மின்மோட்டார், ஒலிபெருக்கி, தொடர்வண்டி — இவை அனைத்திலும் காந்தப் புலத்தில் உள்ள மின்னோட்டம் ஒரு விசையை அனுபவிக்கிறது. மின்சாரத்துக்கும் காந்தத்துக்கும் இடையேயான இந்த இணைப்பே நவீன இயந்திரங்களின் இதயம்.
1. கடத்தி மீது விசை
காந்தப் புலத்தில் (B) மின்னோட்டம் (I) தாங்கிய கடத்தியின் நீளம் L மீது விசை:
Force on a conductor
F = BIL sinθ ·
B அலகு tesla (T)
புலத்துக்குச் செங்குத்தாக (θ=90°): F = BIL. புலத்துக்கு இணையாக (θ=0°): F = 0.
2. ஓடும் மின்னேற்றத்தின் மீது விசை
Force on a moving charge
F = Bqv sinθ
விசை எப்போதும் வேகத்துக்குச் செங்குத்து ஆதலால் வேலை செய்யாது — மின்னேற்றம் வட்டப் பாதையில் இயங்கும் (கதி மாறாது). ஆரை r = mv/Bq.
ஃபிளமிங் இடக்கை விதி (Fleming's left-hand rule — மோட்டார்)
இடக்கையின் பெருவிரல் = விசை (F), முதல்விரல் = புலம் (B), நடுவிரல் = மின்னோட்டம் (I) — மூன்றும் செங்குத்தாக நீட்டினால் விசையின் திசையைத் தரும். மின்மோட்டார், ஒலிபெருக்கி இதன் அடிப்படையில்.
3. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு
எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: B = 0.2 T, I = 3 A, L = 0.5 m (செங்குத்து).
படி 1: F = BIL (θ=90°).
படி 2: F = 0.2 × 3 × 0.5.
இறுதி முடிவு: F = 0.3 N.
தேர்வாளர் குறிப்பு
- F = Bqv வேலை செய்யாது → வட்டப் பாதை; கதி (KE) மாறாது.
- θ-ஐ கவனி: புலத்துக்கு இணையாக மின்னோட்டம் → F = 0.
- மோட்டார் = இடக்கை; மின்னியற்றி = வலக்கை.
4. தேர்வுப் பாணி வினா
வினா
B புலத்துக்கு இணையாக ஓடும் மின்னேற்றத்தின் மீது விசை?
விடையைக் காண்க
θ=0° → sin0=0 → F = 0. (புலத்துக்கு இணையான இயக்கத்தில் காந்த விசை இல்லை.)
🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்
விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.
Q1 / 20
★★★★★
காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டக் கம்பியின் மீது விசை?
(1) F = BIL
சரி — F = BIL sinθ.
(4) F = BIL²
L வர்க்கம் அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = BIL sinθ (θ = கம்பிக்கும் B-க்கும் கோணம்). கம்பி புலத்திற்குச் செங்குத்தாக (θ=90°) இருந்தால் F = BIL அதிகபட்சம்.
Q2 / 20
★★★★★
மின்னோட்டக் கம்பியின் மீதான விசையின் திசையைக் காண?
(1) வலக்கைப் பிடி விதி / right-hand grip
அது புலத் திசைக்கு.
(2) ஃபிளமிங் இடக்கை விதி / Fleming's left-hand rule
சரி — மோட்டார் விதி.
(3) லென்ஸ் விதி / Lenz's law
தூண்டலுக்கு.
(4) ஃபிளமிங் வலக்கை விதி / Fleming's right-hand rule
அது மின்னியற்றிக்கு.
(5) ஓம் விதி / Ohm's law
மின்சாரம்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஃபிளமிங் இடக்கை விதி (மோட்டார்): பெருவிரல்=விசை/இயக்கம், முன்விரல்=புலம் (B), நடுவிரல்=மின்னோட்டம் (I).
