நிலை மின்னியல்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்
நிலை மின்னியல் ஓய்விலுள்ள மின்னூட்டங்களையும் அவற்றுக்கு இடையிலான விசைகளையும் பற்றியது. இந்தப் பாடம் கூலும் விதி, மின்புலம் ஆகியவற்றுடன் தொடங்கி, மின்னழுத்தம், மின்னழுத்த ஆற்றல், காஸ் விதி ஆகியவற்றுக்குச் செல்கிறது. பிறகு கடத்திகள், மின்காப்புப் பொருள்கள், மின்தேக்கிகள் வருகின்றன. கூர்முனைச் செயல்பாட்டைக் கொண்டு மிக உயர்ந்த மின்னழுத்தங்களை உருவாக்கும் வான் டி கிராப் மின்னியற்றியுடன் பாடம் முடிகிறது.
இந்தப் பாடத்தைப் படியுங்கள்
முந்தைய பொதுத் தேர்வுகளில் கேட்கப்பட்டவை
இந்தப் பாடத்திலிருந்து 12 வினாக்கள் 7 முந்தைய பொதுத் தேர்வுகளில் கேட்கப்பட்டன. விடையையும் விளக்கத்தையும் காண எந்த வினாவையும் திறக்கவும்.
-
மார்ச் 2026
\(q_1\) மற்றும் \(q_2\) ஆகிய நேர் மின்னூட்ட அளவு கொண்ட இரு ஒரே மாதிரியான மின்கடத்துப் பந்துகளின் மையங்கள் r இடைவெளியில் பிரிக்கப்பட்டு உள்ளன. அவற்றை ஒன்றோடொன்று தொடச் செய்துவிட்டு பின்னர் அதே இடைவெளியில் பிரித்து வைக்கப்படுகின்றன எனில், அவற்றிற்கு இடையேயான விசை :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2026
பின்வருவனவற்றுள் சம மின்னழுத்தப் பரப்பை பொருத்து சரியான கூற்று/கூற்றுகள் எவை ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2025
\(2\times10^5\ NC^{-1}\) மதிப்புள்ள மின்புலத்தில் 30° ஒருங்கமைவு கோணத்தில் மின் இருமுனை ஒன்று வைக்கப்பட்டுள்ளது. அதன் மீது செயல்படும் திருப்பு விசையின் மதிப்பு 8 Nm. மின் இருமுனையின் நீளம் 1 cm எனில் அதிலுள்ள ஒரு மின் துகளின் மின்னூட்ட மதிப்பு :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2025
R ஆரமுடைய மின்கடத்துப் பொருளாலான, மெல்லிய கோளகக் கூட்டின் பரப்பில் Q மின்னூட்ட அளவுள்ள மின்துகள்கள் சீராகப் பரவியுள்ளன எனில், அதனால் ஏற்படும் நிலை மின்னழுத்தத்திற்கான சரியான வரைபடம் எது ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2024
\(q_1\) மற்றும் \(q_2\) ஆகிய நேர்மின்னூட்ட அளவு கொண்ட இரு ஒரே மாதிரியான மின்கடத்துப் பந்துகளின் மையங்கள் 'r' இடைவெளியில் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றை ஒன்றோடொன்று தொடச் செய்துவிட்டு பின்னர் அதே இடைவெளியில் பிரித்து வைக்கப்படுகின்றன எனில், அவற்றிற்கு இடையேயான விசை :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2024
மூன்று மின்தேக்கிகள் படத்தில் உள்ளவாறு முக்கோண வடிவமைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. A மற்றும் C ஆகிய புள்ளிகளுக்கிடையே உள்ள இணைமாற்று மின்தேக்குத் திறன் :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2023
இணைத்தட்டு மின்தேக்கி ஒன்று V மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் Q அளவு மின்னூட்டம் கொண்ட மின்துகள்களை சேமிக்கின்றது. தட்டுகளின் பரப்பளவும் தட்டுகளுக்கு இடையேயான தொலைவும் இருமடங்கானால் பின்வருவனவற்றுள் எந்த அளவு மாறுபடும் ?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மே 2022
