அலகு 4: மின்னியற்றவியல்#
கற்றலின் நோக்கங்கள்#
இப்பாடத்தைக் கற்றபின், மாணவர்கள் பெறும் திறன்களாவன:
❖ மின் சுற்றுக்கள் உருவாக்குதல்.
❖ மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டினை வேறுபடுத்துதல்.
❖ மின்தடை மற்றும் மின் கடத்து திறன் பற்றி உணர்ந்து கொள்ளுதல்.
❖ மின் தடையாக்கிகளின் தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்பு மற்றும் இது தொடர்பான கணக்குகளுக்கு தீர்வு காணுதல்.
❖ மின்னோட்டத்தின் வெப்ப விளைவு பற்றி அறிந்துகொள்ளுதல் மற்றும் அன்றாட வாழ்வில் இதனை பயன்படுத்துதல்.
❖ மின்திறன் மற்றும் மின்னாற்றல் வரையறுத்தல் மற்றும் வீட்டுக்கான மின்சுற்றுகள் பற்றிய விளக்கமளித்தல்.
❖ LED விளக்க மற்றும் LED தொலைகாட்சிகளின் நவீன பயன்பாடுகள் பற்றி அறிதல்.
அறிமுகம்#
மின்சாரம் பற்றி உங்கள் கீழ் வகுப்புக்களில் ஏற்கனவே படித்திருப்பீர்கள். ஒரு கடத்தி வழியாக மின்னூட்டங்களின் இயக்கத்தை பற்றிக் கூறுவது மின்னோட்டம் ஆகும். மின்னோட்டம் என்பது ஒருவகையான ஆற்றல். மின்னோட்டத்தின் பயன்கள் நம் அன்றாட வாழ்வில் இன்றியமையாததாகவும், தவிர்க்க முடியாததாகவும் இருக்கிறது. வீடுகள், கல்வி நிறுவனங்கள், மருத்துவமனைகள் மற்றும் தொழிற்சாலைகள் போன்றவற்றில் மின்னோட்டத்தின் பயன்கள் பற்றி நீங்கள் அறிந்திருப்பீர்கள். இப்பாடத்தில் மின்னோட்டம் பற்றியும் மின்னோட்டத்தினால் ஏற்படும் விளைவுகள் பற்றியும் பார்க்க இருக்கிறோம்.
4.1 மின்னோட்டம்#
ஒரு கடத்தி (தாமிரக்கம்பி) வழியாக பாயும் மின்னூட்டங்களின் (எலக்ட்ரான்களின்) இயக்கமே மின்னோட்டம் ஆகும். ஒரு கால்வாய் வழியாக ஓடும் நீரை போல அல்லது உயர் அழுத்த பகுதியிலிருந்து குறைந்த அழுத்தப்பகுதியை நோக்கி வீசும் காற்றினைப் போல, எலக்ட்ரான்கள் கடத்தியின் வழியாக பாய்ந்து செல்வதை மின்னோட்டம் என்கிறோம்.
மின்னோட்டத்தின் திசையானது எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத்திற்கு எதிர் திசையில், உயர் மின்னழுத்தத்தில் இருக்கும் நேர்மின் முனையில் இருந்து குறைந்த மின்னழுத்தத்தில் இருக்கும் எதிர்முனை நோக்கி இருக்கும்.
4.1.1 மின்னோட்டத்தின் வரையறை#
மின்னோட்டம் \( I \) என்னும் எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது. கடத்தி ஒன்றின் ஒரு பகுதியின் வழியே மின்னூட்டங்கள் பாயும் வீதம் மின்னோட்டம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. அதாவது ஓரலகு நேரத்தில் கடத்தியின் ஒரு குறுக்கு வெட்டு பகுதியை கடந்து செல்லும் மின்னூட்டங்களின் அளவு மின்னோட்டமாகும். ஒரு கடத்தியின் குறுக்கு வெட்டு பகுதி வழியாக \( Q \) அளவு மின்னூட்டம் \( t \) காலத்தில் கடந்து சென்றால் அதில் பாயும் மின்னோட்டமானது:
\[ I = \frac{Q}{t} \tag{4.1} \]4.1.2 மின்னோட்டத்தின் SI அலகு#
மின்னோட்டத்தின் SI அலகு ஆம்பியர் (A). ஒரு கூலும் மின்னூட்டம் ஒரு விநாடி நேரத்தில் கடத்தியின் எதாவது ஒரு குறுக்குவெட்டப் பகுதி வழியாக கடந்து செல்லும் போது அக்கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டம் ஒரு ஆம்பியர் என வரையறை செய்யப்படுகிறது. எனவே:
\[ 1 \ \text{ஆம்பியர்} = \frac{1 \ \text{கூலும்}}{1 \ \text{விநாடி}} \]தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 1
12 கூலும் மின்னூட்டம் 5 விநாடி நேரம் ஒரு மின்விளக்கின் வழியாக பாய்கிறது எனில் அதன் வழியே செல்லும் மின்னோட்டத்தின் அளவு என்ன?
தீர்வு:
மின்னூட்டம் \( Q = 12 \) கூலும், காலம் \( t = 5 \) விநாடி. எனவே, மின்னோட்டம்:
\[ I = \frac{Q}{t} = \frac{12}{5} = 2.4 \ \text{A} \]4.2 மின்சுற்று#
மின்சுற்று என்பது மின்னோட்டத்தை தன் வழியே செல்ல அனுமதிக்கும் பல மின் கூறுகளின் வலையமைப்பு கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட ஒரு மூடிய சுற்று அல்லது பாதையாகும். மின்சாதனங்களையும் மின்னோட்டத்தின் மூலமான மின்கலத்தையும் இணைக்கும் பாதைகளாக மின்கம்பிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மின்கலம், மின் விளக்கு, சாவி ஆகியவைகளைக் கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட ஒரு எளிய மின்சுற்று படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.
இந்த மின்சுற்றில் சாவி மூடியிருக்கும் போது மின்விளக்கு ஒளிர்கிறது. சாவி திறந்திருக்கும் போது மின்விளக்கு ஒளிராது. எனவே, மின்னோட்டம் செல்வதற்கு அதன் சுற்றுப்பாதை மூடப்பட வேண்டும். மின்னோட்டம் பாய்வதற்கு தேவையான மின்னழுத்த வேறுபாட்டினை மின்கலம் வழங்குகிறது.
அட்டவணை 4.1 மின்கூறுகள் மற்றும் அவற்றின் குறியீடுகள்
| மின்கூறு | மின்கூறின் பயன்பாடு | குறியீடு |
|---|---|---|
| மின்தடையாக்கி | மின் சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டத்தின் அளவை நிர்ணயம் செய்ய பயன்படுகிறது. | |
| மின்தடை மாற்றி | மின்னோட்டத்தின் அளவை தேர்ந்தெடுக்க பயன்படுகிறது. | |
| அம்பியர் மீட்டர் | மின்னோட்டத்தை அளவிட | A |
| வோல்ட் மீட்டர் | மின்னழுத்த வேறுபாட்டை அளவிட | V |
| கால்வனோ மீட்டர் | மின்னோட்டம் மற்றும் அதன் திசையைக் கண்டறிய | G |
| டையோடு | மின்னணு கருவிகளில் பயன்படுகிறது | |
| ஒளிமின் டையோடு (LED) | ஏழு துண்டு காட்சி பலகையில் பயன்படுகிறது | |
| தரை இணைப்பு | மின் சாதனங்களை பாதுகாக்க பயன்படுகிறது. மின்னழுத்தத்தை அளவிட குறிப்பு புள்ளியாக செயல்படுகிறது. |
எலக்ட்ரான்கள் மின்கலத்தின் எதிர்மின் முனையிலிருந்து நேர்மின் முனைக்கு செல்கின்றன. மின்னோட்டத்தின் திசையானது நேர்மின் மின்னூட்டத்தின் திசையில் இருக்கும். அல்லது எதிர் மின்னோட்டம் செல்லும் திசைக்கு எதிர் திசையில் அமைந்திருக்கும் எனவும் கூறலாம். எனவே, மின்னோட்டத்தின் திசையானது ஒரு மின்சுற்றில் நேர்மின் முனையிலிருந்து எதிர்மின் முனையை நோக்கி இருக்கும்.
4.3 மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு#
நீர்மட்டம் மற்றும் காற்றழுத்தம் பற்றி ஏற்கனவே கீழ் வகுப்புக்களில் படித்திருப்பீர்கள். ஒரு திண்மப் பொருளில் இரண்டு புள்ளிகளுக்கிடையே வெப்பநிலை வேறுபாடு இருந்தால் அதனூடாக வெப்பம் பாயும் என்பது உங்களுக்கு தெரியும். இதைப் போன்றே ஒரு கடத்தியில் இரு புள்ளிகளுக்கிடையே மின்னழுத்த வேறுபாடு இருந்தால் அந்தக் கடத்தியில் மின்னூட்டம் பாயும். ஒரு கடத்தியில் மின்னூட்டமானது உயர் மின்னழுத்தப் புள்ளியிலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தப் புள்ளிக்கு பாயும்.
4.3.1 மின்னழுத்தம்#
ஒரு புள்ளியில் மின்னழுத்தம் என்பது ஓரலகு நேர்மின்னூட்டத்தை முடிவில்லாத தொலைவில் இருந்து மின்விசைக்கு எதிராக அப்புள்ளிக்கு கொண்டுவர செய்யப்படும் வேலை என வரையறுக்கப்படுகிறது.
4.3.2 மின்னழுத்த வேறுபாடு#
இரு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு என்பது ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு ஓரலகு நேர்மின்னூட்டத்தை மின் விசைக்கு எதிராக நகர்த்த செய்யப்படும் வேலை என வரையறுக்கப்படுகிறது.
\( Q \) எனும் மின்னூட்டத்தை \( A \) எனும் புள்ளியிலிருந்து \( B \) எனும் புள்ளிக்கு நகர்த்த உள்ளதாக கருதுவோம். இந்த மின்னூட்டத்தை \( A \) யிலிருந்து \( B \) க்கு நகர்த்துவதற்கு செய்யப்பட்ட வேலை \( W \) எனக் கொள்வோம். \( A \) மற்றும் \( B \) க்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு கீழ்க்கண்ட சமன்பாட்டிலிருந்து பெறப்படுகிறது.
\[ \text{மின்னழுத்த வேறுபாடு} \ (V) = \frac{\text{செய்யப்பட்ட வேலை} \ (W)}{\text{மின்னூட்டம்} \ (Q)} \tag{4.2} \]இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்தங்களின் வேறுபாட்டையும் மின்னழுத்த வேறுபாடு எனக் கூறலாம். \( V_A \) மற்றும் \( V_B \) என்பது புள்ளி A மற்றும் B இல் உள்ள மின்னழுத்தங்கள் எனக் கொண்டால் இவ்விரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையேயுள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு:
\[ V = V_A - V_B \quad (V_A > V_B \ \text{எனில்}) \]\[ V = V_B - V_A \quad (V_B > V_A \ \text{எனில்}) \]4.3.3 வோல்ட்#
மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் (V).
