2021 A/L Physics Past Paper · Question 43 (Tamil Medium)

Answer: (1) வரைபு (1)

வினா என்ன கேட்கிறது

காண வேண்டியது: கோணம் $\theta$ கூடும்போது அம்பியர்மானி வாசிப்பு $I$ எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதைக் காட்டும் வரைபு.

கலம் $A$, $B$ ஆகிய இரு புள்ளிகளில் ஒன்றில் ஓட்டத்தை வளையத்துள் தள்ளுகிறது. அது மற்றப் புள்ளியில் வளையத்தை விட்டு அம்பியர்மானி வழியே செல்கிறது. கலமும் அம்பியர்மானியும் இலட்சியமானவை. எனவே அவற்றுக்குத் தடை இல்லை. சுற்றில் உள்ள ஒரே தடை வளையம்.

திட்டம்: கலத்துக்கு வளையம் எப்படித் தெரிகிறது என்று பாருங்கள். பின்னர் சில கோணங்களுக்குத் தடையைக் கணித்து ஓட்டத்துக்கு என்ன நிகழ்கிறது எனப் பாருங்கள்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

நீளம் அதிகரிக்கும்போது தடை அதிகரிப்பதோடு குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பளவு அதிகரிக்கும்போது கடத்தியின் தடை குறைவடையும்.

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

அதற்கமைய அதன் ஒரு சந்தி இடத்தில் நுழையும் மொத்த ஏற்றங்கள் அதிலிருந்து வெளிப்படும் மொத்த ஏற்றத்துக்குச் சமமாதல் வேண்டும்.

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

ஒரு வட்டக் குளத்தை நினைத்துப் பாருங்கள். அதன் கரையில் $A$, $B$ என இரு இடங்கள். அவற்றுக்கு இடையே குளத்தைச் சுற்றி இரு பாதைகள்: ஒரு குறுகிய பாதை, ஒரு நீண்ட பாதை. வண்டிகள் இரு பாதைகளையும் ஒரே நேரத்தில் பயன்படுத்தலாம்.

வளையம் அந்தக் குளம் போன்றது. ஓட்டம் $B$ இலிருந்து $A$ க்கு வளையத்தின் குறுகிய பகுதி வழியேயும் நீண்ட பகுதி வழியேயும் ஒரே நேரத்தில் செல்லலாம். நீளம் கூடினால் தடை கூடுகிறது. எனவே நீண்ட பகுதி கடினமானது.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$\theta$: $A$ க்கும் $B$ க்கும் இடையே மையத்தில் உள்ள கோணம்.

$R_0$ ($\Omega$): முழு வளையத்தின் தடை.

$R_1$, $R_2$ ($\Omega$): $A$ க்கும் $B$ க்கும் இடையே உள்ள இரு பகுதிகளின் தடைகள்.

$R$ ($\Omega$): இரு பகுதிகளும் சேர்ந்த தடை.

$E$ ($\text{V}$): கலத்தின் மின்னியக்க விசை.

$I$ ($\text{A}$): அம்பியர்மானி வாசிப்பு.

உருவை வாசியுங்கள். குறுகிய பகுதி முழு வட்டமான $2\pi$ இல் $\theta$. நீண்ட பகுதி மீதி. எனவே குறுகிய பகுதி வளையத்தின் $\dfrac{\theta}{2\pi}$ பங்கு. நீண்ட பகுதி $\dfrac{2\pi - \theta}{2\pi}$ பங்கு.

இரு பகுதிகளும் ஒரே இரு புள்ளிகளான $A$, $B$ இல் தொடங்கி முடிகின்றன. எனவே அவற்றுக்குக் குறுக்கே ஒரே அழுத்த வித்தியாசம் உண்டு. அவை பக்கம் பக்கமாக, சமாந்தரமாக உள்ளன.

காரணம் / கணக்கீடு

எண்களை முயன்று பார்ப்போம். முழு வளையத்தின் தடை $R_0 = 12\ \Omega$ என்றும் கலம் $E = 12\ \text{V}$ என்றும் கொள்வோம். முழுச் சுற்று $360^\circ$. மூன்று கோணங்களை எடுப்போம்.

ஒரே அழுத்த வித்தியாசம் $E$ உள்ள சமாந்தரமான இரு பகுதிகளில் ஓட்டங்கள் கூடும். எனவே $\dfrac{1}{R} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$. அதிலிருந்து $R = \dfrac{R_1R_2}{R_1 + R_2}$. இங்கே $R_1 + R_2 = R_0 = 12$.

