2022 A/L Physics Past Paper · Question 31 (Tamil Medium)

Answer: (3) (A), (C) ஆகியன மாத்திரம் உண்மையானவை.

வினா என்ன கேட்கிறது

எமக்குத் தெரிந்தவை:

ஒரே உலோகக் கம்பியில் ஒரு தடித்த பிரிவு, ஒரு மெல்லிய பிரிவு, இன்னொரு தடித்த பிரிவு ஒன்றன்பின் ஒன்றாக இணைந்துள்ளன.

முழுக் கம்பியின் வழியேயும் ஓர் உறுதியான ஓட்டம் பாய்கிறது.

வினா நீளங்களையோ எண்களையோ தரவில்லை.

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது: கூற்றுகள் (A), (B), (C) இல் எவை உண்மை.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$I$ ($\text{A}$): கம்பியிலுள்ள ஓட்டம்.

$v$ ($\text{m s}^{-1}$): இலத்திரன்களின் நகர்வு வேகம்.

$A$ ($\text{m}^2$): குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு.

$n$ ($\text{m}^{-3}$): உலோகத்தின் ஒரு கன மீற்றரிலுள்ள சுயாதீன இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை.

$e$ ($\text{C}$): ஓர் இலத்திரனின் ஏற்றம்.

$R$ ($\Omega$): ஒரு பிரிவின் தடை, $l$ ($\text{m}$) அதன் நீளம், $\rho$ ($\Omega\ \text{m}$) உலோகத்தின் தடைத்திறன்.

$P$ ($\text{W}$): ஒரு பிரிவில் வெப்பமாக மாறும் வலு.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

என்ன நடக்கிறது:

ஓட்டம் பாயும் வரை உலோகத்திலுள்ள சுயாதீன இலத்திரன்கள் கம்பியின் வழியே தொடர்ந்து நகர்கின்றன.

கம்பியில் எங்கும் ஏற்றம் குவிய முடியாது. எனவே ஒவ்வொரு செக்கனிலும், தடித்ததோ மெல்லியதோ, ஒவ்வொரு குறுக்குவெட்டையும் ஒரே எண்ணிக்கை இலத்திரன்கள் கடக்கின்றன.

மெல்லிய பிரிவில் இடம் குறைவு. ஒவ்வொரு செக்கனிலும் அதே எண்ணிக்கையைக் கடத்த அங்கு இலத்திரன்கள் வேகமாக நகர வேண்டும்.

நகரும்போது இலத்திரன்கள் உலோக அணுக்களுடன் மோதுகின்றன, அது வெப்பத்தை உண்டாக்குகிறது. மெல்லிய பிரிவின் ஒரு மீற்றருக்குத் தடித்த பிரிவின் ஒரு மீற்றரிலும் அதிக தடை உண்டு, எனவே அது அதிகம் சூடாகிறது.

கடத்தியொன்றின் ஊடாகப் பாயும் ஓட்டத்தினது இலத்திரன்களின் வேகம் "நகர்வு வேகம்" எனப்படுகின்றது.

$\therefore I = VAne$ எனக் குறிப்பிடலாம்.

என்பது கடத்தி ஆக்கப்பட்டுள்ள திரவியத்தினால் அதன் தடையின் மீது ஏற்படுத்தும் பங்களிப்பை வகைகுறிப்பதோடு, அது திரவியத்தின் "தடைத்திறன்" எனப்படுகின்றது.

மேற்படி மூன்று சமன்பாடுகளையும் பயன்படுத்தி

$W = I^2Rt$, $W = \frac{V^2t}{R}$, $P = I^2R$, $P = \frac{V^2}{R}$ ஆகிய கோவைகளைப் பெறலாம்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

தெரிவுகள் (A), (B), (C) இன் சேர்மானங்கள். ஒவ்வொரு கூற்றையும் தனித்தனியே சோதிக்கிறோம்.

ஓட்டம் என்பது ஒவ்வொரு செக்கனிலும் ஒரு குறுக்குவெட்டைக் கடக்கும் ஏற்றம். $v$ வேகத்தில் நகரும் இலத்திரன்களுக்கு:

$$I = vAne$$

சொற்களில்: ஓட்டம் என்பது நகர்வு வேகம், பரப்பளவு, ஒரு கன மீற்றரிலுள்ள இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை, ஓர் இலத்திரனின் ஏற்றம் ஆகியவற்றின் பெருக்கம்.

ஒரு பிரிவின் தடையும் அதில் வெப்பமாக மாறும் வலுவும்:

$$R = \dfrac{\rho l}{A}$$

$$P = I^2R$$

சொற்களில்: மெல்லிய அல்லது நீளமான பிரிவுக்கு அதிக தடை, அதே ஓட்டத்துடன் அதிக தடை அதிக வெப்பத்தைத் தருகிறது.

