நிலை மின்சாரம் பற்றிய எடுத்துக்காட்டு கேள்விகள்

நிலை மின்சாரம் பற்றிய எடுத்துக்காட்டு கேள்விகள்

பெண்டாஹுலுவான்

நிலை மின்சாரம் என்பது நமது அன்றாட வாழ்வில் நாம் அடிக்கடி எதிர்கொள்ளும் ஒரு இயற்பியல் நிகழ்வு ஆகும். கதவின் கைப்பிடியைத் தொடும்போது ஏற்படும் சிறிய மின் அதிர்ச்சி முதல், பிளாஸ்டிக் சீப்பால் சீவும்போது முடி சிலிர்த்து நிற்பது வரையிலான அனைத்தையும் நிலை மின்சாரத்தின் கோட்பாடுகளைக் கொண்டு விளக்க முடியும். இந்தக் கட்டுரை, நிலை மின்சாரப் பிரச்சனைகளின் பல எடுத்துக்காட்டுகளை விவாதித்து, அதன் அடிப்படைக் கருத்துக்களை கோடிட்டுக் காட்டி, பொருந்தக்கூடிய விதிகளையும் விளக்கும்.

நிலை மின்சாரத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

நிலை மின்னூட்டம் என்பது ஒரு பொருளின் மேற்பரப்பில் மின்னூட்டம் குவிவதாகும். இது, ஒரு பலூனை முடியின் மீது தேய்க்கும்போது ஏற்படுவது போன்ற, பொதுவாக உராய்வின் காரணமாக, ஒரு பொருளில் இருந்து மற்றொரு பொருளுக்கு எலக்ட்ரான்கள் பரிமாற்றம் செய்யப்படுவதால் நிகழ்கிறது. இந்த மின்னூட்டத்திலிருந்து எழும் விசையானது கூலும் விதியால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது.

கூலும் விதியின்படி, இரு மின்னூட்டம் பெற்ற பொருட்களுக்கு இடையேயான விசையானது, அவற்றின் மின்னூட்டங்களின் எண்மதிப்புகளின் பெருக்கற்பலனுக்கு நேர் விகிதத்திலும், அவற்றுக்கு இடையேயான தூரத்தின் வர்க்கத்திற்கு எதிர் விகிதத்திலும் இருக்கும். இந்த விதியின் கணித சூத்திரம்:

\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]

எங்கே:
– \( F \) என்பது இரண்டு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான விசை.
– \( k \) என்பது கூலும் மாறிலி (\( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)),
– \( q_1 \) மற்றும் \( q_2 \) என்பன மின்னூட்டங்களின் அளவுகள், மற்றும்
– \( r \) என்பது இரு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான தூரம்.

மாதிரி கேள்விகள் மற்றும் கலந்துரையாடல்கள்

கேள்வி 1: கூலும் மின் விசையைக் கணக்கிடுதல்

\( 5 \, \mu C \) மற்றும் \( -3 \, \mu C \) ஆகிய எண்மதிப்புகளைக் கொண்ட இரண்டு மின்னூட்டங்கள் 20 செ.மீ. தொலைவில் வைக்கப்பட்டுள்ளன. அவ்விரு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான மின் விசையைக் கணக்கிடுக!

கலந்துரையாடல்:

முதலில், மின்னூட்டம் மற்றும் தூரத்தின் அலகுகளை சர்வதேச அமைப்புக்கு (SI) மாற்றவும்:
– \( q_1 = 5 \, \mu C = 5 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = -3 \, \mu C = -3 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r = 20 \, செ.மீ = 0.2 \, மீ \)

கூலும் விதியைப் பயன்படுத்தி விசையைக் கணக்கிடுங்கள்:

\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]

அறியப்பட்ட மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:

\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{15 \times 10^{-12}}}{{0.04}} \]
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \times 3.75 \times 10^{-10} \]
\[ F = 3.37 \, N \]

இரு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான விசை 3.37 N ஆகும். மேலும், மின்னூட்டங்களில் ஒன்று எதிர்மறையாக இருப்பதால், இந்த விசை கவர்ச்சி விசையாகும்.