Q3 / 20
★★★★★
காந்தப் புலத்தில் நகரும் மின்னூட்டத்தின் மீது விசை?
(1) F = qvB sinθ
சரி — F = qvB sinθ.
(4) F = qvB²
B வர்க்கம் அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = qvB sinθ (θ = வேகத்திற்கும் B-க்கும் கோணம்). v ⊥ B எனில் F = qvB அதிகபட்சம்; v ∥ B எனில் F=0.
Q4 / 20
★★★★★
காந்தப் புலத்தில் நகரும் மின்னூட்டத்தின் மீதான விசை செய்யும் வேலை?
(1) அதிகபட்சம் / maximum
இல்லை.
(2) பூஜ்ஜியம் / zero
சரி — விசை ⊥ வேகம் → W=0.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): காந்த விசை எப்போதும் வேகத்திற்குச் செங்குத்து → W = Fs cos90° = 0. கதி/KE மாறாது; திசை மட்டுமே மாறி வட்டப் பாதை.
Q5 / 20
★★★★★
B=0.4 T புலத்திற்குச் செங்குத்தாக 5 A கம்பி 0.2 m நீளம். விசை?
(1) 0.4 N
சரி — BIL = 0.4×5×0.2 = 0.4.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = BIL = 0.4 × 5 × 0.2 = 0.4 N (θ=90°, sin90°=1).
Q6 / 20
★★★★☆
காந்தப் புலத்திற்குச் செங்குத்தாக நுழையும் மின்னூட்டத்தின் பாதை?
(1) நேர்கோடு / straight line
இல்லை.
(2) வட்டம் / a circle
சரி — மாறா கதி, மைய விசை.
(3) பரவளையம் / a parabola
அது எறிபொருள்.
(4) நிற்கும் / it stops
இல்லை.
(5) சுருள் / a spiral always
கோணத்தில் நுழைந்தால் மட்டும்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): காந்த விசை (qvB) எப்போதும் வேகத்திற்குச் செங்குத்து → மாறா கதியில் வட்டப் பாதை. qvB = mv²/r → r = mv/(qB).
Q7 / 20
★★★★☆
வட்டப் பாதையின் ஆரை r (செங்குத்தாக நுழையும் மின்னூட்டம்)?
(2) mv/(qB)
சரி — r = mv/(qB).
ஆழமான விளக்கம் (Deep): qvB = mv²/r → r = mv/(qB). வேகமான/கனமான துகள் → பெரிய ஆரை; வலுவான புலம் → சிறிய ஆரை.
Q8 / 20
★★★★☆
F = BIL sinθ-இல் கம்பி புலத்திற்கு இணையாக (θ=0°) இருந்தால் விசை?
(1) அதிகபட்சம் / maximum
θ=90°-க்கு.
(2) பூஜ்ஜியம் / zero
சரி — sin0°=0 → F=0.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F ∝ sinθ; θ=0° (இணை) → sin0°=0 → F=0. அதிகபட்ச விசை θ=90°-இல் (செங்குத்து).
Q9 / 20
★★★★☆
மின்மோட்டாரின் (DC motor) அடிப்படை?
(1) மின்காந்தத் தூண்டல் / electromagnetic induction
அது மின்னியற்றி.
(2) காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டச் சுருளின் மீது விசை/திருப்புத்திறன் / force/torque on a current loop in a magnetic field
சரி.
(3) நிலைமின் / electrostatics
இல்லை.
(4) அதிர்வுறுதல் / resonance
இல்லை.
(5) டாப்ளர் / Doppler
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): மோட்டார்: காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டச் சுருளின் இரு பக்கங்களில் எதிர் விசைகள் (F=BIL) ஒரு திருப்புத்திறனை உருவாக்கி சுருளைச் சுழற்றுகின்றன. பிரிவாக்கி (commutator) திசையை மாற்றி தொடர் சுழற்சி.