உதாரணமாக, ஒரு கூட்டம் விளையாட்டரங்கிலிருந்து ஓர் அகலமான வாயில், ஒரு குறுகிய வாயில், இன்னோர் அகலமான வாயில் ஊடாக வெளியேறுகிறது. ஒவ்வொரு நிமிடமும் ஒவ்வொரு வாயிலையும் ஒரே எண்ணிக்கையானோர் கடக்கின்றனர், ஆனால் குறுகிய வாயிலில் அவர்கள் வேகமாக நடக்க வேண்டும்.

இலத்திரன்கள் அந்தக் கூட்டம் போன்றவை, மெல்லிய பிரிவு குறுகிய வாயில்.

காரணம் / கணக்கீடு

ஓட்டம் கம்பியில் எல்லா இடங்களிலும் ஒரேயளவினதாகும்.

ஒவ்வொரு பிரிவிலும் ஓட்டம் ஒன்றே. ஏற்றம் குவிய முடியாது, எனவே ஒவ்வொரு குறுக்குவெட்டையும் செக்கனுக்குக் கடக்கும் ஏற்றம் ஒன்றே.

A

கம்பியில் தடித்த பிரிவிலும் பார்க்க மெல்லிய பிரிவில் இலத்திரன்களின் நகர்வு வேகம் உயர்ந்ததாகும்.

அதே $I$ இற்கு, சிறிய $A$ இற்குப் பெரிய $v$ தேவை. $v = \dfrac{I}{nAe}$ இலிருந்து, மெல்லிய பிரிவில் இலத்திரன்கள் வேகமாக நகர்கின்றன.

C

கம்பியில் தடித்த பிரிவிலும் பார்க்க மெல்லிய பிரிவில் வலு விரயம் உயர்ந்ததாகும்.

மெல்லிய பிரிவின் ஒரு மீற்றர் தடித்த பிரிவின் ஒரு மீற்றரிலும் அதிகம் வெப்பமடைகிறது, ஏனெனில் அதன் மீற்றருக்கான தடை பெரியது. ஆனால் கூற்று முழுப் பிரிவுகளை ஒப்பிடுகிறது, அவற்றின் நீளங்கள் தரப்படவில்லை. நீளமான தடித்த பிரிவுக்குக் குறுகிய மெல்லிய பிரிவின் அளவு தடை இருக்கலாம். எனவே (B) எப்போதும் உண்மையல்ல.

B

கூற்றுகள் (A), (C) உண்மை.

கூற்று (B) ஓரலகு நீளத்துக்கு மாத்திரமே பொருந்தும், நீளங்கள் தரப்படவில்லை.

எனவே (A), (C) மாத்திரம் உண்மை.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

கூற்று (C) உம் உண்மை: மெல்லிய பிரிவில் இலத்திரன்கள் வேகமாக நகர்கின்றன.

கூற்றுகள் (A), (C) உண்மை, (B) தரப்படாத நீளங்களில் தங்கியுள்ளது.

கூற்று (A) உண்மை: ஒவ்வொரு பிரிவிலும் ஓட்டம் ஒன்றே.

கூற்று (B) சம நீளங்களுக்கு மாத்திரமே பொருந்தும், பிரிவுகளின் நீளங்கள் தரப்படவில்லை.

முடிவு

கூற்றுகள் (A), (C) மாத்திரம் உண்மை. (B) ஓரலகு நீளத்துக்கு மாத்திரமே பொருந்தும்.

விடை (3).

தமிழ் மொழி மூல விடைத்தாள் (3) உடன் (5) ஐயும் சரியான விடையாக ஏற்றுக்கொண்டது. ஒவ்வொரு பிரிவும் சம நீளமானது எனக் கொண்டால், ஓரலகு நீளத்துக்கு மெல்லிய பிரிவு அதிக வலுவை விரயமாக்குகிறது, அப்போது (B) உம் உண்மை. நீளங்கள் தரப்படாததால் இங்கு (3) விடையாகக் கொள்ளப்படுகிறது.

ஆசிரியர் குறிப்பு

தொடரான கம்பியில் ஒவ்வொரு பகுதியிலும் ஓட்டம் ஒன்றே. அப்போது மெல்லிய பகுதியில் நகர்வு வேகம் கூடியது என $I = vAne$ உடனே காட்டுகிறது.

வெப்பத்துக்கு முழுப் பிரிவின் தடையைப் பாருங்கள், $R = \dfrac{\rho l}{A}$. அதற்குப் பரப்பளவுடன் நீளமும் தேவை.

பரீட்சைக் குறிப்பு