12ஆம் வகுப்பு இயற்பியல்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள் மற்றும் புத்தக வினா விடைகள்

இயற்பியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~20 மணி நேரப் படிப்பு

12ஆம் வகுப்பு இயற்பியலின் பெரும்பகுதி மின்னூட்டத்தைப் பற்றியது: அது நிலையாக இருக்கும்போது என்ன செய்கிறது, நகரும்போது என்ன செய்கிறது, மின்புலமும் காந்தப்புலமும் மாறும்போது என்ன நடக்கிறது. இதைப் புரிந்துகொண்டால் நமக்குப் பழக்கமான பல தொழில்நுட்பங்கள் விளங்கும். மின் நிலையத்தின் மின்னியற்றி, கைபேசிச் சமிக்ஞை, MRI ஸ்கேனர் ஆகிய அனைத்தும் முதல் தொகுதியின் முதல் பாதியில் வரும் கருத்துகளின் அடிப்படையில் இயங்குகின்றன.

பாடங்கள் தெளிவான வரிசையில் அமைந்துள்ளன. கூலூம் விதியிலும் மின்னழுத்தத்திலும் தொடங்குகிறீர்கள். பிறகு மின்னோட்டம், கிர்க்காஃப் விதிகள். அடுத்து மின்னோட்டம் எப்படிக் காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது, மாறும் காந்தப் பாயம் எப்படி மின்னியக்கு விசையை (emf) உருவாக்குகிறது என்று பார்க்கிறீர்கள். அது மின்காந்த அலைகளுக்கும் ஒளிக்கும் இட்டுச் செல்கிறது. இரண்டாம் தொகுதி, மரபு இயற்பியல் எங்கே போதாமல் போகிறது என்று காட்டுகிறது: ஒளிமின் விளைவு, டி பிராய் அலைகள், போர் மாதிரி, அணுக்கரு. கடைசியில் குறைகடத்திகள், தகவல் தொடர்பு, இன்றைய ஆராய்ச்சி பற்றிய சுருக்கமான அறிமுகம் வருகின்றன.

பொதுத்தேர்வில் முடிவுகளை வருவிக்கவும், கணக்குகளைத் தீர்க்கவும், பயன்பாடுகளை விளக்கவும் கேட்பார்கள். தேர்வாளர்கள் தெளிவான படிகளையும் சரியான அலகுகளையும் எதிர்பார்க்கிறார்கள். ஓம் விதி \(V = IR\) அல்லது ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி போன்ற ஒரு விதியைப் பயன்படுத்தும்போது, எந்த விதியைப் பயன்படுத்துகிறீர்கள், அந்தச் சூழலில் அது ஏன் பொருந்துகிறது என்று எழுதுங்கள். இந்தப் பழக்கம் பின்னர் பொறியியல், மருத்துவம், அறிவியல் நுழைவுத் தேர்வுகளிலும் உதவும்.

நீங்கள் கற்பவை

• வழக்கமான மின்னூட்ட மற்றும் மின்னோட்ட அமைப்புகளுக்கு மின்புலத்தையும் காந்தப்புலத்தையும் கணக்கிட முடியும்.
• நிலைமின்னழுத்தம், தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை ஆகியவற்றுக்கான கோவைகளை வருவிக்க முடியும்.
• கட்ட வெக்டர்கள் மற்றும் மின்னழுத்தம், மின்னோட்டம் இடையேயான கட்ட வேறுபாடுகளைக் கொண்டு AC சுற்றுகளைப் பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும்.
• ஒளியியல் கணக்குகளில் எதிரொளிப்பு, ஒளிவிலகல் விதிகளைச் சரியான குறியீட்டு மரபுகளுடன் பயன்படுத்த முடியும்.
• ஐன்ஸ்டைன் சமன்பாட்டைக் கொண்டு ஒளிமின் விளைவை விளக்கவும், டி பிராய் தொடர்பைக் கொண்டு பருப்பொருள் அலைகளை விவரிக்கவும் முடியும்.
• குறைகடத்தி டையோடுகள், டிரான்சிஸ்டர்களின் பண்பியல்புகளையும் பயன்களையும் விவரிக்க முடியும்.
• கொடுக்கப்பட்ட பூலியன் கோவையை நிறைவு செய்யும் லாஜிக் கேட் சுற்றுகளை அமைக்க முடியும்.
• தொழில்துறை, மருத்துவம், அன்றாட வாழ்வில் எந்திரனியலும் நானோ அறிவியலும் எப்படிப் பயன்படுகின்றன என்று விவரிக்க முடியும்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• 11ஆம் வகுப்பில் கற்ற நியூட்டனின் இயக்க விதிகள், ஈர்ப்பு விசை பற்றிய கருத்து.
• இயற்கணிதத்தில் நல்ல பயிற்சி, அடிப்படை முக்கோணவியல், எளிய வகையிடல் மற்றும் தொகையிடல்.
• வேலை, ஆற்றல், அலைவுகள், அலைகள் போன்ற 11ஆம் வகுப்புப் பகுதிகள்.

