1️⃣1️⃣ தரம் 11 · அலகு 10

மின் சாதனங்களின் வலுவும் சக்தியும்

Power and Energy of Electric Appliances

★★★★☆ மின்வலுமின்சக்திகிலோவாட்மணிவீட்டு மின் சுற்று

ஒரு மின் விளக்கு பிரகாசிக்கின்றது, ஒரு மின் அடுப்பு சூடாகின்றது, ஒரு மின்விசிறி சுழல்கின்றது — இவை அனைத்திற்கும் பின்னால் ஒரே ஒரு கருத்து உள்ளது: மின்சக்தி (electrical energy) ஒவ்வொரு வினாடியும் இந்த சாதனங்களால் நுகரப்படுகின்றது. ஒரு சாதனம் எவ்வளவு வேகமாக இந்தச் சக்தியை நுகர்கின்றதோ, அதுவே அதன் வலு (power). மாதக் கடைசியில் வரும் மின்சார பில் (electricity bill) இந்த நுகர்வையே பணமாக மாற்றிக் காட்டுகின்றது. இவ்வலகில் — மின்வலு P = VI எவ்வாறு கணிக்கப்படுகின்றது, ஒரு மாதத்தில் எவ்வளவு சக்தி (E = VIt) நுகரப்படுகின்றது, எந்த விளக்கு வினைத்திறன் (efficiency) மிக்கது, நம் வீட்டு மின் சுற்று (live, neutral, earth + fuse, MCB, RCCB) எவ்வாறு நம்மைக் காக்கின்றது, மற்றும் கிலோவாட் மணி (kWh) என்னும் வணிக அலகில் மின்பில் எப்படிக் கணக்கிடப்படுகின்றது — அனைத்தையும் கற்போம்.

10.1 மின்வலு (Power output of an electric appliance)

இயந்திரவியலில் (mechanics) வலு என்பது அலகு நேரத்தில் செய்யப்படும் வேலை என்று கற்றோம். மின்சக்திக்கும் இதே வரையறை பொருந்தும். மின்வலு (electrical power) என்பது ஒரு மின் சாதனத்தால் அலகு நேரத்தில் நுகரப்படும் மின்சக்தி ஆகும். அதாவது, சக்தியை எவ்வளவு வேகமாக நுகர்கின்றது என்பதை வலு அளவிடுகின்றது.

ஒரு மின் சாதனம் மின்னழுத்த வேறுபாடு V (potential difference / voltage)-ல் இயங்கி, அதன் வழியாக மின்னோட்டம் I (current) பாயும்போது, அது நுகரும் வலு:

வலு = மின்னழுத்தம் × மின்னோட்டம்
P = V I

V-ஐ வோல்ட்டில் (Volt, V), I-ஐ ஆம்பியரில் (Ampere, A) அளந்தால், வலு P வாட்டில் (Watt, W) கிடைக்கின்றது. மின் அடுப்புகளின் வெப்பச் சுருளில் (heating element) நுகரப்படும் சக்தி முழுவதும் வெப்பமாக மாற்றப்படுகின்றது. வேறு சில சாதனங்களில், உள் தடையினால் (internal resistance) ஒரு பகுதி வெப்பமாகவும், மீதி வேறு வடிவ சக்தியாகவும் மாறுகின்றது.

ஓமின் விதியை (V = IR) P = VI-ல் பதிலிட்டால், மேலும் இரு பயனுள்ள வடிவங்கள் கிடைக்கின்றன:

P = V I
P = I² R        (V = IR பதிலிட்டால்)
P = V² / R      (I = V/R பதிலிட்டால்)

எடுத்துக்காட்டு 1

ஒரு இழைமப் பந்து (filament bulb) 12 V மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் இணைக்கப்படும்போது, அதன் வழியாக 2 A மின்னோட்டம் பாய்கின்றது. பந்தின் வலு என்ன?

P = V I = 12 × 2 = 24 W
பந்தின் வலு = 24 W

எடுத்துக்காட்டு 2

ஒரு மின் அடுப்பு (electric oven) 230 V மின் வழங்கலில் இயங்குகின்றது. அதன் வலு 2000 W எனில், அது இயங்கும்போது இழுக்கும் மின்னோட்டத்தைக் காண்க.

