மின் காந்தவியலும் தூண்டலும்

← விஞ்ஞானம்  ·  மனவரைபடங்கள் · 📖 முழுப் பாடம் (விளக்கம்)  · 
🆕 இதை முதல் தடவை படிக்கிறீர்களா? கீழேயுள்ளது மீட்டல் குறிப்புகள் மட்டுமே — முதலில் முழுப் பாடத்தில் விளக்கத்தைப் படியுங்கள், பின் இங்கே திரும்பி வந்து மீட்டல் செய்யுங்கள். 📖 முதலில் பாடத்தைப் படிக்க
⚡ பௌதிகவியல் · தரம் 11

மின் காந்தவியலும் தூண்டலும்

Electromagnetism and Electromagnetic Induction — தரம் 11, அலகு 13

💡 இது என்ன? மின்சாரமும் காந்தமும் எப்படி ஒன்றையொன்று உருவாக்குகின்றன (மோட்டார், ஜெனரேட்டர்) என்பதை விளக்கும் அலகு.

🤔 ஏன்? மின்னோட்டம் ஓடும் கம்பியைச் சுற்றி காந்தப்புலம் உருவாகிறது; மாறும் காந்தப்புலம் மின்னோட்டத்தைத் தூண்டுகிறது.
🌍 அன்றாட உதாரணம்: ⚡ மின் ஜெனரேட்டர் மற்றும் மோட்டார் இரண்டும் இந்த மின்-காந்த தொடர்பை அடிப்படையாகக் கொண்டவை.
O/L விஞ்ஞானம் · தரம் 11
NIE பாடத்திட்டம் அடிப்படை
13.1 காந்தவியல் (Magnetism)
  • நிரந்தர காந்தம் (permanent magnet): காந்தத்தன்மை பொருளின் இயல்பு; எப்போதும் நிலைத்திருக்கும்
  • மின்காந்தம் (electromagnet): சுருளில் மின்னோட்டம் பாயும்போது மட்டுமே காந்தத்தன்மை
  • இரண்டு துருவங்கள்: வடதுருவம் (N), தென்துருவம் (S)
  • இரும்பு, எஃகு, நிக்கல் — காந்தத்தால் இழுக்கப்படும்
  • பிளாஸ்டிக், மரம், காகிதம், இறப்பர் — இழுக்கப்படாது
பயன்: MRI இயந்திரம், மின்மோட்டார்கள், காந்த அட்டைகள், எந்திரர்கள் (robots) கட்டுப்படுத்தல்.
காந்தப்புலம் (Magnetic Field)

காந்தத்தைச் சுற்றி அதன் தாக்கம் உள்ள பிரதேசமே காந்தப்புலம். கண்ணுக்குப் புலப்படாது; ஆனால் இன்னொரு காந்தத்தையோ நகரும் மின்னேற்றத்தையோ பாதிக்கும்.

  • இது எண்ணளவும் திசையும் கொண்ட இயற்பியல் அளவு
  • திசைகாட்டி (compass) கொண்டு புலத்தின் இருப்பை/திசையைக் கண்டறியலாம்
  • வெளிக் காந்தத் தாக்கமின்றி திசைகாட்டி வட–தென் திசையில் நிற்கும்
  • பறவைகள் பூமியின் காந்தப்புலத்தை வழிகாட்டலுக்குப் பயன்படுத்துகின்றன
காந்தவிசைக்கோடுகள் (Field Lines)
N S

தண்டுக் காந்தத்தைச் சுற்றிய புலக்கோடுகள் — N இலிருந்து வெளியேறி S ஐ அடையும்.

13.2 மின்னோட்டத்தின் காந்த விளைவு (Magnetic Effect of a Current)

ஒரு கடத்தியூடாக மின்னோட்டம் பாயும்போது அதைச் சுற்றிக் காந்தப்புலம் உருவாகும். இதை முதலில் கண்டறிந்தவர் டென்மார்க் விஞ்ஞானி ஓர்ஸ்டெட் (Oersted).

திசைகாட்டி வயருக்குக் கீழ்/மேல் வைக்கப்பட்டால் மின்னோட்டம் பாயும்போது மட்டும் விலகும்; மின்னோட்டத் திசை மாறினால் விலகல் திசையும் மாறும்.

புலத் திசையைக் கண்டறியும் விதிகள்:

  • மாக்ஸ்வெல் திருகாணி விதி (corkscrew rule): திருகாணியின் நுனி மின்னோட்டத் திசையில் நகர்ந்தால், அதன் சுழற்சித் திசையே புலத் திசை
  • வலக்கைப் பிடிப்பு விதி (right hand grip rule): பெருவிரல் மின்னோட்டத் திசையில்; மற்ற நான்கு விரல்கள் சுற்றும் திசையே புலத் திசை

A→B மின்னோட்டம் ⇒ எதிர்க்கடிகார திசைப் புலம்; B→A ⇒ கடிகாரத் திசைப் புலம். வரைபடத்தில் ⊙ = காகிதத்திற்கு வெளியே, ⊗ = காகிதத்திற்கு உள்ளே.

சோலினாய்டு & மின்காந்தம் (Solenoid & Electromagnet)
N S

சுருளாக (coil) சுற்றப்பட்ட கடத்தி = சோலினாய்டு. மின்னோட்டம் பாயும்போது தண்டுக் காந்தம் போன்ற புலம் உருவாகி, ஒரு முனை N ஆகவும் மற்றொன்று S ஆகவும் செயல்படும்.