இயற்பியல் — பாடத்திட்டம் விரிவாக

12ஆம் வகுப்பு இயற்பியல் பாடத்திட்டத்தில் என்ன உள்ளது

மின்னியல் மற்றும் காந்தவியல்

நிலைமின்னியல் கூலூம் விதி, மின்புலம், மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றில் தொடங்கி, மின்தேக்கிகள் (Capacitors) மற்றும் அவற்றில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலுடன் முடிகிறது. மின்னோட்டவியல் இழுப்புத் திசைவேகம், மின்தடை எண், ஓம் விதி, கிர்க்காஃப் விதிகள் மூலம் தீர்க்கப்படும் மின்சுற்று வலையமைப்புகள் ஆகியவற்றைக் கையாள்கிறது. வீட்ஸ்டன் சமனச் சுற்றும் மின்னழுத்தமானியும் இதில் அடங்கும். காந்தவியல் பாடம் இவ்விரண்டையும் இணைக்கிறது. பயோ-சாவர்ட் விதியும் ஆம்பியரின் சுற்று விதியும் மின்னோட்டத்தின் காந்தப்புலத்தைத் தருகின்றன. லாரன்ஸ் விசை இயங்குசுருள் கால்வனாமீட்டரையும் சைக்ளோட்ரானையும் விளக்குகிறது. இங்கு வரும் விசை மற்றும் திருப்புவிசைக் கணக்குகளைக் கவனமாகப் பயிற்சி செய்யுங்கள். அவை பின்வரும் பாடங்களில் மீண்டும் வருகின்றன.

மின்காந்தத் தூண்டல் மற்றும் அலைகள்

மாறும் காந்தப் பாயம் ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் தூண்டுகிறது. அதன் அளவை ஃபாரடே விதிகள் தருகின்றன. அதன் திசையை லென்ஸ் விதி தருகிறது. அங்கிருந்து தன்மின்தூண்டல், பரிமாற்று மின்தூண்டல், AC மின்னியற்றிகள், மின்மாற்றிகள், மின்தடையாக்கி, மின்தூண்டி, மின்தேக்கி கொண்ட AC சுற்றுகள் ஆகியவற்றைப் படிக்கிறீர்கள். மின்காந்த அலைகள் பாடம் மேக்ஸ்வெல்லின் இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம், ஹெர்ட்ஸ் சோதனை, மின்காந்த நிறமாலை ஆகியவற்றை அறிமுகப்படுத்துகிறது. எல்லா மின்காந்த அலைகளும் வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகமான \(c = 3 \times 10^8\) m s^-1 இல் செல்கின்றன. அதனால்தான் ரேடியோ அலைகள், நுண்ணலைகள், கண்ணுறு ஒளி, X-கதிர்கள் அனைத்தும் ஒரே குடும்பமாகக் கருதப்படுகின்றன.

கதிர் ஒளியியல் மற்றும் அலை ஒளியியல்

கதிர் ஒளியியல் கோள ஆடிகளில் எதிரொளிப்பு, சமதள மற்றும் வளைந்த பரப்புகளில் ஒளிவிலகல், முழு அக எதிரொளிப்பு, லென்சுகள், முப்பட்டகங்கள், நிறப்பிரிகை ஆகியவற்றைக் கையாள்கிறது. ஒளியிழைகளும் எண்டோஸ்கோப்புகளும் முழு அக எதிரொளிப்புத் தத்துவத்தில் இயங்குகின்றன. அலை ஒளியியல் ஹைகென்ஸ் தத்துவத்தைக் கொண்டு குறுக்கீட்டு விளைவு (யங் இரட்டைப் பிளவு சோதனை), விளிம்பு விளைவு, தள விளைவு ஆகியவற்றை விளக்குகிறது. ஒளியைக் கதிர்களாகக் கருதி இந்த விளைவுகளை விளக்க முடியாது. நுண்ணோக்கிகள், தொலைநோக்கிகளின் பிரிதிறனுக்கு எல்லை வைப்பதும் இவையே.

