விஞ்ஞானம் — தரம் 11 பரீட்சை

1. (அ) இழையம் என்றால் என்ன? (2 புள்.)
(ஆ) பிரியிழையம் என்றால் என்ன என்று வரையறுத்து, அதன் மூன்று வகைகளையும் அமைவிடம், செயல்பாடு என்பவற்றுடன் விளக்குக. (6 புள்.)
(இ) புல் மேய்த்த பிறகு மீண்டும் வளர்வதற்குப் பொறுப்பான பிரியிழைய வகை எது? காரணம் சொல்க. (2 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

இழைய வரையறை — ஒத்த அமைப்புள்ள, ஒரே வேலையைச் செய்யும் செல்களின் தொகுதி.
பிரியிழைய வரையறை — பிளவாக்கம் தொடரும், மெல்லிய சுவர், கலத்திடைவெளி இல்லாத, பெரிய கருவுள்ள செல்களின் தொகுதி.
உச்சிப் பிரியிழையம் — தண்டு உச்சி + வேர் நுனி — நீள வளர்ச்சி.
இடைப்புகுந்த — கணுக்களுக்கிடையே (புல், நெல், கரும்பு) — மீள வளர்ச்சி.
பக்கப் பிரியிழையம் — தண்டு/வேரின் பக்கம் — பருமன் வளர்ச்சி.
மீள வளர்ச்சி = இடைப்புகுந்த பிரியிழையம், ஏனெனில் அது மேய்ந்த உச்சி நீக்கப்பட்ட பிறகும் கணுக்களுக்கிடையே நிலைத்திருந்து புதிய செல்களை உருவாக்குகின்றது.

(அ) இழையம் என்பது ஒத்த அமைப்புள்ள, ஒரே ஒரு குறிப்பிட்ட வேலையை ஒன்றுசேர்ந்து செய்யும் செல்களின் தொகுதி.

(ஆ) பிரியிழையம் என்பது பிளவாக்கம் தொடரும் ஆற்றலுடைய இழையம். அதன் செல்கள் சிறியவை, மெல்லிய கலச்சுவர், பெரிய கரு, சிறு புன்வெற்றிடம், கலத்திடைவெளி இல்லாதவை.
(1) உச்சிப் பிரியிழையம் (apical meristem) — தண்டின் உச்சியிலும் வேரின் நுனியிலும் இருக்கின்றது. தாவரத்தைச் நீளமாக வளர்க்கின்றது.
(2) இடைப்புகுந்த பிரியிழையம் (intercalary meristem) — கணுக்களுக்கிடையே, ஏற்கனவே வளர்ந்த பகுதிகளுக்கு நடுவில். புல், நெல், கரும்பு போன்ற மோனோகாட் தாவரங்களின் மீள வளர்ச்சிக்கு மிக முக்கியம்.
(3) பக்கப் பிரியிழையம் (lateral meristem) — தண்டின், வேரின் பக்கவாட்டில். தாவரத்தைப் பருமனாக வளர்க்கின்றது.

(இ) புல் மீள வளர்ச்சிக்குப் பொறுப்பு — இடைப்புகுந்த பிரியிழையம். ஏனெனில் புல் மேய்ந்தபோது உச்சிப் பிரியிழையம் நீக்கப்பட்டுவிட்டது; ஆனால் கணுக்களுக்கிடையே நிலைத்திருந்த இடைப்புகுந்த பிரியிழையம் தொடர்ந்து செல்களை உற்பத்தி செய்து புல்லைப் புதியதாக வளர்க்கின்றது.

2. (அ) எளிய நிலையிழையங்களின் மூன்று வகைகளையும் அமைப்பு, தொழில் என்பவற்றுடன் ஒப்பிட்டுக் காட்டுக. (6 புள்.)
(ஆ) வல்லருக் கலவிழையத்தில் காணப்படும் இரு வடிவங்களையும் ஓர் உண்மையான உதாரணத்துடன் விளக்குக. (4 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

புடைக் கலவிழையம் — மெல்லிய சுவர், பெரிய புன்வெற்றிடம், கலத்திடைவெளி உண்டு, உயிருடன்; உணவுச் சேமிப்பு + காயம் குணமாக்கம்.
ஒட்டுக் கலவிழையம் — மூலையில் cellulose தடிப்பு, நீளமான செல்; இள தாவரத்துக்கு நெகிழ்வான தாங்கல்.
வல்லருக் கலவிழையம் — lignin படிந்த தடித்த சுவர், இறந்த செல்; கடினமான தாங்கல்.
நார்கள் — நீளமான, கூரிய நுனிகள் (சணப்பு, இல்ல நார்).
வல்லருக்கள் (sclereids) — குறுகிய, தடித்த (பேரிக் கனியின் grit, தென்னையோடு).

(அ) எளிய நிலையிழையம் = ஒரே வகை செல்களால் ஆன நிலையிழையம்; மூன்று வகை:

புடைக் கலவிழையம் (parenchyma) — செல்கள் உருண்டை/பல்கோண, மெல்லிய சூழ்மட்டுச் சுவர், பெரிய மைய புன்வெற்றிடம், செல்களுக்கிடையே பெரிய கலத்திடைவெளி; உயிருடன். தொழில்: உணவுச் சேமிப்பு (உருளைக்கிழங்கு), புகைச்சுவாசம், காயம் குணமாக்கம், நீர்த்தாவரங்களில் காற்றுச் சேமிப்பு (aerenchyma).

ஒட்டுக் கலவிழையம் (collenchyma) — நீளமான செல்கள்; கலச்சுவரின் மூலைகளில் மட்டும் cellulose தடிப்பு. செல்கள் உயிருடன், கலத்திடைவெளி குறைவு. தொழில்: இள பசுந்தண்டுகளுக்கு + இலை நரம்புகளுக்கு உறுதி + நெகிழ்வு ஒன்றுசேர்ந்த தாங்கல்.

வல்லருக் கலவிழையம் (sclerenchyma) — செல்களின் சுவரில் lignin அடர்த்தியாகப் படிந்து சுவர் கடினமாகின்றது; அப்போது protoplasm இறந்துவிடுகின்றது — அதாவது இறந்த இழையம். தொழில்: கடினமான கட்டமைப்புத் தாங்கல்.

(ஆ) வல்லருக் கலவிழையத்தின் இரு வடிவம்:
(1) நார்கள் (fibres) — நீளமான, கூரிய நுனிகள், ஒரே சீர் தடிப்பு. உதாரணம்: சணப்பு (jute)—Corchorus தாவரத் தண்டின் நார்கள் retting-மூலம் பிரிக்கப்பட்டு கோணி/கயிறு உற்பத்திக்குப் பயன்படுகின்றன.
(2) வல்லருக்கள் (sclereids) — குறுகிய, தடித்த, ஒழுங்கற்ற வடிவம். உதாரணம்: தென்னையோடு—முழுவதும் வல்லருக்கள்; பேரிக் கனியில் கொறுகொறுப்பான grit cells.

3. (அ) காழ் (xylem) மற்றும் உரியம் (phloem) ஆகியவற்றின் அமைப்பு, கூறுகள், செயல்பாட்டில் காணப்படும் வேறுபாடுகளை அட்டவணை வடிவில் தருக. (6 புள்.)
(ஆ) தாவரத்தில் உணவின் இருதிசை கடத்தலுக்கு உரியம் எவ்வாறு பொறுப்பாகின்றது? சல்லடைக் குழாய் — துணைச் செல் கூட்டு வேலையை விளக்குக. (4 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

காழ்: 4 கூறுகள் (vessel, tracheid, fibre, parenchyma); நீரை மேற்கு கடத்தல்.
உரியம்: 4 கூறுகள் (sieve tube, companion, fibre, parenchyma); உணவைப் பல திசை கடத்தல்.
காழ் பெரும்பாலும் இறந்த செல்; உரியம் பெரும்பாலும் உயிருள்ள.
Sieve tube உறை பிரிக்கப்பட்ட sieve plates கொண்டது; companion cell ATP supply.
Source (இலை) → Sink (வேர், கனி) translocation.

(அ) காழ் VS உரியம்:

| பண்பு | காழ் (xylem) | உரியம் (phloem) |
|---|---|---|
| கடத்துவது | நீர் + கனிய உப்புகள் | இலையில் தயாரிக்கப்பட்ட உணவு (குளுக்கோசு) |
| திசை | வேர் → இலை (மேற்கு) | இலை → வேர், பழம் (இருதிசை) |
| 4 கூறுகள் | காழ்க் குழாய், குழல் செல், நார், புடைக்கலவிழையம் | சல்லடைக் குழாய், துணைச் செல், நார், புடைக்கலவிழையம் |
| உயிர் நிலை | பெரும்பாலும் இறந்தவை (lignified) | பெரும்பாலும் உயிருடன் |
| இயக்க சக்தி | Transpiration pull + root pressure | Active loading + osmotic gradient (Munch hypothesis) |

(ஆ) சல்லடைக் குழாய் (sieve tube) செல்கள் உயிருடன் இருந்தாலும் கருவை இழந்தவை — sieve plate-கள் மூலம் ஒன்றோடொன்று இணைந்து நீளமான பெருந்தண்டு (column) போல அமைகின்றன. ஆனால் கரு இல்லாமல் function செய்ய முடியாது.

அதனாலேயே ஒவ்வொரு sieve tube பக்கத்திலும் ஒரு துணைச் செல் (companion cell) இருக்கின்றது — இதில் கரு + ribosome + mitochondria அதிகம். அது ATP-ஐ உற்பத்தி செய்து sieve tube-க்கு வழங்குகின்றது. மேலும், இலையில் தயாரிக்கப்பட்ட சர்க்கரையை active loading-மூலம் sieve tube-க்குள் தள்ளுகின்றது.

இந்த loading-ஆல் sieve tube-ல் osmotic concentration அதிகரித்து, அந்த இடத்துக்கு வேண்டிய நீர் xylem-இலிருந்து உள்ளே வருகின்றது. அதனால் ஏற்படும் hydrostatic pressure வேர் / கனிக்கு உணவைத் தள்ளுகின்றது — இது Munch's mass-flow hypothesis.

இதனாலேயே வசந்த காலத்தில் உணவு வேருக்கு கீழே இழுக்கப்படுகின்றது; கோடையில் கனியை விரிக்க மேற்கு செல்கின்றது — ஒரே குழாயமைப்பு, source–sink ஏற்ப இருதிசை.

4. விலங்கு உடலின் நான்கு வகை இழையங்களையும் ஒரு உதாரண இடம், ஒரு தனிப்பண்பு, ஒரு தொழில் ஆகியவற்றுடன் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

மேலணி (Epithelial) — தோல், குடல் உள்ளுறை — அடிப்படையம் கீழே — பாதுகாப்பு + உறிஞ்சல்.
தொடுப்பு (Connective) — இரத்தம், எலும்பு — matrix + cells — இணைப்பு + தாங்கல் + கடத்தல்.
தசை (Muscular) — கையின் biceps — சுருங்கு-நீள்ந்தன்மை — இயக்கம்.
நரம்பு (Nervous) — மூளை, முதுகுத்தண்டு — dendrite + axon — சைகைக் கடத்தல்.

(1) மேலணி இழையம் (Epithelial Tissue) — உடலின் வெளிப்புறம், உள் உறுப்புகளின் lining. செல்கள் நெருக்கமாக அடுக்கப்பட்டுள்ளன; கீழே அடிப் படையம் (basement membrane). உதாரணம்: சிறுகுடல் உள்ளுறை = simple columnar with microvilli. தொழில்: பாதுகாப்பு, உணவை உறிஞ்சல், கசிவு.

(2) தொடுப்பிழையம் (Connective Tissue) — செல்களுக்கிடையே ஒரு matrix (திரவம், gel, அல்லது திட்மம்) இருக்கின்றது. உதாரணம்: குருதி — பிளாஸ்மா என்னும் திரவ matrix-ல் RBC, WBC, platelets மிதக்கின்றன; எலும்பு — calcium phosphate-ஆல் கடினமான matrix. தொழில்: பிற இழையங்களை இணைத்தல், தாங்கல், வளர்ச்சிக்குத் தேவையான பொருட்களைக் கடத்தல்.

(3) தசையிழையம் (Muscular Tissue) — சுருங்கும், நீளும் தனிச்சிறப்பு. உதாரணம்: கையின் biceps = வன்கூட்டுத் தசை (skeletal): உருளை வடிவம், பல கருக்கள் பக்கவாட்டில், குறுக்கு வரிகள், நினைவில் இயக்கம். தொழில்: எலும்புகளுடன் ஒட்டி உடலை அசைத்தல், உணவை குடலில் தள்ளுதல், இதயத்தைத் துடிக்க வைத்தல்.

(4) நரம்பு இழையம் (Nervous Tissue) — அலகு செல் = நரம்புக்கலம் (neuron). கல வுடல் + சைகையை வாங்கும் dendrites + நீளமான axon + insulating myelin sheath. உதாரணம்: மூளை, முதுகுத் தண்டுவடம், புற நரம்புகள். தொழில்: சைகைகளைப் புலன் உறுப்பிலிருந்து CNS-க்கு, CNS-இலிருந்து தசை/சுரப்பிக்கு மின்-வேதியியல் சைகைகளாகக் கடத்தல் — உடல் முழுவதின் கட்டுப்பாடு + ஒருங்கிணைப்பு.

5. மூன்று வகை தசையிழையங்களையும் (மழமழப்பான, வன்கூட்டு, இதயம்) கீழ்க்கண்ட பண்புகளுடன் ஒப்பிட்டுக் காட்டுக: செல் வடிவம் · கருக்களின் எண்ணிக்கை · குறுக்கு வரிகள் · தன்னிச்சை கட்டுப்பாடு · இடம். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

மழமழப்பான — நீள, கூரிய நுனி, ஒற்றை மைய கரு, வரிகள் இல்லை, தன்னிச்சை இல்லாதது, இரப்பை/குடல்.
வன்கூட்டு — உருளை, பல கருக்கள் பக்கவாட்டில், வரிகள் உண்டு, நினைவில், எலும்புகளுடன்.
இதயம் — கிளைத்த, ஒற்றை மைய கரு, வரிகள் உண்டு, தன்னிச்சை இல்லாதது, இதயத்தில் மட்டும்.
இதயத் தசையின் தனிச்சிறப்பு — intercalated discs.

| பண்பு | மழமழப்பான தசை | வன்கூட்டுத் தசை | இதயத் தசை |
|---|---|---|---|
| செல் வடிவம் | நீளமான, கூரிய நுனி (spindle) | நீளமான, உருளை, கிளையாதது | கிளைத்த, குறுகிய |
| கருக்கள் | ஒன்று, மையத்தில் | பல, செல் சுவருக்கு அருகே | ஒன்று, மையத்தில் |
| குறுக்கு வரிகள் | இல்லை | உண்டு | உண்டு |
| கட்டுப்பாடு | தன்னிச்சை இல்லாதது (involuntary) | நினைவில் (voluntary) | தன்னிச்சை இல்லாதது (involuntary) |
| இடம் | இரப்பை, குடல், இரத்தக்குழாய், கருப்பை சுவர் | எலும்புகளுடன் ஒட்டிய அனைத்து உடல் தசைகள் | இதயத்தில் மட்டும் |

தனிச்சிறப்புகள்:
• வன்கூட்டுத் தசை மட்டுமே நீங்கள் நினைவில் இயக்கக் கூடியது — அதனாலேயே ஒலிம்பிக் தடகள வீரர்கள் இந்தத் தசையையே பயிற்றுவிக்கின்றனர்.
• மழமழப்பான தசை விரைவில் களைப்படையாது; குடல் இரவு பகலாகச் சுருங்கி உணவைத் தள்ளுகின்றது.
• இதயத் தசை மட்டுமே இணைப்புத் தட்டுகள் (intercalated discs) கொண்டது — இதனால் ஒரு செல்-இல் தொடங்கும் மின் சைகை இதயம் முழுவதும் ஒத்திசைவாகப் பரவி, ஒரே நேரத்தில் சுருங்க வைக்கின்றது. இதனாலேயே இதயம் ஒரு "syncytium" போல வேலை செய்கின்றது.

6. (அ) நரம்பு இழையத்தின் அலகு கலமான நரம்புக்கலத்தின் (neuron) அமைப்பை ஒரு படத்தினூடாக விளக்குக. (4 புள்.)
(ஆ) புலன், இயக்க, இடைத்தூது நரம்புக்கலங்களை வேலையின் அடிப்படையில் ஒப்பிட்டு, ஒரு எளிய prepatellar reflex arc-இல் இவை எவ்வாறு கூட்டாகச் செயல்படுகின்றன என்பதை விளக்குக. (6 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Neuron பாகம் — கல வுடல், dendrites, axon, myelin sheath, Ranvier node, தொலை நுனிகள்.
Sensory = receptor → CNS.
Motor = CNS → effector.
Inter = CNS-உள் relay.
Knee jerk reflex — quadriceps tendon தாக்கல் → sensory → spinal cord interneuron → motor → quadriceps contraction.

(அ) நரம்புக்கலத்தின் அமைப்பு: கருவைக் கொண்ட கல வுடல்; அதிலிருந்து வெளிவரும் பல குறுகிய, கிளைத்த புறமுளைகள் (dendrites) — அக்கம்பக்கம் உள்ள neurons-ஐயோ receptor-ஐயோ தொட்டுச் சைகைகளை வாங்கும். மேலும், ஒரே ஒரு நீளமான உள்முளை (axon) — இதனால் சைகை வெளியேற்றப்படும். உள்முளை மீது lipid-ஆனாலான மயலின் கவசம் (myelin sheath) குறுக்கிட்ட பகுதிகளுடன் (Schwann cells) போர்த்தப்பட்டுள்ளது. இரு myelin segment-களுக்கிடையே மயலின் இல்லாத இரன்வியரின் கணு (Node of Ranvier) — சைகையை jump செய்ய வைத்து conduction-ஐ விரைவாக்குகின்றது (saltatory conduction). Axon முடிவில் கிளைத்த terminal boutons, அடுத்த neuron-உடன் synapse உருவாக்கும்.

(ஆ) வேலை அடிப்படையில் மூன்று வகை:
• புலன் நரம்புக்கலம் (sensory) — புலன் உறுப்பு (receptor) → CNS. ஆதாரம் = வெளி உலகம்.
• இயக்க நரம்புக்கலம் (motor) — CNS → தசை/சுரப்பி (effector). ஆதாரம் = CNS தீர்வு.
• இடைத்தூது நரம்புக்கலம் (inter) — CNS-உள் மட்டும். இரு பிற நரம்புக்கலங்களுக்கிடையே relay.

முழங்கால் ஜெர்க் ரிஃபிளக்ஸ் (knee jerk reflex): மருத்துவர் முழங்கால் கீழ் patellar tendon-ஐ ஒரு சுத்தியால் தட்டினால் — (1) தசையின் stretch receptor-கள் தூண்டப்படுகின்றன; (2) சென்சரி நியூரான் சைகையை முதுகுத் தண்டுவடம் வரை எடுத்துச் செல்கின்றது; (3) தண்டுவடத்தில் இடைத்தூது சைகையை இயக்க நியூரானுக்கு அனுப்புகின்றது (மிக எளிய monosynaptic reflex-ல் இது நேரடியாக நிகழும்); (4) மோட்டார் நியூரான் சைகையைக் குவாட்ரிசெப்ஸ் தசைக்கு அனுப்புகின்றது; (5) தசை விரைவாகச் சுருங்கி கால் முன்னோக்கி உதைக்கின்றது.

இந்த ஒரு-வினாடி வினையில் மூளையின் ஈடுபாடு இல்லை — அதனாலேயே இது reflex. ஆகவே மூன்று நியூரான்களும் ஒரே நேர்கோட்டில் ஒன்றுசேர்ந்து உடலைப் பாதுகாக்கின்றன.

7. இரத்தம் ஒரு தொடுப்பிழையம் என்று ஏற்றுக்கொள்ள மாணவர்கள் அடிக்கடி தயக்கம் காட்டுகின்றனர். இரத்தத்தின் கூறுகளை விளக்கி, இது ஏன் தொடுப்பிழைய வரையறையை நிறைவேற்றுகின்றது என்பதை விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

தொடுப்பிழைய வரையறை — செல்களுக்கிடையே matrix; செல்கள் சிதறி, matrix-ல் மிதக்கின்றன.
இரத்தத்தின் கூறுகள் — பிளாஸ்மா (matrix) + RBC + WBC + platelets.
பிளாஸ்மா திரவ matrix; RBC ஆக்சிசன், WBC நோய் எதிர்ப்பு, platelets கட்டிக்கொள்ளல்.
மற்ற connective tissues-உடன் ஒற்றுமை — origin (mesoderm), matrix presence.
வேறுபாடு epithelium-உடன் — epithelium-ல் matrix இல்லை, செல்கள் நெருக்கம்.

தொடுப்பிழையத்தின் வரையறை — செல்களுக்கிடையே ஒரு matrix (திரவம், gel, அல்லது திட்மம்) காணப்பட வேண்டும். செல்கள் நெருக்கமாக இல்லாமல், அந்த matrix-ல் சிதறிக் கிடப்பவை. வரையறையில் "திரவம்" சேர்க்கப்பட்டிருப்பதே குறிப்பிடத்தக்கது.

இரத்தத்தின் கூறுகள்:
• பிளாஸ்மா — மஞ்சள் கலந்த வெளிரிய திரவம், இரத்தத்தின் 55%. 90% நீர், மீதி: plasma proteins (albumin, globulin, fibrinogen), மின்பகுபொருட்கள் (Na⁺, K⁺, Cl⁻), சர்க்கரை, அமினோ அமிலம், ஹார்மோன், எச்சக் கழிவுகள் (urea).
• சிவப்பு குருதிச்செல் (RBC) — biconcave வடிவம், கரு இல்லை, ஹீமோகுளோபின் நிரம்பியது. ஆக்சிசனை நுரையீரலிலிருந்து உடல் முழுவதும் சுமக்கும்.
• வெள்ளைக் குருதிச்செல் (WBC) — பல வடிவம், கரு உண்டு. நோய்க்கிருமிகளை விழுங்குதல் (phagocytosis), antibody உற்பத்தி.
• சிறு தட்டுகள் (platelets) — செல் துண்டுகள், கரு இல்லை. காயப்பட்ட இடத்தில் கட்டிக்கொண்டு blood clot உருவாக்கும்.

தொடுப்பிழைய வரையறையை இரத்தம் எவ்வாறு நிறைவேற்றுகின்றது?
(1) Matrix உண்டு — பிளாஸ்மா திரவ வடிவ matrix.
(2) செல்கள் சிதறி matrix-ல் மிதக்கின்றன — RBC, WBC, platelets நெருக்கமாக ஒட்டிக்கொள்ளாமல், தனித்தனியே பிளாஸ்மாவில் சுமக்கப்படுகின்றன.
(3) உருவாக்கம் — embryo-வில் mesoderm-இலிருந்து உருவாகின்றது — மற்ற connective tissues (எலும்பு, cartilage) போலவே.
(4) தொழில் — பல்வேறு பாகங்களை இணைத்துப் பொருட்களைக் கடத்தல் = connective tissue-ன் classical function-ஐயே நிறைவேற்றுகின்றது.

ஆகவே, "திரவம் என்றால் தொடுப்பிழையம் ஆக முடியாது" என்பது தவறான முன்முடிவு. தொடுப்பிழையத்தின் வரையறையில் matrix-ன் நிலை (திரவம்/gel/திட்மம்) regulated இல்லை — செல்களுக்கிடையே matrix இருந்தால் போதும். ஆகவே இரத்தம் = திரவ தொடுப்பிழையம் (fluid connective tissue).

1. (அ) ஒளித்தொகுப்பின் வரையறையையும் சமனிட்ட வேதியியல் சமன்பாட்டையும் தருக. (3 புள்.)
(ஆ) ஒளித்தொகுப்புக்குத் தேவையான நான்கு கூறுகளை விளக்குக; ஒவ்வொன்றிலும் ஏன் தேவை என்பதைச் சுட்டிக்காட்டுக. (5 புள்.)
(இ) ஒளித்தொகுப்பின் சக்தி மாற்றத்தை ஒரு வரியில் சொல்க. (2 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வரையறை — green plants + sunlight + CO₂ + H₂O → glucose + O₂.
Equation: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
நான்கு கூறுகள்: ஒளி, பச்சையம், CO₂, நீர்.
ஒவ்வொன்றின் வேலை.
சக்தி மாற்றம்: ஒளி → வேதியியல்.

(அ) ஒளித்தொகுப்பு என்பது பச்சைத் தாவரங்கள் சூரிய ஒளி சக்தியைப் பயன்படுத்தி, காற்றில் உள்ள CO₂-ஐயும் மண்ணில் உள்ள நீரையும் சேர்த்து குளுக்கோசை உற்பத்தி செய்து, அதே நேரத்தில் ஆக்சிசனை வெளியேற்றும் வேதியியல் தொகுப்புச் செயல்முறை.

சமனிட்ட சமன்பாடு:
6CO₂(வளி) + 6H₂O(திரவம்) ─[ஒளி + பச்சையம்]→ C₆H₁₂O₆(கனிய) + 6O₂(வளி)

(ஆ) நான்கு கூறுகள்:
(1) ஒளி — சக்தி மூலம். ATP/NADPH உருவாக்கம் ஒளி-தங்கிய (light-dependent) reactions-ல். ஒளி இல்லாமல் தொடக்க சக்தி கிடைக்காது.
(2) பச்சையம் (chlorophyll) — ஒளி சக்தியை உள்ளீர்க்கும் நிறமி. பசுங்கணிக thylakoid சவ்வில் பதிக்கப்பட்டுள்ளது. சிவப்பு + நீலம் கதிர்களை absorb செய்கின்றது.
(3) CO₂ — carbon ஆதாரம், Calvin cycle-ல் glucose-க்கு fix செய்யப்படுகின்றது. காற்றில் இருந்து stomata வழியாக.
(4) நீர் (H₂O) — hydrogen ஆதாரம் + photolysis-ஆல் O₂ வெளியீடு. வேர் வழியாக xylem ஊடாக.

(இ) சூரிய ஒளி சக்தி → குளுக்கோசின் வேதியியல் (C–C, C–H bond) சக்தியாக மாற்றப்படுகின்றது.

2. ஒளித்தொகுப்புக்குத் தேவையான கூறுகளில் CO₂ அவசியம் என்பதை நிரூபிக்க ஒரு பரிசோதனை வடிவமைத்து, தேவையான பொருட்கள், வழிமுறை, எதிர்பார்க்கப்படும் முடிவு ஆகியவற்றை விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

இரண்டு ஒத்த தாவரம் A + B.
முதலில் 48 hr இருளில் destarch.
A — மணி + NaOH (CO₂ உறிஞ்சும்).
B — மணி + நீர் மட்டும் (control).
சூரியனில் 3 மணி → ஒரு இலை எடுத்து starch test.
A: blue-black இல்லை; B: blue-black உண்டு. முடிவு: CO₂ அவசியம்.

சோதனைப் பெயர்: ஒளித்தொகுப்புக்கு CO₂ அவசியம் என்பதை நிரூபித்தல் (செயற்பாடு 2.2).

தேவையான பொருட்கள்: 2 ஒத்த பசுந்தாவர சட்டிகள் (A, B); 2 கண்ணாடி மணிகள் (bell jar); KOH அல்லது NaOH கரைசல்; pure water; iodine கரைசல்; alcohol; கொதி நீர்; சட்டகம்.

வழிமுறை:
(1) தாவரம் A + B-ஐ 48 மணி இருளில் வையுங்கள் — ஏற்கனவே இலையில் இருந்த starch consumed ஆகும்.
(2) தாவரம் A-ன் சட்டிக்குள் ஒரு சிறு கிண்ணத்தில் NaOH கரைசல் வைக்கவும். மணியால் முழுவதையும் இறுக்கமாக மூடவும்.
(3) தாவரம் B-ன் சட்டிக்குள் நீர் நிறைந்த கிண்ணம் வைக்கவும். மணியால் மூடவும். (Control — CO₂ available.)
(4) இரண்டையும் 2-3 மணி சூரிய ஒளியில் வையுங்கள்.
(5) ஒவ்வொரு தாவரத்திலிருந்தும் ஒரு இலையை எடுத்து:
• கொதி நீரில் 2 நிமிடம் — uy இரக்கம்.
• கொதிக்கும் alcohol-ல் — chlorophyll நீக்கம் (decolorize).
• கொதி நீரில் கழுவிய இலைக்கு iodine கரைசல் சேர்க்கவும்.

எதிர்பார்க்கப்படும் முடிவு:
• தாவரம் A-ன் இலை → நிறம் மாறவில்லை (iodine yellow-brown). CO₂ absorbed by NaOH; ஒளித்தொகுப்பு நடக்கவில்லை; starch உருவாகவில்லை.
• தாவரம் B-ன் இலை → நீல-கருப்பு. CO₂ உள்ளது; ஒளித்தொகுப்பு நடந்து starch உருவாகியுள்ளது.

முடிவு: CO₂ இல்லாமல் ஒளித்தொகுப்பு நடக்காது — அதாவது CO₂ ஒளித்தொகுப்புக்கு அவசியம்.

Why this works (control logic): A + B இரண்டிலும் ஒளி, நீர், பச்சையம், வெப்பநிலை — அனைத்தும் ஒன்றுபோல. ஒரே ஒரு variable = CO₂ availability. ஆகவே, விளைவு வேறுபாடு CO₂-வுக்கே attributable.

3. (அ) ஒரு பச்சைத் தாவரத்தின் இலையில் ஒளித்தொகுப்பு நடைபெறும் இடம் எங்கே? — leaf → cell → organelle → molecular layer வரை விளக்குக. (5 புள்.)
(ஆ) Variegated இலை (கொலியம், கிராட்டன்) — ஒளித்தொகுப்பு சோதனைகளுக்கு ஏன் சிறந்த தேர்வு? (5 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Leaf — palisade mesophyll > spongy mesophyll.
Cell — chloroplast organelle.
Chloroplast — outer + inner membrane + stroma + thylakoid stacks (grana).
Thylakoid membrane — chlorophyll embedded.
Variegated — green + white parts; built-in control.
Single leaf same conditions, only chlorophyll varies.

(அ) இலை → பசுங்கணிகம் → பச்சையம் — மூன்று உள்ளீரல் அடுக்குகள்:

Level 1 — Leaf anatomy: ஒரு பச்சை இலையை குறுக்கு வெட்டில் பார்த்தால் — மேல் epidermis, கீழே palisade mesophyll (நீளமான, செங்குத்து செல்கள், chloroplast-rich, primary photosynthesis site), அடுத்து spongy mesophyll (loose செல்கள், கலத்திடைவெளி பெரியது, gas exchange-க்கு). கீழ் epidermis-ல் stomata — CO₂ in, O₂ out.

Level 2 — Cellular: ஒரு palisade மாதிரி செல்-ல் சுமார் 30-50 பசுங்கணிகங்கள் — lens-shape, விரிவான surface area. Chloroplasts cyclosis (cytoplasmic streaming)-ஆல் ஒளி நோக்கி நகரக்கூடியவை.

Level 3 — Chloroplast architecture: Outer membrane + inner membrane + இடையே intermembrane space. உள்ளே stroma (கொலொடாய்டு பாகம், Calvin cycle நடைபெறும் இடம்). Stroma-ல் penny stacks போல grana (singular: granum) — ஒவ்வொரு granum-ம் thylakoid sacs-ஆல் ஆனது.

Level 4 — Molecular: Thylakoid சவ்வில் chlorophyll molecules + photosystems I & II + electron transport chain proteins embedded. இங்கே ஒளி → ATP/NADPH மாற்றம்.

(ஆ) Variegated இலை = built-in control: கொலியம் போன்ற variegated தாவரங்களின் ஒரே இலையில் — பச்சை பகுதி (chlorophyll-rich) + வெள்ளை/மஞ்சள் பகுதி (chlorophyll absent). இரண்டுக்கும் ஒளி, CO₂, நீர், வெப்பநிலை, mineral nutrients — அனைத்தும் ஒன்றுபோல. ஒரே ஒரு variable மட்டுமே வேறுபாடு = chlorophyll presence/absence.

ஆகவே:
(1) ஒரே இலையை iodine சோதனைக்கு உட்படுத்தும்போது — பச்சை பகுதி blue-black, வெள்ளை பகுதி brown.
(2) தனி இலை → split data, perfectly matched experimental + control conditions.
(3) இரண்டு வேறுவேறு தாவரங்களை ஒப்பிடுவதைவிட statistically reliable — variables கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன.
(4) Practical — fewer plants needed; same plant easier maintenance.

Conclusion: Single variegated leaf = compact, controlled experiment. Variegated தாவரங்களை இறை வேண்டி பாட நிறுவனங்களே வளர்க்கின்றனர் — இதே research utility-க்காக.

4. ஒரு பசுந்தாவரத்தின் இலையில் மாப்பொருள் சோதனை (iodine test) செய்வதன் முழு வழிமுறையை விளக்குக. ஒவ்வொரு படிமுறையின் காரணத்தையும் கூட சொல்க. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Step 1 — leaf detach.
Step 2 — கொதி நீரில் 1-2 நிமிடம் (uy + cell wall rupture).
Step 3 — கொதிக்கும் alcohol (chlorophyll decolorize).
Step 4 — கொதி நீரில் கழுவல் (alcohol stiffness soften).
Step 5 — iodine கரைசல் ஊற்றல்.
Step 6 — color observation: blue-black = starch present.

தேவையான பொருட்கள்: பசுந்தாவர இலை, தண்ணீர், alcohol, iodine கரைசல், boiling water bath, beaker, forceps, white tile.

Step-by-step procedure:

படி 1 — இலையை பறித்தல்: ஒளி படும் பகுதியிலிருந்து பசுமையான இலையை எடுக்க. காரணம்: Recently photosynthesised leaf-ல்தான் starch நிரம்பியிருக்கும்.

படி 2 — கொதி நீரில் 1-2 நிமிடம்: இலையை forceps-ஆல் boiling water-ல் வையுங்கள். காரணம்: இலை செல்லின் உயிரை killed; enzymes inactivate; cell walls denatured + ruptured. அதனால் subsequent reagents penetrate செய்ய முடிகின்றது. மேலும் starch granules gelatinise → iodine reaction efficient.

படி 3 — கொதிக்கும் alcohol bath: Beaker-ல் alcohol சேர்த்து இலையை அதில் வையுங்கள் (boiling water bath மேல், direct flame பயன்படுத்தாதீர்கள் — alcohol fire-prone). காரணம்: Chlorophyll lipid-soluble pigment — alcohol-ல் கரையும். இலை color-ஐ இழந்து மஞ்சள்-வெள்ளை ஆகும். Decolorised leaf-ல் iodine reaction color clearly தெரியும்.

படி 4 — கொதி நீரில் கழுவல்: Decolorised brittle இலையை மீண்டும் hot water-ல் dip செய்யுங்கள். காரணம்: Alcohol-induced brittleness mitigate; leaf soft + flexible ஆக்கி iodine penetration easy.

படி 5 — Iodine கரைசலை ஊற்றல்: White tile-ல் இலையை விரிக்கவும். Iodine கரைசலை droppingly cover செய்யவும். 1-2 நிமிடம் காத்திருங்கள்.

படி 6 — விளைவு observation:
• நீல-கருப்பு நிறம் = starch present = photosynthesis நடந்துள்ளது.
• மஞ்சள்/பழுப்பு நிறம் மட்டும் = starch absent (only iodine\'s native colour) = photosynthesis நடக்கவில்லை.

Underlying chemistry: Iodine (I₂) starch-ன் amylose helix-உள் uptake; color complex blue-black. Glycogen, cellulose-உடன் இவ்வாறு react ஆகாது — starch-specific test.

