கதோட்டுக் & நேர்க் கதிர்கள் — இலத்திரன், புரோத்தன்

முழுமையான பார்வை — அணுவினுள் அடங்கியுள்ளவை யாவை?

1803 ஆம் ஆண்டில் டால்டனின் கொள்கை அணுவானது பிளக்க முடியாத ஒரு திண்மக் கோளம் எனக் கருதியது. எனினும், 19 ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதியிலும் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் ஆரம்பத்திலும் மேற்கொள்ளப்பட்ட மின்னிறக்கக் குழாய் (discharge tube) மற்றும் கதிரியக்கப் பரிசோதனைகள் அணுவின் உள்ளமைப்பை வெளிப்படுத்தின. 1897 இல் J.J. தாம்சன் கதோட்டுக் கதிர்கள் மூலம் இலத்திரனைக் கண்டுபிடித்ததுடன், அணுவானது மேலும் பிளக்கப்படக்கூடியது என்பதையும், அது உப-அணுத் துணிக்கைகளால் (subatomic particles) கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது என்பதையும் விஞ்ஞான உலகம் உறுதிசெய்தது. அதனைத் தொடர்ந்தே புரோத்தன், நியூத்திரன் ஆகிய அடிப்படைத் துணிக்கைகள் கண்டறியப்பட்டன.

மூன்று அடிப்படை உப-அணுத் துணிக்கைகள்

அணுக்கரு (புரோத்தன்+நியூத்திரன்)
*Atomic nucleus (protons+neutrons)*
Wikipedia → · CC

துணிக்கை	மின்னேற்றம்	திணிவு	அணுவில் அமைவிடம்	கண்டுபிடித்தவர்
இலத்திரன் (e⁻)	−1	~ 1/1836 u (9.109 × 10⁻³¹ kg)	அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள ஓபிற்றல்களில்	தாம்சன் (Thomson, 1897)
புரோத்தன் (p)	+1	~ 1 u (1.673 × 10⁻²⁷ kg)	அணுக்கருவினுள் (Nucleus)	கோல்ட்ஸ்டைன் / ரூதர்போர்ட் (Rutherford, 1919)
நியூத்திரன் (n)	0	~ 1 u (1.675 × 10⁻²⁷ kg)	அணுக்கருவினுள்	சட்விக் (Chadwick, 1932)

நினைவாற்றல் — பருமனும் திணிவும்

புரோத்தன் மற்றும் நியூத்திரன் ஆகியவற்றின் திணிவுகள் ஏறத்தாழ சமனானவை (~1 u). ஆனால், ஓர் இலத்திரனின் திணிவானது புரோத்தனின் திணிவின் 1/1836 பங்காக இருப்பதனால் அணுவின் மொத்தத் திணிவுடன் ஒப்பிடுகையில் இது புறக்கணிக்கத்தக்களவுக்குச் சிறியதாகும். இதனாலேயே, அணுவின் திணிவு முழுவதும் அதன் மையத்திலுள்ள மிகச்சிறிய கருவிலேயே செறிந்துள்ளது எனப்படுகின்றது. மறுபுறம், இலத்திரன்கள் இயங்கும் ஓபிற்றல்களின் பரப்பளவே அணுவின் எல்லைகளைத் தீர்மானிப்பதனால், அணுவின் பருமன் (கனவளவு) முழுவதும் இலத்திரன்களின் பரம்பலினாலேயே தீர்மானிக்கப்படுகின்றது.

கதோட்டுக் கதிர்கள் — இலத்திரனின் கண்டுபிடிப்பும் தர்க்கமும்

கதோட்டுக் கதிர்க் குழாய் வரைபடம்
*Cathode-ray tube diagram*
Wikipedia → · CC

மிகக் குறைந்த அமுக்கத்தைக் கொண்ட (வழமையாக 0.01 mm Hg) வளிமம் அடைக்கப்பட்ட மின்னிறக்கக் குழாயின் மின்வாய்களுக்கிடையே உயர் மின்னழுத்தம் (high voltage) பிரயோகிக்கப்படும்போது, மறைமின்வாயிலிருந்து (கதோடு) நேர்மின்வாயை (அனோடை) நோக்கிக் கண்ணுக்குப் புலப்படாத கதிர்கள் பாய்ந்து செல்வது அவதானிக்கப்பட்டது. கதோட்டுக் கதிர்கள் (cathode rays) எனப்படும் இக்கதிர்களின் இயல்புகளும் அவை உணர்த்தும் உண்மைகளும் பின்வருமாறு:

