📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய

மின்தேக்கிகள்

⏱ 20 நி 🎯 ★★★★★

கேமராவின் ஃபிளாஷ், மின்விசிறியின் தொடக்கம், கணினியின் நினைவகம் — இவற்றில் மின்தேக்கி (capacitor) மின்னேற்றத்தையும் சக்தியையும் தற்காலிகமாகச் சேமித்து விரைவாக வெளியிடுகிறது.

1. மின்தேக்கம் (Capacitance)

மின்தேக்கி = ஒரு மின்காப்புப் பொருளால் (dielectric) பிரிக்கப்பட்ட இரு கடத்தித் தகடுகள். மின்தேக்கம் = சேமிக்கப்பட்ட மின்னேற்றத்துக்கும் மின்னழுத்தத்துக்கும் இடையேயான விகிதம்:

Capacitance
C = Q/V  ·  அலகு farad, F = C V⁻¹

இணைத் தகடு மின்தேக்கி: C = ε₀ε_r A/d (A தகட்டுப் பரப்பு, d இடைவெளி).

2. தொடர் & பக்க இணைப்பு

இணைப்புமொத்த மின்தேக்கம்
பக்கமாக (parallel)C = C₁ + C₂ + … (நேராகக் கூட்டு)
தொடராக (series)1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + …
கவனம் — மின்தடைக்கு எதிர்மாறு!

மின்தேக்கி இணைப்பு விதிகள் மின்தடைக்கு (resistor) எதிர்மாறானவை. பக்க மின்தேக்கிகள் நேராகக் கூட்டப்படும் (resistor-இல் தொடர் கூட்டப்படும்). இதைக் குழப்பிக்கொள்ளாதே.

3. சேமிக்கப்பட்ட சக்தி (Stored energy)

Energy
E = ½QV = ½CV² = ½Q²/C

சக்தி V-இன் வர்க்கத்தைச் சார்ந்தது — மின்னழுத்தம் இரட்டிப்பானால் சக்தி 4 மடங்கு.

4. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு

எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: C = 100 μF, V = 12 V.
படி 1: Q = CV = 100×10⁻⁶ × 12 = 1.2×10⁻³ C.
படி 2: E = ½CV² = ½ × 100×10⁻⁶ × 144.
இறுதி முடிவு: Q = 1.2 mC; E = 7.2×10⁻³ J.
தேர்வாளர் குறிப்பு
  • μF → F (×10⁻⁶) மாற்ற மறக்காதீர்கள் — பொதுவான வழு.
  • E = ½CV²; V இரட்டி → E 4 மடங்கு (வர்க்கம்).
  • பக்க = ΣC; தொடர் = 1/C=Σ1/C (resistor-க்கு எதிர்மாறு).

5. தேர்வுப் பாணி வினா

வினா

4 μF மற்றும் 12 μF பக்கமாக இணைக்கப்பட்டால் மொத்த மின்தேக்கம்?

விடையைக் காண்க
பக்கம்: C = 4 + 12 = 16 μF. (தொடரானால் 1/C=1/4+1/12 → C=3 μF.)

🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்

விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.