P = V I
2000 = 230 × I
I = 2000 / 230 = 8.69 A
அடுப்பு இழுக்கும் மின்னோட்டம் = 8.69 A

10.2 நுகரப்படும் மின்சக்தி (Electric energy consumed)

வலு என்பது அலகு நேரத்தில் நுகரப்படும் சக்தி. ஆகவே, ஒரு சாதனம் நுகரும் மொத்த மின்சக்தி, அது எவ்வளவு நேரம் இயங்குகின்றது என்பதைப் பொறுத்தது. ஒரு குறுகிய மணிநேர விளக்கை 5 மணிநேரம் எரித்தால், அதே விளக்கை 1 மணிநேரம் எரிப்பதைவிட 5 மடங்கு சக்தி நுகரப்படும்.

அலகு நேரத்தில் நுகரப்படும் சக்தி P எனில், t நேரத்தில் நுகரப்படும் மொத்த மின்சக்தி E:

E = P t
மொத்த சக்தி = வலு × நேரம்

P-ஐ வாட்டிலும் (W), t-ஐ வினாடியிலும் (second, s) அளந்தால், மின்சக்தி E யூலில் (Joule, J) கிடைக்கின்றது. P = VI என்பதால், P-க்குப் பதிலாக VI-ஐ பதிலிட்டால்:

E = P t = V I t
மொத்த சக்தி = மின்னழுத்தம் × மின்னோட்டம் × நேரம்
E = V I t

எடுத்துக்காட்டு 1

ஒரு மோட்டார் காரின் முன்விளக்கின் (head light) வலு 50 W. இந்த விளக்கு 1½ மணிநேரம் இயக்கப்படும்போது நுகரப்படும் சக்தியைக் காண்க.

E = P t
E = 50 × 1.5 × 60 × 60 J     (மணிநேரத்தை வினாடிக்கு மாற்ற × 60 × 60)
E = 270 000 J
நுகரப்பட்ட சக்தி = 270 000 J

எடுத்துக்காட்டு 2

ஒரு 6 V மிதிவண்டி மின் விளக்கு (bicycle bulb) 0.6 A மின்னோட்டம் இழுக்கின்றது. இந்த விளக்கை 5 நிமிடம் எரித்தால் நுகரப்படும் சக்தி என்ன?

E = V I t
E = 6 × 0.6 × 5 × 60       (5 நிமிடம் = 5 × 60 வினாடி)
E = 1080 J
நுகரப்பட்ட மொத்த மின்சக்தி = 1080 J

10.3 வினைத்திறன் & சக்தி சேமிப்பு (Efficiency & conserving power)

பல சந்தர்ப்பங்களில் ஒரே நோக்கத்தை வெவ்வேறு சாதனங்களைக் கொண்டு அடைய முடியும். வெளிச்சம் பெற இழைமப் பந்து (filament bulb), LED விளக்கு, ஒளிர்வுக் குழாய் (fluorescent tube), CFL விளக்கு (compact fluorescent light) — எதையும் பயன்படுத்தலாம். வினைத்திறன் (efficiency) மிக்க சாதனத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது சக்தியைச் சேமிக்க உதவுகின்றது. ஒரே அளவு வெளிச்சம் தரும் வெவ்வேறு விளக்குகளின் வலுவும் வாழ்நாளும் கீழே:

ஒளி மூலம் (Light source)	வலு (Power)	வாழ்நாள் (Life time)
இழைமப் பந்து (Filament bulb)	60 W	1200 h
ஒளிர்வுக் குழாய் (Fluorescent tube)	22 W	3000 h
CFL விளக்கு	11 ~ 13 W	8000 h
LED விளக்கு	6 ~ 8 W	50 000 h

அட்டவணையின்படி, ஒரே வெளிச்சத்திற்கு LED விளக்கு மிகக் குறைந்த வலுவை நுகர்ந்து, மிக நீண்ட வாழ்நாளைக் கொண்டுள்ளது — ஆகவே LED-ஐப் பயன்படுத்துவது சிறந்தது. எனினும், அதன் ஆரம்ப விலை அதிகம் என்பதால் இலங்கையில் அதன் பயன்பாடு வரம்புறுத்தப்பட்டுள்ளது.

வினைத்திறன் சதவீதம் (Efficiency %)

ஒரு சாதனத்திற்கு வழங்கப்பட்ட சக்தியில் 40% வெப்பமாக இழக்கப்பட்டால், எதிர்பார்த்த நோக்கத்திற்கு 60% மட்டுமே பயன்படுகின்றது. அதாவது அந்தச் சாதனத்தின் வினைத்திறன் = 60%. வெப்பமாக இழக்கப்படும் சக்தியைக் குறைத்து, வழங்கப்பட்ட சக்தியிலிருந்து அதிகபட்ச பயனைப் பெறுவதே சேமிப்பின் அடிப்படை.