கேள்வி 2: கூலும் விசையின் மீது தூரத்தின் விளைவு

+4 μC மற்றும் +6 μC ஆகிய இரண்டு மின்னூட்டங்கள் 0.1 மீ தொலைவில் வைக்கப்பட்டுள்ளன. இரு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான தொலைவு 0.2 மீ ஆக அதிகரிக்கப்பட்டால், கூலும் விசை எவ்வாறு மாறும் என்பதைக் கண்டறியவும்!

கலந்துரையாடல்:

முதலில், ஆரம்ப தூரம் \( 0.1\, m \) இல் உள்ள விசையைக் கணக்கிடுங்கள்:

– \( q_1 = 4 \, \mu C = 4 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = 6 \, \mu C = 6 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r_1 = 0.1 \, m \)

\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]

அறியப்பட்ட மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:

\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \times 2.4 \times 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]

இப்போது, ​​புதிய தூரமான \( 0.2 \, m \) இல் விசையைக் கணக்கிடுங்கள்:

– \( r_2 = 0.2 \, m \)

\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]

\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \times 6 \times 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]

எனவே, இரண்டு மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான தூரம் 0.1 மீட்டரிலிருந்து 0.2 மீட்டராக அதிகரிக்கப்படும்போது, ​​கூலும் விசை 2.1576 நியூட்டனிலிருந்து 0.5394 நியூட்டனாகக் குறைகிறது.

கணக்கு 3: ஒரு சுமையை நகர்த்துவதற்கான வேலை

\( V_A = 100 \, V \) மற்றும் \( V_B = 40 \, V \) மின்னழுத்தங்களைக் கொண்ட ஒரு மின்புலத்தில், \( q = 2 \, \mu C \) என்ற மின்னூட்டம் A என்ற புள்ளியிலிருந்து B என்ற புள்ளிக்கு நகர்த்தப்படுகிறது. அந்த மின்னூட்டத்தை நகர்த்துவதற்கு எவ்வளவு வேலை செய்யப்படுகிறது?

கலந்துரையாடல்:

ஒரு மின்புலத்தில் ஒரு மின்னூட்டத்தை நகர்த்துவதற்குச் செய்யப்படும் வேலையை பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

\[ W = q (V_A – V_B) \]

அறியப்பட்ட மதிப்புகளைப் பிரதியிடவும்:

– \( q = 2 \, \mu C = 2 \times 10^{-6} \, C \)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)

\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) \times 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]

எனவே, மின்னூட்டத்தை நகர்த்துவதற்கு செய்யப்பட்ட வேலை \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \).

முடிவுரை

நிலை மின்சாரம் என்பது பல்வேறு அன்றாடச் சூழ்நிலைகளில் அடிக்கடி பங்கு வகிக்கும் ஒரு வியக்கத்தக்க நிகழ்வாகும். கூலும் விதி மற்றும் மின்புலங்களின் கோட்பாடுகள் போன்ற அடிப்படைக் கருத்துக்களைப் புரிந்துகொள்வது, அது தொடர்பான சிக்கல்களைப் பகுப்பாய்வு செய்வதற்கும் தீர்ப்பதற்கும் மிகவும் அவசியமாகும். விவாதிக்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டுகள் மூலம், மின் மின்னூட்டங்களுக்கு இடையேயான இடைவினைகளையும் அவற்றுக்கிடையே செயல்படும் விசைகளின் அளவையும் புரிந்துகொள்ள நாம் இயற்பியல் கோட்பாடுகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஒரு திடமான புரிதலுடன், அன்றாட வாழ்வில் நிலை மின்சாரம் எனும் நிகழ்வை நாம் சிறப்பாகப் புரிந்துகொண்டு கட்டுப்படுத்த முடியும்.