மின்னியக்க விசையும் வலுவும்

ஒரு புதிய பாட்டரி வலிமையாகவும், பழைய பாட்டரி பலவீனமாகவும் தெரிவது ஏன்? இதற்கு விடை மின்னியக்க விசை (EMF) மற்றும் அக மின்தடை (internal resistance) எனும் இரு கருத்துக்களில் உள்ளது.

1. மின்னியக்க விசையும் அக மின்தடையும்

ஒரு கலத்தின் (cell) மின்னியக்க விசை (ε) = அலகு மின்னேற்றத்துக்கு அது வழங்கும் சக்தி. ஆனால் கலத்திற்கும் ஒரு அக மின்தடை r உண்டு; எனவே வெளிச்சுற்றுக்குக் கிடைக்கும் முனை மின்னழுத்தம் (terminal p.d.) குறைவாக இருக்கும்:

EMF & internal resistance

ε = I(R + r) = V + Ir → V = ε − Ir

பழைய பாட்டரி ஏன் பலவீனம்?

பழைய பாட்டரியின் அக மின்தடை r அதிகம். அதிக சுமையில் (high current) Ir வீழ்ச்சி பெருகி, முனை மின்னழுத்தம் V பெருமளவு குறைகிறது — அதனால் மோட்டாரை இயக்க முடியாது. சுற்றறந்த நிலையில் (open circuit, I=0) மட்டுமே V = ε.

2. மின்வலு (Electrical power)

Power

P = VI = I²R = V²/R · அலகு watt (W)

சக்தி (energy): E = Pt. வீட்டு மின்சாரம் kWh-இல் கணக்கிடப்படுகிறது.

3. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு

எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: ε = 12 V, அக மின்தடை r = 0.5 Ω, வெளி R = 5.5 Ω.

படி 1: I = ε/(R + r) = 12/(5.5 + 0.5) = 12/6 = 2 A.

படி 2: முனை மின்னழுத்தம் V = ε − Ir = 12 − (2 × 0.5) = 11 V.

இறுதி முடிவு: I = 2 A; V = 11 V; வெளிச்சுற்று வலு = I²R = 4 × 5.5 = 22 W.

தேர்வாளர் குறிப்பு

"r-ஐப் புறக்கணி" என வினாவில் இல்லாவிட்டால் கட்டாயம் சேர்க்கவும்.
P = I²R-இல் R கம்பியின் மின்தடை எனில் வெப்ப இழப்பு; வெளி R எனில் பயனுள்ள வலு.
குறுகிய சுற்றில் (short circuit, R=0): I = ε/r — மிகப் பெரிய மின்னோட்டம்.

4. தேர்வுப் பாணி வினா

வினா

ε = 6 V, r = 1 Ω கலம் 2 Ω மின்தடையுடன். மின்னோட்டம் & முனை மின்னழுத்தம்?

விடையைக் காண்க

I = ε/(R+r) = 6/3 = 2 A; V = ε − Ir = 6 − 2 = 4 V.

🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்

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

Q1 / 20 ★★★★★

மின்னியக்கு விசை (EMF) என்பது?

(1) மின்னோட்டம் / current

இல்லை.

(2) ஒரு கூலூம் மின்னூட்டத்துக்கு மூலம் தரும் ஆற்றல் / energy given by the source per coulomb of charge

சரி — ε = W/Q.

(3) மின்தடை / resistance

இல்லை.

(4) திறன் / power

இல்லை.

(5) மின்னூட்டம் / charge

இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): EMF = ஒரு மூலம் (மின்கலம்) ஒவ்வொரு கூலூம் மின்னூட்டத்துக்கும் தரும் மொத்த ஆற்றல்: ε = W/Q. அலகு volt (J C⁻¹). "விசை" அல்ல — மின்னழுத்தம்.

Q2 / 20 ★★★★★

உள் தடை (internal resistance) r உள்ள மின்கலத்தின் முனை மின்னழுத்தம் (terminal voltage)?

(1) V = ε + Ir

சார்ஜ் செய்கையில்.

(2) V = ε − Ir

சரி — V = ε − Ir.

(3) V = εIr

தவறு.

(4) V = ε/Ir

தவறு.

(5) V = Ir − ε

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = ε − Ir; உள் தடையில் இழக்கப்படும் மின்னழுத்தம் Ir (உள் ஆற்றல் இழப்பு). I↑ → V↓. திறந்த சுற்றில் (I=0) V = ε.

Q3 / 20 ★★★★★

மின் திறன் (power) சூத்திரம்?