நேர்கோட்டில் பயணிக்கின்றன: இவற்றின் பாதையில் ஓர் ஒளிபுகாத் தடையை வைக்கும்போது அதற்குப் பின்புறமாகத் தெளிவான நிழல் உருவாகின்றது.
துணிக்கை இயல்புடையவை: பாதையில் ஒரு சிறிய சுழலியை (paddle wheel) வைக்கும்போது அது சுழற்றப்படுகின்றது. எனவே இக்கதிர்கள் வெறும் ஒளியல்ல, அவை உந்தத்தைக் (momentum) கொண்ட திணிவுடைய துணிக்கைகள் என்பது நிரூபணமாகிறது.
மறை மின்னேற்றமுடையவை: மின்புலம் (electric field) ஒன்றினூடாகச் செலுத்தப்படும்போது இவை நேர்த்தட்டை (அனோடை) நோக்கி வளைகின்றன. காந்தப்புலத்திலும் (magnetic field) ஏற்றமுடைய துணிக்கைக்குரிய விலகலைக் காண்பிக்கின்றன.
உலகளாவிய அடிப்படைத் துணிக்கை: மின்னிறக்கக் குழாயினுள் எந்த வாயுவைப் பயன்படுத்தினாலும் அல்லது எந்த உலோகத்தினாலான கதோடைப் பயன்படுத்தினாலும், பெறப்படும் கதோட்டுக் கதிர்களின் ஏற்றம்-திணிவு விகிதம் (e/m) மாறுபடுவதில்லை. அதாவது, எந்தவொரு சடப்பொருளிலிருந்தும் வெளிவருவது ஒரே வகையான இலத்திரன்களே என்பது இதிலிருந்து உறுதியாகின்றது.

கதோடிலிருந்து (இடது) அனோடை நோக்கி கதிர்கள் — மின் புலத்தில் (+/−) நேர்-தகட்டை நோக்கி திரும்புகின்றன (NIE உரு 1)

தாம்சனின் கதோட்டுக் கதிர்க் குழாய் — கதிர்கள் நேர்கோட்டில் பயணித்து, மின்புலத்தில் நேர்த்தகட்டை (+) நோக்கி விலகுகின்றன; எனவே இலத்திரன்கள் மறைமின்னேற்றமுடையவை (NIE உரு 1.3–1.5).

நேர்க்கதிர்கள் (Canal / Anode / Positive Rays) — புரோத்தனின் சுவடுகள்

1886 இல் கோல்ட்ஸ்டைன் (Goldstein) துளையிடப்பட்ட கதோடைக் கொண்ட மின்னிறக்கக் குழாயைப் பயன்படுத்திப் பரிசோதித்தபோது, கதோட்டுக் கதிர்கள் செல்லும் திசைக்கு எதிர்த்திசையில், கதோடின் பின்புறமாக நேர்மின்னேற்றமடைந்த கதிர்கள் செல்வதை அவதானித்தார். இவற்றின் உருவாக்கப் பொறிமுறை மிகவும் தர்க்கரீதியானது:

உருவாக்கம்: அதிவேகமாகக் கதோட்டுக் கதிர்களாக வரும் இலத்திரன்கள், குழாயிலுள்ள நடுநிலை வாயு அணுக்களுடன் மோதி அவற்றிலுள்ள இலத்திரன்களை வெளியேற்றுகின்றன. இதனால் எஞ்சும் வாயு அணுக்கள் நேர்மின்னேற்றமுடைய அயன்களாக (cations) மாறி அனோடிலிருந்து கதோடை நோக்கி ஈர்க்கப்படுகின்றன. இவையே நேர்க்கதிர்களாகும்.
வாயுவின் இயல்பைச் சார்ந்தவை: கதோட்டுக் கதிர்களைப் போலன்றி, நேர்க்கதிர்களின் ஏற்றம்-திணிவு விகிதம் (e/m) குழாயினுள் உள்ள வாயுவின் தன்மைக்கேற்ப மாறும். ஏனெனில், ஒட்சிசன், நைதரசன் போன்ற வெவ்வேறு வாயுக்களின் நேர்-அயன்கள் வெவ்வேறு திணிவுகளைக் கொண்டிருப்பதே இதற்குக் காரணமாகும்.
புரோத்தனின் அடையாளம்: இக்குழாயினுள் மிக இலகுவான வாயுவான ஐதரசன் (H₂) பயன்படுத்தப்பட்டபோது, அதிலிருந்து பெறப்பட்ட நேர்-அயன் (H⁺) மிகக் குறைந்த திணிவையும் மிக உயர்ந்த e/m விகிதத்தையும் கொண்டிருந்தது. ஐதரசன் அணுவில் ஓர் இலத்திரனும் ஒரு புரோத்தனும் மட்டுமே உள்ளதால், இலத்திரன் அகற்றப்பட்ட பின் எஞ்சுவது புரோத்தன் மட்டுமே. ஆகவே, இந்த H⁺ அயனியே நேர்மின்னேற்றத்தின் அடிப்படை அலகாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.

