ExpEYES

ശാസ്ത്രപഠനത്തിൽ expEYES ന്റെ പങ്ക്

പ്രകൃതിയിൽ നമുക്ക് ചുറ്റുമുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളെ നിരീക്ഷിക്കുക, അവക്ക് ആധാരമായ നിയമങ്ങളെ കണ്ടെത്തുക, പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ അതിന് ഉറപ്പുവരുത്തുക എന്നതാണ് ശാസ്ത്രഗവേഷണത്തിന്റെ പൊതുവായ രീതി. ഇതിൽ പരീക്ഷണനഫലങ്ങൾ പരമപ്രധാനമാണ്. പരീക്ഷണഫലങ്ങൾക്ക് നിരക്കാത്ത ഒരു സിദ്ധാന്തവും ആധുനികശാസ്ത്രം അംഗീകരിക്കുന്നില്ല. അതുകൊണ്ടുതന്നെ പരീക്ഷണങ്ങളെ അവഗണിക്കുന്ന ശാസ്ത്രവിദ്യാഭ്യാസം അപൂർണവുമാണ്. പക്ഷെ ഉപകരണങ്ങളുടെ അഭാവവും മത്സരപ്പരീക്ഷകളുടെ അതിപ്രസരവും കാരണം സിദ്ധാന്തങ്ങൾ കാണാപ്പാഠമാക്കുക എന്ന നിലയിലേക്ക് ശാസ്ത്രവിദ്യാഭ്യാസം അധഃപതിച്ചിരിക്കുന്നു എന്നതൊരു വസ്തുതയാണ്. ഇതിലെ ആദ്യത്തെ കാരണത്തിന് ഒരു പരിഹാരം എന്ന നിലയിലാണ് ExpEYES എന്ന ചെറിയൊരു ഉപകരണം നമ്മൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നത്. ശാസ്ത്ര പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നതിനുള്ള ചെലവ് കുറഞ്ഞ ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് ഹാർഡ്‌വെയർ, സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ചട്ടക്കൂടാണ് ExpEYES.

ഒരു കമ്പ്യൂട്ടറിനൊപ്പം ഉപയോഗിക്കാനാണ് ExpEYES രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നത്. ExpEYES-ന്റെ സവിശേഷമായ ഒരു സവിശേഷത അതിന്റെ ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് സോഫ്‌റ്റ്‌വെയറാണ്, ഇത് വിദ്യാർത്ഥികൾക്കും അധ്യാപകർക്കും അവരുടെ പ്രത്യേക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി സോഫ്റ്റ്‌വെയർ പരിഷ്‌ക്കരിക്കാനും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു. മെക്കാനിക്‌സ്, ഇലക്‌ട്രിസിറ്റി, ഒപ്‌റ്റിക്‌സ് തുടങ്ങിയ വിഷയങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന, മുൻകൂട്ടി നിർമ്മിച്ച പരീക്ഷണങ്ങളുടെയും പ്രവർത്തനങ്ങളുടെയും ഒരു ശ്രേണിയുമായാണ് സോഫ്റ്റ്‌വെയർ വരുന്നത്. സയൻസ്, എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആശയങ്ങൾ പഠിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ഉപകരണമായി ഈ ഉപകരണം ഇന്ത്യയിലെ സ്കൂളുകളിലും കോളേജുകളിലും അതുപോലെ തന്നെ ലോകത്തിന്റെ മറ്റ് ഭാഗങ്ങളിലും ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്.

പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നമ്മൾ സാധാരണയായി ദൂരം, വേഗത, താപമാനം, മർദ്ദം, വോൾടേജ്, കപ്പാസിറ്റൻസ്‌ തുടങ്ങിയ രാശികളെ അളക്കുകയോ നിയന്ത്രിക്കുകയോ ചെയ്തുകൊണ്ട് അവതമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിന്റെ സ്വഭാവം മനസ്സിലാക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. ഓരോന്നിനും ഓരോ പ്രത്യേക ഉപകരണം എന്നരീതി ചെലവേറിയതാണ്. ഓരോന്നിനും വേണ്ട സെൻസറുകളെ ഒരു കമ്പ്യൂട്ടറുമായി ഘടിപ്പിക്കുക എന്ന ചെലവുകുറഞ്ഞ രീതിയാണ് ExpEYES ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്. ഒരു മൈക്രോകൺട്രോളറിനോട് ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള കുറെ സർക്യൂട്ടുകളാണ് ഇതിന്റെ ഹാർഡ്‌വെയർ. കൺട്രോളറിൽ ഓടുന്ന ഫിംവെയറും ഒരു കമ്പ്യൂട്ടറിലോ സ്മാർട്ഫോണിലോ ഓടുന്ന സോഫ്ട്‍വെയറും ചേർന്നാണ് ഈ ഹാർഡ്‌വെയറിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത്. വോൾടേജ്, ഫ്രീക്വൻസി, കപ്പാസിറ്റൻസ് എന്നീ രാശികളെ നേരിട്ടും താപമാനം, മർദ്ദം, ദൂരം എന്നിവയെ അതിനനുയോജ്യമായ സെൻസറുകളുപയോഗിച്ചുമാണ് അളക്കുന്നത്. ഈ ഉപകരണത്തെ ശാസ്ത്രപഠനത്തിൽ എപ്രകാരം ഉപയോഗപ്പെടുത്താം എന്നതിന്റെ ചില ഉദാഹരണങ്ങളാണ് താഴെക്കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്.

(വൈദ്യുതി) Electricity

പ്രകൃതിയിലെ വളരെ അടിസ്ഥാനപരമായ ഒരു പ്രതിഭാസമാണ് വൈദ്യുതചാർജ്. ദ്ര്യവ്യത്തിന്റെ മൂലഘടകങ്ങളായ ഇലക്ട്രോണും പ്രോട്ടോണുമാണ് വൈദ്യുതി എന്ന പ്രതിഭാസത്തിനു കാരണം. ആറ്റങ്ങളുടെയും തന്മാത്രകളുടെയും അതുകൊണ്ടു നിർമ്മിച്ചിട്ടുള്ള നാമടക്കമുള്ള എല്ലാറ്റിന്റെയും നിലനില്പിന് ആധാരമായിട്ടുള്ളത് വൈദ്യുതകാന്തികസമ്പർക്കം (electromagnetic interaction) എന്ന ബലമാണ്. കാന്തികത വൈദ്യുതിയുടെ മറ്റൊരു വശം മാത്രമാണ്. ചലിക്കുന്ന വൈദ്യുതചാർജുകൾ കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. (ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് നിരീക്ഷകൻ ചലിച്ചാലും ഇതുതന്നെ സംഭവിക്കും).

ചാർജ് , കപ്പാസിറ്റൻസ് , വോൾടേജ്.

ചാർജ് എന്നത് വളരെ മൗലികമായ ഒന്നാണ്. രണ്ടുതരം ചാർജുകൾ ഉണ്ട്, പോസിറ്റീവും നെഗറ്റീവും. സമാനചാർജുകൾ തമ്മിൽ വികർഷണബലവും വിപരീതചാർജുകൾ തമ്മിൽ ആകർഷണബലവും അനുഭവപ്പെടുന്നു. കൂളംബ് ആണ് ചാർജിന്റെ യൂണിറ്റ്. സാധാരണഗതിയിൽ എല്ലാ വസ്തുക്കളിലും തുല്യമായ അളവിൽ നെഗറ്റീവും പോസിറ്റീവും ആയ ചാർജുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കും. ഈ അവസ്ഥയിൽ ആകർഷണബലമോ വികർഷണബലമോ ഉണ്ടായിരിക്കില്ല. എന്നാൽ ഇതിൽ മാറ്റം വരുത്തി ഒരു വസ്തുവിൽ ഏതെങ്കിലും ഒരു ചാർജ് കൂടുതൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചാൽ അതിനുചുറ്റും ഒരു വൈദ്യുതക്ഷേത്രം സംജാതമാവും. ചാർജ് കേന്ദ്രീകരിച്ച വസ്തുവിന്റെ പൊട്ടൻഷ്യൽ മാറുന്നു. ഈ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസത്തിന്റെ യൂണിറ്റാണ് വോൾട്ട്. ഒരു നിശ്ചിതചാർജിന് എത്ര പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം വരും എന്നത് വസ്തുവിന്റെ ആകൃതിയെയും വലുപ്പത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കും. പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസവും അതുകാരണമായ ചാർജും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ് ആ വസ്തുവിന്റെ കപ്പാസിറ്റൻസ്.
C = Q / V

പാരലൽ പ്ലേറ്റ് കപ്പാസിറ്റർ. ഒരു ഇൻസുലേറ്റർ പാളികൊണ്ട് വേർതിരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള രണ്ടു ലോഹപ്ലേറ്റുകൾ ചേർന്നാൽ പാരലൽ പ്ലേറ്റ് കപ്പാസിറ്ററായി.