Safety: Alcohol flammable → direct flame-ல் boil செய்யாதீர்கள், water bath-ல் மட்டுமே.

5. ஒளித்தொகுப்பு செயல்முறை உலகுக்குச் செய்யும் நான்கு முக்கிய பயன்களை உதாரணங்களுடன் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Food — entire food chain depends on plant glucose.
O₂ — atmospheric oxygen supply.
CO₂ removal — greenhouse mitigation.
Fossil fuels — ancient photosynthesis energy.
Aquatic O₂ supply — fish survival.

(1) உணவின் ஆதாரம் (Food source for all life): பச்சைத் தாவரம் ஒளித்தொகுப்பின் மூலம் தயாரிக்கும் குளுக்கோசே — அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அடிப்படை உணவு. தாவரங்களை நேரடி உண்ணும் தாவரத் தீனிகள் (cow, deer, கோழி); தாவரத் தீனிகளை உண்ணும் இறைச்சித் தீனிகள் (singh, eagle); இறுதியாக மனிதன் — மூன்றும் ஒளித்தொகுப்பு energy-ஐ பல்வேறு உயிர் வடிவங்களாக transfer செய்கின்றனர். ஆகவே food chain-ன் தொடக்கம் = photosynthesis. நீங்கள் சாப்பிடும் தோசை, biriyani, அண்டா எல்லாம் ஆதியில் ஒளித்தொகுப்பின் தயாரிப்பே.

(2) வாயு மண்டலத்துக்கு O₂ வழங்கல்: நாம் சுவாசிக்கும் காற்றில் 21% ஆக்சிசன் — இவை யாவும் billions ஆண்டுகளாக ஒளித்தொகுப்பு அடிப்படையில் cyanobacteria + algae + plants ஆலே சேமிக்கப்பட்டது. ஒவ்வொரு பெரிய மரம் ஆண்டுக்கு ~118 kg O₂ வெளியேற்றுகின்றது — இரண்டு மனிதனின் ஆண்டு சுவாசத் தேவை.

(3) CO₂ அகற்றல் + பசுமைக் குடில் தடுப்பு: மனிதனின் தொழிற்சாலைகள், வாகனங்கள், கல்நிலக்கரி நிலையம் — அனைத்தும் CO₂-ஐ வெளியேற்றுகின்றன. ஒளித்தொகுப்பு இந்த CO₂-ஐ uptake செய்து carbon cycle-ஐ balance செய்கின்றது. ஒரு hectare அமேசோன் காடு ஆண்டுக்கு சுமார் 10 tonnes CO₂ absorb செய்கின்றது. Deforestation = double trouble (less absorption + emission). ஆகவே reforestation = climate solution.

(4) நீர்த்தாவரம் → நீர் O₂: ஆழ் ஏரிகள், கடல்களின் algae + நீர்த்தாவரங்கள் dissolved O₂-ஐ வெளியேற்றி மீன், கணுக்கால்கள், பவளப்பாறை உயிர்களுக்கு சுவாசம் வழங்குகின்றன. நீர்த்தாவரம் இல்லாத ஏரியில் dissolved O₂ குறைந்து fish kill நிகழும். Aquarium-களில் oxygenator plants நிலையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

(5) புதைபடிவ எரிபொருட்கள் (bonus): நாம் இன்று எரிக்கும் கல்நிலக்கரி, பெட்ரோல், diesel — மில்லியன் ஆண்டுகள் முன் ஒளித்தொகுப்பு செய்து புதைந்த தாவர + algal mass-இலிருந்து உருவானவை. நாம் எரிக்கும் fuel = stored ancient sunlight.

Conclusion: ஒளித்தொகுப்பு என்பது வெறும் தாவர செயற்பாடல்ல — இது பூமியின் carbon, oxygen, energy cycles-ஐ ஓட்டும் fundamental life-support engine. தாவரம் இல்லாத பூமி = ஒரு வாரத்திற்குள் oxygen-less, food-less, lifeless planet.

6. செயற்பாடு 2.5 — ஒளித்தொகுப்பில் ஆக்சிசன் வெளியேற்றப்படுகின்றது என்பதைக் காட்டும் சோதனையை ஒரு படத்துடன் விளக்கி, வெளியேற்றப்பட்ட வளி ஆக்சிசன் என்று உறுதிப்படுத்தும் வழியையும் கூறுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Apparatus — large beaker + funnel inverted + test tube on funnel stem.
Hydrilla / Elodea — submerged aquatic plant.
Sunlight 2-3 hr.
Gas bubbles collect in test tube.
Glowing wood splint test — splint rekindles → O₂.

சோதனைப் பெயர்: ஒளித்தொகுப்பில் O₂ வெளியீடு (செயற்பாடு 2.5).

தேவையான பொருட்கள்: நீர்த்தாவரம் (Hydrilla verticillata அல்லது Elodea); பெரிய glass beaker (1 L); குறுகிய stem-உடைய glass funnel; test tube; சூரிய ஒளி; எரியும் wooden splint.

Setup:
(1) Beaker-ல் தண்ணீர் (~3/4 fill) நிரப்பவும்.
(2) Hydrilla தாவரத்தின் கிளைகளை வெட்டி beaker-ல் வையுங்கள் — cut end கீழே இருக்க வேண்டும்.
(3) Funnel-ஐ inverted-ஆக தாவரத்தின் மீது வையுங்கள் — funnel mouth தாவரத்தை மூடும்.
(4) நீர் நிறைந்த ஒரு test tube-ஐ funnel stem மேல் inverted-ஆக வையுங்கள் — air bubble வராமல் carefully.
(5) முழு apparatus-ஐயும் சூரிய ஒளி நேராகப் படும் இடத்தில் வையுங்கள்.

Observation:
• 1-2 மணி நேரத்தில் — Hydrilla இலை மேற்பரப்பில் தொடர்ந்து சிறு குமிழ்கள் (bubbles) எழுந்து funnel வழியாக மேல் சென்று test tube-ல் சேகரிக்கப்படும்.
• 2-3 மணி நேரம் ஆனபின் test tube-ல் கணிசமான gas collect ஆகியிருக்கும்.

Gas-ன் தன்மையை சோதித்தல்:
(1) Test tube-ஐ thumb-ஆல் மூடி funnel-இலிருந்து carefully எடுக்கவும்.
(2) ஒரு புதிய wood splint-ஐ light pottu blow out செய்து glowing (கொதிக்கும் ஆனால் flame இல்லாத) நிலையில் இருக்கும்போது test tube-ல் insert செய்யவும்.
(3) Glowing splint relights with bright flame = O₂ உண்டு.

Why glowing splint test works: O₂ combustion-ஐ ஆதரிக்கும் வாயு. சாதாரண காற்றில் 21% O₂; ஆனால் ஒளித்தொகுப்பு bubble = pure O₂. அதனால் glowing splint immediately re-ignite ஆகும்.

Control variations:
• Dark-ல் வைத்த similar setup → no bubbles. ஆகவே bubbles photosynthesis-ஆலேயே.
• Boiled water (CO₂ removed) — bubble rate குறையும். ஆகவே CO₂ source = dissolved bicarbonate, photosynthesis-க்கு essential.

Conclusion: ஒளித்தொகுப்பின் by-product = O₂. (1) Bubble visible production + (2) glowing splint relighting = direct proof. சோதனை elegant + classroom-friendly.

7. ஒளித்தொகுப்பு VS சுவாசம் (respiration) — இரண்டையும் ஐந்து பண்புகளுடன் ஒப்பிட்டுக் காட்டுக. பகலில் ஒரு பச்சைத் தாவரம் இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் மேற்கொள்ளும் — net result என்ன? (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Substrate, product, energy direction, cell location, time of day.
Photosynthesis = CO₂ + H₂O → glucose + O₂ (anabolic, light).
Respiration = glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP (catabolic, anytime).
Daytime: P > R → net O₂ release, net CO₂ uptake.
Nighttime: P=0, R only → net O₂ uptake, CO₂ release.
Compensation point concept.

ஒப்பீடு அட்டவணை:

| பண்பு | ஒளித்தொகுப்பு | சுவாசம் |
|---|---|---|
| Substrate | CO₂ + H₂O | Glucose + O₂ |
| Product | Glucose + O₂ | CO₂ + H₂O + ATP |
| Energy flow | Sunlight stored as bonds (anabolic) | Bonds broken → ATP released (catabolic) |
| Cell organelle | Chloroplast | Mitochondrion + cytoplasm |
| Time of day | Daytime only (light needed) | 24 hours (continuous) |

பகலில் ஒரே நேரத்தில் இரண்டும் நடைபெறும்:
ஒரு பச்சைத் தாவரம் பகலில் ஒளித்தொகுப்பு + சுவாசம் இரண்டையும் சமமாக செய்கின்றது. நிகர விளைவு (net result) light intensity-ஐப் பொறுத்தது:

(அ) குறை light (காலையில், மாலையில், மேகமூட்டம்): Photosynthesis rate (P) குறைவு; Respiration (R) தொடரும். P ≈ R → no net gas exchange. இந்த நிலை compensation point.

(ஆ) நிறை light (மதியம், clear sunlight): P >> R. Tree consumes own respiratory CO₂ + extra atmospheric CO₂. Net: CO₂ uptake + O₂ release. நாம் காற்றில் கூர் pin O₂ measure செய்தால் — காலையில் < மதியம் < மாலை early. Tree forests humidity + cooler temperature குறிக்கும்.

(இ) இரவு (darkness): P = 0; R மட்டும். Net: O₂ uptake + CO₂ release. அதனாலேயே "bedroom-ல் plant இரவில் O₂ குறைக்கும்" மிகை — practically negligible amount.

Energy balance over 24 hours: ஒரு ஆரோக்கியமான பச்சைத் தாவரம் day-time photosynthesis surplus night-time respiration consumption-ஐ விட பெரியது. நிகர annual O₂ release positive — net carbon storage as biomass (இதே wood formation-க்கு underlying mechanism).

Symbiotic perspective: நாம் breathe out செய்யும் CO₂ — அதே CO₂ அருகில் உள்ள மரத்தின் ஒளித்தொகுப்புக்கு substrate ஆகின்றது; அந்த மரம் release செய்யும் O₂ — அதே நாம் breathe in செய்வது. மிக நெருங்கிய இரசாயன dance. காடுகள் destroyed ஆனால் இந்த dance broken → climate crisis.

1. (அ) கலவை (mixture) என்றால் என்ன? கூட்டுப்பொருளுக்கும் கலவைக்கும் இடையே மூன்று வேறுபாடுகளைத் தருக. (4 புள்.)
(ஆ) ஒத்த + ஒத்தற்ற கலவைகளை ஒவ்வொன்றுக்கும் இரு உதாரணங்களுடன் விளக்குக. (6 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வரையறை — 2+ பொருட்கள் வேதியியல் வினையில்லாமல்.
3 வேறுபாடுகள் — composition (variable vs fixed), bond (no vs yes), separation (physical vs chemical).
ஒத்த — uniform composition; உதா: உப்புக்கரைசல், காற்று.
ஒத்தற்ற — non-uniform; உதா: மண், எண்ணெய்+நீர்.

(அ) கலவை என்பது இரு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட பொருட்கள் வேதியியல் வினையில் ஈடுபடாமல், தங்கள் தனிப்பண்புகளை இழக்காமல், எந்த விகிதத்திலும் கலந்திருக்கும் சேர்வை.

கூட்டுப்பொருளுக்கும் கலவைக்கும் வேறுபாடுகள்:

| பண்பு | கலவை | கூட்டுப்பொருள் |
|---|---|---|
| Composition | Variable (any ratio) | Fixed (definite ratio, e.g. H:O = 2:1 in H₂O) |
| Bond | வேதியியல் bond இல்லை | Atoms chemically bonded |
| Separation | Physical method (filter, distill, magnet) | Chemical reaction மட்டுமே |

(ஆ) ஒத்த கலவை (homogeneous): கூறுகள் முழுவதிலும் ஒரே வீத விகிதத்தில் கலந்துள்ளவை. பார்ப்பதற்கு ஒரே நிறம், ஒரே நிலை — sample location-ஐ பொறுத்தில்லாமல் composition same.
உதா-1: உப்புக் கரைசல் — beaker-ன் மேலிலிருந்தும் கீழிலிருந்தும் எடுத்தாலும் same salt concentration.
உதா-2: காற்று — N₂ (78%), O₂ (21%), Ar (0.9%), CO₂ (0.04%) ஒரே மாதிரி கலந்தது.

ஒத்தற்ற கலவை (heterogeneous): கூறுகள் வேறுவேறு பகுதிகளில் வேறுபடும் அளவில் கலந்தவை. கூறுகள் தனித்தனியே பார்க்க முடியும்; phase boundaries கண்ணுக்குப் புலப்படும்.
உதா-1: மண் — மணல், களி, இலையடிமம், சிறு கல்—ஒரு பகுதியில் அதிக மணல், மற்றொன்றில் அதிக களி.
உதா-2: எண்ணெய் + நீர் — immiscible, இரண்டு தனி layers; எண்ணெய் மேலே, நீர் கீழே (density வேறுபாட்டால்).

2. (அ) 4 g NaOH-ஐ 100 cm³ நீரில் கரைத்தால் கரைசலின் molarity-ஐ கணக்கிடுக. (Na=23, O=16, H=1) (4 புள்.)
(ஆ) 0.2 mol/dm³ KCl-இன் 250 cm³ கரைசலை தயாரிக்க எத்தனை g KCl வேண்டும்? (K=39, Cl=35.5) (3 புள்.)
(இ) Mass fraction, mass concentration, molarity, mole fraction ஆகிய நான்கு அளவீடுகளின் அலகுகளைத் தருக. (3 புள்.) (10 புள்ளி)

3. கரைதிறன் (solubility) என்றால் என்ன? வெப்பநிலையின் சார்பில் (1) திட கரைதிகள், (2) வளி கரைதிகள் — இரண்டின் கரைதிறன் எவ்வாறு மாறுகின்றது என்பதை விளக்கி, ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு உண்மையான உதாரணம் தருக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வரையறை — at given T, max கரைதி in 100 g water.
அலகு g per 100 g water.
திட — T↑ → solubility↑ (KNO₃ example).
வளி — T↑ → solubility↓ (fish in warm water).
Practical implications.

கரைதிறன் (Solubility): ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில், 100 g நீரில் (கரைப்பானில்) கரையக்கூடிய ஒரு கரைதியின் அதிகபட்ச நிறை. அலகு = g per 100 g நீர். கரைதிறன் temperature-ஐப் பொறுத்து கணிசமாக மாறும்.

(1) திட கரைதிகள் — பெரும்பாலானவை T↑ → solubility↑:
KNO₃ classic உதாரணம் — 25°C-ல் ~38 g, 80°C-ல் ~170 g (4× அதிகரிப்பு). NaCl exception: temperature-ஆல் மிக சிறிது மட்டுமே மாறும் (~36g flat). CuSO₄, KCl, sugar — T↑ → solubility↑.

காரணம்: Solid dissolution பெரும்பாலும் endothermic (energy-consuming). High T → higher kinetic energy → lattice break easier → more dissolution.

நடைமுறை: சூடான தேனீரில் சர்க்கரை பெருமளவில் கரையும்; குளிர்ந்தபின் crystallize ஆகும். Industrial purification — hot dissolve → cool → pure crystals (recrystallization).

(2) வளி கரைதிகள் — T↑ → solubility↓ (நேர்மாறானது):
O₂, CO₂, N₂ — high T-ல் கரைதிறன் குறையும். 0°C நீரில் 14 mg/L O₂; 25°C-ல் 8 mg/L; 35°C-ல் 7 mg/L.

காரணம்: Gas dissolution typically exothermic (Le Chatelier — heat = product → high T pushes gas out). KE increase → gas molecules escape liquid.

உதாரணம் — மீன் survival: சூடான குளம்/நதி → கரைந்த ஆக்சிசன் (DO) குறை → மீன் suffocation. கோடைகாலத்தில் fish kill events common; thermal pollution from power plants கூட same effect.

உதாரணம் — Soda fizz: Cold soda-ல் CO₂ அதிகம் கரைந்திருக்கும்; சூடாக ஆக்கினால் pressure release → fizz வெளியேறி flat. அதனாலேயே refrigeration.

முடிவு: திடம் ↔ வாயு — opposite temperature behaviour. மக்கள் சாப்பாட்டிலும் (சூடான மருந்து கரைய), மீன்பிடியிலும் (குளிர் நீர் oxygen-rich), industry-ய்லும் (cooling crystallization) அன்றாடப் பயன்.

4. கூறுகளைப் பிரிக்க பயன்படும் ஐந்து முறைகளை அவற்றின் அடிப்படை principle + ஒரு uses-உடன் விளக்குக. ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு வாழ்க்கை உதாரணம் சேர்க்க. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Filtration — particle size, மண்-நீர்.
Distillation — boiling point, sea water → fresh water.
Fractional distillation — close BP liquids, crude oil.
Crystallization — solubility curve, sea salt production.
Chromatography — differential adsorption, leaf pigments.

(1) சல்லடைப் பிரிப்பு (Filtration):
Principle: Pore size வேறுபாடு. கரையாத திட துகள்கள் pore-ஐ விட பெரியவை → filter மீது நின்றுவிடும்; திரவம் pore-ஊடாக கீழே செல்லும்.
Use: கரையாத திண்மம் + திரவம் கலவையை பிரித்தல்.
உதா: மண்-நீர் கலவை; மருந்தாக்கு பாலாதலி suspended impurities; வீட்டுத் தண்ணீர் sand filter.

(2) எளிய வடித்தல் (Simple Distillation):
Principle: கொதி நிலை வேறுபாடு. திரவம் boil → vapour → condenser-ல் cool → liquid distillate; non-volatile solute flask-ல் மிஞ்சும்.
Use: கரைந்த uppu + நீர் கலவை.
உதா: கடல் நீர் → desalination → drinking water; perfume distillation; ethanol from fermented mash (first cut).

(3) பகுதிப் பிரித்தாக்கம் (Fractional Distillation):
Principle: Multiple boiling points அருகில் இருக்கும்போது fractionating column-உள் நிலைப்படியான separation. Vapour ஏற — cool plates-ல் reflux + revaporize repeatedly.
Use: கச்சா எண்ணெய் (crude oil) → petrol, diesel, kerosene, bitumen.
உதா: Petroleum refinery 60m tall column; whiskey distillery; liquid air → liquid N₂ + O₂ medical.

(4) படிகமாதல் (Crystallization):
Principle: Solubility temperature-dependent. Hot saturated solution + slow cool → solubility limit exceed → pure crystals form.
Use: கரைந்த uppu + impurities → pure crystals.
உதா: கடல் உப்பளம் (sun-driven evaporation); CuSO₄·5H₂O blue crystals lab; sugar industry; pharmaceutical drug purification.

(5) நிறப்பகுப்பாய்வு (Chromatography):
Principle: Mobile phase (solvent) over stationary phase (paper / silica) — components varying affinity → different rates of migration → separation.
Use: நிறமிகள், amino acids, drugs — small amounts purification + identification.
உதா: இலையின் chlorophyll a + b + carotenoid பிரிப்பு (school lab); forensic ink analysis; pharma quality control; modern HPLC + LC-MS sophisticated versions.

முறையைத் தேர்வுசெய்யும் key: கலவையின் physical property வேறுபாட்டை identify செய்து matching method தேர்வு செய்க — particle size (filter), BP (distill), solubility (crystallize), polarity (chromatography), magnetism (magnet).

5. நிறை + நிறையற்ற + மிகை நிறை (saturated / unsaturated / supersaturated) கரைசல்களை ஒப்பிட்டு வேறுபாட்டை விளக்குக. ஒரு supersaturated கரைசலை எவ்வாறு தயாரிப்பது? — disturb ஆனால் என்ன நடக்கும்? (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Unsaturated — kareithran-க்கு below.
Saturated — at limit.
Supersaturated — above limit, metastable.
Preparation — heat dissolve + slow cool undisturbed.
Disturbance → instant crystallization.
Rock candy / hand warmers practical examples.

மூன்று கரைசல் வகைகள்:

(1) நிறையற்ற கரைசல் (Unsaturated): கரைதியின் அளவு temperature-ல் கரைதிறன் limit-க்கு கீழே. கூடுதலாக கரைதி சேர்த்தால் கரைய முடியும். உதா: 25°C-ல் 20 g NaCl in 100 g water (limit 36 g).

(2) நிறை கரைசல் (Saturated): கரைதி அதிகபட்ச (கரைதிறன்) அளவில் உள்ளது — dynamic equilibrium. கூடுதலாக சேர்த்தால் கரையாமல் crystal form-ல் கீழே precipitate. உதா: 25°C-ல் 36 g NaCl in 100 g water = saturation point.

(3) மிகை நிறை கரைசல் (Supersaturated): Saturation point-க்கு மேலே, ஆனால் temporarily கரைந்த நிலை — மிக unstable (metastable). எந்தச் சிறு disturbance-ஆலும் excess solute crystal form-ல் வீழ்படியும்.

தயாரிப்பு வழி (preparation):
(1) Hot water (60-80°C) எடுக்கவும்.
(2) Excess solute (NaCl, sodium acetate, etc.) கரைய வைக்கவும் — high T-ல் higher solubility.
(3) Filter to remove any undissolved particles (nucleation site removal).
(4) கரைசலை slow + undisturbed cooling — air-tight container-ல், movement இல்லாமல், temperature gradient soft-ஆக.
(5) Cool solution = supersaturated (excess கரைந்த நிலையில் இருக்கின்றது, ஆனால் thermodynamically unstable).

Disturbance → crystallization:
• ஒரு tiny seed crystal drop செய்தாலோ, அல்லது container-ஐ tap செய்தாலோ — அக்கணமே excess solute pure crystals-ஆக mass-crystallize. அழகான cascade!

நடைமுறை உதாரணங்கள்:

Rock candy: Super-saturated sugar syrup-ல் string drop → string மீது large sugar crystals slowly grow. குழந்தைகளுக்குப் பிடித்த lab activity.

Hand warmer (sodium acetate): Heat pack-ல் supersaturated sodium acetate solution. Metal disc click செய்தபோது nucleation → exothermic crystallization → 54°C heat release.

Honey crystallization: Honey = supersaturated sugar in water. Long storage-ல் glucose crystals slowly form → cloudy/grainy honey. Heat-ஆல் re-dissolve.

Cloud formation: Supersaturated water vapour atmosphere-ல் — dust particles seed → condensation → cloud droplet. Atmospheric chemistry-ல் same principle.

6. உப்புக் கரைசல், காற்று, மண், எண்ணெய்-நீர், brass — இந்த ஐந்து சேர்வைகளை வகைப்படுத்துக (ஒத்த/ஒத்தற்ற/கூட்டுப்பொருள்), அவற்றை எவ்வாறு பிரிப்பது என்று குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Salt solution — homogeneous mixture; distillation/crystallization.
Air — homogeneous; fractional distillation of liquid air.
Soil — heterogeneous; sieving + filtration.
Oil-water — heterogeneous; separating funnel.
Brass — homogeneous (alloy); chemical methods only.

| சேர்வை | வகை | பிரிப்பு முறை |
|---|---|---|
| உப்புக் கரைசல் | ஒத்த கலவை (NaCl dissolved uniformly in water) | Simple distillation (BP difference) → distillate = pure water; flask residue = solid NaCl. அல்லது evaporation/crystallization → salt crystals. |
| காற்று | ஒத்த கலவை (N₂ 78%, O₂ 21%, Ar 0.9%, CO₂ 0.04% uniform mix of gases) | Liquefaction + fractional distillation. காற்றை −200°C-ஆக cool → liquid air → fractionating column — N₂ first (BP −196°C), then Ar, then O₂ (BP −183°C). Medical O₂, industrial N₂ ఇதே. |
| மண் | ஒத்தற்ற கலவை (மணல், களி, அழியடிமம், சிறுகற்கள் — uneven) | (1) Sieving — particle size அளவின்படி பிரித்தல் (geological sieves). (2) நீர் சேர்த்து stir → settling → decantation → layers (gravel sink first, clay last). (3) Filtration of clay-water suspension. |
| எண்ணெய் + நீர் | ஒத்தற்ற கலவை (immiscible, two layers) | Separating funnel — heavier water layer (bottom) drain off via stopcock first; oil (lighter) remains in funnel and poured separately. Oil spill cleanup industrially scaled version. |
| Brass | ஒத்த கலவை — alloy (solid solution) Cu + Zn | Physical separation impossible at macroscopic scale. Chemical methods only — e.g., dissolve in acid → selectively precipitate metals. Practically expensive; alloys typically reused as alloys. |

Pattern recognition for choosing the method:
• Uniform appearance, single phase → likely homogeneous → distill/crystallize.
• Distinct layers/visible particles → heterogeneous → mechanical (filter, decant, separate funnel).
• Metal alloy → solid solution; rarely separated physically.
• Multiple miscible liquids close BP → fractional distillation.
• Insoluble solid + liquid → filtration.

7. 180 g நீரில் 23 g எத்தனாலை (C₂H₅OH) கரைத்தது ஒரு கரைசல். (C=12, H=1, O=16) (1) எத்தனாலின் மோல் எண்ணிக்கை. (2) கரைசலின் மோல் பின்னம் (ethanol). (3) நிறை சதவீத கலவியம் (% m/m). (4) நிறை செறிவு (கரைசல் கனவளவு 200 cm³). எல்லாவற்றையும் showing working காட்டுக. (10 புள்ளி)

1. (அ) அலை என்றால் என்ன? அதன் முக்கிய பண்பு (energy vs mass) ஒன்றை விளக்குக. (3)
(ஆ) குறுக்கு + நெட்டு அலைகளை ஒரு உதாரணத்துடன் வேறுபடுத்துக. (4)
(இ) பொறிமுறை + மின்காந்த அலை ஆகியவற்றுக்கிடையே மூன்று வேறுபாடுகள். (3) (10 புள்ளி)

2. (அ) அலையின் வரையறுக்கப்பட்ட 5 பண்புகள் — λ, A, f, T, v — ஐ வரையறுத்து குறியீடு + அலகுடன் தருக. (5)
(ஆ) வேகம் v = fλ — இதை derive செய்து, ஒரு கணக்கீட்டில் பயன்படுத்துக. (5) (10 புள்ளி)

3. மின்காந்த நிறமாலையை (electromagnetic spectrum) 7 பகுதிகளுடன் விளக்கி, ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு பயன்பாட்டையும் ஒரு ஆபத்தையும் (where applicable) தருக. (10 புள்ளி)

4. ஒலி (sound) — ஒரு மெக்கானிக்கல் நெட்டு அலை. (அ) ஒலி காற்றில் எவ்வாறு propagate ஆகின்றது? (3) (ஆ) Pitch, Loudness, Quality மூன்றும் என்ன? (4) (இ) காற்று, நீர், இரும்பு — மூன்றில் ஒலி வேகம் ஏன் வேறுபடுகின்றது? (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Compression + rarefaction alternating.
Pitch=f; Loudness=A; Quality=waveform.
Sound speed: solid > liquid > gas due to molecular coupling.

(அ) ஒலியின் propagation: Sound source (vocal cords, speaker) vibrate → அக்கம்பக்கம் காற்று molecules-ஐ push/pull. Push → compression (high pressure region); pull → rarefaction (low pressure). இவை சேர்ந்து pressure waves longitudinally travel செய்கின்றன. காதில் ear drum எதிர்-vibrate → cochlea → brain. காற்று molecules themselves source-இலிருந்து listener-க்கு travel செய்யவில்லை; only pressure pattern travel.

(ஆ) 3 sound qualities:
• Pitch (உச்சவீடு): Frequency-dependent. அதிக f → high pitch (bird whistle). குறை f → low pitch (bass).
• Loudness (உரத்தம்): Amplitude-dependent. அதிக A → loud. Decibel (dB) logarithmic scale. 60dB normal speech, 120dB pain threshold.
• Quality / Timbre (தரம்): Waveform shape-dependent. அதே note (same f, A) பியானோ vs கிட்டார் வேறு sound — harmonic content + envelope வேறு. நாம் voices recognise செய்வது இதனால்.

(இ) Speed comparison:
• காற்று (20°C): 340 m/s
• நீர்: 1500 m/s (4× faster)
• இரும்பு: 5000 m/s (15× faster)

காரணம்: Sound propagation = molecules push neighbours. Dense + tightly-coupled (solid) molecules transmit fast. Loose gas molecules slow.
Generally: solid > liquid > gas.

Implication: Earthquake P-waves rocks-ஊடாக very fast travel — first arrival distant seismograph. Whales communicate over hundreds of km in water. Train approaching — rail-ல் ear-ஐ வைத்தால் hum sound (5000 m/s) air sound (340 m/s) விட earlier கேட்கும்.

5. ஒலியின் பயன்பாடுகளை விளக்குக — SONAR, medical ultrasound, ultrasonic cleaning, industrial NDT. ஒவ்வொன்றிலும் principle + ஒரு use case குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

6. EM அலையும் ஒலி அலையும் ஐந்து பண்புகளில் ஒப்பிடுக: type, medium need, speed, transverse/longitudinal, examples. மேலும், சந்திரனில் கால் வைத்த astronauts ஒருவரோடொருவர் speak செய்ய எவ்வாறு communicate செய்தனர் — விளக்குக. (10 புள்ளி)

7. எதிரொலி (echo) — (அ) வரையறை + minimum reflecting distance calculation (3) (ஆ) Practical applications — bats, SONAR, cave depth measurement (4) (இ) Echo VS reverberation வேறுபாடு (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Echo = reflected sound after persistence.
17 m derivation.
Bat echolocation.
SONAR depth/distance.
Reverberation = many overlapping reflections.

(அ) எதிரொலி (Echo): ஒலி அலை ஒரு கடின reflecting surface-ல் தாக்கி திரும்பி கேட்பவருக்கு வந்தால் — அந்த reflected sound = echo. Original sound persist ஆக்கி, பிறகு distinct-ஆக கேட்க வேண்டும்.

Minimum distance calculation:
• ஒலியின் வேகம் காற்றில் v = 340 m/s.
• மனிதனின் ear persistence of hearing t = 0.1 s.
• Echo distinct-ஆக கேட்க — round-trip time > 0.1 s.
• Round-trip distance = v × t = 340 × 0.1 = 34 m.
• One-way distance = 34 ÷ 2 = 17 m.

முடிவு: Reflecting surface (சுவர், கல்) 17 m-க்கு மேல் இருந்தால் தான் distinct echo. அதற்கு அருகில் இருந்தால் original + reflected overlap → no separate echo.

(ஆ) Practical applications:

(1) Bat Echolocation: Bats ultrasonic chirps (40-100 kHz) emit; insect / wall-இலிருந்து echo → 3D mental map. முழு darkness-ல் navigation + prey-catching.

(2) SONAR — கடல் ஆழம் / submarine detection: Ship transducer sound pulse emit. Bottom-இலிருந்து echo time t measure. Depth = v(water) × t ÷ 2 = 1500 × t ÷ 2. நீர் ஆழம் 750t meters.

(3) Cave depth measurement: Cave bottom-ல் ஒலி emit; reflected sound surface-ல் microphone catch; time × 340 ÷ 2 = depth. Geological surveying classic technique.

(4) Distance measurement: Tape measure-க்கு alternative — ultrasonic distance sensor in parking sensors, robot navigation.

(இ) Echo VS Reverberation:
• Echo: Single distinct reflected sound, time gap > 0.1s, listener separate-ஆக perceive செய்கின்றார். 17m-க்கு மேல் reflecting surface தேவை.
• Reverberation: Multiple overlapping reflections (room walls, floor, ceiling) — continuous decay-ஆக கேட்கின்றது. Small rooms (acoustic-ஆக engineered), concert halls reverberation control. Echo = discrete; reverberation = blurred persistence.

1. (அ) ஒளியின் தெறிப்பு விதிகளை (laws of reflection) தருக. (3)
(ஆ) சமதள கண்ணாடியில் (plane mirror) உருவாகும் படிமத்தின் 4 பண்புகளை விளக்குக. (4)
(இ) குழி + குவி கண்ணாடிகளின் தினசரி பயன்பாட்டை ஒவ்வொன்றுக்கும் தருக. (3) (10 புள்ளி)

2. (அ) ஒளி முறிவு (refraction) என்றால் என்ன? (2) (ஆ) Snell's law சமன்பாட்டை எழுதி, refractive index வரையறையை தருக. (3) (இ) முழு அக எதிரொளிப்பு (TIR) நிபந்தனைகள் + critical angle சமன்பாடு. (3) (ஈ) TIR-ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட 2 முக்கிய பயன்பாடுகளை விளக்குக. (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Refraction = light bending across media.
Snell: n₁sin i = n₂sin r.
n = c/v.
TIR: denser → rarer, i > θc.
sin θc = n₂/n₁.
Fiber optics + endoscope + diamond brilliance.

(அ) ஒளி முறிவு (Refraction): ஒளி ஒரு medium-இலிருந்து வேறு medium-உக்கு (e.g., air → glass) செல்லும்போது medium-ல் ஒளியின் வேகம் வேறுபடுவதால் — பாதை நேராக நிலையாமல் வளைகின்றது. Air → glass = bend toward normal; glass → air = bend away from normal.

(ஆ) Snell's law:
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
இதில் θ₁ = incident angle (in medium 1), θ₂ = refracted angle (in medium 2).
Refractive index (n): ஒரு medium-ன் optical density அளவீடு.
n = c / v = (Speed of light in vacuum) / (Speed of light in that medium).
Typical values: vacuum 1.00, air ~1.00, water 1.33, glass 1.5, diamond 2.42. Larger n → slower light → more bending.

(இ) முழு அக எதிரொளிப்பு (Total Internal Reflection):
இரண்டு conditions ஒரே நேரத்தில்:
(1) ஒளி denser → less dense medium-உக்கு செல்ல வேண்டும் (e.g., glass → air).
(2) Incident angle i > critical angle θc.

Critical angle equation:
sin θc = n₂ / n₁
Glass-air interface: sin θc = 1 / 1.5 → θc ≈ 42°.
Diamond-air: sin θc = 1/2.42 → θc ≈ 24°.

When i ≥ θc — refracted ray would need sin > 1 (impossible) — ஆகவே refraction நிகழாது, முழு light reflect ஆகும்.

(ஈ) TIR Applications:
• Fiber optics (நார்த்திரள்): Core (high n) + cladding (low n) interface — light TIR செய்து கிலோமீட்டர்கள் travel. Internet backbone, transatlantic submarine cables. Bandwidth + low loss > copper wires.
• Endoscope: Flexible fiber bundle medical instrument. Doctor stomach (gastroscopy), colon, blood vessels-ஐ visualise — invasive surgery தேவையில்லாமல்.
• Diamond brilliance: Diamond θc = 24° low. Cut to maximise internal reflections — light bounces inside multiple times then exits brilliantly. "Fire" of diamonds = engineered TIR + dispersion.

3. (அ) குவி + குழி வில்லைகளின் (lenses) வேறுபாட்டை structure + parallel ray behavior மூலம் விளக்குக. (4)
(ஆ) Lens formula 1/v − 1/u = 1/f பயன்படுத்தி: ஒரு 20 cm focal length convex lens முன்னால் 30 cm-ல் object இருந்தால் image distance + magnification கணக்கிடுக. (4)
(இ) Lens power (dioptre) என்றால் என்ன? +2D + −1D ஆகியவற்றின் focal lengths. (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Convex thick center, converges, real images possible.
Concave thin center, diverges, only virtual.
u=30, f=20 → v=60, m=2.
P = 1/f(m). +2D → 0.5m convex; -1D → -1m concave.