$1$

$R_1 = 12 \times \dfrac{30}{360}$

$11$

$R_2 = 12 - 1$

$0.92$

$R = \dfrac{1 \times 11}{12}$

$13.1$

$I = \dfrac{12}{0.92}$

$3$

$R_1 = 12 \times \dfrac{90}{360}$

$9$

$R_2 = 12 - 3$

$2.25$

$R = \dfrac{3 \times 9}{12}$

$5.3$

$I = \dfrac{12}{2.25}$

$6$

$R_1 = R_2 = 12 \times \dfrac{180}{360}$

$R = \dfrac{6 \times 6}{12}$

$4$

$I = \dfrac{12}{3}$

எனவே ஓட்டம் $30^\circ$ இல் $13.1\ \text{A}$, $90^\circ$ இல் $5.3\ \text{A}$, $180^\circ$ இல் $4\ \text{A}$ மட்டுமே. $\theta$ நடுவை நோக்கிக் கூடும்போது ஓட்டம் குறைகிறது.

நடுவுக்குப் பின்னர் இரு பகுதிகளும் இடம் மாறுகின்றன. $270^\circ$ இல் பகுதிகள் $9\ \Omega$, $3\ \Omega$, அதாவது $90^\circ$ இல் உள்ளவையே. எனவே மறுபக்கத்தில் ஓட்டம் அதே படிகளில் மீண்டும் ஏறுகிறது.

$\theta$ பூச்சியத்தை நோக்கி அல்லது $360^\circ$ ஐ நோக்கிச் செல்லும்போது ஒரு பகுதி இல்லாமலே போகிறது. $R$ உம் இல்லாமலே போகிறது. எனவே ஓட்டம் மிகப் பெரிதாகிறது. நடுவில் அது மிகக் குறைவு. அது ஒருபோதும் பூச்சியம் அல்ல.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

வரைபில் இருக்க வேண்டியவை: இடது அந்தத்தில் பெரிய ஓட்டம். நடுவில் பூச்சியத்துக்கு மேலுள்ள மிகச் சிறிய பெறுமானம். வலது அந்தத்தில் மீண்டும் பெரிய ஓட்டம். இரு பக்கமும் ஒரே மாதிரி இருக்க வேண்டும்.

வரைபு (1) மட்டுமே அவ்வாறு உள்ளது. இது விடை (1).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

ஓட்டம் ஒருபோதும் பூச்சியம் ஆவதில்லை. ஏனெனில் இரு பகுதிகளும் எப்போதும் கலத்துடன் தொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

ஒரு பகுதி மிகக் குறுகியதாக இருக்கும்போது ஓட்டம் மிகப் பெரிது. நடுவில் மிகச் சிறிது. வரைபு (3) தலைகீழாக உள்ளது.

நடுவின் இரு பக்கமும் ஒன்றின் கண்ணாடிப் பிம்பம் மற்றது. தொடர்ந்து கூடும் வரைபு இரு பக்கமும் ஒரே மாதிரி இருக்க முடியாது.

வளையம் சாதாரணக் கம்பி அல்ல. $B$ நகரும்போது இரு பகுதிகளின் நீளம் மாறுகிறது. எனவே ஓட்டம் மாறுகிறது.

சரிபார்ப்பு

பொருத்தமானதா?

மிகக் குறைந்த ஓட்டம் $4\ \text{A}$. அப்போது தடை மிக அதிகம், $3\ \Omega$. அது வளையத்தின் தடையின் கால் பங்கு: $\dfrac{R_0}{4}$.

வளையம் இரு சமமான பகுதிகளாக இருப்பது $\theta = \pi$ இல் மட்டுமே. அது மிகச் சமச்சீரான இடம். அங்கே ஓட்டம் மிகக் குறைவு.

$e * r / (a * b)$

முடிவு

வளையத்தின் இரு பகுதிகளும் சமாந்தரமாக உள்ளன. அவற்றின் சேர்ந்த தடை $R = \dfrac{R_1R_2}{R_0}$.

$\theta$ பூச்சியத்துக்கு அல்லது $2\pi$ க்குக் கிட்ட இருக்கும்போது அது சிறிது. நடுவில் அது மிகப் பெரிது, $\dfrac{R_0}{4}$. எனவே $I$ இரு அந்தங்களிலும் பெரிது, நடுவில் மிகச் சிறிது, ஒருபோதும் பூச்சியம் அல்ல. இது வரைபு (1). விடை (1).

ஒரு வளையத்தின் மீது தொடுகை நகரும்போது வளையம் சமாந்தரமான இரு பகுதிகள். மூன்று கோணங்களை முயலுங்கள்: தொடக்கத்துக்கு அருகில், நடுவில், நடுவுக்குப் பின்.

கேளுங்கள்: தடை எங்கே மிக அதிகம்? அங்கே ஓட்டம் மிகக் குறைவு.

பரீட்சைக் குறிப்பு