2020 A/L Physics Past Paper · Question 44 (Tamil Medium)

Answer: (2) $B_1 \uparrow$, $B_2 \odot$

வினா என்ன கேட்கிறது

கேட்கப்படுவது: இலத்திரன் பிரதேசம் I இல் நேராகவும் பிரதேசம் II இல் மேல்நோக்கி அரை வட்டமாகவும் செல்ல $B_1$, $B_2$ இன் திசைகள்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

அதற்கமைய, மின் புலத்தின் யாதேனும் புள்ளியில் வைக்கப்பட்ட "$q$" ஏற்றத்தின் மீது விசை $F$ எனின், அப்புள்ளியின் மின் புலச்செறிவு, $E = \frac{F}{q}$ ஆவதோடு அதன் அலகு $\text{NC}^{-1}$ ஆகும்.

காந்தப்புலமொன்றின் உள்ள அசையா ஏற்றமொன்றின் மீது விசையேனும் தொழிற்படுவதில்லை. எனினும், அது அசைகின்றதெனின் மின்னோட்டத்துக்குச் சமமானதாகையால், அதன் மீது விசை தொழிற்படும்.

இடது கையின் சுட்டுவிரல், நடுவிரல், பெருவிரல் ஆகியவற்றை ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக வைத்து சுட்டு விரலினால் காந்தப் புலத்தின் திசையையும் நடுவிரலினால் அதற்கு ஊடாக கடத்தியில் ஓட்டத்தின் திசையையும் காட்டினால், பெருவிரலினால் கடத்திமீது தொழிற்படும் விசையின் அதாவது இயக்கத்தின் திசை காட்டப்படும்.

நியம ஓட்டத்திசைக்கு எதிரான திசையில் பிரவாகிக்கும் இலத்திரன்கள் மீது கீழ் நோக்கிய விசையொன்று உருவாகின்றமையினாலேயே இவ்வாறாகக் கோலின் மீது விசையொன்று

$$Bqu = qE$$

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

திசைக் குறிப்பு: தாளின் தளத்தில் வலம், இடம், மேல் ($\uparrow$), கீழ் ($\downarrow$); தாளுக்குச் செங்குத்தாக வெளியே ($\odot$), உள்ளே ($\otimes$). இலத்திரன் இரு பிரதேசங்களிலும் நுழையும்போது வலப்பக்கம் செல்கிறது.

காவிகள்: பிரதேசம் I இல் மின் விசை $F_E = eE$ உம் காந்த விசை $F_B = evB_1$ உம்; பிரதேசம் II இல் காந்த விசை $evB_2$ மட்டும். இலத்திரனின் ஏற்றம் $-e$: வலப்பக்கம் செல்லும் இலத்திரன் இடப்பக்கமாகப் பாயும் நியம ஓட்டத்துக்குச் சமம்.

காரணம் / கணக்கீடு

திசை விதி: $E = \dfrac{F}{q}$ இல் $q = -e$ ஆதலால் இலத்திரன் மீதான மின் விசை $E$ இன் எதிர்த்திசையில் — தாளிலிருந்து வெளியே ($\odot$). பாதை நேராக இருக்க $evB_1$ தாளினுள் ($\otimes$) $eE$ க்குச் சமனாக வேண்டும். இடக்கை விதி: நடுவிரல் (ஓட்டம்) இடப்பக்கம், பெருவிரல் (விசை) தாளினுள் ஆக, சுட்டுவிரல் (புலம்) மேல்நோக்கி ⇒ $B_1 \uparrow$. பிரதேசம் II: அரை வட்டத்தின் மையம் நுழைவுப் புள்ளிக்கு மேலே, ஆகவே நுழையும்போது விசை மேல்நோக்கி; நடுவிரல் இடப்பக்கம், பெருவிரல் மேல்நோக்கி ஆக சுட்டுவிரல் தாளிலிருந்து வெளியே ⇒ $B_2 \odot$.

$evB_1 = eE$

$v = \frac{E}{B_1}$

$evB_2 = \frac{mv^2}{r}$

இறுதித் திசைகள்: $B_1$ தளத்தில் மேல்நோக்கி ($\uparrow$), $B_2$ தாளிலிருந்து வெளியே ($\odot$).

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

அட்டவணையுடன் ஒப்பிட: $B_1 \uparrow$, $B_2 \odot$ — தெரிவு (2).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

$B_2 \otimes$: இலத்திரன் கீழ்நோக்கித் திரும்பும்.

$B_1 \odot$: காந்த விசை தளத்தில், மின் விசையைச் சமனாக்காது.

$B_1 \otimes$: விசை தளத்தில்.

$B_1 \downarrow$: காந்த விசை மின் விசையுடன் சேர்கிறது.

சரிபார்ப்பு

இரண்டாம் வழி (காவிப் பெருக்கம்): $\vec F = q\,\vec v \times \vec B$, $q = -e$, $\vec v = v\,\hat x$. $\vec B_1 = B_1\hat y$: $\hat x \times \hat y = \hat z$ (வெளியே), $q < 0$ ஆதலால் $\vec F$ உள்ளே ✓ — மின் விசைக்கு எதிர். $\vec B_2 = B_2\hat z$: $\hat x \times \hat z = -\hat y$, $q < 0$ ஆதலால் $\vec F$ மேல்நோக்கி ($+\hat y$) ✓.

முடிவு

$B_1$ தளத்தில் மேல்நோக்கி ($\uparrow$): $evB_1$ தாளினுள், $eE$ ஐ நீக்குகிறது; $B_2$ தாளிலிருந்து வெளியே ($\odot$): இலத்திரனை மேல்நோக்கித் திருப்புகிறது — விடை (2).

இலத்திரனின் இயக்கத் திசையையே ஓட்டத் திசையாக இடக்கை விதியில் வைத்தல்.

இலத்திரன் மறை ஏற்றம்: ஓட்டம் அதன் இயக்கத்துக்கு எதிர்த்திசையில்; அல்லது விசையைக் கண்டு அதன் திசையைத் தலைகீழாக்குக.