சமையல் சாதனங்களின் வினைத்திறன்

நீரைச் சூடாக்க மூழ்கு வெப்பி (immersion heater) மிக வினைத்திறன் மிக்கது — ஏனெனில் அதில் உருவாகும் அனைத்து வெப்பமும் நேரடியாக நீருக்கே மாற்றப்படுகின்றது. வெப்பச் சுருளைப் பயன்படுத்தும் பழைய அடுப்புகள் மிகக் குறைந்த வினைத்திறன் கொண்டவை. சூட்டுத் தட்டு (hot plate) கொண்ட சாதனங்கள் (rice cooker போன்றவை) வெப்ப இழப்பு குறைவாக இருப்பதால் வினைத்திறன் மிக்கவை. நுண் அலை அடுப்பு (microwave oven) உணவின் உள்ளேயே வெப்பத்தை உருவாக்குவதால் மிக வினைத்திறன் மிக்கது. தூண்டல் அடுப்பு (induction cooker) மாறும் காந்தப் புலத்தால் சமையல் பாத்திரத்தின் அடிப்பகுதியில் மட்டுமே வெப்பத்தை உருவாக்குவதால் மிக உயர் வினைத்திறன் கொண்டது.

சக்தி சேமிக்கும் வழிகள்

ஒரு வாரத்திற்குத் தேவையான ஆடைகளை ஒரே நேரத்தில் அயன் (iron) செய்தல் — ஒவ்வொரு முறையும் மீண்டும் சூடாக்கும் சக்தி சேமிக்கப்படும்.
தேவையற்ற அனைத்து விளக்குகளையும் அணைத்தல்.
CFL, LED போன்ற வினைத்திறன் மிக்க விளக்குகளைப் பயன்படுத்துதல்.
தொலைக்காட்சியில் LCD/LED திரை பழைய cathode ray tube திரையைவிட மிகக் குறைந்த வலு நுகர்வு கொண்டது.
கூரை விசிறியைவிட (ceiling fan) மேசை விசிறி (table fan) வீட்டைக் குளிர்விக்க அதிக வினைத்திறன் கொண்டது.

10.4 வீட்டு மின் சுற்று (Home electric circuit)

வீட்டு மின் சாதனங்களுக்குத் தேவையான மின்சக்தி தேசிய மின் வலையமைப்பிலிருந்து (national grid) பெறப்படுகின்றது. மின் நிலையங்களில் உருவாக்கப்படும் மின்சக்தி, உயர்த்தும் மின்மாற்றியால் (step-up transformer) 132 kV அல்லது 220 kV போன்ற உயர் மின்னழுத்தங்களாக உயர்த்தப்பட்டு நாடு முழுவதும் விநியோகிக்கப்படுகின்றது. விநியோக துணை மையங்களில் இவை 33 kV அல்லது 11 kV ஆகக் குறைக்கப்பட்டு, இறுதியில் வீடுகளுக்கு வழங்கும் முன் 230 V ஆகக் குறைக்கப்படுகின்றது. வீடுகளுக்கு வழங்கப்படும் மின்சாரம் 50 Hz அலைவெண் கொண்ட மாறுதிசை மின்னோட்டம் (alternating current, AC) ஆகும்.

வீடுகளுக்கு மின்சாரம் இரண்டு கம்பிகள் கொண்ட வழங்கல் கேபிளால் வழங்கப்படுகின்றது — உயிர்க் கம்பி (live wire) மற்றும் நடுநிலைக் கம்பி (neutral wire).

10.4.1 வீட்டு மின் சுற்றின் கூறுகள் (Components)