  • சுருளுக்குள் மென்னிரும்புக் கருவை (soft iron core) வைத்தால் காந்தத்தன்மை பெருகும் ⇒ மின்காந்தம்
  • புலவலிமை அதிகரிக்க: சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை ↑, மின்னோட்டம் ↑, மென்னிரும்புக் கரு
கடத்தியில் தாக்கும் விசை + பயன்பாடுகள்

காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட மின்னோட்டக் கடத்தியின் மீது விசை தாக்கி அதை நகர்த்தும். விசையின் திசை ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதி (Fleming's left hand rule) மூலம் காணப்படும் — நடுவிரல்=மின்னோட்டம், சுட்டுவிரல்=புலம், பெருவிரல்=விசை.

விசை சார்ந்தவைதாக்கம்
மின்னோட்டத்தின் அளவுநேர்விகிதம்
கடத்தியின் நீளம்நேர்விகிதம்
புலத்தின் வலிமைநேர்விகிதம்

இவ் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டவை:

  • ஒலிபெருக்கி (loud speaker): மாறும் மின்னோட்டம் சுருளை அதிர்வடையச் செய்து கூம்பு (cone) ஒலி உருவாக்கும் → மின்சக்தி→ஒலிசக்தி
  • நேர் மின்னோட்ட மோட்டார் (DC motor): புலத்தில் சுருளில் இருதிசை விசைகள் (இரட்டை) சுழற்சி தரும்; பகுப்பு வளையம் (commutator) ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் மின்னோட்டத் திசையை மாற்றும் → மின்சக்தி→இயந்திரசக்தி
  • மின்மோட்டாரின் முக்கிய பாகங்கள்: ஆர்மேச்சர் (coil+core), காந்த துருவங்கள், பகுப்பு வளையம், தூரிகைகள் (brushes)
13.3 மின்காந்தத் தூண்டல் (Electromagnetic Induction)

மாறும் காந்தப்புலத்தில் நிலையாக உள்ள கடத்தியிலோ, மாறா புலத்தில் நகரும் கடத்தியிலோ, அதன் முனைகளில் மின்னியக்கு விசை (emf) தோன்றுவதே மின்காந்தத் தூண்டல். கண்டறிந்தவர் மைக்கேல் ஃபாரடே (1831).

  • காந்தமும் சுருளும் ஒன்றை நோக்கி நெருங்கும்/விலகும்போதே சுருளுடன் தொடர்பான புலக்கோடுகள் மாறி, தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் பாயும்
  • புலக்கோடுகளில் மாற்றம் இருந்தால் மட்டுமே emf தூண்டப்படும்
தூண்டப்பட்ட emf ∝ புலக்கோடு மாறும் வீதம்
தூண்டப்பட்ட emf ஐ பாதிக்கும் காரணிகள்
  • சுருளின் சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை (turns)
  • காந்தத்தின் வலிமை
  • காந்தம்/சுருளின் நகர்வு வேகம்

திசை: ஃபிளமிங்கின் வலக்கை விதி (right hand rule) — பெருவிரல்=நகர்வு, சுட்டுவிரல்=புலம், நடுவிரல்=தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம்.

விசையின் திசைக்கு இடக்கை விதி; தூண்டலின் மின்னோட்டத் திசைக்கு வலக்கை விதி — குழப்பிக்கொள்ள வேண்டாம்!
மின்னியற்றி & மின்மாற்றி (Generator & Transformer)
  • AC மின்னியற்றி/டைனமோ (dynamo): புலத்தில் சுருள் (ABCD) சுழலும்போது மாறுதிசை emf தூண்டப்படும். தளம் புலத்திற்கு இணையாக ⇒ emf உச்சம்; செங்குத்தாக ⇒ பூச்சியம். வெளியீடு சைன் அலை
  • இயந்திரசக்தி → மின்சக்தி (சைக்கிள் டைனமோ, நகர்சுருள் ஒலிவாங்கி)
  • மின்மாற்றி (transformer): மென்னிரும்புக் கருவில் முதன்மை+இரண்டாம் சுருள்கள். AC இல் மட்டுமே செயல்படும்
VP/VS = NP/NS
VPIP = VSIS

ஏற்று (step-up): NS>NP ⇒ மின்னழுத்தம் ↑. இறக்கு (step-down): NS<NP ⇒ மின்னழுத்தம் ↓. தேசிய மின்வலையில் 132 kV / 220 kV ஆக ஏற்றி அனுப்பப்படுகிறது.

நேர் & மாறு மின்னோட்டம் (DC & AC)
  • நேர் மின்னோட்டம் (DC): திசை காலத்துடன் மாறாது (உலர்கலன், சூரியக்கலன்)
  • மாறு மின்னோட்டம் (AC): திசை காலத்துடன் மாறும் (AC டைனமோ)
முக்கிய சொற்கள் · Key Terms
காந்தவியல் — Magnetism
காந்தப்புலம் — Magnetic field
காந்தவிசைக்கோடுகள் — Field lines
மின்காந்தம் — Electromagnet
சோலினாய்டு — Solenoid
மின்காந்தத் தூண்டல் — EM induction
மின்னியக்கு விசை — Induced emf
மின்னியற்றி — Generator/dynamo
மின்மாற்றி — Transformer
ஃபிளமிங் இடக்கை/வலக்கை — Fleming's L/R hand
learn.gtdigital.tech/ol/science/ Goperamanan Thirusenthivel, MSc · GT Digital