ஒரு கூலும் நேர்மின்னூட்டத்தை ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு மின்விசைக்கு எதிராக எடுத்துச் செல்ல செய்யப்படும் வேலையின் அளவு ஒரு ஜூல் எனில் அப்புள்ளிகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு ஒரு வோல்ட் ஆகும்.
\[ 1 \ \text{வோல்ட்} = \frac{1 \ \text{ஜூல்}}{1 \ \text{கூலும்}} \]தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 2
10 கூலும் மின்னூட்டத்தை ஒரு மின்சுற்றிலுள்ள இரண்டு புள்ளிகளுக்கிடையே நகர்த்த செய்யப்படும் வேலை 100 J எனில் அப்புள்ளிகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு என்ன?
தீர்வு:
மின்னூட்டம், \( Q = 10 \) கூலும்
செய்யப்பட்ட வேலை, \( W = 100 \) J
மின்னழுத்த வேறுபாடு:
\[ V = \frac{W}{Q} = \frac{100}{10} = 10 \ \text{வோல்ட்} \]4.4 ஓம் விதி#
ஜார்ஜ் சைமன் ஓம் என்ற ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவற்றிற்கிடையேயான தொடர்பினை நிறுவினார். இதுவே ஓம் விதி எனப்படும்.
இவ்விதியின்படி மாறா வெப்பநிலையில், கடத்தி ஒன்றின் வழியே பாயும் சீரான மின்னோட்டம் கடத்தியின் முனைகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு நேர்தகவில் அமையும்.
\[ I \propto V \]எனவே:
\[ \frac{V}{I} = \text{மாறிலி} \]இந்த மாறிலி மதிப்பு \( R \) ஆகும். எனவே:
\[ V = IR \tag{4.3} \]இங்கு \( R \) என்பது மின்தடையாகும். ஒரு குறிப்பிட்ட பொருளுக்கு (எ.கா நிக்கிரோம்) குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் மின்தடை ஒரு மாறிலி ஆகும். மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V \) யும் மின்னோட்டம் \( I \) யும் ஒன்றுக்கொன்று நேர்தகவில் அமைவதால் \( V \) மற்றும் \( I \) இடையேயான வரைபடம் ஒரு நேர்கோடு ஆகும்.
நிக்கிரோம் கம்பி ஒன்றை எடுத்து அதனை ஒரு மின்கலம், சாவி மற்றும் மின் தடை மாற்றி ஆகியவற்றுடன் தொடராக இணைக்கவும். சாவி மூடிய நிலையில் மின் தடை மாற்றியில் மாற்றம் செய்து பல்வேறு மின்னழுத்தங்களுக்கு மின்னோட்டத்தை கணக்கிடுங்கள். உங்களுக்கு கிடைத்த \( \frac{V}{I} \) ன் மதிப்பு மாறிலியாக இருப்பதை கவனியுங்கள். இதே சோதனையை நிக்கிரோமுக்கு பதிலாக தாமிர கம்பியை பயன்படுத்தி செய்து பாருங்கள். இங்கும் \( \frac{V}{I} \) ன் மதிப்பு மாறிலியாக இருந்தாலும், ஒரே மின்னழுத்த வேறுபாட்டுக்கு மின்னோட்டத்தின் மதிப்பு மாறுபடுவதை கவனியுங்கள். இது போல தாமிர கம்பிக்கு பதிலாக அலுமினிய கம்பியை பயன்படுத்தும்போதும் ஒரே மின்னழுத்த வேறுபாட்டுக்கு மின்னோட்டத்தின் மதிப்பு மாறுபடுவதை கவனியுங்கள். ஒரே மின்னழுத்தத்திற்கு வெவ்வேறு பொருள்களுக்கு வெவ்வேறு மின்னோட்ட மதிப்பு கிடைத்திருப்பது, வெவ்வேறு பொருள்களுக்கு மின்தடை மதிப்பு வெவ்வேறாக இருக்கும் என்பதை காட்டுகிறது.
4.5 ஒரு பொருளின் மின்தடை#
ஒரு பொருளின் வழியாக மின்னூட்டங்கள் பாய்ந்து செல்வதை அல்லது மின்னோட்டம் பாய்வதை எதிர்க்கும் பண்பு அந்த பொருளின் மின்தடை ஆகும். ஒம் விதியினின்று:
\[ R = \frac{V}{I} \]கடத்தி ஒன்றின் முனைகளுக்கு இடைப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் அதன் வழியே செல்லும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையேயுள்ள தகவு கடத்தியின் மின்தடை என வரையறுக்கப்படுகிறது.
4.5.1 மின்தடையின் அலகு#
மின்தடையின் SI அலகு ஓம் \( (\Omega) \) ஆகும். இது \( \Omega \) என்னும் குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது.
ஒரு கடத்தியின் முனைகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு ஒரு வோல்ட்டாக இருக்கும் போது கடத்தியில் செல்லும் மின்னோட்டம் ஒரு ஆம்பியர் எனில் அதன் மின்தடை ஒரு ஓம் ஆகும்.
\[ 1 \ \Omega = \frac{1 \ \text{வோல்ட்}}{1 \ \text{ஆம்பியர்}} \]தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 3
30 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட ஒரு கடத்தியின் முனைகளுக்கு இடையே 2 ஆம்பியர் மின்னோட்டம் செல்கிறது எனில் அதன் மின்தடையை காண்க.
தீர்வு:
கடத்தியில் செல்லும் மின்னோட்டம் \( I = 2 \) A,
மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V = 30 \) V
ஓம் விதியின்படி:
\[ R = \frac{V}{I} = \frac{30}{2} = 15 \ \Omega \]4.6 மின்தடை எண் மற்றும் மின்கடத்து எண்#
4.6.1 மின்தடை எண்#
ஒரு கடத்தியின் மின்தடையானது \( (R) \) அதன் நீளத்திற்கு \( (L) \) நேர்தகவிலும், குறுக்குவெட்டு பரப்பிற்கு \( (A) \) எதிர் தகவிலும் அமையும்.
\[ R \propto L \]\[ R \propto \frac{1}{A} \]எனவே:
\[ R = \rho \frac{L}{A} \tag{4.4} \]\( \rho \) என்பது ஒரு மாறிலி. இது கடத்தும் பொருளின் தன் மின்தடை எண் எனப்படும்.
சமன்பாடு 4.4 விருந்து:
\[ \rho = \frac{RA}{L} \]\( L = 1 \ \text{m}, A = 1 \ \text{m}^2 \) எனில் \( \rho = R \).
எனவே ஓரலகு நீளமும் ஓரலகு குறுக்குவெட்டு பரப்பும் கொண்ட கடத்தி ஒன்று மின்னோட்டத்திற்கு ஏற்படுத்தும் மின்தடை அக்கடத்தி பொருளின் தன்மின்தடை எண் என வரையறுக்கப்படுகிறது. இதன் அலகு ஓம் மீட்டர் \( (\Omega \ \text{m}) \).
ஒரு கடத்தியின் மின்தடை எண் என்பது அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தினை எதிர்க்கும் திறனை குறிக்கும் அளவு ஆகும். ஒரு குறிப்பிட்ட உலோக பொருளுக்கு மின்தடை எண் மாறிலி ஆகும்.
4.6.2 மின் கடத்து திறன் மற்றும் மின் கடத்து எண்#
ஒரு பொருளின் வழியாக மின்னூட்டங்கள் பாய்ந்து செல்வதை அல்லது மின்னோட்டம் பாய்வதை அனுமதிக்கும் பண்பு அந்த பொருளின் மின்கடத்து திறன் ஆகும்.
மின் தடையின் தலைகீழி மின்கடத்து திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது. எனவே, ஒரு கடத்தியின் மின் கடத்துதிறன் \( G \) என்பது:
\[ G = \frac{1}{R} \tag{4.5} \]இதன் அலகு \( \Omega^{-1} \). இது mho எனவும் குறிப்பிடப்படுகிறது.
மின்தடை எண்ணின் தலைகீழி மின்கடத்து எண் எனப்படும்.
\[ \sigma = \frac{1}{\rho} \tag{4.6} \]இதன் அலகு \( \Omega^{-1} \ \text{m}^{-1} \) இது மோ \( \text{m}^{-1} \) எனவும் குறிப்பிடப்படுகிறது.
ஒரு குறிப்பிட்ட கடத்தி பொருளுக்கு இது ஒரு மாறிலி ஆகும். மின் கடத்தி எண் என்பது ஒரு கடத்தியின் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தினை அனுமதிக்கும் திறனை குறிக்கும் அளவு ஆகும். சில பொருள்கள் மின்னோட்டத்தை நன்கு கடத்தும். எ.கா. தாமிரம், அலுமினியம் முதலியன. சில பொருள்கள் மின்சாரத்தை கடத்தாது (காப்பான்கள்) எ.கா கண்ணாடி, மரத்துண்டு, இரப்பர் முதலியன. காப்பான்களை விட கடத்திகளுக்கு மின் கடத்தி எண் அதிகம். ஆனால் மின் தடை எண்ணானது காப்பான்களை விட கடத்திகளுக்கு குறைவு. பொதுவாக பயன்படும் சில பொருள்களின் மின்தடை எண் மதிப்பு அட்டவணை 4.2 இல் கொடுக்கப்படுகின்றது.
அட்டவணை 4.2 சில பொருள்களின் மின்தடை எண்
| பொருளின் தன்மை | பொருள் | மின்தடை எண் \( (\Omega \ \text{m}) \) |
|---|---|---|
| கடத்தி | தாமிரம் | \( 1.62 \times 10^{-8} \) |
| கடத்தி | நிக்கல் | \( 6.84 \times 10^{-8} \) |
| கடத்தி | குரோமியம் | \( 12.9 \times 10^{-8} \) |
| காப்பான் | கண்ணாடி | \( 10^{10} \) முதல் \( 10^{14} \) |
| காப்பான் | இரப்பர் | \( 10^{13} \) முதல் \( 10^{16} \) |
தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 4
10 மீட்டர் நீளமும், \( 2 \times 10^{-7} \ \text{m}^2 \) குறுக்குவெட்டு பரப்பும் கொண்ட கம்பியின் மின்தடை 2 ஓம் எனில் அதன் (i) மின்தடை எண், (ii) மின்கடத்து திறன் மற்றும் (iii) மின் கடத்தி எண் ஆகியவற்றை காண்க.
தீர்வு:
நீளம், \( L = 10 \) மீ
மின்தடை, \( R = 2 \ \Omega \)
குறுக்குவெட்டு பரப்பு, \( A = 2 \times 10^{-7} \ \text{m}^2 \)
(i) மின்தடை எண்:
\[ \rho = \frac{RA}{L} = \frac{2 \times 2 \times 10^{-7}}{10} = 4 \times 10^{-8} \ \Omega \ \text{m} \](ii) மின்கடத்து திறன்:
\[ G = \frac{1}{R} = \frac{1}{2} = 0.5 \ \text{mho} \](iii) மின்கடத்து எண்:
\[ \sigma = \frac{1}{\rho} = \frac{1}{4 \times 10^{-8}} = 0.25 \times 10^8 \ \text{mho} \ \text{m}^{-1} \]4.7 மின்தடைகளின் தொகுப்பு#
ஒரு மின்சுற்றில் கடத்தியின் மின் தடை, பாயும் மின்னோட்டத்தை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதனை நீங்கள் இதுவரையில் கற்றுக்கொண்டிருக்கிறீர்கள். ஒரு மின்தடையை உடைய எளிய மின்சுற்று பற்றியும் அறிந்துகொண்டிருக்கிறீர்கள். நடைமுறையில் சில சிக்கலான மின்சுற்றுக்களை நீங்கள் எதிர்கொள்ள நேரிடும். ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட மின் தடைகளின் தொகுப்புக்கள் மின்சுற்றுக்களோடு இணைக்கப்பட்டிருக்கலாம். இதனை மின் தடைகளின் அமைப்பு அல்லது மின் தடையின் குழுமம் என அழைக்கலாம். மின் தடைகளை இரண்டு அடிப்படையான முறைகளில் இணைக்கலாம்.
