மின்சாரம்

மின்னோட்டத்தின் வரையறை

தாமிரம் போன்ற ஒரு கடத்தியில், எலக்ட்ரான்கள் அதிக வேகத்தில் தன்னிச்சையாகவும், ஒழுங்கற்ற முறையிலும் நகர்கின்றன, ஆனால் அவை உலோகத்திலிருந்து வெளியேறுவதில்லை. தன்னிச்சையாக நகரக்கூடிய எலக்ட்ரான்கள் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் எல்லா திசைகளிலும் தன்னிச்சையாக நகர்ந்தாலும், ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் எலக்ட்ரான்களின் முழுமையான 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 உருவாகிறது, அதனால் செப்புக் கம்பிக்குள் ஒரு மின்புலம் தோன்றுகிறது. இந்த மின்புலத்தின் இருப்பு, கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களை F = q E = e E என்ற மின்விசையை உணரச் செய்கிறது, இங்கு F = மின்விசை , e = எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம், E = மின்புலம் . இந்த மின்விசையானது, கட்டற்ற நிலையில் நகரும் அனைத்து எலக்ட்ரான்களையும் ஒன்றாக முடுக்குகிறது, இந்த முடுக்கம் மின்விசையின் திசையிலேயே அமைகிறது.

ஒன்றாக நகரும் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள், தாமிரக் கம்பியில் எஞ்சியிருக்கும் அணுக்களுக்கு இடையில் இருப்பதால், அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் அணுக்களுடன் மோதுகின்றன. இந்த மோதல் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் திசையை மாற்றுகிறது. இந்த எலக்ட்ரான்கள் அனைத்தும் எப்போதும் ஒரு மின்விசையை உணர்கின்றன, அதனால் அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் மின்விசையின் திசையிலேயே முடுக்கப்படுகின்றன. சிறிது நேரம் நகர்ந்த பிறகு, கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் தாமிரக் கம்பியில் உள்ள அணுக்களுடன் மோதுகின்றன. ஆனால் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் எப்போதும் ஒரு மின்விசையை உணர்வதால், அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் மீண்டும் முடுக்கப்படுகின்றன. எனவே, பல்வேறு திசைகளில் சீரற்ற முறையில் நகர்வதைத் தவிர, அனைத்து கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களும் மின்விசையின் திசையிலும், மின்புலத்திற்கு எதிர் திசையிலும் மெதுவாக ஒன்றாக நகர்கின்றன. மின்புலத்தின் திசை உயர் மின்னழுத்தத்திலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தத்தை நோக்கியதாக இருக்கும்போது, ​​எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த மின்னழுத்தத்திலிருந்து உயர் மின்னழுத்தத்தை நோக்கி நகர்கின்றன. ஒவ்வொரு கட்டற்ற எலக்ட்ரானின் சீரற்ற இயக்கமும் மிக வேகமான வேகத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதேசமயம் மின்விசையின் திசையில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் மிக மெதுவான வேகத்தைக் கொண்டுள்ளது. மின்விசையின் திசையில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இந்த இயக்கம் சறுக்கு வேகம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில், ஒரு கடத்தியின் குறுக்குவெட்டுப் பகுதி வழியாகப் பாயும் மின்னூட்டமே மின்னோட்டம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. இந்த உடன்படிக்கையின்படி, மின்னோட்டத்தின் திசையானது நேர்மின்னூட்டத்தின் திசையைப் போன்றே இருக்கும். ஒரு கடத்தியில் உண்மையில் நகர்வது எதிர்மின்னூட்டம் கொண்ட கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களே என்பது அறியப்படுவதற்கு முன்பே இந்த உடன்படிக்கை செய்யப்பட்டது. கடத்தியில் எலக்ட்ரான்கள் நகரும் திசையானது, மின்னோட்டத்தின் திசைக்கு எதிரானது. எனவே, கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டத்தைப் பற்றி நாம் விவாதித்தால், அது நேர்மின்னூட்டத்தின் ஓட்டத்தையே குறிக்கிறது. இது ஒரு உடன்படிக்கையின் விளைவாக இருப்பதால், மரபுசார் மின்னோட்டம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

மின்சாரத்தின் சமன்பாடு

கணிதரீதியாக, மின்னோட்டம் பின்வரும் சமன்பாட்டால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:

