மின்சாரம்

மின்னோட்டத்தின் வரையறை

தாமிரம் போன்ற ஒரு கடத்திக்குள், அதிக வேகத்தில் தன்னிச்சையாகவும் ஒழுங்கற்ற முறையிலும் நகரும் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, ஆனால் அவை அந்த உலோகத்திலிருந்து வெளியேறுவதில்லை. தன்னிச்சையாக நகரக்கூடிய எலக்ட்ரான்கள் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் எல்லா திசைகளிலும் தன்னிச்சையாக நகர்ந்தாலும், எந்த ஒரு குறிப்பிட்ட திசையிலும் எலக்ட்ரான்களின் நிகர ஓட்டம் இருப்பதில்லை. தாமிரக் கம்பியின் இரு முனைகளுக்கும் இடையே மின்னழுத்த வேறுபாடு இல்லாதபோது இந்த நிலை ஏற்படுகிறது.

கம்பியை ஒரு மின் மூலத்துடன் இணைக்கும்போது, ​​செப்புக் கம்பியின் இரு முனைகளுக்கும் இடையே ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடு உருவாகி, அதன் விளைவாக செப்புக் கம்பியில் ஒரு மின்புலம் ஏற்படுகிறது. இந்த மின்புலத்தின் காரணமாக, கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் F = q E = e E என்ற மின்விசையை உணர்கின்றன . இதில் F = மின்விசை, e = எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம், E = மின்புலம் . இந்த மின்விசையானது, கட்டற்ற முறையில் நகரும் அனைத்து எலக்ட்ரான்களையும் மின்விசையின் திசையிலேயே ஒரு பொதுவான முடுக்கத்தை உணரச் செய்கிறது.

ஒன்றாக நகரும் இந்த கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள், தாமிரக் கம்பியில் உள்ள நிலையான அணுக்களுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளன. இதனால், அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் அந்த அணுக்களுடன் மோதுகின்றன. இந்த மோதல்கள், கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத் திசையை மாற்றுகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் அனைத்தும் தொடர்ந்து ஒரு மின்விசைக்கு உட்படுவதால், அவை மின்விசையின் அதே திசையில் முடுக்கப்படுகின்றன. சிறிது நேரம் நகர்ந்த பிறகு, கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் மீண்டும் தாமிரக் கம்பியில் உள்ள அணுக்களுடன் மோதுகின்றன. இருப்பினும், கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் எப்போதும் ஒரு மின்விசைக்கு உட்படுவதால், அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் மீண்டும் முடுக்கப்படுகின்றன.

எனவே, பல்வேறு திசைகளில் தாறுமாறாக நகர்வதோடு மட்டுமல்லாமல், அனைத்து கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களும் மின்விசையின் திசையிலும், மின்புலத்தின் எதிர் திசையிலும் மெதுவாக ஒன்றாக நகர்கின்றன. மின்புலத்தின் திசை உயர் மின்னழுத்தத்திலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தத்தை நோக்கியதாக இருக்கும்போது, ​​எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த மின்னழுத்தத்திலிருந்து உயர் மின்னழுத்தத்தை நோக்கி நகர்கின்றன. ஒவ்வொரு கட்டற்ற எலக்ட்ரானின் தாறுமாறான இயக்கம் மிக வேகமான வேகத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதேசமயம் மின்விசையின் திசையில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் கூட்டு இயக்கம் மிக மெதுவான வேகத்தைக் கொண்டுள்ளது. மின்விசையின் திசையில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இந்தக் கூட்டு இயக்கம் சறுக்கு வேகம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

மின்னோட்டம் என்பது ஒரு கடத்தியின் குறுக்குவெட்டுப் பகுதி வழியாக ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் பாயும் மின்னூட்டம் என வரையறுக்கப்படுகிறது . மரபுப்படி, மின்னோட்டத்தின் திசையானது நேர்மின்னூட்டங்களின் இயக்கத் திசையைப் போன்றதே ஆகும். ஒரு கடத்தியில் உண்மையில் நகர்வது கட்டற்ற, எதிர்மின்னூட்டம் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் என்பது அறியப்படுவதற்கு முன்பே இந்த உடன்பாடு எட்டப்பட்டது. ஒரு கடத்தியில் எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத் திசையானது மின்னோட்டத்தின் திசைக்கு எதிரானது. எனவே, ஒரு கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டத்தைப் பற்றி விவாதிக்கும்போது, ​​நேர்மின்னூட்டங்களின் ஓட்டமே குறிப்பிடப்படுகிறது; இது மரபு மின்னோட்டம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது இந்த உடன்பாட்டின் விளைவாகும்.