அ) தொடரிணைப்பில் மின் தடையாக்கிகள்
ஆ) பக்க இணைப்பில் மின்தடையாக்கிகள்
பல மின்தடையாக்கிகள் தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது அவற்றின் தொகுப்பன் மின் தடையை கணக்கிடும் முறையை பின்வரும் பிரிவுகளில் நீங்கள் காணலாம்.
4.7.1 மின்தடையாக்கிகள் தொடர் இணைப்பு#
ஒரு மின்சுற்றில் தொடர் இணைப்பு என்பது மின்கூறுகளை ஒன்றன் பின் ஒன்றாக இணைத்து ஒரு மூடிய சுற்றை உருவாக்குவது ஆகும். தொடர் சுற்றில் மின்னோட்டமானது ஒரே ஒரு மூடிய சுற்றின் வழியாக பாயும். இந்த மூடிய சுற்றில் உள்ள ஏதேனும் ஒரு புள்ளியில் இணைப்பு தடைப்பட்டால் மின்சுற்றின் வழியாக மின்னோட்டம் பாயாது. எனவே சுற்றில் இணைக்கப்பட்டுள்ள மின் சாதனங்கள் வேலை செய்யாது. விழாக்களில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளிரும் தொடர் விளக்குகள் தொடர் இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும். எனவே, மின் தடையாக்கிகள் தொடராக உள்ளபோது ஒவ்வொரு மின் தடையாக்கியின் வழியாகவும் ஒரே அளவு மின்னோட்டம் பாயும்.
இங்கு மூன்று மின்தடையாக்கிகள் \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) தொடர் இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. \( I \) என்ற மின்னோட்டம் இந்த மின்தடையாக்கிகள் வழியே செல்கிறது. மின்தடையாக்கிகள் \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) யின் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்தங்கள் முறையே \( V_1, V_2 \) மற்றும் \( V_3 \) ஆகும்.
ஓம் விதியின்படி:
\[ V_1 = I R_1 \tag{4.7} \]\[ V_2 = I R_2 \tag{4.8} \]\[ V_3 = I R_3 \tag{4.9} \]ஒவ்வொரு மின்தடைக்கும் எதிராக உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் கூடுதலை \( V \) எனலாம்.
\[ V = V_1 + V_2 + V_3 \]சமன்பாடுகள் (4.7), (4.8) மற்றும் (4.9) யிலிருந்து:
\[ V = I R_1 + I R_2 + I R_3 \tag{4.10} \]தொகுப்பன் மின்தடை என்பது அனைத்து மின்தடையாக்கிகளுக்கு பதிலாக அதே அளவு மின்னோட்டம் சுற்றின் வழியே செல்ல அனுமதிக்கும் ஒரு மின் தடையாக்கியின் மின்தடை ஆகும். இந்த தொகுப்பன் மின்தடை \( R_s \) எனப்படும். எனவே:
\[ V = I R_s \tag{4.11} \]சமன்பாடுகள் (4.10) மற்றும் (4.11) விருந்து:
\[ I R_s = I R_1 + I R_2 + I R_3 \]எனவே:
\[ R_s = R_1 + R_2 + R_3 \tag{4.12} \]எனவே பல மின்தடையாக்கிகள் தொடர் இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுபயன் மின்தடை தனித்தனி மின் தடையாக்கிகளின் மின் தடைகளின் கூட்டுக்கு சமம் என புரிந்துக் கொள்ளலாம். சம மதிப்பு உடைய \( n \) மின்தடைகள் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுபயன் மின்தடை \( nR \) ஆகும்.
அதாவது:
\[ R_s = nR \]மின்தடைகள் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும்போது தொகுபயன் மின்தடையானது தனித்தனியாக உள்ள மின்தடைகளின் உயர் மதிப்பைவிட அதிகமாக இருக்கும்.
தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 5
\( 5 \ \Omega, 3 \ \Omega \) மற்றும் \( 2 \ \Omega \) மின்தடை மதிப்புகள் கொண்ட மூன்று மின்தடையாக்கிகள் 10 V மின்கலத்துடன் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. தொகுபயன் மின்தடை மற்றும் மின்சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டத்தையும் காண்க.
தீர்வு:
\( R_1 = 5 \ \Omega, R_2 = 3 \ \Omega, R_3 = 2 \ \Omega, V = 10 \ \text{V} \)
\[ R_s = R_1 + R_2 + R_3 \]\[ R_s = 5 + 3 + 2 = 10 \ \Omega \]மின்னோட்டம்:
\[ I = \frac{V}{R_s} = \frac{10}{10} = 1 \ \text{A} \]4.7.2 மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பு#
பக்க இணைப்பு மின்சுற்றில் மின்னோட்டம் பாய்வதற்கு இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மூடிய சுற்று இருக்கும். ஒரு மூடிய சுற்று திறந்திருந்தாலும் மற்ற மூடிய சுற்றுக்களின் வழியாக மின்னோட்டம் பாயும். நமது வீடுகளில் உள்ள மின்கம்பியிடல் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
மூன்று மின்தடையாக்கிகள் \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) ஆனது A மற்றும் B புள்ளிகளுக்கிடையே பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு மின்தடையாக்கிக்கும் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடானது சமமாக இருக்கும். இது A மற்றும் B புள்ளிகளுக்கு குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு சமமாக இருக்கும். வோல்ட் மீட்டர் மூலமாக இந்த மின்னழுத்த வேறுபாடு அளவிடப்படுகிறது. புள்ளி A ஐ அடையும் மின்னோட்டம் ஆனது \( I_1, I_2 \) மற்றும் \( I_3 \) என பிரிந்து முறையே \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) வழியே செல்கிறது.
ஓம் விதியின்படி:
\[ I_1 = \frac{V}{R_1} \tag{4.13} \]\[ I_2 = \frac{V}{R_2} \tag{4.14} \]\[ I_3 = \frac{V}{R_3} \tag{4.15} \]மின் சுற்றிலுள்ள மொத்த மின்னோட்டம்:
\[ I = I_1 + I_2 + I_3 \]சமன்பாடுகள் (4.13), (4.14) மற்றும் (4.15) விருந்து:
\[ I = \frac{V}{R_1} + \frac{V}{R_2} + \frac{V}{R_3} \tag{4.16} \]மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுப்பன் மின்தடை \( R_p \) என்க. எனவே:
\[ I = \frac{V}{R_p} \tag{4.17} \]சமன்பாடுகள் (4.16) மற்றும் (4.17) விருந்து:
\[ \frac{V}{R_p} = \frac{V}{R_1} + \frac{V}{R_2} + \frac{V}{R_3} \]\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} \tag{4.18} \]எனவே பல மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தனித்தனி மின்தடையாக்கிகளின் மின் தடையின் தலைகீழிகளின் கூடுதல் தொகுப்பன் மின்தடையின் தலைகீழிக்கு சமம். சம மதிப்புடைய \( n \) மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது அதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( \frac{R}{n} \) ஆகும்.
\[ \text{அதாவது, } \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R} + \frac{1}{R} + \frac{1}{R} + \dots + \frac{1}{R} = \frac{n}{R} \]எனவே:
\[ R_p = \frac{R}{n} \]மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுப்பன் மின்தடையானது தனித்தனியான மின்தடைகளின் குறைந்த மதிப்பை விட குறைவாக இருக்கும்.
4.7.3 தொடரிணைப்பில் பக்க மின்தடையாக்கிகள்#
பக்க இணைப்பில் உள்ள மின்தடையாக்கி சுற்றுகள் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது நமக்கு தொடர் - பக்க இணைப்புச் சுற்றுகள் கிடைக்கும். மின்தடையாக்கிகள் \( R_1 \) மற்றும் \( R_2 \) பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் தொகுப்பன் மின்தடை \( R_{p1} \) கிடைக்கிறது. இதே போன்று \( R_3 \) மற்றும் \( R_4 \) பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படுவதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( R_{p2} \) கிடைக்கிறது. இந்த இரண்டு பக்க இணைப்பு சுற்றுகளும் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
சமன்பாடு (4.18) விருந்து:
\[ \frac{1}{R_{p1}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \]மற்றும்
\[ \frac{1}{R_{p2}} = \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4} \]இறுதியாக சமன்பாடு 4.12 யிலிருந்து மொத்த தொகுப்பன் மின்தடை:
\[ R_s = R_{p1} + R_{p2} \]4.7.4 பக்க இணைப்பில் தொடர் மின்தடையாக்கிகள்#
தொடரிணைப்பில் உள்ள மின்தடையாக்கி சுற்றுகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது நமக்கு பக்க – தொடர் இணைப்புச் சுற்றுகள் கிடைக்கும். மின்தடையாக்கிகள் \( R_1 \) மற்றும் \( R_2 \) தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படுவதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( R_{s1} \) பெறப்படுகிறது. இதேபோன்று \( R_3 \) மற்றும் \( R_4 \) தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படுவதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( R_{s2} \) பெறப்படுகிறது. இந்த இரண்டு தொடர் சுற்றுக்களும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படுகிறது.
சமன்பாடு 4.12 விருந்து:
\[ R_{s1} = R_1 + R_2 \]\[ R_{s2} = R_3 + R_4 \]இறுதியாக சமன்பாடு 4.18 யிலிருந்து தொகுப்பன் மின்தடை:
\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_{s1}} + \frac{1}{R_{s2}} \]4.7.5 தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்பு சுற்று ஒப்பீடு#
தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்பு சுற்றுகளின் வேறுபாடு கீழ்க்கண்ட அட்டவணை 4.3 இல் கொடுக்கப்படுகின்றது.