I = Δ Q / Δt

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 ஆந்த்ரே மேரி ஆம்பியர் (1775-1836) என்பவரின் பெயரால் ஆம்பியர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. 1 ஆம்பியர் = 1 கூலும்/வினாடி (1 A = 1 C/s). வேறுவிதமாகக் கூறினால், 1 ஆம்பியர் மின்னோட்டமானது, 1 வினாடிக்கு ஒரு கம்பியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பின் வழியாகப் பாயும் 1 கூலும் மின்னூட்டத்திற்குச் சமம். ஆம்பியர்களில் குறிப்பிடப்படுவதைத் தவிர, மின்னோட்டங்கள் 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 குறிப்பிடப்படுகின்றன.

மாதிரிச் சிக்கல் 1:

ஒரு கம்பியின் வழியே 8 வினாடிகளுக்கு 2 ஆம்பியர் மின்னோட்டம் பாய்கிறது. ஒரு புள்ளி வழியாகச் செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவையும், அந்த மின்னூட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையையும் கண்டறியவும்!

அறியப்பட்டவை:

மின்னோட்டம் (I) = 1 ஆம்பியர்

நேர இடைவெளி (t) = 2 வினாடிகள்

தேவை: மின்னூட்டம் (Q) மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை (e)

தீர்வு:

மின்னோட்டத்தின் சமன்பாடு:

I = Q/t

I = மின்னோட்டம், Q = மின் மின்னூட்டம், t = நேர இடைவெளி

மின்சாரம்:

Q = I t = (2 ஆம்பியர்)(8 வினாடிகள்) = 16 C.

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 உள்ளன.

மின்னோட்டம், சறுக்கு வேகம் மற்றும் மின்னோட்ட அடர்த்தி

மின்புலம் E-ன் திசையில் v என்ற வேகத்தில் வலப்புறமாக நகரும் நேர்மின்னூட்டத்தை மதிப்பாய்வு செய்யவும்.

A குறுக்குவெட்டுப் பரப்பைக் கொண்ட ஒரு கடத்தியில், நேர்மின்னூட்டம் t என்ற நேர இடைவெளியில் s = vt தூரம் நகர்கிறது.

ஒரு கனஅளவிற்கான மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் எண்ணிக்கை (மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் அடர்த்தி) n ஆகவும், கடத்தியின் கனஅளவு As = A vt ஆகவும் இருந்தால்,

அப்படியானால், கடத்தியின் கனஅளவில் உள்ள மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் எண்ணிக்கை n A v t ஆகும். ஒவ்வொரு மின்னூட்டம் பெற்ற துகளும் q மின்னூட்டத்தைக் கொண்டிருந்தால், t என்ற கால இடைவெளியில் கடத்தியின் முனை வழியாகச் செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவு Q = nq A v t ஆகும். எனவே, கடத்தியின் முனை வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம் I = Q / t = nq A v ஆகும். அதேசமயம், மின்னோட்ட அடர்த்தி அல்லது குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு A-க்கான மின்னோட்டம் J = I / A = nq v ஆகும்.

கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டமானது, மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் அடர்த்தி (n) மற்றும் அவற்றின் பெருக்கற்பலன் ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகை என்று முடிவு செய்யலாம்.

ஒவ்வொரு துகளின் மின்னூட்ட அளவு (q), கடத்தியின் பரப்பளவு (A) மற்றும் மின்னூட்டப்பட்ட துகள்களின் திசைவேகம் (v).

பின்வரும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகளைப் படித்துப் பாருங்கள்.

மாதிரிச் சிக்கல் 2:

^{3 x 10⁻⁶} மீ² குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு கொண்ட ஒரு தாமிரக் கம்பியில் 10 ஆம்பியர் மாறா மின்னோட்டம் பாய்கிறது ^. கட்டற்ற எலக்ட்ரான் அடர்த்தி 8.4 x ^10²⁸ எலக்ட்ரான்கள்/மீ³ ^{ஆகும்} . கட்டற்ற எலக்ட்ரான் நகர்வின் வேகத்தைக் கண்டறியவும்!

