2020 A/L Physics Past Paper · Question 12 (Tamil Medium)

Answer: (4) $40\ \mu\text{T}\ \downarrow$

வினா என்ன கேட்கிறது

கேட்கப்படுவது: எட்டுக் கம்பிகளின் ஓட்டங்களால் மையம் $C$ இல் உண்டாகும் காந்தப் பாய அடர்த்தியின் பருமனும் திசையும்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

அப்போது, அதில் உள்ள இரும்புத்தூளானது கடத்தியை மையமாகக் கொண்டு ஒரு மைய வட்டப்பாதையின் வழியே அமைந்து கடத்தியைச் சூழக் காந்தப் புலத்தின் இரும்பையும் அதன் அமைப்பையும் காட்டுகின்றது.

கடத்தியொன்றின் ஊடாக ஓட்டம் பாயும் திசையில் வலஞ்சுழித் தக்கைத் திருகொன்றினைச் செலுத்துவதற்காக அதனை எந்தத்திசையில் சுழற்ற வேண்டுமோ அது கடத்தியை சூழவுள்ள காந்தப்புலத்தின் திசையைக் காட்டும்.

மிக நீண்ட கம்பியொன்று $I$ ஓட்டத்தைக் கொண்டு செல்கின்றது. P எனும் வெளிப்புள்ளியொன்றில் இருந்து கம்பி வரையிலான தூரம் $r$ ஆகும்.

$$B = \left(\frac{\mu_0}{4\pi}\right)\frac{2I}{r}$$

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

பங்களிக்கும் முதல்கள்: எட்டுக் கம்பிகள். நடு இரு கம்பிகள் ($\otimes$ இடம், $\odot$ வலம்) உம் மேல், கீழ் நடுக் கம்பிகள் ($\otimes$, $\otimes$) உம் $C$ இலிருந்து $10\ \text{cm}$ இல்; நான்கு மூலைக் கம்பிகள் $10\sqrt2\ \text{cm}$ இல்.

திசைக் குறிப்பு: தாளின் தளத்தில் "மேல்" ($\uparrow$), "கீழ்" ($\downarrow$). தக்கைத் திருகு விதிப்படி $\otimes$ (தாளினுள்) ஓட்டத்தைச் சுற்றிப் புலம் வலஞ்சுழி, $\odot$ (வெளியே) ஓட்டத்தைச் சுற்றி இடஞ்சுழி; ஒவ்வொரு கம்பியின் புலமும் கம்பியிலிருந்து $C$ நோக்கிய கோட்டுக்குச் செங்குத்து.

காரணம் / கணக்கீடு

மூலைவிட்டச் சோடிகள், மேல்–கீழ்ச் சோடி

$B = 0$

இடமேல் $\otimes$ உம் வலக்கீழ் $\otimes$ உம்: $C$ இலிருந்து சம தூரம், எதிரெதிர்ப் பக்கங்கள், ஒரே ஓட்டத் திசை — $C$ இல் அவற்றின் புலங்கள் சம பருமன், எதிர்த் திசை. வலமேல் $\odot$, இடக்கீழ் $\odot$ சோடியும் மேல், கீழ் நடு $\otimes$ சோடியும் அவ்வாறே நீங்குகின்றன.

நடு இடக் கம்பி ($\otimes$)

$B_1 = 20\ \mu\text{T}\ \downarrow$

$C$ அதன் வலப்புறம் $10\ \text{cm}$ இல்; வலஞ்சுழிப் புலம் அங்கு கீழ்நோக்கி: $B_1 = \left(\dfrac{\mu_0}{4\pi}\right)\dfrac{2I}{r} = 10^{-7} \times \dfrac{2 \times 10}{0.10}$.

நடு வலக் கம்பி ($\odot$)

$B_2 = 20\ \mu\text{T}\ \downarrow$

$C$ அதன் இடப்புறம் $10\ \text{cm}$ இல்; இடஞ்சுழிப் புலம் அங்கும் கீழ்நோக்கி; அதே பருமன்.

$2 \times 10^{-5}$

$B_1 = 10^{-7} \times \frac{2 \times 10}{0.10}$

$40$

$B = B_1 + B_2 = 20 + 20$

விளையுள்: நீங்கும் மூன்று சோடிகள் தவிர நடு இரு கம்பிகள் மட்டுமே எஞ்சுகின்றன: $C$ இல் $B = 40\ \mu\text{T}$, கீழ்நோக்கி ($\downarrow$).

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

தெரிவுகளுடன் ஒப்பிட: $40\ \mu\text{T}\ \downarrow$ — தெரிவு (4).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

ஒரு நடுக் கம்பியை மட்டும் கணக்கிடுகிறது.

திசையையும் பருமனையும் தவறவிடுகிறது.

திருகு விதியின் சுழற்சியைத் தலைகீழாக்குகிறது.

புலத்தைக் கம்பி–C கோட்டின் வழியே எடுக்கிறது.

சரிபார்ப்பு

$2 * 1e-7 * 2 * I / r$

சமச்சீர்ச் சோதனை: $C$ ஐப் பற்றி $180^\circ$ சுழற்றினால் ஒன்றுடனொன்று பொருந்தும், ஒரே ஓட்டத் திசையுள்ள கம்பிச் சோடிகளின் புலங்கள் $C$ இல் எப்போதும் நீங்கும் — மூன்று சோடிகள். எஞ்சிய இரண்டின் ஓட்டங்கள் எதிர்த் திசைகளில் இருப்பதால் அவற்றின் புலங்கள் கூடுகின்றன; இரண்டாம் வழியாக எட்டுக் கூறுகளையும் தனித்தனியாகக் கூட்டினாலும் $B_x = 0$, $B_y = -40\ \mu\text{T}$ ✓.

முடிவு

$B = 40\ \mu\text{T}\ \downarrow$

மூன்று சோடிகள் நீங்க, நடு இரு கம்பிகளும் $C$ இல் தலா $20\ \mu\text{T}$ கீழ்நோக்கி: $B = 40\ \mu\text{T}\ \downarrow$ — விடை (4).

ஒவ்வொரு கம்பியின் புலத்தையும் கம்பியிலிருந்து புள்ளியை நோக்கியதாக வரைதல்.

நேர்க் கம்பியின் புலக் கோடுகள் அதைச் சுற்றிய வட்டங்கள்: புலம் கம்பி–புள்ளிக் கோட்டுக்குச் செங்குத்து.