Q10 / 20
★★★★☆
2 μC மின்னூட்டம் 3×10⁵ m/s-இல் B=0.5 T-க்குச் செங்குத்தாக. விசை?
(1) 0.3 N
சரி — qvB = 2e-6×3e5×0.5 = 0.3 N.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = qvB = 2×10⁻⁶ × 3×10⁵ × 0.5 = 0.3 N.
Q11 / 20
★★★★☆
காந்த விசை மின்னூட்டத்தின் கதியைப் பாதிக்காது — ஏன்?
(1) மிக சிறிது / it is too small
இல்லை.
(2) விசை வேகத்திற்குச் செங்குத்து → வேலை இல்லை → KE மாறாது / force ⊥ velocity → no work → KE unchanged
சரி.
(3) மின்னூட்டம் பெரிது / charge is large
இல்லை.
(4) புலம் சீரானது / field is uniform
இல்லை.
(5) காரணம் இல்லை / no reason
உண்டு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = qvB எப்போதும் வேகத்திற்குச் செங்குத்து → வேலை செய்யாது → இயக்கச் சக்தி (கதி) மாறாது; திசை மட்டுமே மாறி வட்டப் பாதை.
Q12 / 20
★★★☆☆
காந்தப் பாய அடர்த்தி B-இன் வரையறை (F=BIL வழியாக)?
(1) அலகு நீள, அலகு மின்னோட்டக் கம்பி (⊥) மீதான விசை / force per unit length per unit current on a (⊥) wire
சரி — B = F/(IL).
(2) மின்னோட்டம்/பரப்பு
தவறு.
(3) விசை/மின்னேற்றம்
அது மின்புலம்.
(4) மின்னழுத்தம்/நீளம்
தவறு.
(5) மின்னோட்டம்×நீளம்
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): B = F/(IL) = புலத்திற்குச் செங்குத்தான, அலகு மின்னோட்டம், அலகு நீளக் கம்பி உணரும் விசை. அலகு tesla (T = N A⁻¹ m⁻¹).
Q13 / 20
★★★★☆
எலெக்ட்ரான் கதிர்க் குழாயில் (CRT/oscilloscope) கற்றை திசைதிருப்ப?
(1) ஈர்ப்பு / gravity
மிக சிறிது.
(2) மின்/காந்தப் புலம் (F = qE அல்லது qvB) / electric/magnetic fields (F = qE or qvB)
சரி.
(4) வெப்பம் / heat
இல்லை.
(5) அழுத்தம் / pressure
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): வேகமான இலத்திரன்கள் மின்புலத்தால் (F=qE, தகடுகள்) அல்லது காந்தப் புலத்தால் (F=qvB, சுருள்) திசைதிருப்பப்பட்டுத் திரையில் படம் உருவாக்குகின்றன.
Q14 / 20
★★★★☆
மின்னோட்டம் இரட்டிப்பாக்கப்பட்டால் கம்பியின் மீதான விசை?
(2) இரட்டிப்பு / double
சரி — F ∝ I.
(3) நான்கு மடங்கு / four times
I வர்க்கம் அல்ல.
(4) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(5) கால் பங்கு / a quarter
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = BIL ∝ I. I இரட்டிப்பு → F இரட்டிப்பு.
Q15 / 20
★★★☆☆
ஒலிபெருக்கி (loudspeaker) எந்த விசையைப் பயன்படுத்துகிறது?
(1) நிலைமின் / electrostatic
இல்லை.
(2) காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டச் சுருளின் மீது விசை (F=BIL) / force on a current coil in a magnetic field (F=BIL)
சரி.
(3) ஈர்ப்பு / gravity
இல்லை.
(4) அழுத்தம் / pressure
இல்லை.