ഫോയിലുപയോഗിച്ചു പാരലൽ പ്ലേറ്റ് കപ്പാസിറ്റർ നിർമിക്കുക , കപ്പാസിറ്റൻസ് അളക്കുക. ഫോയിലിന്റെ വിസ്തീർണം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തി വീണ്ടും അളക്കുക

പലതരം കപ്പാസിറ്ററുകൾ അളന്നുനോക്കുക. ശ്രേണിയിലും സമാന്തരമായും ഒന്നിലധികം കപ്പാസിറ്ററുകൾ ചേർത്തുവെച്ച അളക്കുക

അളക്കൽ അളക്കപ്പെടുന്നതിനെ ബാധിക്കുന്നു. ഒരു 10 uF കപ്പാസിറ്റർ A1 നും ഗ്രൗണ്ടിനുമിടക്ക് ഘടിപ്പിക്കുക. 5 വോൾട്ട് ഉപയോഗിച്ച് കപ്പാസിറ്ററിനെ ചാർജ് ചെയ്യുക. വോൾടേജ് ക്രമേണ കുറഞ്ഞു വരുന്നു. കാരണം? വോൾട്ട് മീറ്റർ ഘടിപ്പിക്കുമ്പോൾ കുറച്ചു ചാർജ് നഷ്ടപ്പെടുന്നു.

കറന്റ്, വോൾടേജ് , വൈദ്യുതപ്രതിരോധം

ചാർജിന്റെ ഒഴുക്കാണ് കറന്റ്. ഇലക്ട്രോണുകൾക്കാണ് ദ്രവ്യത്തിലൂടെ ഒഴുകിനടക്കാൻ കഴിവുള്ളത്. രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇത്തരം ഒഴുക്ക് തുടർച്ചയായി സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് ലഘുവോൾട്ടാസെൽ , ഡ്രൈസെൽ എന്നിവ. ഒരു വസ്തുവിന്റെ രണ്ടറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ ഒരു പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം ഉണ്ടാക്കിയാൽ ഒഴുകുന്ന കറന്റിന്റെ അളവ് ആ വസ്തുവിന്റെ ചാലകതയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും. ലോഹങ്ങൾ നല്ല ചാലകങ്ങളാണ്, അതായത് വൈദ്യുതപ്രതിരോധം വളരെ കുറവാണ്. എന്നാൽ പ്ലാസ്റ്റിക്, മരം എന്നിവ പ്രതിരോധം കൂടിയ പദാർത്ഥങ്ങളാണ്. പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസവും കറന്റും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ് പ്രതിരോധം. R=V / I

ഒരു ഡ്രൈസെല്ലിന്റെ വോൾട്ടേജ് അളക്കുക. ലെമൺ സെൽ ഉണ്ടാക്കി അതിന്റെ വോൾടേജ് അളക്കുക ഡ്രൈസെല്ലിനു കുറുകെ ഒരു 1000 ഓം പ്രതിരോധകം ഘടിപ്പിച്ചശേഷം വോൾടേജ് അളക്കുക ഇതേ പ്രക്രിയ ലെമൺസെല്ലിനും ആവർത്തിക്കുക

ലോഡ് ഘടിപ്പിക്കുമ്പോൾ ലെമൺസെല്ലിന്റെ വോൾട്ടേജിൽ വലിയമാറ്റം കാണപ്പെടുന്നു. വിശദീകരിക്കുക. (internal resistance)

രണ്ടു സെല്ലുകൾ ശ്രേണിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചു വോൾടേജ് അളക്കുക ഡ്രൈസെല്ലും ലെമൺസെല്ലും ശ്രേണിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചു കിട്ടുന്ന ഫലം വിശദീകരിക്കുക.