மிகைச் சுமை மின் தடைப்பி (Overload circuit breaker / Service fuse): வீட்டுக்குள் நுழையும் மின்சாரம் முதலில் இதன் வழியாகச் செல்கின்றது. சுமார் 40 A அதிகபட்ச மின்னோட்டத்தையே அனுமதிக்கின்றது; அதிகமானால் மின்சாரத்தைத் துண்டிக்கின்றது. இது உயிர்க் கம்பியை மட்டுமே துண்டிக்கின்றது. பழைய வீடுகளில் ஈயம்+வெள்ளீயக் கலப்புலோகக் கம்பி கொண்ட இணைப்பு உருகி (service fuse) பயன்படுத்தப்பட்டது — வரம்புக்கு மேல் மின்னோட்டம் பாய்ந்தால் உருகிக் கம்பி உருகித் துண்டிக்கின்றது.
மின் மானி (Electricity meter): நுகர்வோர் நுகரும் மின்சக்தியை கிலோவாட் மணியில் (kWh) பதிவு செய்கின்றது; இதன் அடிப்படையிலேயே மின்பில் தயாரிக்கப்படுகின்றது. மிகைச் சுமை தடைப்பியும் மின் மானியும் மின்சார சபைக்கு (service provider) சொந்தமானவை; அவற்றில் ஏதேனும் கோளாறு ஏற்பட்டால் மின்சார சபைக்கு அறிவிக்க வேண்டும்.
தனிமைப்படுத்தி (Isolator / Main switch with main fuse): மின் மானிக்குப் பிறகு வரும் இக்கூறு 30 A அதிகபட்ச மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்கின்றது; 30 A உயர் மின்னோட்ட தடைப்பியாகவும் செயல்படுகின்றது. இதன் சுவிட்சைத் தாழ்த்துவதன் மூலம் வீட்டுச் சுற்றை மின் வழங்கலிலிருந்து (L மற்றும் N) முழுவதும் துண்டிக்கலாம். இது உயிர்க் கம்பி + நடுநிலைக் கம்பி இரண்டையும் துண்டிக்கும் இரட்டை முனை சுவிட்ச் (dual pole switch). இதற்குப் பிறகான அனைத்துக் கூறுகளும் நுகர்வோருக்குச் சொந்தமானவை.
எஞ்சு மின்னோட்ட தடைப்பி (Residual Current Circuit Breaker — RCCB / Trip switch): குடியிருப்போரை மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து (electric shock) காப்பதே இதன் நோக்கம். ஒரு சாதனத்தின் உலோக உறைக்கு அல்லது தரைக்கு மின்னோட்டம் கசிந்தால், RCCB தானாகச் சுற்றைத் துண்டிக்கின்றது. இது மின்காந்தத் தூண்டலால் (electromagnetic induction) செயல்படுகின்றது — சுமார் 35 mA தரைக்குப் பாய்ந்தாலும், அல்லது வீட்டுக்குள் சுமார் 30 A குறுஞ்சுற்று (short circuit) ஏற்பட்டாலும் தானாக அணைகின்றது. இதுவும் இரட்டை முனை சுவிட்ச். (மின்னல் சேதத்திலிருந்து RCCB உறுதியான பாதுகாப்பு அளிக்காது.)
விநியோகப் பெட்டி (Distribution box): வீட்டுக்குள் மின்சாரம் இதன் வழியாக விளக்குச் சுற்றுகள் (lighting circuits) மற்றும் பிளக் சுற்றுகள் (plug circuits) மூலம் விநியோகிக்கப்படுகின்றது. விளக்குச் சுற்றுக்கு அதிகபட்சம் 6 A; பிளக் சுற்றுக்கு (சமையலறை வெப்பிகள், அடுப்புகள் போன்ற அதிக நுகர்வுச் சாதனங்களுக்கு) சுமார் 13 A வரை அனுமதிக்கப்படுகின்றது.
நுண் மின் தடைப்பிகள் & உருகிகள் (Miniature Circuit Breakers — MCB / Fuses): ஒவ்வொரு உள்சுற்றுக்கும் விநியோகப் பெட்டியில் MCB இணைக்கப்படுகின்றது. வரம்புக்கு மேல் மின்னோட்டம் இழுக்கப்பட்டால், அந்தச் சுற்றின் MCB மட்டும் தானாகத் துண்டிக்கின்றது — முழு வீட்டுக்கும் அல்ல. விளக்குச் சுற்றுக்கு 6 A MCB; பிளக் சுற்றுக்கு 13 A MCB. பழைய சுற்றுகளில் 6 A-க்குப் பதிலாக 5 A உருகியும், 13 A-க்குப் பதிலாக 15 A உருகியும் பயன்படுத்தப்பட்டன. MCB / உருகிகள் எப்போதும் உயிர்க் கம்பியில் இணைக்கப்பட வேண்டும். MCB சூடான கேபிளால் ஏற்படும் தீ + குறுஞ்சுற்றிலிருந்து மட்டுமே பாதுகாக்கின்றது — மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து MCB / உருகி பாதுகாப்பு அளிக்காது.
சுவிட்சுகள் + பிளக் சொக்கட்டுகள் (Switches & Plug sockets): சுவிட்சுகள் ஒவ்வொரு விளக்கையும் தனித்தனியே அணைக்க/எரிக்க உதவுகின்றன; அவை எப்போதும் உயிர்க் கம்பியில் இணைக்கப்படுகின்றன. மூன்று முனை பிளக் சொக்கட்டின் பெரிய முனை சாதனத்தின் உலோக உறைக்குச் சென்று தரைக் கம்பியில் (earth wire) இணைக்கப்படுகின்றது — இது மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து பாதுகாக்க அவசியம். மின்சாரம் கசியாத பிளாஸ்டிக் உறை கொண்ட சாதனங்களுக்கு இரு முனை பிளக் (two-pin) பயன்படுத்தலாம் — இவை தரைக் கம்பியில் இணைக்கப்படுவதில்லை.