(5) டாப்ளர் / Doppler
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஒலிபெருக்கி: மாறும் ஒலி-மின்னோட்டம் காந்தப் புலத்தில் உள்ள சுருளில் மாறும் விசை (F=BIL) ஏற்படுத்தி, அதனுடன் இணைந்த கூம்பை அதிரச் செய்து ஒலி உருவாக்குகிறது.
Q16 / 20
★★★★☆
நிறை-மானியில் (mass spectrometer) r = mv/(qB)-ஐப் பயன்படுத்துவது?
(1) வேகம் அளக்க / measure speed
ஓரளவு ஆனால் முதன்மை அல்ல.
(2) அயனிகளை திணிவு/மின்னூட்டத்தால் பிரிக்க / separate ions by mass/charge
சரி.
(3) மின்னழுத்தம் அளக்க / measure voltage
இல்லை.
(4) ஒளி உருவாக்க / make light
இல்லை.
(5) வெப்பம் அளக்க / measure heat
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): r = mv/(qB); வெவ்வேறு திணிவு/மின்னூட்ட அயனிகள் வெவ்வேறு ஆரை வட்டங்களில் வளைவதால் அவை பிரிக்கப்பட்டு அடையாளம் காணப்படுகின்றன.
Q17 / 20
★★★☆☆
காந்தப் புலத்திற்கு இணையாக (θ=0°) நகரும் மின்னூட்டத்தின் மீது விசை?
(1) அதிகபட்சம் / maximum
θ=90°-க்கு.
(2) பூஜ்ஜியம் / zero
சரி — sin0°=0 → F=0.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): F = qvB sinθ; θ=0° (இணை) → F=0 → மின்னூட்டம் வளையாமல் நேராகச் செல்லும்.
Q18 / 20
★★★★☆
ஃபிளமிங் இடக்கை விதியில் நடுவிரல் (second finger) குறிப்பது?
(1) விசை / force
அது பெருவிரல்.
(2) புலம் (B) / field (B)
அது முன்விரல்.
(3) மின்னோட்டம் (I) / current (I)
சரி — நடுவிரல் = மின்னோட்டம்.
(4) வேகம் / velocity
இல்லை.
(5) மின்னழுத்தம் / voltage
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): இடக்கை விதி: பெருவிரல் = விசை/இயக்கம், முன்விரல் = புலம் (B), நடுவிரல் = மின்னோட்டம் (I). மூன்றும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்து.
Q19 / 20
★★★☆☆
காந்தப் புலத்தில் வேகம் கூட்டப்பட்டால் வட்டப் பாதையின் ஆரை?
(1) குறையும் / decreases
இல்லை.
(2) அதிகரிக்கும் / increases
சரி — r ∝ v.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): r = mv/(qB) ∝ v. வேகம் கூட → பெரிய வட்டம். ஆனால் சுற்றுக்காலம் T = 2πm/(qB) வேகத்தைச் சாராது.
Q20 / 20
★★★★☆
நகரும் மின்னூட்டத்தின் சுற்றுக்காலம் T = 2πm/(qB) எதைச் சாராது?
(1) திணிவு m / mass m
சார்ந்தது.
(2) மின்னூட்டம் q / charge q
சார்ந்தது.
(3) புலம் B / field B
சார்ந்தது.
(4) வேகம் v / speed v
சரி — T வேகத்தைச் சாராது.
(5) அனைத்தும் / all
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): T = 2πm/(qB); m, q, B-ஐ மட்டுமே சார்ந்தது, வேகத்தைச் சாராது (cyclotron கொள்கை — வேகமான துகள் பெரிய வட்டத்தில் அதே காலத்தில் சுற்றும்).
📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3
கட்டமைப்பு வினா 1
8 புள்ளி
B = 0.6 T சீரான புலத்தில் 4 A மின்னோட்டக் கம்பி 0.5 m, புலத்திற்குச் செங்குத்து.
(a) கம்பியின் மீதான விசையைக் கணக்கிடுக.