நவீன இயற்பியல் மற்றும் அணுக்கரு இயற்பியல்

ஒளி ஃபோட்டான்களின் தொடர் ஓட்டம் போல நடந்துகொள்கிறது என்பதை ஒளிமின் விளைவு காட்டுகிறது. எலக்ட்ரான் போன்ற நகரும் துகள்களுக்கு அலைநீளம் உண்டு என்பதை டி பிராயின் கருதுகோள் காட்டுகிறது. அணு இயற்பியல் பாடம் J.J. தாம்சன், மில்லிகன் சோதனைகள், போர் மாதிரி, ஹைட்ரஜன் நிறமாலை வரிசைகள் ஆகியவற்றைக் கையாள்கிறது. அணுக்கரு இயற்பியல் பிணைப்பு ஆற்றல், கதிரியக்கச் சிதைவு, அரை ஆயுட்காலம், அணுக்கருப் பிளவு மற்றும் இணைவில் வெளிப்படும் ஆற்றல் பற்றிப் பேசுகிறது. சூரியனுக்கும் விண்மீன்களுக்கும் ஆற்றல் மூலம் அணுக்கரு இணைவு. கார்பன் வயது கணிப்புக்கு அடிப்படை கதிரியக்கச் சிதைவு.

மின்னணுவியல், தகவல் தொடர்பு மற்றும் அண்மை வளர்ச்சிகள்

குறைகடத்திப் பாடம் p-n சந்தி டையோடுகள், சீனர் டையோடுகள், LED-கள், டிரான்சிஸ்டர்கள், லாஜிக் கேட்கள் ஆகியவற்றை விளக்குகிறது. ஒவ்வொரு இலக்கக் கருவியின் அடிப்படைப் பாகங்கள் இவையே. இதே அலகில் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளும் அறிமுகமாகின்றன: பண்பேற்றம், ரேடியோ அலைகளின் பரவல். கடைசி அலகு நானோ அறிவியல், எந்திரனியல், மருத்துவத்தில் இயற்பியல், துகள் இயற்பியல், அண்டவியல் ஆகியவற்றுக்குச் சுருக்கமான அறிமுகம் தருகிறது. ஹிக்ஸ் போசான், கருந்துளைகள், ஈர்ப்பு அலைகள் இதில் அடங்கும். இது பெரும்பாலும் விவரிப்புப் பகுதி. நீங்கள் கற்ற இயற்பியல் இன்று ஆராய்ச்சியில் எங்கே பயன்படுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது.

இயற்பியல் பாடத்தை எப்படிப் படிப்பது

முதல் தொகுதியில் தொடங்குங்கள். நிலைமின்னியலுக்கும் காந்தவியலுக்கும் அதிக நேரம் கொடுங்கள். மின்காந்தத் தூண்டல், AC, மின்காந்த அலைகள் அனைத்தும் இவற்றின் மேல்தான் அமைகின்றன. ஒவ்வொரு வருவித்தலையும் குறைந்தது ஒருமுறை நீங்களே எழுதிப் பாருங்கள். பிறகு பாடத்தின் இறுதியில் உள்ள கணக்குகளைத் தீர்த்துப் பாருங்கள். நிலையான மின்னூட்டங்களிலிருந்து நகரும் மின்னூட்டங்களுக்கும், அங்கிருந்து தூண்டலுக்கும் பாடம் எப்படிச் செல்கிறது என்று புரிந்தால், முழுத் தொகுதியும் ஒன்றாக இணைந்து விளங்கும்.