நியூத்திரனின் கண்டுபிடிப்பு — காணாமல் போன திணிவு (Chadwick, 1932)

நியூத்திரனின் குவார்க் அமைப்பு
*Quark structure of the neutron*
Wikipedia → · CC

அணுக்கருக் கொள்கை ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட பின்னர் ஒரு பாரிய முரண்பாடு தோன்றியது. மூலகங்களின் அணுவெண்ணானது (புரோத்தன்களின் எண்ணிக்கை) அவற்றின் திணிவெண்ணை விட மிகக் குறைவாக இருப்பதை ரூதர்போர்ட் அவதானித்தார். உதாரணமாக, ஹீலியம் கருவானது 2 புரோத்தன்களைக் கொண்டிருந்தாலும் அதன் திணிவு 4 புரோத்தன்களின் திணிவுக்குச் சமனாக இருந்தது. எனவே, கருவினுள் புரோத்தனின் திணிவுக்குச் சமனான திணிவைக் கொண்ட, ஆனால் ஏற்றமற்ற "மூன்றாம் துணிக்கைகள்" இருக்க வேண்டும் என அவர் எதிர்வு கூறினார்.

1932 இல் ஜேம்ஸ் சட்விக் (James Chadwick) இதைச் சோதனை ரீதியாக நிரூபித்தார். அவர் பெரிலியம் (⁹Be) இலக்கின் மீது அல்பா (α) துணிக்கைகளை மோதச் செய்தபோது, அங்கிருந்து மிகவும் ஊடுருவும் திறனுடைய ஒரு புதிய கதிர்வீச்சு வெளியேறியது. இக்கதிர்வீச்சு மின்புலத்தினால் எவ்வித விலகலுக்கும் உள்ளாகவில்லை என்பதால் அது நடுநிலையானது என்பது உறுதியானது. இவையே நியூத்திரன்கள் என அழைக்கப்பட்டன.

⁹₄Be + ⁴₂α → ¹²₆C + ¹₀n

சேர் ஜேம்ஸ் சாட்விக் (Sir James Chadwick, 1891–1974) — ரதர்போர்ட்டின் மாணவன். 1932-இல் நியூத்திரனை கண்டுபிடித்து 1935 பௌதீக விஞ்ஞான நோபல் பரிசை பெற்றார். அவரது கண்டுபிடிப்பு பின்னர் கருப்பிளவை (nuclear fission) கண்டறிய அடித்தளமாக அமைந்தது.

🎬 கூடுதல் காணொளி (Recommended video)

Thomson-ன் e/m சோதனை, Millikan oil-drop, Chadwick neutron — அனைத்தும் ஒரு animation-இல்:
▶ youtube.com/watch?v=IdTxGJjA4Jw (Bozeman Science, ~9 நிமிடம்)

போரின் அணு மாதிரியுரு (Bohr's Atomic Model, 1913)

போரின் அணு மாதிரியுரு
*Bohr atomic model*
Wikipedia → · CC

ரூதர்போர்டின் அணு மாதிரிப்படி, இலத்திரன்கள் கருவைச் சுற்றி வட்டப்பாதையில் இயங்கினால், மின்காந்தக் கொள்கைகளின்படி அவை தொடர்ந்து சக்தியை இழந்து கருவினுள் வீழ்ந்து அணு அழிவடைய வேண்டும். ஆனால் அவ்வாறு நிகழ்வதில்லை. இந்த நிலைப்புத்தன்மையை (stability) விளக்குவதற்காக டேனிஷ் பௌதீகவியலாளர் நீல்ஸ் போர் (Niels Bohr), மக்ஸ் பிளாங்கின் (Max Planck) குவாண்டம் கொள்கையைத் (சக்திச் சொட்டாக்கல் — quantisation of energy) பயன்படுத்தி ஒரு புதிய அணு மாதிரியை முன்வைத்தார்:

அணுவின் மையத்தில் நேர்மின்னேற்றம் கொண்ட அடர்த்தியான கரு அமைந்துள்ளது.
இலத்திரன்கள் கருவைச் சுற்றித் தன்னிச்சையான பாதைகளில் அல்லாமல், குறிப்பிட்ட அளவு சக்தியைக் கொண்ட நிலையான வட்டப்பாதைகளில் (stationary orbits / energy levels) மட்டுமே இயங்குகின்றன.
இலத்திரனானது ஒரு நிலையான பாதையில் சுற்றிக் கொண்டிருக்கும் வரை அது சக்தியை உமிழவோ அல்லது உறிஞ்சவோ மாட்டாது.
கருவிற்கும் இலத்திரனுக்கும் இடையிலான நிலைமின் கவர்ச்சி விசையே (electrostatic force), இலத்திரன் வட்டப்பாதையில் இயங்குவதற்குத் தேவையான மையநாட்ட விசையாக (centripetal force) அமைவதனால் இலத்திரன் பாதையில் நிலைத்திருக்க முடிகின்றது.

போரின் அணு மாதிரியுரு — இலத்திரன்கள் குறிப்பிட்ட சக்தி கொண்ட நிலையான வட்டப்பாதைகளில் மட்டுமே இயங்குகின்றன; உயர் மட்டத்திலிருந்து கீழ் மட்டத்திற்கு வீழும்போது சக்தி வேறுபாடு போட்டோனாக உமிழப்படுகின்றது (NIE உரு 1.14).

சொற்களஞ்சியம் (அடிப்படை எண்ணக்கருக்கள்)

நியூக்கிளியோன்கள் (Nucleons): அணுக்கருவினுள் அமைந்திருக்கும் அடிப்படைத் துணிக்கைகளின் பொதுவான பெயராகும். இது புரோத்தன்களையும் நியூத்திரன்களையும் சேர்த்துக் குறிக்கின்றது.
நியூக்கிளைடு / கருமூலம் (Nuclide): ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான புரோத்தன்களையும் நியூத்திரன்களையும் தன்னகத்தே கொண்ட, தெளிவாக வரையறுக்கப்பட்ட ஓர் அணுக்கரு அமைப்பைக் குறிக்கும் பதமாகும். உதாரணமாக, கார்பனின் சமதானிகளான ¹²C, ¹³C, ¹⁴C ஆகிய மூன்றும் கார்பனின் மூன்று தனித்துவமான நியூக்கிளைடுகளாகும்.

🎯 MCQ பயிற்சி — 10 கேள்விகள் (questions)

விடையைத் தேர்ந்தெடுங்கள் — பிறகு ஒவ்வொரு (5) விருப்பத்திற்கும் ஏன் சரி / தவறு + ஆழமான விளக்கம் (deep explanation) காண்பிக்கப்படும்.

Q1 / 10 ★★★★☆

கதோட்டுக் கதிர்களின் (cathode rays) முக்கிய பண்பு என்ன?

(1) நேர் ஏற்றம் (positively charged)

அது நேர்க் கதிர் / அனோடிக் கதிர்.

(2) எதிர் ஏற்றம் (negatively charged)

சரி. கதோடு (cathode, −) இலிருந்து கதிர்கள் வெளியேறி அனோடை நோக்கி (towards anode) நகர்கின்றன — எதிர் ஏற்றம்.

(3) நடுநிலை (neutral)

அப்படியல்ல; e⁻ எதிர் ஏற்றம்.

(4) மிக கனமான (very heavy) துணிக்கைகள்

மிக மென்மையான e⁻.

(5) ஒளி (light photons)

ஒளி அல்ல, துணிக்கை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): கதோட்டுக் கதிர்கள் = e⁻ stream. வாயு அழுத்தம் குறைவாக (low gas pressure) உள்ள மின்னிறக்கக் குழாயில் (discharge tube) மட்டுமே தோன்றும்.

