மின் அழுத்தத்தின் வரையறை
நிலை மின்னழுத்தம் என்பது ஓரலகு மின்னூட்டத்திற்கான நிலை ஆற்றல் என வரையறுக்கப்படுகிறது . ஒருவேளை, q என்ற மின்னூட்டம் 'a' என்ற புள்ளியில் இருக்கும்போது, அதன் நிலை ஆற்றல் EP a க்குச் சமமாக இருந்தால் , அந்தப் புள்ளியில் உள்ள நிலை மின்னழுத்தம் பின்வருமாறு சூத்திரப்படுத்தப்படுகிறது:
V = நிலை மின்னழுத்தம், EP = நிலை ஆற்றல், q = மின்னூட்டம்
V என்பது புள்ளி a-வில் மட்டுமல்ல, மின்புலத்தில் உள்ள அனைத்துப் புள்ளிகளிலும் இருக்கும் . புள்ளி a ஒரு எடுத்துக்காட்டாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பின்னர் விளக்கப்படுவது போல, V ஆனது மின்னூட்டம் q-வைச் சார்ந்தது அல்ல.
ஆற்றல் மின்னழுத்தம் (EP) மற்றும் மின் மின்னூட்டம் ஆகியவை திசையிலி அளவுகள் என்பதால், V-யும் திசையிலி அளவுகளை உள்ளடக்கியுள்ளது. ஆற்றல் மின்னழுத்தத்தின் சர்வதேச அலகு ஜூல் மற்றும் மின் மின்னூட்டத்தின் சர்வதேச அலகு கூலும் ஆகும். எனவே, V-இன் சர்வதேச அலகு ஜூல்/கூலும் (J/C) ஆகும். J/C-இன் மற்றொரு பெயர் வோல்ட் ஆகும். இது, மின்கலத்தைக் கண்டுபிடித்தவரும் இத்தாலிய விஞ்ஞானியுமான அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டா (1745-1827) என்பவரின் பெயரிலிருந்து பெறப்பட்டது.
மின்னழுத்த வேறுபாடு
புள்ளி a-வில் உள்ள V<sub>a</sub> போன்ற ஒரு புள்ளியில் உள்ள மின்னழுத்தத்தை (V<sub> a</sub> ) அறிய முடியாது, ஏனெனில் மிக முக்கியமானது மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றமாகும். மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களை அதன் மதிப்பின் மூலம், கணக்கீடுகள் அல்லது அளவீடுகள் வழியாக அறியலாம். q என்ற மின்னூட்டம் ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு நகரும்போது மின்னழுத்தம் (V<sub>a</sub>) மாறுகிறது. q என்ற மின்னூட்டம் புள்ளி a-விலிருந்து புள்ளி b-க்கு நகர்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம், அப்போது மின்னழுத்தத்தில் (V<sub>a</sub>) ஏற்படும் மாற்றம்:
Vab என்பது ஒரு மின்புலத்தில் உள்ள இரண்டு புள்ளிகளுக்கு, எடுத்துக்காட்டாக, a மற்றும் b புள்ளிகளுக்கு இடையேயான V வேறுபாடு ஆகும். a மற்றும் b புள்ளிகளுக்கு இடையேயான V வேறுபாடு (Vab ) , புள்ளி a-விலிருந்து புள்ளி b-க்கு நகரும்போது மின்விசையால் ஓரலகு மின்னூட்டத்திற்கு செய்யப்படும் வேலைக்கு (Wab / q) சமமாகும். புள்ளி a-விலிருந்து புள்ளி b-க்கு நகரும்போது மின்னூட்டம் q-வின் மின்விசையால் செய்யப்படும் வேலை (Wab), மின்னூட்டம் q-வின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கு (ΔEP) சமம் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது . எனவே, மேலே உள்ள சமன்பாட்டில், ΔEP-க்கு பதிலாக Wab-ஐப் பயன்படுத்தலாம்.
ஒரு பொருள் தரை மேற்பரப்பிலிருந்து ஒரு குறிப்பிட்ட உயரத்தில் இருக்கும்போது, அது புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, இங்கு தரை மேற்பரப்பு ஒரு குறிப்புப் புள்ளியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நிலையில், தரை மேற்பரப்பின் உயரமும், தரை மேற்பரப்பில் உள்ள புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் பூஜ்ஜியமாக அமைக்கப்படுகின்றன. புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலைப் போலவே, ஒரு புள்ளிக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தம் இருப்பதாக நாம் கூறும்போது, கணக்கிடக்கூடிய மின்னழுத்த வேறுபாட்டை மட்டும் கருத்தில் கொண்டு, அது மற்றொரு குறிப்புப் புள்ளியாகப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். பொதுவாக, தரை அல்லது தரையுடன் இணைக்கப்பட்ட மின் கடத்திகள் குறிப்புப் புள்ளிகளாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன, இங்கு கடத்தியின் மின்னழுத்தம் அல்லது தரையில் உள்ள மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜியமாக அமைக்கப்படுகிறது. எனவே, ஒரு புள்ளி 12 வோல்ட் மின்னழுத்தத்தைக் கொண்டிருந்தால், அந்தப் புள்ளிக்கும் தரைக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடு 12 வோல்ட் ஆகும். ஒரு 6 வோல்ட் மின்கலத்தில், நேர்மின் முனைக்கும் எதிர்மின் முனைக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடு 6 வோல்ட் ஆகும். மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் என்பதால், இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடு பொதுவாக மின்னழுத்தம் என்று குறிப்பிடப்படுகிறது.