1 செ.மீ. மற்றும் 3 செ.மீ. ஆரமுள்ள இரு உலோகக் கோளங்களுக்கு முறையே \(-1 \times 10^{-2}\) C மற்றும் \(5 \times 10^{-2}\) C அளவு மின்னூட்டங்கள் கொண்ட மின்துகள்கள் அளிக்கப்படுகின்றன. இவ்விரு கோளங்களும் ஒரு மின் கடத்து கம்பியினால் இணைக்கப்பட்டால் பெரிய கோளத்தில், இறுதியாக இருக்கும் மின்னூட்ட மதிப்பு :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
துணைத் தேர்வு 2021
பின்வரும் மின்துகள் நிலையமைப்புகளில் எது சீரான மின்புலத்தை உருவாக்கும்?விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
துணைத் தேர்வு 2021
மின்பாயத்தின் அலகு:விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2020
கொடுக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் புள்ளி மின்னூட்டம் +q ஆனது மையம் O -ல் உள்ளது. மற்றொரு புள்ளி (−Q) மின்னூட்டத்தை புள்ளி A-லிருந்து புள்ளி B-க்கு கொண்டு வர செய்யப்படும் வேலையின் அளவு :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
-
மார்ச் 2020
ஒரு மின்தேக்கிக்கு அளிக்கப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாடு V -லிருந்து 2 V ஆக அதிகரிக்கப்படுகிறது எனில், பின்வருவனவற்றுள் சரியான முடிவினைத் தேர்ந்தெடுக்க :விடையுடன் வினாத்தாளில் பார் →
நிலை மின்னியல் பற்றி
நடுத்தரம் ~180 நிமிடப் படிப்பு
நிலை மின்னியல் (Electrostatics) இயங்காத மின்னூட்டங்களைப் பற்றியது. இது 12ஆம் வகுப்பு இயற்பியலின் முதல் அலகு. மின்னோட்டவியல் முதல் மின்காந்த அலைகள் வரை அடுத்து வரும் ஏறக்குறைய எல்லாப் பாடங்களும் இங்கே கற்கும் கருத்துகளைப் பயன்படுத்துகின்றன: மின்னூட்டம், மின்புலம், மின்னழுத்தம், ஆற்றல்.
பாடம் படிப்படியாக அமைந்துள்ளது. முதலில் இரண்டு புள்ளி மின்னூட்டங்களுக்கு இடையிலான விசையைப் படிக்கிறீர்கள். பிறகு அந்த விளைவை, வெளியின் ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் இருக்கும் மின்புலம் \( \vec{E} \) ஆக விவரிக்கிறீர்கள். அதே புலத்தை ஸ்கேலர் முறையில் விவரிக்க மின்னழுத்தம் உதவுகிறது. இது பல கணக்குகளை மிக எளிதாக்குகிறது. மின்னூட்டப் பரவல் சமச்சீராக இருக்கும் வரை, ஒரு கோளம், நீண்ட கம்பி, முடிவிலாப் பரப்புத் தகடு ஆகியவற்றின் புலத்தைச் சில வரிகளிலேயே காண காஸ் விதி உதவுகிறது. கடைசியில் மின்னூட்டமும் ஆற்றலும் எப்படிச் சேமிக்கப்படுகின்றன என்பதை மின்தேக்கிகள் காட்டுகின்றன.
இந்தப் பாடத்தின் பாட நூல் வினாக்கள் கருத்துகளையும் கணிதத்தையும் சோதிக்கின்றன. இருமுனையின் மின்புலம், மூடிய பரப்பின் வழியே மின்பாயம், மின்காப்புப் பாளத்தைச் செருகும்போது மின்தேக்கிக்கு என்ன நடக்கிறது, மின்தேக்கிகளின் தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்புகள் ஆகியவற்றில் வினாக்களை எதிர்பாருங்கள். வெக்டர் திசைகளையும் அலகுகளையும் கவனியுங்கள்: ஒரு மின்னூட்டத்தின் குறி விடுபட்டாலோ \( \varepsilon_r \) மறந்துபோனாலோ விடை முழுவதும் மாறிவிடும்.