10.4.1.1 கம்பிகளின் நிறக் குறியீடு (Wire colour code)

கம்பி (Wire)	தற்போதைய நிறம்	பழைய நிறம்
உயிர்க் கம்பி (Live)	பழுப்பு (Brown)	சிவப்பு (Red)
நடுநிலை (Neutral)	நீலம் (Blue)	கருப்பு (Black)
தரை (Earth)	பச்சை (Green)	பச்சை (Green)

5 A / 6 A மின்னோட்டத்திற்கு 1 mm² குறுக்குவெட்டுப் பரப்புள்ள (1.13 mm விட்டம்) ஒற்றைக் கம்பியும், 13 A / 15 A பிளக் சுற்றுக்கு 1.5 mm² பயனுள்ள குறுக்குவெட்டுப் பரப்புள்ள ஏழு கம்பித் திரளும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

10.4.2 புவியிணைப்பும் மின் அதிர்ச்சியும் (Earthing & electric shock)

வீட்டுக்கு மின்சாரம் வழங்கும் இரு கேபிள்களில் ஒன்று குறைக்கும் மின்மாற்றிக்கு அருகில் புவியிணைப்பு (earthed) செய்யப்படுகின்றது. அதனால் அந்தக் கம்பி பூஜ்ஜிய மின்னழுத்தத்தில் (zero potential) இருக்கின்றது — இதுவே நடுநிலைக் கம்பி (neutral). மற்றைய கம்பிக்கும் பூமிக்கும் இடையே 230 V மின்னழுத்த வேறுபாடு ஏற்படுகின்றது — இதுவே உயிர்க் கம்பி (live). தரையில் நின்று உயிர்க் கம்பியைத் தொட்டால், உடல் வழியாக 230 V மின்னழுத்தத்தால் மின் அதிர்ச்சி ஏற்படும்.

மின் அதிர்ச்சி (electric shock) என்பது உடல் வழியாக மின்னோட்டம் பாய்வதால் ஏற்படும் சேதம். அதிர்ச்சி வரம்புகள்:

50 mA உடல் வழியாகப் பாய்தல் — பெரும் மின் அதிர்ச்சி (major shock).
100 mA — மரணத்தை ஏற்படுத்தக்கூடியது.

நடுநிலைக் கம்பியைத் தரையிலிருந்து தொடும்போது உடல் முழுவதும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஏற்படாததால் அது பாதுகாப்பானது. ஒரு கம்பியை உயிர்க் கம்பியாக மாற்றுவது RCCB சரியாகச் செயல்பட அவசியம்.

10.4.3 பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகள் (Safety measures)

6 A, 13 A மின்னோட்டங்களுக்குப் பொருத்தமான உருகிகளை மட்டுமே பயன்படுத்துக.
சொக்கட்டின் கொள்ளளவைத் தாண்டிய மொத்த மின்னோட்டம் இழுக்கும் பல சாதனங்களை மல்டி-பிளக் வழியாக இணைக்கக் கூடாது.
பிளக்கையே சொக்கட்டில் செருகுக; கம்பிகளை நேரடியாகச் செருகக் கூடாது.
அயன் செய்யும்போது அடியில் ரப்பர் செருப்பு / ரப்பர் விரிப்பு பயன்படுத்துக.
பல்பு மாற்றுதல் போன்ற பணிகளை மிகைச் சுமை தடைப்பி / பிரதான சுவிட்சை அணைத்தபின்னரே செய்க.
நனைந்த உடல் / நனைந்த கையால் சுவிட்சைத் தொடக் கூடாது.
பலத்த மின்னல் நேரத்தில் வானொலி, தொலைக்காட்சி போன்றவற்றைப் பிளக்கிலிருந்து கழற்றுக (RCCB மின்னலிலிருந்து பாதுகாக்காது).
RCCB-ன் சோதனை பொத்தானை (test button) சில நாட்களுக்கு ஒருமுறை அழுத்திச் செயல்பாட்டைச் சரிபார்க்க.
அனைத்துப் பழுதுபார்ப்பு வேலைகளும் பயிற்சி பெற்ற மின் தொழிலாளரால் செய்யப்பட வேண்டும்.