விடை
F = BIL = 0.6 × 4 × 0.5 = 1.2 N
(b) கம்பி புலத்துடன் 30° சாய்வில் இருந்தால் விசை?
விடை
F = BIL sinθ = 0.6×4×0.5×sin30° = 1.2×0.5 = 0.6 N
(c) விசையின் திசையைக் காணும் விதியைக் கூறுக.
விடை
ஃபிளமிங் இடக்கை விதி: பெருவிரல்=விசை, முன்விரல்=புலம், நடுவிரல்=மின்னோட்டம்.
கட்டமைப்பு வினா 2
6 புள்ளி
ஒரு புரோத்தன் (q=1.6×10⁻¹⁹, m=1.67×10⁻²⁷) 2×10⁶ m/s-இல் B=0.5 T-க்குச் செங்குத்தாக நுழைகிறது.
(a) அதன் மீதான விசையைக் கணக்கிடுக.
விடை
F = qvB = 1.6×10⁻¹⁹ × 2×10⁶ × 0.5 = 1.6×10⁻¹³ N
(b) வட்டப் பாதையின் ஆரையைக் கணக்கிடுக.
விடை
r = mv/(qB) = (1.67×10⁻²⁷ × 2×10⁶)/(1.6×10⁻¹⁹ × 0.5)
= 3.34×10⁻²¹/8×10⁻²⁰ ≈ 0.042 m
கட்டமைப்பு வினா 3
5 புள்ளி
காந்த விசை & வேலை.
(a) காந்த விசை நகரும் மின்னூட்டத்தின் கதியை ஏன் மாற்றாது எனக் கூறுக.
விடை
F = qvB எப்போதும் வேகத்திற்குச் செங்குத்து → W = Fs cos90° = 0 → இயக்கச் சக்தி (கதி) மாறாது; திசை மட்டுமே மாறி வட்டப் பாதை.
(b) DC மோட்டார் இக்கொள்கையை எவ்வாறு பயன்படுத்துகிறது?
விடை
காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டச் சுருளின் இரு பக்கங்களில் எதிர் விசைகள் (F=BIL) ஒரு திருப்புத்திறனை உருவாக்கி சுருளைச் சுழற்றுகின்றன; commutator திசையை மாற்றி தொடர் சுழற்சி.
✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4
கட்டுரை வினா 1
10 புள்ளி
(a) காந்தப் புலத்தில் மின்னோட்டக் கம்பி (F=BIL sinθ) & நகரும் மின்னூட்டம் (F=qvB sinθ) மீதான விசைகளைக் கூறுக. (b) ஃபிளமிங் இடக்கை விதியை விளக்குக. (c) 0.8 T புலத்திற்குச் செங்குத்தாக 6 A, 0.25 m கம்பி மீது விசையைக் கணக்கிடுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கம்பி: F = BIL sinθ (θ = கம்பி-புலக் கோணம்); அதிகபட்சம் θ=90°-இல். மின்னூட்டம்: F = qvB sinθ (θ = வேகம்-புலக் கோணம்).
(b) ஃபிளமிங் இடக்கை (மோட்டார்): இடக்கையின் பெருவிரல்=விசை/இயக்கம், முன்விரல்=புலம் (B), நடுவிரல்=மின்னோட்டம் (I); மூன்றும் செங்குத்து.
(c) F = BIL = 0.8 × 6 × 0.25 = 1.2 N
கட்டுரை வினா 2
10 புள்ளி
(a) காந்தப் புலத்திற்குச் செங்குத்தாக நுழையும் மின்னூட்டம் ஏன் வட்டப் பாதையில் செல்கிறது எனக் காட்டி, r = mv/(qB) எனத் தருவிக்க. (b) காந்த விசை KE-ஐ மாற்றாது எனக் கூறுக. (c) ஒரு இலத்திரன் (m=9.1×10⁻³¹, q=1.6×10⁻¹⁹) 1×10⁷ m/s-இல் B=0.01 T-க்குச் செங்குத்து. ஆரை.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) காந்த விசை F = qvB எப்போதும் வேகத்திற்குச் செங்குத்து → மையநோக்கு விசையாகச் செயற்பட்டு கதியை மாற்றாமல் திசையை மாற்றுகிறது → வட்டப் பாதை. qvB = mv²/r →
r = mv/(qB).
