இந்தத் தலைப்பைப் படிப்பதற்கு முன், இயற்பியல் , நிலைமாறா விசைகள் , மின்னூட்டம் , கூலும் விதி மற்றும் மின்புலங்கள் குறித்த பாடப்பொருளை முதலில் புரிந்துகொள்ளுங்கள்.
மின் விசை ஒரு காப்பு விசை ஆகும்.
புவியீர்ப்பு விசை மற்றும் சுருள் விசை தவிர, நிலைக்காப்பு விசைக்கு மற்றொரு எடுத்துக்காட்டு மின்விசை ஆகும். மின்விசை ஏன் நிலைக்காப்பு விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது என்பதை நன்கு புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் விளக்கத்தைப் படிக்கவும்.
படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மின்னூட்டம் பெற்ற இரண்டு தகடுகள் இருப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம். இடது தகடு நேர்மின்னூட்டம் பெற்றதாகவும், வலது தகடு எதிர்மின்னூட்டம் பெற்றதாகவும் உள்ளது.n எதிர்மறை. இடையில் உள்ள அம்பு இரண்டு தட்டுகளும் மின்புலக் கோடுகள் யாங் நேர்மின் சுமையிலிருந்து எதிர்மின் சுமையை நோக்கி. ஒரு நேர்மின் சுமை, நேர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டின் அருகில் உள்ளது.
ஒரு மின்புலத்தின் முன்னிலையில், ஒரு நேர்மின்னூட்டம் மின்புலத்தின் அதே திசையில் ஒரு மின்விசையை உணர்கிறது. அதனால், அந்த நேர்மின்னூட்டம் எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற தகட்டை நோக்கி வலப்புறமாக முடுக்கப்படுகிறது. மின்விசையின் திசையானது , மின்னூட்டத்தின் இயக்கத் திசையிலேயே வலப்புறமாக இருப்பதால் , மின்விசையானது அந்த மின்னூட்டத்தின் மீது நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. கணிதரீதியாக, ஒரு நேர்மின்னூட்டத்தின் மீது மின்விசையால் செய்யப்படும் வேலை W = F s = q E s ஆகும். இதில் , W = வேலை, F = மின்விசை, s = இரு தகடுகளுக்கு இடையேயான தூரம், q = நேர்மின்னூட்டம், E = மின்புலம்.
எதிர்மின் சுமை கொண்ட தட்டின் அருகே வந்த பிறகு, நேர்மறை மின்னூட்டம் விரும்புகிறேன்திரும்புKan அதன் அசல் நிலைக்கு அருகில் நேர்மறையாக மின்னூட்டப்பட்ட தட்டு அப்போது உங்கள் பாணி தேவைப்படுகிறதுar மின்னூட்டம் நேர்மறையாக இருக்கும்போது நகர்த்தப்பட்டது இடதுபுறம் நேர்மறை மின்னூட்டம் பெற்ற தட்டை நோக்கிமின்விசை வலப்புறமாகவே இருப்பதால், மின்விசையானது மின்னூட்டத்தின் மீது எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. கணிதரீதியாக, ஒரு நேர்மின்னூட்டத்தின் மீது மின்விசையால் செய்யப்படும் வேலை W = – F s = – q E s ஆகும்.
ஒரு நேர்மின் சுமை வலப்புறம் நகர்ந்து, பின்னர் மீண்டும் இடப்புறம் நகர்ந்து அதன் அசல் நிலைக்குத் திரும்பும்போது, மின்விசையால் அந்தப் பொருளின் மீது செய்யப்படும் மொத்த வேலை W = q E s – q E s = 0 ஆகும் . ஒரு பொருள் அதன் அசல் நிலையிலிருந்து விலகிச் சென்று, பின்னர் மீண்டும் அதன் அசல் நிலைக்குத் திரும்பும்போது, விசையால் அந்தப் பொருளின் மீது செய்யப்படும் மொத்த வேலை பூஜ்ஜியத்திற்குச் சமமாக இருந்தால், அந்த விசை ஒரு காப்பு விசையாகும். மேற்கண்ட விளக்கத்தின் அடிப்படையில், மின்விசை ஒரு காப்பு விசை என்று முடிவு செய்யலாம்.