நீங்கள் கற்பவை
- மேற்பொருந்துதல் தத்துவத்தைப் பயன்படுத்திப் பல மின்னூட்டங்களால் ஒரு மின்னூட்டத்தின் மீது செயல்படும் நிகர விசையைக் கண்டறிதல்.
- புள்ளி மின்னூட்டம், மின் இருமுனை ஆகியவற்றின் மின்புலத்தையும் மின்னழுத்தத்தையும் வருவித்தல்.
- காஸ் விதியைப் பயன்படுத்தி மின்னூட்டம் பெற்ற கம்பி, சமதளத் தகடு, கோளக்கூடு ஆகியவற்றின் மின்புலத்தைக் கண்டறிதல்.
- மின்காப்புப் பாளம் இணைத்தட்டு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறனை ஏன் கூட்டுகிறது என்று விளக்குதல்.
- மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலையும் அதன் மின்புலத்தின் ஆற்றல் அடர்த்தியையும் கணக்கிடுதல்.
- வான் டி கிராப் மின்னியற்றியின் அமைப்பையும் செயல்பாட்டையும் விவரித்தல்.
தொடங்குவதற்கு முன்
- வெக்டர்களைக் கூட்டுதலும் அவற்றைக் கூறுகளாகப் பிரித்தலும்.
- நியூட்டனின் இயக்க விதிகளும் ஒரு விசை செய்யும் வேலையின் பொருளும்.
- பரப்பு வெக்டர்கள், ஸ்கேலர் பெருக்கல், எளிய தொகையீடு.
இந்த அத்தியாயத்தில் உள்ள தலைப்புகள்
நிலை மின்னியல் — விரிவான விளக்கம்
இந்தப் பாடத்தில் என்ன உள்ளது
மின்னூட்டமும் கூலும் விதியும்
மின்னூட்டத்தின் இரண்டு அடிப்படைப் பண்புகளை நினைவில் வையுங்கள்: அது குவாண்டமாக்கப்பட்டது (\( q = ne \)), அது மாறாதது (மின்னூட்ட அழிவின்மை). ஓய்விலுள்ள இரண்டு புள்ளி மின்னூட்டங்களுக்கு இடையிலான விசையைக் கூலும் விதி தருகிறது. அந்த விசை மின்னூட்டங்களின் பெருக்கற்பலனுக்கு நேர்விகிதத்திலும், அவற்றுக்கு இடையிலான தொலைவின் இருமடிக்கு எதிர்விகிதத்திலும் இருக்கும். மாறிலியில் வெற்றிடத்தின் விடுதிறன் \( \varepsilon_0 \) உள்ளது. விசை ஒரு வெக்டர். எனவே பல மின்னூட்டங்கள் ஒரு மின்னூட்டத்தின் மீது செயல்படும்போது, தனித்தனி விசைகளை வெக்டர்களாகக் கூட்ட வேண்டும். இதுவே மேற்பொருந்துதல் தத்துவம்.
மின்புலமும் மின்னழுத்தமும்
ஒரு புள்ளியில் வைக்கப்படும் ஓரலகு நேர் மின்னூட்டம் உணரும் விசையே அந்தப் புள்ளியின் மின்புலம். மின்விசைக் கோடுகள் நேர் மின்னூட்டங்களில் தொடங்கி எதிர் மின்னூட்டங்களில் முடிகின்றன. அவை ஒன்றையொன்று வெட்டுவதில்லை. ஒரு சோதனை மின்னூட்டத்தை முடிவிலியிலிருந்து ஒரு புள்ளிக்குக் கொண்டுவர, ஓரலகு மின்னூட்டத்துக்குச் செய்யப்படும் வேலையே அந்தப் புள்ளியின் மின்னழுத்தம். மின்னழுத்தம் ஸ்கேலர். எனவே பல மின்னூட்டங்களின் மின்னழுத்தங்களைச் சாதாரணக் கூட்டலாகக் கூட்டலாம். மின்னூட்ட அமைப்பின் மின்னழுத்த ஆற்றலையும், சீரான புலத்தில் வைத்த இருமுனையின் மின்னழுத்த ஆற்றலையும் இதே கருத்து தருகிறது.