மின்னோட்ட சூத்திரம்

கணிதரீதியாக, மின்னோட்டம் பின்வரும் சமன்பாட்டால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:
I = ΔQ / Δt
சூத்திர விளக்கம்: I = மின்னோட்டம், ΔQ = மின்சுமையின் அளவு, Δt = நேர இடைவெளி.

மின்னோட்டத்தின் அலகு

மின்னூட்டத்தின் அலகு கூலும், நேரத்தின் அலகு வினாடி, எனவே மின்னோட்டத்தின் அலகு கூலும்/வினாடி ஆகும். கூலும்/வினாடி என்பது பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் ஆண்ட்ரே மேரி ஆம்பியர் (1775-1836) என்பவரின் நினைவாக ஆம்பியர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது . 1 ஆம்பியர் = 1 கூலும்/வினாடி (1 A = 1 C/s). வேறுவிதமாகக் கூறினால், 1 ஆம்பியர் மின்னோட்டமானது, 1 கூலும் மின்னூட்டம் ஒரு கம்பியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பின் வழியாக 1 வினாடிக்குச் செல்வதற்குச் சமம். ஆம்பியர்களில் குறிப்பிடப்படுவதைத் தவிர, மின்னோட்டமானது மில்லிஆம்பியர்கள் (1 mA = 10⁻³ ^A ), மைக்ரோஆம்பியர்கள் (1 μA = 10⁻⁶ ^A ), நானோஆம்பியர்கள் (1 nA = 10⁻⁹ ^A ) அல்லது பிக்கோஆம்பியர்கள் (1 pA = 10⁻¹² ^A ) ஆகிய அலகுகளிலும் குறிப்பிடப்படுகிறது.

உதாரணக் கேள்வி 1:

ஒரு கம்பியின் வழியே 8 வினாடிகளுக்கு 2 ஆம்பியர் மின்னோட்டம் பாய்கிறது. ஒரு புள்ளி வழியாகச் செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவையும், அந்த மின்னூட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையையும் கண்டறியவும்!
கலந்துரையாடல்
அறியப்பட்ட விஷயம் என்னவென்றால்:
மின்னோட்டம் (I) = 1 ஆம்பியர்
நேர இடைவெளி (t) = 2 வினாடிகள்
கேட்கப்பட்டது: மின்னூட்டம் (Q) மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை (e)
பதில் :
மின்னோட்ட சூத்திரம்:
I = Q/t
சூத்திர விளக்கம்: I = மின்னோட்டம், Q = மின் மின்னூட்டம், t = நேர இடைவெளி
மின்சாரம்:
Q = I t = (2 ஆம்பியர்)(8 வினாடிகள்) = 16 கூலம்புகள்.

ஒரு எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் 1,6 x 10⁻¹⁹ ^{கூலும்} ஆகும் , எனவே 16 கூலும் மின்னூட்டத்தில் 16 C / 1,6 x ^10⁻¹⁹ கூலும் = 10 x ^10¹⁹ எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும்.

மின்னோட்டம், சறுக்கு வேகம் மற்றும் மின்னோட்ட அடர்த்தி

A குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு கொண்ட ஒரு கடத்தியில், E என்ற மின்புலத்தின் திசையில் v என்ற சறுக்கு வேகத்துடன் வலப்புறமாக நகரும் ஒரு நேர்மின்னூட்டத்தைக் கருதுவோம். அந்த நேர்மின்னூட்டம் t என்ற நேர இடைவெளியில் s = vt என்ற தூரத்தைக் கடக்கிறது.