(அ) Convex (குவி) vs Concave (குழி) lens:

| பண்பு | Convex | Concave |
|---|---|---|
| Shape | Center thick, edges thin | Center thin, edges thick |
| Parallel rays | Converge at focal point F | Diverge — virtual focal point behind lens |
| Focal length | Positive (+) | Negative (−) |
| Image type | Real or virtual (depends on object position) | Always virtual, erect, reduced |
| Use | Camera, eye, magnifier, hyperopia spectacles | Myopia spectacles, binoculars eyepiece |

(ஆ) Lens calculation:
Given: f = +20 cm (convex), u = −30 cm (object distance, negative by sign convention as object on left of lens; some textbooks use positive — here using lens formula 1/v − 1/u = 1/f with sign convention).

Note — Sri Lankan NIE convention varies; let's use: 1/v − 1/u = 1/f, distances measured from lens, object distance u taken positive on incident side.

For object at 30 cm in front: u = 30 cm.
1/v = 1/f + 1/u (rearranged when object distance positive) — alternatively using 1/f = 1/v − 1/u with u negative:
1/v − 1/(−30) = 1/20
1/v + 1/30 = 1/20
1/v = 1/20 − 1/30 = (3 − 2)/60 = 1/60
v = +60 cm (positive → real image on far side, 60 cm from lens).

Magnification:
m = v/u = 60 / (−30) = −2
Negative sign → inverted image; |m| = 2 → image 2× enlarged.

Image properties: Real, inverted, magnified (2×), at 60 cm behind lens. Used in projectors (slide between f and 2f → enlarged real image).

(இ) Lens Power (Dioptre, D):
P = 1/f(metres). Convex lens P positive; concave negative.
• +2 D convex lens: f = 1/2 = 0.5 m = 50 cm.
• −1 D concave lens: f = −1/1 = −1 m = −100 cm.
Spectacle prescriptions written in dioptres. Right eye +2D / Left eye −1.5D = typical age-related correction.

4. மனிதக் கண் — (அ) 4 முக்கிய பகுதிகளை function-உடன் தருக. (4) (ஆ) Myopia, Hyperopia, Presbyopia, Astigmatism — நான்கின் காரணம் + lens correction. (6) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Cornea — 70% refraction. Iris/pupil — light control. Lens — fine focus. Retina — image plane.
Myopia: eyeball long → concave lens. Hyperopia: short → convex. Presbyopia: accommodation lost → bifocal. Astigmatism: cornea irregular → cylindrical.

(அ) மனிதக் கண்ணின் முக்கிய பகுதிகள்:

(1) Cornea (கண்சுவர் / பின்னலையம்): பளிங்கு வடிவ வெளி dome. ~70% refraction here (fixed). காற்றில் இருந்து கண்ணுக்குள் ஒளி enter.

(2) Iris (கருவிழி) + Pupil (கருமணி): Iris colored ring; pupil center hole. Iris muscle pupil-ஐ adjust செய்து வரும் ஒளி amount control. Bright → constrict (2 mm); dark → dilate (8 mm).

(3) Lens (கண் வில்லை): Biconvex flexible lens. Ciliary muscles relax/contract → lens shape change → focal length adjust (accommodation). அருகே / தூரம் automatic focus.

(4) Retina (விழித்திரை): Image plane. ~125M rod cells (low light, monochrome) + ~6M cone cells (color, daylight). Fovea = cone-dense central area = sharpest vision. Photo signal → optic nerve → brain visual cortex.

(ஆ) 4 பார்வை குறைபாடுகள்:

(1) Myopia (குறுகியப் பார்வை / short-sight):
காரணம்: Eyeball axial length அதிகம்; image retina-உக்கு முன்னால் focus ஆகின்றது. தூரப் பொருட்கள் blur.
Correction: Concave (diverging) lens — diverges incoming light → effective focal point retinaக்குப் பின்னுக்குச் சென்று focus retina-ல்.
உதா: -2D, -3D spectacles. கணினி, mobile phone work-ஆல் modern epidemic.

(2) Hyperopia / Hypermetropia (தூரப் பார்வை / long-sight):
காரணம்: Eyeball too short; image retina-உக்குப் பின்னால் focus. அருகே blur (writing, reading).
Correction: Convex (converging) lens — converges light → focus moves forward to retina.
உதா: +1D, +2D reading glasses.

(3) Presbyopia (முதிர்வுப் பார்வை):
காரணம்: Age-related — lens hardens, ciliary muscle weakens → accommodation fails. அருகே blur (after 40-45 typically).
Correction: Bifocal / progressive lenses — top portion distance + bottom portion reading.
உதா: அப்பாக்கள் near-blind without specs to read newspaper.

(4) Astigmatism (வளிவு குறை):
காரணம்: Cornea irregular curvature (not perfectly spherical) — horizontal lines + vertical lines focus at different points.
Correction: Cylindrical lens — compensates differential curvature. Often combined with myopia/hyperopia correction.
உதா: மங்கலான வரிகள், reading strain. Common combined prescription.

Modern alternatives: Contact lenses, LASIK surgery (reshape cornea), intraocular lens implant after cataract.

5. Total Internal Reflection-ன் 3 முக்கிய பயன்பாடுகளை — Fiber optics, Endoscope, Diamond brilliance — விரிவாக விளக்குக. ஒவ்வொன்றிலும் physics principle, structure, real-world impact. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Fiber optics: core+cladding, low loss, internet.
Endoscope: medical visualization.
Diamond: TIR + dispersion = fire.

(1) Fiber Optics (நார்த்திரள் ஒளியியல்):
Structure: Cylindrical glass core (high refractive index ~1.5) surrounded by cladding (lower n ~1.48). Total diameter — typically 125 μm (hair thickness).
Physics: Light enters at angle < critical angle → travels in straight line inside core. When it hits core-cladding interface — angle > θc (~70°) → TIR. Zigzag propagation through entire fiber, no escape, minimal energy loss.
Real impact:
• Internet: Trans-Atlantic + Trans-Pacific submarine cables fiber-based. Single fiber Tbps capacity.
• Telephone networks: Long-distance calls digitised → fiber → low cost.
• FTTH: Fiber to the home — Sri Lanka now Dialog/SLT rollout.
• Sensors: Strain, temperature, pressure detection (oil pipelines, structural health monitoring).

(2) Endoscope:
Structure: Flexible thin tube with bundle of optical fibers (10,000+). One bundle illuminate (light from outside in) + another bundle imaging fibers (image out). Modern: CCD/CMOS chip at tip + LED.
Physics: Each fiber TIR-carries light. Bundle of ordered fibers preserves spatial mapping → coherent image transmission.
Real impact:
• Gastroscopy: Stomach + esophagus inspection — ulcers, cancer biopsy.
• Colonoscopy: Colon polyps + cancer screening; removal during same procedure.
• Bronchoscopy: Airway inspection (asthma, tumours).
• Arthroscopy: Knee, shoulder joint surgery — minimal invasion.
• Angiography + angioplasty: Heart blood vessel visualisation + stent placement.
• Minimally invasive surgery replaced many open surgeries → faster recovery + smaller scars.

(3) Diamond Brilliance:
Structure: Diamond cut into specific geometry (round brilliant cut = 58 facets — 33 crown + 24 pavilion + culet).
Physics: Diamond n = 2.42 (highest natural material) → θc = 24° very low. Light entering top — pavilion facets reflect via TIR (twice typically) — exits through crown facets toward viewer.
Additional optical effects:
• Dispersion (fire): Different wavelengths different n → colors separate → rainbow flashes.
• Brilliance: Light returning to viewer eye = total internal reflection efficiency.
• Scintillation: Sparkle as diamond/light source moves.
Real impact:
• Jewelry industry: Multi-billion dollar global market driven by TIR-engineered cuts.
• Synthetic diamond (CVD): Same optical properties at lab cost.
• Industrial cutting tools: Hardness + thermal conductivity benefits.
• Optical windows: Diamond high-pressure cells in research.

6. Camera, Magnifying glass, Compound Microscope, Astronomical Telescope, Slide Projector — ஐந்து optical instruments-ன் principle + lens configuration + main use-ஐ ஒப்பிட்டுக் காட்டுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Camera: single convex lens + sensor.
Magnifier: single convex, object inside f.
Microscope: 2 short-f convex.
Telescope: long-f objective + short-f eyepiece.
Projector: convex, object 1

Optical Instruments — Comparison Table:

| Instrument | Lens(es) | Object Position | Image Type | Magnification | Use |
|---|---|---|---|---|---|
| Camera | Single convex | Outside 2f | Real, inverted, reduced | M < 1 | Photography |
| Magnifying glass | Single convex | Inside f (between lens + F) | Virtual, erect, enlarged | M > 1 | Reading, hobbies |
| Compound microscope | 2 convex (short-f objective + eyepiece) | Object very close to objective | Final virtual + magnified | 100×–1000× | Cell biology, microbiology |
| Astronomical telescope | Long-f objective + short-f eyepiece | Object at infinity | Virtual, inverted, distant | M = f_obj / f_eye | Astronomy, defense |
| Slide projector | Single convex | Between f and 2f | Real, inverted, magnified | M > 1, large | Lectures, cinema |

Details:

(1) Camera:
Single (or compound) convex lens system. Object > 2f → image between f and 2f. Inverted real image on sensor/film. Phone cameras: complex lens stack + computational photography. Aperture (like iris), shutter speed, sensor sensitivity (ISO) — exposure triangle.

(2) Magnifying glass (Simple magnifier):
Object placed inside focal length. Virtual enlarged image far behind lens. Sherlock Holmes\'s classic tool. Modern variants: jeweler\'s loupe, surgeon\'s magnifier.

(3) Compound microscope:
• Objective lens (short f, near object): Creates real, inverted, magnified intermediate image inside tube.
• Eyepiece (ocular) lens: Acts as magnifier on intermediate image → final virtual magnified image.
• Total mag = M_objective × M_eyepiece. Typically 4× × 10× = 40×; up to 100× × 25× = 2500×.
• Compound microscope cells visible. Bacteria detection. Pathology slides.

(4) Astronomical telescope:
• Objective (large diameter, long focal length): Collects distant light + forms real image of object at focal plane.
• Eyepiece (short f): Magnifies the focal-plane image.
• Mag = f_obj / f_eye. Large objective → high light-gathering + high resolution.
• Optical (Galileo) or reflecting (Newton concave mirror).
• Astronomy: planets, galaxies. Defense: distant observation. Geodesy.

(5) Slide projector:
• Convex projection lens. Object (slide/transparency) placed between f and 2f → image beyond 2f, inverted, real, enlarged.
• Slide inserted upside-down so screen image upright.
• Bright lamp + condenser lens for illumination.
• Modern: digital projectors with DLP/LCD panels — same optics, electronic image source.

7. வானவில் (Rainbow) — ஒரு beautiful optical phenomenon. அதன் formation-ஐ refraction, dispersion, total internal reflection ஆகியவற்றோடு step-by-step விளக்கி, primary + secondary rainbow வேறுபாட்டை குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Sunlight + water droplets.
Step 1: refraction into droplet.
Step 2: dispersion — colors separate.
Step 3: TIR at back of droplet.
Step 4: refraction out.
Primary: one TIR, 42° red, 40° violet, red outside.
Secondary: two TIRs, ~51°, colors reversed, fainter.

Rainbow Formation — 4 step physical process:

A rainbow appears when sunlight encounters water droplets (rain, mist, waterfall spray) at the proper angle relative to the observer.

Step 1 — Refraction (entry):
White sunlight strikes a spherical water droplet. Light enters the droplet at the air-water interface — bends toward normal (denser medium). All wavelengths refract, but slightly different amounts.

Step 2 — Dispersion (color separation):
Refractive index of water depends slightly on wavelength:
• Red light: n ≈ 1.331
• Violet light: n ≈ 1.343
Different n → different bending angles → white light splits into VIBGYOR spectrum. Violet bends most, red least. (Same principle as Newton\'s prism.)

Step 3 — Total Internal Reflection (back wall):
Dispersed light reaches the far side of the droplet (back wall). Strikes water-air interface at angle > critical angle (θc ≈ 48° for water). TIR — light reflects back inside droplet.

Step 4 — Refraction (exit):
Reflected light reaches front of droplet again. Refracts out into air, bending away from normal. Final emission angle ≈ 42° (red) to 40° (violet) from the original incoming sunlight direction.

Geometric result:
• Observer back to sun, droplets in front.
• Light from each droplet emerges at angles 40°-42° from the anti-solar point.
• Each color forms a circle at its specific angle → arcs visible.
• Red on outer edge (42°), violet on inner edge (40°). Spans ~2° of sky.

Primary Rainbow (vivid):
• One internal TIR inside each droplet.
• Light intensity: most light follows this path → bright.
• Color order: Red outside, violet inside.
• Angle: ~42° (red) — 40° (violet).

Secondary Rainbow (faint, outside primary):
• Two internal TIRs inside each droplet.
• Each TIR loses some light → secondary much fainter (~10% intensity).
• Color order REVERSED: Violet outside, red inside.
• Angle: ~51° — wider arc, located outside primary.
• Gap between primary + secondary = "Alexander's dark band" — geometric exclusion zone where no light direction returns.

Observation tips:
• Best seen against dark background (rain cloud).
• Sun must be behind viewer, low in sky (early morning / late afternoon).
• Drizzle / mist gives best rainbows.
• Each viewer sees their own personal rainbow (depends on geometry from observer eye).

Cultural significance: Tamil literature ஐந்து-வண்ண பெரும் வில்; biblical covenant; pot of gold legend (Irish). Real impact: same physics enables optical glory rings (around aircraft shadow) and corona around the moon.

1. மனிதனின் உணவுச் சமிபாட்டுத் தொகுதியில் (digestive system) — உணவு வாயிலிருந்து குதம் வரை எடுத்துச் செல்லப்படும் பாதையை விளக்கி, ஒவ்வொரு organ-ன் primary வேலையை சுட்டிக்காட்டுக. Accessory organs (liver, pancreas) பங்கையும் சேர்க்க. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

6 organs sequential: mouth, oesophagus, stomach, small intestine, large intestine, rectum.
Liver — bile + storage + detox.
Pancreas — enzymes + insulin.
3 macronutrient enzymes.

உணவுப் பாதை — 6 main organs:

(1) வாய்க்குழி (Mouth): பல்லால் mechanical chewing → bolus formation. Salivary amylase (ptyalin) starch-ஐ maltose-ஆகச் சிதைக்கத் தொடங்கும். Tongue உணவை mix + swallow பயிற்சி.

(2) களம் (Oesophagus): 25 cm long muscular tube. Peristaltic contractions (wave-like) உணவை இரைப்பைக்கு push (gravity-independent — astronauts space-ல் சாப்பிட முடியும்).

(3) இரைப்பை (Stomach): J-shape muscular pouch. HCl + pepsin + gastric juice. pH ~1.5-2: (a) microbes kill, (b) pepsinogen → pepsin → protein partial digestion, (c) chyme உருவாக்கும். ~2-4 hour residence.

(4) சிறுகுடல் (Small intestine, 6 m): Three sections — duodenum (digestion), jejunum (absorption start), ileum (absorption continue). Bile (liver) + pancreatic juice + intestinal enzymes complete digestion. Villi + microvilli surface area ~200 m². Most nutrient absorption HERE.

(5) பெருங்குடல் (Large intestine, 1.5 m): Water + electrolyte absorption. Gut bacteria K + B vitamins synthesise. Faeces formation.

(6) நேர்குடல் + குதம் (Rectum + anus): Faeces store + voluntary elimination.

Accessory organs (உதவி உறுப்புகள்):

• ஈரல் (Liver, ~1.5 kg): Bile produces (fat emulsification). Glycogen storage. Drug + toxin detoxification. Plasma proteins (albumin, clotting factors) synthesise. Vitamin A, D, B12 storage.

• பித்தப்பை (Gallbladder): Liver-உற்பத்தி bile-ஐ store + concentrate; meal time-ல் duodenum-உக்கு release.

• சதையீரல் (Pancreas): Exocrine portion — amylase, lipase, trypsin enzymes secrete. Endocrine — insulin (lowers glucose) + glucagon (raises) hormones. Dual functions.

• உமிழ்நீர் சுரப்பிகள் (Salivary glands): 3 pairs — parotid, submandibular, sublingual. Daily 1-1.5 L saliva. Amylase + lysozyme + mucin.

3 macronutrient enzymes — final products:
• Carbohydrate (starch) → amylase + maltase → glucose.
• Protein → pepsin + trypsin + peptidase → amino acids.
• Fat → lipase (bile-emulsified) → fatty acids + glycerol.

All three absorbed at villi small intestine, transported via blood to liver (portal vein) for processing.

2. மனித சுவாசத் தொகுதியின் (respiratory system) anatomy + physiology-ஐ விளக்குக. Alveoli-வில் gas exchange எவ்வாறு நடைபெறுகின்றது? Smoking-ன் effects குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Air path: nose → pharynx → larynx → trachea → bronchi → bronchioles → alveoli.
Inhalation mechanism.
Alveolar surface 70 m², 1-cell wall, capillary network.
O₂ in, CO₂ out by diffusion.
Smoking damages ciliae + alveolar walls.

Respiratory system anatomy:

Air pathway:
நாசி (nostrils + nasal cavity) → pharynx (throat) → larynx (voice box) → trachea (windpipe) → 2 bronchi (one per lung) → progressively smaller bronchioles → terminal alveolar sacs.

Lungs: Spongy tissue, right lung 3 lobes, left lung 2 lobes (heart takes left space). Each lung ~300M alveoli. Total alveolar surface ~70 m² (tennis court size in chest cavity).

Breathing mechanism (inhalation):
• Diaphragm (dome muscle) contracts → flattens.
• External intercostal muscles raise ribs.
• Thoracic cavity volume ↑ → pressure ↓ (Boyle's law).
• Atmospheric air rushes in via mouth/nose.

Exhalation: Reverse — diaphragm relaxes, ribs lower, volume ↓, pressure ↑, air pushed out. Mostly passive (elastic recoil).

Normal rate: 12-20 breaths/min adult. Each ~500 mL (tidal volume). Total ~7 L/min at rest. During exercise → 100+ L/min.

Alveolar gas exchange:
Each alveolus = thin-walled sac (single cell thick) surrounded by dense capillary network (also single cell thick).

Diffusion (passive transport):
• O₂: Inhaled air ~21% O₂ → high partial pressure in alveolus. Capillary deoxygenated blood low pO₂. → O₂ diffuses alveolus → blood → binds Hb in RBCs.
• CO₂: Capillary blood high pCO₂ (cellular respiration waste) → low pCO₂ alveolus. CO₂ diffuses blood → alveolus → exhaled.

No energy needed — gradient-driven diffusion. ~300 mL O₂ absorbed/min at rest; ~250 mL CO₂ released.

Cellular use:
O₂ transported to all cells. In mitochondria: glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + 36 ATP. ATP = cellular energy currency.

Smoking effects (புகைப்பழக்கம்):
• Cilia damage: Trachea + bronchi cilia (hair-like) mucus + debris sweep out. Smoke paralyses cilia → mucus accumulates → chronic cough.
• Alveolar destruction (emphysema): Inflammation breaks alveolar walls → surface area drops → less gas exchange → shortness of breath.
• Carcinogens: ~70 cancer-causing chemicals in tobacco smoke. Lung cancer 15-30× higher risk smokers.
• Tar deposition: Brown sticky residue darkens lungs.
• Carbon monoxide: CO binds Hb 200× stronger than O₂ → reduced O₂ delivery.
• Long-term: COPD, chronic bronchitis, heart disease, stroke, multiple cancers.
• Secondhand smoke harms others — children especially.

Sri Lanka tobacco prevention programmes since 2006 (NATA Act). Public smoking ban + warning labels.

3. மனித இதயம் (heart) — anatomy + 4 chambers + valves + 2 circulations விளக்குக. சிஸ்டாலிக் + டயாஸ்டாலிக் BP மற்றும் ECG concept. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

4 chambers: 2 atria + 2 ventricles.
RA → RV → lungs (pulmonary).
LA → LV → body (systemic).
Valves prevent backflow.
Systole + diastole.
BP 120/80.

Heart anatomy — 4 chambers + valves:

Human heart fist-sized muscular organ. Located in mediastinum (between lungs), slightly left.

Chambers:
• Right atrium (RA): Receives deoxygenated blood from body via superior + inferior vena cavae.
• Right ventricle (RV): Pumps deoxygenated blood to lungs via pulmonary artery. Thin muscular wall (low pulmonary resistance).
• Left atrium (LA): Receives oxygenated blood from lungs via 4 pulmonary veins.
• Left ventricle (LV): Pumps oxygenated blood to entire body via aorta. Thickest chamber (high systemic resistance).

Valves (4):
• Tricuspid: RA → RV. Prevents backflow.
• Pulmonary semilunar: RV → pulmonary artery.
• Mitral (bicuspid): LA → LV.
• Aortic semilunar: LV → aorta.

Valve failure → "murmur" sound. Rheumatic heart disease damages valves (post-streptococcal).

2 circulations:

(1) Pulmonary circulation (small):
RV → pulmonary artery → lungs → gas exchange → pulmonary veins → LA.
Deoxy → oxy in lungs.
Pulmonary artery = only artery carrying deoxygenated blood.
Pulmonary veins = only veins carrying oxygenated blood.

(2) Systemic circulation (large):
LV → aorta → systemic arteries → arterioles → capillaries (organ exchange) → venules → veins → vena cavae → RA.
Oxy → deoxy at tissues.

Cardiac cycle:
• Systole = ventricular contraction (pumping). ~0.3 s.
• Diastole = relaxation (filling). ~0.5 s.
Total cycle ~0.8 s → 75 bpm rest.

Blood pressure (BP):
• Systolic 120 mmHg = peak pressure during ventricular contraction.
• Diastolic 80 mmHg = minimum pressure during relaxation.
• Written: 120/80.
• Sphygmomanometer cuff + stethoscope measurement at brachial artery.
• Hypertension: >140/90 sustained = silent killer. Stroke, heart attack, kidney failure risk.
• Hypotension: <90/60 = fainting, shock risk.

ECG (Electrocardiogram):
Heart's electrical activity recorded. Waves:
• P wave: Atrial depolarization (contraction).
• QRS complex: Ventricular depolarization (powerful contraction).
• T wave: Ventricular repolarization (relaxation).

Normal ECG → heart electrical conduction healthy. Abnormalities:
• Arrhythmias (irregular rhythm)
• ST elevation → heart attack (myocardial infarction)
• Atrial fibrillation
• AV blocks

Life-saving diagnostic — emergency rooms standard.

4. மனிதனின் சிறுநீரகங்கள் (kidneys) — anatomy + nephron function + urine production. Kidney failure-ஆல் என்ன நிகழும் + treatment options. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

2 bean-shaped kidneys.
1M nephrons each.
Filtration + reabsorption + secretion.
180 L filtered → 1.5 L urine.
Failure → urea buildup → dialysis or transplant.

Kidneys anatomy:
Two bean-shaped organs, ~12 cm each, retroperitoneal (behind peritoneum) at thoracolumbar level. Receive ~25% of cardiac output (~1.2 L/min blood) despite being only ~0.5% body weight.

3 layers:
• Cortex (மேற்படை): Outer layer, glomeruli located.
• Medulla (உள்படை): Inner pyramids, tubules.
• Renal pelvis: Collecting space draining into ureter.

Renal blood supply:
Abdominal aorta → renal artery → afferent arteriole → glomerulus → efferent arteriole → peritubular capillaries → renal vein → IVC.

Nephron — functional unit (~1 million per kidney):

(1) Bowman's capsule + glomerulus (filtration):
Glomerulus = ball of capillaries. High pressure → plasma pushed into Bowman's capsule. Cells + large proteins retained in blood; water + glucose + ions + small wastes (urea) pass through.
Filtration rate: ~125 mL/min = 180 L/day filtered.

(2) Tubular reabsorption (~99% recovery):
Filtrate flows through proximal convoluted tubule (PCT) → Loop of Henle → distal convoluted tubule (DCT) → collecting duct.
Useful substances actively/passively reabsorbed:
• Glucose 100% (PCT) — normally none in urine.
• Amino acids ~100%.
• Na+, K+, Cl-, HCO3- regulated.
• Water ~99% reabsorbed (controlled by ADH).

(3) Tubular secretion:
Blood → tubule: H+, K+, drugs, toxins actively secreted.

Final urine: ~1-2 L/day = 0.6% of filtered.

Urine composition (normal):
• 95% water
• Urea (main waste, ~2%)
• Salts (Na, K, Cl)
• Creatinine (muscle waste)
• NO glucose, NO proteins normally

Hormonal control:
• ADH (vasopressin): Pituitary, increases water reabsorption.
• Aldosterone: Adrenal, increases Na+ reabsorption.
• EPO (erythropoietin): Kidney-produced, stimulates RBC production.

Kidney failure (renal failure):

Causes:
• Diabetes (most common worldwide)
• Hypertension
• Chronic glomerulonephritis
• Polycystic kidney disease
• Drug toxicity (NSAIDs overuse, aminoglycosides)
• Sri Lanka specific: CKDu (Chronic Kidney Disease of unknown etiology) — agricultural communities particularly affected.

Consequences:
• Urea, creatinine, K+ buildup in blood (uraemia).
• Fluid overload → swelling, lung edema.
• Acidosis (H+ retention).
• Anaemia (no EPO).
• Bone disease (vitamin D activation failure).

Treatment options:

(1) Haemodialysis:
Artificial kidney machine. 3 sessions/week × 4 hr each typical. Blood pumped through dialyser (semipermeable membrane), waste diffuses into dialysate.

(2) Peritoneal dialysis:
Patient's peritoneal membrane used. Sterile fluid injected into abdomen, equilibrates with blood, then drained. Can be done at home.

(3) Kidney transplant:
Donor (living relative or deceased) kidney implanted. Best long-term outcome. Lifelong immunosuppression. Sri Lanka — National Hospital pioneers, NIROGI Lanka kidney foundation support.

Prevention:
Control diabetes + BP. Avoid NSAID overuse. Adequate hydration. Regular checkups (creatinine, urine analysis).

5. மனிதனின் நரம்புத் தொகுதியின் (nervous system) structure + function — மூளை, முதுகுத்தண்டுவடம், neurons — விளக்கி, reflex arc-ஐ உதாரணத்துடன் காட்டுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

CNS = brain + spinal cord. PNS = nerves.
Cerebrum, cerebellum, brain stem functions.
Spinal cord reflex + signal.
Neuron parts.
Reflex arc: receptor → sensory → CNS → motor → effector.
Pain withdrawal example.

Nervous system overview:
2 divisions:
• CNS (Central Nervous System): மூளை + முதுகுத்தண்டுவடம் (Brain + spinal cord). Decision-making centre.
• PNS (Peripheral): Nerves connecting CNS to body. 12 cranial pairs + 31 spinal pairs.
Also functional divisions: Somatic (voluntary) + Autonomic (involuntary) → Sympathetic (fight/flight) + Parasympathetic (rest/digest).

Brain (3 main parts):

(1) Cerebrum (பெரு மூளை): 80% of brain mass. Folded surface (gyri + sulci) = extra area. 2 hemispheres (left + right) connected by corpus callosum.
4 lobes:
• Frontal: Planning, decision, personality, voluntary movement, speech (Broca's area).
• Parietal: Touch, temperature, pain sensation.
• Occipital: Vision processing.
• Temporal: Hearing, language understanding (Wernicke), memory (hippocampus).

(2) Cerebellum (சிறு மூளை): Below cerebrum, behind brain stem. Balance, coordination, fine motor skills, posture, motor learning. Damage = ataxia.

(3) Brain stem: Midbrain + pons + medulla. Autonomic vital functions — heart rate, breathing, BP, swallowing, vomiting reflexes. Damage often fatal.

Spinal cord:
Protected by vertebral column (33 vertebrae). 45 cm long. White matter (myelinated axons) outside, grey matter (cell bodies) inside (H-shape). Two functions:
• Carries signals up (sensory) + down (motor).
• Reflex centre (some don't need brain).

Neuron — functional unit:
• Cell body (soma): Nucleus + organelles.
• Dendrites: Receive signals from other neurons.
• Axon: Long extension, sends signal away. May be myelinated (faster) or unmyelinated.
• Synapse: Junction with next neuron. Neurotransmitter (acetylcholine, dopamine, etc.) chemical signaling.

3 functional types:
• Sensory (afferent): Receptor → CNS.
• Interneuron: Within CNS.
• Motor (efferent): CNS → effector (muscle/gland).

Reflex arc — uthaaranam:

Example: Pain withdrawal (சூடான பாத்திரம் தொட்டால்):

1. Stimulus: Hand touches hot vessel.
2. Receptor: Thermal/pain receptors in skin activated.
3. Sensory neuron: Carries signal via peripheral nerve to spinal cord.
4. Interneuron: Within spinal cord, processes + immediately relays to motor neuron (NO conscious brain processing).
5. Motor neuron: Sends signal back to arm muscles.
6. Effector: Biceps contracts → arm withdrawn.
7. Response: Hand pulled away — <0.1 seconds — even before pain felt!

Brain notification: Signal also ascends to brain via spinothalamic tract → conscious pain sensation + memory of "this is hot, avoid next time."

Why reflexes exist:
Speed = survival. Brain reaction ~0.3 s; reflex ~0.05 s. Protective.

Other reflex examples:
• Knee jerk (patellar): muscle spindle → spinal cord → quadriceps contract.
• Pupillary light reflex: bright light → pupil constrict.
• Blink reflex: corneal touch → eyelid closure.
• Salivation: food sight/smell.

Reflex testing: Doctors check spinal cord integrity. Absent/exaggerated reflexes signal neurological problems.

6. சுரப்பித் தொகுதியின் (endocrine system) முக்கிய glands + hormones-ஐ விளக்கி, diabetes mellitus-ன் pathology + management விரிவாக காட்டுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Pituitary, thyroid, pancreas, adrenal, gonads.
Each hormone + function.
Diabetes: insulin failure → high BG.
Type 1 vs Type 2.
Symptoms + complications + treatment.

Endocrine system overview:
Ductless glands secrete hormones directly into blood. Slower than nervous system but longer-lasting effects. Coordinates growth, metabolism, reproduction, stress response.

Major glands + key hormones:

(1) Pituitary (உச்ச சுரப்பி) — "Master gland":
Under brain (hypothalamus control). Pea-sized.
• Growth hormone (GH) → growth, metabolism.
• TSH → stimulates thyroid.
• ACTH → stimulates adrenal cortex.
• ADH → kidney water retention.
• Oxytocin → labour contractions + milk ejection.
• Prolactin → milk production.
• FSH, LH → gonad stimulation.

(2) Thyroid:
Butterfly-shaped, neck front. Requires iodine.
• Thyroxine (T4) + T3 → basal metabolic rate, body temp.
• Calcitonin → lowers blood calcium.
Disorders:
• Hypothyroidism → cold intolerance, weight gain, fatigue (Hashimoto's).
• Hyperthyroidism → weight loss, anxiety, tremor (Graves' disease).
• Goitre → iodine deficiency enlargement.

(3) Parathyroid:
Behind thyroid.
• PTH → raises blood calcium (bone, kidney).

(4) Pancreas:
Dual exocrine + endocrine. Islets of Langerhans:
• β cells → insulin (lowers BG).
• α cells → glucagon (raises BG).

(5) Adrenal:
On top of kidneys. 2 parts:
• Cortex → cortisol (stress, anti-inflammatory), aldosterone (Na/K balance), sex hormones.
• Medulla → adrenaline (fight/flight).

(6) Gonads:
• Testes → testosterone.
• Ovaries → oestrogen + progesterone.

(7) Pineal gland:
Melatonin → sleep-wake cycle (circadian rhythm).

(8) Thymus:
T-cell maturation (immunity).

----

Diabetes Mellitus (DM) — Detailed:

Definition: Chronic metabolic disorder of elevated blood glucose due to insulin deficiency, resistance, or both.

Normal glucose regulation:
After meal → BG rises → β cells secrete insulin → cells take up glucose → BG normalises. Liver stores excess as glycogen.
Between meals → BG falls → α cells secrete glucagon → liver releases glucose → BG maintained ~5 mM.

Diabetes types:

Type 1 (insulin-dependent):
• Autoimmune destruction of β cells.
• Usually onset childhood/young adulthood.
• Complete insulin deficiency.
• Always needs insulin injections.
• ~10% of all DM.

Type 2 (insulin-resistant):
• Cells resist insulin action + later β cell exhaustion.
• Usually onset adulthood (>40), but younger now due to obesity epidemic.
• Lifestyle-related — obesity, sedentary, diet.
• ~90% of all DM.
• Sri Lanka prevalence ~10% adults.

Gestational diabetes: Pregnancy-related. Often resolves after delivery but increases future risk.

Symptoms (3 Ps):
• Polyuria: Excessive urination (glucose pulls water).
• Polydipsia: Excessive thirst.
• Polyphagia: Excessive hunger (cells starved despite high BG).
• Plus: weight loss, fatigue, blurred vision, slow wound healing, recurrent infections.

Diagnosis:
• Fasting glucose ≥126 mg/dL (7 mM).
• Random glucose ≥200 mg/dL with symptoms.
• HbA1c ≥6.5% (3-month average).
• OGTT 2-hr ≥200 mg/dL.

Long-term complications ("Micro + Macro"):

Microvascular (small vessels):
• Retinopathy → blindness (leading cause worldwide).
• Nephropathy → kidney failure.
• Neuropathy → loss of sensation feet, autonomic dysfunction.

Macrovascular:
• Coronary artery disease → heart attack.
• Stroke.
• Peripheral arterial disease → amputation.

Other:
• Infections (poor immune response).
• Diabetic ketoacidosis (DKA) — emergency in Type 1.
• Cataracts.

Management:

(1) Lifestyle (Type 2 cornerstone):
• Diet: ↓ refined carbs, ↑ fiber, portion control.
• Exercise: 150 min/week moderate.
• Weight loss 5-10% body weight major improvement.

(2) Medications:
• Metformin (first-line Type 2).
• Sulphonylureas (insulin secretagogues).
• SGLT2 inhibitors, GLP-1 agonists (newer, also cardio-renal benefit).
• Insulin — all Type 1 + some Type 2.

(3) Monitoring:
• Self glucose monitoring.
• HbA1c every 3 months (target <7%).
• Annual: eye exam, foot exam, kidney function, lipids.

(4) Education + support:
• Diabetes educators.
• Family awareness.
• Sri Lanka — Diabetes Association support groups.

Prevention (Type 2):
Maintain healthy weight + regular exercise + balanced diet + avoid smoking. Family history → earlier screening recommended.

7. Homeostasis என்றால் என்ன? உடல் வெப்பநிலை regulation + blood glucose regulation — இரண்டையும் negative feedback loop framework-ல் விளக்குக. Failure-ஆல் என்ன ஆகும்? (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Definition.
Negative feedback principle.
Thermoregulation hypothalamus + sweat/shiver.
Glucose: insulin/glucagon.
Failure → hypothermia/hyperthermia, hypoglycaemia/diabetes.

Homeostasis (ஒர்சீர்த்திட நிலையம்):

The ability of organisms to maintain stable internal physical + chemical conditions despite external environmental variations. Coined by Cannon (1929) based on Bernard's "milieu intérieur" concept.

Examples of regulated variables:
• Body temperature: 37 ± 0.5 °C.
• Blood glucose: 4-7 mM.
• Blood pH: 7.35-7.45.
• Plasma osmolality: 280-295 mOsm/kg.
• Calcium: 2.2-2.6 mM.
• Oxygen saturation: 95-100%.

Negative feedback loop — core mechanism:

Components:
1. Stimulus: Change in regulated variable.
2. Sensor (receptor): Detects change.
3. Control centre: Integrates + compares to set point.
4. Effector: Acts to oppose the change.
5. Response: Variable returns to set point.