மின் விசை மற்றும் மின் நிலை ஆற்றல்
நிலைமாறா விசையால் செய்யப்படும் வேலையானது, நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்துடன் தொடர்புடையது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு நிறையின் மீது புவியீர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலை, அந்த நிறையின் புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலை மாற்றுகிறது. அதேபோல், ஒரு மின்னூட்டத்தின் மீது மின் விசையால் செய்யப்படும் வேலை, அந்த மின்னூட்டத்தின் மின் நிலை ஆற்றலை மாற்றுகிறது.
ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் நேர்மறை மின்னூட்டம்
கீழே உள்ள இரண்டு படங்கள், நிலை ஆற்றலில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் ஒரு நிலைக்காப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையின் எடுத்துக்காட்டுகளை விளக்குகின்றன. ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலை மற்றும் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் ஆகியவற்றிற்கான விளக்கங்கள், மின் விசையால் செய்யப்படும் வேலை மற்றும் மின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் ஆகியவற்றைப் புரிந்துகொள்வதை எளிதாக்கும் ஒரு ஒப்பீடாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
இடதுபுறத்தில் உள்ள படம், ஒரு பொருள் கீழே விழுவதைக் காட்டுகிறது. இலவசம் தரை மேற்பரப்பை நோக்கி. ஒரு பொருள் உயரமான இடத்தில் இருக்கும்போது, அது அதிகபட்ச ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கும். ஒரு பொருள் கீழ்நோக்கி நகரும்போது, அதன் மீது புவியீர்ப்பு விசை செயல்படுகிறது. புவியீர்ப்பு விசையின் திசையானது, பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசையைப் போலவே, அதாவது கீழ்நோக்கி இருப்பதால், புவியீர்ப்பு விசை நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. ஒரு பொருள் கீழ்நோக்கி முடுக்கப்படும்போது, அதன் உயரம் குறைகிறது, அதனால் அதன் புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் குறைகிறது. அது தரையை அடையவிருக்கும்போது, ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் அதன் குறைந்தபட்ச மதிப்பில் இருக்கும். ஒரு பொருளின் மீது ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் நேர்மறை வேலை, அப்பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலைக் குறைக்கிறது என்று முடிவு செய்யலாம். புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றல் இழக்கப்படுவதில்லை, மாறாக அது இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. ஒரு பொருள் கீழ்நோக்கி நகரும்போது அதன் வேகம் அதிகரிப்பதே இந்த இயக்க ஆற்றலைக் குறிக்கிறது.
வலதுபுறத்தில் உள்ள படம் ஒரு நேர்மறை மின்னூட்டத்தைக் காட்டுகிறது.f ஒரு நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற தகட்டின் அருகில் உள்ளது. நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற தகட்டின் அருகில் இருக்கும்போது, அந்த மின்னூட்டத்தின் நிலைமின் ஆற்றல் அதன் பெரும அளவில் இருக்கும். இரண்டு தகடுகளுக்கும் இடையில் ஒரு மின்புலம் இருப்பதால், மின்புலத்திலிருந்து செயல்படும் மின்விசையின் மூலம் அந்த மின்னூட்டம் முடுக்கப்படுகிறது. நேர்மின் தகட்டிலிருந்து எதிர்மின் தகட்டிற்கு. எப்போது சுமை வலதுபுறம் நகர்கிறதுமின் விசை மேலும் அதே திசையில் மின்னூட்ட இடப்பெயர்வு வலப்புறமாக இருப்பதால், மின்விசை நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. நகரும் போது வலதுபுறமாக, மின்னூட்டத்தின் இயக்க ஆற்றல் அதிகரிக்கும் அதே வேளையில் நிலைமின் ஆற்றல் குறைகிறது. அது எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற தகட்டின் அருகே வரும்போது, அந்த மின்னூட்டத்தின் நிலை ஆற்றல் அதன் குறைந்தபட்ச மதிப்பில் இருக்கும். மின் விசையால் செய்யப்பட்ட நேர்மறை வேலை என்று முடிவு செய்யலாம். சரக்குமின்னூட்டத்தின் நிலை ஆற்றலைக் குறைக்கிறது. Sமாறாக, ஜிகா நேர்மறை மின்னூட்டம் அதன் அசல் நிலைக்கு மீண்டும் நகர்த்தப்படுகிறது. அப்போது மின்னூட்டப் பரிமாற்றத்தின் திசையானது, எதிர் திசையில் இடதுபுறமாக இருக்கும். வலதுபுற மின் விசைnமின்விசை எதிர் திசைகளில் செயல்படுவதால், அது நேர்மின்னூட்டத்தின் மீது எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. அது இடப்புறமாக நகரும்போது, நிலைமின் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது. எனவே, மின்னூட்டத்தின் மீது மின்விசையால் செய்யப்படும் எதிர்மறை வேலையானது, அந்த மின்னூட்டத்தின் நிலைமின் ஆற்றலை அதிகரிக்கிறது என்று முடிவு செய்யலாம்.
ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் எதிர்மறை மின்னூட்டம்
நேர்மின் சுமைகளைப் போலல்லாமல், எதிர்மின் சுமைகள் எதிர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டின் அருகில் இருக்கும்போது அதிகபட்ச நிலை ஆற்றலையும், நேர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டின் அருகில் இருக்கும்போது குறைந்தபட்ச நிலை ஆற்றலையும் கொண்டுள்ளன. இயல்பாகவே, மின் சுமைகள் உயர் மின்னழுத்தத்திலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தத்திற்கு நகர்கின்றன, எனவே எதிர்மின் சுமைகளும் எதிர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டிலிருந்து நேர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டிற்கு நகர்கின்றன. எதிர்மின் சுமையின் இயக்கத்தின் திசை இடப்புறமாகவும், மின்விசையின் திசை வலப்புறமாகவும் இருப்பதால், மின்விசை எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. இடப்புறம் நகரும்போது, எதிர்மின் சுமையின் நிலை ஆற்றல் குறைந்து, அது நேர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டின் அருகில் வரும்போது குறைந்தபட்ச மதிப்பை அடைகிறது. மின்விசையால் செய்யப்படும் எதிர்மறை வேலை, எதிர்மின் சுமையின் நிலை ஆற்றலைக் குறைக்கிறது என்று முடிவு செய்யலாம். நிலை ஆற்றல் இழக்கப்படுவதில்லை, மாறாக அது இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. நேர்மின் சுமை கொண்ட தகட்டை நோக்கி நகரும்போது சுமையின் வேகம் அதிகரிப்பதே இதற்குச் சான்றாகும்.
ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் உள்ள நிலை ஆற்றல்
ஒரு மின்னூட்டம் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் இருக்கும்போது அதன் நிலை ஆற்றல் அறியப்படவில்லை. இருப்பினும், அந்த மின்னூட்டம் ஓர் இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு நகர்ந்தால், அதன் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கண்டறிய முடியும். எனவே, நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றமே (ΔEP) இங்கு முக்கியமானது.
ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால், ஒரு மாம்பழம் அதன் காம்பில் இருக்கும்போது, அதற்கு ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் உண்டு, ஆனால் அதன் மதிப்பை அறிய முடியாது. புவியீர்ப்பு விசையால் மாம்பழம் தரையை நோக்கி முடுக்கப்பட்டால், மாம்பழத்தின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் குறைவை W = Δ EP = mgh என்ற சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கீடுகள் மூலம் தீர்மானிக்கலாம் . இதில், m = நிறை, g = புவியீர்ப்பு முடுக்கம், h என்பது மாம்பழக் காம்புக்கும் தரைக்கும் இடையிலான தூரம் ஆகும்.