(1) P = VI = I²R = V²/R

சரி.

(2) P = V/I

தவறு.

(3) P = IR

அது மின்னழுத்தம்.

(4) P = V+I

தவறு.

(5) P = Q/t

அது மின்னோட்டம்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): P = VI; ஓம் விதியுடன் P = I²R = V²/R. அலகு watt (W = J s⁻¹).

Q4 / 20 ★★★★★

ஒரு 12 V, EMF மின்கலம், r = 0.5 Ω, 5.5 Ω பளுவுடன். மின்னோட்டம்?

(1) 2 A

சரி — I = ε/(R+r) = 12/6.

(2) 2.18 A

r புறக்கணித்தது.

(3) 24 A

தவறு.

(4) 1.5 A

தவறு.

(5) 12 A

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): I = ε/(R+r) = 12/(5.5+0.5) = 12/6 = 2 A.

Q5 / 20 ★★★★☆

மேற்கண்ட மின்கலத்தின் முனை மின்னழுத்தம் (terminal voltage)?

(1) 12 V

அது EMF.

(2) 11 V

சரி — ε−Ir = 12−1.

(3) 1 V

அது Ir.

(4) 6 V

தவறு.

(5) 10 V

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = ε − Ir = 12 − (2×0.5) = 12 − 1 = 11 V. (= IR = 2×5.5 = 11 V ✓.)

Q6 / 20 ★★★★☆

மின்சக்தி (electrical energy) சூத்திரம்?

(1) E = P/t

தலைகீழ்.

(2) E = Pt = VIt

சரி — E = Pt = VIt.

(3) E = V/I

தவறு.

(4) E = IR

அது மின்னழுத்தம்.

(5) E = P+t

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = Pt = VIt = I²Rt = (V²/R)t. அலகு joule; வீட்டு கணக்கீட்டில் kWh (1 kWh = 3.6×10⁶ J).

Q7 / 20 ★★★★☆

ஒரு "60 W, 230 V" குமிழின் வேலை மின்னோட்டம்?

(1) 0.26 A

சரி — I = P/V = 60/230.

(2) 3.83 A

தலைகீழ்.

(3) 60 A

தவறு.

(4) 13.8 A

தவறு.

(5) 0.5 A

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): I = P/V = 60/230 ≈ 0.26 A.

Q8 / 20 ★★★★☆

அதே "60 W, 230 V" குமிழின் மின்தடை?

(1) 882 Ω

சரி — V²/P = 230²/60.

(2) 3.83 Ω

தவறு.

(3) 60 Ω

தவறு.

(4) 230 Ω

தவறு.

(5) 13800 Ω

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): R = V²/P = 230²/60 = 52900/60 ≈ 882 Ω.

Q9 / 20 ★★★★☆

திறந்த சுற்றில் (open circuit, I=0) முனை மின்னழுத்தம்?

(1) பூஜ்ஜியம் / zero

இல்லை.

(2) EMF (ε) / the EMF

சரி — I=0 → V=ε.

(3) Ir

I=0.

(4) ε/2

இல்லை.

(5) ε−r

இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = ε − Ir; I=0 → V = ε. எனவே வோல்ட்மீட்டர் (உயர் தடை, ≈0 மின்னோட்டம்) மின்கலத்தின் EMF-ஐ ஏறக்குறைய அளக்கிறது.

Q10 / 20 ★★★★☆

மின்கலத்தின் உள் தடையில் வீணாகும் திறன்?

(1) I²R (load)

அது பளு.

(2) I²r

சரி — I²r.

(3) εI

மொத்தம்.

(4) V²/R

பளு.

(5) பூஜ்ஜியம் / zero

இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): மொத்த திறன் εI = பளுவில் I²R + உள் தடையில் I²r (வெப்பமாக வீணாகும்). திறன் = I²R/εI = R/(R+r).

Q11 / 20 ★★★★☆

அதிகபட்ச திறன் பளுவுக்கு மாற்றப்படுவது எப்போது (max power transfer)?

(1) R = 0

குறுக்கிணைப்பு.

(2) R = r (பளு = உள் தடை) / R = r

சரி — R = r.

(3) R = ∞

மின்னோட்டம் 0.

(4) R ≫ r

அல்ல.

(5) R = 2r

அல்ல.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): பளு மின்தடை = உள் தடை (R = r) எனும்போது பளுவுக்கு அதிகபட்ச திறன் கிடைக்கிறது (impedance matching). (அப்போது திறன் 50% மட்டுமே.)

