अनुस्पंदन : ही संज्ञा प्रथमतः ध्वनीच्या कंपनांबाबत वापरण्यात येत असे. आता ध्वनीशिवाय यामिकी (प्रेरणांची पदार्थांवर होणारी क्रिया व त्यांच्यामुळे निर्माण होणारी गती यांचा अभ्यास करणारे शास्त्र), प्रत्यावर्ती (उलटसुलट दिशेने वाहणारा) विद्युत्‌ प्रवाह मंडले, रेडिओ मंडले, रेणवीय संरचना, अणुकेंद्रीय चुंबकत्व इ. विविध क्षेत्रांतील तत्सदृश्य आविष्कारांनाही ही संज्ञा लावण्यात येते. प्रत्येक पदार्थाला काही ठराविक नैसर्गिक कंप्रता (दर सेकंदाला होणाऱ्या कंपनांची संख्या) असते. एखाद्या कंप पावत नसलेल्या पदार्थाच्या सान्निध असलेल्या दुसऱ्या एखाद्या पदार्थाने उत्सर्जित केलेल्या कंपनांची कंप्रता पहिल्या पदार्थाच्या नैसर्गिक कंप्रतेइतकी असेल, तर पहिला पदार्थ कंप पावतो व दोन्ही पदार्थांच्या कंपनांचा परिपोष होऊन निष्पन्न कंपने खूपच जोरदार होतात. यालाच ‘अनुस्पंदन’ म्हणतात. नैसर्गिक कंप्रतेप्रमाणेच तिच्या संनादी (पूर्णांक पटीत असणाऱ्या) कंप्रतेबरोबरही अनुस्पंदन होऊ शकते, म्हणजेच ते काही विशिष्ट निवडक कंप्रतांनाच होऊ शकते. सतार किंवा सारंगीतील मुख्य तारांवर एखाद्या कंप्रतेचा स्वर छेडल्यास तरफांच्या तारांमधील त्याच (किंवा संनादी) कंप्रतेची तार कंप पावून अनुस्पंदन होते [→ ध्वनि ध्वनिकी].

प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह मंडलातील अनुस्पंदन : संदेशवहन अभियांत्रिकीमध्ये विद्युत् मंडलातील अनुस्पंदला फार महत्त्व आहे. यांत्रिक अनुस्पंदनात जे कार्य घर्षणाचे आहे, तेच विद्युत् मंडलात् विद्युत् रोधाकडून होते. त्याचप्रमाणे यांत्रिक अनुस्पंदनातील बाह्य प्रेरणेचे कार्य येथे विद्युत्‌‌ चालक प्रेरणेकडून (विद्युत् मंडलात प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत असणारी प्रेरणा) होत असते.

आ. १ मध्ये दाखविलेल्या विद्युत्‌ मंडलात (१) हा प्रवर्तक (मंडलात वाहत असणाऱ्या विद्युत्‌ प्रवाहाच्या बदलास विरोध किंवा विलंब करणारा संवाहक) व (२) हे धरित्र विद्युत् भार साठविणारे साधन, → विद्युत् धारित्र) आहे व त्यांचे प्रवर्तक व धारणा अनुक्रमे प्र व  आहेत. आणिया धारित्राच्या दोन तबकड्या आहेत.आ.१ प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह मंडलातील अनुस्पंदन