"Negative" = response opposes (reduces) the stimulus.

----

Example 1 — Thermoregulation:

Set point: ~37°C. Hypothalamus = control centre.

When body temp ↑ (hot day, exercise, fever):
• Sensor: Hypothalamic thermosensitive neurons + peripheral skin receptors detect ↑.
• Effectors:
- Sweat glands: Eccrine glands secrete sweat → evaporation cools (each gram water = 580 cal heat loss).
- Skin blood vessels: Vasodilation → more blood to surface → radiation heat loss.
- Behaviour: Seek shade, remove clothes.
• Result: Body temp ↓ back to 37°C.

When body temp ↓ (cold day):
• Sensor: Hypothalamic + skin cold receptors detect ↓.
• Effectors:
- Shivering: Skeletal muscle rapid contractions → heat production.
- Vasoconstriction: Skin blood vessels narrow → reduced heat loss.
- Goose bumps: Hair erector muscles (vestigial in humans).
- Brown fat thermogenesis: Babies (less developed in adults).
- Thyroid: Long-term ↑ metabolism.
- Behaviour: Wear more, seek warmth.
• Result: Body temp ↑ back to 37°C.

Fever:
Not homeostasis failure — controlled set-point elevation. Pyrogens (e.g., bacterial lipopolysaccharide → IL-1, IL-6) reset hypothalamus to higher set point. Body "feels cold" at 37°C, shivers to reach new set point ~39°C. Useful for fighting infection (most pathogens prefer 37°C).

Failures of thermoregulation:
• Hypothermia (<35°C): Confusion, slow breathing, eventually death. Cold exposure, immersion, alcohol intoxication.
• Hyperthermia (>40°C): Heat stroke. Brain damage, multi-organ failure, death if not rapidly cooled. Tropical climate + dehydration + exertion.
• Heat exhaustion: Excessive sweating → dehydration + electrolyte loss. Cramps, dizziness.

----

Example 2 — Blood glucose regulation:

Set point: 4-7 mM (~80-126 mg/dL fasting).

After eating (BG ↑):
• Sensor: Pancreatic β cells detect ↑ glucose.
• Effector: β cells secrete insulin.
• Insulin actions:
- Cells (muscle, fat) take up glucose via GLUT4 transporter.
- Liver stores glucose as glycogen.
- Inhibits gluconeogenesis.
- Promotes fat + protein storage.
• Result: BG ↓ back to set point.

Between meals (BG ↓):
• Sensor: Pancreatic α cells detect ↓ glucose.
• Effector: α cells secrete glucagon.
• Glucagon actions:
- Liver breaks down glycogen → glucose (glycogenolysis).
- Liver produces new glucose from amino acids (gluconeogenesis).
- Adipose tissue releases fatty acids.
• Result: BG ↑ back to set point.

Cortisol + adrenaline: Stress hormones also ↑ BG (longer-term + emergency).

Failures:
• Hypoglycaemia (<3.5 mM): Brain depends on glucose. Symptoms: sweating, tremor, confusion, seizure, coma. Insulin overdose, starvation, severe liver disease.
• Hyperglycaemia (chronic): Diabetes mellitus (covered separately). Long-term tissue damage.
• DKA: Severe insulin deficiency → fat breakdown → ketone bodies → metabolic acidosis. Emergency.

----

Other homeostasis examples (brief):
• pH: Buffer systems (bicarbonate) + lung CO₂ excretion + kidney H+ excretion.
• Water balance: ADH (vasopressin) + thirst.
• Calcium: PTH + calcitonin + vitamin D + kidney + bone.
• Blood pressure: Baroreceptors + heart rate + vascular tone + RAAS.

Why homeostasis matters:
Enzymes work optimally at narrow conditions. Outside range → cells die. Humans evolved set points for survival/reproduction. Disease often = homeostatic disruption.

1. (அ) அமிலம் + மூலம் வரையறை + 4 பண்புகள். (4) (ஆ) Strong vs Weak acid difference + examples. (4) (இ) Strong VS Concentrated — same? (2) (10 புள்ளி)

2. pH scale — concept + range + உதாரண கரைசல்களின் pH (5+). pH<7, =7, >7 கரைசல்களின் hydrogen ion concentrations + acid/base classification. (10 புள்ளி)

3. நடுநிலையாக்கம் (neutralisation) — definition + general equation + ionic equation. 5 அன்றாட உதாரணங்கள் — antacid, bee sting, soil pH, toothpaste, agricultural lime. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Acid + base → salt + water.
H⁺ + OH⁻ → H₂O.
Exothermic.
Antacid for heartburn.
Bee sting (acid).
Soil pH correction.
Tooth enamel.
Wasp sting (alkaline).

Neutralisation Definition:
An acid reacts with a base to produce salt + water — the H⁺ from acid and OH⁻ from base combine to form water, while the cation (from base) + anion (from acid) form the salt.

General equation:
Acid + Base → Salt + Water

Specific example:
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

Net ionic equation:
H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)
This is the universal essence of all acid-base neutralisations — spectator ions (Na⁺, Cl⁻) don't change.

Energetics: Always EXOTHERMIC. For strong acid + strong base ≈ 57 kJ/mol heat released. Test tube warms.

----

5 Everyday Applications:

(1) Antacids for heartburn / gastric ulcer:
Irregular meals + spicy food + stress → excess HCl secretion → burning sensation.
Antacids contain Mg(OH)₂ (Milk of Magnesia), Al(OH)₃, or CaCO₃.
Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O.
Stomach acid neutralised → pain relief. Long-term — PPI (proton pump inhibitors) preferred.

(2) Bee sting first aid:
Bee venom contains formic acid (HCOOH) + other compounds → acidic.
Apply mild base — sodium bicarbonate (baking soda) paste or soap solution.
Neutralises acid → reduces pain/swelling.
Note: Wasp sting is alkaline → apply mild acid (vinegar, lemon) instead.

(3) Agricultural soil pH correction:
Many Sri Lankan plantation soils (tea, rubber, coconut) acidic due to high rainfall + organic matter decomposition.
Apply quicklime/slaked lime (CaO / Ca(OH)₂) to raise pH.
Ca(OH)₂ + H⁺ → Ca²⁺ + H₂O. Soil neutralised, nutrient availability improves.
For alkaline soils (less common), use ammonium sulphate or sulphur.

(4) Tooth decay prevention:
Mouth bacteria ferment sugar → produce lactic acid → erodes tooth enamel (hydroxyapatite) below pH 5.5.
Toothpaste contains mild base (calcium carbonate, sodium bicarbonate) + fluoride.
Base neutralises acid; fluoride strengthens enamel.
Brushing 2× daily essential.

(5) Factory wastewater treatment:
Many industries discharge acidic or alkaline effluent → would damage rivers, kill fish.
Wastewater plants neutralise — acidic effluent + lime; alkaline + sulphuric acid.
pH 6-8 final → safe discharge.
Similar logic for acid rain damage mitigation.

Bonus — Stinging plants (Kahambiliya / nettle):
Contain formic acid in stinging hairs → burning sensation on contact.
Apply mild base (soap, baking soda paste) → relief. Same principle as bee sting.

4. உப்புகள் (Salts) — formation + classification (neutral/acidic/basic) + 6 முக்கிய உப்புகளும் அவற்றின் பயன்பாடுகளும். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Salt = ionic product of acid+base.
Classification by parent acid/base strength.
NaCl, NaHCO₃, Na₂CO₃, CaSO₄, CuSO₄, KNO₃ etc.
Daily uses.

Salt Formation:
Neutralisation reaction primary route:
Acid + Base → Salt + Water
The H⁺ of acid replaced by cation of base.
Example: HCl + NaOH → NaCl + H₂O
H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

Other routes:
• Acid + Metal: 2HCl + Zn → ZnCl₂ + H₂
• Acid + Carbonate: 2HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + H₂O + CO₂
• Acid + Metal oxide: 2HCl + CuO → CuCl₂ + H₂O

Classification by pH of solution:

(1) Neutral salt (pH ~7):
Strong acid + Strong base → neutral salt. e.g., NaCl, KNO₃, KCl. No hydrolysis in water.

(2) Acidic salt (pH < 7):
Strong acid + Weak base → acidic salt. e.g., NH₄Cl, FeCl₃. Cation hydrolyses:
NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺ → acidic.

(3) Basic salt (pH > 7):
Weak acid + Strong base → basic salt. e.g., Na₂CO₃, CH₃COONa, NaHCO₃. Anion hydrolyses:
CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ → basic.

----

6 Important Salts + Uses:

(1) Sodium chloride (NaCl) — Table salt:
• Source: Sea evaporation, rock salt mining.
• Uses: Food seasoning + preservation (osmotic dehydration of microbes). Industrial chlor-alkali process — electrolysis produces Cl₂ + NaOH + H₂. Road de-icing in cold countries.
• Sri Lankan context: Eastern coastal salt pans (Hambantota, Mannar) traditional industry.

(2) Sodium bicarbonate (NaHCO₃) — Baking soda:
• Uses: Baking — heat decomposes → CO₂ + Na₂CO₃ + H₂O; CO₂ leavens dough. Antacid. Fire extinguishers (releases CO₂ smothering flame). Cleaning paste. Toothpaste. Bee sting first aid.

(3) Sodium carbonate (Na₂CO₃·10H₂O) — Washing soda:
• Uses: Laundry — softens hard water (precipitates Ca²⁺, Mg²⁺), removes grease. Glass manufacturing — Na₂CO₃ + SiO₂ + CaCO₃ → soda-lime glass. Paper, soap industry.

(4) Calcium sulphate (CaSO₄·2H₂O) — Gypsum / Plaster of Paris:
• POP: CaSO₄·½H₂O obtained by heating gypsum to 150°C.
• Uses: Plaster casts for broken bones. Wall plastering. Decorative mouldings, statues. Cement additive. Blackboard chalk.

(5) Copper sulphate (CuSO₄·5H₂O) — Blue vitriol:
• Properties: Distinctive blue crystals due to hydrated Cu²⁺. Anhydrous form white.
• Uses: Fungicide (Bordeaux mixture in vineyards). Algicide in ponds. Electroplating. Lab chemical tests.

(6) Potassium nitrate (KNO₃) — Saltpetre:
• Uses: NPK fertilizer (K + N source). Gunpowder (75% KNO₃ + 15% C + 10% S). Food preservation (curing). Fireworks oxidiser.

Bonus (7): Ammonium nitrate (NH₄NO₃):
• Uses: High-N fertilizer (~35% N). Industrial explosives. Instant cold packs (endothermic dissolution).
• Highly regulated due to terrorism misuse history.

Water of Crystallisation:
Many salts crystallise with water molecules locked in their lattice — e.g., CuSO₄·5H₂O, Na₂CO₃·10H₂O, CaSO₄·2H₂O. Heating drives water out → anhydrous form. Often colour change accompanies (blue CuSO₄·5H₂O → white anhydrous CuSO₄).

5. Indicators (காட்டிகள்) — 5 types விளக்குக. Each one's behavior + when to use + advantage/limitation. Endpoint detection in titration concept. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Litmus, phenolphthalein, methyl orange, universal, pH meter.
Colour changes + pH ranges.
Use cases.
Titration endpoint principle.

Indicators overview:
Acid-base indicators = weak organic acids/bases whose protonated + deprotonated forms have different colours. Colour change occurs over narrow pH range.

5 common indicators:

(1) Litmus:
• Source: Lichens extract.
• Behaviour: Red in acid; blue in base. Change ~pH 5-8.
• Use: Simple acid/base distinction. Litmus paper (red, blue, or neutral).
• Limitation: Cannot distinguish strong/weak. Wide transition range.
• Best for: Quick lab tests, classroom demos.

(2) Phenolphthalein:
• Behaviour: Colourless in acid (and neutral); pink in base (pH > 8.3).
• Use: Titration endpoint for strong acid + strong base + strong acid + weak base titrations (endpoint pH around 7-8).
• Advantage: Sharp colour transition. Easy to see.
• Limitation: Doesn't work in basic side titrations.

(3) Methyl orange:
• Behaviour: Red below pH 3.1; orange around 3.5; yellow above pH 4.4.
• Use: Titration endpoint for strong acid + weak base (e.g., HCl + NH₃, endpoint pH ~4).
• Limitation: Doesn't work for weak acid titrations.

(4) Universal Indicator:
• Composition: Mixture of several dyes (methyl red, bromothymol blue, thymol blue, phenolphthalein, etc.).
• Behaviour: Continuous colour spectrum:
- pH 1-3: Red
- pH 4-6: Orange-yellow
- pH 7: Green
- pH 8-10: Blue
- pH 11-14: Purple
• Use: Estimate pH of unknown solution by matching to chart (±1 accuracy).
• Form: Solution or impregnated pH paper.
• Limitation: Less precise than meter.

(5) pH Meter (electronic):
• Principle: Glass electrode measures voltage proportional to [H⁺]. Display ±0.01 pH.
• Use: Quantitative pH measurement in research, hospital labs, industry, aquaculture, soil testing.
• Advantage: Highest accuracy.
• Limitation: Expensive, requires calibration, electrode care.

Specialty indicators (brief):
• Bromothymol blue: yellow (acid) → blue (base), transition pH 6-7.
• Methyl red: red (acid) → yellow (base), transition pH 4-6.
• Natural indicators: red cabbage juice (red→purple→green→yellow as pH increases), turmeric (yellow→red at pH 7+), hibiscus.

----

Titration Endpoint Concept:

Titration = volumetric analysis to determine unknown concentration of acid or base.

Setup:
• Burette: Standard (known concentration) titrant.
• Pipette + conical flask: Unknown (analyte) volume measured exactly.
• Indicator added to flask.
• Titrant added drop-by-drop until colour change → endpoint.

Endpoint: Point where indicator changes colour — approximately matches the equivalence point (where moles acid = moles base reacted).

Indicator selection rule:
• Strong acid + Strong base → use phenolphthalein OR methyl orange (sharp pH jump at equivalence, both work).
• Weak acid + Strong base → phenolphthalein (equivalence pH ~8-9).
• Strong acid + Weak base → methyl orange (equivalence pH ~4-5).
• Weak acid + Weak base → NOT recommended (no sharp transition; use pH meter).

Calculation:
Molarity × Volume of acid (acidic H⁺ count) = Molarity × Volume of base (basic OH⁻ count).
From this, unknown concentration determined.

Real-world applications:
• Water quality testing (alkalinity, acidity).
• Vinegar/lemon juice strength determination.
• Pharmaceutical quality control.
• Wine/beverage analysis.
• Soil + agricultural analysis.

6. Acids, bases, salts ஒவ்வொன்றின் முக்கிய தொழிற்சாலை + வீட்டு பயன்பாடுகளை — H₂SO₄ ("king of chemicals"), NaOH, NaCl, NaHCO₃, CuSO₄, NH₄NO₃ — ஐந்து-ஆறு உதாரணங்களில் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Each one's key industrial use.
Daily/household uses.
Production methods briefly.
Safety considerations.

(1) Sulphuric acid (H₂SO₄) — "King of Chemicals":
Why "king"? Most produced chemical worldwide. Industrial output ≈ economic indicator.
Production: Contact process — S → SO₂ → SO₃ (V₂O₅ catalyst) → H₂SO₄ (absorbed in H₂SO₄, then diluted).
Main uses:
• Fertilizers (~60%): Ammonium sulphate, superphosphate.
• Petroleum refining — alkylation, octane improvement.
• Lead-acid car batteries — electrolyte.
• Paper, textiles, dyes.
• Drain cleaner at high concentration.
Safety: Severe burns + dehydration. Always dilute by adding acid to water (never reverse).

(2) Sodium hydroxide (NaOH) — Caustic soda:
Production: Chlor-alkali electrolysis of brine (NaCl solution).
Main uses:
• Soap manufacturing — saponification (NaOH + fat → soap + glycerol).
• Paper — pulping wood (Kraft process).
• Textiles — mercerising cotton (stronger, shinier).
• Aluminium production — Bayer process (dissolves bauxite).
• Drain cleaner — dissolves hair, grease.
Safety: Severe chemical burns. Soapy slippery feel = danger signal. Eye flush copiously.

(3) Sodium chloride (NaCl):
Sources: Sea evaporation (Sri Lankan salt pans), rock salt mining.
Main uses:
• Food seasoning — daily essential.
• Preservation — fish drying, meat curing (osmotic dehydration kills microbes). Pre-refrigeration era ESSENTIAL.
• Industrial chemistry — feedstock for NaOH, Cl₂, HCl, Na₂CO₃, Na metal production.
• Road de-icing (cold countries) — lowers freezing point.
• Animal feed supplement.
Health note: Excess (>5 g/day) → hypertension, cardiovascular risk.

(4) Sodium bicarbonate (NaHCO₃) — Baking soda:
Source: Solvay process from NaCl + CO₂ + NH₃.
Main uses:
• Baking — heat decomposes: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂. CO₂ leavens dough.
• Antacid — neutralises stomach acid (mild, fast-acting).
• Fire extinguishers — heat releases CO₂ smothering flame.
• Cleaning paste — mild abrasive, deodoriser.
• Toothpaste — mild base + abrasive.
• Insect bite relief (acid stings).

(5) Copper sulphate (CuSO₄·5H₂O) — Blue vitriol:
Properties: Brilliant blue crystals (hydrated Cu²⁺). Anhydrous form = white powder.
Main uses:
• Bordeaux mixture — fungicide spray for grape vineyards, potato blight.
• Algicide in swimming pools + reservoirs.
• Electroplating — Cu²⁺ deposits on cathode.
• Textile mordant — dye fixing.
• Lab test — Fehling's solution component.

(6) Ammonium nitrate (NH₄NO₃):
Production: NH₃ + HNO₃.
Main uses:
• Fertilizer — high N content (~35%), rapid plant uptake. Critical for green revolution agriculture.
• ANFO explosives — mining, quarrying, construction.
• Instant cold packs — endothermic dissolution.
Safety/regulation: 2020 Beirut explosion (2750 tonnes stored unsafely). Strictly regulated worldwide.

(7) Calcium hydroxide / Slaked lime — Ca(OH)₂):
Production: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + heat.
Uses:
• Construction — mortar, plaster, whitewash.
• Water treatment — pH adjustment, softening.
• Agricultural lime — acidic soil correction.
• Sewage treatment — clarification + sulphide removal.
• Betel chewing in South Asia (with areca nut, traditional).

Common theme: Acids, bases, salts each have indispensable industrial AND household roles. Modern life essentially built on chemistry of these three categories.

7. Acid rain (அமில மழை) — formation chemistry + environmental damage + mitigation. Sri Lankan-context impacts. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

SO₂ + NOₓ from combustion.
React with water → H₂SO₄ + HNO₃.
Forest, lake, structure damage.
Mitigation: catalytic converters, scrubbers, energy transition.
Sri Lanka coal plant + vehicle issues.

Acid Rain — Definition:
Rainwater with pH < 5.6 (natural rain pH ~5.6 from atmospheric CO₂ forming weak carbonic acid). Below this = anthropogenic pollutant-induced.

Formation Chemistry:

(1) SO₂ source: Coal combustion (sulphur impurity), oil burning, volcanic eruptions, metal smelting. Sulphuric acid:
• 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ (catalysis by dust, UV)
• SO₃ + H₂O → H₂SO₄

(2) NOₓ source: Vehicle engines (high-temperature air N₂ + O₂ → NO), power plants, lightning.
• 2NO + O₂ → 2NO₂
• 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

Result: Rain pH 4-5 typical in polluted areas; pH 2-3 in extreme cases (similar to lemon juice falling from sky).

----

Environmental Damage:

(1) Forest decline:
• Leaf damage (waxy cuticle dissolved).
• Soil acidification → leaching of essential nutrients (Ca, Mg, K).
• Release of toxic Al³⁺ from soil minerals → root damage.
• Weakened trees vulnerable to disease, insects.
• Famous example: Black Forest (Germany), Catskill Mountains (USA) — large dieback events 1970s-80s.

(2) Lake + river acidification:
• Aquatic life intolerant. Fish eggs fail to hatch below pH 5.
• Aluminium dissolved from sediments → gill damage in fish.
• Eventually "dead lakes" — clear blue water but no biodiversity.
• Scandinavian lakes (downwind of UK power plants) — historical example.

(3) Building + monument damage:
• Marble (CaCO₃) + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂.
• Marble + limestone monuments slowly dissolved.
• Taj Mahal (India) — yellowish discolouration partly due to acid rain near coal-burning Mathura refinery.
• Acropolis (Greece) — ancient statues replaced by replicas; originals indoor.
• Modern buildings — steel reinforcement corrosion.

(4) Health effects:
• Acid aerosols irritate respiratory system, worsen asthma.
• Toxic metal leaching into drinking water (lead pipes, copper).
• Crops on acidified soil yield reduction.

----

Mitigation strategies:

(1) At source:
• Scrubbers at power plants — flue gas + Ca(OH)₂ slurry → CaSO₄ (gypsum) byproduct. Useful for plaster industry.
• Low-sulphur fuels — coal washing, oil hydrodesulphurisation.
• Catalytic converters in vehicles — convert NOₓ → N₂ + O₂.
• Energy transition — solar, wind, nuclear replacing coal.

(2) Tall stacks (only partial solution):
• Sends pollution further away, not eliminating.
• Cross-border pollution issue (Scandinavia ← UK, Eastern US ← Midwest).

(3) Soil + lake liming:
• Spread limestone (CaCO₃) on affected lakes + forests to neutralise.
• Temporary, expensive measure.

(4) International treaties:
• 1979 Geneva Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution.
• Acid rain in developed countries reduced 50%+ since 1990 due to scrubbers + cleaner fuels.

----

Sri Lankan context:

Current state: Acid rain not yet severe but rising concern.
• Norochcholai Coal Power Plant (300 MW × 3) — significant SO₂ emitter; scrubbers minimal in early years.
• Vehicle emissions — rapid car/3-wheeler increase + diesel buses → urban NOₓ pollution.
• Cement industry — sulphur in coal substitutes.

Vulnerable areas:
• Central highlands (tea plantations) — already naturally acidic soil + added pollution stress.
• Coastal mangroves — fragile pH balance.
• Historical monuments — Sigiriya, Anuradhapura, Polonnaruwa stone structures.

Sri Lanka measures:
• Catalytic converter requirement for new vehicles (since ~2008).
• Sulphur cap on diesel fuel.
• Renewable energy push (solar, wind farms in Mannar, Hambantota).
• National Environmental Act standards.

Future outlook: Energy transition + electric vehicles + emission control = essential to prevent severe acid rain damage. Climate change action overlap.

Action takeaway: Individual citizens — efficient vehicles, reduced consumption, support green energy policy. Collective action saves landscapes + monuments.

1. (அ) Exothermic + Endothermic தாக்கம் வரையறை + ஒவ்வொன்றிற்கும் மூன்று உதாரணம். (6) (ஆ) Heat vs Temperature வேறுபாடு. (4) (10 புள்ளி)

2. Q = mcθ formula. (அ) Each variable + unit explain. (3) (ஆ) 200 mL HCl + 200 mL NaOH (both 1 M) கலந்தபோது 25→32.5°C ஆனது. (i) Q? (ii) Per mole? (iii) Type? (5) (இ) Calorimetry assumptions. (2) (10 புள்ளி)

3. Calorimeter design — polystyrene cup setup. ஏன் இவ்வாறு design? Five real-life applications of exothermic vs endothermic reactions. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Insulator polystyrene. Lid. Thermometer. Stirrer.
Exo: fuels, hand warmer, cement, body heat, neutralisation heat pack.
Endo: cold pack, refrigerator, photosynthesis, sweating, melting ice.

Calorimeter Design (Polystyrene Cup setup):

Components:
• Outer polystyrene cup — provides air gap → poor heat conductor → minimises heat loss to surroundings.
• Inner polystyrene cup — actual reaction container. Double-walled construction enhances insulation.
• Lid (cover) — also polystyrene foam. Prevents heat loss through convection at top + reduces evaporation losses.
• Thermometer (through small hole in lid) — measures temperature change ΔT.
• Stirrer — ensures uniform temperature throughout solution. Without stirring, thermometer might read local temperature only.

Why this design?
(1) Polystyrene = trapped air pockets = very poor conductor. Cheap + reusable.
(2) Air gap between cups = additional insulation barrier.
(3) Lid stops upward heat loss (convection) and steam escape (latent heat loss).
(4) Stirrer guarantees ΔT measurement accuracy.
(5) Thermometer directly reads temperature change for Q = mcθ.

Limitations:
• Not perfectly insulating — some heat lost.
• Pressure changes can't be measured (use bomb calorimeter for combustion).
• Volume changes can cause cap displacement (open systems).

----

5 Exothermic Real-Life Applications:

(1) Combustion fuels: LPG, kerosene, petrol → cooking + transport + power. Releases ~40-50 MJ/kg as heat that does work.

(2) Hand warmers: Iron filings + air + salt + activated carbon → slow controlled rusting (Fe → Fe₂O₃) → 60-70°C for hours. Winter pocket utility.

(3) Cement setting in construction: Hydration of Portland cement (Ca silicates + water → Ca silicate hydrates + heat). Bridges, dams cool slowly to prevent thermal cracking — Hoover Dam used internal cooling pipes.

(4) Body warmth: Cellular respiration (glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP) generates ~70 W resting BMR. Maintains 37°C body temperature.

(5) Neutralisation heat packs: Some commercial heat packs use Mg + Fe + saltwater → mild exothermic for post-workout muscle relaxation. Alternatively, supersaturated sodium acetate "snap" packs (technically crystallisation, exothermic).

----

5 Endothermic Real-Life Applications:

(1) Instant cold pack (sports injury): NH₄NO₃ + water → solution at 0-5°C. Used for sprains, bruises, fever reduction in remote settings without ice.

(2) Refrigerator + air conditioning: Refrigerant evaporation inside cooler/room absorbs heat (endothermic). Compressor cycle moves heat outside. Energy moved, not destroyed (heat pump).

(3) Photosynthesis: Plants store solar energy as glucose chemical bonds. Foundation of food chain. ~120 billion tonnes carbon fixed annually globally.

(4) Sweating (body cooling): Skin water evaporation absorbs ~2260 J/g. Critical for exercise + hot climate. Humid air reduces evaporation rate → why humidity feels hotter.

(5) Ice melting in drinks / preservation: Latent heat of fusion (334 J/g) absorbed → cools drink. Cold chain logistics for food + medicine preservation uses ice + dry ice (sublimation).

Bonus combined application — Internal combustion engine: Controlled exothermic combustion of fuel + air → mechanical work + waste heat. Endothermic — radiator-cooled to manage waste heat. Modern engines ~30-40% efficient; rest = waste heat.

4. Real chemistry-physics-biology + everyday examples linking heat reactions: (a) Body temp regulation (b) Respiration + photosynthesis cycle (c) Acid rain energy aspect (d) Cooking + fuel + cement. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Body uses both exo (resp) + endo (sweat) for thermoregulation.
Respiration releases what photosynthesis stored.
Acid rain caused by combustion exo reactions.
Fuel combustion exo for cooking + steel/cement industry.

(a) Body Temperature Regulation — Exo + Endo combined:

Human body maintains 37°C against changing environment.

Heat sources (Exothermic):
• Basal metabolic rate (BMR) ~70 W from cellular respiration. Liver + muscle major heat producers.
• During exercise — 10× higher heat production. Burning glucose + fats releases ~30 kJ/L O₂ consumed.
• Shivering (involuntary muscle contractions) generates heat when cold.
• Brown fat tissue (babies + cold-adapted adults) produces heat via uncoupled mitochondrial respiration.

Heat removal (Endothermic):
• Sweat evaporation — each gram removes ~2400 J. Critical in tropical climates.
• Radiation from skin surface — proportional to T⁴ (Stefan-Boltzmann).
• Vasodilation (skin vessels) — more blood to surface for radiation loss.
• Behavioural (seek shade, drink cold water).

Failure modes:
• Hypothermia (<35°C) — frostbite, confusion, death.
• Hyperthermia / heatstroke (>40°C) — multi-organ failure.
• Fever — controlled hyperthermia (immune response set-point reset to ~38-39°C).

Smart design: Body uses water's high specific heat (4200 J/kg/°C) and high latent heat (2260 J/g) for buffering and cooling efficiency.

----

(b) Respiration ↔ Photosynthesis Cycle:

Photosynthesis (endothermic — absorbs solar energy):
6CO₂ + 6H₂O + light → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Energy stored: ~2870 kJ/mol glucose. Solar energy → chemical bond energy.

Respiration (exothermic — releases stored energy):
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ~2870 kJ/mol
Released as: ~40% ATP (cellular work) + ~60% heat (body temperature).

Global cycle:
Plants store solar energy by day. Plants + animals consume energy continuously via respiration. Day-night equilibrium.

Carbon balance:
• Atmospheric CO₂ ~410 ppm (rising due to fossil fuels).
• Plants absorb ~120 GtC/year.
• Respiration + decay return ~120 GtC/year.
• Anthropogenic emissions ~36 GtC/year excess CO₂ → climate change.

Energy currency: All life energy ultimately solar. Even fossil fuels = ancient stored photosynthesis (millions of years).

----

(c) Acid Rain — Combustion Reactions Contribute:

Coal + oil combustion are highly exothermic — that's why we burn them. But byproducts include S + N compounds:

SO₂ formation (exothermic):
S + O₂ → SO₂ + ~297 kJ/mol (coal sulfur burning).
Further: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ + heat.
SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (sulfuric acid rain).

NOₓ formation:
N₂ + O₂ → 2NO (endothermic at high T inside engines). NO + ½O₂ → NO₂.
3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO (nitric acid rain).

Result: Rain pH 2-5 instead of natural 5.6.

Damage:
• Forests, lakes, monuments dissolved.
• Soil acidification → nutrient leaching.
• Aquatic biodiversity loss.
• Sri Lanka tea plantations + Sigiriya monuments at risk if pollution continues.

Mitigation = limit exothermic combustion:
• Renewable energy (solar, wind, hydro) — no SO₂ or NOₓ.
• Scrubbers — remove SO₂ as gypsum (Ca-based).
• Catalytic converters — NOₓ → N₂.
• Energy efficiency — less burning needed.

----

(d) Cooking, Fuels, Cement:

Cooking (LPG):
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + 2200 kJ/mol (propane).
Sri Lankan kitchens majority LPG-cooked. Stove ~50% efficient.

Wood fire:
C + O₂ → CO₂ + 394 kJ/mol; H + O₂ → H₂O. Less efficient + more smoke. Indoor air pollution concern.

Electric / induction cooking:
Electricity-source-dependent. Coal-electric still emits CO₂ at power plant.

Steel making:
Iron ore + coke + limestone in blast furnace. Multiple exo reactions:
• Carbon combustion provides heat.
• Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂.
Massive energy + CO₂ source.

Cement (Portland):
• CaCO₃ + heat → CaO + CO₂ (endothermic — needs furnace).
• CaO + clay → cement clinker (exothermic curing).
• Cement industry ~7% global CO₂ emissions.

Energy + climate intersection: Modern civilization powered by exothermic combustion of carbon. Climate crisis demanding shift to renewable (no combustion) energy + electrification + carbon capture.

5. Q = mcθ பயன்பாட்டில் 5 numerical problems-ஐ விளக்குக. Specific heat capacity-ன் physical meaning. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

c definition.
5 problems including endo/exo.
Water vs metal comparison.

Specific Heat Capacity (c) — Physical Meaning:
Amount of heat needed to raise temperature of 1 kg of substance by 1°C. Unit: J kg⁻¹ °C⁻¹ or J kg⁻¹ K⁻¹.

Common values:
• Water (liquid): 4200 J/kg/°C — highest among common substances.
• Ice: 2100 J/kg/°C.
• Steam: 2010 J/kg/°C.
• Aluminium: 900 J/kg/°C.
• Copper: 385 J/kg/°C.
• Iron: 450 J/kg/°C.
• Mercury: 140 J/kg/°C.
• Air: 1000 J/kg/°C.

Why water so high? Hydrogen bond network absorbs heat into rotational + translational modes. Beneficial for Earth's climate (oceans buffer temperature) + body (sweat cools efficiently).

Why metals so low? Free electrons absorb heat efficiently — small temperature rise stores much energy. Why car radiator water (large c) needed for engine cooling.

----

Problem 1 — Water heating:
Heat needed to raise 2 kg water from 20°C to 90°C?
Q = mcθ = 2 × 4200 × 70 = 588,000 J = 588 kJ.
With 1.5 kW kettle: time = 588/1.5 = 392 seconds = ~6.5 min.

Problem 2 — Aluminium block:
500 g Al cube heated 25°C → 100°C. Heat absorbed?
m = 0.5 kg, c = 900, ΔT = 75°C.
Q = 0.5 × 900 × 75 = 33,750 J = 33.75 kJ.

Problem 3 — Endothermic dissolution (NH₄NO₃):
50 g NH₄NO₃ dissolved in 200 g water. Temperature dropped from 25°C → 13°C. Heat absorbed by reaction?
Total solution mass = 250 g = 0.25 kg, ΔT = 12°C (cooling).
Q = 0.25 × 4200 × 12 = 12,600 J = 12.6 kJ absorbed.
Endothermic dissolution (NH₄NO₃ → NH₄⁺ + NO₃⁻).

Problem 4 — Exothermic neutralisation:
100 cm³ 2M HCl + 100 cm³ 2M NaOH (both 25°C) mixed → 40°C.
Total solution = 200 g = 0.2 kg, ΔT = 15°C.
Q = 0.2 × 4200 × 15 = 12,600 J = 12.6 kJ released.
Moles NaOH = 0.2 mol. Heat per mole = 12,600 / 0.2 = 63 kJ/mol (close to 57 kJ/mol literature value; small heat loss difference).

Problem 5 — Mixing two waters:
200 g water at 80°C + 300 g water at 20°C. Final temperature?
Heat lost by hot = Heat gained by cold:
200 × 4.2 × (80 − T_final) = 300 × 4.2 × (T_final − 20)
200 × (80 − T) = 300 × (T − 20)
16000 − 200T = 300T − 6000
22000 = 500T
T_final = 44°C.

Note: c cancels out (same substance). General mixing formula: T_final = (m₁T₁ + m₂T₂)/(m₁ + m₂) for same substance.

----

Practical insights from c values:

(1) Why oceans moderate climate:
Water c = 4200; soil c ≈ 1500. Coastal areas warm slowly + cool slowly. Inland areas have extreme T swings.

(2) Why cooking pots are metal:
Low c → quick to heat up. Aluminum + steel popular. Bottom thicker for even heat distribution.

(3) Why thermos walls vacuum:
Vacuum stops convection + conduction. Reflective inner wall stops radiation. Coffee stays hot.

(4) Why nuclear reactor coolant water:
High c removes large heat from core efficiently. PWR + BWR designs use water.

(5) Why summer heat stress:
Humans depend on sweat evaporation (2260 J/g latent heat). Humid days reduce evaporation → heat trap. Wet bulb temperature critical metric.

Equation forms in heat transfer:
• Sensible heat: Q = mcΔT (temperature change, no phase change).
• Latent heat: Q = mL (phase change, no temperature change). L_fusion(water) = 334 J/g; L_vaporisation = 2260 J/g.
• Combined heating of ice → steam involves multiple stages: ice warms + ice melts + water warms + water boils + steam warms.

6. Pure metals vs solutions calorimetry வேறுபாடு. சில questions where you must use the formula correctly: 3 problems exposing common student errors. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Specific heat differences.
Solution mass = volume × density assumption.
Common errors: wrong c, wrong mass, wrong ΔT sign.
Sign conventions.

Pure metals vs solutions in calorimetry:

Pure substance heating:
• Use substance's own c.
• Mass directly given or measured.
• ΔT measured.
• Q = mcΔT straightforward.