மேற்கண்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு சமன்பாட்டை மீண்டும் பின்வருமாறு எழுதலாம்:
q என்ற மின்னூட்டம் V ab என்ற மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் வழியே கடந்து சென்றால் , நிலை ஆற்றல் ΔEP என்ற அளவில் மாறுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, 2 கூலும் மின்னூட்டம் 12 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் வழியே கடந்து சென்றால், நிலை ஆற்றல் (2 C)(12 V) = 24 ஜூல் என்ற அளவில் மாறுகிறது. அதேபோல், 4 கூலும் மின்னூட்டம் 24 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் வழியே கடந்து சென்றால், நிலை ஆற்றல் (4 C)(24 V) = 96 ஜூல் என்ற அளவில் மாறுகிறது.
எனவே, நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் (ΔEP), மின்னூட்டம் (q) மற்றும் மின்னழுத்தம் (V ab ) ஆகியவற்றிற்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. மின்னூட்டமும் மின்னழுத்தமும் அதிகமாக இருந்தால், நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றமும் அதிகமாக இருக்கும். நிலை ஆற்றல் என்பது வேலை செய்யும் திறனுடன் தொடர்புடையது, அதனால் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் குறிப்பிடத்தக்கதாக இருந்தால், வேலை செய்யும் திறனும் குறிப்பிடத்தக்கதாக இருக்கும்.
மேலே உள்ள V வேறுபாட்டின் சமன்பாடு இன்னும் பொதுவானதாகவே உள்ளது. மேலும் விரிவான V சமன்பாட்டைப் பெற, ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் ஒற்றை மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவற்றை மீள்பார்வை செய்யவும்.
ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் உள்ள மின்னழுத்தம்
ஒருபடித்தான மின்புலத்தில் உள்ள இரண்டு புள்ளிகளுக்கு, எடுத்துக்காட்டாக, புள்ளி a மற்றும் புள்ளி b-க்கு இடையேயான V-ன் வேறுபாட்டை, கீழ்க்காணும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
V ab = இரு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான V வேறுபாடு, E = மின்புலம், மற்றும் d = இரு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான தூரம்.
ஒற்றை மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்ட V
மின்புலத்தை உருவாக்கும் ஒற்றை மின்னூட்டத்தால் ஒரு புள்ளியில் ஏற்படும் V-ஐ பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
V ab = இரு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு, k = கூலும் மாறிலி, Q = மின்புலத்தை உருவாக்கும் ஒற்றை மின்னூட்டம், r = மின்னூட்டம் Q மற்றும் மின்னழுத்தம் கணக்கிடப்படும் புள்ளிக்கு இடையேயான தூரம்.
மின்புலத்திற்கும் (E) மின்னழுத்தத்திற்கும் (V) இடையேயான தொடர்பு
மின்புலம் E ஒரு திசையளவு ஆகும், அதேசமயம் V ஒரு ஸ்கேலார் அளவு ஆகும். திசையளவுகள் திசையைக் கொண்டிருப்பதால், ஸ்கேலார் அளவுகளைக் கணக்கிடுவதோடு ஒப்பிடும்போது அவற்றைக் கணக்கிடுவது மிகவும் சவாலானது. மின்புலத்தின் கணக்கீட்டை எளிதாக்குவதற்காக, மின்புலத்திற்கும் V-க்கும் இடையிலான தொடர்பைக் கூறும் ஒரு சமன்பாடு பயன்படுத்தப்படுகிறது.
முன்னர் விவரிக்கப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு சமன்பாடு பின்வருமாறு மாற்றியமைக்கப்படுகிறது:
கணிதரீதியாக, வேலை என்பது விசை மற்றும் இடப்பெயர்ச்சியின் பெருக்கற்பலன் ஆகும், இங்கு விசை என்பது மின்னூட்டம் மற்றும் மின்புலத்தின் பெருக்கற்பலன் ஆகும். வேலை, விசை மற்றும் இடப்பெயர்ச்சி ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு கீழ்க்காணும் சமன்பாட்டின் மூலம் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:
மேலே உள்ள இரண்டு சமன்பாடுகளையும் ஒன்றாக இணைத்தால், புதிய சமன்பாடு கீழ்க்கண்டவாறு உருவாக்கப்படும்:
E = மின்புலம், V ab = a மற்றும் b போன்ற இரு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு, d = இரு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான தூரம்.
மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் மற்றும் தூரத்தின் அலகு மீட்டர் ஆகும், எனவே மின்புலத்தை வோல்ட்/மீட்டர் (V/m) என்ற அலகில் குறிப்பிடலாம்.
இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் அவற்றுக்கு இடையேயான தூரம் ஆகியவற்றால் அறியப்படும் மின் (ஒருபடித்தான) புலத்தைக் கண்டறிய இந்தச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தலாம். இந்தச் சமன்பாட்டின் அடிப்படையில், மின்புலமானது மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு (V) நேர் விகிதத்திலும், தூரத்திற்கு எதிர் விகிதத்திலும் இருக்கும். இதன் பொருள், மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகமாக இருந்தால், மின்புலமும் அதிகமாக இருக்கும், மேலும் தூரம் அதிகமாக இருந்தால், மின்புலம் குறைவாக இருக்கும்.