प्रथम  चे वर्चस् (विद्युत् स्थिती) पेक्षा जास्त आहे, असे समजा, त्यामुळे  कडून  कडे जाणारा विद्युत् प्रवाह (१) मधून वाहू लागेल. परंतु प्रवर्तकामुळे या प्रवाहाची महत्ता (परिणाम) एकदम कमाल होणार नाही, तर ती हळूहळू वाढत जाईल. काही वेळाने  व  चे वर्चस् समान होईल, तरीही प्रवर्तकाच्या क्रियेमुळे विद्युत् प्रवाह त्याच दिशेने वाहत राहून आणखी काही वेळानंतर तो शून्य होईल. पण यामुळे  चे वर्चस्‌  पेक्षा जास्त होईल व म्हणून क्षणमात्र शून्य असलेला विद्युत् प्रवाह आता उलट दिशेने, म्हणजे कडून  कडे वाहू लागेल. याच प्रकारची पुनरावृत्ती होऊन विद्युत् प्रवाह एकदा  कडून  कडे व मग  कडून  कडे असा उलटसुलट दिशेने वाहत राहील, म्हणजेच मंडलात विद्युत् भाराची आंदोलने निर्माण होतील. या आंदोलनांची एक विशिष्ट कंप्रता असते तिला मंडलाची नैसर्गिक कंप्रता असे म्हणतात. तिची महत्ता मंडलातील प्रवर्तकत्व आणि धारणा यांच्या महत्तेवर अवलंबून असते. विद्युत् भाराच्या आंदोलनांमुळे मंडलाच्या तारेत उष्णता उत्पन्न होते. त्याचबरोबर मंडलाभोवतीच्या अवकाशात विद्युत् चुंबकीय तरंगही निर्माण होऊ शकतात. या दोन क्रियांनी आंदोलनाच्या ऊर्जेचा क्षय होतो व तो क्षय पूर्ण होईपर्यंत आंदोलने चालू राहतात.

(१) जवळ (३) हे दुसरे वेटोळे ठेवून त्यामध्ये प्रत्यावर्ती विद्युत्‌ प्रवाह (प्र.वि.प्र) चालू केल्यास प्रवर्तनामुळे (१) मध्येही त्याच कंप्रतेचा प्र.वि.प्र. निर्माण होईल आणि या प्र.वि.प्र. ची कंप्रता ही जर मंडलाच्या नैसर्गिक कंप्रतेइतकी असेल, तर विद्युत् अनुस्पंदन होईल व त्यामुळे मंडलातील प्र.वि.प्र. खूप जोरदार होईल. यासाठी कित्येकदा मंडलातील धारणेची महत्ता कमी किंवा अधिक करावी लागते. अशा तऱ्हेने अनुस्पंदन मिळविण्याच्या क्रियेला मंडलाचे ‘मेलन करणे’ असे म्हणतात. रेडिओ किंवा दूरचित्रवाणीमध्ये मंडलाचे मेलन करण्यासाठी ‘मेलन धारित्र’ वापरतात. विशिष्ट लांबीच्या तारेलाही ठराविक प्रवर्तक व धारणा असते. त्यांच्या मूल्यांना अनुसरून त्या तारेलाही विशिष्ट अशी नैसर्गिक कंप्रता प्राप्त होते. म्हणून अशा तारेतही विद्युत् अनुस्पंदन होऊ शकते.

(अ) एकसरी जोडणी, (आ) अनेकसरी जोडणी. (१) प्रत्यावर्ती विद्युत् दाब, (२) धारित्र, (३) रोधक, (४) प्रवर्तक.विद्युत् मंडलाची जोडणी एकसरी (मंडलातील घटक एकापुढे एक जोडणे, आ. २ अ) किंवा अनेकसरी (मंडलातील घटक एकमेकांना समांतर जोडणे, आ. २ आ) पद्धतीची असू शकते. (१) येथे मंडलाला प्रत्यावर्ती विद्युत् दाब लावतात. त्या दाबाची कंप्रता बदलली असता मंडलातील विद्युत् प्रवाह कसा बदलत जातो, ते एकसरी मंडलाच्या बाबातीत आ. ३ विद्युत्प्रवाह-विरूद्ध-कंप्रता- आलेख.आ. ३ मध्ये आलेखारूपाने दाखविले आहे. याच्या उलट आकाराचे आलेख अनेकसरी मंडलाच्या बाबतीत मिळतात. ही ( पहा : आ. ३) मंडलाची अनुस्पंदन कंप्रता असून ती पुढील सूत्रावरून काढता येते :       