Q1 / 20 ★★★★★
கொண்மம் (capacitance) C-இன் வரையறை?
(1) Q × V
தவறு.
(2) Q/V (மின்னழுத்தத்துக்கான மின்னேற்றம்) / Q/V (charge per unit voltage)
சரி — C = Q/V.
(3) V/Q
தலைகீழ்.
(4) QV²
தவறு.
(5) Q/t
அது மின்னோட்டம்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): C = Q/V = அலகு மின்னழுத்தத்துக்குச் சேமிக்கப்படும் மின்னேற்றம். அலகு farad (F = C V⁻¹).
Q2 / 20 ★★★★★
கொண்மத்தின் அலகு?
(1) coulomb
அது மின்னேற்றம்.
(2) farad (F)
சரி — farad.
(3) volt
அது மின்னழுத்தம்.
(4) ohm
அது தடை.
(5) henry
அது தூண்டம்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): farad (F) = C V⁻¹. 1 F பெரியது; நடைமுறையில் μF, nF, pF பயன்படும்.
Q3 / 20 ★★★★★
இணைத் தகட்டுக் கொண்மம் (parallel-plate)?
(1) C = ε₀d/A
தலைகீழ்.
(2) C = ε₀A/d
சரி — C = ε₀A/d.
(3) C = ε₀Ad
தவறு.
(4) C = A/(ε₀d)
தவறு.
(5) C = d/(ε₀A)
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): C = ε₀A/d (வெற்றிடம்); A = தகட்டுப் பரப்பு, d = இடைவெளி. மின்காப்புப் பொருளுடன் C = ε₀ε_r A/d.
Q4 / 20 ★★★★★
மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றல்?
(1) QV
½ விடுபட்டது.
(2) ½QV = ½CV² = Q²/2C
சரி — ½QV = ½CV².
(3) CV
அது மின்னேற்றம்.
(4) ½CV
½ கூட.
(5) Q²/C
½ விடுபட்டது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = ½QV = ½CV² = Q²/2C. சராசரி மின்னழுத்தம் V/2-ஆல் Q சேமிக்கப்படுவதால் ½.
Q5 / 20 ★★★★☆
4 μF மின்தேக்கி 100 V-இல் சேமிக்கும் மின்னேற்றம்?
(1) 400 μC
சரி — Q = CV = 4×10⁻⁶×100.
(2) 25 μC
தலைகீழ்.
(3) 4 μC
V விடுபட்டது.
(4) 0.04 C
தவறு.
(5) 40 μC
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Q = CV = 4×10⁻⁶ × 100 = 4×10⁻⁴ C = 400 μC.
Q6 / 20 ★★★★★
இணையாக (parallel) இணைந்த மின்தேக்கிகளின் மொத்தக் கொண்மம்?
(1) 1/C = 1/C₁+1/C₂
அது தொடர்.
(2) C = C₁+C₂
சரி — C = C₁+C₂.
(3) C = C₁C₂
தவறு.
(4) C = C₁−C₂
கழித்தல் அல்ல.
(5) C = √(C₁C₂)
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): இணையில் கொண்மங்கள் கூட்டப்படும்: C = C₁ + C₂ + … (மின்தடைக்கு எதிர்மாறு). ஒரே மின்னழுத்தம் எல்லாவற்றிலும்.
Q7 / 20 ★★★★★
தொடரில் (series) இணைந்த மின்தேக்கிகளின் மொத்தக் கொண்மம்?
(1) C = C₁+C₂
அது இணை.
(2) 1/C = 1/C₁+1/C₂
சரி — 1/C = 1/C₁+1/C₂.
(3) C = C₁C₂
அது இரு தேக்கி மட்டும் (CC/C+C).
(4) C = C₁−C₂
தவறு.
(5) C = C₁/C₂
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தொடரில் 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + … (மின்தடைக்கு எதிர்மாறு). ஒரே மின்னேற்றம் எல்லாவற்றிலும்; மொத்தக் கொண்மம் சிறியது.
Q8 / 20 ★★★★☆
இரு 6 μF மின்தேக்கிகள் தொடரில். மொத்தக் கொண்மம்?
(1) 12 μF
அது இணை.
(2) 3 μF
சரி — 1/C=1/6+1/6=1/3 → C=3.
(3) 6 μF
தவறு.
(4) 0.33 μF
தவறு.
(5) 36 μF
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தொடர்: 1/C = 1/6 + 1/6 = 1/3 → C = 3 μF (சம இரு தேக்கிக்கு C₁/2).
Q9 / 20 ★★★★☆
இரு 6 μF மின்தேக்கிகள் இணையாக. மொத்தக் கொண்மம்?
(1) 3 μF
அது தொடர்.
(2) 12 μF
சரி — 6+6=12.
(3) 6 μF
தவறு.
(4) 36 μF
தவறு.
(5) 0.33 μF
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): இணை: C = 6 + 6 = 12 μF.
Q10 / 20 ★★★★☆
மின்காப்புப் பொருள் (dielectric) நுழைத்தால் கொண்மம்?
(1) குறையும் / decrease
இல்லை.
(2) அதிகரிக்கும் (×ε_r) / increase (×ε_r)
சரி — C = ε_r × C₀.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) எதிர்மறை / negative
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): மின்காப்புப் பொருள் (காகிதம், மைக்கா) புலத்தைக் குறைத்து, அதே மின்னேற்றத்துக்கு V-ஐக் குறைக்கிறது → C = ε_r C₀ (ε_r > 1) அதிகரிக்கிறது.
Q11 / 20 ★★★★☆
2 μF மின்தேக்கி 200 V-இல் சேமிக்கும் ஆற்றல்?
(1) 0.04 J
சரி — ½CV²=½×2e-6×200²=0.04.
(2) 0.4 J
தவறு.
(3) 0.02 J
½ இரட்டை.
(4) 400 J
தவறு.
(5) 4×10⁻⁴ J
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = ½CV² = ½ × 2×10⁻⁶ × 200² = ½ × 2×10⁻⁶ × 40000 = 0.04 J.
Q12 / 20 ★★★★☆
மின்தேக்கி RC சுற்றில் சார்ஜ் ஆகும்போது மின்னழுத்தம்?
(1) நேரியலாக உயரும் / rises linearly
இல்லை.
(2) அடுக்குக்குறைவாக V₀-ஐ நோக்கி உயரும் / rises exponentially toward V₀
