ
एक नैनोमीटर मीटर का एक अरबवाँ भाग है (10⁻⁹ m)। नैनो पदार्थ का कम से कम एक आकार लगभग 1 से 100 nm के बीच होता है। एक बाल लगभग 80 000 nm चौड़ा होता है।
छोटे टुकड़े अलग व्यवहार क्यों करते हैं? भुजा L वाले घन में सतह और आयतन का अनुपात 6 ÷ L होता है। घन को n × n × n छोटे घनों में काटो तो कुल आयतन वही रहता है पर कुल सतह n गुना हो जाती है। नैनो आकार में बहुत-से परमाणु सतह पर होते हैं, इसलिए पदार्थ तेज़ी से अभिक्रिया करता है, कम तापमान पर पिघल सकता है या रंग बदल सकता है। सोने के नैनो कण पीले नहीं, लाल दिख सकते हैं।
उपयोग: दवा पहुँचाना, मज़बूत हल्के संयुक्त पदार्थ, फ़िल्टर, सौर सेल, सनस्क्रीन। सुरक्षा की जाँच अब भी ज़रूरी है क्योंकि छोटे कण शरीर में आसानी से जा सकते हैं। और जानें नैनो कण में।
अतिचालक
साधारण धातु के तार में चलते इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से टकराते रहते हैं। यह प्रतिरोध कुछ विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा बना देता है (P = I²R)। अतिचालक में क्रांतिक ताप Tc से नीचे प्रतिरोध ठीक शून्य हो जाता है। अतिचालक के बंद छल्ले में एक बार शुरू की गई धारा बिना बैटरी के सालों घूम सकती है।
दूसरा लक्षण मेस्नर प्रभाव है: अतिचालक अपने अंदर से चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को बाहर धकेल देता है। इससे चुंबक उसके ऊपर तैरने लगता है।
पुराने अतिचालकों को द्रव हीलियम (लगभग 4 K) चाहिए। नए अतिचालक द्रव नाइट्रोजन (77 K) में चलते हैं, जो सस्ती है। उपयोग: MRI स्कैनर, कण त्वरक और मैग्लेव रेल के लिए शक्तिशाली चुंबक, और बिना क्षति वाली बिजली केबल। आज की मुख्य दिक़्क़त ठंडा रखने की है।
क्रियाशील पदार्थ
क्रियाशील पदार्थ अपने आसपास के बदलाव के जवाब में कोई उपयोगी काम करता है। उदाहरण:
- आकार-स्मृति मिश्र धातु (नाइटिनॉल): ठंडी में मोड़ो, गरम करने पर अपने याद किए आकार में लौटती है। चश्मे के फ्रेम और छोटे मेडिकल स्टेंट में काम आती है।
- दाब-विद्युत क्रिस्टल: दबाने पर वोल्टेज बनाता है (लाइटर, माइक) और वोल्टेज देने पर हिलता है (बज़र)।
- तापरंजक पदार्थ: तापमान के साथ रंग बदलता है (बैटरी टेस्टर, गरम बताने वाला मग)।
- अर्धचालक: थोड़ी बिजली चलाते हैं; मात्रा नियंत्रित की जा सकती है (चिप, LED, सौर सेल)।
और उदाहरण स्मार्ट और आधुनिक पदार्थ में हैं।
करके देखें
चीनी की दौड़: गुनगुने पानी के दो कपों में एक में चीनी का डला और दूसरे में उतनी ही पिसी चीनी डालो। पिसी चीनी पहले घुलेगी क्योंकि उसकी सतह ज़्यादा है। यही नैनो टुकड़ों वाली बात है।
गर्मी का असर: गरम चम्मच किसी तापरंजक स्टिकर का रंग बदल देता है। इससे दिखता है कि ताप पदार्थ को कैसे बदलता है।
3D में: अतिचालक चुनो और तापमान का स्लाइडर उस गिराव के आर-पार चलाओ। चुंबक को ऊपर-नीचे होते देखो।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- 1 nm = 10⁻⁹ m
- घन का सतह-आयतन अनुपात = 6 ÷ L
- घन को n × n × n टुकड़ों में काटने पर कुल सतह n गुना
- तार में शक्ति क्षति: P = I²R (R = 0 हो तो शून्य)
- अतिचालक: T_c से नीचे R = 0 और चुंबकीय क्षेत्र बाहर
हल किए गए उदाहरण
1. 1 cm भुजा के घन को 1 mm के घनों में काटा गया। कितने घन बने? कुल सतह कितने गुना हुई?
हर भुजा 10 भागों में कटी, इसलिए 10 × 10 × 10 = 1 000 घन। सतह n = 10 गुना बढ़ी।
2. एक तार का प्रतिरोध 0.5 Ω है और उसमें 4 A धारा है। ऊष्मा के रूप में कितनी शक्ति खोती है? अतिचालक बन जाए तो?
P = I²R = 16 × 0.5 = 8 W। अतिचालक में R = 0, इसलिए P = 0।
3. 1 µm के आर-पार एक पंक्ति में 50 nm के कितने कण समाएँगे?
1 µm = 1 000 nm। 1 000 ÷ 50 = 20 कण।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि नैनो कण कोई अलग पदार्थ हैं। वह वही पदार्थ है, बस सतह का हिस्सा बहुत बड़ा है।
- अतिचालक का प्रतिरोध "बहुत कम" कहना। T_c से नीचे वह ठीक शून्य है।
- अतिचालक को कमरे के तापमान पर चलने वाला मानना। आम अतिचालकों को ज़ोरदार ठंडक चाहिए।
- तैरते चुंबक को हवा के सहारे बताना। उसे अतिचालक द्वारा बाहर धकेला गया चुंबकीय क्षेत्र थामे रहता है।