Q2 / 10 ★★★★☆

நேர்க் கதிர்கள் (anode / positive rays / canal rays) என்னவாக ஆனது?

(1) எதிர் ஏற்றம் கொண்ட துணிக்கைகள்

அது கதோட்டுக் கதிர் / cathode rays.

(2) நேர் ஏற்றம் கொண்ட நேர்-அயன்கள் (positive ions / cations of the gas)

சரி. கதோட்டுக் கதிர் (e⁻) வாயு அணுவை மோதி (collides) → e⁻ அகற்றப்பட்டு (removes e⁻) → நேர்-அயன் உருவாகிறது (cation forms).

(3) நடுநிலை அணுக்கள்

நடுநிலை — ஏற்றம் இல்லை, இங்கு நேர் ஏற்றம்.

(4) γ-கதிர்கள்

γ-கதிர்கள் கருவணு (nuclear) வினைகளால்.

(5) நியூத்திரன்கள்

அப்போது நியூத்திரன் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): நேர்க் கதிர்கள் (anode rays): e/m விகிதம் வாயுவைப் (gas) பொறுத்தது. H₂-இல் e/m மிக அதிகம் → mass மிக குறைவு → புரோத்தன்.

Q3 / 10 ★★★★☆

கதோட்டுக் கதிர்களின் (cathode rays) பண்புகள் (properties) வாயுவைப் பொறுத்தவை அல்ல என்பது எதைக் காட்டுகிறது?

(1) அணு பிளக்க முடியாதது

தலைகீழ் — அணு பிளக்கக்கூடியது.

(2) கதோட்டுக் கதிர்கள் = e⁻, அனைத்து அணுக்களில் காணப்படுபவை (e⁻ are universal — present in all atoms)

சரி. வாயு மாறினாலும் கதோட்டுக் கதிர் ஒத்தது (same) — அதாவது e⁻ அனைத்து வாயுக்களின் அணுக்களிலும் உள்ளது.

(3) நியூத்திரன் வேண்டியது

அப்போது நியூத்திரன் பற்றி தெரியாது.

(4) γ-கதிர்கள் எல்லா இடத்திலும்

γ-கதிர்கள் சோதனையில் தோன்றுவதில்லை.

(5) அணு வெற்றிடம்

அது வேறு சோதனை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Thomson-இன் முடிவு: e⁻ ஒரு "அடிப்படை துணிக்கை" (fundamental particle) — அனைத்து பொருளிலும் உள்ளது.

Q4 / 10 ★★★★☆

புரோத்தன் (proton) திணிவு (mass) ≈ எத்தனை e⁻ திணிவு (mass of electron)?

(1) 1

தலைகீழ் — p ≫ e⁻.

(2) 100

மிகக் குறைவு.

(3) 1000

மிகக் குறைவு.

(4) 1836

சரி. m_p / m_e ≈ 1836. (m_p ≈ 1.673 × 10⁻²⁷ kg, m_e ≈ 9.109 × 10⁻³¹ kg.)

(5) 10000

மிக அதிகம்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): நினைவில் (memorise): m_p ≈ m_n ≈ 1 u, m_e ≈ 1/1836 u (கிட்டத்தட்ட புறக்கணிக்கத்தக்க / nearly negligible).

Q5 / 10 ★★★☆☆

e⁻, p, n ஏற்றம் (charges) வரிசை எது?

(1) +1, −1, 0

தலைகீழ்.

(2) −1, +1, 0

சரி. e⁻ = −1, p = +1, n = 0.

(3) −1, 0, +1

நியூத்திரன் நடுநிலை — +1 அல்ல.

(4) 0, +1, −1

e⁻ −1, n 0 அல்ல.

(5) +1, 0, −1

தலைகீழ்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): அடிப்படை ஏற்றம் (elementary charge): e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C. e⁻-இன் ஏற்றம் = −e. p-இன் ஏற்றம் = +e.

Q6 / 10 ★★★☆☆

நியூத்திரன் கண்டுபிடிப்புக்கு பயன்பட்ட சோதனை (experiment) எது?

(1) α-துணிக்கை (alpha particles) Be-ஐ மோதியது

சரி. Chadwick (1932): Be + α → C + n. நியூத்திரன் ஏற்றம் இல்லாமல் (chargeless) தோன்றியது.

(2) கதோட்டுக் கதிர் சிதறல்

அது Thomson e⁻.

