2021 A/L Physics Past Paper · Question 47 (Tamil Medium)

ஏற்றம் பிரிந்த இரு கடத்தும் கோளங்களின் அழுத்த சக்தி

$2r$ ஆரையுள்ள ஒரு கடத்தும் கோளத்திற்கு ஒரு $+3Q$ ஏற்றம் தரப்படுகின்றது. $r$ ஆரையுள்ள ஏற்றப்படாத வேறொரு கடத்தும் கோளம் முதற் கோளத்தைத் தொடுமாறு செய்யப்பட்டு, பின்னர் உருவிற் காட்டப்பட்டுள்ளவாறு தூரம் $r$ இல் வேறாக்கி வைக்கப்படுகின்றது. இப்போது தொகுதியின் மின் அழுத்தச் சக்தி யாது? (கோளங்களில் ஏற்றப் பரம்பல்கள் சீரானவை எனவும் தொகுதி சுயாதீன வெளியில் இருக்கின்றது எனவும் கொள்க)

(1) $\dfrac{Q^2}{4\pi\varepsilon_0 r}$
(2) $\dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$
(3) $\dfrac{Q^2}{16\pi\varepsilon_0 r}$
(4) $\dfrac{3Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$
(5) $\dfrac{3Q^2}{16\pi\varepsilon_0 r}$

Answer and explanation

Answer: (2) $\dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$

தரப்பட்ட தகவல்கள்

எமக்குத் தெரிந்தவை:

பெரிய கோளத்தின் ஆரை $2r$ , ஏற்றம் $+3Q$ . சிறிய கோளத்தின் ஆரை $r$ , ஏற்றம் இல்லை.

அவை தொடுமாறு செய்யப்பட்டு, பின்னர் வேறாக்கப்படுகின்றன. இப்போது மேற்பரப்புகள் $r$ தூரத்தில் உள்ளன. தொகுதி சுயாதீன வெளியில் உள்ளது.

வினா என்ன கேட்கிறது

காண வேண்டியது: கோளங்கள் வேறாக்கப்பட்ட பின் அவற்றின் மின் அழுத்தச் சக்தி.

திட்டம்: முதலில் கோளங்களுக்கு இடையே ஏற்றத்தைப் பிரிக்க. பின்னர் மையங்களுக்கு இடையிலான தூரத்தைக் காண்க. பின்னர் ஏற்றச் சோடியின் அழுத்த சக்தியைப் பயன்படுத்துக.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

கோளங்களைத் தொடுப்பதால் அவை ஒரே அழுத்தத்தை ( $V$ ) அடைவதோடு

P புள்ளிக்குச் சார்பாக கோளத்தின் $Q$ ஏற்றமானது அதன் மையத்தில் குவிந்துள்ள $Q$ ஏற்றமாக தென்படும் என்பதை நாம் அறிவோம்.

சில ஏற்றங்களைக் கொண்ட தொகுதியொன்றின் மொத்த அழுத்த சக்தியானது அவ்வெல்லா ஏற்றச் சோடிகளதும் அழுத்த சக்தியின் கூட்டுத்தொகையகும்.

தேவையான சமன்பாடுகள்

$V_1 = V_2$

$V = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q}{R}$

$U = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q_1q_2}{d}$

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

$q_1 = 2q_2$

$Q$

$q_2 = \dfrac{3Q}{3}$

$2Q$

$q_1 = 3Q - Q$

$4r$

$d = 2r + r + r$

$\dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$

$U = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{2Q \times Q}{4r}$

$\dfrac{Q^2}{\varepsilon_0 r}$ இன் அலகு $\dfrac{\text{C}^2}{\text{C}^2\,\text{N}^{-1}\text{m}^{-2}\ \text{m}} = \text{N m} = \text{J}$ . எனவே விடை ஒரு சக்தி.

காரணம் / கணக்கீடு

ஏற்றம் $2Q$ ஆகவும் $Q$ ஆகவும் பிரிகிறது. மையங்கள் $4r$ தூரத்தில் உள்ளன.

கோளங்கள் சீரானவை. எனவே ஒவ்வொன்றும் மையத்திலுள்ள புள்ளி ஏற்றம் போலத் தொழிற்படும். ஏற்றச் சோடியின் சக்தி $\dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$ . இது விடை (2).

சரிபார்ப்பு

$(a * b) / d$

பொருத்தமானதா?

இரு கோளங்களும் நேரேற்றமுள்ளவை. எனவே அவை தள்ளுகின்றன. சக்தி நேர்.

ஏற்றம் பிரிந்ததே தவிர புதிதாக உருவாகவில்லை: $2Q + Q = 3Q$ . தூரம் மேற்பரப்புகளுக்கு இடையிலானது அல்ல, மையங்களுக்கு இடையிலானது.

முடிவு

$U = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q_1q_2}{d} = \dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$

ஏற்றங்கள் $2Q$ , $Q$ . மையங்கள் $4r$ தூரத்தில் உள்ளன.

$U = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{2Q \times Q}{4r} = \dfrac{Q^2}{8\pi\varepsilon_0 r}$ . விடை (2).

தொடும் கடத்திகள் ஒரே அழுத்தத்தை அடையும். எனவே ஏற்றம் ஆரைகளின் விகிதத்தில் பிரியும்.

சக்திக்கு, தூரத்தை மையத்திலிருந்து மையம் வரை அளக்க.

பரீட்சைக் குறிப்பு

සිංහල · English