தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசை (EMF) குறித்து விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்

தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசை (EMF) குறித்து விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்

தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசை (EMF) என்பது மின்காந்தவியலில் ஒரு அடிப்படைக் கருத்தாகும். மேலும் இது உயர்நிலைப் பள்ளி மற்றும் கல்லூரி ஆகிய இரண்டிலும் இயற்பியல் பாடங்களில் ஒரு முக்கியத் தலைப்பாக விளங்குகிறது. மின்னாக்கிகள், மின்மாற்றிகள் மற்றும் பிற மின்னணு சாதனங்கள் போன்ற நவீன தொழில்நுட்பத்தில் இதன் பரவலான பயன்பாடுகள் காரணமாக, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசையைப் புரிந்துகொள்வது மிகவும் அவசியமாகும். இந்தக் கருத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலை ஆழப்படுத்துவதற்காக, இந்தக் கட்டுரையில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசை தொடர்பான பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும் அவற்றின் தீர்வுகளையும் பற்றி விவாதிப்போம்.

தூண்டப்பட்ட EMF அறிமுகம்

எடுத்துக்காட்டுக் கணக்கிற்குள் செல்வதற்கு முன், தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் அடிப்படைக் கருத்தை முதலில் புரிந்துகொள்வோம். தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை என்பது ஒரு மின்சுற்றில் மாறும் காந்தப் பாயத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்னியக்கு விசையாகும். இந்த நிகழ்வை முதன்முதலில் மைக்கேல் ஃபாரடே கண்டுபிடித்தார், எனவே இதற்கு ஃபாரடேயின் விதி என்று பெயர் வந்தது. கணிதரீதியாக, ஃபாரடேயின் விதி பின்வருமாறு கூறப்படுகிறது:

\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt} \]

எங்கே:
– \(\mathcal{E}\) என்பது தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை (வோல்ட்ஸ்)
– \(\Phi\) என்பது காந்தப் பாயம் (வெபர்)
– \(d\Phi\) என்பது காந்தப் பாய்வில் ஏற்படும் மாற்றம் ஆகும்.
– \(dt\) என்பது நேரத்தில் ஏற்படும் மாற்றம்

சமன்பாட்டில் உள்ள எதிர்மறைக் குறியானது லென்ஸ் விதியால் விளக்கப்படுகிறது. அந்த விதியின்படி, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் திசையானது, அதனை ஏற்படுத்தும் காந்தப் பாய்வு மாற்றத்தை எப்போதும் எதிர்க்கும் வகையில் இருக்கும்.

இந்தக் கோட்பாட்டின் அடிப்படைகளைப் புரிந்துகொண்ட பிறகு, எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள் மற்றும் அவற்றின் விவாதங்களுக்குள் செல்வோம்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 1

கேள்வி:
200 சுற்றுகளைக் கொண்ட ஒரு சுருள், \( B = 0,5 \) டெஸ்லா காந்தப்புல அளவு கொண்ட ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ளது. சுருளின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு 0,1 மீ² எனில், 0,02 வினாடிகளில் சுருளின் மீதான காந்தப்புலம் 0,5 டெஸ்லாவிலிருந்து 0 ஆக மாற்றப்படும்போது உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையைக் (EMF) கணக்கிடுங்கள்.

கலந்துரையாடல்:
முதலில், காந்தப் பாய்வில் ஏற்படும் மாற்றத்தை (\( \Delta \Phi \)) கணக்கிடுவோம்:

\[
Δπ = N · Δ(B · A)
\]

எங்கே:
– \( N = 200 \) (சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை)
– \( B \) 0,5 T இலிருந்து 0 T ஆக மாறுகிறது (எனவே \( \Delta B = 0 – 0,5 = -0,5 \) T)
– \( A = 0,1 \) மீ²

அதனால்:

\[
Δφ = 200 · (-0,5 · 0,1) = 200 · (-0,05) = -10 வெபர்
\]