அட்டவணை 4.3 தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்புச் சுற்றுகளுக்கு இடையேயுள்ள வேறுபாடு
| அடிப்படை | தொடர் இணைப்பு | பக்க இணைப்பு |
|---|---|---|
| தொகுப்பன் மின்தடை | மிக உயர் மின்தடையை விட அதிகமாக இருக்கும் | மிக குறைந்த மின்தடையை விட குறைவாக இருக்கும் |
| மின்னோட்டம் | தொகுப்பன் மின்தடை அதிகமாதலால் மின்சுற்றில் மின்னோட்டம் குறைவாக இருக்கும் | தொகுப்பன் மின்தடை குறைவதால் மின்சுற்றில் மின்னோட்டம் அதிகமாகும் |
| இணைப்பு தடைப்பட்டால் | மூடிய சுற்றில் உள்ள ஏதேனும் ஒரு புள்ளியில் இணைப்பு தடைப்பட்டால் மின்சுற்றின் வழியாக மின்னோட்டம் பாயாது | ஒரு மூடிய சுற்று திறந்திருந்தாலும் மற்ற மூடிய சுற்றுக்களின் வழியாக மின்னோட்டம் பாயும் |
4.8 மின்னோட்டத்தின் வெப்ப விளைவு#
ஒரு சில மணி நேரங்களாக தொடர்ந்து ஓடிக் கொண்டிருந்த மின் விசிறியின் மோட்டாரை தொட்டுப் பார்த்து இருக்கிறீர்களா? தொட்டுப் பார்க்கும் போது என்ன உணர்வீர்கள்? மோட்டார் சூடாக இருக்கும். மின்னோட்டத்தினால் ஏற்படும் வெப்ப விளைவினால் தான் மோட்டார் சூடாகிறது. இது போன்ற நிகழ்வை நீண்ட நேரமாக எரிந்துகொண்டிருக்கும் மின்விளக்கை தொடும் போதும் உணரலாம். மின்னாற்றல் மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்ட மின்தடை ஒன்றின் குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு உருவாகிறது. இந்த மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் காரணமாக மின்தடை வழியாக ஒரு மின்னோட்டம் பாய்கிறது. மின்னோட்டம் தொடர்ந்து மின்தடை வழியாக பாய்வதற்கு மின்னாற்றல் மூலமானது தொடர்ந்து ஆற்றலை மின்தடைக்கு கொடுத்துக் கொண்டே இருக்கும். பெற்றுக் கொண்ட ஆற்றலின் ஒரு பகுதி பயனுள்ள வேலையாக (மின்விளக்கு எரிவதற்கு) மாற்றப்படுகிறது. மற்றொரு பகுதி வெப்ப ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. எனவே, மின் கம்பியின் வழியே மின்னோட்டம் செல்வதால் வெப்பம் உருவாகிறது. இந்த நிகழ்வு மின்னோட்டத்தின் வெப்ப விளைவு எனப்படுகிறது. மின்னோட்டத்தின் இந்த வெப்ப விளைவு மின் சூடேற்றி, மின் சலவைப் பெட்டி போன்றவைகளில் பயன்படுகிறது.
4.8.1 ஜூல் வெப்ப விதி#
\( R \) மின்தடையுள்ள மின்தடையாக்கியின் வழியாக பாயும் மின்னோட்டம் \( I \) என்க. மின்தடையாக்கியின் முனைகளுக்கிடையே மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V \) என்க. \( t \) விநாடிகள் மின்தடை வழியே பாயும் மின்னூட்டம் \( Q \) என்க.
\( Q \) மின்னூட்டத்தை மின்தடையாக்கியின் முனைகளுக்கிடையே உள்ள \( V \) மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் இயக்க செய்யப்படும் வேலையானது \( VQ \) ஆகும். இந்த வேலை மின்தடையில் வெப்ப ஆற்றலாக மாறி வெளிப்படுகிறது. எனவே உருவாக்கப்பட்ட வெப்பம்:
\[ H = W = VQ \]\( Q = It \) என நமக்கு தெரியும். எனவே:
\[ H = VIt \tag{4.19} \]ஓம் விதியிலிருந்து, \( V = IR \). எனவே:
\[ H = I^2Rt \tag{4.20} \]இது ஜூல் வெப்ப விதி எனப்படும். இவ்விதியின் படி ஒரு மின்தடையில் உருவாகும் வெப்பமானது:
• அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தின் இருமடிக்கு நேர்விகிதத்திலும்
• மின் தடைக்கு நேர் விகிதத்திலும்
• மின்னோட்டம் பாயும் காலத்திற்கு நேர்விகிதத்திலும் இருக்கும்.
4.8.2 ஜூல் விளைவின் பயன்கள்#
1. மின்சார வெப்பமேற்றும் சாதனங்கள்#
மின் சலவைப் பெட்டி, ஏராட்டி கூறும் அருப்பு, மின்சார அருப்பு, மின் சூடேற்றி, வெந்நீர் கொதிகலன் போன்ற வீட்டு உபயோகப் பொருள்களில் மின்னோட்டத்தின் வெப்ப விளைவு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இவற்றில் வெப்பத்தை உண்டாக்க நிக்கல் மற்றும் குரோமியம் கலந்த நிக்கிரோம் என்ற உலோகக் கலவையினால் ஆன சுருள் வெப்பமேற்றும் சாதனமாக பயன்படுகிறது. ஏனெனில் இப்பொருள்:
(i) அதிக மின்தடையை கொண்டது
(ii) அதிக உருகுநிலை கொண்டது
(iii) வெப்பத்தில் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு உள்ளாகாது
2. மின் உருகு இழை#
மின் உருகு இழை மின் சுற்றோடு தொடராக இணைக்கப்படும். சுற்றில் அதிக மின்னோட்டம் பாயும் போது ஜூல் வெப்பவிளைவு காரணமாக மின் உருகு இழை உருகி மின்சுற்று துண்டிக்கப்படுகிறது. எனவே, மின்சுற்றும், மின்சாதனங்களும் சேதமடைவதிலிருந்து பாதுகாக்கப்படுகிறது. மின் உருகு இழையானது குறைந்த உருகுநிலையை கொண்ட பொருள்களால் செய்யப்படுகிறது.
3. மின் விளக்கில் உள்ள மின் இழை#
மின்விளக்கில் மின் இழை என்று அழைக்கப்படும் ஒரு சிறிய கம்பி பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது மிக அதிக உருகுநிலை கொண்ட பொருளால் உருவாக்கப்படுகிறது. மின்னோட்டம் இதன் வழியாக செல்லும் போது வெப்பம் உருவாகிறது. மின் இழை சூடுபடும்போது இது ஒளியை வெளிச்சத்தை கொடுக்கிறது. பொதுவாக பங்க்ஸ்டனான மின் விளக்குகளில் மின் இழையாக பயன்படுகிறது.
தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 6
\( 5 \ \Omega \) மின்தடை கொண்ட மின் சூடேற்றி ஒரு மின் மூலத்துடன் இணைக்கப்படுகிறது. 6 A மின்னோட்டமானது இந்த சூடேற்றி வழியாக பாய்கிறது எனில் 5 நிமிடங்களில் உருவாகும் வெப்பத்தின் அளவை காண்க.
தீர்வு:
\( R = 5 \ \Omega, I = 6 \ \text{A}, t = 5 \ \text{நிமிடங்கள்} = 5 \times 60 = 300 \ \text{s} \)
\[ H = I^2Rt = 6^2 \times 5 \times 300 = 36 \times 1500 = 54000 \ \text{J} \]4.9 மின்திறன் மற்றும் மின்னாற்றல்#
4.9.1 மின்திறன்#
ஒரு மின்சாதனத்தில் மின்னாற்றல் நுகரப்படும் வீதம் மின்திறன் எனப்படும். இது \( P \) என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது. ஒரு மின்சாதனத்தில் \( W \) அளவு வேலை \( t \) காலத்தில் செய்யப்படின் அதன் மின்திறன்:
\[ P = \frac{W}{t} \]மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V \), மின்னோட்டம் \( I \), மின்தடை \( R \) மற்றும் காலம் \( t \) ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் மின்திறனை கீழ்கண்டவாறு எழுதலாம்:
\[ P = VI \]\[ P = I^2R \]\[ P = \frac{V^2}{R} \]மின்திறனின் SI அலகு வாட் (W) ஆகும். 1 வாட் என்பது 1 ஜூல்/விநாடி ஆகும்.
\[ 1 \ \text{W} = 1 \ \text{J} \ \text{s}^{-1} \]வணிக ரீதியில் மின்திறன் கிலோவாட் (kW) அல்லது மெகாவாட் (MW) என குறிக்கப்படுகிறது.
\[ 1 \ \text{kW} = 1000 \ \text{W} \]\[ 1 \ \text{MW} = 10^6 \ \text{W} \]குதிரைத்திறன் (HP) என்பது மின்திறனின் மற்றொரு அலகு ஆகும்.
\[ 1 \ \text{HP} = 746 \ \text{W} \]4.9.2 மின்னாற்றல்#
ஒரு குறிப்பிட்ட கால அளவில் மின்சுற்று நுகரும் மொத்த ஆற்றல் மின்னாற்றல் எனப்படும். இது மின்திறன் மற்றும் காலத்தின் பெருக்கற்பலனுக்கு சமம்.
\[ E = P \times t \]மின்னாற்றலின் SI அலகு ஜூல் (J). வணிக ரீதியில் இது கிலோவாட் மணி (kWh) என அளவிடப்படுகிறது.
\[ 1 \ \text{kWh} = 1 \ \text{kW} \times 1 \ \text{h} \]\[ 1 \ \text{kWh} = 1000 \ \text{W} \times 3600 \ \text{s} = 3.6 \times 10^6 \ \text{J} \]4.10 வீட்டு மின் சுற்றுகள்#
நமது வீடுகளுக்கு வரும் மின்சாரமானது இரண்டு விதமான மின் காப்பிடப்பட்ட கம்பிகள் மூலமாக கொண்டு வரப்படுகின்றன. இந்த இரண்டு கம்பிகளில் ஒன்று சிவப்பு காப்புறை கொண்ட கம்பி. அது மின்னோட்ட கம்பி எனப்படும். கறுப்பு காப்புறை உள்ள மற்றொரு கம்பி நடுநிலை கம்பி எனப்படும். நமது வீட்டிற்கு கொடுக்கப்படும் மின்சாரமானது 220 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட ஒரு மாறு திசை மின்னோட்டமாகும். இவ்விரு கம்பிகளும் வாட் - மணி மீட்டருடன் (மின்னளவிப் பெட்டி) இணைக்கப்பட்டுள்ளன. மின்னோட்ட கம்பி மின் உருகு இழை வழியாக மின்னளவிப் பெட்டியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. நடுநிலை கம்பி நேரடியாக மின்னளவிப் பெட்டியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
மின்னளவிப் பெட்டியிலிருந்து வரும் கம்பியானது முதல்மை சாவியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த சாவியானது தேவைப்படும் போது மின்னோட்டத்தை நிறுத்துவதற்கு பயன்படுகிறது. முதல்மை சுற்றிலிருந்து வரும் மின்னோட்ட கம்பிகள் வீட்டினுள் அமைக்கப்பட்டிருக்கும் தனித் தனிச் சுற்றுகளுக்குத் திறனை வழங்கும். இரு வகையான மின்சுற்றுகள் வீடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மின் விளக்குகள், மின் விசிறிகள் அடங்கிய ஒரு சுற்றுக்கு 5 A அளவிலான குறைந்த திறன் வழங்கும் சுற்றுக்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. குளிர்சாதன பெட்டிகள், நீர் சூடேற்றிகள், மின் சலவை பெட்டி, ஏராட்டி சுறும் அருப்பு, மின்சார அருப்பு, மின் சூடேற்றி, வெந்நீர் கொதிகலன் அடங்கிய மின்திறன் சுற்றுகளுக்கு 15 A அளவிலான அதிக திறன் வழங்கும் சுற்றுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வீட்டிலுள்ள அனைத்து சுற்றுக்களும் பக்க இணைப்பு முறையில் இணைக்கப்படுவதால் ஒரு சுற்றில் தடை ஏற்பட்டாலும் அது மற்ற சுற்றுக்களை பாதிக்காது. பக்க இணைப்பின் மற்றொரு நன்மை என்னவெனில் அனைத்து மின்சாதனங்களும் சமமான மின்னழுத்தத்தை பெறும்.
