2019 A/L Physics Past Paper · Question 18 (Tamil Medium)

Answer: (3) சுற்று (3)

வினா என்ன கேட்கிறது

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது:

ஐந்து சுற்றுகளில் எது அதிக சக்தியைச் சேமிக்கிறது.

ஐந்திலும் ஒரே மூன்று கொள்ளளவிகள் $C$ உம் ஒரே இரு மின்கலங்கள் $E$ உம் உள்ளன.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

கொள்ளளவியில் சேமிக்கப்படும் சக்தி:

$$U = \tfrac{1}{2}CV^2$$

தொடராக: $\dfrac{1}{C_{eq}} = \sum \dfrac{1}{C}$. சம மூன்று $\dfrac{C}{3}$ தரும்.

சமாந்தரமாக: $C_{eq} = \sum C$. சம மூன்று $3C$ தரும்.

தொடரில் மின்கலங்கள் $2E$ தரும். சமாந்தரத்தில் $E$.

ஏற்றிய கொள்ளளவியில் சக்தி சேமிக்கப்பட்டிருந்தது என்பதும், இறக்கத்தின்போது அச்சக்தியானது வெப்பம் போன்ற வேறொரு சக்தி வடிவமாக மாற்றப்பட்டது என்பதும் இதிலிருந்து தெரிகின்றது.

தேவையான சமன்பாடுகள்

$U = \frac{1}{2}C_{eq}V^2$

$C_{eq} = \frac{C}{3}$

$C_{eq} = 3C$

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

ஐந்து தெரிவுகளும் ஐந்து சுற்றுகள்.

ஒவ்வொரு சுற்றுக்கும் $C_{eq}$, $V$ ஐக் காண்க.

$U$ ஐ $CE^2$ இன் மடங்காக எழுதி ஒப்பிடுக.

காரணம் / கணக்கீடு

மாறாதவை:

அதே மூன்று கொள்ளளவிகள் $C$.

அதே இரு மின்கலங்கள் $E$.

ஒவ்வொரு கொள்ளளவியும் முழுதாக ஏற்றப்பட்டுள்ளது.

மாறுபவை:

கொள்ளளவிகள் இணைக்கப்படும் விதம். அது $C_{eq}$ ஐ மாற்றும்.

மின்கலங்கள் இணைக்கப்படும் விதம். அது $V$ ஐ மாற்றும்.

$U$ ஆனது $C_{eq}$ உடனும் $V^2$ உடனும் கூடும்.

சுற்றுகள் (1), (2)

$U_1 = 0.67CE^2,\ U_2 = 0.17CE^2$

(1): கொள்ளளவிகள் தொடர், மின்கலங்கள் தொடர். $U = \tfrac{1}{2} \cdot \dfrac{C}{3} \cdot (2E)^2 = \tfrac{2}{3}CE^2$.

(2): கொள்ளளவிகள் தொடர், மின்கலங்கள் சமாந்தரம். $U = \tfrac{1}{2} \cdot \dfrac{C}{3} \cdot E^2 = \tfrac{1}{6}CE^2$.

சுற்று (3)

$U_3 = 6CE^2$

மூன்று கொள்ளளவிகளும் சமாந்தரம், ஆகவே $3C$. மின்கலங்கள் தொடர், ஆகவே $2E$.

$U = \tfrac{1}{2} \cdot 3C \cdot (2E)^2 = 6CE^2$.

சுற்றுகள் (4), (5)

$U_4 = 1.5CE^2,\ U_5 = 3CE^2$

(4): கொள்ளளவிகள் சமாந்தரம், மின்கலங்கள் சமாந்தரம். $U = \tfrac{1}{2} \cdot 3C \cdot E^2 = 1.5CE^2$.

(5): தொடரில் உள்ள இரண்டு $\dfrac{C}{2}$ தரும். மூன்றாவதுடன் சமாந்தரமாக $\dfrac{3C}{2}$. மின்கலங்கள் தொடர். $U = \tfrac{1}{2} \cdot \dfrac{3C}{2} \cdot (2E)^2 = 3CE^2$.

சோடி சோடியாக ஒப்பிடுவோம்.

(1), (3), (5) இல் வோல்ற்றளவு ஒன்றே, $2E$. பெரிய $C_{eq}$ வெல்லும்: $3C > \dfrac{3C}{2} > \dfrac{C}{3}$.

(3), (4) இல் $C_{eq}$ ஒன்றே, $3C$. வோல்ற்றளவு $2E$ நான்கு மடங்கு சக்தி தருகிறது.

U_3

U_5

U_4

U_1

U_2

$6CE^2 > 3CE^2 > 1.5CE^2 > 0.67CE^2 > 0.17CE^2$.

சுற்று (3) இல் கொள்ளளவும் வோல்ற்றளவும் மிகப் பெரியவை. ஆகவே அது அதிகம் சேமிக்கிறது.

சரிபார்ப்பு

$432$

$U_3 = \frac{1}{2} \times 6 \times 12^2$

$216$

$U_5 = \frac{1}{2} \times 3 \times 12^2$

$48$

$U_1 = \frac{1}{2} \times \frac{2}{3} \times 12^2$

முடிவு

$U_{max} = \frac{1}{2}(3C)(2E)^2 = 6CE^2$

சமாந்தரமான மூன்று கொள்ளளவிகள் $3C$ தருகின்றன. தொடரான இரு மின்கலங்கள் $2E$ தருகின்றன.

$$U = \tfrac{1}{2}(3C)(2E)^2 = 6CE^2$$

ஆகவே விடை தெரிவு (3).

தொடரில் கொள்ளளவு மின்தடையைப் போலக் கூடும் எனக் கருதுதல்.

கொள்ளளவிகளுக்கு அது நேர்மாறு.

தொடரில் $C_{eq}$ சிறிதாகும். சமாந்தரத்தில் பெரிதாகும்.