(3) எண்ணெய்த்துளி

அது Millikan e⁻ ஏற்றம்.

(4) கருவின் ஏற்றம் அளவீடு

கருவை Rutherford கண்டுபிடித்தார்.

(5) γ-கதிர் எண்ணிக்கை

γ-கதிர் வேறு வினை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Chadwick சோதனை: ⁹Be + ⁴He (α) → ¹²C + ¹n. அறிய முடியாத ஊடுருவும் (penetrating) கதிர் = nucleon-ஐ ஒத்தது + ஏற்றம் இல்லை = நியூத்திரன்.

Q7 / 10 ★★★☆☆

பின்வரும் துணிக்கைகளில் (particles) எது கருவில் (in the nucleus) காணப்படுவதில்லை?

(1) புரோத்தன் (proton)

கருவில் உள்ளது.

(2) நியூத்திரன் (neutron)

கருவில் உள்ளது.

(3) இலத்திரன் (electron)

சரி. இலத்திரன் கருவைச் சுற்றி (around the nucleus) ஓபிற்றல்களில் (orbitals).

(4) கருவகம் (nucleon)

கருவகம் = p+n பொதுச் சொல்.

(5) α-துணிக்கை (alpha particle, ⁴He nucleus)

α = 2p + 2n, கருவைப் போன்றது.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): அமைப்பு (structure): கரு = p + n (மிக அடர்த்தியான / very dense). e⁻ வெளியே ஓபிற்றல்களில் (in orbitals outside).

Q8 / 10 ★★★☆☆

e⁻-இன் e/m விகிதம் (e/m ratio) எவ்வளவு என அளவிட்டவர் யார்?

(1) Dalton

Dalton அளவீடு இல்லை.

(2) Thomson

சரி. J.J. Thomson (1897) கதோட்டுக் கதிரை மின் + காந்த புலங்களில் (electric + magnetic fields) வைத்து e/m = 1.76 × 10¹¹ C/kg என்று அளவிட்டார்.

(3) Millikan

Millikan ஏற்றம் (charge) மட்டும்.

(4) Rutherford

Rutherford கருவை கண்டுபிடித்தார்.

(5) Chadwick

Chadwick நியூத்திரன்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Thomson e/m + Millikan e → m_e கணிக்கப்பட்டது. இதுவே e⁻-ஐ "துணிக்கை" என்று கருதுவதற்கான ஆதாரம் (proof).

Q9 / 10 ★★★☆☆

மிக சிறிய e/m விகிதம் (smallest e/m) கொண்ட நேர்க் கதிர் (positive ray) எந்த வாயுவில் இருந்து வரும்?

(1) He

He-இல் e/m H₂-இல் இருந்து குறைவு.

(2) H₂

சரி. H₂ → H⁺ = புரோத்தன் (proton), மிக குறைந்த திணிவு (lowest mass) → அதிக e/m.

(3) N₂

அதிக திணிவு.

(4) O₂

அதிக திணிவு.

(5) Ne

அதிக திணிவு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): e/m மிக அதிகம் = m மிக குறைவு. H₂ → H⁺ → புரோத்தன் (proton) — மிக குறைந்த நேர் ஏற்றம் கொண்ட துணிக்கை.

Q10 / 10 ★★★☆☆

e⁻ மற்றும் p ஆகியவற்றின் ஏற்றம்-திணிவு (charge-to-mass) பற்றிய சரியான கூற்று எது?

(1) e⁻-இல் ஏற்றம் அதிகம், p-இல் ஏற்றம் குறைவு

ஏற்றம் சம மதிப்பு (equal magnitude).

(2) e⁻-இன் ஏற்றம் & p-இன் ஏற்றம் சம மதிப்பு, எதிர் குறி (equal magnitude, opposite sign)

சரி. |q(e⁻)| = |q(p)| = e (1.602 × 10⁻¹⁹ C). எதிர் குறி (opposite sign).

(3) p-இன் திணிவு குறைவு

p-இன் திணிவு அதிகம், குறைவு அல்ல.

(4) e⁻ p-ஐ விட 1836 மடங்கு அதிக திணிவு

தலைகீழ் — p e⁻-ஐ விட 1836× அதிக திணிவு.

(5) அனைத்தும் சமம்

அப்படியல்ல.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஏற்றம்: சமம் (equal). திணிவு: p ≫ e⁻ (1836×).