இந்தியாவில் வீடுகளில் 220 V மின்னழுத்தமும், 50 Hz அதிர்வெண்ணும் கொண்ட மாறு திசை மின்னோட்டம் அனுப்பப்படுகிறது. USA மற்றும் UK போன்ற நாடுகளில் வீட்டுக்குரிய மின்சுற்றுகளில் 110/120 V மின்னழுத்தமும் 60 Hz அதிர்வெண்ணும் கொண்ட மாறு திசை மின்னோட்டம் அனுப்பப்படுகிறது.
4.10.1 அதிக பளுவாதல் மற்றும் குறுக்குத் தடைச் சுற்று#
அதிக பளுவாதல் அல்லது குறுக்குத் தடைச் சுற்று ஏற்பட்டால் மின் உருகு இழை அல்லது சிறிய மின்சுற்று உடைப்பி மின்சுற்றை முறித்துவிடும். ஒரே மின் மூலத்தில் அதிக அளவிலான மின்சாதனங்களை தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது அதிக பளு ஏற்படுகிறது. இது சுற்றின் வழியாக அதிகப்படியான மின்னோட்டம் பாய்வதற்கு வழிவகை செய்கிறது. ஒரு மின் கம்பியில் அதன் எல்லையை தாண்டி அதிகப்படியான மின்னோட்டம் பாயும் போது மின் கம்பி சூடாகி தீ ஏற்படுகிறது. இதுவே, அதிக பளுவாதல் எனப்படும்.
சில நேரங்களில் வெப்பநிலை மாற்றம் அல்லது வேறு காரணங்களால் மின்னோட்ட கம்பியில் பொருத்தப்பட்டுள்ள மின் காப்புறை பழுதாகிப் போயிருக்கிறது. இதன் காரணமாக மின்னோட்ட கம்பியானது நடுநிலை கம்பியை தொடும் நிலை ஏற்படும். மின்னோட்ட கம்பி நடுநிலை கம்பியோடு தொடும் போது ஏற்படுவது தான் குறுக்குத் தடைச் சுற்று.
குறுக்குத் தடைச் சுற்று காரணமாக கம்பியின் மின்தடை மிக சிறியதாகிறது. இதனால் அதிக அளவு மின்னோட்டம் கம்பி வழியாக பாய்கிறது. இதன் காரணமாக கம்பி சூடாகி தீ ஏற்படுகிறது மற்றும் வீடுகளுக்குப் பரவுகிறது.
4.10.2 புவித்தொடுப்பு#
வீடுகளுக்கான மின்சுற்றில் பச்சை காப்புறை பெற்ற மூன்றாவது கம்பி ஒன்று பயன்படுத்தப்பட்டிருக்கும். இந்த கம்பியை புவித் தொடுப்புக் கம்பி என்று அழைப்பார்கள். புவித் தொடுப்புக் கம்பியின் மறுமுனையானது பூமியில் புதைக்கப்பட்ட உலோக குழாய் அல்லது உலோக தகடுகளுடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும். இந்த கம்பியானது மின்னோட்டத்திற்கு குறைந்த மின்தடையை தருகிறது. உலோகப்பரப்புடைய மின் சலவைப் பெட்டி, மேசை மின் விசிறி, குளிர்சாதனப் பெட்டி போன்ற மின்கருவிகளில் சில நேரங்களில் மின்கசிவு ஏற்படும். மின்கசிவினால் உருவாகும் ஆபத்தான மின்னோட்டம் புவித் தொடுப்புக் கம்பி வழியாக புவிக்கு செல்கிறது. எனவே, புவித் தொடுப்புக் கம்பி இணைப்பானது ஒரு பாதுகாப்பு அரணாக அமைந்து மின்கசிவினால் உண்டாகும் மின்னதிர்ச்சியைத் தவிர்க்கிறது.
4.11 LED#
LED என்பது மின்சாரம் செல்லும் போது கண்ணுறு ஒளியை உமிழக்கூடிய ஒரு குறை கடத்தி சாதனமாகும். உமிழப்படும் ஒளியின் வண்ணம் பயன்படுத்தப்படும் பொருளின் தன்மையை பொறுத்து அமையும். சிவப்பு, பச்சை, மஞ்சள் மற்றும் ஆரஞ்சு வண்ணங்களை உமிழக்கூடிய LED களை தயாரிப்பாளர்கள் கேலியம் ஆர்சனைடு மற்றும் கேலியம் பாஸ்பைடு போன்ற வேதிச் சேர்மங்கள் பயன்படுத்தி உருவாக்குகிறார்கள். டிஜிட்டல் கடிகாரங்கள், கணக்கீட்டு கருவிகள், போக்குவரத்து சமிக்கைகள், தெருவிளக்குகள், அலங்கார விளக்குகள் போன்றவைகளில் LED பயன்படுத்தப்படுகிறது.
4.11.1 ஏழு துண்டு காட்சிப் பலகை#
ஏழு துண்டு காட்சிப் பலகை என்பது எழுத்து அல்லது எண்களை டிஜிட்டல் வடிவில் வெளியீடு செய்யும் ஒரு காட்சிக் கருவி ஆகும். டிஜிட்டல் மீட்டர், டிஜிட்டல் கடிகாரங்கள், நுண்கணினி அடிப்பு போன்றவைகளில் எண்கள் அல்லது எழுத்துக்களை வெளியீடு செய்ய இது பயன்படுகிறது. இது 8 என்ற எண் வடிவில் அமைந்த ஏழு துண்டுகள் கொண்ட ஒளி உமிழ் டையோடுகளின் தொகுப்பு ஆகும். ஏழு ஒளி உமிழ் டையோடுகளுக்கும் a, b, c, d, e, f மற்றும் g என பெயரிடப்பட்டுள்ளது. எட்டாவது ஒளி உமிழ் டையோடு புள்ளியை காட்சிப்படுத்த வைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த எட்டு துண்டுகளுக்கு மின்னழுத்தம் கொடுக்கும் போது துண்டுகள் ஒளியினை உமிழும். தேவைப்படும் துண்டுகளுக்கு மின்னழுத்தம் கொடுத்து அதனை மட்டும் உமிழச் செய்யலாம்.
4.11.2 LED விளக்குகளின் நன்மைகள்#
LED க்கு மின் இழை இல்லாத காரணத்தினால் வெப்ப ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுவதில்லை. மின் இழை மின் விளக்கைவிட குறைந்த வெப்பநிலையைக் கொண்டிருக்கும்.
ஒளிரும் மின் இழை பல்புடன் ஒப்பிடும் போது இது குறைந்த திறனை நுகரும்.
இது சுற்றுச்சூழலுக்கு பாதிப்பை ஏற்படுத்தாது.
பல நிறங்களில் வெளியீட்டினை பெற்றுக்கொள்ள சாத்தியமாகிறது.
மலிவு விலை மற்றும் ஆற்றல் சிக்கனம் உடையது.
பாதரசம் மற்றும் பிற நச்சுப் பொருள்கள் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை.
மின்னாற்றல் பற்றாக்குறையை நிவர்த்தி செய்யும் வழிகளில் ஒன்று அதிகளவிலான LED மின் விளக்குகளை பயன்படுத்துதல் ஆகும்.
4.12 LED தொலைக்காட்சி#
ஒளி உமிழ் டையோடின் மற்றுமொரு முக்கியமான பயன்பாடு LED தொலைக்காட்சி ஆகும். LED தொலைக்காட்சி உண்மையில் ஒளி உமிழ் டையோடை பயன்படுத்தி செய்யப்பட்ட LCD (Liquid Crystal Display) தொலைக்காட்சி ஆகும். LED காட்சி சாதனத்தில் ஒளி உமிழ் டையோடுகளை மின்னொளிர்வாக்க பயன்படுத்துகின்றனர். ஒளி உமிழ் டையோடுகளின் வரிசை படப்புள்ளிகள் (pixel) செயல்படும். இந்த படப்புள்ளிகளை டிஜிட்டல் படம் அல்லது காட்சிக்கு அடிப்படை ஆகும். கறுப்பு வெள்ளை தொலைக்காட்சியில் வெள்ளை நிற ஒளியை உமிழும் ஒளி உமிழ் டையோடுகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர். சிவப்பு, பச்சை மற்றும் நீலம் ஆகிய நிறங்களை உமிழும் ஒளி உமிழ் டையோடுகளைப் பயன்படுத்தி வண்ணத் தொலைக்காட்சிப் படங்களை தயாரிக்கின்றனர். 1997 ல் ஜெம்ஸ் P. மிட்சல் என்பவரால் முதல் LED தொலைக்காட்சி உருவாக்கப்பட்டது. இது ஒரிஜினல் மூல நிறக்காட்சிப் படமாகும். 2009 இல் வணிக ரீதியிலான LED தொலைக்காட்சி அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.
4.12.1 LED தொலைக்காட்சியின் நன்மைகள்#
• இதன் வெளியீடு பிரகாசமாக இருக்கும்.
• இது மெல்லிய அளவுடையதாக இருக்கும்.
• குறைவான சக்தியை பயன்படுத்துகிறது மற்றும் குறைவான ஆற்றலை நுகர்கிறது.
• இதன் ஆயுட்காலம் அதிகம்.
• இது மிகவும் நம்பகத்தன்மை உடையது.
நினைவில் கொள்க#
❖ கடத்தி ஒன்றின் ஒரு பகுதியின் வழியே மின்னூட்டம் பாயும் வீதம் மின்னோட்டத்தின் எண்மதிப்பாக வரையறுக்கப்படுகிறது.
❖ மின்னோட்டத்தின் SI அலகு ஆம்பியர் (A).
❖ மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் (V).
❖ மின்சுற்று என்பது மின்னோட்டத்தை தன் வழியே செல்ல அனுமதிக்கும் பல மின் கூறுகளின் வலையமைப்பு கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட ஒரு மூடிய சுற்று அல்லது பாதையாகும்.
❖ ஒரு கடத்தியின் நீளம், அதன் குறுக்குவெட்டு பரப்பு மற்றும் அந்த பொருளின் தன்மை ஆகியவைகள் கடத்தியின் மின்தடையை பாதிக்கும் காரணிகள் ஆகும்.
❖ மின்தடை எண்ணின் அலகு ஓம் மீட்டர் \( (\Omega \ \text{m}) \). ஒரு குறிப்பிட்ட உலோக பொருளுக்கு மின்தடை எண் மாறிலி ஆகும்.
❖ மின்தடை எண்ணின் தலைகீழி மின் கடத்து எண் எனப்படும்.
\[ \sigma = \frac{1}{\rho} \]❖ மின்தடைகள் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுபயன் மின்தடையானது தனித்தனியாக உள்ள மின்தடைகளின் உயர் மதிப்பைவிட அதிகமாக இருக்கும்.
❖ மின்தடையாக்கிகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும் போது தொகுப்பன் மின்தடையானது தனித்தனியான மின்தடைகளின் குறைந்த மதிப்பை விட குறைவாக இருக்கும்.
❖ மின் கம்பியின் வழியே மின்னோட்டம் செல்வதால் வெப்பம் உருவாகிறது. இந்த நிகழ்வு மின்னோட்டத்தின் வெப்பவிளைவு எனப்படுகிறது.
