மின்காந்தத்தூண்டலும் மாறுதிசை மின்னோட்டமும் (12ஆம் வகுப்பு இயற்பியல், சமச்சீர் கல்வி) அத்தியாயத்திற்கான, பாடநூலில் இல்லாத 15 கூடுதல் வினாக்கள் — ஒவ்வொன்றிலும் சரியான விடை தனித்துக் காட்டப்பட்டு, தெளிவான படிப்படியான விளக்கத்துடன். தமிழிலும் ஆங்கிலத்திலும் இலவசமாகப் படிக்கலாம்.
Q1
A பரப்புடைய செவ்வக வடிவ கம்பிச்சுற்று ஒன்று சீரான காந்தப்புலம் B இல் வைக்கப்பட்டுள்ளது. காந்தப்புலத்தின் திசைக்கும் சுற்றின் தளத்திற்கும் இடையேயான கோணம் 30 டிகிரி எனில், சுற்றுடன் தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் யாது?
- A. BA
- B. BA / 2சரி
- C. (sqrt(3) * BA) / 2
- D. சுழி
விளக்கம். காந்தப்பாயம் Phi = BA cos(theta); இங்கு theta என்பது காந்தப்புலத்திற்கும் பரப்பின் செங்குத்துக்கும் இடையேயான கோணம். தளத்துடன் கோணம் 30 டிகிரி எனில் செங்குத்துடன் கோணம் 90 - 30 = 60 டிகிரி. எனவே Phi = BA cos(60) = BA / 2.
Q2
லென்ஸ் விதியின்படி, ஒரு சுற்றில் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் எப்போதும் அதன் சொந்தக் காந்தப்புலம் எதனை எதிர்க்கும் திசையில் பாயும்?
- A. ஏற்கனவே உள்ள காந்தப்பாயத்தை
- B. புறக் காந்தப்புலத்தை
- C. காந்தப்பாயத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தைசரி
- D. மின்னியக்கு விசையை
விளக்கம். லென்ஸ் விதி ஆற்றல் மாறா விதியின் விளைவு ஆகும். தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசை, அதனை உருவாக்கிய காந்தப்பாய மாற்றத்தை எதிர்க்கும் வகையில் அமையும்.
Q3
மின்மாற்றியின் உள்ளகத்தில் சுழல் மின்னோட்டங்களால் ஏற்படும் திறன் இழப்பைக் குறைக்க, உள்ளகம் பொதுவாக:
- A. மென்னிரும்பினாலான ஒரே திண்ம கட்டையால் செய்யப்படுகிறது
- B. மெல்லிய, காப்பிடப்பட்ட தகடுகளால் அமைக்கப்படுகிறதுசரி
- C. மிகத் தாழ்ந்த (கிரையோஜெனிக்) வெப்பநிலைக்குக் குளிர்விக்கப்படுகிறது
- D. காந்தத்தன்மையற்ற பொருளால் செய்யப்படுகிறது
விளக்கம். சுழல் மின்னோட்டங்கள் கடத்தியினுள் வட்டப் பாதைகளில் பாய்கின்றன. ஒன்றுக்கொன்று காப்பிடப்பட்ட மெல்லிய தகடுகளைப் பயன்படுத்துவதால் அவற்றின் பாதை துண்டிக்கப்பட்டு, வெப்பமாக ஏற்படும் ஆற்றல் இழப்பு பெருமளவு குறைகிறது.
Q4
வெற்றிடத்தில் l நீளம், A பரப்பு மற்றும் மொத்தம் N சுற்றுகள் கொண்ட நீண்ட வரிச்சுருளின் தன் மின்தூண்டல் எண்:
- A. \((mu_0 * N^2 * A)\) / lசரி
- B. \(mu_0 * N * A * l\)
- C. \((mu_0 * N * A)\) / l
- D. \(mu_0 * N^2 * A * l\)
விளக்கம். வரிச்சுருளின் தன் மின்தூண்டல் எண் \(L = mu_0 * n^2 * A * l\); இங்கு n = N/l என்பது ஓரலகு நீளத்திற்கான சுற்றுகள். n ஐப் பிரதியிட \(L = mu_0 * (N/l)^2 * A * l = (mu_0 * N^2 * A)\) / l.
Q5
அருகருகே உள்ள இரு கம்பிச்சுருள்களின் பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் 2 H. முதல் சுருளில் மின்னோட்டம் 5 A/s என்ற மாறாத வீதத்தில் மாறினால், இரண்டாவது சுருளில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசையின் எண்மதிப்பு:
- A. 2.5 V
- B. 5 V
- C. 10 Vசரி
- D. 20 V
விளக்கம். இரண்டாம் சுருளில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை epsilon = M * (di/dt). இங்கு M = 2 H, di/dt = 5 A/s; எனவே epsilon = 2 * 5 = 10 V.