📜 தேர்வுக் கேள்விகள் (exam-style questions)

🟢 உறுதி (Confirmed) = AL வினாத்தாள் PDF-இலிருந்து நேரடியாக எடுக்கப்பட்டது. 🟡 பாங்கு (Pattern) = NIE textbook + past-paper வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட பயிற்சிக் கேள்வி — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி அல்ல, ஆனால் தேர்வில் தோன்றக்கூடிய வடிவமே.

2023 · P1 · (typical) 🟡 பாங்கு (pattern)

புரோத்தன் (proton) திணிவு (mass) ≈ எத்தனை மடங்கு (times) இலத்திரன் (electron) திணிவு?

1
100
1836
10⁴
10⁶

விடை: (3) 1836. m_p ≈ 1.673 × 10⁻²⁷ kg. m_e ≈ 9.109 × 10⁻³¹ kg. விகிதம் (ratio) ≈ 1836.

2022 · P1 · (typical) 🟡 பாங்கு (pattern)

நேர்க் கதிர்களின் (positive / anode rays) e/m விகிதம் (e/m ratio) எதைப் பொறுத்தது?

சோதனைச் சாதனத்தின் (apparatus) வடிவம்
வாயுவின் வகை (the gas used)
மின்னழுத்தம் (voltage) மட்டுமே
வெப்பநிலை (temperature) மட்டுமே
எதையும் பொறுத்ததல்ல

விடை: (2) வாயுவின் வகை. நேர்க் கதிர்கள் = வாயுவின் cations (gas cations). வாயு மாறினால் (different gas) நேர்-அயன் (cation) மாறும், அதனால் e/m மாறும். H₂ → H⁺ அதிக e/m (மிக சிறிய திணிவு).

2014 · P1 · Q1 🟢 உறுதி (confirmed)

நியூத்திரன் (neutron) கண்டுபிடித்தவர்:

Niels Bohr
Ernest Rutherford
James Chadwick
Albert Einstein
Eugen Goldstein

விடை: (3) James Chadwick (1932). ⁹Be + α → ¹²C + ¹n சோதனை மூலம். Rutherford புரோத்தனைக் கண்டுபிடித்தார்; Bohr quantum மாதிரியை வழங்கினார்; Goldstein நேர்க் கதிர்களைக் கண்டுபிடித்தார்.

2022 · P1 · Q1 🟢 உறுதி (confirmed)

கதோட்டுக் கதிர் குழாயில் (cathode ray tube) கதோட்டுக் கதிர்களின் துணிக்கைகள் (particles) குறித்து சரியான கூற்றை தேர்வு செய்யவும்:

துணிக்கைகள் ஏற்றமற்றவை (uncharged).
அவை அனோடிலிருந்து கதோடிற்கு (anode → cathode) நேர்-கோட்டில் பயணிக்கின்றன.
e/m விகிதம் வாயுவின் இயல்பு + அழுத்தத்தைச் சார்ந்தது.
மின் + காந்தப் புலங்களால் பயணத் திசை திசைதிருப்பப்படுகிறது (deflected).
குழாயில் உள்ள வாயுவை அயனாக்க (ionise) முடியாது.

விடை: (4) சரி. கதோட்டுக் கதிர்கள் = e⁻ stream — எதிர் ஏற்றம் (negative charge) → மின் + காந்தப் புலங்களால் திசைதிருப்பப்படுகின்றன. (1) தவறு — −1 ஏற்றம். (2) தவறு — கதோடு → அனோடு. (3) தவறு — வாயு / கதோடு பொருளைப் பொறுத்து மாறாது (universal). (5) தவறு — வாயுவை அயனாக்கி வண்ணம் தரும்.