❖ 1 குதிரை திறன் என்பது 746 வாட் ஆகும்.
❖ வீட்டு உபயோக மின் சாதனங்களில் குறுக்குத் தடைச் சுற்று ஏற்படும் போது உருவாகும் அதிகப்படியான மின்னோட்டத்திலிருந்து மின் உருகு இழை அல்லது மின்சுற்று உடைப்பி பாதுகாக்கிறது.
தீர்க்கப்பட்ட கணக்குகள்#
1. இரண்டு மின்விளக்குகளின் திறன் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு முறையே 60 W, 220 V மற்றும் 40 W, 220 V. இரண்டில் எந்த விளக்கு அதிக மின்தடையை பெற்றிருக்கும்?#
தீர்வு:
மின்திறன்:
\[ P = \frac{V^2}{R} \]மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V \) இரண்டு மின்விளக்குகளிலும் ஒரே மதிப்பை உடையதாக இருப்பதால் மின்திறன் மின்தடைக்கு எதிர் விகிதத்தில் இருக்கிறது.
எனவே குறைந்த மின்திறன் கொண்ட மின்விளக்குக்கு அதிக மின்தடை இருக்கும். ஆகவே 40 W, 220 V அளவினைக் கொண்ட மின்விளக்கு அதிக மின் தடையை பெற்றிருக்கும்.
2. ஒரு மின்சுற்றில் பொருத்தப்பட்டுள்ள 100 W, 200 V மின்விளக்கில் பாயும் மின்னோட்டம் மற்றும் மின்தடையை கணக்கிடுக.#
தீர்வு:
மின்திறன் \( P = 100 \) W, மின்னழுத்தம் \( V = 200 \) V
மின்திறன்:
\[ P = VI \]எனவே, மின்னோட்டம்:
\[ I = \frac{P}{V} = \frac{100}{200} = 0.5 \ \text{A} \]மின்தடை:
\[ R = \frac{V}{I} = \frac{200}{0.5} = 400 \ \Omega \]3. கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள மின்சுற்றில் \( 5 \ \Omega, 10 \ \Omega \) மற்றும் \( 20 \ \Omega \) மின்தடை உடைய \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) ஆகிய மூன்று மின்தடையாக்கிகள் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.#
A) ஒவ்வொரு மின்தடை வழியாக செல்லும் மின்னோட்டம்
B) மின்சுற்றில் பாயும் மொத்த மின்னோட்டம்
C) மின்சுற்றில் உள்ள மொத்த மின்தடை
ஆகியவற்றை கணக்கிடுக.
தீர்வு:
A) மூன்று மின்தடையாக்கிகளும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால் மூன்று மின்தடையாக்கிகளுக்கு எதிராக உள்ள மின்னழுத்தமும் சமமாக இருக்கும். (i.e. \( V = 10 \) V)
எனவே \( R_1 \) வழியாக செல்லும் மின்னோட்டம்:
\[ I_1 = \frac{V}{R_1} = \frac{10}{5} = 2 \ \text{A} \]\( R_2 \) வழியாக செல்லும் மின்னோட்டம்:
\[ I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{10}{10} = 1 \ \text{A} \]\( R_3 \) வழியாக செல்லும் மின்னோட்டம்:
\[ I_3 = \frac{V}{R_3} = \frac{10}{20} = 0.5 \ \text{A} \]B) மின்சுற்றில் பாயும் மொத்த மின்னோட்டம்:
\[ I = I_1 + I_2 + I_3 = 2 + 1 + 0.5 = 3.5 \ \text{A} \]C) மின்சுற்றில் உள்ள மொத்த மின்தடை:
\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} \]\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{5} + \frac{1}{10} + \frac{1}{20} = \frac{4 + 2 + 1}{20} = \frac{7}{20} \]எனவே:
\[ R_p = \frac{20}{7} = 2.857 \ \Omega \]4. \( 1 \ \Omega, 2 \ \Omega \) மற்றும் \( 4 \ \Omega \) ஆகிய மின்தடைகளைக் கொண்ட மூன்று மின்தடையாக்கிகள் ஒரு மின்சுற்றில் இணையாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது. \( 1 \ \Omega \) மின்தடை கொண்ட மின்தடையாக்கி வழியாக 1 A மின்னோட்டம் சென்றால், ஏனைய இரு மின்தடையாக்கிகள் வழியாக செல்லும் மின்னோட்டத்தினைக் காண்க.#
தீர்வு:
\( R_1 = 1 \ \Omega, R_2 = 2 \ \Omega, R_3 = 4 \ \Omega \)
மின்னோட்டம் \( I_1 = 1 \) A
\( 1 \ \Omega \) மின்தடைக்கு எதிராக இருக்கும் மின்னழுத்த வேறுபாடு:
\[ V = I_1 R_1 = 1 \times 1 = 1 \ \text{V} \]இங்கு மின்தடைகள் இணையாக இருப்பதால் மூன்று மின்தடைகளுக்கும் சமான மின்னழுத்த வேறுபாடு இருக்கும்.
எனவே \( 2 \ \Omega \) மின்தடை வழியாக பாயும் மின்னோட்டம்:
\[ I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{1}{2} = 0.5 \ \text{A} \]இதுபோல \( 4 \ \Omega \) மின்தடை வழியாக பாயும் மின்னோட்டம்:
\[ I_3 = \frac{V}{R_3} = \frac{1}{4} = 0.25 \ \text{A} \]I. சரியான விடையைத் தேர்ந்தெடு#
- கீழ்க்கண்டவற்றுள் எது சரியானது?
அ) மின்னூட்டம் பாயும் வீதம் மின் திறன்
ஆ) மின்னூட்டம் பாயும் வீதம் மின்னோட்டம்
இ) மின்னாற்றல் தோறும் வீதம் மின்னோட்டம்
ஈ) மின்னோட்டம் தோறும் வீதம் மின்னூட்டம்
விடை: ஆ) மின்னூட்டம் பாயும் வீதம் மின்னோட்டம்
- மின்தடையின் SI அலகு
அ) வோல்ட்
ஆ) ஜூல்
இ) ஓம்
ஈ) ஓம் மீட்டர்
விடை: இ) ஓம்
- ஒரு எளிய மின்சுற்றில் சாவியை மூடியவுடன் மின்விளக்கு ஒளிர்வது ஏன்?
அ) சாவி மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கிறது
ஆ) சாவி மூடியிருக்கும் போது மின்சுற்றின் சுற்றுப்பாதையை மூடி விடுகிறது
இ) சாவி மூடியிருக்கும் போது மின்சுற்றின் சுற்றுப்பாதை திறக்கிறது
ஈ) மின்விளக்கு மின்னாற்றலை எடுக்கும்
விடை: ஆ) சாவி மூடியிருக்கும் போது மின்சுற்றின் சுற்றுப்பாதையை மூடி விடுகிறது
- கிலோவாட் மணி என்பது எதன் அலகு?
அ) மின்தடை எண்
ஆ) மின் கடத்து திறன்
இ) மின் ஆற்றல்
ஈ) மின் திறன்
விடை: இ) மின் ஆற்றல்
II. கோடிட்ட இடங்களை நிரப்புக#
- ஒரு மின்சுற்று திறந்திருக்கும் போது அச்சுற்றின் வழியாக __________ பாய்ந்து செல்லாது.
விடை: மின்னோட்டம்
- மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையே உள்ள விகிதம் __________.
விடை: மின்தடை
- வீடுகளில் __________ மின்சுற்று பயன்படுத்தப்படுகிறது.
விடை: பக்க இணைப்பு
- __________ மற்றும் __________ ஆகியவைகளின் பெருக்கல் பலன் மின்திறன் ஆகும்.
விடை: மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்னோட்டம்
- LED என்பதன் விரிவாக்கம் __________.
விடை: ஒளி உமிழ் டையோடு (Light Emitting Diode)
III. கீழ்கண்ட கூற்றுகள் சரியா? அல்லது தவறா? எனக் கூறு. தவறானால் சரியானக் கூற்றை எழுதுக.#
- கூற்று: திறன் மற்றும் மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றிற்கு இடையேயான தொடர்பை ஓம் விதி விளக்குகிறது.
விடை: தவறு. மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவற்றிற்கு இடையேயான தொடர்பை ஓம் விதி விளக்குகிறது.
- கூற்று: வீட்டு உபயோக மின் சாதனங்களில் குறுக்குத் தடைச் சுற்று ஏற்படும் போது அதிகப்படியாக வரும் மின்னோட்டத்திலிருந்து பாதுகாக்க பயன்படுத்துவது மின் சுற்று உடைப்பி.
விடை: சரி
- கூற்று: மின்னோட்டத்தின் SI அலகு கூலும் ஆகும்.
விடை: தவறு. மின்னோட்டத்தின் SI அலகு ஆம்பியர் ஆகும். கூலும் என்பது மின்னூட்டத்தின் அலகு.
- கூற்று: ஒரு கிலோவாட் மணி என்பது 1000 கிலோவாட் மணிக்கு சமமாக இருக்கும்.
விடை: தவறு. ஒரு கிலோவாட் மணி என்பது 1 கிலோவாட் × 1 மணி = 1000 வாட் மணிக்கு சமமாக இருக்கும்.
- கூற்று: மூன்று மின்தடைகள் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும்போது அவைகளின் தொகுப்பன் மின்தடையானது தனித்தனியாக உள்ள மின்தடைகளின் குறைந்த மதிப்பைவிட குறைவாக இருக்கும்.
விடை: தவறு. தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும்போது தொகுப்பன் மின்தடையானது தனித்தனியான மின்தடைகளின் கூட்டுத்தொகைக்கு சமம். எனவே இது எந்த ஒரு தனித்த மின்தடை மதிப்பைவிடவும் அதிகமாக இருக்கும்.
IV. பொருத்துக#
| பகுதி 1 | பகுதி 2 |
|---|---|
| (i) மின்னோட்டம் | (அ) வோல்ட் |
| (ii) மின்னழுத்த வேறுபாடு | (ஆ) ஓம் மீட்டர் |
| (iii) மின்தடை எண் | (இ) வாட் |
| (iv) மின்திறன் | (ஈ) ஜூல் |
| (v) மின்னாற்றல் | (உ) ஆம்பியர் |
விடை:
- (i) → (உ) ஆம்பியர்
- (ii) → (அ) வோல்ட்
- (iii) → (ஆ) ஓம் மீட்டர்
- (iv) → (இ) வாட்
- (v) → (ஈ) ஜூல்
V. பின்வரும் வினாக்களில் கூற்றும் அதனையடுத்து காரணமும் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. பின்வருவனவற்றுள் எது சரியான தெரிவோ அதனைத் தெரிவு செய்க.#
- அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்கு சரியான விளக்கம்
- ஆ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. ஆனால், காரணம் கூற்றுக்கு சரியான விளக்கமல்ல
- இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியல்ல
- ஈ) கூற்று தவறானது. ஆனால், காரணம் சரியானது
- கூற்று: உலோகப்பரப்புடைய மின்கருவிகளில் மூன்று காப்புறை பெற்ற கம்பிகள் பயன்படுத்தப்பட்டிருக்கும்.