Q6
L நீளமுள்ள உலோகத் தண்டு ஒன்று சீரான காந்தப்புலம் B க்குச் செங்குத்தாக மாறாத திசைவேகம் v இல் இயங்குகிறது. அதன் முனைகளுக்கு இடையே தூண்டப்படும் இயக்க மின்னியக்கு விசை:
- A. BLvசரி
- B. 0.5 * BLv
- C. BL\(v^2\)
- D. \(B^2Lv\)
விளக்கம். கடத்தியில் உள்ள கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் மீது செயல்படும் லாரன்ஸ் விசையால் இயக்க மின்னியக்கு விசை உருவாகிறது. இயக்கம் புலத்திற்குச் செங்குத்தாக இருக்கும்போது, தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை காந்தத் தூண்டல், நீளம் மற்றும் திசைவேகம் ஆகியவற்றின் பெருக்கற்பலனுக்குச் சமம்.
Q7
ஒரு கட்ட AC மின்னியற்றியில், சுழலும் கம்பிச்சுருளின் தளம் எவ்வாறு இருக்கும்போது தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை பெரும மதிப்பில் இருக்கும்?
- A. காந்தப்புலக் கோடுகளுக்குச் செங்குத்தாக
- B. காந்தப்புலக் கோடுகளுக்கு இணையாகசரி
- C. புலக் கோடுகளுக்கு 45 டிகிரி சாய்வாக
- D. புலத்தினுள் நிலையாக
விளக்கம். தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை epsilon = NBAw sin(wt). sin(wt) = 1 (wt = 90 டிகிரி) ஆகும்போது இது பெருமம்; அப்போது சுருளின் செங்குத்து புலத்திற்குச் செங்குத்தாகவும், சுருளின் தளம் புலத்திற்கு இணையாகவும் இருக்கும்.
Q8
இலட்சிய ஏற்று மின்மாற்றியில், துணைச்சுருளை முதன்மைச்சுருளுடன் ஒப்பிடும்போது பின்வருவனவற்றுள் எது உண்மை?
- A. துணைச்சுருள் மின்னழுத்தம் அதிகம், மின்னோட்டமும் அதிகம்
- B. துணைச்சுருள் மின்னழுத்தம் குறைவு, மின்னோட்டமும் குறைவு
- C. துணைச்சுருள் மின்னழுத்தம் அதிகம், மின்னோட்டம் குறைவுசரி
- D. துணைச்சுருள் மின்னழுத்தம் குறைவு, மின்னோட்டம் அதிகம்
விளக்கம். ஏற்று மின்மாற்றி மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கிறது (Ns > Np). ஆற்றல் மாறா விதிப்படி (100% பயனுறுதிறன் எனக் கொண்டு) உள்ளீட்டுத் திறன் வெளியீட்டுத் திறனுக்குச் சமம் (VpIp = VsIs). எனவே மின்னழுத்தம் அதிகரித்தால் மின்னோட்டம் அதே விகிதத்தில் குறையும்.
Q9
பெரும மதிப்பு Im கொண்ட சைன் வடிவ மாறுதிசை மின்னோட்டத்தின் சராசரி இருமடி மூல (RMS) மதிப்பு:
- A. Im / 2
- B. Im / sqrt(2)சரி
- C. sqrt(2) * Im
- D. 2 * Im
விளக்கம். ஒரு சுழற்சியில் மின்னோட்டத்தின் இருமடிகளின் சராசரியின் இருமடி மூலமே RMS மதிப்பு (பயன்தரு மதிப்பு) ஆகும். சைன் அலைக்கு இவ்வாறு கணக்கிடும்போது, பெரும மதிப்பை 2 இன் இருமடி மூலத்தால் வகுத்த மதிப்பு கிடைக்கிறது.
Q10
தூய மின்தூண்டி மட்டும் கொண்ட AC சுற்றில், மின்னோட்டம்:
- A. மின்னழுத்தத்தை விட 90 டிகிரி முந்தியிருக்கும்
- B. மின்னழுத்தத்தை விட 90 டிகிரி பின்தங்கியிருக்கும்சரி
- C. மின்னழுத்தத்துடன் ஒரே கட்டத்தில் இருக்கும்
- D. மின்னழுத்தத்தை விட 180 டிகிரி முந்தியிருக்கும்
விளக்கம். தூய மின்தூண்டிச் சுற்றில், தன் தூண்டலால் ஏற்படும் எதிர் மின்னியக்கு விசை மின்னோட்ட மாற்றத்தை எதிர்க்கிறது. இதனால் மின்னழுத்தம் பெரும மதிப்பை அடைந்து கால் சுற்றுக்கு (90 டிகிரி அல்லது pi/2 ரேடியன்) பிறகே மின்னோட்டம் பெரும மதிப்பை அடைகிறது.