ലഭ്യമായ പ്രതിരോധകങ്ങളുടെ പ്രതിരോധം അളക്കുക ശ്രേണിയിലും സമാന്തരമായും ഘടിപ്പിച്ച ശേഷവും അളക്കുക. മൂന്നു പ്രതിരോധകങ്ങളെ ശ്രേണിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചു ഓം നിയമം തെളിയിക്കുക. PV1 -R1 -A1 -R2 -A2 - R3 - GND ഓം നിയമം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതിരോധം കണ്ടുപിടിക്കുക. ശരീരത്തിന്റെ പ്രതിരോധം DC ഉപയോഗിച്ചളക്കുക. ഒരു പാത്രത്തിലെ വെള്ളത്തിന്റെ പ്രതിരോധം DC ഉപയോഗിച്ചളക്കുക. ————-

ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറന്റിനെ പരിചയപ്പെട്ടുക സമയത്തിനനുസരിച്ചു വോൾടേജ് മാറുന്നതിന്റെ ഗ്രാഫ് വരക്കുക (ഓസ്‌സിലോസ്കോപ്പിനെ പരിചയപ്പെടുക) ഡയറക്റ്റ് കറന്റുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുക.

മൂന്നു പ്രതിരോധകങ്ങളെ ശ്രേണിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചു ഓം നിയമം AC ഉപയോഗിച്ചു തെളിയിക്കുക. WG -R1 -A1 -R2 -A2 - R3 - GND ഓം നിയമം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതിരോധം കണ്ടുപിടിക്കുക.

വൈദ്യുതകാന്തം നിർമ്മിക്കുക. (coil from PV1 to GND. Keep the small magnet inside the coil. കറന്റിന്റെ ദിശ മാറ്റിയാൽ (change from from 5V to -5V)എന്ത് സംഭവിക്കുന്നു എന്ന് പരിശോധിക്കുക കോയിലിനകത്ത് ചെറിയ ഒരു മാഗ്നെറ് വെച്ചുകൊണ്ട് കറന്റിന്റെ ദിശ മാറ്റുക (വോൾടേജ് -5 ൽ നിന്നും 5 ലേക്ക് മാറ്റുക)

ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറന്റിനെ പരിചയപ്പെട്ടുക സമയത്തിനനുസരിച്ചു വോൾടേജ് മാറുന്നതിന്റെ ഗ്രാഫ് വരക്കുക (ഓസ്‌സിലോസ്കോപ്പിനെ പരിചയപ്പെടുക) ഡയറക്റ്റ് കറന്റുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുക. ————————————-

മൂന്നു പ്രതിരോധകങ്ങളെ ശ്രേണിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചു ഓം നിയമം AC ഉപയോഗിച്ചു തെളിയിക്കുക. WG -R1 -A1 -R2 -A2 - R3 - GND ഓം നിയമം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതിരോധം കണ്ടുപിടിക്കുക. ഒരു പാത്രത്തിലെ വെള്ളത്തിന്റെ പ്രതിരോധം AC ഉപയോഗിച്ചളക്കുക. ശരീരത്തിന്റെ പ്രതിരോധം AC ഉപയോഗിച്ചളക്കുക ————————————- കപ്പാസിറ്ററിലൂടെ AC കടന്നുപോവുമോ? പരിശോധിക്കുക. വിശദീകരിക്കുക.

മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങൾ. കോയിലിലൂടെ ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറന്റ് പ്രവഹിക്കുമ്പോൾ അത് സൃഷ്ടിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രവും മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും (coil between A1 and ground). ഒരു സ്ഥിരകാന്തത്തെ കോയിലിനകത്തു വെച്ച് പരീക്ഷണം നടത്തുക. AC പ്രവഹിക്കുന്ന കോയിലിനോട് മറ്റൊരു കോയിൽ ചേർത്ത് വെക്കുക. രണ്ടാമത്തെ കോയിലിന്റെ കുറുകെയുള്ള വോൾടേജ് ഓസ്‌സിലോസ്കോപ്പ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുക(second coil between A2 and ground). കോയിലുകൾക്കുളിൽ ഇരുമ്പുകൊണ്ടുണ്ടാക്കിയ എന്തെങ്കിലും വസ്തു വെക്കുമ്പോഴുള്ള മാറ്റം നിരീക്ഷിക്കുക,

ഒരു കോയിലിനെ ഓസ്‌സിലോസ്കോപ്പുമായി ഘടിപ്പിക്കുക (between A1 and ground). ഒരു സ്ഥിരകാന്തത്തെ കോയിലിനടുത്തുവെച്ചു ചലിപ്പിക്കുക.

തിരിയുന്ന ഒരു സ്ഥിരകാന്തത്തിനടുത്തേക്കു കോയിൽ കൊണ്ടുവരിക. പ്രേരിതമാകുന്ന വോൾടേജ് ഓസ്‌സിലോസ്കോപ് ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുക. ആവൃത്തി കണ്ടുപിടിക്കുക.