10.5 கிலோவாட் மணி (Measuring energy in kilowatt hours)

வீட்டு மின் மானி மின்சக்தியை கிலோவாட் மணியில் (kilowatt hour, kWh) அளவிடுகின்றது. இதுவே மின்சக்தியின் வணிக அலகு (commercial unit). ஒரு கிலோவாட் மணி என்பது 1 kW வலு கொண்ட ஒரு சாதனம் ஒரு மணிநேரம் இயங்கும்போது நுகரும் மின்சக்தி. சக்தி வழக்கமாக யூலில் அளக்கப்பட்டாலும், நுகர்வு அதிகமாகும்போது யூல் மிகப் பெரிய எண்ணைத் தருவதால், kWh பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

1 kW h = 1 kW × 1 h
       = 1000 W × (60 × 60) s
1 kW h = 3 600 000 J = 3.6 × 10⁶ J

ஒரு சாதனத்தின் வலுவும் அது இயங்கும் மணிநேர எண்ணிக்கையும் தெரிந்தால், நுகரப்படும் kWh-ஐ எளிதாகக் கணக்கிடலாம்:

kWh எண்ணிக்கை = (வாட் எண்ணிக்கை × மணிநேர எண்ணிக்கை) / 1000

எடுத்துக்காட்டு — மாதாந்த நுகர்வு

தினமும் 100 W வலு கொண்ட 4 விளக்குகள் 3 மணிநேரமும், 60 W வலு கொண்ட 5 விளக்குகள் 4 மணிநேரமும் எரிக்கப்பட்டால், ஒரு மாதத்தில் (30 நாள்) நுகரப்படும் மின்சாரத்தைக் காண்க.

4 விளக்குகள் (100 W) ஒரு நாளில் = 100 × 4 × 3 = 1200 W h
5 விளக்குகள் (60 W) ஒரு நாளில்  = 60 × 5 × 4 = 1200 W h
ஒரு நாளில் மொத்தம்            = 1200 + 1200 = 2400 W h
ஒரு மாதத்தில் (30 நாள்)        = 2400 × 30 = 72 000 W h
                             = 72 000 / 1000 = 72 kW h
ஒரு மாதத்தில் நுகரப்படும் மின்சாரம் = 72 kW h (72 அலகுகள்)

மின்பில் கணக்கீடு (Cost = units × tariff)

மின்பில் அலகு எண்ணிக்கை × ஒவ்வொரு அலகின் கட்டணம் ஆகக் கணக்கிடப்படுகின்றது. கட்டணம் படிமுறையாக (block tariff) அதிகரிக்கின்றது. உதாரணமாக, முதல் 60 அலகுகள் ஒரு அலகுக்கு Rs. 7.50, அடுத்த 30 அலகுகள் ஒரு அலகுக்கு Rs. 10.00 எனில், ஒரு மாதத்தில் 75 அலகுகள் நுகரும் வீட்டின் பில்:

முதல் 60 அலகு  = 60 × 7.50 = Rs. 450.00
அடுத்த 15 அலகு = 15 × 10.00 = Rs. 150.00     (75 − 60 = 15 அலகு)
மொத்த மின்பில் = 450 + 150 = Rs. 600.00

✅ விரைவுச் சோதனை

முக்கியக் கருத்துக்களை உறுதிப்படுத்துங்கள். தவறான விடைகள் உங்கள் தவறுக் குறிப்பேட்டில் சேமிக்கப்படும்.

🖊 கட்டுரை வினாக்கள் (பகுதி II)

பரீட்சை வடிவில் கட்டமைப்பு வினாக்கள். முதலில் நீங்களே எழுதுங்கள்; பின்னர் மாதிரி விடையைத் திறந்து சரிபாருங்கள்.