Solution calorimetry:
• Assume solution properties ≈ water (dilute solutions).
• Total solution mass = volume_total × density (typically use 1 g/mL).
• Specific heat ≈ 4200 (water's value).
• Q calculated represents heat absorbed/released BY the solution → heat released/absorbed by the reaction (opposite sign).
• To get "per mole": divide by moles of limiting reactant.

Sign convention (NIE / exam):
• Q from formula = magnitude of heat involved.
• If solution cooled (ΔT negative) → reaction was endothermic.
• If solution warmed (ΔT positive) → reaction was exothermic.
• Some textbooks use ΔH negative for exo, positive for endo.

----

Problem 1 — Common error: wrong mass:

Q: 100 cm³ 1M HCl + 100 cm³ 1M NaOH (both 25°C) → 32°C. Calculate heat released per mole.

Common mistake: Using only 100 g (single reactant volume) instead of 200 g (total solution).

Correct approach:
• Total volume = 100 + 100 = 200 cm³.
• Mass = 200 g = 0.2 kg (density ≈ water).
• ΔT = 32 − 25 = 7°C.
• Q = 0.2 × 4200 × 7 = 5880 J = 5.88 kJ.
• Moles NaOH (or HCl) = 0.1 dm³ × 1 mol/dm³ = 0.1 mol.
• Heat per mole = 5880 / 0.1 = 58,800 J/mol ≈ 59 kJ/mol (matches literature 57 kJ/mol; small heat loss).

Lesson: Always use total combined mass after mixing.

----

Problem 2 — Common error: wrong specific heat:

Q: A 300 g iron block heated from 20°C → 100°C absorbs how much heat? (c_iron = 450 J/kg/°C)

Common mistake: Using c = 4200 (water) instead of c_iron = 450.

Correct calculation:
• m = 0.3 kg, c = 450, ΔT = 80.
• Q = 0.3 × 450 × 80 = 10,800 J = 10.8 kJ.

Mistake gives: 0.3 × 4200 × 80 = 100,800 J = ~10× wrong!

Lesson: Always identify substance + use correct c.

----

Problem 3 — Common error: ΔT sign + identifying type:

Q: 50 g KNO₃ added to 200 g water at 25°C. Temperature dropped to 16°C. (a) How much heat was absorbed by the solution? (b) Endo or exo?

Common mistakes:
• Sign confusion of ΔT.
• Confusing direction: "heat absorbed by solution" vs "heat involved in reaction".

Correct approach:
• Total solution mass = 50 + 200 = 250 g = 0.25 kg.
• ΔT magnitude = 25 − 16 = 9°C.
• Q (magnitude) = 0.25 × 4200 × 9 = 9450 J = 9.45 kJ.
• Solution LOST 9.45 kJ → solution's temperature dropped.
• The reaction (KNO₃ dissolving) ABSORBED 9.45 kJ from the solution.
• Therefore reaction = endothermic.

Visual: "Reaction takes heat from solution → solution cools."

Lesson: Direction of energy flow = key. Solution's temperature change is the OPPOSITE direction of the reaction's heat sign.

----

Problem 4 (bonus) — Latent heat involved:

Q: How much heat to convert 100 g ice at 0°C to 100 g steam at 100°C?

4 stages:
(i) Melt ice: Q₁ = m × L_fusion = 0.1 × 334,000 = 33,400 J.
(ii) Heat water 0 → 100°C: Q₂ = 0.1 × 4200 × 100 = 42,000 J.
(iii) Boil water: Q₃ = m × L_vapor = 0.1 × 2,260,000 = 226,000 J.
(iv) Heat steam (if continuing past 100°C): skip here.

Total = 33,400 + 42,000 + 226,000 = 301,400 J = 301.4 kJ.

Observation: Vaporisation absorbs the most by far (~75% of total). Why steam burns are far worse than water burns.

Lesson: Latent heat (Q = mL) for phase changes, NOT Q = mcΔT. ΔT = 0 during phase change.

----

Summary of common calorimetry errors:
(1) Using mass of only one reactant instead of total mixed mass.
(2) Using water's c for non-water substance.
(3) Using cm³ as kg or g (always convert).
(4) ΔT sign confusion.
(5) Forgetting to convert per-mole when asked.
(6) Using sensible heat formula for phase change (or vice versa).
(7) Ignoring heat loss to surroundings (acceptable approximation in school exams).

7. Why specific heat of water is uniquely high — physical explanation. Climate + biological consequences if water had low specific heat instead. Energy aspect of climate change. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

H-bond network absorbs energy.
Climate without water buffer = extreme T.
Biology depends on water.
Climate change = increased atmospheric heat retention.

Why water's specific heat is uniquely high:

Molecular explanation:

Water (H₂O) molecules form extensive hydrogen bond network — each molecule attracts up to 4 neighbours via H-bonds.

When heat is added to liquid water:
• Translational motion energy stored (whole molecule speed).
• Rotational motion energy stored (molecule tumbling).
• Vibrational modes energy stored.
• H-bond breaking uses significant energy (~21 kJ/mol per H-bond).

Result: Much heat must be added before temperature rises significantly. c = 4200 J/kg/°C is 4× that of typical organic liquids + 10× metals.

Comparison values:
• Ethanol: ~2400 J/kg/°C
• Olive oil: ~2000 J/kg/°C
• Mercury: 140 J/kg/°C
• Iron: 450 J/kg/°C
• Aluminium: 900 J/kg/°C

Water is anomalously high among all liquids; only ammonia higher.

Additional anomalies:
• Latent heat of vaporisation: 2260 J/g (very high) — H-bonds completely broken in gas phase.
• Latent heat of fusion: 334 J/g — partial H-bond network broken.
• Maximum density at 4°C (not at freezing) — H-bond network optimisation.

----

Climate consequences IF water had low specific heat:

Imagine if water had c = 450 like iron (10× lower):

Oceans:
• Would heat up + cool down rapidly with day-night cycle + seasons.
• Coastal climates would have huge temperature swings.
• Storms more intense + frequent (temperature gradients steeper).
• Marine life faced with daily 20-40°C swings — most would be extinct.
• Ice ages might be triggered more easily.

Atmosphere:
• Water vapor wouldn't absorb much heat → climate buffer absent.
• Day-night T variation 50-70°C (like Mars desert).
• No moderating effect of water bodies.

Continental interiors:
Desert-like extremes already exist (Sahara, Gobi) but globally everywhere.

Earth would be inhospitable.

----

Biological consequences:

Body temperature regulation:
• 60% of human body = water. High c means body resists T change.
• Without it, fever/hypothermia easier to trigger.
• Sweating (latent heat) — only effective because of water's high L_vap.
• Without it, would need to drink + sweat 10× more for same cooling.

Cellular machinery:
• Enzymes work in narrow T range (35-40°C for humans).
• High T water swings would denature enzymes faster than evolution could keep up.
• Most biochemistry happens in aqueous solution — water's buffering essential.

Aquatic life:
• Lakes/oceans = stable thermal habitat.
• Coral reefs already stressed by small T rises (~2°C) — without water buffer, bleaching would be daily.
• Migration patterns, hibernation cycles all evolved around water's thermal stability.

Photosynthesis:
• Plants need water as reactant.
• Steady moderate temperatures support continuous photosynthesis.
• Without — boom-bust cycles dominate ecosystems.

----

Climate Change Energy Aspect:

Current global warming = increased heat retention in atmosphere + oceans.

Energy budget:
• Solar input: ~1361 W/m² at top of atmosphere.
• Earth radiates back ~393 W/m² average from surface.
• Greenhouse gases (CO₂, CH₄, N₂O, water vapor) absorb infrared from surface → re-emit downward → warming.

Anthropogenic forcing:
• CO₂ from fossil fuel combustion (exothermic) → atmospheric concentration up 50% since 1750.
• Methane from agriculture + leaks.
• Net imbalance ~+2.4 W/m² extra heat retained.
• Over a year, this is ~3×10²² J extra heat — equivalent to billions of nuclear bombs!

Where does it go?
• ~93% absorbed by oceans — water's high c makes oceans a massive heat sink. Without this, atmospheric warming would be 30× faster.
• ~3% melts ice (latent heat for phase change).
• ~3% warms atmosphere.
• ~1% warms land.

Oceans are buying us time via water's high specific heat. But consequences:
• Sea level rise (thermal expansion).
• Ocean acidification (CO₂ dissolved → carbonic acid).
• Coral bleaching.
• Disrupted currents (Gulf Stream slowdown).
• Marine ecosystem shifts.

Eventually:
If forcing continues, ocean buffering capacity saturates → atmospheric warming accelerates → tipping points (permafrost methane release, Amazon dieback, ice sheet collapse).

Solution:
• Reduce exothermic fossil fuel combustion → replace with endothermic (e.g., direct solar capture).
• Reforest (photosynthesis).
• Carbon capture (energy-intensive).
• Methane reduction (agriculture, industry).

Sri Lankan specifics:
• Coastal flooding risk (Colombo, Galle, Trincomalee).
• Monsoon disruption affects rice agriculture.
• Coral reef loss (Pasikuda, Mannar).
• Renewable energy push (solar farms Mannar, wind in Hambantota) = reduce combustion.

Final thought: Water's high specific heat is simultaneously the foundation of life + the reason we have time to address climate change. But that grace period is finite. Action required.

1. (அ) வெப்பநிலை (temperature) என்றால் என்ன? வெப்பத்திலிருந்து (heat) அது எவ்வாறு வேறுபடுகிறது? (3)
(ஆ) Celsius, Fahrenheit, Kelvin ஆகிய மூன்று அளவுகோல்களின் நிலையான புள்ளிகளை (fixed points) தருக. (3)
(இ) தனிமச் சுழி வெப்பநிலை (absolute zero) என்றால் என்ன? K ↔ °C மாற்றத்தைக் கூறி, 27°C-ஐ K-ஆகவும் 300 K-ஐ °C-ஆகவும் மாற்றுக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வெப்பநிலை = துகள்களின் சராசரி KE அளவீடு.
வெப்பம் = வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் மாறும் ஆற்றல்.
Celsius 0/100, Fahrenheit 32/212, Kelvin 273/373.
Absolute zero = −273.15°C = 0 K.
K = °C+273. 27°C=300K; 300K=27°C.

(அ) வெப்பநிலை (Temperature): ஒரு பொருளை அமைக்கும் துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் (mean kinetic energy) அளவீடு. பொருள் எவ்வளவு சூடாக/குளிராக உள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. அலகு: Kelvin (K).
வெப்பம் (Heat): இரு பொருள்களுக்கிடையே உள்ள வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு மாறும் ஆற்றல். அலகு: Joule (J).
வேறுபாடு: வெப்பநிலை = ஒரு *பண்பு* (சராசரி KE); வெப்பம் = கடத்தப்படும் *ஆற்றல்*. வெப்பநிலை வேறுபாடு இருந்தால்தான் வெப்பம் பாயும்.

(ஆ) நிலையான புள்ளிகள் (Fixed points) — 1 atm அழுத்தத்தில்:
| அளவுகோல் | பனி உருகல் | நீர் கொதிநிலை | பகுதிகள் |
|---|---|---|---|
| Celsius | 0°C | 100°C | 100 |
| Fahrenheit | 32°F | 212°F | 180 |
| Kelvin | 273 K | 373 K | 100 |

(இ) தனிமச் சுழி வெப்பநிலை (Absolute zero): எந்தப் பொருளும் அடையக்கூடிய மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை. இதில் அனைத்துத் துகள்களின் இயக்க ஆற்றல் பூச்சியம். இதற்குக் கீழே வெப்பநிலையைக் குறைக்க முடியாது. இது −273.15°C = 0 K.
மாற்றம்: K = °C + 273; °C = K − 273. (Celsius–Kelvin இடைவெளி அளவில் சமம் — 1°C = 1 K.)
• 27°C = 27 + 273 = 300 K.
• 300 K = 300 − 273 = 27°C.

2. (அ) கண்ணாடி-இரச (glass-mercury) வெப்பநிலைமானியின் அமைப்பை விளக்கி, அதில் இரசம் (mercury) பயன்படுவதன் 3 நன்மைகளையும் 1 குறையையும் தருக. (5)
(ஆ) குறை வெப்பநிலை அளக்க கண்ணாடி-மதுசார (glass-alcohol/ethanol) வெப்பநிலைமானி ஏன் பொருத்தமானது? (3)
(இ) எண்ணிலக்க (digital) வெப்பநிலைமானி எவ்வாறு செயல்படுகிறது? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Mercury thermometer: bulb + narrow tube; expansion rises.
Mercury: uniform expansion, good conductor, wide liquid range; toxic.
Ethanol m.p. −115°C → low temp; high uniform expansion; coloured.
Digital uses temperature-dependent resistance.

(அ) கண்ணாடி-இரச வெப்பநிலைமானி அமைப்பு: இரசம் நிரப்பப்பட்ட ஒரு குமிழி (bulb) ஒடுங்கிய கண்ணாடிக் குழாயுடன் இணைக்கப்படுகிறது. வெப்பநிலை உயரும்போது குமிழியில் உள்ள இரசம் விரிவடைந்து குழாயில் மேலேறும். இரச நிரலின் நீளத்திற்கேற்ப அளவுகோலில் வெப்பநிலையை வாசிக்கலாம். குழாயின் விட்டம் மிகச் சிறியதால் சிறு பருமன் விரிவடைதலும் தெளிவாகத் தெரியும் நீளமாகத் தெரியும்.
இரசத்தின் நன்மைகள்:
• பரந்த வீச்சில் சீரான விரிவடைதல் (uniform expansion).
• நல்ல வெப்பக் கடத்தி (good thermal conductor) — விரைவாக வெப்பநிலையை எய்தும்.
• பரந்த வீச்சில் (−39°C முதல் 357°C) திரவமாகவே இருக்கும்.
குறை: இரசம் நச்சுத்தன்மை (toxic) உடையது → பயன்பாடு குறைந்து வருகிறது.

(ஆ) மதுசார (ethanol) வெப்பநிலைமானி:
• Ethanol-ன் உருகுநிலை −115°C — மிகக் குறைவு. எனவே 0°C-க்கு மிகக் கீழான வெப்பநிலைகளிலும் திரவமாகவே இருந்து அளவிட உதவும் (மலையக குளிர் காலநிலை).
• ஏனைய திரவங்களைவிட அதிக விரிவடைதல்; அது வெப்பநிலையுடன் சீராக அதிகரிக்கிறது.
• தூய ethanol நிறமற்றது → நிரல் தெளிவாகத் தெரிய வண்ணப் பொருள் சேர்க்கப்படுகிறது.

(இ) எண்ணிலக்க (Digital) வெப்பநிலைமானி: விரிவடைதலுக்குப் பதிலாக, வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறும் ஒரு மின் பண்பை — மின்தடை (resistance) — பயன்படுத்துகிறது. வெப்பநிலை மாறும்போது மின்தடை மாறுகிறது; அதை மின்னணுச் சுற்று வெப்பநிலையாக மாற்றி திரையில் நேரடியாகக் காட்டுகிறது.

3. (அ) வெப்பக் கொள்ளளவு (heat capacity, C) மற்றும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (specific heat capacity, c) ஆகியவற்றை வரையறுத்து அலகுகளுடன் வேறுபடுத்துக. (3)
(ஆ) Q = mcθ சமன்பாட்டில் ஒவ்வொரு குறியீட்டையும் அலகுடன் விளக்குக. (2)
(இ) ஒரு செப்புக் கலனில் 1 kg நீர் உள்ளது. நீருடன் கூடிய கலனின் திணிவு 1.6 kg. நீரின் வெப்பநிலை 25°C. நீர் கொதிக்கும்வரை (100°C) சூடேற்றத் தேவையான மொத்த வெப்பத்தைக் கணக்கிடுக. (c நீர் = 4200, c செப்பு = 400 J kg⁻¹ K⁻¹) (5) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

C = whole object 1° rise; J K⁻¹.
c = unit mass 1° rise; J kg⁻¹ K⁻¹. C = mc.
Q=mcθ: Q J, m kg, c, θ.
Copper mass = 1.6−1.0 = 0.6 kg.
Q_vessel=0.6×400×75=18000; Q_water=1×4200×75=315000; total=333000 J.

(அ) வெப்பக் கொள்ளளவு (C): ஒரு *முழுப் பொருளின்* வெப்பநிலையை ஒரு அலகு (1 K) உயர்த்தத் தேவையான வெப்பம். அலகு J K⁻¹ (அ J °C⁻¹). திணிவையும் பொருளையும் சார்ந்தது.
தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (c): ஒரு பொருளின் *ஒரலகு திணிவின்* வெப்பநிலையை ஒரு அலகு உயர்த்த/தாழ்த்த தேவையான வெப்பம். அலகு J kg⁻¹ K⁻¹. பொருளை மட்டுமே சார்ந்தது (திணிவைச் சாராது).
தொடர்பு: C = m × c.

(ஆ) Q = mcθ:
• Q = வெப்ப அளவு, அலகு Joule (J).
• m = திணிவு, அலகு kg.
• c = தன்வெப்பக் கொள்ளளவு, அலகு J kg⁻¹ K⁻¹.
• θ = வெப்பநிலை மாற்றம் (இறுதி − தொடக்கம்), அலகு K அல்லது °C. (அளவில் 1 K = 1°C.)

(இ) கணக்கீடு:
கலனும் நீரும் சேர்ந்து சூடாகின்றன → மொத்த வெப்பம் = கலன் உறிஞ்சும் வெப்பம் + நீர் உறிஞ்சும் வெப்பம்.
வெப்பநிலை மாற்றம் θ = 100 − 25 = 75 K.
செப்புக் கலனின் திணிவு = மொத்தம் − நீர் = 1.6 − 1.0 = 0.6 kg.
கலன் உறிஞ்சும் வெப்பம் = mcθ = 0.6 × 400 × 75 = 18 000 J.
நீர் உறிஞ்சும் வெப்பம் = mcθ = 1 × 4200 × 75 = 315 000 J.
மொத்த வெப்பம் = 18 000 + 315 000 = 333 000 J.

4. (அ) நிலைமாற்றம் (change of state) என்றால் என்ன? உருகுநிலை, உறைநிலை, கொதிநிலை ஆகியவற்றை வரையறுக்க. (4)
(ஆ) மறை வெப்பம் (latent heat) என்றால் என்ன? நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை ஏன் மாறாமல் இருக்கிறது? (3)
(இ) உருகலின் தன்மறை வெப்பம் (specific latent heat of fusion) மற்றும் ஆவியாதலின் தன்மறை வெப்பம் (specific latent heat of vaporization) ஆகியவற்றை வரையறுத்து, நீர்/பனிக்கான மதிப்புகளைத் தருக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Change of state = solid/liquid/gas inter-conversion.
Melting pt = solid→liquid; freezing pt = liquid→solid; boiling pt = liquid→vapour.
Latent heat = absorbed/released in change of state, no temp change.
Heat breaks intermolecular bonds, not raise KE.
L_fusion ice 3.36×10⁵; L_vap water 2.26×10⁶ J kg⁻¹.

(அ) நிலைமாற்றம் (Change of state): ஒரு பொருள் திடம், திரவம், வாயு ஆகிய ஒரு நிலையிலிருந்து மற்றொரு நிலைக்கு மாறுதல். (உரு: உருகுதல், கொதித்தல், குளிர்தல், திண்மமாதல்.)
• உருகுநிலை (Melting point): சூடேற்றப்படும் திடப் பொருள் திரவ நிலைக்கு மாறும் வெப்பநிலை.
• உறைநிலை (Freezing point): குளிர்விக்கப்படும் திரவம் திட நிலைக்கு மாறும் வெப்பநிலை. (ஒரே பொருளுக்கு உருகுநிலை = உறைநிலை.)
• கொதிநிலை (Boiling point): திரவம் முழுவதிலும் குமிழிகள் தோன்றி வாயுவாக மாறத் தொடங்கும் வெப்பநிலை. (இவை அழுத்தத்தைச் சார்ந்தவை; வழக்கமாக 1 atm-ல் தரப்படும்.)

(ஆ) மறை வெப்பம் (Latent heat): நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலையை மாற்றாமல் ஒரு பொருளால் உறிஞ்சப்படும் அல்லது வெளியிடப்படும் வெப்பம்.
வெப்பநிலை ஏன் மாறவில்லை? நிலைமாற்றப் புள்ளியில் தரப்படும் வெப்பம் முழுவதும் மூலக்கூறுகளுக்கிடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசைகளை (intermolecular forces) எதிர்த்து வேலை செய்யவும், பிணைப்புகளை உடைக்கவும் செலவிடப்படுகிறது. அது துகள்களின் இயக்க ஆற்றலை (KE) உயர்த்தாது — எனவே வெப்பநிலை மாறாது. நிலைமாற்றம் முழுவதும் முடிந்த பின்னரே வெப்பநிலை மீண்டும் உயரும்.

(இ) உருகலின் தன்மறை வெப்பம் (Specific latent heat of fusion): உருகுநிலையில் உள்ள ஒரு திடப் பொருளின் ஒரலகு திணிவை அதே வெப்பநிலையில் திரவமாக மாற்ற தேவையான வெப்பம். பனி: 1 kg பனியை (0°C) → நீராக (0°C) மாற்ற 3.36 × 10⁵ J.
ஆவியாதலின் தன்மறை வெப்பம் (Specific latent heat of vaporization): கொதிநிலையில் உள்ள ஒரலகு திணிவு திரவத்தை அதே வெப்பநிலையில் வாயுவாக மாற்ற தேவையான வெப்பம். நீர்: 1 kg நீரை (100°C) → நீராவியாக (100°C) மாற்ற 2.26 × 10⁶ J. (அலகு J kg⁻¹.)

5. வெப்ப விரிவடைதல் (thermal expansion) — (அ) திடம், திரவம், வாயு மூன்றிலும் விரிவடைதலை விளக்கும் தலா ஒரு செயல்பாட்டை (activity) குறிப்பிடுக. (3)
(ஆ) திடப் பொருள்களின் விரிவடைதலின் 4 நடைமுறை பயன்பாடுகளை விளக்குக. (4)
(இ) இருஉலோகப் பட்டை (bimetallic strip) அமைப்பையும் அது மின் இஸ்திரிப் பெட்டியில் வெப்பநிலையைக் கட்டுப்படுத்தும் விதத்தையும் விளக்குக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Solid: iron ball + ring. Liquid: coloured water in test tube. Gas: balloon on bottle.
Cart wheel iron rim, railway gaps, loose cables, bottle lids heated.
Bimetallic = 2 metals unequal expansion, bend on heating → thermostat.

(அ) மூன்று நிலைகளிலும் விரிவடைதல்:
• திடம்: ஒரு வளையத்தின் வழியே சரியாகச் செல்லும் இரும்புக் கோளத்தை எடுத்து, சூடேற்றினால் அது விரிவடைந்து வளையத்தின் வழியே செல்லாது; குளிர்ந்த பின் மீண்டும் செல்லும்.
• திரவம்: வண்ண நீர் நிரப்பிய சோதனைக் குழாயை வெந்நீரில் வைத்தால் — முதலில் குழாய் விரிந்து நீர்மட்டம் சற்றுக் கீழிறங்கி, பின் திரவம் விரிவடைந்து நீர்மட்டம் மேலேறும்.
• வாயு: பலூன் பொருத்திய காலி பிளாஸ்டிக் புட்டியை வெந்நீரில் வைத்தால், உள்ளே உள்ள காற்று விரிவடைந்து பலூன் ஊதிக்கொள்ளும்.

(ஆ) திட விரிவடைதலின் பயன்பாடுகள்:
• வண்டிச் சக்கரத்தின் இரும்பு வளையம்: வளையத்தின் விட்டத்தை சக்கரத்தைவிடச் சற்றுச் சிறிதாக்கி, சூடேற்றி விரிவடையச் செய்து சக்கரத்தைப் பொருத்துவர்; குளிர்ந்த பின் சுருங்கி இறுக்கமாகப் பிடிக்கும்.
• இரயில் தண்டவாளங்கள்: இரு தண்டவாளங்களுக்கிடையே சிறு இடைவெளி → வெப்பநிலை உயரும்போது விரிவடைய இடம் → சிதைவைத் தடுக்கும்.
• தொலைபேசி/மின் கம்பிகள்: கம்பங்களுக்கிடையே தளர்வாகப் பொருத்தப்படும் → குளிரில் சுருங்கும்போது அறுபடாது.
• புட்டி மூடிகள்: இறுக்கமான உலோக மூடியைச் சூடேற்றினால் (உலோகம் கண்ணாடியைவிட அதிகம் விரியும்) தளர்ந்து எளிதாகத் திறக்கும்.

(இ) இருஉலோகப் பட்டை (Bimetallic strip): வேறுபட்ட விரிவடைதல் கொண்ட இரு உலோகப் பட்டைகள் ஒன்றாக இறுக்கமாக இணைக்கப்பட்டவை. ஒரு முனை நிலையாகப் பொருத்தப்படும்; மறு முனை சுதந்திரம். சூடாகும்போது ஒரு உலோகம் மற்றதைவிட அதிகம் விரிவடைகிறது → பட்டை வளைகிறது.
மின் இஸ்திரியில்: பட்டை மின்சுற்றுடன் இணைக்கப்படுகிறது. வெப்பநிலை அதிகமாகும்போது பட்டை வளைந்து மின்தொடர்பைத் துண்டிக்கிறது (heater off); குளிர்ந்ததும் மீண்டும் தொடர்பு (heater on). இவ்வாறு வெப்பநிலை தானியங்கியாகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது (thermostat).

6. வெப்பக் கடத்தலின் (heat transfer) மூன்று முறைகளையும் — கடத்தல் (conduction), வெப்பச்சலனம் (convection), கதிர்வீச்சு (radiation) — ஒவ்வொன்றின் கருத்துரு, நிகழும் பொருள், ஓர் உதாரணம் உட்பட விரிவாக ஒப்பிட்டு விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Conduction: particle-to-particle, solids; free electrons in metals.
Convection: density change, liquids/gases, currents rise.
Radiation: EM waves, no medium needed, sun → earth.
Examples: metal spoon, boiling water, sun warmth.

(1) கடத்தல் (Conduction):
கருத்துரு: துகள்கள் ஒன்றன்பின் ஒன்றாக அதிர்ந்து, மோதல்கள் வழியாக இயக்க ஆற்றலை அடுத்த துகளுக்குக் கடத்துவதன் மூலம் வெப்பம் முன்னோக்கிப் பாய்தல். துகள்கள் இடம் மாறுவதில்லை.
நிகழும் பொருள்: முதன்மையாகத் திடப் பொருள்களில். உலோகங்களில் அணு அதிர்வுகளுடன் சுதந்திர இலத்திரன்களும் (free electrons) ஆற்றலைக் கடத்துவதால் அவை நல்ல கடத்திகள்.
உதாரணம்: சூடான தேநீரில் வைத்த உலோகக் கரண்டியின் மறுமுனை சூடாதல்; சமையற் கலனின் அடியிலிருந்து உள்ளே வெப்பம் பரவுதல்.
கடத்திகள்: வெள்ளி, செம்பு, இரும்பு, அலுமினியம். காப்பான்கள்: மரம், பிளாஸ்டிக், கம்பளி, ஆஸ்பெஸ்டாஸ், காற்று.

(2) வெப்பச்சலனம் (Convection):
கருத்துரு: திரவம்/வாயு சூடாகும்போது விரிவடைந்து அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்பும்; குளிர்ந்த அடர்த்தியான பகுதி கீழிறங்கி இடத்தை நிரப்பும். இந்த வெப்பச்சலன ஓட்டங்கள் (convection currents) வழியே வெப்பம் பரவும்.
நிகழும் பொருள்: திரவங்களும் வாயுக்களும் மட்டுமே (துகள்கள் இடம் மாற வேண்டும்).
உதாரணம்: கலனில் நீர் கொதித்தல்; கடல் தென்றல்/நில தென்றல்; அறையில் சூடான காற்று மேலெழும்புதல். மூழ்கு வெப்பக்கம்பியை அடியில் வைத்தால் முழு நீரும் சூடாகும்.

(3) கதிர்வீச்சு (Radiation):
கருத்துரு: சூடான பொருளிலிருந்து மின்காந்த அலைகளாக (electromagnetic waves) வெப்பம் பரவுதல்.
நிகழும் பொருள்: பருப்பொருள் ஊடகம் தேவையில்லை — வெற்றிடத்திலும் பாயும்.
உதாரணம்: சூரிய வெப்பம் ~150 மில்லியன் km வெற்றிடத்தைக் கடந்து பூமியை அடைதல்; நெருப்பின் அருகே நிற்கும்போது உணரும் வெப்பம்.
உறிஞ்சல்/எதிரொளிப்பு: கருமை + சொரசொரப்பு → அதிக உறிஞ்சல்; வெண்மை + மினுமினுப்பு → அதிக எதிரொளிப்பு. (வெண்ணுடை குளிர்ச்சி; கருப்புச் சமையற்கலன் வேகமாகச் சூடாகும்; வெப்பக் குடுவையின் வெள்ளிப்பூச்சு கதிர்வீச்சை எதிரொளிக்கும்.)

ஒப்பீட்டு அட்டவணை:
| முறை | ஊடகம் | நிகழும் பொருள் | கடத்தும் விதம் |
|---|---|---|---|
| Conduction | தேவை | திடம் (முதன்மை) | துகள் அதிர்வு + free electrons |
| Convection | தேவை | திரவம், வாயு | துகள் இடப்பெயர்ச்சி (currents) |
| Radiation | தேவையில்லை | அனைத்தும்/வெற்றிடம் | மின்காந்த அலைகள் |

7. (அ) கடல் தென்றல் (sea breeze) மற்றும் நில தென்றல் (land breeze) எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதை நீர் மற்றும் நிலத்தின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (specific heat capacity) வேறுபாட்டுடன் விளக்குக. (6)
(ஆ) வெப்பக் குடுவை (thermos flask) வெப்ப இழப்பை எவ்வாறு தடுக்கிறது — மூன்று கடத்தல் முறைகளையும் கருத்திற்கொண்டு விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Land low c → heats/cools fast; sea high c → slow.
Day: land hot → air rises → sea→land = sea breeze.
Night: land cools fast, sea warm → land→sea = land breeze.
Thermos: vacuum stops conduction/convection; silver reflects radiation; stopper stops convection.

(அ) கடல்/நில தென்றலின் அடிப்படை: நிலத்தின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (c) கடல் நீரின் c-ஐ விடக் குறைவு. எனவே நிலம் வேகமாகச் சூடாகும், வேகமாகக் குளிரும்; கடல் மெதுவாகச் சூடாகும், மெதுவாகக் குளிரும்.
கடல் தென்றல் (Sea breeze) — பகலில்: சூரிய வெப்பத்தால் நிலம் கடலைவிட விரைவாகச் சூடாகிறது. நிலத்தருகே உள்ள காற்று சூடாகி அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்புகிறது → நிலத்தருகே குறை அழுத்தம். இந்தக் குறையை நிரப்ப கடலிலிருந்து நிலத்தை நோக்கி குளிர்ந்த காற்று வீசுகிறது = கடல் தென்றல்.
நில தென்றல் (Land breeze) — இரவில்: இரவில் நிலமும் கடலும் குளிர்கின்றன; ஆனால் நிலம் வேகமாகக் குளிர்கிறது, கடல் சூடாகவே இருக்கிறது. கடல் மேற்பரப்பருகே உள்ள வெதுவெதுப்பான காற்று மேலெழும்பி, கடலின்மேல் குறை அழுத்தம் உருவாகிறது → நிலத்திலிருந்து கடலை நோக்கி காற்று வீசுகிறது = நில தென்றல்.
(இரண்டும் வெப்பச்சலனத்தின் — convection — பெரிய அளவிலான எடுத்துக்காட்டுகள்.)

(ஆ) வெப்பக் குடுவை (Thermos flask) — வெப்ப இழப்பைத் தடுத்தல்:
• கடத்தல் + வெப்பச்சலனம் (conduction + convection): இரட்டைச் சுவருக்கிடையே உள்ள வெற்றிடம் (vacuum) — துகள்கள் இல்லாததால் வெப்பத்தைக் கடத்தவோ சலனம் செய்யவோ முடியாது.
• கதிர்வீச்சு (radiation): உள் சுவர்களில் வெள்ளிப்பூச்சு — மினுமினுப்பான மேற்பரப்பு வெப்பக் கதிர்வீச்சை எதிரொளித்து உள்ளே வைத்திருக்கும் (அ வெளியே இழக்கவிடாது).
• மூடி (stopper): மேல்பகுதி காப்பான் மூடியால் அடைக்கப்பட்டு convection மூலம் ஏற்படும் வெப்ப இழப்பைத் தடுக்கிறது.
இவ்வாறு மூன்று கடத்தல் முறைகளும் தடுக்கப்படுவதால் சூடான/குளிர்ந்த உள்ளடக்கம் நீண்ட நேரம் அதே வெப்பநிலையில் இருக்கும்.

1. (அ) மின்வலு (electrical power) என்றால் என்ன? அதன் சமன்பாட்டை எழுதுக. (3)
(ஆ) P = VI-லிருந்து P = I²R மற்றும் P = V²/R எவ்வாறு பெறப்படுகின்றன என்பதைக் காட்டுக. (3)
(இ) 230 V-ல் இயங்கும் 2000 W அடுப்பு இழுக்கும் மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடுக. (4) (10 புள்ளி)

2. (அ) மின்சக்தி E-ன் சமன்பாடுகளை (E = Pt = VIt) எழுதி, அவற்றின் அலகுகளைக் குறிப்பிடுக. (3)
(ஆ) 50 W முன்விளக்கு 1½ மணிநேரம் இயங்கினால் நுகரப்படும் சக்தியைக் கணக்கிடுக. (3)
(இ) 6 V, 0.6 A மிதிவண்டி விளக்கு 5 நிமிடம் எரிந்தால் நுகரப்படும் சக்தியைக் கணக்கிடுக. (4) (10 புள்ளி)

3. (அ) வினைத்திறன் (efficiency) என்றால் என்ன? வழங்கிய சக்தியில் 40% வெப்பமாக இழந்தால் வினைத்திறன் எவ்வளவு? (3)
(ஆ) இழைமப் பந்து, ஒளிர்வுக் குழாய், CFL, LED ஆகியவற்றின் வலுவையும் வாழ்நாளையும் ஒப்பிட்டு, எது சிறந்தது எனக் காரணத்துடன் தருக. (4)
(இ) வீட்டில் மின்சக்தி சேமிக்கும் மூன்று வழிகளைத் தருக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வினைத்திறன் = பயனுள்ள/வழங்கிய ×100.
40% இழந்தால் 60%.
LED 6-8W, 50000h சிறந்தது; விலை அதிகம்.
அயன் ஒன்றாக, விளக்கு அணைத்தல், LED.

(அ) வினைத்திறன் (Efficiency): வழங்கப்பட்ட சக்தியில் எதிர்பார்த்த நோக்கத்திற்குப் பயன்படும் சதவீதம்.
வினைத்திறன் = (பயனுள்ள சக்தி / வழங்கிய சக்தி) × 100%.
40% வெப்பமாக இழந்தால், மீதி 60% பயன்படும் → வினைத்திறன் = 60%.

(ஆ) விளக்குகளின் ஒப்பீடு:
| ஒளி மூலம் | வலு | வாழ்நாள் |
|---|---|---|
| இழைமப் பந்து | 60 W | 1200 h |
| ஒளிர்வுக் குழாய் | 22 W | 3000 h |
| CFL | 11~13 W | 8000 h |
| LED | 6~8 W | 50 000 h |
ஒரே வெளிச்சத்திற்கு LED மிகக் குறைந்த வலுவை நுகர்ந்து மிக நீண்ட வாழ்நாளைக் கொண்டிருப்பதால் சிறந்தது. எனினும், அதன் ஆரம்ப விலை அதிகம் என்பதால் இலங்கையில் பயன்பாடு வரம்புறுத்தப்பட்டுள்ளது.