चुंबकीय अनुस्पंदन : कित्येक अणू व रेणूंना तदंर्गत इलेक्ट्रॉनांच्या परिभ्रमणामुळे अथवा अणुकेंद्र किंवा इलेक्ट्रॉनांच्या परिवलनामुळे (स्वतःच्या अक्षाभोवती फिरण्यामुळे) चुंबकीय परिबल (एखाद्या अक्षाभोवती वस्तू फिरवण्याची प्रेरणेची क्षमता) प्राप्त होते. असे अणू किंवा रेणू काही विशिष्ट अनुस्पंदी कंप्रतांच्या प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्रात ऊर्जेचे शोषण करू शकतात. या आविष्काराला ‘चुंबकीय अनुस्पंदन’ असे म्हणतात.

 अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन (NMR) : कित्येक अणुकेंद्रांना व ⇨मूलकणांना अंगभूत परिवलन परिबल व तज्जन्य चुंबकीय परिबल असते. अशा प्रकारचे अणू अथवा रेणू तीव्र चुंबकीय क्षेत्रात ठेवल्यास अणुकेंद्रीय चुंबकीय परिबल सदिश, चुंबकीय क्षेत्ररेषांच्या भोवती विशिष्ट लारमर कंप्रतेने [→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले] परांचन (परिवलन-अक्षाची म्हणजे चुंबकीय परिबल सदिशाची गती शंक्वाकार निर्माण करते) करू लागतात. या परिस्थितीत त्या अणूंच्या भोवती अल्प तीव्रतेचे परंतु रेडिओ कंप्रतेचे प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करून त्यांची कंप्रता हळूहळू बदलत गेले असता, जेव्हा प्रत्यावर्ती क्षेत्राची कंप्रता बरोबर अणुकेंद्राच्या लारमर कंप्रतेइतकी होते तेव्हा प्रत्यावर्ती क्षेत्र व अणुकेंद्रे यांच्यामध्ये जोरदार परस्परक्रिया होते. या आविष्काराला ‘अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन’ असे म्हणतात.

या आविष्काराचा उपयोग पुढील गोष्टींसाठी करण्यात येतो : (१) अणुकेंद्रे व मूलकण यांच्या परिवलन व चुंबकीय परिवलांचे मापन, (२) रेणुंच्या अंतर्चना, (३) वेगवेगळ्या रेणूंमधील परस्परक्रिया, (४) स्फटिकांची संरचना, (५) द्रव आणि घन पदार्थांतील स्वयंविसरण (आपण होऊन एकमेकांत मिसळणे, शिरणे), श्यानता (द्रव व वायू पदार्थांतील अंतर्गत घर्षण) वगैरेंचा अभ्यास.

अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन पद्धतीने चुंबकीय परिबले मोजण्यासाठी राबी व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी रेणु-शलाका-उपकरण बनविले [→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिवले]. रेणु-शलाका-उपकरणाचा उपयोग फक्त मूलकण व अणुकेंद्रे यांच्या परिबलांच्या मापनासाठी होतो. १९४६ मध्ये पर्सेल व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी मेणामधील प्रोटॉनामुळे होणाऱ्या अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदनाचा (अ.चुं.अ.) शोध लावला व ब्लॉक आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी पाण्यातील प्रोटॉनाच्या (अ.चुं.अ.) शोध लावला. अशा तऱ्हेने मर्यादित आयतन (घनफळ) असलेल्या पदार्थातील (अ.चुं.अ.)च्या अभ्यासाला सुरुवात झाली. १९४९-५० मध्ये असे आढळून आले की, एखाद्या रेणूमधील प्रोटॉनाच्या अ.चुं.अ.च्या कंप्रतेचे मूल्य रेणूमधील त्याच्या विशिष्ट रासायनिक स्थानानुसार बदलते. अशा तऱ्हेने रेणूंच्या संरचनेचा अभ्यास करण्यासाठी अ.चुं.अ.चा एक प्रभावी साधन म्हणून उपयोग करता येईल, हे स्पष्ट झाले. अ.चुं.अ. चा उपयोग सध्या याच कामासाठी प्रामुख्याने केला जात आहे.