Q11
தூய மின்தேக்கிச் சுற்றில் AC மூலத்தின் அதிர்வெண் மூன்று மடங்காக்கப்பட்டால், மின்தேக்க மின்மறுப்பு Xc:
- A. தொடக்க மதிப்பைப் போல் மூன்று மடங்காகும்
- B. தொடக்க மதிப்பைப் போல் ஒன்பது மடங்காகும்
- C. தொடக்க மதிப்பில் மூன்றில் ஒரு பங்காகும்சரி
- D. மாறாது
விளக்கம். மின்தேக்க மின்மறுப்பு அதிர்வெண்ணுக்கு எதிர்த்தகவில் உள்ளது (Xc = 1 / (2 * pi * f * C)). அதிர்வெண் f மூன்று மடங்கானால் Xc மூன்றால் வகுபடும்.
Q12
தொடர் RLC சுற்றில், மூலத்தின் அதிர்வெண் எவ்வாறு இருக்கும்போது மின் ஒத்ததிர்வு ஏற்படும்?
- A. மின்தடை சுழியாக இருக்கும்போது
- B. மின்தூண்டு மின்மறுப்பு மின்தேக்க மின்மறுப்புக்குச் சமமாக இருக்கும்போதுசரி
- C. மின்எதிர்ப்பு பெரும மதிப்பில் இருக்கும்போது
- D. மின்னோட்டம் சிறும மதிப்பில் இருக்கும்போது
விளக்கம். அளிக்கப்படும் AC மூலத்தின் அதிர்வெண் சுற்றின் இயல்பு அதிர்வெண்ணுக்குச் சமமாகும்போது ஒத்ததிர்வு ஏற்படுகிறது. அப்போது XL = Xc; அவற்றின் விளைவுகள் ஒன்றையொன்று சமன்செய்வதால் மின்எதிர்ப்பு Z சிறுமமாகி (R க்குச் சமம்) மின்னோட்டம் பெருமமாகிறது.
Q13
மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றின் திறன் காரணி என்பது மின்னழுத்தத்திற்கும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையேயான கட்டக்கோணத்தின் கொசைன் மதிப்பு என வரையறுக்கப்படுகிறது. தொடர் RLC சுற்றில், இது எவற்றின் தகவுக்குச் சமம்?
- A. மின்தடைக்கும் மின்மறுப்புக்கும் (R/Z)சரி
- B. மின்எதிர்ப்புக்கும் மின்தடைக்கும் (X/R)
- C. மின்னழுத்தத்திற்கும் மின்னோட்டத்திற்கும் (V/I)
- D. மின்தூண்டல் எண்ணுக்கும் மின்தேக்குத்திறனுக்கும் (L/C)
விளக்கம். மின்மறுப்பு முக்கோணத்தில், கட்டக்கோணம் phi இன் கொசைன் மதிப்பு என்பது அடுத்துள்ள பக்கத்தை (மின்தடை R) கர்ணத்தால் (மின்மறுப்பு Z) வகுப்பதாகும். எனவே திறன் காரணி cos(phi) = R/Z.
Q14
LC சுற்றில் ஏற்படும் தடையுறா அலைவுகளின் இயல்பு கோண அதிர்வெண்ணுக்கான சமன்பாடு எது?
- A. sqrt(L * C)
- B. L * C
- C. 1 / sqrt(L * C)சரி
- D. 1 / (L * C)
விளக்கம். LC சுற்றில், ஆற்றலானது மின்தேக்கியின் மின்புலத்திற்கும் மின்தூண்டியின் காந்தப்புலத்திற்கும் இடையே மாறி மாறி அலைவுறுகிறது. இது நிகழும் இயல்பு கோண அதிர்வெண் w, மின்தூண்டல் எண் மற்றும் மின்தேக்குத்திறன் ஆகியவற்றின் பெருக்கற்பலனின் இருமடி மூலத்தால் 1 ஐ வகுக்கக் கிடைக்கிறது.
Q15
AC சுற்றில் மின்னழுத்தத்திற்கும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையேயான கட்ட வேறுபாடு எவ்வளவாக இருக்கும்போது 'சுழித்திறன் மின்னோட்டம்' (wattless current) ஏற்படுகிறது?
- A. 0 டிகிரி
- B. 45 டிகிரி
- C. 90 டிகிரிசரி
- D. 180 டிகிரி
விளக்கம். சராசரித் திறன் P = V_rms * I_rms * cos(phi). phi = 90 டிகிரி எனில் cos(90) = 0; மின்னோட்டம் பாய்ந்தாலும் திறன் நுகரப்படுவதில்லை. இந்த மின்னோட்டம் சுழித்திறன் மின்னோட்டம் எனப்படும்; இது தூய மின்தூண்டி அல்லது மின்தேக்கிச் சுற்றுகளில் காணப்படுகிறது.