காரணம்: இந்த இணைப்பினால் அதனோடு இணைக்கப்படும் கம்பிகள் சூடாவது தடுக்கப்படும்.
விடை: இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியல்ல. (மூன்றாம் கம்பி புவித் தொடுப்புக் கம்பியாகும், இது மின்னதிர்ச்சியிலிருந்து பாதுகாக்கிறது)
- கூற்று: மின்கலத்தோடு இருக்கும் ஒரு சிறிய மின்சுற்றில் மின்கலத்தின் நேர்மின்வாய் பெரும் மின்னழுத்தத்தில் இருக்கும்.
காரணம்: உயர் மின்னழுத்தப் புள்ளியை நோக்கி மின்னோட்டம் பாய்ந்து செல்லும்.
விடை: இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியல்ல. (மின்னோட்டம் உயர் மின்னழுத்தத்திலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தத்திற்கு பாயும்)
- கூற்று: LED விளக்குகள் ஒளிரும் மின்னிலை விளக்குகளை விட சிறந்தது.
காரணம்: LED விளக்குகள் ஒளிரும் மின்னிலை விளக்குகளை விட குறைவான மின் திறனை நுகரும்.
விடை: அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்கு சரியான விளக்கம்.
VI. குறு வினாக்கள்#
- மின்னோட்டத்தின் அலகு வரையறு.
விடை: ஒரு கூலும் மின்னூட்டம் ஒரு விநாடி நேரத்தில் கடத்தியின் எதாவது ஒரு குறுக்குவெட்டுப் பகுதி வழியாக கடந்து செல்லும் போது அக்கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டம் ஒரு ஆம்பியர் என வரையறை செய்யப்படுகிறது.
- ஒரு கடத்தியின் அளவை தடிமனாக்கினால் அதன் மின் தடையின் மதிப்பு என்னவாகும்?
விடை: மின் தடை \( R \propto \frac{1}{A} \) என்பதால், கடத்தியை தடிமனாக்கினால் (குறுக்குவெட்டு பரப்பு அதிகரிக்கும்) மின் தடையின் மதிப்பு குறையும்.
- மின்னிலை விளக்குகளில் பங்க்ஸ்டன் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆனால் மின் உருகு இழையாக அதனை பயன்படுத்துவதில்லை. ஏன்?
விடை: பங்க்ஸ்டன் மிக அதிக உருகுநிலை கொண்டது. மின் உருகு இழை குறைந்த உருகுநிலை கொண்ட பொருளால் செய்யப்பட வேண்டும். அதிக மின்னோட்டம் செல்லும் போது உருகி மின்சுற்றை பாதுகாக்க வேண்டும். எனவே பங்க்ஸ்டன் மின் உருகு இழையாக பயன்படுத்தப்படுவதில்லை.
- மின்னோட்டத்தின் வெப்பவிளைவை பயன்படுத்தி செயல்படும் இரண்டு மின்சாதனங்கள் பெயரினை கூறு.
விடை: (i) மின் சலவைப் பெட்டி, (ii) மின் சூடேற்றி
VII. சிறு வினாக்கள்#
- மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு வரையறு.
விடை: மின்னழுத்தம்: ஒரு புள்ளியில் மின்னழுத்தம் என்பது ஓரலகு நேர்மின்னூட்டத்தை முடிவில்லாத தொலைவில் இருந்து மின்விசைக்கு எதிராக அப்புள்ளிக்கு கொண்டுவர செய்யப்படும் வேலை ஆகும்.
மின்னழுத்த வேறுபாடு: இரு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு என்பது ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு ஓரலகு நேர்மின்னூட்டத்தை மின் விசைக்கு எதிராக நகர்த்த செய்யப்படும் வேலை ஆகும்.
- வீட்டிலுள்ள மின்சுற்றில் புவித் தொடுப்புக் கம்பியின் பங்கு என்ன?
விடை: புவித் தொடுப்புக் கம்பி ஒரு பாதுகாப்பு அரணாக அமைந்து மின்கசிவினால் உண்டாகும் மின்னதிர்ச்சியைத் தவிர்க்கிறது. மின்கசிவினால் உருவாகும் ஆபத்தான மின்னோட்டம் புவித் தொடுப்புக் கம்பி வழியாக புவிக்கு செல்கிறது.
- ஓம் விதி வரையறு.
விடை: மாறா வெப்பநிலையில், கடத்தி ஒன்றின் வழியே பாயும் சீரான மின்னோட்டம் கடத்தியின் முனைகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு நேர்தகவில் அமையும்.
\[ V = IR \]- மின் தடை எண் மற்றும் மின் கடத்து எண் ஆகியவற்றை வேறுபடுத்து.
| மின்தடை எண் \( (\rho) \) | மின் கடத்து எண் \( (\sigma) \) |
|---|---|
| ஒரு பொருளின் மின்னோட்டத்தை எதிர்க்கும் திறனை குறிக்கும் | ஒரு பொருளின் மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்கும் திறனை குறிக்கும் |
| அலகு: \( \Omega \ \text{m} \) | அலகு: \( \Omega^{-1} \ \text{m}^{-1} \) |
| \( \rho = \frac{RA}{L} \) | \( \sigma = \frac{1}{\rho} \) |
- வீடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் மின்சுற்றில் எந்த வகை மின்சுற்றுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன?
விடை: வீடுகளில் இரண்டு வகையான மின்சுற்றுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:
(i) 5 A சுற்றுகள் - மின் விளக்குகள், மின் விசிறிகள் போன்ற குறைந்த திறன் சாதனங்களுக்கு
(ii) 15 A சுற்றுகள் - குளிர்சாதனப் பெட்டி, மின் சலவைப் பெட்டி, மின் சூடேற்றி போன்ற அதிக திறன் சாதனங்களுக்கு
VIII. நடு வினாக்கள்#
- மூன்று மின் தடைகளை (அ) தொடர் இணைப்பு (ஆ) பக்க இணைப்பில் இணைக்கும் போது கிடைக்கும் தொகுப்பன் மின்தடைக்கான கோவையை தகுந்த மின்சுற்றுப் படம் வரைந்து கணக்கிடுக.
விடை:
(அ) தொடர் இணைப்பு:
மூன்று மின்தடையாக்கிகள் \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) தொடர் இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு மின்தடையாக்கியின் வழியாகவும் ஒரே அளவு மின்னோட்டம் \( I \) பாயும்.
\[ V_1 = IR_1, \quad V_2 = IR_2, \quad V_3 = IR_3 \]\[ V = V_1 + V_2 + V_3 = I(R_1 + R_2 + R_3) \]தொகுப்பன் மின்தடை \( R_s \):
\[ R_s = R_1 + R_2 + R_3 \](ஆ) பக்க இணைப்பு:
மூன்று மின்தடையாக்கிகள் \( R_1, R_2 \) மற்றும் \( R_3 \) பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு மின்தடையாக்கியின் முனைகளுக்கிடையேயும் ஒரே மின்னழுத்த வேறுபாடு \( V \) இருக்கும்.
\[ I_1 = \frac{V}{R_1}, \quad I_2 = \frac{V}{R_2}, \quad I_3 = \frac{V}{R_3} \]\[ I = I_1 + I_2 + I_3 = V\left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}\right) \]தொகுப்பன் மின்தடை \( R_p \):
\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} \]- அ) மின்னோட்டம் என்றால் என்ன?
ஆ) மின்னோட்டத்தின் அலகு வரையறு.
இ) மின்னோட்டத்தை எந்த கருவியின் மூலம் அளவிடமுடியும்? அதனை ஒரு மின்சுற்றில் எவ்வாறு இணைக்கப்பட வேண்டும்?
விடை:
அ) மின்னோட்டம்: கடத்தி ஒன்றின் ஒரு பகுதியின் வழியே மின்னூட்டங்கள் பாயும் வீதம் மின்னோட்டம் என வரையறுக்கப்படுகிறது.
\[ I = \frac{Q}{t} \]ஆ) மின்னோட்டத்தின் அலகு: ஒரு கூலும் மின்னூட்டம் ஒரு விநாடி நேரத்தில் கடத்தியின் ஒரு குறுக்குவெட்டுப் பகுதி வழியாக கடந்து செல்லும் போது அக்கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டம் ஒரு ஆம்பியர் ஆகும்.
இ) மின்னோட்டத்தை அளவிடும் கருவி: அம்பியர் மீட்டர். இது மின்சுற்றில் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட வேண்டும்.
- அ) ஜூல் வெப்ப விதி வரையறு.
ஆ) நிக்கல் மற்றும் குரோமியம் கலந்த உலோகக் கலவை மின்சார வெப்பமேற்றும் சாதனமாக பயன்படுத்தப்படுவது ஏன்?
இ) ஒரு மின் உருகு இழை எவ்வாறு மின்சாதனங்களை பாதுகாக்கிறது?
விடை:
அ) ஜூல் வெப்ப விதி: ஒரு மின்தடையில் உருவாகும் வெப்பமானது:
- அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தின் இருமடிக்கு நேர்விகிதத்திலும்
- மின் தடைக்கு நேர் விகிதத்திலும்
- மின்னோட்டம் பாயும் காலத்திற்கு நேர்விகிதத்திலும் இருக்கும்.
ஆ) நிக்கல் மற்றும் குரோமியம் கலந்த நிக்கிரோம் உலோகக் கலவை பயன்படுத்தப்படுவதற்கான காரணங்கள்:
- அதிக மின்தடையை கொண்டது
- அதிக உருகுநிலை கொண்டது
- வெப்பத்தில் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு உள்ளாகாது
இ) மின் உருகு இழை மின் சுற்றோடு தொடராக இணைக்கப்படும். சுற்றில் அதிக மின்னோட்டம் பாயும் போது ஜூல் வெப்பவிளைவு காரணமாக மின் உருகு இழை உருகி மின்சுற்று துண்டிக்கப்படுகிறது. எனவே, மின்சுற்றும், மின்சாதனங்களும் சேதமடைவதிலிருந்து பாதுகாக்கப்படுகிறது.
- R மின்தடையுள்ள ஒரு கம்பியானது ஐந்து சமநீளமுடைய கம்பிகளாக வெட்டப்படுகிறது.
அ) வெட்டப்பட்ட கம்பியின் மின்தடை வெட்டப்படாத அசல் கம்பியின் மின்தடையோடு ஒப்பிடுகையில் எவ்வாறு மாற்றமடைகிறது.
ஆ) வெட்டப்பட்ட ஐந்து துண்டு கம்பிகளையும் பக்க இணையில் இணைக்கும் போது அதன் தொகுப்பன் மின்தடையை கணக்கிடுக.
இ) வெட்டப்பட்ட ஐந்து துண்டு கம்பிகளையும் தொடர் இணைப்பு மற்றும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கும் போது கிடைக்கும் தொகுப்பன் மின்தடைகளின் விகிதத்தை கணக்கிடுக.
தீர்வு:
அசல் கம்பியின் நீளம் \( L \), குறுக்குவெட்டு பரப்பு \( A \), மின்தடை \( R \).
கம்பியை 5 சம நீளமுடைய கம்பிகளாக வெட்டும்போது, ஒவ்வொரு கம்பியின் நீளம் \( \frac{L}{5} \) மற்றும் குறுக்குவெட்டு பரப்பு \( A \).
