2020 A/L Physics Past Paper · Question 29 (Tamil Medium)

Answer: (5) உற்பத்தியினூடான நேர்கோடு

வினா என்ன கேட்கிறது

கேட்கப்படுவது: மாறாப் பரப்பளவுள்ள கடத்தும் தடத்தில் தூண்டிய மி.இ.வி. $E$, காந்தப் பாய அடர்த்தியின் மாற்ற வீதம் $R = \dfrac{dB}{dt}$ உடன் மாறும் விதத்தைக் காட்டும் வரைபு.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

உரு: 6.1 (a) இல் காட்டியுள்ளது போன்று காந்தப்பாய அடர்த்தி B ஆகவுள்ள ஒரு பிரதேசத்தில் அதற்குச் செங்குத்தாக A பரப்பளவுக்குக் குறுக்கான காந்தப் பாயம் $\phi = AB$ எனக் காட்டப்படும்.

மேலும் கடத்திச் சுருளொன்றுக்குக் குறுக்காகக் காந்தப் பாயம் மாற்றமடையும் போதும் அந்தச் சுருளின் இரண்டு அந்தங்களுக்குக் குறுக்காக மின்னியக்க விசையொன்று தூண்டப்படும்.

கடத்திச் சுருளொன்றுடன் தொடர்புடைய பாயப் பிணைப்புக்களின் எண்ணிக்கையை மாற்றும் வீதம் அல்லது கடத்தியொன்றுக்குக் குறுக்காகப் பாயம் வெட்டப்படும் வீதத்துக்கு நேர்விகிதசமமான மின்னியக்க விசையொன்று அதற்குக் குறுக்காகத் தூண்டப்படும்.

மின்காந்தத் தூண்டலுக்குக் காரணமாகிய மாற்றத்தக்கு எதிராகக் கூடிய ஒரு திசையில் ஓட்டம் பாயும் வகையிலான திசையில் மின்னியக்க விசை தூண்டப்படும்.

$$E = -\frac{d(N\phi)}{dt}$$

தேவையான சமன்பாடுகள்

$\phi = BA$

$E = \frac{d\phi}{dt} = A\,\frac{dB}{dt}$

$E = AR$

காரணம் / கணக்கீடு

அச்சுகள்: கிடை அச்சு காந்தப் பாய அடர்த்தியின் மாற்ற வீதம் $R$ ($\text{T s}^{-1}$), நிலைக்குத்து அச்சு தூண்டிய மி.இ.வி. $E$ (V). இவை $B$ உம் நேரமும் அல்ல — வீதமும் அதன் விளைவும்.

தொடக்க நிலை: $R = 0$ எனின் புலம் எவ்வளவு வலிமையாக இருந்தாலும் மாறுவதில்லை; பாயம் மாறாததால் $E = 0$. ஆகவே வரைபு உற்பத்தியிலிருந்து தொடங்குகிறது.

பிரிவுகள்: தடத்தின் பரப்பளவு $A$ உம் அதன் திசையும் மாறாதவை; $R$ இன் முழு வீச்சிலும் ஒரே தொடர்பு $E = AR$ — நடத்தை மாறும் புள்ளி இல்லை, ஒரே ஒரு பகுதி.

அப்பகுதியில் நடத்தை: $E$ ஆனது $R$ க்கு நேர்விகிதசமம் — $R$ இரு மடங்கானால் $E$ இரு மடங்கு, மும்மடங்கானால் மும்மடங்கு.

எல்லைப் பெறுமானங்கள்: $R = 0$: $E = 0$; எ.கா. $A = 0.1\ \text{m}^2$, $R = 0.3\ \text{T s}^{-1}$: $E = 0.03\ \text{V}$. பெரிய $R$ இலும் தொடர்பு மாறுவதில்லை — நிரம்பலோ வளைவோ இல்லை.

சாய்வு, வளைவு, குறி: சாய்வு $\dfrac{dE}{dR} = A$ — மாறிலி, நேர்; வளைவு இல்லை; $R > 0$ இல் $E > 0$ (பருமன்; திசையை லென்ஸ் விதி தருகிறது — தடத்தில் ஓட்டம் புல அதிகரிப்பை எதிர்க்கும் திசையில்).

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

இப்போது தெரிவுகளுடன் ஒப்பிட: உற்பத்தியிலிருந்து தொடங்கும், மாறாச் சாய்வுள்ள நேர்கோடு — தெரிவு (5) மட்டுமே இரு நிபந்தனைகளையும் ($R = 0$ இல் $E = 0$; $E \propto R$) நிறைவேற்றுகிறது.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

எந்த $R$ இலும் $E = 0$ — மாறும் புலத்தில் தூண்டல் இல்லை என்றாகும்.

$R$ கூடக் கூட $E$ இன் அதிகரிப்பு குறைகிறது — நிரம்பல்.

$R = 0$ இலும் $E \neq 0$ — மாறாப் பாயத்திலும் மி.இ.வி.

$E \propto R^2$ போன்ற மேல்நோக்கிய வளைவு.

முடிவு

$E = AR$

$\phi = BA$, $A$ மாறிலி: $E = A\dfrac{dB}{dt} = AR$ — $E \propto R$, உற்பத்தியினூடான நேர்கோடு — விடை (5).

தூண்டிய மி.இ.வி. காந்தப் புலத்தின் வலிமையில் ($B$) தங்கியுள்ளது எனக் கருதல்.

மி.இ.வி. பாயம் மாறும் வீதத்தில் மட்டுமே தங்கியுள்ளது: $E = A\dfrac{dB}{dt}$.