आ. ४. अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन-वर्णपटांच्या अभ्यासाठी वापरण्यात येणार्या- एका उपकरणाचा आराखडा. (१) पर्राक्ष्य ठेवम्याची बाटली, (२) बाटलीभोवतीचे वेटोळे, (३) चुंबक, (४) चुंबकाभोवतीचे वेटोळे, (५) ऋण किरण दोलनदर्शक, (६) अध:स्खलित रेषा, (७) विवर्धक, अभिज्ञातक, (८) धारित्र, (९) रोधक, (१०) रेडिओ-कंप्रता-जनित्र, (११) श्राव्या-कंप्रता-जनित्र.अ.चुं.अ. वर्णपटांच्या अभ्यासाठी वेगवेगळी उपकरणे तयार करण्यात आली आहेत. त्यांतील एकाची रचना कार्यपद्धती स्थूलमानाने पुढे दिली आहे (पहा : आ. ४). या उपकरणातील मुख्य भाग पुढीलप्रमाणे आहेत : तीव्र (१०,००० ते २५,००० ओर्स्टेड) चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणारा चुंबक. या चुंबकाच्या दोन ध्रवांतील फटीत एका लहान बाटलीत (१) परीक्ष्य पदार्थ ठेवतात. बाटलीभोवती असलेल्या वेटोळ्यातून योग्य रेडिओ कंप्रतेचा विद्युत्‌ प्रवाह सोडलेला असतो. हे वेटोळे (२) आणि धारित्र (८) यांचे एक अनुस्पंदी विद्युत्‌ मंडल बनते.

चुंबकाच्या ध्रुवांभोवती गुंडाळलेल्या वेटोळ्यातून (४) श्रवण कंप्रतेचा (१५ ते २०,००० हर्ट्‌झ या पल्ल्यातील कंप्रतेचा) प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह पाठवून चुंबकीय क्षेत्र हळूहळू पसरवले जाते. या विसर्पित क्षेत्राची तीव्रता जेव्हा अनुस्पंदनाला योग्य त्या मूल्याची होते, तेव्हा वर उल्लेखिलेल्या वेटोळे-धारित्र मंडलाच्या टोकांमधील वर्चोभेद(विद्युत् स्थितींमधील फरक) एकदम कमी होतो. वर्चोभेदाचे अभिज्ञान व विवर्धन करून तो ऋण किरण दोलनदर्शकाच्या [→ इलेक्ट्रॉनीय मापन] पृष्ठांना देण्यात येतो. अनुस्पंदन झाल्याबरोबर दोलनदर्शकाच्या पडद्यावर उमटणाऱ्या रेषेचे एकदम अधःस्खलन (खाली सरकणे) (६) होते. त्यावरून अनुस्पंदन झाल्याचे ओळखू येते.

अणुकेंद्रीय प्रवर्तन (अणुकेंद्राच्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे जवळील द्रव्यात चुंबकत्व निर्माण होण्याची क्रिया) पद्धतीच्या उपकरणात परीक्ष्याभोवती दुसरे वेटोळे गुंडाळलेले असते. त्यामध्ये विद्युत् चुंबकीय प्रवर्तनामुळे (चुंबकीय क्षेत्र-रेषासंख्येतील बदलामुळे विद्युत्‌ वर्चस्‌ निर्माण होण्याच्या क्रियेमुळे) जेव्हा कमाल विद्युत्‌ चालक प्रेरणा होईल, तेव्हा अनुस्पंदन झालेले असते.

पहा : कंपने, यांत्रिक ध्वनि प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह.

 

संदर्भ : 1. Dowes, C. L. A Coures in Electrical Engineering, Vol. II, New York, 1956.

         2. Slichter, C. P. Principles of Mangnetic Resonance, 1963.

घन, प. द. पुरोहित, वा. ल.

Close Menu
Skip to content