🔟 தரம் 10 · அலகு 19

மின்னோட்டம்

Electric current

★★★★★ மின்னோட்டம்மின்னழுத்தம்தடையிஓமின் விதி

நீங்கள் ஒரு மின் விளக்கை இயக்கும்போது, செப்புக் கம்பியில் கோடிக்கணக்கான இலத்திரன்கள் (electrons) பயணம் தொடங்குகின்றன. அவை மிகவும் மெதுவாக நகர்கின்றன; ஒரு விநாடிக்கு வெறும் சில மில்லிமீட்டர்கள் மட்டுமே. ஆனால் விளக்கு உடனே எரிகிறது. ஏன்? ஏனென்றால் மின்னோட்டம் (electric current) என்பது இலத்திரன்களின் வேகம் அல்ல; அது மின் புலம் (electric field) பரவும் வேகம். அது ஒளியின் வேகத்துக்கு நெருக்கமாக இருக்கிறது. இந்த அத்தியாயத்தில் மின்னோட்டம், மின்னழுத்தம், மின் தடை, சுற்றுகள், வீட்டு மின்சாரப் பாதுகாப்பு ஆகியவற்றைப் பற்றி ஆழமாகப் படிப்போம்.

19.1 அடிப்படை அளவுகள் (Basic Quantities)

மின்சாரத்தை புரிந்துகொள்ள மூன்று அடிப்படை அளவுகள் அவசியம்: மின்னோட்டம் (electric current), மின்னழுத்தம் (voltage), மற்றும் மின் தடை (resistance). இவை மூன்றும் ஒன்றோடொன்று நெருங்கிய தொடர்பு கொண்டவை.

மின்னோட்டம் (Electric Current) — I

ஒரு கடத்தியில் (conductor) இலத்திரன்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் நகரும்போது மின்னோட்டம் உண்டாகிறது. ஒரு இடத்தை ஒரு விநாடியில் கடக்கும் மின்னேற்றத்தின் (charge) அளவே மின்னோட்டம். இதை I என்ற குறியீட்டால் குறிக்கிறோம். அலகு: ஆம்பியர் (Ampere, A). அளவிடும் கருவி: அம்மீட்டர் (ammeter); இது சுற்றில் தொடர் இணைப்பில் (series connection) இணைக்கப்படும்.

மின்னழுத்தம் (Voltage / Potential Difference) — V

மின்னோட்டம் பாய வேண்டுமென்றால் ஒரு "தள்ளு விசை" தேவை. இந்த விசையே மின்னழுத்தம் அல்லது திறனளவு வேறுபாடு (potential difference). இரண்டு புள்ளிகளுக்கிடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு மின்னோட்டத்தை இயக்குகிறது. குறியீடு: V. அலகு: வோல்ட் (Volt, V). அளவிடும் கருவி: வோல்ட்மீட்டர் (voltmeter); இது இணை இணைப்பில் (parallel connection) இணைக்கப்படும்.

மின் தடை (Electrical Resistance) — R

ஒரு பொருளில் மின்னோட்டம் பாயும்போது அது எதிர்ப்பைச் சந்திக்கிறது. இந்த எதிர்ப்பே மின் தடை. அலகு: ஓம் (Ohm, Ω). குறியீடு: R. தடை அதிகமாக இருந்தால் மின்னோட்டம் குறையும்.

மின்னேற்றம் (Electric Charge) — Q

மின்னேற்றம் (electric charge) என்பது மின்னோட்டத்தின் மூல அளவு. அலகு: கூலோம் (Coulomb, C). தொடர்பு:

சூத்திரம்: Q = I × t
இங்கு Q = மின்னேற்றம் (கூலோம், C), I = மின்னோட்டம் (ஆம்பியர், A), t = நேரம் (விநாடி, s)

விளக்கம்: 1 ஆம்பியர் = 1 விநாடியில் 1 கூலோம் மின்னேற்றம் கடக்கிறது (1A = 1C/s)

அளவு	குறியீடு	அலகு	அளவிடும் கருவி	இணைப்பு முறை
மின்னோட்டம் (Current)	I	ஆம்பியர் (A)	அம்மீட்டர் (Ammeter)	தொடர் (Series)
மின்னழுத்தம் (Voltage)	V	வோல்ட் (V)	வோல்ட்மீட்டர் (Voltmeter)	இணை (Parallel)
மின் தடை (Resistance)	R	ஓம் (Ω)	ஓம்மீட்டர் (Ohmmeter)	—
மின்னேற்றம் (Charge)	Q	கூலோம் (C)	—	Q = I × t

19.2 ஓமின் விதி (Ohm's Law)

ஜார்ஜ் சைமன் ஓம் (George Simon Ohm) என்ற விஞ்ஞானி 1827 ஆம் ஆண்டில் மின்னோட்டத்துக்கும் மின்னழுத்தத்துக்கும் இடையேயான தொடர்பைக் கண்டுபிடித்தார். இந்தத் தொடர்பே ஓமின் விதி (Ohm's Law) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ஓமின் விதி (Ohm's Law): ஒரு கடத்தியில் வெப்பநிலை மாறாமல் இருக்கும்போது, அதன் வழியே பாயும் மின்னோட்டம் (I) மின்னழுத்தத்திற்கு (V) நேர்விகிதத்தில் இருக்கும்.