காஸ் விதி
எந்த மூடிய பரப்பின் வழியாகச் செல்லும் மொத்த மின்பாயமும், அந்தப் பரப்பு சூழ்ந்துள்ள நிகர மின்னூட்டத்தை \( \varepsilon_0 \) ஆல் வகுத்ததற்குச் சமம் என்று காஸ் விதி கூறுகிறது. இந்த விதி எப்போதும் உண்மை. ஆனால் மின்னூட்டப் பரவல் சமச்சீராக இருக்கும்போது மட்டுமே \( \vec{E} \) ஐக் காண இது உதவுகிறது. சரியான காஸியன் பரப்பைத் தேர்ந்தெடுப்பதில்தான் நுட்பம் உள்ளது: முடிவிலா நீளமுள்ள மின்னூட்டம் பெற்ற கம்பிக்கும் முடிவிலாச் சமதளத் தகட்டுக்கும் உருளை, சீராக மின்னூட்டம் பெற்ற கோளக்கூட்டுக்கு ஒரு பொது மையக் கோளம்.
கடத்திகளும் மின்காப்புப் பொருள்களும்
கடத்தியில் கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள், உள்ளே உள்ள மின்புலம் சுழியாகும் வரை நகர்கின்றன. கூடுதல் மின்னூட்டம் அனைத்தும் வெளிப்பரப்பில் தங்குகிறது. இதனால் மூடிய கடத்திப் பெட்டி வெளிப் புலங்களை உள்ளே விடுவதில்லை. இதுவே நிலைமின் தடுப்புறை (Electrostatic shielding). மின்காப்புப் பொருளில் (Dielectric) கட்டுறா மின்னூட்டங்கள் இல்லை. அதற்குப் பதிலாக மூலக்கூறுகள் முனைவாக்கம் அடைகின்றன. தூண்டப்பட்ட மின்னூட்டங்கள் செலுத்தப்பட்ட புலத்தை எதிர்க்கும் ஒரு புலத்தை உருவாக்குகின்றன. எனவே மின்காப்புப் பொருளின் உள்ளே நிகர மின்புலம் குறைகிறது.
மின்தேக்கிகளும் வான் டி கிராப் மின்னியற்றியும்
மின்தேக்கி (Capacitor) மின்னூட்டத்தையும் ஆற்றலையும் சேமிக்கிறது. இணைத்தட்டு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன் தட்டின் பரப்பு, தட்டுகளுக்கு இடையிலான தொலைவு, தட்டுகளுக்கு இடையிலுள்ள மின்காப்புப் பொருள் ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்புகளின் தொகுபயன் மின்தேக்குத்திறனையும், சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றல் \( U = \frac{1}{2}CV^2 \) ஐயும் கண்டறியத் தெரிய வேண்டும். கூர்முனைச் செயல்பாடு, நிலைமின் தூண்டல் ஆகியவற்றைக் கொண்டு பல மில்லியன் வோல்ட் மின்னழுத்தத்தை உருவாக்கும் வான் டி கிராப் மின்னியற்றியுடன் பாடம் முடிகிறது.
தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்
- பல மின்னூட்டங்களின் மின்புலங்களையோ விசைகளையோ சாதாரண எண்களாகக் கூட்டுதல். அவை வெக்டர்கள், எனவே திசைகளைக் கணக்கில் கொள்ள வேண்டும்.
- மின்னழுத்தத்தையும் மின்புலத்தையும் குழப்புதல். மின்னழுத்தம் ஸ்கேலர். மின்புலம் சுழியல்லாத ஒரு புள்ளியில் மின்னழுத்தம் சுழியாக இருக்கலாம், இருமுனையின் நடுவரைக் கோட்டில் இருப்பது போல.
- ஊடகத்துக்கு \( \varepsilon_0 \) ஐப் பயன்படுத்துதல். ஊடகத்தில் விடுதிறன் \( \varepsilon = \varepsilon_r \varepsilon_0 \). எனவே விசை \( \varepsilon_r \) மடங்கு குறைகிறது.