(இ) சக்தி சேமிக்கும் வழிகள்:
• வாரத்தின் ஆடைகளை ஒரே நேரத்தில் அயன் செய்தல் (மீண்டும் சூடாக்கும் சக்தி சேமிப்பு).
• தேவையற்ற அனைத்து விளக்குகளையும் அணைத்தல்.
• CFL / LED போன்ற வினைத்திறன் மிக்க விளக்குகளைப் பயன்படுத்துதல்.
• கூரை விசிறிக்குப் பதில் மேசை விசிறி, LCD/LED தொலைக்காட்சி பயன்படுத்துதல்.

4. வீட்டு மின் சுற்றில் மின்சாரம் தேசிய வலையமைப்பிலிருந்து வீட்டை எவ்வாறு சென்றடைகின்றது என்பதை step-up transformer முதல் 230 V வரை விளக்குக. வீட்டுக்கு வழங்கப்படும் மின்னழுத்தம், அலைவெண் மற்றும் இரு கம்பிகளையும் குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

மின் நிலையம் → 132/220 kV step-up.
துணை மையம் → 33/11 kV.
வீட்டுக்கு 230 V, 50 Hz AC.
live + neutral இரு கம்பிகள்.

தேசிய வலையமைப்பிலிருந்து வீட்டுக்கு மின்சார பயணம்:

படி 1 — உருவாக்கம் + உயர்த்தல்: மின் நிலையங்களில் உருவாக்கப்படும் மின்சக்தி, கடத்தலின்போது சக்தி இழப்பைக் குறைக்க உயர்த்தும் மின்மாற்றியால் (step-up transformer) 132 kV அல்லது 220 kV போன்ற உயர் மின்னழுத்தங்களாக உயர்த்தப்பட்டு நாடு முழுவதும் கடத்தப்படுகின்றது.

படி 2 — விநியோக துணை மையம்: இந்த உயர் மின்னழுத்தங்கள் துணை மையங்களில் 33 kV அல்லது 11 kV ஆகக் குறைக்கப்படுகின்றன.

படி 3 — வீட்டுக்கு: இறுதியில் குறைக்கும் மின்மாற்றியால் வீடுகளுக்கு வழங்கும் முன் 230 V ஆகக் குறைக்கப்படுகின்றது.

வீட்டு மின்சாரத்தின் பண்புகள்:
• மின்னழுத்தம்: 230 V.
• அலைவெண்: 50 Hz.
• வகை: மாறுதிசை மின்னோட்டம் (alternating current, AC).

இரு கம்பிகள்: வழங்கல் கேபிளில் உயிர்க் கம்பி (live) + நடுநிலைக் கம்பி (neutral) ஆகிய இரு கம்பிகள் உள்ளன. இவற்றின் வழியாக வரும் மின்னோட்டம் வீட்டுச் சாதனங்களுக்கு உள்சுற்று வழியாக வழங்கப்படுகின்றது. (தரைக் கம்பி தனியாக வழங்கப்படுகின்றது.)

5. வீட்டு மின் சுற்றின் முக்கியக் கூறுகளை — மிகைச் சுமை மின் தடைப்பி, மின் மானி, தனிமைப்படுத்தி, RCCB, விநியோகப் பெட்டி, MCB — ஒவ்வொன்றின் செயல்பாடு + மின்னோட்ட மதிப்போடு விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Overload 40A, live மட்டும்.
Meter — kWh, சபை சொத்து.
Isolator 30A, dual pole.
RCCB — மின் அதிர்ச்சி பாதுகாப்பு, 35mA.
MCB — விளக்கு 6A, பிளக் 13A, live-ல்.

வீட்டு மின் சுற்றின் கூறுகள்:

(1) மிகைச் சுமை மின் தடைப்பி (Overload circuit breaker / Service fuse): வீட்டுக்குள் நுழையும் மின்சாரம் முதலில் இதன் வழியாகச் செல்கின்றது. சுமார் 40 A வரை அனுமதிக்கின்றது; அதிகமானால் உயிர்க் கம்பியை மட்டும் துண்டிக்கின்றது. பழைய வீடுகளில் ஈயம்+வெள்ளீயக் கம்பி கொண்ட இணைப்பு உருகி.

(2) மின் மானி (Electricity meter): நுகர்வை கிலோவாட் மணியில் (kWh) பதிவு செய்கின்றது. இதுவும் மிகைச் சுமை தடைப்பியும் மின்சார சபைக்குச் சொந்தம்.

(3) தனிமைப்படுத்தி (Isolator / Main switch): 30 A வரை அனுமதிக்கின்றது; live + neutral இரண்டையும் துண்டிக்கும் இரட்டை முனை சுவிட்ச். பழுதுபார்க்கும்போது முழுச் சுற்றையும் இதனால் துண்டிக்கலாம்.

(4) RCCB (எஞ்சு மின்னோட்ட தடைப்பி / Trip switch): குடியிருப்போரை மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து காக்கின்றது. மின்காந்தத் தூண்டலால் செயல்படும்; ~35 mA தரைக்குக் கசிந்தாலோ ~30 A குறுஞ்சுற்று ஏற்பட்டாலோ தானாக அணைகின்றது. லீவரை மேலே உயர்த்தினால் ON.

(5) விநியோகப் பெட்டி (Distribution box): மின்சாரத்தை விளக்குச் சுற்றுகள் (6 A) + பிளக் சுற்றுகள் (13 A) ஆக விநியோகிக்கின்றது.

(6) MCB (நுண் மின் தடைப்பி): ஒவ்வொரு உள்சுற்றுக்கும் இணைக்கப்படுகின்றது. வரம்பு மீறினால் அந்தச் சுற்று மட்டும் துண்டிக்கின்றது. விளக்குக்கு 6 A, பிளக்குக்கு 13 A. எப்போதும் உயிர்க் கம்பியில் இணைக்கப்பட வேண்டும். அதிக மின்னோட்டம் + குறுஞ்சுற்றால் ஏற்படும் தீயிலிருந்து மட்டுமே காக்கின்றது — மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து அல்ல.

6. (அ) புவியிணைப்பு (earthing) எவ்வாறு உயிர்க் கம்பியையும் நடுநிலைக் கம்பியையும் உருவாக்குகின்றது என்பதை விளக்குக. (4)
(ஆ) மின் அதிர்ச்சி என்றால் என்ன? 50 mA, 100 mA-ன் விளைவுகள். (3)
(இ) வீட்டு மின் சுற்றில் கடைப்பிடிக்க வேண்டிய மூன்று பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகளைத் தருக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

ஒரு கம்பி earthed → zero potential → neutral.
மற்றொன்று 230V → live.
shock = உடல் வழி மின்னோட்டம்; 50mA major, 100mA மரணம்.
ரப்பர் செருப்பு, ஈரக் கையால் தொடாமை, மின்னல் நேரம் கழற்றுதல்.

(அ) புவியிணைப்பு + live/neutral உருவாக்கம்:
வீட்டுக்கு மின்சாரம் வழங்கும் இரு கேபிள்களில் ஒன்று குறைக்கும் மின்மாற்றிக்கு அருகில் புவியிணைப்பு (earthed) செய்யப்படுகின்றது. பூமி பூஜ்ஜிய மின்னழுத்தத்தில் இருப்பதால், இந்த earthed கம்பியும் பூஜ்ஜிய மின்னழுத்தம் (zero potential) பெறுகின்றது — இதுவே நடுநிலைக் கம்பி (neutral). மற்றைய கம்பிக்கும் பூமிக்கும் இடையே 230 V மின்னழுத்த வேறுபாடு ஏற்படுகின்றது — இதுவே உயிர்க் கம்பி (live). நடுநிலைக் கம்பியைத் தரையிலிருந்து தொட்டால் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஏற்படாது; உயிர்க் கம்பியைத் தொட்டால் 230 V மின் அதிர்ச்சி.

(ஆ) மின் அதிர்ச்சி (Electric shock): உடல் வழியாக மின்னோட்டம் பாய்வதால் உடலுக்கு ஏற்படும் சேதம்.
• 50 mA — பெரும் மின் அதிர்ச்சி (major shock).
• 100 mA — மரணத்தை ஏற்படுத்தக்கூடியது.
இந்த ஆபத்தினாலேயே RCCB அவசியம்.

(இ) பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகள்:
• அயன் செய்யும்போது அடியில் ரப்பர் செருப்பு / ரப்பர் விரிப்பு பயன்படுத்துதல்.
• நனைந்த உடல் / நனைந்த கையால் சுவிட்சைத் தொடாமை.
• பலத்த மின்னல் நேரத்தில் வானொலி/தொலைக்காட்சியைப் பிளக்கிலிருந்து கழற்றுதல்.
• பல்பு மாற்றுதலை மிகைச் சுமை தடைப்பியை அணைத்தபின்னரே செய்தல்.
• RCCB சோதனை பொத்தானை அவ்வப்போது அழுத்திச் சரிபார்த்தல்.

7. (அ) ஒரு கிலோவாட் மணி (1 kWh) என்றால் என்ன? அதை யூலில் கணக்கிட்டுக் காட்டுக. (3)
(ஆ) தினமும் 100 W × 4 விளக்குகள் 3 மணிநேரமும், 60 W × 5 விளக்குகள் 4 மணிநேரமும் எரிந்தால், ஒரு மாதத்தில் (30 நாள்) நுகரப்படும் அலகுகளைக் கணக்கிடுக. (4)
(இ) முதல் 60 அலகு Rs. 7.50, அடுத்த அலகுகள் Rs. 10.00 எனில், 75 அலகு வீட்டின் பில் என்ன? (3) (10 புள்ளி)

1. (அ) கடத்தி, காவலி, அரைக்கடத்தி — மூன்றையும் மின் காவிகள் அடிப்படையில் வேறுபடுத்துக. (3)
(ஆ) ஒரு அரைக்கடத்தியில் "துளை" (hole) எவ்வாறு உருவாகி மின்னோட்டத்திற்குப் பங்களிக்கின்றது? (3)
(இ) n-வகை + p-வகை அரைக்கடத்திகள் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன, donor/acceptor அணுக்களுடன் விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

கடத்தி: சுதந்திர இலத்திரன்கள்; காவலி: காவி இல்லை; அரைக்கடத்தி: இலத்திரன் + துளை.
பிணைப்பு உடைய இலத்திரன் வெளியேறி துளை உருவாகும்; துளை = நேர்மின் காவி.
அண்டை இலத்திரன் துளைக்குள் தாவ துளை நகர்கின்றது.
n-வகை: Group V (P) மாசூட்டல் → சுதந்திர இலத்திரன் → donor.
p-வகை: Group III (B) மாசூட்டல் → துளை → acceptor.
மாசூட்டப்பட்டவை = extrinsic semiconductors.

(அ) மூன்று வகைப் பொருள்கள்:
• கடத்தி (conductor): தாமிரம், அலுமினியம் — வெளிக் கூட்டில் இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்படாத சுதந்திர இலத்திரன்கள் நிறைய; நல்ல கடத்துதிறன்.
• காவலி (insulator): கண்ணாடி, பிளாஸ்டிக் — வலிமையான சகப்பிணைப்புகள்; சுதந்திரமாக நகரும் காவிகள் மிகக் குறைவு.
• அரைக்கடத்தி (semiconductor): Si, Ge — இடைப்பட்ட கடத்துதிறன்; இலத்திரன்கள் + துளைகள் இரண்டும் காவிகள்.

(ஆ) துளை உருவாதல்:
0 K-இல் Si படிகத்தின் அனைத்துப் பிணைப்புகளும் முழுமையானவை. வெப்பநிலை உயரும்போது வெப்ப ஆற்றலால் சில பிணைப்புகள் உடைந்து இலத்திரன்கள் விடுவிக்கப்படுகின்றன. இலத்திரன் வெளியேறிய இடத்தில் ஒரு இலத்திரன் பற்றாக்குறை — இதுவே துளை. அணுக்கருவின் புரோத்தான்கள் நடுநிலையாக்கப்படாததால் துளை ஒரு நேர்மின்னேற்றத்திற்குச் சமம்.
கடத்துதல்: அண்டை அணுவில் உள்ள இலத்திரன் துளைக்குள் தாவும்போது துளையின் இடம் மாறுகின்றது. இவ்வாறு துளைகள் படிகத்தில் நகர்ந்து நேர்மின் காவிகளாக மின்னோட்டத்தைக் கடத்துகின்றன.

(இ) extrinsic semiconductors (மாசூட்டப்பட்டவை):
n-வகை: தூய Si-உடன் Group V (P, As, Sb) சிறிதளவு மாசூட்டப்படுகின்றது. P அணுவின் ஐந்து வெளிக் கூட்டு இலத்திரன்களில் நான்கு பிணைப்புக்குப் பயன்படும்; ஐந்தாவது சுதந்திர இலத்திரன் காவியாகச் சேர்க்கப்படுவதால் negative type. இலத்திரன்களைத் தானமாகத் தருவதால் donor அணுக்கள்.
p-வகை: தூய Si-உடன் Group III (B, Al, Ga, In) மாசூட்டப்படுகின்றது. B-இன் மூன்றே இலத்திரன்களால் நான்கு பிணைப்பு உருவாக ஒரு பற்றாக்குறை → துளை → positive type. இலத்திரன்களை ஏற்கும் துளைகளை உருவாக்குவதால் acceptor அணுக்கள்.
⚠ p-வகையில் துளைகள் பெரும்பான்மை, இலத்திரன்கள் சிறுபான்மை; n-வகையில் நேர்மாறு.

2. (அ) p-n சந்தி (junction) எவ்வாறு உருவாகி, நீங்கல் பகுதி (depletion region) + அழுத்தத் தடை (potential barrier) எவ்வாறு ஏற்படுகின்றன? (4)
(ஆ) Si + Ge சந்திகளின் அழுத்தத் தடை மதிப்புகளைத் தருக. (2)
(இ) நேர் சார்பு + எதிர் சார்பு (forward/reverse bias) — இரண்டிலும் நீங்கல் பகுதி + மின்னோட்டம் எவ்வாறு மாறும் என்பதை விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

p பக்கம் + n பக்கம் ஒரே படிகத்தில்.
இலத்திரன்/துளை பரவி மீள்இணைந்து காவியற்ற நீங்கல் பகுதி.
மின்னழுத்த வேறுபாடு = அழுத்தத் தடை.
Si ≈ 0.7 V; Ge ≈ 0.3 V.
நேர் சார்பு: நீங்கல் சுருங்கும், மின்னோட்டம் பாயும்.
எதிர் சார்பு: நீங்கல் அகலமடையும், மின்னோட்டம் பாயாது.

(அ) p-n சந்தி உருவாதல்:
ஒரு Si படிகத்தின் ஒரு பக்கத்தை Group III-ஆல் p-வகையாகவும், மறுபக்கத்தை Group V-ஆல் n-வகையாகவும் ஆக்கினால் நடுவில் p-n சந்தி உருவாகின்றது.
சந்தி உருவான உடனே — n-பகுதி சுதந்திர இலத்திரன்கள் p-பக்கம் நோக்கியும், p-பகுதி துளைகள் n-பக்கம் நோக்கியும் பரவி (diffuse) மீள்இணைகின்றன. இதனால் சந்திக்கருகே காவிகள் இல்லாத நீங்கல் பகுதி (depletion region) உருவாகின்றது.
அழுத்தத் தடை: நீங்கல் பகுதியின் p-பக்கம் எதிர்மின்னேற்றமும், n-பக்கம் நேர்மின்னேற்றமும் பெற்று ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடு உருவாகின்றது. இது மேலும் காவிகள் கடப்பதைத் தடுப்பதால் அழுத்தத் தடை (potential barrier) எனப்படும்.

(ஆ) மதிப்புகள்: Si சந்தி ≈ 0.7 V; Ge சந்தி ≈ 0.3 V.

(இ) சார்பூட்டல்:
நேர் சார்பு (Forward bias): நேர்-முனை → p; எதிர்-முனை → n. p-துளைகளும் n-இலத்திரன்களும் சந்தி நோக்கித் தள்ளப்பட்டு நீங்கல் பகுதி சுருங்கும். பிரயோகித்த மின்னழுத்தம் அழுத்தத் தடையை (Si > 0.7 V) தாண்டினால் கணிசமான மின்னோட்டம் பாயும்.
எதிர் சார்பு (Reverse bias): எதிர்-முனை → p; நேர்-முனை → n. இலத்திரன்கள் நேர்-முனைக்கும், துளைகள் எதிர்-முனைக்கும் ஈர்க்கப்பட்டு நீங்கல் பகுதி அகலமடையும். சந்தி ஊடாக மின்னோட்டம் பாயாது.

⚠ எச்சரிக்கை: நேர் சார்பிலும் கூட பிரயோகித்த மின்னழுத்தம் தடையைத் (0.7 V) தாண்டாவிட்டால் கணிசமான மின்னோட்டம் பாயாது.

3. திருத்தம் (rectification) — (அ) திருத்தம் என்றால் என்ன; ஏன் தேவை? (2)
(ஆ) ஒற்றை டயோட் கொண்ட அரை அலைத் திருத்தத்தை (half wave) விளக்குக. (3)
(இ) நான்கு டயோட் பாலம் கொண்ட முழு அலைத் திருத்தத்தை (full wave) விளக்குக. (3)
(ஈ) அரை அலை + முழு அலை வேறுபாடு (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

திருத்தம் = AC → DC; சில கருவிகளுக்கு DC தேவை.
அரை அலை: ஒரு டயோட்; நேர் அரை-சுழற்சி மட்டும் பாயும்.
முழு அலை: 4 டயோட் பாலம்; இரு சுழற்சியும் ஒரே திசை.
D1,D3 vs D2,D4 மாறிமாறி நேர் சார்பு.
முழு அலை = மென்மை அதிகம், ஆற்றல் வீண் குறைவு.
மென்மையாக்கல்: மின்தேக்கி.

(அ) திருத்தம்: மாறுதிசை மின்னோட்டம் (AC) தனது திசையை மாற்றிக்கொண்டே இருக்கும்; நேர்திசை மின்னோட்டம் (DC) ஒரே திசையில் பாயும். டைனமோக்கள் AC தருகின்றன; ஆனால் பல இலத்திரனியல் கருவிகளுக்கு DC தேவை. ஒரே திசை கடத்தும் டயோட்டைப் பயன்படுத்தி AC-ஐ DC-ஆக மாற்றுவதே திருத்தம்.

(ஆ) அரை அலைத் திருத்தம்:
இறக்கு மின்மாற்றி (step-down transformer) 230 V AC-ஐ 3 V-க்கு இறக்குகின்றது. X, Y முனைகளுக்கும் சுமை R-க்கும் இடையே ஒரு டயோட் இணைக்கப்படுகின்றது. டயோட் ஒரே திசை கடத்துவதால், R ஊடாக மின்னோட்டம் AC-இன் நேர் அரை-சுழற்சியின் போது மட்டும் பாயும்; எதிர் அரை-சுழற்சியில் R ஊடாக மின்னோட்டம் சுழி. வெளியீடு அரைச் சுழற்சி மட்டுமே என்பதால் அரை அலை.

(இ) முழு அலைத் திருத்தம் (பாலம்):
நான்கு டயோட்கள் (D1–D4) பாலம் (bridge) வடிவில் அமைக்கப்படுகின்றன.
• X நேர்மமாக இருக்கும்போது — D1, D3 நேர் சார்பு; மின்னோட்டம் D1 → சுமை → D3.
• Y நேர்மமாக இருக்கும்போது — D2, D4 நேர் சார்பு; மின்னோட்டம் D2 → சுமை → D4.
இரு நிலையிலும் சுமை ஊடாக மின்னோட்டம் ஒரே திசையில் (P → Q) பாயும். இரு அரை-சுழற்சிகளும் பயன்படுவதால் முழு அலை.

(ஈ) வேறுபாடு:
| பண்பு | அரை அலை | முழு அலை |
|---|---|---|
| டயோட்கள் | 1 | 4 (பாலம்) |
| பயன்படும் சுழற்சி | நேர் அரை மட்டும் | இரண்டும் |
| வெளியீட்டு மென்மை | குறைவு | அதிகம் |
| ஆற்றல் பயன்பாடு | வீண் அதிகம் | சிறந்தது |

இரண்டையும் ஒரு பெரிய கொள்திறன் மின்தேக்கியால் மென்மையாக்கலாம் (smoothing); முழு அலையின் மென்மை சிறந்தது.

4. டிரான்சிஸ்டர் ஒரு சுவிட்ச்சாக — (அ) டிரான்சிஸ்டரின் மூன்று முனைகளை (E, B, C) function-உடன் தருக. (3)
(ஆ) B–E மின்னழுத்தத்தைப் பொறுத்து டிரான்சிஸ்டர் எவ்வாறு ON/OFF சுவிட்ச்சாகச் செயற்படுகின்றது? (3)
(இ) LDR-ஐப் பயன்படுத்தி இருளில் தானாக ஒளிரும் விளக்குச் சுற்றை விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Emitter காவிகள் உமிழும்; Collector சேகரிக்கும்; Base கட்டுப்படுத்தும்.
B–E < 0.7 V → OFF (I_C சுழி).
B–E > 0.7 V (≈0.8 V) → ON (I_C உச்சம்).
LDR: ஒளியில் தடை குறைவு, இருளில் அதிகம்.
LDR + VR = அழுத்தப் பகிர்வி.
இருளில் தளம் 0.7 V எட்டி டிரான்சிஸ்டர் ON, விளக்கு ஒளிரும்.

(அ) டிரான்சிஸ்டரின் மூன்று முனைகள்:
• உமிழ்வி (Emitter, E): காவிகளை (இலத்திரன்/துளை) உமிழும் முனை.
• சேகரிப்பி (Collector, C): காவிகளைச் சேகரிக்கும் முனை.
• தளம் (Base, B): நடுவில் உள்ள முனை; E-இல் இருந்து C-க்குப் பாயும் காவிகளைக் கட்டுப்படுத்தும்.
காவிகள் எப்போதும் E → C திசையில் பாயும்.

(ஆ) சுவிட்ச் செயற்பாடு (npn):
• B–E மின்னழுத்தம் 0.7 V-க்குக் கீழே ⟹ சேகரிப்பி மின்னோட்டம் I_C சுழி ⟹ திறந்த சுவிட்ச் (OFF).
• B–E மின்னழுத்தம் ≈ 0.7 V ⟹ I_C பாயத் தொடங்கும்.
• B–E மின்னழுத்தம் 0.7 V-ஐ தாண்டினால் (≈ 0.8 V) ⟹ I_C உச்சம் ⟹ மூடிய சுவிட்ச் (ON).
இவ்வாறு ஒரு சிறு மின்னழுத்த மாற்றம் மின்னோட்டத்தை முழுமையாக ON/OFF செய்வதால் — இயந்திர சுவிட்ச்சுக்குப் பதிலாக டிரான்சிஸ்டர் இலத்திரனியல் சுவிட்ச்சாகப் பயன்படுகின்றது.

(இ) இருள் சுவிட்ச் சுற்று:
ஒளி உணரியாக ஒளி-சார் மின்தடை (LDR) பயன்படுகின்றது — ஒளியில் தடை மிகக் குறைவு (≈1 Ω), இருளில் மிக அதிகம் (≈100 kΩ). LDR-ஐ ஒரு மாறு மின்தடை (VR) உடன் தொடரில் இணைத்து ஒரு அழுத்தப் பகிர்வி (potential divider) அமைக்கப்படுகின்றது; இதன் நடுப்புள்ளி டிரான்சிஸ்டரின் தளத்துடன் இணைக்கப்படுகின்றது.
பகலில்: LDR தடை குறைவு ⟹ தள மின்னழுத்தம் 0.7 V-க்குக் கீழே ⟹ டிரான்சிஸ்டர் OFF ⟹ விளக்கு அணைந்தே.
இருளில்: LDR தடை அதிகரிக்க ⟹ தள மின்னழுத்தம் 0.7 V-ஐ எட்டும் ⟹ டிரான்சிஸ்டர் ON ⟹ விளக்கு தானாக ஒளிரும்.
VR-ஐ சரிசெய்து விளக்கு ஒளிரத் தொடங்கும் ஒளி மட்டத்தை மாற்றலாம். (தெருவிளக்கு, தோட்ட விளக்குகளில் இதே கொள்கை.)

5. (அ) டிரான்சிஸ்டர் ஒரு மின்னோட்டப் பெருக்கியாக (current amplifier) எவ்வாறு செயற்படுகின்றது? Activity முடிவுகளுடன் விளக்குக. (5)
(ஆ) டிரான்சிஸ்டர் ஒரு சைகைப் பெருக்கியாக (signal amplifier) எவ்வாறு ஒலி அதிர்வெண் சைகையைப் பெருக்குகின்றது? மின்தேக்கி + மின்தடையின் பணியுடன் விளக்குக. (5) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

சிறு உள்ளீட்டு மின்னோட்டம் → பெரிய வெளியீட்டு மின்னோட்டம்.
உள்ளீட்டில் மின்னோட்டம் இல்லாவிட்டால் வெளியீடு சுழி.
I_B → I_C பெருக்கம்.
AF சைகை → பெருக்கப்பட்ட ஒலி.
0.1 µF மின்தேக்கி AC சைகையை மட்டும் தளத்திற்கு.
22 kΩ மின்தடை 0.7 V நேர் சார்பு தளத்திற்கு.

(அ) மின்னோட்டப் பெருக்கி:
அடிப்படையில் டிரான்சிஸ்டர் ஒரு மின்னோட்டப் பெருக்கி. ஒரு உள்ளீட்டுச் சுற்றில் சிறு தள மின்னோட்டம் (I_B) கொடுத்தால், வெளியீட்டுச் சுற்றில் பெரிய சேகரிப்பி மின்னோட்டம் (I_C) கிடைக்கும்.
Activity முடிவுகள்:
• உள்ளீட்டில் மின்னோட்டம் பாயும்போது (உள்விளக்கு L₁ மங்கலாக ஒளிர) மட்டுமே — வெளியீட்டில் மின்னோட்டம் பாயும் (வெளிவிளக்கு L₂ அதிக ஒளிர்வுடன்).
• வெளியீட்டுக்கு மின்னழுத்தம் கொடுத்தாலும், உள்ளீட்டில் மின்னோட்டம் இல்லாவிட்டால் வெளியீட்டில் மின்னோட்டம் பாயாது.
• ஆகவே சிறு I_B ⟹ பெரிய I_C — இதுவே மின்னோட்டப் பெருக்கம் (current amplification).

(ஆ) சைகைப் பெருக்கி:
ஒரு சிறு ஒலி அதிர்வெண் (AF) சைகையை உள்ளீடாகக் கொடுத்தால், ஒலிபெருக்கியில் (speaker) பெருக்கப்பட்ட ஒலி கேட்கும்.
மின்தேக்கியின் பணி (0.1 µF): தளத்திற்கு மாறுதிசை (AC) சைகையை மட்டும் அனுமதிக்கின்றது; DC-யைத் தடுக்கின்றது — இதனால் சார்பூட்டல் மின்னழுத்தம் பாதிக்கப்படாமல் சைகை மட்டும் செல்லும்.
மின்தடையின் பணி (22 kΩ): தளத்திற்குத் தேவையான 0.7 V நேர் சார்பு மின்னழுத்தத்தை வழங்குகின்றது — இது இல்லாவிட்டால் டிரான்சிஸ்டர் ON ஆகாது, பெருக்கம் நிகழாது.
இவ்வாறு AC சைகை + சரியான சார்பூட்டல் இரண்டும் சேர்ந்து — சிறு சைகை பெரிய சைகையாகப் பெருக்கப்படுகின்றது. வானொலி, ஒலிபெருக்கி அமைப்புகளில் இதே கொள்கை.

6. இலத்திரனியல் கூறுகள் + பயன்பாடுகள் — (அ) டயோட்டின் முனைகள் (A, K) + அடையாளம் காணும் முறை. (2)
(ஆ) ஒளியுமிழ் டயோட் (LED) — அமைப்பு, முனை அடையாளம், 3 பயன்பாடுகள். (4)
(இ) சூரியக் கலம் (solar cell) எவ்வாறு செயற்பட்டு, ஏன் எதிர்கால சக்திக்கான தீர்வாகக் கருதப்படுகின்றது? (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

டயோட்: A = அனோடு, K = கேதோடு; வளையம் = கேதோடு.
LED: GaAs சந்தி நேர் சார்பில் ஒளி.
நீளமான முனை = அனோடு; வெட்டு பக்கம் = கேதோடு.
LED பயன்: காட்டி, TV திரை, வீடு/தெரு விளக்கு.
சூரியக் கலம் = p-n சந்தி; ஒளி → emf.
இலவசம், சுற்றுச்சூழல் நட்பு, நீண்ட ஆயுள்.

(அ) டயோட் முனைகள்:
A = அனோடு (anode), K = கேதோடு (cathode). A-ஐ வெளி மின்மூலத்தின் நேர்-முனையுடன் இணைக்கும்போது மட்டுமே மின்னோட்டம் கடக்கும். அடையாளம்: உருளை வடிவ கருப்பு டயோட்டில் வெள்ளை/வெள்ளி நிற வளையம் (ring) உள்ள முனையே கேதோடு (K).

(ஆ) LED (ஒளியுமிழ் டயோட்):
அமைப்பு + கொள்கை: GaAs போன்ற அரைக்கடத்திப் பொருளால் ஆன p-n சந்தி நேர் சார்பு பெறும்போது சந்தியில் ஒளி உமிழப்படுகின்றது.
முனை அடையாளம் (5 mm LED): நீளமான முனை = அனோடு (A, +); அடிப்பகுதியில் வெட்டு (flat) உள்ள பக்கம் = கேதோடு (K, −).
பயன்பாடுகள்: (1) கருவிகளில் காட்டி விளக்குகள் (indicators); (2) பெரிய தொலைக்காட்சித் திரைகள்; (3) வெள்ளை ஒளி LED மூலம் வீடு/தெரு விளக்குகள், கைவிளக்குகள். காரணம்: மிகக் குறைந்த மின்திறன் நுகர்வு + ≈50,000 மணி நீண்ட ஆயுள்.

(இ) சூரியக் கலம்:
சூரியக் கலமும் ஒளி விழும்படி அமைக்கப்பட்ட p-n சந்தியே — ஆகவே இதுவும் ஒரு டயோட். சூரிய ஒளி Si p-n சந்தியில் விழும்போது சந்தி ஊடாக ஒரு சிறு மின்னியக்கு விசை (emf / voltage) உருவாகின்றது. பல கலங்களைத் தொடரிலும் சமாந்தரத்திலும் அமைத்து 12 V / 15 V அதிக மின்னோட்டத்துடன் — சூரியப் பலகை கிடைக்கின்றது.
எதிர்கால சக்தித் தீர்வு ஏன்?
• இலவசச் சூரிய சக்தி — எரிபொருள் செலவு இல்லை.
• சுற்றுச்சூழலுக்குத் தீங்கற்றது — தீங்கான வாயு/பொருள் வெளியிடாது.
• நீண்ட ஆயுள் — முதலில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டவை இன்றும் செயற்படுகின்றன.
• தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியால் இப்போது மலிவாக உற்பத்தி செய்யலாம் — வீடு, கடிகாரம், கணிப்பான், சூரிய வாகனங்களில் பயன்படுகின்றன.

7. npn + pnp டிரான்சிஸ்டர்களை ஒப்பிடுக — (அ) அமைப்பு, பெரும்பான்மை காவிகள், மின்னோட்டத் திசை, அம்புத்தலையின் பொருள். (5)
(ஆ) சா/த சுற்றுகளில் npn மட்டுமே ஏன் பயன்படுகின்றது; npn டிரான்சிஸ்டரை சரியாக சார்பூட்டும் முறையை விளக்குக. (5) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

npn = n-p-n; pnp = p-n-p.
npn காவிகள் இலத்திரன்; pnp காவிகள் துளை.
npn மின்னோட்டம் C→E (அம்பு வெளி); pnp E→C (அம்பு உள்).
அம்பு உமிழ்வியை + மின்னோட்டத் திசையைக் காட்டும்.
npn: C நேர்(+), E எதிர்(−).
E–B நேர் சார்பு; B–C எதிர் சார்பு.

(அ) npn vs pnp:
| பண்பு | npn | pnp |
|---|---|---|
| அமைப்பு | n–p–n | p–n–p |
| பெரும்பான்மை காவிகள் | இலத்திரன்கள் | துளைகள் |
| மின்னோட்டத் திசை | C → E | E → C |
| அம்புத்தலை | வெளிநோக்கி | உள்நோக்கி |
இரண்டிலும் மூன்று முனைகள் — உமிழ்வி (E), தளம் (B), சேகரிப்பி (C). அம்புத்தலை எப்போதும் உமிழ்வியை அடையாளம் காட்டும்; அதன் திசை உமிழ்வியில் இருந்து மின்னோட்டப் பாய்வுத் திசையைக் குறிக்கும். pnp-இல் காவிகள் துளைகள் (நேர்மின்) என்பதால் மின்னோட்டம் E → C (அம்பு உள்நோக்கி); npn-இல் காவிகள் இலத்திரன்கள் என்பதால் மின்னோட்டம் C → E (அம்பு வெளிநோக்கி). ⚠ காவிகள் இரண்டிலும் எப்போதும் E → C திசையிலேயே பாயும்.

(ஆ) npn மட்டும் ஏன் + சார்பூட்டல்:
சா/த பாடத்திட்டத்தில் விவாதிக்கப்படும் அனைத்துச் சுற்றுகளிலும் npn டிரான்சிஸ்டர்களே பயன்படுத்தப்படுகின்றன (எளிமை + பொதுவான கிடைப்பு; எ.கா. 2SC828, 2SD400 — அனைத்தும் Si npn).
npn சார்பூட்டல் முறை:
• உமிழ்வி–தளம் (E–B) சந்தி → நேர் சார்பு (forward bias).
• தளம்–சேகரிப்பி (B–C) சந்தி → எதிர் சார்பு (reverse bias), அதிக மின்னழுத்தத்துடன்.
மின்னோட்டம் எப்போதும் நேர்-இல் இருந்து எதிர்-க்குப் பாய்வதால் — npn-இல் C → நேர்-முனை (+), E → எதிர்-முனை (−) இணைக்கப்படுகின்றன. தளம் (B) C-இன் அதே திசையில் ஆனால் சிறிய மதிப்புடன் மின்னழுத்தம் பெறுகின்றது — இதனால் B–C சந்தி எதிர் சார்பு ஆகின்றது.
⚠ E, B, C முனைகளை வெளித்தோற்றத்தால் அடையாளம் காண பொதுவான நிலையான முறை இல்லை — தரவு நூலையே (data book) நம்ப வேண்டும்.

1. (அ) மின்வேதியணு (electrochemical cell) என்றால் என்ன? அது செய்யும் ஆற்றல் மாற்றம் யாது? (3)
(ஆ) ஒரு எளிய மின்கலத்தை எவ்வாறு அமைப்பாய்? (2)
(இ) ஒரு கலத்தில் anode, cathode, +/– முனைகளைத் தீர்மானிக்கும் விதிகள். (3)
(ஈ) புற கம்பியில் இலத்திரன் ஓட்டத் திசையும் மரபு மின்னோட்டத் திசையும். (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

இரசாயன ஆற்றல் → மின்னாற்றல்.
இரு வேறு உலோகம் + அமிலக் கரைசல் + கம்பி.
அதிக தாக்கத்திறன் உலோகம் = anode (–), oxidation.
குறை தாக்கத்திறன் = cathode (+), reduction.
இலத்திரன்: anode→cathode.
மரபு மின்னோட்டம்: நேர்மாறு.