இரண்டாம் தொகுதியில் ஒளியியலையும் நவீன இயற்பியலையும் சீராகப் படியுங்கள். ஒளியியலுக்குக் கவனமான படங்களும் குறியீட்டு மரபுகளும் தேவை. நவீன இயற்பியலில் சில முக்கியச் சமன்பாடுகளையும் சோதனைகளையும் துல்லியமாக நினைவில் வைக்க வேண்டும். ஒவ்வொரு அலகுக்கும்:

• அலகின் இறுதியில் உள்ள பாடச் சுருக்கத்தையும் கருத்து வரைபடத்தையும் படித்து முக்கியக் கருத்துகள் எவை என்று பாருங்கள்.
• மதிப்பீட்டு வினாக்களுக்கு முன் பாடத்தில் உள்ள எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளைத் தீர்த்துப் பாருங்கள்.
• குறுக்கீட்டு வரிப்பட்டைகள் போல மனதில் படம்பிடிக்கக் கடினமான பகுதிகளுக்கு இணையச் செயல்பாடு (ICT Corner) இணைப்புகளையும் உருவகப்படுத்துதல்களையும் பயன்படுத்துங்கள்.
• ஒவ்வொரு விதியும் சோதனை மூலம் எப்படிச் சரிபார்க்கப்படுகிறது என்று அறியச் செய்முறைப் பகுதியைப் படியுங்கள்.

புதிய அலகுகளுக்குச் செல்லும்போதும் முந்தைய அலகுகளை ஒவ்வொரு வாரமும் திருப்பிப் பாருங்கள். அப்போது முதல் பாடங்களின் சூத்திரங்கள் மறக்காமல் இருக்கும்.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• கை விதிகளைக் குழப்பிக்கொள்வது. மின்னோட்டத்தைச் சுற்றியுள்ள காந்தப்புலத்தின் திசைக்கு வலக்கைப் பெருவிரல் விதியையும், காந்தப்புலத்தில் உள்ள மின்னோட்டம் பாயும் கடத்தி மீதான விசைக்கு ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதியையும் பயன்படுத்துங்கள்.
• AC கட்டத் தொடர்புகளைத் தலைகீழாக எழுதுவது. தூய மின்தூண்டியில் மின்னழுத்தம் மின்னோட்டத்தைவிட 90° முந்துகிறது. தூய மின்தேக்கியில் மின்னழுத்தம் மின்னோட்டத்தைவிட 90° பிந்துகிறது.
• ஒளியியலில் குறியீட்டு மரபுகளைப் புறக்கணிப்பது. எல்லாத் தூரங்களையும் ஆடி மையம் அல்லது ஒளியியல் மையத்திலிருந்து அளவிடுங்கள். படுகதிரின் திசையில் அளக்கப்படும் தூரங்களை நேர்க்குறியாகக் கொள்ளுங்கள்.
• அணுக்கரு வினைகளில் நிறை எண்ணையும் அணு எண்ணையும் குழப்புவது. சிதைவுச் சமன்பாட்டின் இரு பக்கங்களிலும் இரண்டு கூட்டுத்தொகைகளும் சமமாக உள்ளனவா என்று சரிபாருங்கள்.
• வினா டி பிராய் அலைநீளத்தையோ குவாண்டமாக்கப்பட்ட ஆற்றல் நிலைகளையோ கேட்கும்போது, எலக்ட்ரான்கள் போன்ற மிகச் சிறிய துகள்களுக்கு மரபுச் சூத்திரங்களைப் பயன்படுத்துவது.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசையை எப்படிக் கண்டறிவது?

லென்ஸ் விதியைப் பயன்படுத்துங்கள்: தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம், தன்னை உருவாக்கிய காந்தப் பாய மாற்றத்தை எதிர்க்கும் திசையில் பாய்கிறது. காந்தப்புலத்தில் நகரும் நேரான கடத்திக்கு, ஃபிளமிங்கின் வலக்கை விதி தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசையை நேரடியாகத் தருகிறது.

கதிர் ஒளியியலுக்கும் அலை ஒளியியலுக்கும் என்ன வேறுபாடு?

கதிர் ஒளியியல் ஒளி நேர்க்கோட்டில் செல்வதாகக் கருதுகிறது. ஆடிகள், லென்சுகள், முப்பட்டகங்கள் உருவாக்கும் பிம்பங்களைக் காண அது போதும். அலை ஒளியியல் ஒளியை அலையாகக் கருதுகிறது. குறுக்கீட்டு விளைவு, விளிம்பு விளைவு, தள விளைவு ஆகியவற்றை விளக்க அது தேவை. யங் இரட்டைப் பிளவு சோதனையில் தோன்றும் ஒளிர் மற்றும் இருள் பட்டைகள் ஓர் எடுத்துக்காட்டு.

குறைகடத்திகளை ஏன் படிக்கிறோம்?