அடுத்து, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையை (\( \mathcal{E} \)) கணக்கிடுகிறோம்:

\[
\mathcal{E} = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}
\]

இங்கு \( \Delta t = 0,02 \) வினாடிகள், எனவே:

\[
\mathcal{E} = -\frac{-10}{0,02} = 500 \text{ வோல்ட்கள்}
\]

எனவே, உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை 500 வோல்ட் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 2

கேள்வி:
10 செ.மீ விட்டம் கொண்ட ஒரு உலோக வளையம், வினாடிக்கு \(0,1 \) டெஸ்லா என்ற விகிதத்தில் மாறும் ஒரு காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ளது. அந்த வளையத்தில் உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையைக் கணக்கிடுங்கள்.

கலந்துரையாடல்:
தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையைக் கணக்கிட, நாம் ஃபாரடே விதியைப் பயன்படுத்துகிறோம், மேலும் காந்தப் பாயத்தைக் கணக்கிடுவதன் மூலம் தொடங்குகிறோம்:

\[
Δπ = ΔB · A
\]

வளையத்தின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (\( A \)) பின்வருமாறு:

\[
A = \pi r^2 = \pi \left(\frac{d}{2}\right)^2 = \pi \left(\frac{0,1}{2}\right)^2 = \frac{\pi}{400} \text{ m}^2
\]

காந்தப்புலத்தின் மாற்ற விகிதம் \(\Delta B = 0,1\) T/sec எனில்:

\[
\mathcal{E} = -N \frac{d \Phi}{dt} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t}
\]

\( \Delta t \) -இன் மாற்ற விகிதம் மாறிலியாக இருப்பதால், \( N =1\) மற்றும் மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:

\[
\mathcal{E} = – 1 \cdot \left( 0,1 \cdot \frac{\pi}{400} \right) = – \frac{\pi}{4000} \text{ வோல்ட்}
\]

எனவே, வளையத்தில் உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை \(\frac{\pi}{4000} \text{ Volt} \approx 0,000785 \text{ Volt}\) ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 3

கேள்வி:
1 மீட்டர் நீளமுள்ள ஒரு நேரான கடத்தி, 0,2 டெஸ்லா (T) அளவுள்ள ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில், 5 மீ/வி வேகத்தில் செங்குத்தாக நகர்கிறது. அந்தக் கடத்தியில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை (EMF) என்ன?

கலந்துரையாடல்:
நகரும் கடத்தியில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையைப் பெற, நாம் பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்துகிறோம்:

\[
\mathcal{E} = B \cdot l \cdot v
\]

எங்கே:
– \( B = 0,2 \) T
– \( l = 1 \) மீ
– \( v = 5 \) மீ/வி

இந்த மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பிரதியிடவும்:

\[
\mathcal{E} = 0,2 \times 1 \times 5 = 1 \text{ வோல்ட்}
\]

எனவே, கடத்தியில் உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை 1 வோல்ட் ஆகும்.

முடிவுரை

தூண்டப்பட்ட மின்னியக்க விசை (EMF) மற்றும் ஃபாரடே விதியைப் புரிந்துகொள்வது இயற்பியலில், குறிப்பாக மின்காந்தவியல் சூழலில், மிகவும் இன்றியமையாதது. மேலே உள்ள எடுத்துக்காட்டுகள், மாறும் காந்தப்புலங்கள், நகரும் கடத்திகள் மற்றும் பிற பயன்பாடுகள் உட்பட, இந்தக் கருத்தின் பல்வேறு பயன்பாடுகளை விளக்குகின்றன. பல்வேறு மின்சுற்று உள்ளமைவுகள் மற்றும் காந்தப்புலச் சூழல்களுக்கான கணக்கீட்டு முறைகளில் தேர்ச்சி பெறுவது, இந்தக் கருத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலை ஆழப்படுத்துவதோடு, அதை பல்வேறு நவீன தொழில்நுட்பங்களுக்கும் பொருந்தச் செய்யும்.