அதேபோல், ஒரு மின்னூட்டம் ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு மின் விசையால் முடுக்கப்படும்போது, அதன் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தை அறியலாம். முன்பு விளக்கியபடி, ஒரு நேர்மின்னூட்டம் நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற தட்டிலிருந்து எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற தட்டிற்கு நகர்ந்தால், அந்த மின்னூட்டத்தின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் குறைவானது W = Δ EP = q E s என்ற சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது , இதில் q = மின் மின்னூட்டம், E = மின்புலம் மற்றும் s என்பது இரண்டு தட்டுகளுக்கு இடையேயான தூரம் அல்லது ஓர் இடத்திற்கும் மற்றொரு இடத்திற்கும் இடையேயான தூரம் ஆகும். அதேபோல், ஒரு எதிர்மின்னூட்டம் எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற தட்டிலிருந்து நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற தட்டிற்கு நகர்ந்தால், அந்த எதிர்மின்னூட்டத்தின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் அதிகரிப்பானது W = ΔEP = q E s என்ற சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது.
இரு புள்ளி மின்னூட்டங்களின் நிலை ஆற்றல்
நிலை ஆற்றல் மாற்றங்கள் ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் உள்ள மின்னூட்டங்களால் மட்டுமல்லாமல், ஒரு ஒற்றை மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்புலத்திலும் உணரப்படுகின்றன. ஒரு மின்புலத்தை உருவாக்கும் Q என்ற ஒற்றை மின்னூட்டம் இருப்பதாகவும், அந்த மின்னூட்டம் q, Q-விலிருந்து r தொலைவில் இருப்பதாகவும் வைத்துக்கொள்வோம்.
தகவல்: k (கூலும் மாறிலி) = 9 x 109 என்எம்2/C2, Q என்பது மின்புலத்தை உருவாக்கும் மின்னூட்டம் ஆகும். q = Q என்ற மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்புலத்தில் இடப்பெயர்ச்சிக்கு உள்ளாகும் மின்னூட்டம். s = r = Q மின்னூட்டத்திலிருந்து q மின்னூட்டத்தின் தொலைவு.
இரு மின்னூட்டங்களும் ஒரே குறியைக் கொண்டிருந்தால், அதாவது + அல்லது – எனில், அவ்விரு மின்னூட்டங்களும் ஒன்றை ஒன்று விலக்கும் அல்லது ஒன்றை விட்டு ஒன்று விலகிச் செல்லும். அதனால் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் நேர்மறையாக இருக்கும் (மின் நிலை ஆற்றல் அதிகரிக்கும்). இது, ஒரு நிறைப் பொருள் பூமியிலிருந்து மேல்நோக்கி விலகிச் செல்லும்போது அதன் உயரமும் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் அதிகரிப்பதைப் போன்றது. இதற்கு நேர்மாறாக, இரு மின்னூட்டங்களும் வெவ்வேறு குறிகளைக் கொண்டிருந்தால், அவ்விரு மின்னூட்டங்களும் ஒன்றை ஒன்று ஈர்க்கும் அல்லது ஒன்றை ஒன்று நெருங்கிச் செல்லும். அதனால் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் எதிர்மறையாக இருக்கும் (மின் நிலை ஆற்றல் குறையும்). இது, ஒரு நிறைப் பொருள் பூமியை நோக்கி கீழ்நோக்கி விலகிச் செல்லும்போது அதன் உயரமும் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் குறைவதைப் போன்றது.
மின் விசை ஒரு நிலைக்காப்பு விசை என்பதால், மின்னூட்டத்தின் பாதையின் வடிவம் நிலை ஆற்றல் மாற்றத்தில் எந்த விளைவையும் ஏற்படுத்துவதில்லை. மின்னூட்டத்தின் ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளே நிலை ஆற்றல் மாற்றத்தில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
அடுத்த தலைப்பில், நிலை ஆற்றலுடன் நெருங்கிய தொடர்புடைய ஒரு இயற்பியல் அளவான மின் அழுத்தத்தைப் பற்றி நாம் மீள்பார்வை செய்வோம்.