டையோடுகளும் டிரான்சிஸ்டர்களும் குறைகடத்திகளால் ஆனவை. டையோடு மின்னோட்டத்தைப் பெரும்பாலும் ஒரே திசையில் மட்டும் பாய விடுகிறது. டிரான்சிஸ்டர் சமிக்ஞையைப் பெருக்கவோ சாவியாகச் செயல்படவோ முடியும். ஒவ்வொரு கணிப்பானும், கணினியும், கைபேசியும், சூரிய மின்கலப் பலகையும் இந்தக் கருவிகளைச் சார்ந்துள்ளன.

லாஜிக் கேட்கள் எதற்குப் பயன்படுகின்றன?

லாஜிக் கேட்கள் இலக்கச் சுற்றுகளின் அடிப்படைக் கட்டுமானக் கூறுகள். அடிப்படைக் கேட்களான AND, OR, NOT ஆகியவை 0 அல்லது 1 என்ற சமிக்ஞைகள் மீது செயல்படுகின்றன. NAND, NOR ஆகியவை பொதுமைக் கேட்கள் (Universal gates) எனப்படுகின்றன, ஏனெனில் வேறு எந்தக் கேட்டையும் இவற்றைக் கொண்டு அமைக்கலாம். கேட்களின் சேர்க்கைகளே கணினிகளிலும் நிரல்படுத்தக்கூடிய சாதனங்களிலும் உள்ள செயலிகளை உருவாக்குகின்றன.

மின் திறனை அனுப்புவதில் மின்மாற்றி எப்படி உதவுகிறது?

மின்மாற்றி பரிமாற்று மின்தூண்டல் தத்துவத்தில் இயங்குகிறது. ஏற்று மின்மாற்றி மின்னழுத்தத்தை உயர்த்தி மின்னோட்டத்தைக் குறைக்கிறது. அதனால் நீண்ட மின்கம்பிகளில் வெப்பமாக வீணாகும் ஆற்றல் குறைகிறது. வீடுகளுக்கு அருகில் உள்ள இறக்கு மின்மாற்றி மின்னழுத்தத்தைப் பாதுகாப்பான அளவுக்குக் குறைக்கிறது. AC-யின் அதிர்வெண் மாறுவதில்லை.

கதிர்வீச்சு மற்றும் பருப்பொருளின் இருமைப் பண்பு என்றால் என்ன?

குறுக்கீட்டு விளைவில் ஒளி அலையாகவும், ஒளிமின் விளைவில் துகளாகவும் நடந்துகொள்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் போன்ற பருப்பொருள் துகள்களுக்கும் அலைப் பண்பு உண்டு என்றும், அவற்றின் அலைநீளம் \(\lambda = h/p\) என்றும் டி பிராய் முன்மொழிந்தார். எலக்ட்ரான் விளிம்பு விளைவும் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியும் இதை உறுதிப்படுத்துகின்றன.

காஸ் விதி ஏன் பயனுள்ளது?

ஒரு மூடிய பரப்பின் வழியே செல்லும் மொத்த மின்பாயம், அதனுள் அடைபட்டுள்ள நிகர மின்னூட்டத்தை \(\varepsilon_0\)-ஆல் வகுத்தால் கிடைக்கும் மதிப்புக்குச் சமம் என்று காஸ் விதி கூறுகிறது. நீண்ட மின்னூட்டம் பெற்ற கம்பி, முடிவிலா மின்னூட்டம் பெற்ற தளம், மின்னூட்டம் பெற்ற கோளக்கூடு போன்ற சமச்சீரான மின்னூட்டப் பரவல்களுக்கு, இது சில வரிகளிலேயே மின்புலத்தைத் தருகிறது. கூலூம் விதியில் இதற்கு நீண்ட தொகையிடல் தேவைப்படும்.

மருத்துவத் தொழில்நுட்பத்தில் இயற்பியல் எங்கே பயன்படுகிறது?

MRI அணுக்கரு காந்த ஒத்ததிர்வில் இயங்குகிறது. CT ஸ்கேன் X-கதிர்களைப் பயன்படுத்துகிறது. எண்டோஸ்கோப்புகள் முழு அக எதிரொளிப்பின் அடிப்படையில் இயங்கும் ஒளியிழைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. துல்லியமான அறுவை சிகிச்சையில் லேசர்கள் பயன்படுகின்றன. குறிப்பிட்ட செல்களுக்கு மருந்தைக் கொண்டு சேர்க்கக்கூடிய நானோ எந்திரன்களைப் பற்றியும் அண்மை வளர்ச்சிகள் அலகு குறிப்பிடுகிறது.