Q12 / 20 ★★★★☆

2 A 3 நிமிடம் பாயும்போது கடத்தப்படும் மின்னூட்டம்?

(1) 6 C

நேரம் வினாடி அல்ல.

(2) 360 C

சரி — Q = It = 2×180.

(3) 120 C

தவறு.

(4) 6 A

அலகு தவறு.

(5) 0.011 C

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): Q = It = 2 × (3×60) = 2 × 180 = 360 C.

Q13 / 20 ★★★☆☆

1 kWh-இல் எத்தனை joule?

(1) 1000 J

அது kJ.

(2) 3.6×10⁶ J

சரி — 1000×3600.

(3) 3600 J

அது Wh.

(4) 1×10⁶ J

தவறு.

(5) 60 J

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): 1 kWh = 1000 W × 3600 s = 3.6×10⁶ J. வீட்டு மின் கட்டண "யூனிட்".

Q14 / 20 ★★★★☆

2 kW தாபனம் 3 மணி நேரம் இயங்கினால் எத்தனை யூனிட் (kWh)?

(1) 6 kWh

சரி — 2×3 = 6.

(2) 5 kWh

தவறு.

(3) 2 kWh

தவறு.

(4) 0.67 kWh

தலைகீழ்.

(5) 600 kWh

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = Pt = 2 kW × 3 h = 6 kWh (6 யூனிட்). கட்டணம் = 6 × அலகு விலை.

Q15 / 20 ★★★☆☆

ஒரு மின்கலத்தின் EMF-ஐ அளக்க சிறந்த கருவி?

(1) அம்மீட்டர் / ammeter

மின்னோட்டம்.

(2) மின்னழுத்த சமப்படுத்தி (potentiometer) / potentiometer

சரி — பூஜ்ஜிய மின்னோட்டத்தில்.

(3) வோல்ட்மீட்டர் (சாதாரண) / ordinary voltmeter

Ir வீழ்ச்சி உண்டு.

(4) ஓம்மீட்டர் / ohmmeter

மின்தடை.

(5) கால்வனோமீட்டர் / galvanometer

மட்டும் கண்டறிதல்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): பொடென்ஷியோமீட்டர் சமநிலையில் மின்கலத்திலிருந்து மின்னோட்டம் எடுக்காது (I=0) → Ir வீழ்ச்சி இல்லை → உண்மை EMF-ஐ அளக்கிறது. சாதாரண வோல்ட்மீட்டர் சிறிது மின்னோட்டம் எடுப்பதால் V = ε−Ir (சற்றுக் குறைவு).

Q16 / 20 ★★★★☆

மின்னோட்டம் இரட்டிப்பானால் ஒரு மின்தடையில் அழியும் திறன் (I²R)?

(1) இரட்டிப்பு / doubles

P∝I².

(2) நான்கு மடங்கு / four times

சரி — 2² = 4.

(3) பாதி / halves

இல்லை.

(4) மாறாது / unchanged

இல்லை.

(5) கால் பங்கு / a quarter

இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): P = I²R ∝ I². I இரட்டிப்பு → P நான்கு மடங்கு.

Q17 / 20 ★★★☆☆

பளுவின் மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும்போது முனை மின்னழுத்தம்?

(1) அதிகரிக்கும் / increases

இல்லை.

(2) குறையும் / decreases

சரி — V = ε−Ir, I↑.

(3) மாறாது / unchanged

இல்லை.

(4) EMF-ஐ விட அதிகம் / exceeds EMF

சாத்தியமற்றது.

(5) பூஜ்ஜியம் / zero

இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = ε − Ir; I↑ → Ir↑ → V↓. அதனால் அதிக பளுவில் மின்கல மின்னழுத்தம் வீழ்கிறது (உ-ம். கார் ஸ்டார்ட்டர் இயங்கும்போது விளக்குகள் மங்குதல்).

Q18 / 20 ★★★★☆

இரு 1.5 V மின்கலங்கள் தொடரில் — மொத்த EMF?

(1) 1.5 V

ஒரு கலம்.

(2) 3 V

சரி — தொடரில் கூட்டல்.

(3) 0.75 V

அது சமாந்தரம்.

(4) 1 V

தவறு.

(5) 4.5 V

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): தொடரில் EMF-கள் கூட்டப்படும்: 1.5 + 1.5 = 3 V (உள் தடைகளும் கூட்டப்படும்). சமாந்தரத்தில் EMF மாறாது (1.5 V) ஆனால் உள் தடை குறையும், அதிக மின்னோட்டம் தர முடியும்.

