2021 A/L Physics Past Paper · Question 31 (Tamil Medium)

Answer: (3) $2.0\ \Omega$

தரப்பட்ட தகவல்கள்

எமக்குத் தெரிந்தவை:

சாவி $K$ திறந்திருக்கும்போது சமனிலை நீளம் $L = 60.0\ \text{cm}$. சாவி $K$ மூடியிருக்கும்போது சமனிலை நீளம் $l = 50.0\ \text{cm}$. தடையி $R$ $10\ \Omega$.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$E$ ($\text{V}$): கலத்தின் மின்னியக்க விசை (அது தரக்கூடிய முழு வலிமை).

$r$ ($\Omega$): கலத்தின் அகத்தடை (கலத்துக்கு உள்ளேயே இருக்கும் தடை).

$R$: $K$ மூடியிருக்கும்போது கலத்துக்குக் குறுக்கே தொடுக்கப்படும் தடையி, $10\ \Omega$.

$V$ ($\text{V}$): ஓட்டம் பாயும்போது கலத்தின் முடிவிடங்களுக்கு இடையிலான அழுத்த வித்தியாசம்.

$I$ ($\text{A}$): கலத்தினூடாகவும் $R$ இனூடாகவும் பாயும் ஓட்டம்.

$L$, $l$ ($\text{cm}$): $K$ திறந்திருக்கும்போதும் மூடியிருக்கும்போதும் உள்ள சமனிலை நீளங்கள்.

$k$ ($\text{V cm}^{-1}$): கம்பியின் ஒவ்வொரு $\text{cm}$ உம் கொண்டுள்ள அழுத்த வித்தியாசம்.

வினா என்ன கேட்கிறது

காண வேண்டியது: கலத்தின் அகத்தடை $r$.

திட்டம்: இரு சமனிலை நீளங்களையும் பயன்படுத்தி இரு அழுத்த வித்தியாசங்களையும் ஒப்பிடுக. பின்னர் $R$ உள்ள சுற்றைப் பயன்படுத்தி அவற்றை $r$ உடன் தொடர்புபடுத்துக.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

முதலாம் கலத்தை $(E)$ திறந்த சுற்றில் வைத்து சமனிலை நீளம் $L$ கண்டறியப்படும்.

இதன் கலம் மூடிய சுற்றில் அடங்கியுள்ளமையால் மின்னியக்க விசையிலும் குறைவான கலத்தின் முனைவுகளுக்கு இடையிலான அழுத்த வித்தியாசமே சமனிலைப்படும்.

சமனிலையின் போது கலத்தின் ஊடாக ஓட்டம் பாய்வதில்லையாதலால் அதன் அகத்தடையினால் அதன் மின்னியக்கவிசை மீது செல்வாக்குச் செலுத்தப்படுவதில்லை.

வெப்பநிலையும் ஏனைய பௌதிகக் காரணிகளும் மாறாது இருக்குமாயின் கடத்தியொன்றில் பாயும் ஓட்டமானது அதன் இரு அந்தங்களுக்கும் இடையிலான அழுத்த வித்தியாசத்துக்கு நேர் விகிதசமமானது

தேவையான சமன்பாடுகள்

$E = kL$

$V = kl$

$E = I(R + r)$

$V = IR$

$\dfrac{E}{V} = \dfrac{R + r}{R}$

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

கம்பியை ஒரு நீண்ட சரிவுப்பாதை போல நினைத்துப் பாருங்கள். அதன் வழியே அழுத்த வித்தியாசம் சீராக இறங்குகிறது. எனவே ஒவ்வொரு $\text{cm}$ உம் ஒரே சிறிய அழுத்த வித்தியாசம் $k$ ஐக் கொண்டிருக்கும். சமனிலை நீளம் அதிகமாக இருந்தால் அது சமப்படுத்தும் அழுத்த வித்தியாசமும் அதிகம்.

கலத்தை ஒரு நீர்ப் பம்பி போல நினைத்துப் பாருங்கள். $K$ திறந்திருக்கும்போது நீர் பாயாது. பம்பியின் முழு வலிமை $E$ ஐ உணர்கிறோம்.

$K$ மூடியிருக்கும்போது நீர் $10\ \Omega$ குழாயினூடாகப் பாய்கிறது. வலிமையின் ஒரு பகுதி பம்பிக்கு உள்ளேயே, அதன் சொந்தக் குறுகிய பகுதி $r$ இல் செலவாகிறது. எனவே வெளியே கிடைக்கும் வலிமை $V$ குறைவு.

$\dfrac{E}{V} = \dfrac{kL}{kl} = \dfrac{L}{l}$

$1.2$

$\dfrac{E}{V} = \dfrac{60}{50}$

$\dfrac{R + r}{R} = \dfrac{E}{V}$

$1 + \dfrac{r}{R} = 1.2$

$0.2$

$\dfrac{r}{R} = 0.2$

$2$

$r = 0.2 \times 10$

$\dfrac{r}{R}$ க்கு அலகு இல்லை, ஏனெனில் இரண்டும் தடைகள். எனவே $r = 0.2 \times R$ ஓமில் உள்ளது. அது $R$ இன் அலகு.

காரணம் / கணக்கீடு

அழுத்த வித்தியாசங்கள் $60 : 50$ என்ற விகிதத்தில் உள்ளன. $60$ இல் $60 - 50 = 10$ இழக்கப்படுவதால், கலம் தன் வலிமையில் $\dfrac{1}{6}$ பங்கைத் தனக்குள்ளேயே இழக்கிறது.

$r$ க்குள் இழக்கப்படுவது, $R$ க்குக் குறுக்கே மீதமுள்ள ஒவ்வொரு $50$ க்கும் $10$. எனவே $r$ என்பது $R$ இன் $\dfrac{10}{50}$ பங்கு, அதாவது $0.2 \times 10\ \Omega = 2\ \Omega$. இது விடை (3).

சரிபார்ப்பு

$a * (b - c) / c$

பொருத்தமானதா?

$K$ மூடியிருக்கும்போது சமனிலை நீளம் திறந்திருக்கும்போதை விடக் குறைவு. அது சரி: ஓட்டம் தரும் கலத்தின் முடிவிடங்களில் அழுத்த வித்தியாசம் குறைவு.

அகத்தடை $2\ \Omega$, $R = 10\ \Omega$ ஐ விட மிகச் சிறியது. நன்றாக வேலை செய்யும் கலத்தின் அகத்தடை சிறியது. இரு நீளங்களும் $60$, $50$ எனக் கிட்டவாக உள்ளன.

முடிவு

$r = R\,\dfrac{L - l}{l} = 2\ \Omega$

அழுத்த வித்தியாசங்களின் விகிதம் $\dfrac{E}{V} = \dfrac{60}{50} = 1.2$. சுற்று $\dfrac{R + r}{R} = 1.2$ எனத் தருகிறது. எனவே $\dfrac{r}{R} = 0.2$.

$r = 0.2 \times 10 = 2\ \Omega$. விடை (3).

$K$ திறந்திருக்கும்போது அழுத்தமானி $E$ ஐத் தரும். $K$ மூடியிருக்கும்போது $V$ ஐத் தரும். அவற்றின் விகிதம் இரு நீளங்களின் விகிதம்.

பின்னர் $r = R\,\dfrac{L - l}{l}$ ஐப் பயன்படுத்துக. விடை ஓமில் வருகிறதா எனப் பாருங்கள்.

பரீட்சைக் குறிப்பு