V = I × R
அதாவது: I = V/R மற்றும் R = V/I

இங்கு V = மின்னழுத்தம் (வோல்ட்), I = மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்), R = மின் தடை (ஓம்)

எடுத்துக்காட்டு 1: V = 12V, R = 4Ω. I = ?
I = V/R = 12/4 = 3 A

எடுத்துக்காட்டு 2: I = 2A, R = 6Ω. V = ?
V = I × R = 2 × 6 = 12 V

எடுத்துக்காட்டு 3: V = 9V, I = 3A. R = ?
R = V/I = 9/3 = 3 Ω

ஓமிக் மற்றும் ஓமிக் அல்லாத கடத்திகள்

ஓமிக் கடத்தி (Ohmic conductor): ஒரு கடத்தி ஓமின் விதியைப் பின்பற்றும்போது, அதாவது மின்னழுத்தம் மாறும்போதும் தடை மாறாமல் இருக்கும்போது, அதை ஓமிக் கடத்தி என்கிறோம். எடுத்துக்காட்டு: நிலையான வெப்பநிலையில் உலோகக் கம்பிகள் (metal wires). இவற்றுக்கான V-I வரைபடம் (V-I graph) நேர்கோடாகும்.

ஓமிக் அல்லாத கடத்தி (Non-ohmic conductor): வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது தடை மாறும் பொருள்கள். எடுத்துக்காட்டு: இழை விளக்கு (filament lamp); மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும்போது அது சூடாகித் தடை அதிகரிக்கும். டயோட் (diode) ஒரே திசையில் மட்டுமே மின்னோட்டத்தைப் பாய அனுமதிக்கும்.

ஓமிக் கடத்திக்கான V-I அட்டவணை (நிலையான வெப்பநிலையில்)
மின்னழுத்தம் V (வோல்ட்)	மின்னோட்டம் I (ஆம்பியர்)	தடை R = V/I (ஓம்)
0	0	—
2	0.5	4 Ω
4	1.0	4 Ω
6	1.5	4 Ω
8	2.0	4 Ω

⭐ தடை மாறாமல் 4 Ω ஆக இருக்கிறது — இது ஓமிக் நடத்தையின் சான்று.

19.3 தொடர் சுற்று (Series Circuit)

ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நேரடியாக இணைக்கப்பட்ட மின் பொருள்கள் உள்ள சுற்றைத் தொடர் சுற்று (series circuit) என்கிறோம். மின்னோட்டம் ஒரே பாதையில் பயணிக்கும்.

தொடர் சுற்றின் விதிகள்:
1. மின்னோட்டம் எல்லா இடங்களிலும் சமம்: I_total = I₁ = I₂ = I₃
2. மின்னழுத்தங்கள் கூடும்: V_total = V₁ + V₂ + V₃
3. தடைகள் கூடும்: R_total = R₁ + R₂ + R₃
4. ஒரு பொருள் பழுதடைந்தால் முழுச் சுற்றும் நின்றுவிடும்

எடுத்துக்காட்டு: R₁ = 2Ω, R₂ = 3Ω, V = 10V

படி 1: R_total = R₁ + R₂ = 2 + 3 = 5 Ω
படி 2: I = V / R_total = 10 / 5 = 2 A
படி 3: V₁ = I × R₁ = 2 × 2 = 4 V
படி 4: V₂ = I × R₂ = 2 × 3 = 6 V
சரிபார்ப்பு: V₁ + V₂ = 4 + 6 = 10 V ✓

தொடர் சுற்று பழைய கால கிறிஸ்மஸ் விளக்குகளில் பயன்படுத்தப்பட்டது. ஒரு விளக்கு போனால் அனைத்தும் போகும் என்பதால் இப்போது இணை சுற்று அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

19.4 இணை சுற்று (Parallel Circuit)

பல கிளைகளில் இணைக்கப்பட்ட மின் பொருள்கள் உள்ள சுற்றை இணை சுற்று (parallel circuit) என்கிறோம். மின்னோட்டம் பல பாதைகளில் பிரிந்து பாயும்.

இணை சுற்றின் விதிகள்:
1. மின்னழுத்தம் அனைத்து கிளைகளிலும் சமம்: V_total = V₁ = V₂ = V₃
2. மின்னோட்டங்கள் கூடும்: I_total = I₁ + I₂ + I₃
3. 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ (மொத்த தடை மிகவும் சிறியதாக இருக்கும்)
4. ஒரு பொருள் பழுதடைந்தாலும் மற்றவை இயங்கும்

எடுத்துக்காட்டு: R₁ = 6Ω, R₂ = 3Ω, V = 6V

படி 1: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6 = 1/2
R_total = 2 Ω
படி 2: I_total = V / R_total = 6 / 2 = 3 A
படி 3: I₁ = V / R₁ = 6 / 6 = 1 A
படி 4: I₂ = V / R₂ = 6 / 3 = 2 A
சரிபார்ப்பு: I₁ + I₂ = 1 + 2 = 3 A ✓

வீடுகளில் இணை சுற்று ஏன்? ஒவ்வொரு மின் சாதனமும் (appliance) முழு மின்னழுத்தம் பெறுகிறது. தனித்தனியாக இயக்கவும் நிறுத்தவும் முடியும். ஒன்று பழுதடைந்தாலும் மற்றவை இயங்கும்.