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 — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

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 — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

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 — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

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 — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

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)

🔥 மீட்டல் மையம்

பரீட்சைக்கு முன் இறுதி ஒரு நிமிடம் — மறக்கக்கூடாதவை மட்டும்.

மின்வலு: அலகு நேரத்தில் நுகரப்படும் சக்தி. P = VI. அலகு = வாட் (W).
மாற்று வடிவங்கள்: P = I²R = V²/R (V=IR, I=V/R பதிலிட்டு).
மின்சக்தி: E = Pt = VIt. அலகு = யூல் (J). நேரத்தை வினாடிக்கு மாற்றுக.
வினைத்திறன்: பயனுள்ள/வழங்கிய × 100%. 40% இழந்தால் 60%.
விளக்குகள்: Filament 60W/1200h → Fluorescent 22W → CFL 11-13W → LED 6-8W/50000h (சிறந்தது).
வீட்டு மின்சாரம்: 230 V, 50 Hz, AC. Live + Neutral இரு கம்பி.
கம்பி நிறம்: Live=பழுப்பு, Neutral=நீலம், Earth=பச்சை.
Overload 40A (live மட்டும்) · Isolator 30A (dual) · RCCB மின் அதிர்ச்சி பாதுகாப்பு.
MCB: விளக்கு 6A, பிளக் 13A. எப்போதும் live-ல். தீயிலிருந்து காக்கும்; அதிர்ச்சியிலிருந்து அல்ல.
அதிர்ச்சி: 50 mA = பெரும், 100 mA = மரணம். RCCB ~35 mA-ல் அணைகின்றது.
1 kWh = 3.6 × 10⁶ J. 1 kW × 1 h. வணிக அலகு.
பில்: அலகு எண் × கட்டணம். kWh = (வாட் × மணிநேரம்) / 1000.

அலகின் முதுகெலும்பு — கருத்துக்களும் தொடர்புகளும்.

1. மின்வலு: அலகு நேர சக்தி நுகர்வு. P = VI. V வோல்ட், I ஆம்பியர் → P வாட். உதா: 12V × 2A = 24W.
2. வலு மாற்று வடிவங்கள்: ஓமின் விதி V=IR பதிலிட்டால் P = I²R; I=V/R பதிலிட்டால் P = V²/R. வெப்பச் சுருளில் வெப்பம் = I²R.
3. மின்னோட்டக் கணக்கீடு: I = P/V. உதா: 2000W/230V = 8.69 A → 13A பிளக் சுற்றில் இணைக்க வேண்டும்.
4. மின்சக்தி: E = Pt = VIt. P வாட், t வினாடி → E யூல். மணிநேரத்தை × 3600, நிமிடத்தை × 60.
5. சக்திக் கணக்குகள்: 50W × 1.5h = 50 × 5400 = 270000 J. 6V × 0.6A × 300s = 1080 J.
6. வினைத்திறன்: (பயனுள்ள சக்தி/வழங்கிய சக்தி) × 100%. 40% வெப்ப இழப்பு → 60% வினைத்திறன்.
7. விளக்குகள் ஒப்பீடு: Filament 60W/1200h, Fluorescent 22W/3000h, CFL 11-13W/8000h, LED 6-8W/50000h. LED சிறந்தது; விலை அதிகம் (இலங்கையில் வரம்புறுத்தப்பட்டது).
8. வினைத்திறன் சாதனம்: மூழ்கு வெப்பி (நீர் வெப்பம்), சூட்டுத் தட்டு, நுண் அலை அடுப்பு (உள்ளே வெப்பம்), தூண்டல் அடுப்பு (காந்தப் புலம்) — அனைத்தும் உயர் வினைத்திறன். LCD/LED TV, மேசை விசிறி.
9. தேசிய வலையமைப்பு: மின் நிலையம் → step-up 132/220 kV → துணை மையம் 33/11 kV → வீட்டுக்கு 230 V, 50 Hz AC. கேபிளில் live + neutral.
10. கூறுகள்: Overload breaker 40A (live மட்டும்) → Meter (kWh, சபை சொத்து) → Isolator 30A (dual pole) → RCCB (அதிர்ச்சி பாதுகாப்பு) → Distribution box → MCB (விளக்கு 6A / பிளக் 13A).
11. RCCB: மின்காந்தத் தூண்டலால் செயல்படும். ~35 mA தரைக் கசிவு அல்லது ~30 A குறுஞ்சுற்றில் அணைகின்றது. லீவரை மேலே உயர்த்தினால் ON. மின்னலிலிருந்து பாதுகாப்பு இல்லை.
12. MCB vs RCCB: MCB/உருகி = அதிக மின்னோட்டம் + குறுஞ்சுற்று + தீயிலிருந்து காப்பு (live-ல் இணைப்பு). RCCB = மின் அதிர்ச்சி + கசிவிலிருந்து காப்பு.
13. கம்பி நிறக் குறியீடு: தற்போது Live=பழுப்பு, Neutral=நீலம், Earth=பச்சை. பழையது Live=சிவப்பு, Neutral=கருப்பு. 5/6A → 1mm², 13/15A → 1.5mm².
14. புவியிணைப்பு: ஒரு கம்பி earthed → 0 potential → neutral. மற்றொன்று 230V → live. மூன்று முனை பிளக்கின் பெரிய முனை → earth wire → உலோக உறை பாதுகாப்பு.
15. மின் அதிர்ச்சி: உடல் வழி மின்னோட்டம் = சேதம். 50 mA = பெரும் அதிர்ச்சி, 100 mA = மரணம். அதனாலேயே RCCB.
16. கிலோவாட் மணி: 1 kWh = 1 kW சாதனம் 1 மணிநேரம் = 1000 × 3600 = 3.6 × 10⁶ J. வணிக அலகு. kWh = (வாட் × மணிநேரம்)/1000.
17. பில் கணக்கீடு: 100W×4×3 + 60W×5×4 = 2400 Wh/நாள் × 30 = 72 அலகு. படிமுறை கட்டணம்: 60×7.5 + 15×10 = Rs.600.