(b) விசை ⊥ வேகம் → W=0 → KE (கதி) மாறாது; திசை மட்டுமே மாறும்.
(c) r = mv/(qB) = (9.1×10⁻³¹ × 1×10⁷)/(1.6×10⁻¹⁹ × 0.01)
= 9.1×10⁻²⁴/1.6×10⁻²¹ ≈ 5.7×10⁻³ m
கட்டுரை வினா 3
10 புள்ளி
(a) ஒரு DC மோட்டார் எவ்வாறு செயற்படுகிறது எனக் காந்த விசை மூலம் விளக்கி, பிரிவாக்கியின் (commutator) பணியைக் கூறுக. (b) ஒலிபெருக்கி F=BIL-ஐ எவ்வாறு பயன்படுத்துகிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) காந்தப் புலத்தில் வைக்கப்பட்ட மின்னோட்டச் சுருளின் இரு பக்கங்களிலும் F = BIL எதிர் விசைகள் செயற்பட்டு ஒரு திருப்புத்திறனை உருவாக்கி சுருளைச் சுழற்றுகின்றன. அரைச் சுழற்சிக்குப் பிறகு சுருளில் மின்னோட்டத் திசை மாறாவிட்டால் திருப்புத்திறன் தலைகீழாகும்; பிரிவாக்கி (commutator) ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் மின்னோட்டத் திசையை மாற்றி, திருப்புத்திறன் எப்போதும் ஒரே திசையில் இருக்க → தொடர் சுழற்சி.
(b) ஒலிபெருக்கியில் நிரந்தரக் காந்தப் புலத்தில் ஒரு மின்னோட்டச் சுருள் உள்ளது; மாறும் ஒலி-மின்னோட்டம் F=BIL எனும் மாறும் விசையை ஏற்படுத்தி, சுருளுடன் இணைந்த கூம்பை முன்-பின் அதிரச் செய்து காற்றில் ஒலி அலைகளை உருவாக்குகிறது.
கட்டுரை வினா 4
10 புள்ளி
(a) காந்தப் பாய அடர்த்தி B-ஐ F=BIL வழியாக வரையறுத்து அலகைத் தருக. (b) ஒரு நிறை-மானி (mass spectrometer) r = mv/(qB)-ஐ எவ்வாறு பயன்படுத்துகிறது எனக் கூறுக. (c) ஒரே வேகத்தில் நுழையும் இரு அயனிகள் (ஒன்று மற்றதின் இரு மடங்கு திணிவு, அதே மின்னூட்டம்) — ஆரைகளின் விகிதம்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) B = F/(IL) = புலத்திற்குச் செங்குத்தான, அலகு மின்னோட்டம், அலகு நீளக் கம்பி உணரும் விசை. அலகு tesla (T = N A⁻¹ m⁻¹).
(b) அயனிகள் அறியப்பட்ட வேகத்தில் (வேக-தேர்வி) காந்தப் புலத்தில் நுழைய, r = mv/(qB)-படி வெவ்வேறு m/q கொண்டவை வெவ்வேறு ஆரை வட்டங்களில் வளைகின்றன; வீழும் இடத்திலிருந்து திணிவு/மின்னூட்டம் கணிக்கப்பட்டு அயனிகள் அடையாளம் காணப்படுகின்றன.
(c) r ∝ m (v, q, B மாறா). m₂ = 2m₁ →
r₂/r₁ = m₂/m₁ = 2
(கனமான அயனி இரு மடங்கு பெரிய வட்டம்).