- இருமுனைத் திருப்புத்திறனைத் தவறான திசையில் வரைதல். மரபுப்படி \( \vec{p} \) எதிர் மின்னூட்டத்திலிருந்து நேர் மின்னூட்டத்தை நோக்கி இருக்கும்.
- சமச்சீருக்குப் பொருந்தாத காஸியன் பரப்பைத் தேர்ந்தெடுத்தல். இதனால் பாயத் தொகையீடு கடினமாகிறது அல்லது தவறான விடை கிடைக்கிறது.
இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.
அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்
மின்விசைக்கும் மின்புலத்துக்கும் என்ன வேறுபாடு?
ஒரு மின்னூட்டம் உண்மையில் உணரும் தள்ளுதல் அல்லது இழுத்தலே விசை. மின்புலம் மூல மின்னூட்டத்தால் வெளியில் உருவாக்கப்படுகிறது. அங்கே வேறொரு மின்னூட்டம் வைக்கப்பட்டாலும் வைக்கப்படாவிட்டாலும் அது இருக்கிறது. q மின்னூட்டத்தின் மீதான விசை qE.
மின்விசைக் கோடுகள் ஏன் ஒன்றையொன்று வெட்டுவதில்லை?
வெட்டும் புள்ளியில் புலத்துக்கு ஒரே நேரத்தில் இரண்டு திசைகள் இருக்க வேண்டியிருக்கும். எந்தப் புள்ளியிலும் நிகர புலத்துக்கு ஒரே ஒரு திசைதான் உண்டு. எனவே இரண்டு விசைக் கோடுகள் வெட்டிக்கொள்ள முடியாது.
மின்காப்புப் பொருள் மின்தேக்குத்திறனை எப்படிக் கூட்டுகிறது?
மின்காப்புப் பொருள் முனைவாக்கம் அடைந்து, தட்டுகளுக்கு இடையிலான புலத்துக்கு எதிரான ஒரு புலத்தை உருவாக்குகிறது. நிகர புலம் குறைகிறது. எனவே அதே மின்னூட்டத்துக்கு மின்னழுத்த வேறுபாடு குறைவாக இருக்கும். C = Q/V என்பதால் மின்தேக்குத்திறன் கூடுகிறது.
சம மின்னழுத்தப் பரப்பு என்றால் என்ன?
எல்லாப் புள்ளிகளும் ஒரே மின்னழுத்தத்தில் இருக்கும் பரப்பு இது. இதன் மீது ஒரு மின்னூட்டத்தை நகர்த்த வேலை எதுவும் செய்யப்படுவதில்லை. மின்புலம் எப்போதும் இதற்குச் செங்குத்தாக இருக்கும்.
காஸ் விதி எல்லா மூடிய பரப்புகளுக்கும் பொருந்துமா?
ஆம். எந்த வடிவமுள்ள எந்த மூடிய பரப்புக்கும் அது பொருந்தும். ஆனால் தேர்ந்தெடுத்த பரப்பின் மீது E மாறாமல் இருக்கும் அளவுக்கு மின்னூட்டப் பரவல் சமச்சீராக இருக்கும்போது மட்டுமே புலத்தைக் கணக்கிட அது பயன்படுகிறது.
மின்னூட்டம் பெற்ற இரண்டு மின்தேக்கிகளை இணைக்கும்போது ஆற்றலுக்கு என்ன நடக்கிறது?
இரண்டும் ஒரு பொது மின்னழுத்தத்தை அடையும் வரை மின்னூட்டம் பாய்கிறது. மொத்த மின்னூட்டம் மாறுவதில்லை. ஆனால் இணைத்த பிறகு சேமிக்கப்பட்ட மொத்த ஆற்றல் முன்பை விடக் குறைவு. அந்த வேறுபாடு பெரும்பாலும் இணைப்புக் கம்பிகளில் வெப்பமாகவும், சிறிதளவு மின்காந்தக் கதிர்வீச்சாகவும் இழக்கப்படுகிறது.
கடைசியாகப் புதுப்பிக்கப்பட்டது 17 செப்டெம்பர் 2026