ஒரு கனஅளவிற்கான மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் எண்ணிக்கை (மின்னூட்டத் துகள் அடர்த்தி) n ஆகவும், கடத்தியின் கனஅளவு A s = A vt ஆகவும் இருந்தால், கடத்தியின் கனஅளவில் உள்ள மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் எண்ணிக்கை n A v t ஆகும். ஒவ்வொரு மின்னூட்டம் பெற்ற துகளும் q மின்னூட்டத்தைக் கொண்டிருந்தால், t என்ற நேர இடைவெளியில் கடத்தியின் முனை வழியாகக் கடந்து செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவு Q = nq A v t ஆகும். எனவே, கடத்தியின் முனை வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம் I = Q/t = nq A v ஆகும். அதே சமயம், மின்னோட்ட அடர்த்தி அல்லது குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு A-க்கான மின்னோட்டம் J = I/A = nq v ஆகும். கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டமானது, மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் அடர்த்தி (n), ஒவ்வொரு துகளின் மின்னூட்டத்தின் அளவு (q), கடத்தியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (A) மற்றும் மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் சறுக்கு வேகம் (v) ஆகியவற்றின் பெருக்கற்பலனின் விளைவாகும் என்று முடிவு செய்யலாம்.

ஒவ்வொரு மின்னூட்டம் பெற்ற துகளின் வேகத்திற்கும், அனைத்து மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் சறுக்கு வேகத்திற்கும் உள்ள வேறுபாட்டைப் புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் எடுத்துக்காட்டுக் கணக்கைப் படித்துப் பார்க்கவும்.

உதாரணக் கேள்வி 2:

3 x 10 குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பளவு கொண்ட ஒரு தாமிரக் கம்பியில் 10 ஆம்பியர் மாறா மின்னோட்டம் பாய்கிறது.^-6 m²கட்டற்ற எலக்ட்ரான் அடர்த்தி 8,4 x 10 ஆகும்.²⁸ எலக்ட்ரான்கள்/மீ³கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் சறுக்கு வேகத்தைக் கண்டறியவும்!
கலந்துரையாடல்
அறியப்பட்ட விஷயம் என்னவென்றால்:
மின்னோட்டம் (I) = 10 ஆம்பியர்
கம்பியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (A) = 3 x 10^-6 m²
கட்டற்ற எலக்ட்ரான் அடர்த்தி (n) = 8,4 x 10²⁸ m^-3
எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம் (q) = 1,6 x 10^-19 C
கேட்கப்பட்டது: கட்டற்ற எலக்ட்ரான் சறுக்கு வேகம் (v)
பதில் :
முன்னர் வருவிக்கப்பட்ட சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி எலக்ட்ரான்களின் வேகம் கணக்கிடப்படுகிறது:

விளக்கம்: I = மின்னோட்டம், n = மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் அடர்த்தி, σ = கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் அடர்த்தி, q = ஒரு எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம், A = கடத்தியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு, v = எலக்ட்ரான் சறுக்கு வேகம்

எலக்ட்ரானின் சறுக்கு வேகம் 0,248 x 10⁻³ ^{மீட்டர்} /வினாடி = 0,248 மில்லிமீட்டர்/வினாடி ஆகும்.

கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் ஒரு கம்பியில் வினாடிக்கு 0,248 மில்லிமீட்டர் வேகத்தில் ஒன்றாக நகர்கின்றன. வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒவ்வொரு வினாடியும் அனைத்து கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களும் 0,248 மில்லிமீட்டர் நகர்கின்றன. இது மிகவும் மெதுவான வேகம். கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் இவ்வளவு மெதுவாக இருந்தால், சுவிட்சை ஆன் செய்தவுடன் மின்விளக்கு ஏன் உடனடியாக எரிகிறது?

இதைப் புரிந்துகொள்ள, ஒரு கடத்தியில் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்தை ஒரு குழாயில் நீரின் ஓட்டமாகக் கருதுங்கள். குழாயில் நீர் நிரப்பப்பட்டிருந்தால், அதன் ஒரு முனையை ஒரு நீர்க்குழாயுடன் இணைத்தால், மறுமுனையிலிருந்து உடனடியாக நீர் வெளியேறும். அதேபோல, தாமிரக் கம்பியிலும் மின்விளக்குக் கம்பியிலும் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன. சுவிட்ச் ஆன் செய்யப்படும்போது, ​​ஒளியின் வேகத்தை நெருங்கும் வேகத்தில் (ஒளியின் வேகம் = 3 x 10⁸ ^{மீட்டர்} /வினாடி) ஒரு மின்புலம் உருவாகிறது, இது கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களை உடனடியாக ஒன்றாக நகரத் தொடங்கச் செய்கிறது. மின்விளக்குக் கம்பியில் ஏற்கனவே கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால், மின்விளக்கு உடனடியாக எரிகிறது.