(அ) மின்வேதியணு (electrochemical cell): ஒரு தானாக நிகழும் இரசாயனத் தாக்கத்தின் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்கப் பயன்படும் அமைப்பு. அதில் சேமிக்கப்பட்ட இரசாயன ஆற்றல் (chemical energy) → மின்னாற்றல் (electrical energy) ஆக மாற்றப்படுகிறது.

(ஆ) எளிய கலம்: இரு வேறு உலோகத் தகடுகளை (எ.கா. Zn, Cu) கம்பியால் (ammeter ஊடாக) இணைத்து, அவற்றை ஒரு அமிலக் கரைசலில் (நீர்த்த H₂SO₄) தோய்த்தால் ஒரு எளிய மின்கலம் கிடைக்கும்.

(இ) முனைகளைத் தீர்மானித்தல்:
• தாக்கத்திறன் வரிசையில் மேலே உள்ள (அதிக தாக்கத்திறன்) உலோகம் ஒட்சியேற்றமடைந்து நேர்மின்முனை (anode); இது எதிர்முனை (–).
• கீழே உள்ள உலோகம் ஒட்சிஇறக்கம் நிகழும் எதிர்மின்முனை (cathode); இது நேர்முனை (+).
• Anode-ல் oxidation, cathode-ல் reduction.

(ஈ) இலத்திரன்கள் புற கம்பியில் anode(–) → cathode(+) பாய்கின்றன. மரபு மின்னோட்டம் (conventional current) இதற்கு நேர்மாறாக நேர்முனையிலிருந்து எதிர்முனைக்குக் குறிக்கப்படுகிறது.

2. துத்தநாகம் (Zn) மற்றும் ஈயம் (Pb) உலோகங்களை நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்தில் தோய்த்து அமைக்கப்பட்ட மின்கலத்தைக் கருதுக. (தாக்கத்திறன் வரிசை: Zn > Pb)
i. anode, cathode-ஐ அடையாளம் காண்க.
ii. நேர்முனை, எதிர்முனையைக் குறிக்க.
iii. anodic, cathodic அரைத்தாக்கங்களை எழுதுக.
iv. ஒட்சியேற்றம்/ஒட்சிஇறக்கம் எங்கே நிகழ்கிறது?
v. மொத்தக் கலத் தாக்கம்.
vi. மின்முனைகளில் அவதானிக்கக்கூடிய மாற்றங்கள். (10 புள்ளி)

3. (அ) மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis) வரையறை + அது மின்கலத்திலிருந்து எவ்வாறு வேறுபடுகிறது. (3)
(ஆ) மின்பகுளி, மின்பகுளியல்லாதன — வரையறை + தலா 2 உதாரணம். (3)
(இ) திண்ம NaCl மின்சாரம் கடத்தாது; ஆனால் உருகிய / நீர்க் NaCl கடத்தும் — ஏன்? (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Electrolysis = மின்சாரம் → இரசாயன மாற்றம்.
மின்கலம் நேர்மாறு (இரசாயனம்→மின்).
Electrolyte = நகரும் அயனிகள்.
உதாரணங்கள்.
திண்மத்தில் அயனிகள் கட்டுண்டுள்ளன.
உருகியோ கரைந்தோ அயனிகள் நகரும்.

(அ) மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis): மின்சாரத்தைக் கடத்தும் ஒரு கரைசல்/திரவத்தின் ஊடாக மின்சாரத்தைச் செலுத்தி, பொதுவாகத் தானாக நிகழாத ஒரு இரசாயன மாற்றத்தை விசையாக நிகழ்த்துதல். வேறுபாடு: மின்கலத்தில் இரசாயனம் → மின்சாரம் (தானாக); மின்னாற்பகுப்பில் மின்சாரம் → இரசாயன மாற்றம் (வெளி battery தேவை).

(ஆ) மின்பகுளி (electrolyte): நகரும் அயனிகள் கொண்டு மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கரைசல்/திரவம். உதா: NaCl(aq), அமிலமயமாக்கப்பட்ட நீர், உருகிய NaCl, HCl(aq).
மின்பகுளியல்லாதன (non-electrolyte): அயனிகள் இல்லாததால் கடத்தாதன. உதா: தூய நீர், manneண்ணெய் (kerosene), petrol, ethanol.

(இ) திண்ம அயனிப் படிகத்தில் எதிரெதிர் அயனிகள் வலுவான கவர்ச்சியால் கட்டுண்டு கிடப்பதால் நகரும் அயனிகள் இல்லை — எனவே கடத்தாது. ஆனால் NaCl உருகியபோது அல்லது நீரில் கரைந்தபோது Na⁺, Cl⁻ அயனிகள் விடுபட்டு நகர்வுத் தன்மை பெறுகின்றன — எனவே மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன.

4. (அ) உருகிய NaCl-ஐ carbon மின்முனைகளால் மின்னாற்பகுக்கையில் இரு மின்முனைகளிலும் நிகழும் தாக்கங்கள் + விளைபொருள்கள். (4)
(ஆ) நீர்க் NaCl கரைசலை மின்னாற்பகுக்கையில் விளைபொருள்கள் வேறுபடுவது ஏன்? இரு மின்முனைத் தாக்கங்களும் எழுதுக. (4)
(இ) நீர்க்கரைசலில் எந்த அயனி வெளிப்படும் என்பதை எது தீர்மானிக்கிறது? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

உருகிய: Na⁺+e⁻→Na; 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻.
நீர்க்: H⁺ (Na-க்குக் கீழே) reduce → H₂.
anode-ல் Cl₂; NaOH எஞ்சும்.
நீர் H⁺, OH⁻ தருகிறது.
தாக்கத்திறன் வரிசை தீர்மானிக்கிறது.

(அ) உருகிய NaCl (Na⁺, Cl⁻ மட்டுமே):
• cathode (–): Na⁺(l) + e⁻ → Na(l) — சோடியம் உலோகம் உருவாகும்.
• anode (+): 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻ — குளோரின் வாயு வெளிப்படும்.
• மொத்தம்: 2Na⁺(l) + 2Cl⁻(l) → 2Na(l) + Cl₂(g). (Downs கலம்.)

(ஆ) நீர்க் NaCl கரைசல்: கரைசலில் Na⁺, Cl⁻-உடன், நீரின் சொற்ப அயனியாக்கத்தால் H⁺, OH⁻-ம் உள்ளன.
• cathode (–): H, Na-க்குக் கீழே என்பதால் H⁺ reduce ஆகும் — 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g). எனவே சோடியத்துக்குப் பதிலாக H₂.
• anode (+): 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ — Cl₂ வெளிப்படும்.
• Na⁺, OH⁻ எஞ்சி கரைசலில் NaOH உருவாகும்.

(இ) நீர் இருப்பதால் கரைசலில் கூடுதலாக H⁺, OH⁻ அயனிகள் சேர்கின்றன; தாக்கத்திறன் வரிசையில் எந்த அயனி எளிதில் வெளிப்படும் என்பதையே விளைபொருளைத் தீர்மானிக்கிறது (cathode-ல் கீழே உள்ள தனிமத்தின் அயனி reduce ஆகும்).

5. ஒரு இரும்புக் கரண்டியின் மீது செப்பு முலாம் பூச வேண்டும்.
i. மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating) வரையறை.
ii. anode, cathode, மின்பகுளி — எவை?
iii. இரு மின்முனைத் தாக்கங்களும் எழுதுக.
iv. தரமான முலாமுக்கான நிபந்தனைகள்.
v. மின்முலாம் பூசுதலின் 2 பயன்கள். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Electroplating = மெல்லிய உலோகப் படலம் பூசுதல்.
கரண்டி cathode, செப்புத் தகடு anode, CuSO₄ மின்பகுளி.
Cu→Cu²⁺+2e⁻ (anode); Cu²⁺+2e⁻→Cu (cathode).
குறை செறிவு; anode கரைகிறது.
அழகு, துருப்பிடிப்புத் தடை.

i. மின்முலாம் பூசுதல் (electroplating): மின்னாற்பகுப்பைப் பயன்படுத்தி ஒரு பரப்பின் மீது ஒரு மெல்லிய உலோகப் படலத்தைப் படியச் செய்தல்.

ii. cathode (–): பூசப்படும் இரும்புக் கரண்டி. anode (+): பூசும் உலோகமான செப்புத் தகடு. மின்பகுளி: செப்பு சல்பேட் கரைசல் (CuSO₄ aq).

iii. anode: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (செப்பு anode கரைகிறது).
cathode: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (கரண்டியின் மீது செப்பு படிகிறது).

iv. தரமான முலாம்: பூசப்படும் பொருளை cathode-ஆகவும், பூசும் உலோகத் தகட்டை anode-ஆகவும், அந்த உலோகத்தின் உப்புக் கரைசலை மின்பகுளியாகவும் பயன்படுத்த வேண்டும். மின்பகுளியின் செறிவு குறைவாக இருந்தால் தாக்க வேகம் குறைந்து முலாம் சீராகப் படியும்.

v. பயன்கள்: (1) கவர்ச்சிநிறம்/பளபளப்புக்கு (நகை, vase, door lock); (2) துருப்பிடிப்புத் தடை, வேதி-மந்தம் (எஃகில் chromium/nickel; இரும்பில் tin).

6. (அ) துருப்பிடித்தல் (rusting) வரையறை + அதற்கு அவசியமான நிபந்தனைகள் (சோதனை விளக்கத்துடன்). (4)
(ஆ) துருப்பிடித்தல் ஒரு மின்னிரசாயன நிகழ்வு — anodic + cathodic தாக்கங்களுடன் விளக்குக; துருவின் சூத்திரம். (3)
(இ) துருப்பிடித்தலைத் தடுக்கும் 3 முறைகள். (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Rusting = இரும்பு/எஃகு அரிப்பு.
ஒட்சிசன் + நீர் அவசியம் (boiling+oil, CaCl₂ சோதனைகள்).
Fe→Fe²⁺+2e⁻ (anode).
2H₂O+O₂+4e⁻→4OH⁻ (cathode).
துரு = Fe₂O₃·xH₂O.
வண்ணப்பூச்சு, tin/Zn முலாம், பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு.

(அ) துருப்பிடித்தல் (rusting): இரும்பு/எஃகு காற்றுக்கு வெளிப்பட்டு அரிக்கப்படுவது.
நிபந்தனைகள் — ஒட்சிசன் (காற்று) + நீர் இரண்டும் அவசியம்:
• கொதிக்கவைத்த நீர் + எண்ணெய்ப் படலம் (காற்றில்லை) → ஆணி துருப்பிடிக்கவில்லை; சாதாரண நீர் (காற்றுள்ளது) → துருப்பிடித்தது ⇒ காற்று அவசியம். இரும்புக் கம்பிக் கட்டி சோதனையில் நீர்மட்டம் காற்றின் 1/5 (= ஒட்சிசன்) உயர்ந்தது ⇒ தேவையானது ஒட்சிசன்.
• நீரற்ற CaCl₂ வைத்த குழாயில் (நீராவியில்லை) ஆணி துருப்பிடிக்கவில்லை ⇒ நீரும் அவசியம்.

(ஆ) மின்னிரசாயன நிகழ்வு: இரும்பு ஒட்சியேறுவது anode தாக்கம்; ஒட்சிசன்+நீர் ஒட்சிஇறக்கமடைவது cathode தாக்கம்.
• anode: Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
• cathode: 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
• → Fe(OH)₂; மேற்கொண்டு காற்றுடன் ஒட்சியேறி சிவப்புப்-பழுப்பு நீரேற்ற இரும்பு(III) ஒட்சைட்டு, Fe₂O₃·xH₂O (= துரு) உருவாகிறது.

(இ) தடுப்பு முறைகள்: (1) வண்ணப்பூச்சு/எண்ணெய்/grease பூசுதல் (பாதுகாப்புப் படலம்); (2) தகர/துத்தநாக முலாம் பூசுதல் (galvanizing); (3) பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு — அதிக தாக்கத்திறன் உலோகத்தை (Zn/Mg) இணைத்தல்.

7. (அ) பலியீட்டுப் / எதிர்மின்முனைப் பாதுகாப்பு (sacrificial / cathodic protection) — வரையறை + எவ்வாறு செயல்படுகிறது. (3)
(ஆ) இரும்பு Cu-உடன் தொடர்பில் இருந்தால் வேகமாகவும், Zn/Mg-உடன் இருந்தால் மெதுவாகவும் துருப்பிடிப்பது ஏன்? (3)
(இ) tin முலாமும் galvanizing-ம் கீறப்பட்டால் வேறுபாடு என்ன? காரணம். (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Sacrificial = இரும்பை cathode ஆக்கிக் காத்தல்.
அதிக தாக்கத்திறன் உலோகம் anode ஆகி பலியாகும்.
Cu கீழே → இரும்பு anode → வேகம்.
Zn/Mg மேலே → இரும்பு cathode → பாதுகாப்பு.
tin கீறல் → இரும்பு துரு; Zn கீறல் → துருப்பிடிக்காது.
தாக்கத்திறன் வரிசை வேறுபாடு.

(அ) பலியீட்டுப் பாதுகாப்பு: இரும்பை ஒரு மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையாக (cathode) ஆக்கி அரிப்பிலிருந்து பாதுகாத்தல். இரும்பை விட அதிக தாக்கத்திறன் கொண்ட உலோகத்தை (Zn, Mg) இரும்புடன் தொடர்பில் வைத்தால் அந்த உலோகமே anode ஆகி "பலியாகி" அரிக்கப்படும்; இரும்பு பாதுகாக்கப்படும். (எ.கா. galvanized கூரைத் தகடு; கப்பல் உடலில் Zn/Mg கட்டிகள்.)

(ஆ) தாக்கத்திறன் வரிசையில் Cu, இரும்புக்குக் கீழே. எனவே Cu-உடன் தொடர்பில் இரும்பே anode ஆகி (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻) இன்னும் வேகமாக அரிக்கப்படும். ஆனால் Zn/Mg இரும்புக்கு மேலே — அவையே anode ஆகி பலியாவதால் இரும்பு cathode ஆகிப் பாதுகாக்கப்படும், அரிப்பு மெதுவாகும்.

(இ) tin முலாம் கீறப்பட்டால்: tin (Sn) இரும்புக்குக் கீழே என்பதால், கீறலில் வெளிப்படும் இரும்பே anode ஆகி வேகமாகத் துருப்பிடிக்கும். galvanized (Zn) இரும்பு கீறப்பட்டாலும்: Zn இரும்புக்கு மேலே என்பதால் Zn-ஏ anode ஆகி பலியாகும்; இரும்பு cathode ஆகிக் காக்கப்படும் — எனவே துருப்பிடிக்காது. இதுவே galvanizing-ன் சிறப்பு.

1. (அ) காந்தப்புலம் (magnetic field) என்றால் என்ன? அதை compass-ஐக் கொண்டு எவ்வாறு கண்டறிவாய்? (3)
(ஆ) காந்தப் பொருள் + காந்தமல்லாப் பொருளுக்கு தலா இரு உதாரணம் தருக. (2)
(இ) நேர்க்கடத்தியில் மின்னோட்டம் பாயும்போது உருவாகும் காந்தப்புலத்தின் திசையைக் காண இரு விதிகளை விளக்குக. (5) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

காந்தப்புலம் = காந்தம் தாக்கம் செலுத்தும் வெளி; vector.
Compass ஊசி அப்புள்ளியில் புல திசை காட்டும்.
காந்தப் பொருள்: iron, steel/nickel. காந்தமல்லாது: plastic, rubber/wood.
Maxwell corkscrew rule.
Right hand grip rule.

(அ) காந்தப்புலம் (Magnetic field): ஒரு காந்தத்தைச் சுற்றி, அக்காந்தம் தனது தாக்கத்தைச் செலுத்தும் வெளியே காந்தப்புலம். இது கண்ணுக்குப் புலப்படாது; ஆனால் இன்னொரு காந்தத்தையோ நகரும் மின்னேற்றத்தையோ தாக்கும். இது பருமனும் திசையும் கொண்ட இயற்பியல் அளவு (vector).
Compass மூலம் கண்டறிதல்: Compass = pivot மீது சுதந்திரமாகச் சுழலும் சிறு காந்தம். ஒரு வெளியில் compass வைத்தால், ஊசி அப்புள்ளியில் காந்தப்புலம் இருந்தால் அதன் திசையில் நிலைபெறும். புள்ளிக்குப் புள்ளி ஊசியின் திசை மாறுவது புலத்தின் திசை மாறுவதைக் காட்டும்.

(ஆ) காந்தப் பொருட்கள்: இரும்பு (iron), எஃகு (steel), நிக்கல் (nickel).
காந்தமல்லாப் பொருட்கள்: plastic, மரம், காகிதம், ரப்பர்.

(இ) நேர்க்கடத்தியின் காந்தப்புல திசை — 2 விதிகள்:
• மாக்ஸ்வெல்லின் திருகாணி விதி (corkscrew rule): ஒரு திருகாணியை, அதன் நுனி மின்னோட்டத்தின் திசையில் முன்னோக்கி நகரும்படி சுழற்றினால், அந்தச் சுழற்சியின் திசையே காந்தவிசைக்கோடுகளின் திசை. A→B மின்னோட்டம் → புலம் anti-clockwise; B→A → clockwise.
• வலக்கைப் பிடி விதி (right hand grip rule): கடத்தியை வலக்கையால் பிடித்து, கட்டைவிரல் மின்னோட்டத்தின் திசையைக் காட்டினால், மற்ற நான்கு விரல்கள் கடத்தியைச் சுற்றி வளையும் திசையே காந்தப்புலத்தின் திசை.
படத்தில்: புள்ளி (•) = புலம் வெளியே; குறுக்கு (×) = புலம் உள்ளே.

2. (அ) காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட மின்னோட்டக் கடத்தியின் மீது விசை செயற்படுகின்றது — இதன் பருமனைத் தீர்மானிக்கும் 3 காரணிகளைத் தருக. (3)
(ஆ) ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதியை விளக்குக; எதைக் காண பயன்படுகின்றது? (3)
(இ) ஒலிபெருக்கியின் (loud speaker) இயக்கத்தையும், அதில் நிகழும் சக்தி மாற்றத்தையும் விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

விசை ∝ மின்னோட்டம் × நீளம் × புல வலிமை.
இடக்கை: கட்டைவிரல்=விசை, சுட்டுவிரல்=புலம், நடுவிரல்=மின்னோட்டம்.
ஒலிபெருக்கி: cone+coil+ring magnet; மாறும் current → அதிர்வு → ஒலி.
மின் → ஒலி சக்தி.

(அ) விசையின் பருமனைத் தீர்மானிக்கும் 3 காரணிகள் (விசை இவை மூன்றுக்கும் நேர்விகிதம்):
• கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டத்தின் பருமன்.
• காந்தப்புலத்தில் உள்ள கடத்தியின் நீளம்.
• காந்தப்புலத்தின் வலிமை.
இவை அதிகரித்தால் விசையும் அதிகரிக்கும்; குறைந்தால் குறையும்.

(ஆ) ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதி (Fleming's left hand rule): இடக்கையின் கட்டைவிரல், சுட்டுவிரல், நடுவிரல் மூன்றையும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக வைத்து — நடுவிரல் மின்னோட்டத்தின் திசையிலும், சுட்டுவிரல் காந்தப்புலத்தின் திசையிலும் காட்டினால், கட்டைவிரல் காட்டுவதே கடத்தியின் மீது செயற்படும் விசையின் திசை. (நினைவில்: Force–thuMb, Field–First/index, Current–ceNtre.) DC மோட்டார், ஒலிபெருக்கி, galvanometer இயக்கத்தை விளக்க இது பயன்படும்.

(இ) ஒலிபெருக்கி (Loud speaker): முக்கிய பாகங்கள் — இலேசான அட்டை கூம்பு (cone), கடத்தும் சுருள் (coil), வளைய-காந்தம் (ring magnet). கூம்பின் சிறிய முனையுடன் இணைந்த சுருள், காந்தத்தின் துருவங்களுக்கு இடையே சுதந்திரமாக முன்னும் பின்னும் நகரும்படி அமைக்கப்படுகின்றது. ஒலி அலையின் வடிவத்திற்கேற்ப மாறும் மின்னோட்டம் (time-varying current) சுருளில் பாயும்போது, காந்தம் சுருளின் மீது செலுத்தும் விசை மாறிமாறி இருப்பதால் சுருள் அதிர்கின்றது; கூம்பும் அதிர்ந்து ஒலி அலைகளை உருவாக்குகின்றது. சக்தி மாற்றம்: மின்சக்தி → ஒலி (இயக்க) சக்தி.

3. DC மோட்டாரின் இயக்கத்தை விளக்குக: (அ) முக்கிய பாகங்கள் — armature, காந்தத் துருவங்கள், commutator + brushes — ஒவ்வொன்றின் வேலை. (5) (ஆ) ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதியைப் பயன்படுத்தி சுருள் ஏன் சுழல்கின்றது என விளக்குக. (3) (இ) நிகழும் சக்தி மாற்றம் + commutator இல்லாவிட்டால் என்ன நடக்கும்? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Armature = core+coil → couple.
Poles → magnetic field.
Commutator அரைச் சுழற்சிக்கு திசை மாற்றும்.
AB கீழ், CD மேல் → couple → சுழற்சி.
மின்→இயந்திர; commutator இல்லையேல் எதிர் திசை.

(அ) DC மோட்டாரின் முக்கிய பாகங்கள்:
• Armature (கதிர்த்தண்டு): இரும்பு/எஃகு கருவைச் (core) சுற்றிய சுருள். மின்னோட்டம் பாயும்போது இரட்டை விசையை (couple) உருவாக்கிச் சுழற்சியைத் தருகின்றது. சுமையைத் தாங்க கரு வலிமை தருகின்றது.
• காந்தத் துருவங்கள் (magnetic poles): Armature-ஐச் சுற்றி அமைக்கப்பட்ட நிலைக்காந்தத்தின் N–S துருவங்கள் — சுருளில் விசை செயற்படத் தேவையான காந்தப்புலத்தைத் தருகின்றன.
• Commutator (பிளவு வளையங்கள் — split rings) + brushes: சுருளின் இரு முனைகள் இரு split rings-உடன் இணைந்து armature-உடன் சுழல்கின்றன; brushes (P, Q) சுழலாமல் வளையங்களைத் தொட்டு வெளிச் சுற்றுடன் இணைக்கின்றன. Commutator ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் சுருளில் மின்னோட்டத் திசையை மாற்றுகின்றது.

(ஆ) சுழற்சியின் விளக்கம்: brush P → split ring X → சுருள் ABCD → ring Y → brush Q வழியே மின்னோட்டம் பாய்கின்றது. AB, CD பகுதிகளுக்கு ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதி பயன்படுத்தினால் — AB-இல் கீழ்நோக்கி விசையும், CD-இல் மேல்நோக்கி விசையும் செயற்படுகின்றன. இவ்விரட்டை விசை (couple) armature-ஐ கடிகார திசையில் சுழற்றுகின்றது. 180° சுழன்றதும் commutator திசையை மாற்றி, சுழற்சி அதே திசையில் தொடர வைக்கின்றது.

(இ) சக்தி மாற்றம்: மின்சக்தி → இயந்திர சக்தி (mechanical energy). Commutator இல்லாவிட்டால் — அடுத்த அரைச் சுழற்சியில் couple எதிர் திசையில் செயற்பட்டு சுருள் எதிர்த்திசையில் சுழலத் தொடங்கி, தொடர்ச்சியான ஒரே திசைச் சுழற்சி கிடைக்காது.

4. (அ) மின்காந்தத் தூண்டல் (electromagnetic induction) என்றால் என்ன? bar காந்தம் + சுருள் + galvanometer activity மூலம் இதை எவ்வாறு நிறுவுவாய்? (5) (ஆ) தூண்டப்பட்ட emf-இன் பருமனைத் தீர்மானிக்கும் 3 காரணிகள். (3) (இ) ஃபிளமிங்கின் வலக்கை விதியை விளக்குக. (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

தூண்டல் = மாறும் புலம் / நகரும் கடத்தி → emf.
காந்தம் நகர்த்தும்போது மட்டுமே galvanometer விலகும்.
உறவு இயக்கம் இல்லையேல் emf இல்லை.
factors: சுற்றுகள், காந்த வலிமை, வேகம்.
வலக்கை: கட்டை=நகர்வு, சுட்டு=புலம், நடு=மின்னோட்டம்.

(அ) மின்காந்தத் தூண்டல் (Electromagnetic induction): ஒரு கடத்தி மாறும் காந்தப்புலத்தில் அசையாமல் இருக்கும்போது, அல்லது மாறாக் காந்தப்புலத்தில் கடத்தி நகரும்போது, அதன் முனைகளுக்கிடையே ஒரு மின்னியக்க விசை (emf) உருவாவதே மின்காந்தத் தூண்டல்.
Activity: செப்புக் கம்பியைச் சுற்றிய சுருளின் இரு முனைகளை center-zero galvanometer-உடன் இணைக்கின்றோம் (சுற்றில் வேறு emf மூலம் இல்லை). ஒரு bar காந்தத்தைச் சுருளுக்குள் உள்நோக்கி அல்லது வெளிநோக்கி நகர்த்தும் ஒவ்வொரு முறையும் galvanometer விலகுகின்றது. இரண்டையும் ஒரே வேகத்தில் சேர்த்து நகர்த்தினால் (இடைவெளி மாறாமல்) எந்த விலகலும் இல்லை. முடிவு: சுருளுடன் இணைந்த காந்தவிசைக்கோடுகளில் மாற்றம் இருக்கும்போதே emf தூண்டப்படுகின்றது (இது induced emf). காந்தத்தை வேகமாக நகர்த்தினால் விலகல் அதிகம் — emf, விசைக்கோடுகள் மாறும் வீதத்திற்கு நேர்விகிதம்.

(ஆ) தூண்டப்பட்ட emf-இன் 3 காரணிகள் (Faraday):
• சுருளில் உள்ள சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை.
• காந்தத்தின் வலிமை.
• காந்தம்/சுருள் நகரும் வேகம்.

(இ) ஃபிளமிங்கின் வலக்கை விதி (right hand rule): வலக்கையின் கட்டைவிரல், சுட்டுவிரல், நடுவிரல் மூன்றையும் செங்குத்தாக வைத்து — கட்டைவிரல் நகர்வுத் திசையிலும், சுட்டுவிரல் காந்தப்புல திசையிலும் காட்டினால், நடுவிரல் காட்டுவதே தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசை.

5. AC dynamo (மின்னியற்றி) — (அ) கட்டமைப்பை விளக்குக (coil, brushing rings, brushes). (3) (ஆ) சுருள் சுழலும்போது emf எவ்வாறு மாறி AC உருவாகின்றது என்பதை — தளம் இணை + தளம் செங்குத்து நிலைகளில் — விளக்குக. (5) (இ) மிதிவண்டி dynamo விளக்கின் பிரகாசம் வேகத்துடன் ஏன் அதிகரிக்கின்றது? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

செவ்வக coil ABCD + axle; A,D → brushing rings P,Q; carbon brushes X,Y.
தளம் இணை → emf உச்சம்; தளம் செங்குத்து → emf சுழியம்.
அரைச் சுழற்சிக்கு திசை மாறி AC; சைன் அலை.
வேகம் அதிகம் → காந்தப்புலம் மாறும் வீதம் அதிகம் → emf அதிகம்.

(அ) AC dynamo கட்டமைப்பு: பல சுற்றுகள் கொண்ட செவ்வக சுருள் ABCD ஒரு axle-உடன் இணைந்து காந்தப்புலத்தில் சுழல்கின்றது. N + S துருவங்கள் சுருளின் இருபுறமும் வலிமையான புலத்தைத் தருகின்றன. சுருளின் முனை A ஒரு coaxial copper brushing ring P-உடனும், முனை D மற்றொரு ring Q-உடனும் இணைக்கப்படுகின்றன. Carbon brushes X, Y இவ்வளையங்களைத் தேய்த்துக்கொண்டே வெளிச் சுற்றை (galvanometer) இணைக்கின்றன. (coil + rings + axle = armature.)

(ஆ) AC உற்பத்தி: சுருள் சுழலும்போது AB + CD கைகள் காந்தவிசைக்கோடுகளை வெட்டி emf தூண்டப்படுகின்றது; திசை வலக்கை விதியால் காணப்படும்.
• சுருளின் தளம் புலத்திற்கு இணையாக இருக்கும் நிலையில் — கைகள் விசைக்கோடுகளை செங்குத்தாக வெட்டுகின்றன → emf உச்சம் (maximum).
• சுருளின் தளம் புலத்திற்கு செங்குத்தாக இருக்கும் நிலையில் — கைகள் விசைக்கோடுகளுக்கு இணையாக நகர்கின்றன → விசைக்கோடுகள் வெட்டப்படாது → emf சுழியம் (zero).
ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் கைகளின் இயக்கத் திசை மாறுவதால் மின்னோட்டத் திசையும் மாறுகின்றது — galvanometer இடப்பக்கம், பின் சுழியம், பின் வலப்பக்கம் என மாறி விலகுகின்றது. இதனால் வெளியீடு மாறுதிசை மின்னோட்டம் (AC); காலத்திற்கு எதிராக வரைந்தால் சைன் அலை.

(இ) மிதிவண்டி dynamo: வேகமாக ஓட்டினால் டயர் வேகமாகச் சுழன்று, dynamo தலை + உருளை-காந்தம் வேகமாகச் சுழல்கின்றன. soft iron சுருளுடன் இணைந்த காந்தப்புலம் மாறும் வீதம் அதிகரித்து emf + மின்னோட்டம் அதிகரிக்கின்றது → விளக்கு பிரகாசமாகின்றது. வெளியீடு AC. சக்தி மாற்றம்: இயந்திர → மின்.

6. மின்மாற்றி (transformer) — (அ) கட்டமைப்பு + இயக்கக் கொள்கையை விளக்குக. (4) (ஆ) step-up + step-down வேறுபாடு + N_P/N_S = V_P/V_S உறவு. (3) (இ) ஏன் transformer AC-உடன் மட்டுமே இயங்குகின்றது? பயன்பாடு 1 தருக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Soft iron core + primary/secondary coils.
V_P → மாறும் புலம் → V_S தூண்டல்.
N_P/N_S = V_P/V_S.
Step-up: N_S>N_P, V_S>V_P; step-down எதிர்.
மாறும் புலம் தேவை → AC only; grid voltage.

(அ) கட்டமைப்பு + கொள்கை: ஒரு soft iron core-ஐச் சுற்றி இரு தனித்தனி காப்பிடப்பட்ட செப்புச் சுருள்கள். முதன்மைச் சுருள் (primary — input): சுற்றுகள் N_P, மின்னழுத்தம் V_P; AC supply இங்கு. இரண்டாம் சுருள் (secondary — output): சுற்றுகள் N_S, தூண்டப்பட்ட V_S; load இங்கு. primary-க்கு கொடுக்கப்படும் AC மின்னழுத்தம் V_P → primary-இல் மாறும் மின்னோட்டம் → மாறும் காந்தப்புலம் → soft iron core வழியே secondary-உடன் இணைந்து → secondary-இல் மாறும் மின்னழுத்தம் V_S-ஐத் தூண்டுகின்றது (induction).

(ஆ) உறவு: N_P / N_S = V_P / V_S.
• Step-up (உயர்த்தி): secondary-இல் சுற்றுகள் அதிகம் (N_S > N_P) → V_S > V_P.
• Step-down (தாழ்த்தி): secondary-இல் சுற்றுகள் குறைவு (N_S < N_P) → V_S < V_P.

(இ) AC மட்டுமே: Transformer இயங்க secondary-உடன் இணைந்த காந்தப்புலம் தொடர்ந்து மாற வேண்டும். AC continuously மாறும் புலத்தைத் தருகின்றது. மாறாத DC ஒரு நிலையான புலத்தையே தருவதால் emf தூண்டப்படாது → transformer DC-உடன் இயங்காது.
பயன்பாடு: மின் நிலையங்களில் உற்பத்தியான AC, தேசிய grid-க்கு அனுப்புமுன் step-up transformer-ஆல் 132 kV / 220 kV-ஆக உயர்த்தப்படுகின்றது (உயர் மின்னழுத்தம் → குறை மின்னோட்டம் → குறை வெப்ப இழப்பு); வீடுகளுக்கு வழங்குமுன் step-down transformer-ஆல் 220 V-ஆகத் தாழ்த்தப்படுகின்றது.

7. (அ) நேர்திசை (DC) + மாறுதிசை (AC) மின்னோட்டங்களின் வேறுபாட்டை graph + மூலம் (source) உடன் விளக்குக. (4) (ஆ) ஒரு மின்மாற்றியின் primary-இல் 1000 சுற்றுகள், secondary-இல் 100 சுற்றுகள்; primary-க்கு 230 V AC. (i) V_S? (ii) இது எவ்வகை? (iii) primary மின்னோட்டம் 5 A எனில் (100% திறன்) secondary மின்னோட்டம்? (6) (10 புள்ளி)

1. (அ) ஐதரோகாபன் வரையறை + எரிபொருட்களில் கார்பன், ஐதரஜன் இருப்பதை மெழுகுவர்த்தி சோதனை மூலம் எவ்வாறு உறுதிப்படுத்துவாய்? (6) (ஆ) அல்கேன், அல்கீன் வேறுபாடு. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Hydrocarbon = C + H மட்டும்.
மெழுகுவர்த்தி எரிவு → CuSO₄ நீலம் (H₂O→ஐதரஜன்).
சுண்ணாம்பு நீர் பால்நிறம் (CO₂→கார்பன்).
அல்கேன் = single bond, நிறை.
அல்கீன் = C=C, நிறைவுறா, அதிக தாக்கத்திறன்.

(அ) ஐதரோகாபன் (Hydrocarbon): கார்பன், ஐதரஜன் என்னும் இரண்டு தனிமங்களை மட்டுமே கொண்ட கரிமச் சேர்வை. wax, petrol, மீத்தேன், L.P. gas, kerosene, diesel போன்ற எரிபொருட்கள் ஐதரோகாபன்களே.

மெழுகுவர்த்தி சோதனை (செயற்பாடு 14.1):
மெழுகுவர்த்தியை எரித்து, எரிவின்போது வெளிவரும் வாயுக்களை aspirator உதவியால் — முதலில் U-tube-இல் உள்ள வெண்மையான நீரிலா கப்பர் சல்பேட்டு (anhydrous CuSO₄) வழியாகவும், பின் சுண்ணாம்பு நீர் (lime water) வழியாகவும் கடத்துகின்றோம்.
• வெண் CuSO₄ நீலமாக மாறுகின்றது → நீர் (H₂O) உருவாகியுள்ளது → அந்த நீருக்கான ஐதரஜனை மெழுகே வழங்கியது → மெழுகில் ஐதரஜன் (H) உள்ளது.
• சுண்ணாம்பு நீர் பால்நிறமாக (milky) மாறுகின்றது → கார்பன் டையொக்சைட்டு (CO₂) உருவாகியுள்ளது → அதற்கான கார்பனை மெழுகே வழங்கியது → மெழுகில் கார்பன் (C) உள்ளது.
இவ்வாறு மெழுகில் கார்பனும் ஐதரஜனும் உள்ளன என உறுதிப்படுத்தப்படுகின்றது.