19.5 மின் சக்தி மற்றும் திறன் (Electrical Power and Energy)

மின் சாதனங்கள் மின் ஆற்றலை (electrical energy) வெப்பம், ஒளி அல்லது இயக்கமாக மாற்றுகின்றன. இந்த மாற்றம் எவ்வளவு வேகமாக நடக்கிறது என்பதை மின் திறன் (electrical power) கூறுகிறது.

மின் திறன் (Power):
P = V × I = I²R = V²/R
அலகு: வாட் (Watt, W)

மின் ஆற்றல் (Energy):
E = P × t = V × I × t
அலகு: ஜூல் (Joule, J) அல்லது கிலோவாட்-மணி (kWh) — மின்கட்டணத்தில் பயன்படும்

மாற்றம்: 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J = 3,600,000 J

எடுத்துக்காட்டு 1: 60W விளக்கு 5 மணி நேரம் எரிந்தால்
E = P × t = 60 W × (5 × 3600 s) = 60 × 18000 = 1,080,000 J
kWh-ல்: E = 60 W × 5 h = 300 Wh = 0.3 kWh

எடுத்துக்காட்டு 2: 1000W சூடாக்கி (heater) 2 மணி நேரம் இயங்கியது; கட்டணம் LKR 30/unit என்றால்
ஆற்றல் = 1000W × 2h = 2000 Wh = 2 kWh
கட்டணம் = 2 × 30 = LKR 60

1 unit = 1 kWh. மின் கட்டணத்தைக் கணிக்க, யூனிட்களின் எண்ணிக்கையைக் கட்டணத்தால் பெருக்கவும்.

19.6 வீட்டு மின்சாரம் மற்றும் பாதுகாப்பு (Domestic Wiring and Safety)

நம் வீட்டில் வரும் மின்சாரம் மாறுதிசை மின்னோட்டம் (alternating current, AC) ஆகும். இலங்கையில் 230 வோல்ட், 50 ஹெர்ட்ஸ் (Hz) திட்டம் பயன்படுகிறது.

மூன்று கம்பிகள் (Three Wires)

கம்பி	நிறம்	பணி
நேரடி (Live, L)	பழுப்பு (Brown)	மின்சாரத்தைக் கொண்டுவரும் ஆபத்தான கம்பி
நடு (Neutral, N)	நீலம் (Blue)	மின்சாரத்தைத் திரும்பக் கொண்டு செல்லும்
மண் (Earth, E)	பச்சை-மஞ்சள் (Green-Yellow)	பாதுகாப்புக் கம்பி; உலோக உறைகளைப் பூமியுடன் இணைக்கும்

பாதுகாப்பு சாதனங்கள்

உருகி (Fuse): மெல்லிய கம்பியால் ஆனது. அதிகமான மின்னோட்டம் பாயும்போது உருகிச் சுற்றை உடைக்கும்; இதனால் சாதனம் பழுதடையாமல் காக்கப்படும். ஒருமுறை உருகினால் மாற்ற வேண்டும்.

சுற்றுத் துண்டிப்பி அல்லது MCB (Miniature Circuit Breaker): மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய சாதனம். அதிகமான மின்னோட்டம் வந்தால் தானாகவே இயங்கி (trips) சுற்றை உடைக்கும். பின்னர் மீண்டும் இயக்கலாம்.

மண் கம்பி (Earth wire): மின் சாதனத்தின் உலோக உறை (metal casing) மண்ணுடன் இணைக்கப்படும். தவறுதலாக Live கம்பி உறையைத் தொட்டால், மின்னோட்டம் மண்ணுக்குச் சென்றுவிடும்; மனித உடலுக்குச் செல்லாது. உருகியும் உடைந்துவிடும்.

இரட்டைக் காப்பு (Double Insulation): பிளாஸ்ரிக் உறை கொண்ட சாதனங்களுக்கு மண் கம்பி தேவையில்லை; ஏனென்றால் பிளாஸ்ரிக் மின்சாரத்தைக் கடத்தாது.

⚠ பாதுகாப்பு விதிகள்:
• நேரடி (Live) கம்பியைத் தொடவே கூடாது
• ஈரமான கைகளால் மின் சாதனங்களைத் தொடக்கூடாது; நீர் மின்னோட்டத்தைக் கடத்தும்
• ஒரே சாக்கெட்டில் பல சாதனங்களை இணைக்கக்கூடாது (overloading)
• பழுதடைந்த கம்பியையோ சாக்கெட்டையோ உடனே மாற்றவும்
• மின் சாதனத்தைப் பயன்படுத்தாதபோது நிறுத்தி வைக்கவும்