சரி — V = V₀(1−e^(−t/RC)).
(3) மாறாது / stays constant
இல்லை.
(4) குறையும் / falls
அது வெளியேற்றம்.
(5) திடீரென உச்சம் / jumps to max instantly
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சார்ஜ்: V = V₀(1−e^(−t/RC)), மின்னேற்றம் அடுக்குக்குறைவாக V₀-ஐ நோக்கி உயரும். கால மாறிலி τ = RC.
Q13 / 20 ★★★★☆
RC சுற்றின் கால மாறிலி (time constant)?
(1) R/C
தலைகீழ்.
(2) RC
சரி — τ = RC.
(3) C/R
தலைகீழ்.
(4) 1/RC
தவறு.
(5) R+C
கூட்டல் அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): τ = RC (வினாடி); இக்காலத்தில் சார்ஜ் 63%-ஐ அடையும் (வெளியேற்றத்தில் 37%-ஆகக் குறையும்). பெரிய RC → மெதுவான சார்ஜ்/வெளியேற்றம்.
Q14 / 20 ★★★☆☆
மின்தேக்கி நிலையான (DC) மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்குமா (முழுச் சார்ஜ் பின்)?
(1) ஆம், எப்போதும் / yes, always
இல்லை.
(2) இல்லை — முழுச் சார்ஜ் பின் மின்னோட்டம் நிற்கும் / no — current stops once fully charged
சரி.
(3) ஓரளவு / partly
இல்லை.
(4) மட்டும் AC-இல் / only in AC
AC-இல் தொடர்ந்து சார்ஜ்/வெளியேற்றம்.
(5) தீர்மானிக்க முடியாது / undetermined
முடியும்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): முழுச் சார்ஜ் ஆனதும் தகடுகளுக்கிடையே V = மூல மின்னழுத்தம் → நிகர மின்னோட்டம் 0 (DC தடுக்கப்படுகிறது). AC-இல் தொடர்ந்து சார்ஜ்/வெளியேற்றம் என்பதால் மின்னோட்டம் பாயும்.
Q15 / 20 ★★★★☆
இணைத் தகட்டில் இடைவெளி d இரட்டிப்பானால் கொண்மம்?
(1) இரட்டிப்பு / doubles
இல்லை.
(2) பாதி / halves
சரி — C ∝ 1/d.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) நான்கு மடங்கு / quadruples
இல்லை.
(5) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): C = ε₀A/d ∝ 1/d. d இரட்டிப்பு → C பாதி. பரப்பு A → C ∝ A (A இரட்டிப்பு → C இரட்டிப்பு).
Q16 / 20 ★★★☆☆
மின்தேக்கியின் ஒரு பயன்பாடு?
(1) நிரந்தர மின்சார உற்பத்தி / permanent power generation
இல்லை.
(2) ஆற்றலை விரைவாகச் சேமித்து வெளியிடுதல் (flash, smoothing, timing) / quick energy store/release (camera flash, smoothing, timing)
சரி.
(3) மின்னோட்டத்தைப் பெருக்க / amplifying current
அது டிரான்சிஸ்டர்.
(4) மின்தடை / providing resistance
இல்லை.
(5) ஒளி உமிழ்வு / emitting light
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): மின்தேக்கி ஆற்றலை விரைவில் சேமித்து வெளியிடும்: கேமரா flash, மின்னழுத்த வடிகட்டல் (smoothing), நேர சுற்றுகள் (timing/RC), tuning.
Q17 / 20 ★★★★☆
ஒரு 10 μF மின்தேக்கி 50 μC சேமித்தால் மின்னழுத்தம்?
(1) 5 V
சரி — V = Q/C = 50/10 = 5.
(2) 500 V
தவறு.
(3) 0.2 V
தலைகீழ்.
(4) 50 V
தவறு.
(5) 2 V
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = Q/C = 50×10⁻⁶/(10×10⁻⁶) = 5 V.
Q18 / 20 ★★★☆☆
ஆற்றல் சூத்திரத்தில் ½ காரணி ஏன்?
(1) தவறு / it is wrong
இல்லை.
(2) மின்னேற்றம் சேரும்போது மின்னழுத்தம் 0→V உயர்வதால் சராசரி V/2 / as charge builds, voltage rises 0→V so the average is V/2
சரி.
(3) கணித எளிமை / for simplicity
இல்லை.
(4) இரு தகடுகள் / two plates
இல்லை.
(5) அலகுக்காக / for units
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சார்ஜ் சேரும்போது V நேரியலாக 0→V உயர்கிறது; சராசரி மின்னழுத்தம் V/2. வேலை = Q × சராசரி V = Q(V/2) = ½QV.
Q19 / 20 ★★★☆☆
வெளியேற்றத்தில் (discharge) RC சுற்றில் மின்னேற்றம்?
(1) நேரியலாகக் குறையும் / falls linearly
இல்லை.
(2) அடுக்குக்குறைவாக 0-ஐ நோக்கிக் குறையும் / falls exponentially toward 0
சரி — Q = Q₀ e^(−t/RC).
(3) மாறாது / stays constant
இல்லை.
(4) உயரும் / rises
அது சார்ஜ்.
(5) திடீரென 0 / drops to 0 instantly
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): வெளியேற்றம்: Q = Q₀ e^(−t/RC); ஒரு கால மாறிலி τ=RC-இல் Q₀-இன் 37%-ஆகக் குறையும்.
Q20 / 20 ★★★★☆
3 μF & 6 μF தொடரில். மொத்தக் கொண்மம்?
(1) 9 μF
அது இணை.
(2) 2 μF
சரி — 1/C=1/3+1/6=1/2 → C=2.
(3) 18 μF
அது பெருக்கல்.
(4) 4.5 μF
தவறு.
(5) 0.5 μF
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): 1/C = 1/3 + 1/6 = 2/6 + 1/6 = 3/6 = 1/2 → C = 2 μF (= C₁C₂/(C₁+C₂) = 18/9).

📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3

கட்டமைப்பு வினா 1 8 புள்ளி
ஒரு 5 μF மின்தேக்கி 12 V மின்கலத்துடன் இணைக்கப்படுகிறது.
(a) சேமிக்கப்படும் மின்னேற்றத்தைக் கணக்கிடுக.
விடை
Q = CV = 5×10⁻⁶ × 12 = 60 μC
(b) சேமிக்கப்படும் ஆற்றலைக் கணக்கிடுக.
விடை
E = ½CV² = ½×5×10⁻⁶×12² = ½×5×10⁻⁶×144 = 3.6×10⁻⁴ J
(c) மின்னழுத்தம் இரட்டிப்பானால் ஆற்றல் எவ்வாறு மாறும்?
விடை
E ∝ V² ஆதலால் V இரட்டிப்பு → E நான்கு மடங்கு (1.44×10⁻³ J).
கட்டமைப்பு வினா 2 6 புள்ளி
மின்தேக்கி இணைப்புகள்: C₁=4 μF, C₂=12 μF.
(a) இணையாக இணைந்தால் மொத்தக் கொண்மம்?
விடை
C = C₁+C₂ = 4+12 = 16 μF
(b) தொடரில் இணைந்தால் மொத்தக் கொண்மம்?
விடை
1/C = 1/4 + 1/12 = 3/12 + 1/12 = 4/12 = 1/3 → C = 3 μF
கட்டமைப்பு வினா 3 5 புள்ளி
கொண்மம் & மின்காப்புப் பொருள்.
(a) இணைத் தகட்டுக் கொண்மம் எந்த மூன்று காரணிகளைச் சார்ந்தது எனக் கூறுக.
விடை
C = ε₀ε_r A/d: (1) தகட்டுப் பரப்பு A (∝ A); (2) இடைவெளி d (∝ 1/d); (3) மின்காப்புப் பொருளின் ε_r (∝ ε_r).
(b) மின்காப்புப் பொருள் (dielectric) நுழைத்தால் கொண்மம் ஏன் அதிகரிக்கிறது?
விடை
மின்காப்புப் பொருள் துருவமுற்று உள் புலத்தைக் குறைக்கிறது → அதே மின்னேற்றத்துக்கு V குறைகிறது → C = Q/V அதிகரிக்கிறது (×ε_r).

✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4

கட்டுரை வினா 1 10 புள்ளி
(a) கொண்மத்தை வரையறுத்து அலகைத் தருக. (b) இணைத் தகட்டுக் கொண்மம் C = ε₀A/d எந்த காரணிகளைச் சார்ந்தது எனக் கூறுக. (c) C=8 μF, V=250 V எனில் சேமிக்கப்படும் மின்னேற்றமும் ஆற்றலும்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கொண்மம் C = அலகு மின்னழுத்தத்துக்குச் சேமிக்கப்படும் மின்னேற்றம் = Q/V. அலகு farad (F = C V⁻¹).
(b) C = ε₀A/d: தகட்டுப் பரப்பு A-க்கு நேர்; இடைவெளி d-க்குத் தலைகீழ்; மின்காப்புப் பொருளுடன் C = ε₀ε_r A/d.
(c)
Q = CV = 8×10⁻⁶ × 250 = 2×10⁻³ C (2 mC)
E = ½CV² = ½×8×10⁻⁶×250² = ½×8×10⁻⁶×62500 = 0.25 J
கட்டுரை வினா 2 10 புள்ளி
(a) தொடர் & இணை மின்தேக்கி இணைப்புகளுக்கான சூத்திரங்களைத் தருவித்துக் காட்டுக. (b) ஏன் தொடரில் கொண்மம் குறைகிறது, இணையில் கூடுகிறது எனக் கூறுக. (c) C₁=2 μF, C₂=3 μF, C₃=6 μF அனைத்தும் தொடரில். மொத்தக் கொண்மம்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) இணை: ஒரே V, மொத்த Q = Q₁+Q₂ = C₁V+C₂V = (C₁+C₂)V → C = C₁+C₂. தொடர்: ஒரே Q, மொத்த V = V₁+V₂ = Q/C₁+Q/C₂ = Q(1/C₁+1/C₂) → 1/C = 1/C₁+1/C₂.
(b) இணையில் பயனுள்ள தகட்டுப் பரப்பு கூடுவதால் C கூடுகிறது. தொடரில் இடைவெளி கூடுவது போல் → C குறைகிறது (மொத்தம் சிறிய தேக்கியை விடச் சிறியது).
(c)
1/C = 1/2 + 1/3 + 1/6 = 3/6 + 2/6 + 1/6 = 6/6 = 1
C = 1 μF
கட்டுரை வினா 3 10 புள்ளி
(a) மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றல் E = ½QV = ½CV² = Q²/2C எனத் தருவித்து, ½ ஏன் எனக் கூறுக. (b) ஒரு 100 μF மின்தேக்கி 20 V-இல் சார்ஜ் ஆகி கேமரா flash-க்குப் பயன்படுகிறது. சேமித்த ஆற்றல், flash 2 ms-இல் வெளியிட்டால் சராசரி வலு.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மின்னேற்றம் சேரும்போது மின்னழுத்தம் நேரியலாக 0→V உயர்கிறது; சராசரி V/2. செய்த வேலை E = Q × (V/2) = ½QV. Q=CV ஐ இட E = ½CV² = Q²/2C. ½ காரணம்: சராசரி மின்னழுத்தம் V/2.
(b)
E = ½CV² = ½×100×10⁻⁶×20² = ½×100×10⁻⁶×400 = 0.02 J
P = E/t = 0.02/(2×10⁻³) = 10 W (சராசரி வலு)
கட்டுரை வினா 4 10 புள்ளி
(a) RC சுற்றில் சார்ஜ்/வெளியேற்றத்தை கால மாறிலி τ=RC கொண்டு விளக்குக. (b) மின்தேக்கி DC-ஐத் தடுத்து AC-ஐ அனுமதிப்பதை விளக்குக. (c) R=2 kΩ, C=500 μF எனில் கால மாறிலியும், 5 கால மாறிலிகளில் கிட்டத்தட்ட முழுச் சார்ஜ் ஆகும் என்பதையும் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சார்ஜ்: V = V₀(1−e^(−t/RC)) — அடுக்குக்குறைவாக உயரும். வெளியேற்றம்: Q = Q₀e^(−t/RC) — அடுக்குக்குறைவாகக் குறையும். கால மாறிலி τ = RC: ஒரு τ-இல் சார்ஜ் 63% அடையும் (வெளியேற்றத்தில் 37%-ஆகக் குறையும்).
(b) DC: முழுச் சார்ஜ் பின் தகடுகள் நிறைந்து நிகர மின்னோட்டம் 0 → DC தடுக்கப்படுகிறது. AC: மின்னழுத்தம் தொடர்ந்து மாறுவதால் மின்தேக்கி தொடர்ந்து சார்ஜ்/வெளியேற்றமாகி மின்னோட்டம் "பாய்வதுபோல்" → AC அனுமதிக்கப்படுகிறது.
(c)
τ = RC = 2000 × 500×10⁻⁶ = 1 s
5τ = 5 s-இல் சார்ஜ் ~99% → கிட்டத்தட்ட முழுச் சார்ஜ்.