2023 A/L Physics Past Paper · Question 36 (Tamil Medium)

Answer: (5) வரைபு (5)

வினா என்ன கேட்கிறது

நமக்கு வேண்டியது: கோல் வழியே வெப்பம் பாயும் வீதம் $\dfrac{Q}{t}$ இன் வரைபு.

ஒவ்வொரு எழுத்தும் எதைக் குறிக்கும்:

$\dfrac{Q}{t}$ ($\text{W}$): ஒரு குறுக்கு வெட்டினூடாக ஒவ்வொரு விநாடியும் பாயும் வெப்பம்.

$K$ ($\text{W m}^{-1}\,\text{K}^{-1}$): வெப்பக் கடத்தாறு. மூன்று கோல்களிலும் அது ஒன்றே.

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

$\dfrac{\Delta\theta}{l}$ ($\text{K m}^{-1}$): கோல் வழியே வெப்பநிலைப் படித்திறன்.

$r$ ($\text{m}$): ஒரு கோலின் ஆரை.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

உறுதிநிலையில் வெப்பப்பாய்ச்சல் அச்சின் வழியேயிருப்பதால் எந்தவொரு P அல்லது R குறுக்கு வெட்டினூடாகவும் வெப்பபாய்ச்சல் வீதம் சமமாகும்.

விகிதசமமாறிலி K ஆனது கோலின் பதார்த்தத்தின் வெப்பக் கடத்தாறு எனப்படும்.

முதல் மேற்கோள் உறுதி நிலையில் எந்தவொரு குறுக்கு வெட்டினூடாகவும் வெப்பம் பாயும் வீதம் சமம் எனக் கூறுகிறது. ஏனெனில் வெப்பம் கோலின் அச்சின் வழியே பாய்கிறது. இரண்டாவது மேற்கோள் மாறிலி $K$ என்ன எனக் கூறுகிறது.

உதாரணமாக மெல்லியதாகும் ஒரு நீர்க் குழாய் வழியே நீர் பாய்வதை நினையுங்கள். குழாய் கசியாவிட்டால் ஒவ்வொரு விநாடியும் ஒவ்வொரு புள்ளியையும் கடக்கும் லீற்றர் ஒன்றே. மெல்லிய பகுதியில் நீர் வேகமாகச் செல்லும்.

காவலிடப்பட்ட கோலில் வெப்பமும் அவ்வாறே. ஒவ்வொரு விநாடியும் ஒரே வெப்பம் கடக்கும். மெல்லிய கோல் அதைக் கொண்டு செல்ல செங்குத்தான வெப்பநிலை வீழ்ச்சி தேவை.

தேவையான சமன்பாடுகள்

$\dfrac{Q}{t} = K\,A\,\dfrac{\Delta\theta}{l}$

$A = \pi r^2$

$\dfrac{\Delta\theta}{l} = \dfrac{Q/t}{K\,A}$

பரப்பளவு ஆரையின் வர்க்கத்துக்கு நேரானது. ஆரைகள் $4:2:1$ விகிதத்தில் உள்ளதால் பரப்பளவுகள் $16:4:1$ விகிதத்தில் உள்ளன.

காரணம் / கணக்கீடு

கோல் கோலாக:

வீதம் $\dfrac{Q}{t}$ ஒவ்வொரு கோலினூடாகவும் ஒன்றே. பரப்பளவுகள் $16:4:1$. எனவே படித்திறன்கள் $\dfrac{\Delta\theta}{l}$ $1:4:16$ விகிதத்தில் இருக்க வேண்டும்.

மெல்லிய கோலில் வெப்பநிலை வீழ்ச்சி மிகச் செங்குத்து. தடித்த கோலில் மிக மெதுவானது. பரப்பளவுக்கும் படித்திறனுக்கும் உள்ள பெருக்கம் மாறாது.

$1,\ 4,\ 16$

$\dfrac{\Delta\theta}{l} = \dfrac{16}{16},\ \dfrac{16}{4},\ \dfrac{16}{1}$

$16,\ 16,\ 16$

$\dfrac{Q}{t} = 1 \times 16 \times 1,\ 1 \times 4 \times 4,\ 1 \times 1 \times 16$

வரைபின் வடிவம்:

மூன்று பகுதிகளும் ஒரே உயரத்தில் உள்ளன. எனவே அவை $0$ முதல் $3l$ வரை ஒரு கிடை நேர்கோடாக இணைகின்றன.

கோடு ஏறவும் இல்லை, இறங்கவும் இல்லை. வெப்பம் பாய்வதால் அது பூச்சியத்தைத் தொடாது.

$k * a * g$

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

இனி ஐந்து வரைபுகளுடன் ஒப்பிடுக.

வரைபு (5) ஒரு கிடை நேர்கோடு. அது பொருந்தும்.

வரைபு (1), வரைபு (2) ஏறுகின்றன. வரைபு (3) பூச்சியம் வரை இறங்குகிறது. வரைபு (4) படிகளாக இறங்குகிறது. இவை பொருந்தா.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

வரைபு (1) ஏறுகிறது. ஆனால் ஒவ்வொரு குறுக்கு வெட்டிலும் வீதம் சமம்.

வரைபு (2) பூச்சியத்தில் தொடங்குகிறது. ஆனால் $A$ இல் வெப்பம் கோலுக்குள் நுழைகிறது.

வரைபு (3) பூச்சியம் வரை இறங்குகிறது. ஆனால் காவலிடப்பட்ட கோலிலிருந்து வெப்பம் இழக்கப்படாது.

வரைபு (4) படிகளாக இறங்குகிறது. ஆனால் ஒவ்வொரு கோலிலும் வீதம் சமமாக இருக்கப் படித்திறன் மாறுகிறது.

முடிவு

$\dfrac{Q}{t} = K\,A\,\dfrac{\Delta\theta}{l} = \text{constant}$

வெப்பம் பாயும் வீதம் சேர்த்திக் கோல் முழுவதும் ஒன்றே. அது வரைபு (5).

விடை (5).

மேற்கோள்கள் உறுதி நிலையில் எந்தவொரு குறுக்கு வெட்டிலும் வீதம் சமம் என்பதையும் $K$ என்ன என்பதையும் தருகின்றன. வீதம் $K A \dfrac{\Delta\theta}{l}$ என்பதும் படித்திறன் கோலுக்குக் கோல் மாறுவதும் பாடப்பகுதியின் விதி. காவல் என்பதால் பக்கங்கள் வழியே வெப்பம் வெளியேறாது.

ஆசிரியர் குறிப்பு

காவலிடப்பட்ட கோலில் உறுதி நிலையில் ஒவ்வொரு குறுக்கு வெட்டினூடாகவும் வெப்பம் பாயும் வீதம் சமம். மெல்லிய கோல் குறைந்த வெப்பத்தைக் கொண்டு செல்லாது. அதற்குச் செங்குத்தான வெப்பநிலை வீழ்ச்சி உண்டு.

பரீட்சைக் குறிப்பு