Q19 / 20 ★★★☆☆

மின் ஆற்றல் வெப்பமாக மாறுவதை (heating effect) எந்தச் சாதனம் பயன்படுத்துகிறது?

(1) டயோடு / diode

நேராக்கல்.

(2) மின் தாபனம்/சூடாக்கி (heater) / electric heater

சரி — I²R வெப்பம்.

(3) மின்மாற்றி / transformer

மின்னழுத்தம்.

(4) டிரான்சிஸ்டர் / transistor

கட்டுப்பாடு.

(5) மின்தேக்கி / capacitor

மின்னூட்டம்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): மின் சூடாக்கி, இஸ்திரிப்பெட்டி, விளக்கின் இழை, fuse — அனைத்தும் I²R வெப்ப விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றன.

Q20 / 20 ★★★★☆

மொத்த 12 V மூலம், பளுவில் 9 V தோன்றினால் உள் தடையில் வீணான மின்னழுத்தம்?

(1) 21 V

கூட்டல் அல்ல.

(2) 3 V

சரி — 12−9 = 3.

(3) 9 V

அது பளு.

(4) 12 V

அது EMF.

(5) 1.33 V

தவறு.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): V = ε − Ir → Ir = ε − V = 12 − 9 = 3 V (உள் தடையில் வீணான மின்னழுத்தம்).

📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3

கட்டமைப்பு வினா 1 8 புள்ளி

ஒரு மின்கலம் EMF 1.5 V, உள் தடை r = 0.5 Ω, ஒரு 2.5 Ω மின்தடைக்கு இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

(a) சுற்று மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடுக.

விடை

I = ε/(R+r) = 1.5/(2.5+0.5) = 1.5/3 = 0.5 A

(b) முனை மின்னழுத்தத்தைக் கணக்கிடுக.

விடை

V = ε − Ir = 1.5 − (0.5×0.5) = 1.5 − 0.25 = 1.25 V

(c) பளுவில் அழிக்கப்படும் திறனைக் கணக்கிடுக.

விடை

P = I²R = 0.5²×2.5 = 0.25×2.5 = 0.625 W

கட்டமைப்பு வினா 2 6 புள்ளி

வீட்டில் ஒரு "2000 W, 230 V" மின் சூடாக்கி தினமும் 2.5 மணி நேரம் இயங்குகிறது (யூனிட் LKR 50).

(a) வேலை மின்னோட்டம் & மின்தடையைக் கணக்கிடுக.

விடை

I = P/V = 2000/230 ≈ 8.7 A

R = V²/P = 230²/2000 ≈ 26.5 Ω

(b) 30 நாட்களுக்கான மின் கட்டணத்தைக் கணக்கிடுக.

விடை

தினசரி E = 2 kW × 2.5 h = 5 kWh; 30 நாள் = 150 kWh

கட்டணம் = 150 × 50 = LKR 7500

கட்டமைப்பு வினா 3 5 புள்ளி

EMF & உள் தடை.

(a) EMF-ஐயும் முனை மின்னழுத்தத்தையும் வேறுபடுத்துக.

விடை

EMF (ε) = மூலம் ஒவ்வொரு கூலூம்புக்கும் தரும் மொத்த ஆற்றல் (I=0-இல் அளவிடப்படும்). முனை மின்னழுத்தம் V = ε−Ir = வெளி சுற்றுக்குக் கிடைக்கும் மின்னழுத்தம்; எப்போதும் EMF-ஐ விடச் சிறிது (மின்னோட்டம் பாயும்போது).

(b) r-ஐ எவ்வாறு சோதனை மூலம் காணலாம் எனக் கூறுக.

விடை

V-ஐ பல்வேறு I மதிப்புகளுக்கு அளந்து V vs I வரைபடம் வரைக; V = ε − Ir எனவே சாய்வு = −r, y-வெட்டு = ε.

✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4

கட்டுரை வினா 1 10 புள்ளி

(a) EMF & உள் தடையை வரையறுத்து, V = ε − Ir எனத் தருவிக்க. (b) ஒரு V vs I வரைபடம் எவ்வாறு ε & r-ஐத் தரும் எனக் கூறுக. (c) ε=6 V, r=1 Ω, பளு R=2 Ω எனில் I, V, பளு திறன்.