ஒவ்வொரு கம்பியின் மின்தடை:
\[ R' = \rho \frac{L/5}{A} = \frac{R}{5} \]அ) வெட்டப்பட்ட ஒவ்வொரு கம்பியின் மின்தடையும் அசல் கம்பியின் மின்தடையில் \( \frac{1}{5} \) மடங்கு ஆகும்.
ஆ) ஐந்து கம்பிகளையும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கும்போது:
\[ \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R/5} + \frac{1}{R/5} + \frac{1}{R/5} + \frac{1}{R/5} + \frac{1}{R/5} = 5 \times \frac{5}{R} = \frac{25}{R} \]\[ R_p = \frac{R}{25} \]இ) தொடர் இணைப்பில்:
\[ R_s = 5 \times \frac{R}{5} = R \]பக்க இணைப்பில்:
\[ R_p = \frac{R}{25} \]விகிதம்:
\[ R_s : R_p = R : \frac{R}{25} = 25 : 1 \]- வீடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் மின்சுற்றை விளக்கவும் (படம் தேவையில்லை).
விடை:
வீடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் மின்சுற்றில்:
மின்சாரம் இரண்டு கம்பிகள் மூலம் வருகிறது - மின்னோட்ட கம்பி (சிவப்பு) மற்றும் நடுநிலை கம்பி (கறுப்பு).
இவை வாட்-மணி மீட்டருடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
மின்னோட்ட கம்பி மின் உருகு இழை வழியாக மின்னளவிப் பெட்டியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
முதல்மை சாவி மின்னோட்டத்தை கட்டுப்படுத்த பயன்படுகிறது.
வீட்டில் இரண்டு வகையான சுற்றுகள் உள்ளன:
- 5 A சுற்றுகள் (விளக்குகள், விசிறிகள்)
- 15 A சுற்றுகள் (குளிர்சாதனப் பெட்டி, சூடேற்றிகள்)
அனைத்து சுற்றுகளும் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
புவித் தொடுப்புக் கம்பி (பச்சை) பாதுகாப்பிற்காக பயன்படுகிறது.
- அ) சாதாரண தொலைக்காட்சிப் பெட்டியை விட LED தொலைக்காட்சிப் பெட்டியினால் ஏற்படும் நன்மைகள் யாவை?
ஆ) LED விளக்கின் நன்மைகளை பட்டியலிடுக.
விடை:
அ) LED தொலைக்காட்சியின் நன்மைகள்:
- வெளியீடு பிரகாசமாக இருக்கும்
- மெல்லிய அளவுடையதாக இருக்கும்
- குறைவான சக்தியை பயன்படுத்துகிறது
- ஆயுட்காலம் அதிகம்
- மிகவும் நம்பகத்தன்மை உடையது
ஆ) LED விளக்கின் நன்மைகள்:
- வெப்ப ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுவதில்லை
- குறைந்த திறனை நுகரும்
- சுற்றுச்சூழலுக்கு பாதிப்பை ஏற்படுத்தாது
- பல நிறங்களில் வெளியீடு பெற முடியும்
- மலிவு விலை மற்றும் ஆற்றல் சிக்கனம்
- பாதரசம் மற்றும் நச்சுப் பொருள்கள் இல்லை
IX. கணக்குகள்#
- ஒரு மின் சலவைப் பெட்டி அதிகபட்ச வெப்பத்தை வெளிவிடும்போது 420 வாட் மின்திறனை நுகர்கிறது. குறைந்த பட்ச வெப்பத்தை வெளிவிடும் போது 180 வாட் மின் திறனை நுகர்கிறது. அதற்கு 220 வோல்ட் மின்னழுத்தம் கொடுக்கப்பட்டால் இரு நிலைகளிலும் அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்டத்தின் அளவுகளை கணக்கிடுக.
தீர்வு:
மின்திறன் \( P = VI \)
\( I = \frac{P}{V} \)
அதிகபட்ச வெப்பத்தில்:
\[ I_1 = \frac{420}{220} = 1.91 \ \text{A} \]குறைந்த பட்ச வெப்பத்தில்:
\[ I_2 = \frac{180}{220} = 0.82 \ \text{A} \]- 100 வாட் மின் திறனுள்ள ஒரு மின்விளக்கு தினமும் 5 மணிநேரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது போல நான்கு 60 வாட் மின் விளக்குகள் தினமும் 5 மணிநேரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதன்மூலம் ஜனவரி மாதத்தில் நுகரப்பட்ட மின்னாற்றலை கிலோவாட் மணி அலகில் கணக்கிடுக.
தீர்வு:
100 W விளக்கு:
\[ E_1 = 100 \ \text{W} \times 5 \ \text{h} \times 31 \ \text{days} = 15500 \ \text{Wh} = 15.5 \ \text{kWh} \]60 W விளக்குகள் (4):
\[ E_2 = 4 \times 60 \ \text{W} \times 5 \ \text{h} \times 31 \ \text{days} = 37200 \ \text{Wh} = 37.2 \ \text{kWh} \]மொத்த மின்னாற்றல்:
\[ E = E_1 + E_2 = 15.5 + 37.2 = 52.7 \ \text{kWh} \]- மூன்று வோல்ட் மின்னழுத்தம் மற்றும் 600 மில்லி ஆம்பியர் மின்னோட்டம் பாயும் ஒரு டார்ச் விளக்கினால் உருவாகும்
அ) மின் திறன்
ஆ) மின்தடை மற்றும்
இ) நான்கு மணிநேரத்தில் நுகரப்படும் மின்னாற்றல்
ஆகியவற்றை கணக்கிடுக.
தீர்வு:
\( V = 3 \ \text{V}, I = 600 \ \text{mA} = 0.6 \ \text{A} \)
அ) மின் திறன்:
\[ P = VI = 3 \times 0.6 = 1.8 \ \text{W} \]ஆ) மின்தடை:
\[ R = \frac{V}{I} = \frac{3}{0.6} = 5 \ \Omega \]இ) நான்கு மணிநேரத்தில் நுகரப்படும் மின்னாற்றல்:
\[ E = P \times t = 1.8 \ \text{W} \times 4 \ \text{h} = 7.2 \ \text{Wh} \]X. உயர் சிந்தனைக்கான வினாக்கள்#
- இரு மின் தடையாக்கிகளை பக்க இணைப்பில் இணைக்கும் போது அதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( 2 \ \Omega \). தொடரிணைப்பில் இணைக்கும் போது அதன் தொகுப்பன் மின்தடை \( 9 \ \Omega \). இரு மின் தடைகளின் மதிப்புகளையும் கணக்கிடுக.
தீர்வு:
இரு மின்தடைகள் \( R_1 \) மற்றும் \( R_2 \) என்க.
தொடரிணைப்பில்:
\[ R_1 + R_2 = 9 \tag{1} \]பக்க இணைப்பில்:
\[ \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{2} \]\[ \frac{R_1 + R_2}{R_1 R_2} = \frac{1}{2} \]\[ R_1 R_2 = 2(R_1 + R_2) = 2 \times 9 = 18 \tag{2} \]சமன்பாடு (1) மற்றும் (2) இலிருந்து:
\( R_1 \) மற்றும் \( R_2 \) ஆகியவை \( x^2 - 9x + 18 = 0 \) என்ற இருபடிச் சமன்பாட்டின் மூலங்கள்.
\[ x = \frac{9 \pm \sqrt{81 - 72}}{2} = \frac{9 \pm 3}{2} \]\[ x = 6 \ \text{அல்லது} \ 3 \]எனவே:
\[ R_1 = 6 \ \Omega, \quad R_2 = 3 \ \Omega \]- 5 ஆம்பியர் மின்னோட்டம் பாயும் ஒரு மின்சுற்றில் ஒரு விநாடி நேரத்தில் பாயும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை கணக்கிடுக.
தீர்வு:
\( I = 5 \ \text{A}, t = 1 \ \text{s} \)
\( Q = It = 5 \times 1 = 5 \ \text{C} \)
1 எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் \( e = 1.6 \times 10^{-19} \ \text{C} \)
எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை:
\[ n = \frac{Q}{e} = \frac{5}{1.6 \times 10^{-19}} = 3.125 \times 10^{19} \]- \( 10 \ \Omega \) மின்தடையுள்ள ஒரு கம்பித் துண்டின் நீளத்தை அதன் அசல் நீளத்திலிருந்து மூன்று மடங்கு நீட்டித்தால் அதன் புதிய மின் தடையின் மதிப்பு எவ்வளவு?
தீர்வு:
அசல் நீளம் \( L \), குறுக்குவெட்டு பரப்பு \( A \), மின்தடை \( R = 10 \ \Omega \)
\[ R = \rho \frac{L}{A} \]நீளம் மூன்று மடங்கு ஆகும்போது, புதிய நீளம் \( L' = 3L \). கன அளவு மாறாததால், புதிய குறுக்குவெட்டு பரப்பு:
\[ A' = \frac{A}{3} \]புதிய மின்தடை:
\[ R' = \rho \frac{L'}{A'} = \rho \frac{3L}{A/3} = \rho \frac{9L}{A} = 9 \times \rho \frac{L}{A} = 9R \]\[ R' = 9 \times 10 = 90 \ \Omega \]பிற நூல்கள்#
Electrodynamics by Griffiths
Fundamentals of Electric Circuits by Charles Alexander
இணைய வளங்கள்#
இணையச் செயல்பாடு: ஓம் விதி#
இந்த செயல்பாடு மூலம் மாணவர்கள் (i) ஓம் விதியை சோதனை மூலம் சரி பார்ப்பார்கள். (ii) மின்தடை, மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தம் இவற்றுக்கிடையேயுள்ள தொடர்பை புரிந்து கொள்வார்கள்.
படிகள்:
• கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள உரலி / விளைவுக் குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி “olabs.edu.in” தளத்தில் பத்தாம் வகுப்பின் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள “Ohm’s law and resistance” என்ற பக்கத்திற்கு சென்று “simulator” என்ற தாவலை சொடுக்கவும்.
• “show circuit diagram” என்ற பொத்தானை சொடுக்கும் போது கிடைக்கும் மின்சுற்றுப் படத்தின் படி மின்சுற்றை உருவாக்கவும்.
• மின்சுற்றுப் படத்தில் காட்டியுள்ள மின்கூறுகளின் பல்வேறு பாகங்களை சரியாக பயன்படுத்தி கம்பி இழைகளை இணைப்பதன் மூலம் மின்சுற்றை உருவாக்கலாம்.
• சாவியை பொருத்தி மின்சுற்றை மூடவும். மின்னோட்டம் \( (I) \) மற்றும் மின்னழுத்தத்தை \( (V) \) அளவிடவும். \( R = \frac{V}{I} \) என்ற குத்திரத்தை பயன்படுத்தி மின்தடையை கணக்கிடவும். வெவ்வேறு மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்திற்கு மின்தடையின் மதிப்பு மாறிலியாக வருவதை உறுதி செய்யவும்.
• \( \frac{\text{மின்தடை}}{\text{கம்பியின் நீளம்} \ (\text{செமீ})} \) மதிப்பை கண்டுபிடிக்கவும். கண்டுபிடித்த மதிப்பினை கொடுக்கப்பட்டுள்ள கட்டத்தில் குறிக்கவும். விடையை சரி பார்க்கவும்.