📊 தேர்வுச் சுருக்கம் Paper I ~0–1 MCQ 📅 ~35% / years 🎚 easy

சமீபத்திய வருடங்கள்: 2023, 2022, 2019, 2017, 2015

🎯 அதிக மதிப்பெண் தரும் புள்ளிகள்

m_p / m_e ≈ 1836 (மிக முக்கியம் / very important)
p, n, e⁻ ஏற்றம்: +1, 0, −1
Cathode rays = e⁻ stream, வாயுவைப் பொறுத்தவில்லை
Anode rays = cation stream, வாயுவைப் பொறுத்தது (gas-dependent)
H₂ → H⁺ → அதிக e/m (highest e/m)
Chadwick (1932): Be + α → C + n

⚠ பொதுவான தவறுகள் (common traps)

புரோத்தன், நியூத்திரன் திணிவை குழப்புவது (very close — 1 u each)
Cathode vs anode rays ஏற்றம் குழப்புவது
நியூத்திரன் ஏற்றம் கொண்டது என்று நினைப்பது (ஏற்றம் இல்லை / chargeless)

💡 ஒரே வரியில்: p (+1, 1u, கருவில்), n (0, 1u, கருவில்), e⁻ (−1, 1/1836 u, ஓபிற்றலில்).

🔗 தொடர்புடைய கருத்துகள் — Connected Concepts

Unit 1 அணுக் கொள்கையின் வரலாறு (history of atomic theory) Unit 1 Rutherford கருவை (nucleus) கண்டுபிடித்தார் — அடுத்த பகுதி Unit 1 p, n, e⁻ எண்ணுவது (counting) → Z, A, charge Unit 1 இலத்திரன்கள் ஓபிற்றல்களில் (in orbitals) எப்படி அமைகின்றன

அணுவுட் துகள்கள்
*Subatomic particles*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

எலக்ட்ரானின் சார்பு திணிவு (proton = 1):
1. 1
2. 1/1840
3. 2
4. 1840
5. பூச்சியம்
விடை
(2) — எலக்ட்ரான் ≈ 1/1840 amu — மிகச் சிறியது.
அணுவின் அணுவெண் (Z) குறிக்கிறது:
1. நியூட்ரான்கள்
2. புரோட்டான்கள்
3. நியூக்ளியான்கள்
4. எலக்ட்ரான்+நியூட்ரான்
5. திணிவு
விடை
(2) — Z = புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை; நடுநிலை அணுவில் = எலக்ட்ரான்கள்.
திணிவெண் (A) = ?
1. புரோட்டான் மட்டும்
2. எலக்ட்ரான் + புரோட்டான்
3. புரோட்டான் + நியூட்ரான்
4. நியூட்ரான் மட்டும்
5. A = Z
விடை
(3) — A = புரோட்டான் + நியூட்ரான் (நியூக்ளியான்கள்).
நடுநிலை உலோகம் ³⁵Cl⁻ அயனில் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை (Z=17):
1. 16
2. 17
3. 18
4. 35
5. 52
விடை
(3) — Cl⁻ = 17 + 1 = 18 எலக்ட்ரான்.
நியூட்ரானின் மின்னூட்டம்:
1. +1
2. −1
3. பூச்சியம்
4. +2
5. −2
விடை
(3) — நியூட்ரான் மின்னூட்டமற்றது.
கருவில் காணப்படாதது:
1. புரோட்டான்
2. நியூட்ரான்
3. எலக்ட்ரான்
4. நியூக்ளியான்
5. எதுவுமில்லை
விடை
(3) — எலக்ட்ரான் கருவைச் சுற்றி ஓபிற்றல்களில் உள்ளது.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• ¹⁹F அணுவில் புரோட்டான், நியூட்ரான், எலக்ட்ரான் எண்ணிக்கையைத் தருக (Z=9).

மாதிரி விடை

புரோட்டான் 9, எலக்ட்ரான் 9, நியூட்ரான் = 19 − 9 = 10.

• உபஅணுத் துகள்கள் மூன்றின் சார்பு திணிவு, மின்னூட்டம், இடம் ஆகியவற்றை அட்டவணைப்படுத்துக.

மாதிரி விடை

புரோட்டான்: திணிவு 1, ஊட்டம் +1, கரு. நியூட்ரான்: 1, 0, கரு. எலக்ட்ரான்: 1/1840, −1, ஓபிற்றல்.

கட்டுரை வினா

• அணுவின் கட்டமைப்பை — உபஅணுத் துகள்கள், அணுவெண், திணிவெண், அயன் உருவாக்கம் — விளக்கி எழுதுக.

விடை வரைவு

வரைவு: கரு (புரோட்டான்+நியூட்ரான்) + சுற்றிலும் எலக்ட்ரான்கள்; Z=புரோட்டான்; A=புரோட்டான்+நியூட்ரான்; எலக்ட்ரான் இழப்பு→நேரயன், ஏற்றல்→எதிரயன்.