மாதிரி விடையைக் காண்க

(a) EMF ε = மூலம் ஒவ்வொரு கூலூம்புக்கும் தரும் மொத்த ஆற்றல் (ε = W/Q). மின்னோட்டம் I பாயும்போது உள் தடை r-இல் Ir மின்னழுத்தம் வீணாகும், எனவே வெளி சுற்றுக்குக் கிடைப்பது V = ε − Ir.
(b) V = ε − Ir-ஐ V (y) vs I (x) ஆக வரைந்தால் நேர்க்கோடு: y-வெட்டு = ε (I=0-இல்), சாய்வு = −r.
(c)

I = ε/(R+r) = 6/(2+1) = 2 A

V = ε − Ir = 6 − 2×1 = 4 V

P_load = I²R = 2²×2 = 8 W

கட்டுரை வினா 2 10 புள்ளி

(a) மின் திறன் சூத்திரங்கள் P = VI = I²R = V²/R-ஐக் கூறி தருவிக்க. (b) ஒரு மின்கலத்தில் மொத்த திறன் எவ்வாறு பளு + உள் தடைக்குப் பகிரப்படுகிறது எனக் கூறி, திறன் (efficiency) = R/(R+r) எனக் காட்டுக. (c) ε=12 V, r=2 Ω, R=4 Ω எனில் மொத்த திறன், பளு திறன், திறன்%.

மாதிரி விடையைக் காண்க

(a) திறன் P = ஆற்றல்/நேரம் = VQ/t = VI. ஓம் விதி V=IR-ஐப் பயன்படுத்த: P = (IR)I = I²R = V(V/R) = V²/R.
(b) மூலம் தரும் மொத்த திறன் = εI; இதில் பளுவில் I²R பயனாகும், உள் தடையில் I²r வெப்பமாக வீணாகும். திறன் = பயன்/மொத்தம் = I²R/(εI) = IR/ε = R/(R+r).
(c)

I = 12/(4+2) = 2 A

மொத்த P = εI = 12×2 = 24 W

பளு P = I²R = 2²×4 = 16 W

திறன் = R/(R+r) = 4/6 = 66.7%

கட்டுரை வினா 3 10 புள்ளி

(a) மின் ஆற்றல் E = Pt = VIt எனக் கூறி, kWh-ஐ விளக்குக (1 kWh = 3.6×10⁶ J). (b) ஒரு வீட்டில் 5 × "100 W" விளக்குகள் 5 மணி நேரம், ஒரு "1.5 kW" இஸ்திரி 1 மணி நேரம் இயங்கினால் தினசரி யூனிட் & மாதக் கட்டணத்தைக் கணக்கிடுக (யூனிட் LKR 45, 30 நாள்).

மாதிரி விடையைக் காண்க

(a) மின் ஆற்றல் E = திறன் × நேரம் = Pt = VIt = I²Rt. வீட்டுக் கணக்கீட்டில் யூனிட் = kWh = 1 kW × 1 h = 1000×3600 = 3.6×10⁶ J.
(b)

விளக்குகள்: 5×100 W = 500 W = 0.5 kW; ×5 h = 2.5 kWh

இஸ்திரி: 1.5 kW × 1 h = 1.5 kWh

தினசரி = 2.5 + 1.5 = 4 kWh (யூனிட்)

மாதம் = 4 × 30 = 120 kWh; கட்டணம் = 120 × 45 = LKR 5400

கட்டுரை வினா 4 10 புள்ளி

(a) அதிகபட்ச திறன் மாற்றம் (maximum power transfer) எப்போது நிகழ்கிறது எனக் கூறி, R = r எனும்போது பளு திறன் அதிகபட்சம் என விளக்குக. (b) ஏன் இந்நிலையில் திறன் (efficiency) 50% மட்டுமே எனக் கூறுக. (c) ε=10 V, r=2 Ω. R = 2 Ω எனும்போது பளு திறன், மற்றும் R = 8 Ω எனும்போது பளு திறன் — ஒப்பிடுக.

மாதிரி விடையைக் காண்க

(a) பளு திறன் P = I²R = ε²R/(R+r)². இதை R-உடன் மாற்றி அதிகபட்சம் காண, R = r எனும்போது P அதிகபட்சம் (impedance matching).
(b) R = r எனும்போது பளுவிலும் (I²R) உள் தடையிலும் (I²r) சம திறன் அழியும்; எனவே பயன் = மொத்தத்தில் பாதி → திறன் = R/(R+r) = 50%.
(c)

R=2: I = 10/4 = 2.5 A; P = I²R = 2.5²×2 = 12.5 W (அதிகபட்சம், R=r)

R=8: I = 10/10 = 1 A; P = 1²×8 = 8 W (குறைவு)

→ R=r=2 Ω-இல் பளு திறன் அதிகபட்சம் (12.5 W > 8 W).