அறியப்பட்டவை:

மின்னோட்டம் (I) = 10 ஆம்பியர்

கம்பியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (A) = 3 x 10 ^-6 மீ ²

கட்டற்ற எலக்ட்ரான் அடர்த்தி (n) = 8.4 x 10 ²⁸ மீ ^-3

எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம் (q) = 1.6 x 10 ^-19 C

தேவை: கட்டற்ற எலக்ட்ரான் நகர்வின் வேகம் (v)

தீர்வு:

எலக்ட்ரான்களின் வேகம், முன்பே வருவிக்கப்பட்ட ஒரு சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது:

I = மின்னோட்டம், n = மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களின் அடர்த்தி = எலக்ட்ரான் அடர்த்தி, q = ஓர் எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம், A = கடத்தியின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு, v = எலக்ட்ரான் நகர்வின் திசைவேகம்

எலக்ட்ரான் சறுக்கலின் 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 தூரம் வரை நகர்கின்றன. இது மிகவும் மெதுவான வேகம். கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் மிகவும் மெதுவாக இருந்தால், சுவிட்சை ஆன் செய்தவுடன் மின்விளக்கு ஏன் உடனடியாக எரிகிறது?

இதை புரிந்து கொள்ள, ஒரு கடத்தியில் எலக்ட்ரான்கள் பாய்வது, ஒரு குழாய்க்குள் நீர் பாய்வதைப் போன்றது. குழாயில் நீர் நிரப்பப்பட்டு, அதன் ஒரு முனையை நீர்க்குழாயுடன் இணைத்தால், மறுமுனையிலிருந்து நீர் உடனடியாக வெளியேறும். அதுபோலவே, தாமிரக் கம்பி மற்றும் மின்விளக்குக் கம்பியிலும் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன. சுவிட்ச் ஆன் செய்யப்படும்போது, ​​ஒளியின் வேகத்தை நெருங்கும் வேகத்தில் (ஒளியின் வேகம் = 3 x 10⁸ மீட்டர்/வினாடி) ஒரு மின்புலம் உருவாகிறது, இது அந்தத் ^{தருணத்தில்} கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் ஒன்றாக நகரத் தொடங்கக் காரணமாகிறது. மின்விளக்குக் கம்பியில் ஏற்கனவே கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால், அந்தத் தருணத்தில் விளக்கு எரிகிறது.

சிக்கல்கள் மற்றும் தீர்வுகள்

1. ஒரு கம்பியில் 10 A சீரான மின்னோட்டம் 2 நிமிடங்களுக்குப் பாய்கிறது. கடத்தியின் எந்தவொரு இடத்திலும் எவ்வளவு மின்னூட்டம் கடந்து செல்கிறது?

அறியப்பட்டது :

மின்னோட்டம் (I) = 10 A

நேர இடைவெளி (t) = 2 நிமிடங்கள் = 2 x 60 வினாடிகள் = 120 வினாடிகள்

தேவை: சார்ஜ் (Q)

தீர்வு:

மின்னோட்டத்தின் சமன்பாடு:

I = q/t

I = மின்னோட்டம், q = மின் மின்னூட்டம், t = நேர இடைவெளி

மின் மின்னூட்டம்:

Q = I t = (10)(120) = 1200 C

2. ஒரு மின்சுற்றில் உள்ள ஒரு புள்ளியைக் கடந்து 5 நிமிடங்களுக்கு 60 C மின்னூட்டம் செல்கிறது. மின்னோட்டம் என்ன?

அறியப்பட்டது :

நேர இடைவெளி (t) = 5 நிமிடங்கள் = 5 x 60 வினாடிகள் = 300 வினாடிகள்

மின் மின்னூட்டம் (Q) = 60 C

தேவை : மின்னோட்டம் (I)

தீர்வு:

மின்னோட்டம்:

I = Q/t

நான் = 60 / 300

I = 0.2 கூலோம்/வினாடி

I = 0.2 ஆம்பியர்

3. SI அமைப்பில் மின்னோட்டத்தின் அலகு…

தீர்வு

கூலோம்ப்/வினாடி

கூலம்புகள்/வினாடிகளுக்கு, ஆம்பியர் என்ற சிறப்புப் பெயர் வழங்கப்பட்டுள்ளது.