(ஆ) அல்கேன் vs அல்கீன்:
| பண்பு | அல்கேன் | அல்கீன் |
|---|---|---|
| பிணைப்பு | C–C ஒற்றை மட்டும் | C=C இரட்டை |
| நிறை நிலை | நிறை (saturated) | நிறைவுறா (unsaturated) |
| பொதுச் சூத்திரம் | CₙH₂ₙ₊₂ | (எத்தீன் C₂H₄) |
| தாக்கத்திறன் | குறைவு | அதிகம் (இரட்டைப் பிணைப்பால்) |
| உதா | CH₄, C₂H₆ | C₂H₄ (எத்தீன்) |

2. அல்கேன் தொடர் — பொதுச் சூத்திரம் CₙH₂ₙ₊₂. n=1 முதல் 5 வரை அல்கேன்களின் சூத்திரம் + பெயரை வருவித்து அட்டவணையாகத் தருக. மீத்தேன், எத்தேன் கட்டமைப்புகளையும் தருக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

CₙH₂ₙ₊₂ பொதுச் சூத்திரம்.
n=1..5 → CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂.
பெயர்கள்: methane..pentane.
மீத்தேன், எத்தேன் structures.
petrol/L.P. gas தொடர்பு.

பொதுச் சூத்திரம்: அல்கேன் தொடரின் பொதுச் சூத்திரம் CₙH₂ₙ₊₂ (n = கார்பன் அணுக்களின் எண்ணிக்கை).

வருவித்தல்:
• n=1: C₁H(2×1+2) = CH₄
• n=2: C₂H(2×2+2) = C₂H₆
• n=3: C₃H(2×3+2) = C₃H₈
• n=4: C₄H(2×4+2) = C₄H₁₀
• n=5: C₅H(2×5+2) = C₅H₁₂

அட்டவணை:
| n | சூத்திரம் | பெயர் |
|---|---|---|
| 1 | CH₄ | மீத்தேன் (Methane) |
| 2 | C₂H₆ | எத்தேன் (Ethane) |
| 3 | C₃H₈ | புரோப்பேன் (Propane) |
| 4 | C₄H₁₀ | பியூட்டேன் (Butane) |
| 5 | C₅H₁₂ | பெண்ட்டேன் (Pentane) |

கட்டமைப்புகள்:
மீத்தேன் (CH₄): ஒரு கார்பன் நான்கு ஐதரஜனோடு நான்கு ஒற்றைப் பிணைப்புகள்.
எத்தேன் (C₂H₆): இரு கார்பன் ஒரு C–C ஒற்றைப் பிணைப்பால் இணைந்து, மீதி இணைதிறன்கள் ஐதரஜனால் நிரப்பப்படும். (H₃C–CH₃)

பயன்பாட்டுத் தொடர்பு: petrol அல்கேன்களின் கலவை; அதில் மிகுதி ஒக்டேன் (C₈H₁₈). L.P. gas-இல் முக்கியமாகப் புரோப்பேன் (C₃H₈) + பியூட்டேன் (C₄H₁₀).

3. L.P. gas புரோப்பேன், பியூட்டேன் கலவை. (i) இவற்றின் சூத்திரங்கள் + கட்டமைப்பு. (ii) முழுமையான எரிவுக்கான சமன் சமன்பாடுகள். (iii) முழுமையான vs முழுமையற்ற எரிவு வேறுபாடு + ஏன் ஐதரோகாபன் எரிபொருளை விட விறகு புகையானது. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Propane C₃H₈, Butane C₄H₁₀.
Combustion equations balanced.
Complete: CO₂ + H₂O.
Incomplete: CO + soot (toxic).
LPG cleaner than firewood.

(i) புரோப்பேன் (C₃H₈), பியூட்டேன் (C₄H₁₀):
இரண்டும் அல்கேன்கள் (C–C ஒற்றைப் பிணைப்பு மட்டும்). புரோப்பேன் — மூன்று கார்பன் நேர்ச்சங்கிலி; பியூட்டேன் — நான்கு கார்பன் நேர்ச்சங்கிலி (கிளைத்த கட்டமைப்பும் சாத்தியம்).

(ii) முழுமையான எரிவுச் சமன்பாடுகள்:
• C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
• 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O

(iii) முழுமையான vs முழுமையற்ற எரிவு:
• முழுமையான எரிவு: போதிய ஒட்சிசன் இருக்கும்போது — CO₂ + H₂O மட்டுமே; அதிக வெப்பம்; நீலச் சுடர்.
• முழுமையற்ற எரிவு: ஒட்சிசன் போதவில்லை எனின் — நச்சு CO (கார்பன் மொனாக்சைட்டு) + soot (கார்பன்); குறைந்த வெப்பம்; மஞ்சள் சுடர்.

L.P. gas vs விறகு: L.P. gas போதிய காற்றில் முழுமையாக எரிந்து CO₂ + H₂O மட்டுமே தருகின்றது — புகை, soot மிகக் குறைவு. விறகு கார்பன், ஐதரஜன் தவிர ஒட்சிசன், நைதரசனையும் கொண்டது, பெரும்பாலும் முழுமையற்ற எரிவு → அதிகப் புகை + soot + நச்சு வாயு. எனவே L.P. gas சுற்றுச்சூழலுக்கு நட்பானது.

4. நிறைவுறா ஐதரோகாபன் எத்தீன் (C₂H₄) — கட்டமைப்பு + ஏன் அதிக தாக்கத்திறன். எத்தீனின் இரு பெறுதிகளை (chloroethene, tetrafluoroethene) அவை எவ்வாறு உருவாகின்றன என விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Ethene C₂H₄ with C=C.
Double bond → reactive.
Chloroethene C₂H₃Cl (1 H→Cl).
Tetrafluoroethene C₂F₄ (4 H→F).
Derivatives → polymers.

எத்தீன் (Ethene, C₂H₄):
எளிமையான அல்கீன். இரு கார்பன் அணுக்கள் ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பால் (C=C) இணைந்து, ஒவ்வொரு கார்பனும் இரண்டு ஐதரஜனைச் சுமக்கின்றது (H₂C=CH₂).

ஏன் அதிக தாக்கத்திறன்: கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையே உள்ள இரட்டைப் பிணைப்பு காரணமாக, அல்கீன்கள் அல்கேன்களை விட அதிக தாக்கத்திறன் (more reactive) உடையவை. இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரு பிணைப்பு எளிதில் உடைந்து தாக்கங்களில் (சேர்க்கை, பல்பகுதியாக்கம்) ஈடுபடும்.

எத்தீனின் பெறுதிகள் (derivatives):
எத்தீனில் உள்ள ஐதரஜன் அணுக்களை வேறு அணுக்களால் இடப்பெயர்ச்சி செய்வதன் மூலம் பெறப்படுபவை.

1. குளோரோஎத்தீன் (Chloroethene, C₂H₃Cl):
எத்தீனில் ஒரு ஐதரஜன் அணு ஒரு குளோரின் (Cl) அணுவால் இடப்பெயர்ச்சி செய்யப்படுகின்றது. (H₂C=CHCl). இது PVC-இன் monomer.

2. டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் (Tetrafluoroethene, C₂F₄):
எத்தீனில் நான்கு ஐதரஜன் அணுக்களும் நான்கு புளோரின் (F) அணுக்களால் இடப்பெயர்ச்சி செய்யப்படுகின்றன. (F₂C=CF₂). இது Teflon-இன் monomer.

முக்கியத்துவம்: எத்தீனும் இப்பெறுதிகளும் — polythene, styrofoam, teflon போன்ற அன்றாடப் பல்பகுதியுள்ளிகளை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகின்றன.

5. பல்பகுதியுள்ளி (polymer), ஏகபகுதியுள்ளி (monomer), மீளும் அலகு (repeating unit), பல்பகுதியாக்கம் (polymerization) — வரையறுக்க. எத்தீனிலிருந்து பொலித்தீன் உருவாகும் முறையை விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Polymer = many small molecules joined.
Monomer = small unit.
Repeating unit = basic structural unit.
Polymerization = the process.
Ethene C=C breaks, monomers join → polythene.
Repeating unit –CH₂–CH₂–.

வரையறைகள்:
• பல்பகுதியுள்ளி (Polymer): ஏராளமான சிறிய மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணைந்து உருவாகும் பெரிய மூலக்கூறு (macromolecule).
• ஏகபகுதியுள்ளி (Monomer): பல்பகுதியுள்ளியை உருவாக்கும் சிறிய மூலக்கூறு.
• மீளும் அலகு (Repeating unit): பல்பகுதியுள்ளியில் மீண்டும் மீண்டும் வரும் அடிப்படைக் கட்டமைப்பு அலகு.
• பல்பகுதியாக்கம் (Polymerization): monomers ஒன்றோடொன்று இணைந்து polymer உருவாகும் செயல்முறை.

paper clip ஒப்புமை: ஒற்றை clip = monomer; இணைந்த clip சங்கிலி = polymer. monomer-இன் சார்பு மூலக்கூற்று நிறை குறைவு; ஆயிரக்கணக்கான monomers இணைவதால் polymer-இன் நிறை மிக அதிகம்.

எத்தீன் → பொலித்தீன்:
எத்தீன் மூலக்கூறில் C=C இரட்டைப் பிணைப்பு உள்ளது. பல்பகுதியாக்கத்தின்போது இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரு பிணைப்பு உடைந்து, ஆயிரக்கணக்கான எத்தீன் மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணைகின்றன:

n (H₂C=CH₂) → ( –CH₂–CH₂– )ₙ

அதாவது 'n' எண்ணிக்கையான எத்தீன் மூலக்கூறுகள் இணைந்து, 'n' எண்ணிக்கையான –CH₂–CH₂– மீளும் அலகுகளைக் கொண்ட பொலித்தீன் பேரணு மூலக்கூறு உருவாகின்றது.
• Monomer: எத்தீன் (C₂H₄)
• மீளும் அலகு: –CH₂–CH₂–
• Polymer: பொலித்தீன்

6. பல்பகுதியுள்ளிகளை (i) மூலத்தின் அடிப்படையில் இயற்கை/செயற்கை என வகைப்படுத்துக — உதாரணங்களுடன். (ii) பொலித்தீன், PVC, Teflon — monomer + பயன்பாடு அட்டவணை. (iii) இறப்பர் + கந்தகமாக்கம். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Natural: rubber, protein, starch, cellulose, DNA, RNA.
Synthetic: polythene, PVC, Teflon, nylon, polyester.
Polythene/PVC/Teflon monomers + uses.
Rubber from isoprene.
Vulcanization with sulphur.

(i) மூலத்தின் அடிப்படையில் வகைப்பாடு:
• இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் (natural): இறப்பர் (rubber), புரதம் (protein), மாப்பொருள் (starch), செல்லுலோஸ் (cellulose), DNA, RNA. இவை விலங்கு/தாவரப் பாகங்களில் இயற்கையாகக் காணப்படுபவை.
• செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் (artificial): பொலித்தீன், PVC, Teflon, polyester, nylon, terylene, polystyrene, bakelite. இவை பொதுவாக plastics எனப்படும்.

(ii) அட்டவணை:
| பல்பகுதியுள்ளி | Monomer | பயன்பாடு |
|---|---|---|
| பொலித்தீன் | எத்தீன் (C₂H₄) | plastic பாட்டில், polythene பை, toys, garbage bin |
| PVC | குளோரோஎத்தீன் (C₂H₃Cl) | water pipe, gutter, conduit, நெகிழ் குழாய் |
| Teflon | டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் (C₂F₄) | non-stick சமையல் பாத்திரம், snow shoe |
பொலித்தீன் — மின்காப்பி, நீர்/காற்று புகாது, இலேசு; PVC — தீக்கு எதிர்ப்பு, நீர் புகாது; Teflon — வெப்ப எதிர்ப்பு.

(iii) இறப்பர் + கந்தகமாக்கம்:
இறப்பர் ஐசோபிரீன் (isoprene) என்னும் monomer-இன் பல்பகுதியாக்கத்தால் உருவான இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளி. இறப்பரின் அதிக மீள்தன்மை சில பயன்பாடுகளுக்குச் சிக்கல்.
கந்தகமாக்கம் (vulcanization): இறப்பரைக் கந்தகத்துடன் (sulphur) தாக்கி, நேர்ச் சங்கிலிகளுக்கு இடையே குறுக்குப் பிணைப்புகள் (cross-links) உருவாக்கி, இறப்பரை மீள்தன்மை குறைத்து வலுவாக்குகின்றனர். கந்தகமாக்கப்பட்ட இறப்பர் tyre, tube, battery case தயாரிக்கப் பயன்படுகின்றது.

7. செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளின் (plastics) நன்மைகளும் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகளும். இப்பிரச்சினைகளுக்கான தீர்வுகள். (ஐதரோகாபன் எரிபொருட்களின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தையும் சேர்க்கலாம்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Advantages: cheap, mouldable, durable, colourful, light.
Non-biodegradable → accumulate.
Burning → toxic gases.
Solutions: biodegradable/photodegradable/water-soluble polymers; cotton/wool blends.
Incomplete combustion → CO toxic.
Proper waste management.

செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளின் நன்மைகள்:
முன்பு உணவைக் கட்ட வாழை இலை, கொளபத்தா போன்ற இயற்கைப் பொருட்கள் பயன்பட்டன; இன்று polythene. காரணம்:
• தேவையான பண்புகளுடன் உருவாக்கக்கூடியது.
• பயன்படுத்த எளிது.
• பல்வேறு வடிவங்களில் தயாரிக்கக்கூடியது.
• எந்த நிறத்திலும் ஆக்கக்கூடியது.
• விலை மலிவு, இலேசு, உறுதியானது.

சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகள்:
• பெரும்பாலான செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் உயிரியல் முறையில் அழிவதில்லை (non-biodegradable) — சுற்றுச்சூழலில் சேர்ந்து குவிகின்றன → நீர்வழிகள், வடிகால்கள் அடைப்பு, கடல் மாசு.
• எரித்தால் நச்சு வாயுக்கள் வெளியாகும் என்பதால் எரிப்பும் பொருத்தமன்று.
• nylon, terylene, polyester ஆடைகள் வியர்வையை உறிஞ்சாமல் உடலுக்கு அசௌகரியம் தருகின்றன.

தீர்வுகள்:
• உயிரழிவுறும் (biodegradable), ஒளியழிவுறும் (photodegradable), நீரில் கரையும் பல்பகுதியுள்ளிகளை உருவாக்குதல்.
• cotton, wool போன்ற இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளை செயற்கைவற்றுடன் கலத்தல் (ஆடை அசௌகரியம் குறைய).
• சரியான கழிவு முகாமைத்துவம் (மறுசுழற்சி, குறைத்தல், மீள்பயன்பாடு).

ஐதரோகாபன் எரிபொருள் தாக்கம் (சேர்ப்பு):
ஐதரோகாபன் எரிபொருட்களின் முழுமையற்ற எரிவில் நச்சு CO + soot வெளியாகும். எனவே போதிய காற்றோட்டத்தில் (நீலச் சுடர்) எரிப்பது + L.P. gas போன்ற சுத்தமான எரிபொருளைப் பயன்படுத்துவது சுற்றுச்சூழலுக்கு நல்லது.

முடிவு: பல்பகுதியுள்ளிகள் நவீன வாழ்வுக்கு இன்றியமையாதவை; ஆனால் அவற்றின் அழியாமை ஒரு பெரும் சவால். பொறுப்பான உற்பத்தி + பயன்பாடு + கழிவு முகாமைத்துவமே தீர்வு.

1. (அ) உயிர்க் கோளத்தின் ஐந்து ஒழுங்கமைப்பு மட்டங்களையும் வரிசையாக எழுதி, ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு எடுத்துக்காட்டு தருக. (5 புள்.)
(ஆ) ஒரு சூழல்தொகுதியின் உயிரியல் (biotic) கூறுகளையும் உயிரற்ற (abiotic) கூறுகளையும் வேறுபடுத்துக. (5 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

தனியுயிரி → சனத்தொகை → சமூகம் → சூழல்தொகுதி → உயிர்க் கோளம்.
தனியுயிரி எ.கா: யானை; சனத்தொகை எ.கா: யாலா 5,879 யானைகள்.
சமூகம் எ.கா: யாலா விலங்குச் சமூகம்; சூழல்தொகுதி எ.கா: ஒரு குளம்.
உயிரியல் கூறு = தாவரம், விலங்கு, நுண்ணுயிர்.
உயிரற்ற கூறு = மண், நீர், காற்று, வெப்பநிலை, ஒளி.
சூழல்தொகுதியில்தான் இரு கூறுகளும் இடைத்தாக்கம் செய்கின்றன.

(அ) ஒழுங்கமைப்பு மட்டங்கள்:
(1) தனியுயிரி (Individual) — ஒற்றை உயிரி. எ.கா: ஒரு யானை, ஒரு தென்னை மரம்.
(2) சனத்தொகை (Population) — ஒரே சிற்றினம், ஒரு இடம், ஒரு காலம். எ.கா: 2011-இல் யாலாவில் 5,879 யானைகள்.
(3) சமூகம் (Community) — பல்வேறு சனத்தொகைகளின் கூட்டம். எ.கா: யாலாவின் விலங்குச் சமூகம்; நீர்கொழும்பு கடற்கழியின் சவர்க்காரத் தாவரச் சமூகம்.
(4) சூழல்தொகுதி (Ecosystem) — சமூகம் + உயிரற்ற கூறு. எ.கா: ஒரு குளம், ஒரு காடு.
(5) உயிர்க் கோளம் (Biosphere) — உயிர்கள் வாழும் புவி + வளிமண்டலம்.

(ஆ) கூறுகள்:
• உயிரியல் கூறு (biotic): அனைத்து உயிரினங்களும் — பச்சைத் தாவரம் (உற்பத்தியாளர்), விலங்கு (நுகர்வோர்), பாக்டீரியா/பூஞ்சை (சிதைப்போர்).
• உயிரற்ற கூறு (abiotic): இயற்பியல் கூறுகள் — மண், நீர், காற்று; சூழல் நிலைமைகள் — வெப்பநிலை, மழைவீழ்ச்சி, ஈரப்பதம், சூரிய ஒளி.
இவ்விரு கூறுகளுக்குமிடையே நிலவும் சமன்நிலை உறவே சூழல் சமநிலை.

2. (அ) உணவுச் சங்கிலி, உணவு வலை ஆகியவற்றை வேறுபடுத்தி ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு எடுத்துக்காட்டு தருக. (4 புள்.)
(ஆ) சக்திப் பிரமிடு எப்போதும் நிமிர்ந்ததாக இருப்பதை 10% சக்தி விதியின் அடிப்படையில் விளக்குக. (6 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

உணவுச் சங்கிலி = நேர்கோட்டுத் தொடர்; உணவு வலை = பல சங்கிலிகள் இணைந்தது.
எ.கா: புல்→வெட்டுக்கிளி→தேரை→நாகப்பாம்பு→வல்லூறு.
10% விதி: ஒரு மட்டத்தின் சக்தியில் 10% மட்டுமே மேலே செல்கின்றது.
90% வெப்பமாக இழக்கப்படுகின்றது (energy dissipation).
மேல் மட்டத்தில் சக்தி எப்போதும் குறைவு → பிரமிடு நிமிர்ந்தது.
NIE எண்: தாவரம் 10000 J → பூச்சி 1000 J → தேரை 100 J → வல்லூறு 10 J.

(அ) உணவுச் சங்கிலி = உற்பத்தியாளரிலிருந்து நுகர்வோர் வரை சக்தி/பொருள் ஒரு நேர்கோட்டுத் தொடராகப் பாயும் வரிசை. எ.கா: புல் → வெட்டுக்கிளி → தேரை → நாகப்பாம்பு → வல்லூறு.
உணவு வலை = பல உணவுச் சங்கிலிகள் ஒன்றோடொன்று வலை வடிவில் இணைந்தது; ஒரு உயிரி பல்வேறு உணவைச் சார்ந்திருக்க இயலும். எ.கா: தாவரம் → எலி/முயல்; எலியை இராஜாளி, மலைப்பாம்பு; முயலை வல்லூறு.

(ஆ) 10% விதி: ஒரு ஊட்ட மட்டத்தின் மொத்தச் சக்தியில் 10% மட்டுமே அடுத்த மேல் மட்டத்திற்குக் கடத்தப்படுகின்றது. மீதி 90% சூரிய சக்தி வெப்பமாக சூழலுக்கு இழக்கப்படுகின்றது (சுவாசம், இயக்கம், வெப்பம் — energy dissipation). எனவே ஒவ்வொரு மேல் மட்டத்திலும் கிடைக்கும் சக்தி கீழ் மட்டத்தை விடக் குறைவாகவே இருக்கும்.
NIE படம் 15.13: தாவரம் 10000 J → பூச்சி 1000 J → தேரை 100 J → வல்லூறு 10 J. சக்தி படிப்படியாகக் குறைவதால் பிரமிடு எப்போதும் நிமிர்ந்ததே. இதே சக்தி இழப்பால் உணவுச் சங்கிலியின் இணைப்புகளும் ஐந்துக்குக் குறைவாகவே இருக்கும்; எனவே குறுகிய சங்கிலி திறன் மிக்கது.

3. நைதரசன் சுழற்சியின் முக்கிய படிமுறைகளை, NIE குறிப்பிடும் பாக்டீரியாக்களின் பெயர்களுடன் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வளிமண்டலமே (N₂) முதன்மை மூலம்.
உயிரியல் நிலைப்படுத்தல்: Rhizobium, Azotobacter → NH₄⁺.
வளிமண்டல (மின்னல்) + தொழிற்துறை நிலைப்படுத்தல்.
நைதரேற்றம்: Nitrosomonas (NH₄⁺→NO₂⁻), Nitrobacter (NO₂⁻→NO₃⁻).
அமோனியேற்றம்: செத்த உடல் → NH₄⁺.
நைதரசன் நீக்கம்: Pseudomonas, Thiobacillus → வளி N₂.

புவியில் நைதரசனின் முதன்மை மூலம் வளிமண்டலம் (N₂). ஆனால் தாவரம் வளி N₂-ஐ நேரடியாகப் பயன்படுத்த முடியாது; எனவே நிலைப்படுத்தல் தேவை.

1. நிலைப்படுத்தல் (Fixation) — மூன்று முறை:
• உயிரியல்: மண்ணில் சுதந்திரமாக வாழும் Azotobacter, பயறுவகைத் தாவர வேர் முடிச்சில் கூட்டுயிராக வாழும் Rhizobium → வளி N₂-ஐ NH₄⁺ ஆக மாற்றுகின்றன.
• வளிமண்டல: மின்னலின்போது N₂ + O₂ → NO, NO₂.
• தொழிற்துறை: இரசாயன உரம் தயாரிப்பில் N₂ → நைதரேட்.

2. நைதரேற்றம் (Nitrification):
• Nitrosomonas: NH₄⁺ → NO₂⁻ (நைதரைட்).
• Nitrobacter: NO₂⁻ → NO₃⁻ (நைதரேட்).
தாவரங்கள் நைதரேட்டை உள்ளிழுத்துப் புரதம் தொகுக்கின்றன; உணவுச் சங்கிலி வழியாக விலங்குக்குச் செல்கின்றது.

3. அமோனியேற்றம் (Ammonification): செத்த உடல்/கழிவின் மீது நுண்ணுயிர் செயற்பாட்டால் நைதரசன் சேர்வைகள் → NH₄⁺ → மண்ணில் சேர்தல்.

4. நைதரசன் நீக்கம் (Denitrification): Pseudomonas, Thiobacillus → நைதரேட்டை மீண்டும் வளி N₂ ஆகத் திருப்புகின்றன. இவ்வாறு சுழற்சி முழுமையடைகின்றது.

4. (அ) சூழல் மாசடைதலின் மூன்று வகைகளை எழுதுக. (3 புள்.)
(ஆ) அமில மழை எவ்வாறு உருவாகின்றது என்பதை வேதியியல் அடிப்படையில் விளக்கி, அதன் நான்கு தீய விளைவுகளைக் குறிப்பிடுக. (7 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

மண், நீர், காற்று மாசடைதல்.
இயற்கை மழை pH ≈ 5.6 (CO₂, NO₂ கரைவால்).
SO₂ + H₂O → H₂SO₃ → ஒட்சியேற்றம் → H₂SO₄.
NO₂ → நைதரிக் அமிலம்; SO₃ → H₂SO₄.
விளைவு: காடு/பயிர் அழிவு, நீர்வாழ் உயிர் அழிவு.
விளைவு: சுண்ணாம்புக் கல் கரைதல், உலோகச் சிலை/கட்டடம் அரிப்பு.

(அ) சூழல் மாசடைதலின் மூன்று வகைகள் — மண் மாசடைதல், நீர் மாசடைதல், காற்று மாசடைதல்.

(ஆ) அமில மழை உருவாக்கம்: இயற்கையாக மழைநீர் CO₂, NO₂ கரைவதால் சற்று அமிலத்தன்மை கொண்டது — pH ≈ 5.6. வளிமண்டலத்தில் SO₂, SO₃, NO₂ அதிகரிக்கும்போது pH மேலும் குறைகின்றது:
• SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (கந்தக அமிலம்); இது மேலும் ஒட்சியேற்றமடைந்து H₂SO₄ (கந்தகக அமிலம்) ஆகின்றது.
• SO₃ நீரில் கரைந்தும் H₂SO₄ உருவாகின்றது.
• NO₂ நீருடன் நைதரிக் அமிலம் ஆகின்றது.
இவ்வமிலங்களுடன் கலந்த மழையே அமில மழை.

நான்கு தீய விளைவுகள்:
(1) காடுகளும் பயிர்களும் அழிவு.
(2) நீரின் அமிலத்தன்மை அதிகரிப்பால் நீர்வாழ் உயிர்கள் அழிவு.
(3) சுண்ணாம்புக் கல் + பாறைகள் கரைதல்.
(4) உலோகக் கட்டடங்கள், சிலைகள், பழம்பெரும் கட்டடங்கள் அரிப்பு (மேலும்: தாவரத்தின் கனிம உள்ளீர்ப்பு பாதிப்பு).

5. நிலைபேண் வளர்ச்சியை அடைய மேற்கொள்ளக்கூடிய ஐந்து நடவடிக்கைகளை, NIE எடுத்துக்காட்டுகளுடன் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

பல்பயிர்ச் செய்கை — நோய்/பூச்சி ஆபத்து குறைப்பு.
உயிரியல் பூச்சிக் கட்டுப்பாடு — Promecotheca cumingii / Dimokia javanica.
கரிம உரப் பயன்பாடு — மண் கட்டமைப்பு மேம்பாடு.
மீள்காடாக்கம் — சூழல் சமநிலை மீட்பு.
4R கழிவு முகாமை — Reuse, Reduce, Replace, Recycle.
குறுகிய உணவு மைல் + கார்பன் அடிச்சுவடு குறைப்பு.

நிலைபேண் வளர்ச்சி = எதிர்கால சந்ததியினரும் பயன்படுத்தும் வகையில் வளங்களை அறிவுடன் பயன்படுத்துதல். ஐந்து நடவடிக்கைகள்:

(1) பல்பயிர்ச் செய்கை (Multiple cropping): ஒரே நிலத்தில் வெவ்வேறு பயிர்கள் — ஒரு நோயால் முழுச் செய்கையும் அழியும் ஆபத்தைத் தவிர்க்கின்றது; எதிர்ப்புத் திறன் மிக்க பூச்சிகளைக் குறைக்கின்றது.

(2) உயிரியல் பூச்சிக் கட்டுப்பாடு (Biological pest control): பயிரைப் பாதிக்காத இயற்கை எதிரியைப் பயன்படுத்துதல். NIE எ.கா: தென்னைப் புழுப்பூச்சி Promecotheca cumingii-ஐ அதன் ஒட்டுண்ணி Dimokia javanica மூலம் கட்டுப்படுத்தியது.

(3) கரிம உரப் பயன்பாடு (Organic fertilizer): மக்கிய தாவர-விலங்குப் பொருள்; மண் கட்டமைப்பு + நுண்துளைத்தன்மை மேம்பாடு; இரசாயன உரத் தீங்கு தவிர்ப்பு.

(4) மீள்காடாக்கம் (Reforestation): குறைந்த வனப்பரப்பை மீட்டெடுத்துச் சூழல் சமநிலையை மீள நிறுவுதல்.

(5) 4R கழிவு முகாமை: Reuse (மீள்பயன்), Reduce (குறைத்தல்), Replace (கரிம உரம் போல் மாற்றீடு), Recycle (மலம் → உயிர்வாயு). மேலும் குறுகிய உணவு மைல் + கார்பன்/நீர் அடிச்சுவடு குறைப்பு நிலைபேண்மையை அதிகரிக்கின்றன.

6. (அ) சூழல் சமநிலை என்றால் என்ன? (2 புள்.)
(ஆ) உயிர்வகைப் பல்வகைமைக் குறைவுக்கான காரணங்களையும், ஊட்டச்செறிவாக்கம் (eutrophication) சூழல் சமநிலையைப் பாதிக்கும் விதத்தையும் விளக்குக. (8 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

சூழல் சமநிலை = உயிரி + இயற்பியல் சூழல் இடையே சமன் உறவு.
பல்வகைமை குறைவு: ஆக்கிரமிப்பு உயிரின அறிமுகம் (Lantana, Giant Mimosa).
வாழ்விட இழப்பு, மாசடைதல்.
eutrophication: பொசுபேட்/நைதரேட் → பாசி வளர்ச்சி.
O₂ குறைவு + H₂S, NH₃, CH₄ → துர்நாற்றம்.
நீர்வாழ் உயிர் அழிவு → பல்வகைமை குறைவு.

(அ) சூழல் சமநிலை: உயிரினங்களுக்கும் இயற்பியல் சூழலுக்கும் இடையே நிலவும் சமன்நிலை உறவே சூழல் சமநிலை. சிறு மாற்றத்தை மீட்டெடுக்கும் ஆற்றல் சூழலுக்கு உண்டு; ஆனால் சிக்கலான மனித நடவடிக்கைகளால் இது பாதிக்கப்படுகின்றது.

(ஆ) பல்வகைமைக் குறைவுக்கான காரணங்கள்:
• ஆக்கிரமிப்பு உயிரின அறிமுகம் (invasive species): NIE எ.கா — Giant Mimosa (ஜெயன்ட் மிமோசா), Lantana, Trout, Andara — இவை சொந்த சிற்றினங்களின் வாழ்விடத்தை ஆக்கிரமித்து அழிக்கின்றன.
• வாழ்விட இழப்பு: மாசடைதலால் தாவர-விலங்கு வாழ்விடங்கள் அழிவு; யானை-மனிதன் மோதல்.
• நிலப்பயன்பாட்டு மாற்றம், காடழிப்பு.

ஊட்டச்செறிவாக்கம் (eutrophication): தொழிற்கழிவு, வேளாண் இரசாயனம், மலம், சவர்க்காரம் → நீர்த்தேக்கங்களில் பொசுபேட் + நைதரேட் செறிவு உயர்வு → பாசி அதிகமாக வளர்ந்து பச்சைப் பொங்கு படலம். போட்டியால் பாசி இறந்து, காற்றில்லா பாக்டீரியா H₂S, NH₃, CH₄ வெளியிட்டுத் துர்நாற்றம் + நீரில் O₂ குறைவு. இதனால் நீர்வாழ் தாவர-விலங்குகள் இறந்து உயிர்வகைப் பல்வகைமை குறைகின்றது, நீரின் தெளிவும் பயன்பாடும் இழக்கப்படுகின்றன — சூழல் சமநிலை சிதைகின்றது.

7. மனிதனின் வாழ்க்கை முறை மாற்றத்தால் ஏற்படும் தொற்றா நோய்களை (non-communicable diseases) NIE-இன் அடிப்படையில் விளக்கி, நாட்பட்ட சிறுநீரக நோயை (CKD) தவிர்க்கும் வழிமுறைகளைக் குறிப்பிடுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

தொற்றா நோய் = பரவாத நோய்; WHO ஆண்டுக்கு 38 மில்லியன் மரணம்.
இலங்கையில் நோய் மரணங்களில் 60%.
காரணம்: புகையிலை/மது, தவறான உணவு, உடற்பயிற்சியின்மை.
எ.கா: CKD, நீரிழிவு, புற்றுநோய், இதய/நுரையீரல் நோய், gastritis.
CKD காரணம்: Cd/Pb/As, வேளாண் இரசாயனம், fluoride நீர், நீரிழப்பு.
CKD தடுப்பு: நாள் 3.5–4.5 லீ. சுத்த நீர், இரசாயனம் தவிர்த்தல்.

தொற்றா நோய்கள் (Non-communicable diseases): ஒருவரிடமிருந்து இன்னொருவருக்குப் பரவாத நோய்கள். WHO-வின்படி ஆண்டுதோறும் 3.8 கோடி (38 மில்லியன்) பேர் இவற்றால் இறக்கின்றனர். இலங்கையில் நோய் மரணங்களில் 60% இவற்றால். காரணங்கள்: புகையிலை/மது அதிகப் பாவனை, தவறான உணவுப் பழக்கம், உடற்பயிற்சியின்மை, மன அழுத்தம் — இவை தொழில்மயமாதல்/நகரமயமாதல் வாழ்க்கை முறை மாற்றத்தின் விளைவுகள்.
எடுத்துக்காட்டுகள்: நாட்பட்ட சிறுநீரக நோய் (CKD), நீரிழிவு (diabetes), புற்றுநோய் (cancer), இதய நோய், நுரையீரல் நோய், இரைப்பை அழற்சி (gastritis), கண்புரை (cataract).

CKD: சிறுநீரக செயற்பாடு படிப்படியாக இழக்கப்படுவது; வேளாண் பகுதிகளில் பரவல். முதல் நோயாளி 1994-இல் பதவியா கோவிஜனபதயா. காரணங்கள்: கனரக உலோகம் (Cd, Pb, As), வேளாண் இரசாயன உட்கிரகிப்பு, fluoride கலந்த கடின நீர், நீரிழப்பு, கட்டுப்பாடற்ற மருந்து/மது.
தடுப்பு வழிமுறைகள்:
• வேளாண் இரசாயனம் + அதனால் பயிரிட்ட உணவைத் தவிர்த்தல்.
• நீரிழிவு + உயர் இரத்த அழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் ஆரோக்கிய வாழ்க்கை.
• நாள் ஒன்றுக்கு 3.5–4.5 லீ. (5–6 பாட்டில்) சுத்த நீர் குடித்தல்.
• தோல் ஒவ்வாமைக்கு உடனடி சிகிச்சை; வலி நிவாரணி தவறாகப் பயன்படுத்தாமை; மது/புகையிலை தவிர்ப்பு.

🎯 தரம் 11 — மாதிரிப் பரீட்சை

வினா 1 (கட்டாயம்) — 1:50,000 இடவிளக்கப் படம்

வினா 2 முதல் — நான்கினைத் தெரிவு செய்க

அலகு 1 — தாவர இழையங்களும் விலங்கு இழையங்களும்

அலகு 2 — ஒளித்தொகுப்பு

அலகு 3 — கலவை

அலகு 4 — அலைகளும் அவற்றின் பயன்பாடுகளும்

அலகு 5 — கேத்திர கணித ஒளியியல்

அலகு 6 — மனித உடற் செயன்முறைகள்

அலகு 7 — அமிலம், மூலம், உப்பு

அலகு 8 — இரசாயன தாக்கங்களின் வெப்ப விளைவு

அலகு 9 — வெப்பம்

அலகு 10 — மின் சாதனங்களின் வலுவும் சக்தியும்

அலகு 11 — இலத்திரனியல்

அலகு 12 — மின்னிரசாயனம்

அலகு 13 — மின் காந்தவியலும் தூண்டலும்

அலகு 14 — ஐதரோகாபன்களும் அவற்றின் பெறுதிகளும்

அலகு 15 — உயிர்க் கோளம்