பரீட்சைக்கு முந்தின இரவு முழு அலகையும் ஓட்டிப் பார்.

மின்வலு: P = VI = I²R = V²/R. அலகு வாட். I = P/V.
மின்சக்தி: E = Pt = VIt. அலகு யூல். நேரம் → வினாடி.
வினைத்திறன்: பயனுள்ள/வழங்கிய × 100. 40% இழப்பு → 60%.
விளக்குகள்: Filament 60W → CFL 11-13W → LED 6-8W/50000h (சிறந்தது, விலை அதிகம்).
வீட்டு மின்சாரம்: 230 V, 50 Hz, AC. Live + Neutral.
கம்பி நிறம்: Live=பழுப்பு, Neutral=நீலம், Earth=பச்சை.
பாதுகாப்பு கூறுகள்: Overload 40A · Isolator 30A (dual) · RCCB (அதிர்ச்சி) · MCB விளக்கு 6A/பிளக் 13A (live-ல்).
RCCB: மின் அதிர்ச்சி + கசிவு பாதுகாப்பு. ~35 mA-ல் அணைகின்றது. மின்னல் பாதுகாப்பு இல்லை.
MCB: அதிக மின்னோட்டம் + தீ பாதுகாப்பு மட்டும் — அதிர்ச்சியிலிருந்து அல்ல.
மின் அதிர்ச்சி: 50 mA பெரும், 100 mA மரணம்.
1 kWh = 3.6 × 10⁶ J = 1 kW × 1 h. வணிக அலகு.
பில்: அலகு × கட்டணம். kWh = (வாட் × மணிநேரம்)/1000.
⚠ MCB/உருகி எப்போதும் உயிர்க் கம்பியில்; மின் அதிர்ச்சியிலிருந்து காக்காது.
⚠ Isolator = dual pole (live+neutral); Overload = live மட்டும்.
⭐ E = VIt கணக்கில் நேரத்தை எப்போதும் வினாடிக்கு மாற்றுக. மணி×3600, நிமிடம்×60.
⭐ பில் கணக்கில் kWh = (வாட் எண் × மணிநேர எண்)/1000; படிமுறை கட்டணம் தனித்தனியே கணக்கிடு.
📋 சொற்கள்: வலு = power; மின்சக்தி = electrical energy; வினைத்திறன் = efficiency; உயிர்க் கம்பி = live; நடுநிலை = neutral; தரை = earth; உருகி = fuse; மிகைச் சுமை தடைப்பி = overload circuit breaker; தனிமைப்படுத்தி = isolator; எஞ்சு மின்னோட்ட தடைப்பி = RCCB; நுண் மின் தடைப்பி = MCB; கிலோவாட் மணி = kilowatt hour.

📝 மேலும் பயிற்சி