இயற்பியல் - மின்காந்தத்தூண்டலும் மாறுதிசைமின்னோட்டமும்: நெடுவினாக்கள் | 12th Physics : UNIT 4 : Electromagnetic Induction and Alternating Current
12 வது இயற்பியல் : அலகு 4 : மின்காந்தத்தூண்டலும் மாறுதிசைமின்னோட்டமும்
மின்காந்தத்தூண்டலும் மாறுதிசைமின்னோட்டமும்: நெடுவினாக்கள்
III. நெடுவினாக்கள்
1. ஒரு மூடிய சுற்றில் கம்பிச்சுருள் மற்றும் காந்தம் இடையே உள்ள சார்பு இயக்கம், கம்பிச்சுருளில் மின்னியக்கு விசையைத் தூண்டுகிறது என்ற உண்மையை நிறுவுக.
• முதலாவது சோதனையில் சட்ட காந்தம் ஒன்று கம்பிச்சுருளுக்கு அருகில் வைக்கப்பட்டால் காந்தப்புலக் கோடுகள் கம்பிச்சுருளின் வழியே செல்கின்றன.
• சட்டகாந்தமும் கம்பிச்சுருளும் ஒன்றை ஒன்று நெருங்கும்போது கம்பிச்சுருளுடன் தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் அதிகரிக்கிறது.
• எனவே இந்த காந்தப்பாயம் அதிகரிப்பு ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் தூண்டுகிறது. அதனால் சுற்றில் கணநேர மின்னோட்டம் ஒரு திசையில் பாய்கிறது.
• அதே நேரத்தில் அவை ஒன்றைவிட்டு ஒன்று விலகும் போது கம்பிச்சுருளுடன் தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் குறைகிறது. காந்தப்பாயக்குறைவு ஒரு மின்னியக்கு விசையை எதிர்த்திசையில் தூண்டி, ஒரு எதிர்த்திசை மின்னோட்டம் சுற்றில் பாய்கிறது.
• எனவே கம்பிச்சுருள் மற்றும் காந்தம் இடையே சார்பு இயக்கம் உள்ளபோது கால்வனாமீட்டரில் விலகல் உள்ளது.
• இரண்டாவது சோதனையில் முதன்மைச்சுற்று திறந்தநிலையில் உள்ளபோது அதில் மின்னோட்டம் பாய்வதில்லை. எனவே, துணைச்சுருளோடு தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் ஆகும்.
• முதன்மைச்சுற்று மூடப்படும்போது அதிகரிக்கும் மின்னோட்டம் முதன்மைச்சுருளைச் சுற்றி உள்ள காந்தப்புலத்தை அதிகரிக்கிறது.
• அதிகரிக்கும் கந்தப்பாயம் துணைச் சுருளில் ஒரு கணநேர மின்னோட்டத்தை தூண்டுகிறது.
• முதன்மைச்சுருளில் உள்ள மின்னோட்டம் ஒரு நிலையான மதிப்பை அடைந்த பிறகு துணைச்சுருளோடு தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் மாறாது.
• எனவே துணைச்சுருளில் மின்னோட்டம் குறையும்
• முதன்மைச் சுற்று திறக்கப்படும் போது மின்னோட்டம் குறைகிறது.
• அது துணைச்சுருளில் மின்னோட்டத்தை எதிர்த்திசையில் தூண்டுகிறது.
• எனவே எப்போதெல்லாம் முதன்மைச்சுருள் மின்னோட்டத்தில் மாற்றம் உள்ளதோ அப்போது கால்வனாமீட்டரில் விலகல் உள்ளது.
2. லென்ஸ் விதியைப் பயன்படுத்தி, தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசையை கண்டறிவதை விளக்குக.
• படத்திலுள்ளவாறு காந்த வடமுனையை வரிச்சுருளை நோக்கி நகர்த்தினால் கம்பிச்சுருளின் காந்தப்பாயம் அதிகரிக்கும்.
• இதனால் மின்னோட்டம் தூண்டப்படும். இம்மின்னோட்டம் பாய்வதால் வரிச்சுருள் காந்த இரு முனையாக செயல்படும்.
• இங்கு தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் காரணி காந்தத்தின் இயக்கமாகும்.
• லென்ஸ் விதிப்படி தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் கம்பிச் சுருளை நோக்கிய வடமுனையின் இயக்கத்தை எதிர்க்கும் விதத்தில் பாய வேண்டும்.
• காந்தத்தின் அருகிலுள்ள வரிச்சுருள் முனை வடமுனையைாக அமைந்தால் காந்தத்தில் இயக்கத்தை எதிர்க்கும்.
• தூண்டப்பட்ட மின்னோட்ட திசையை வலக்கை பெருவிரல் விதி மூலம் அறியலாம்.
• சட்ட காந்தத்தை வெளிப்புறமாக நகர்த்தினால் அருகிலுள்ள வரிச்சுருள் முனை தென்முனையாக மாறி காந்தத்தின் விலகும் இயக்கத்தை எதிர்க்கும்.
• இதன் மூலம் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசையை லென்ஸ் விதியிலிருந்து அறியலாம்.
3. லென்ஸ் விதியானது ஆற்றல் மாறா விதியின் அடிப்படையில் உள்ளது எனக் காட்டுக.
• லென்ஸ் விதிப்படி காந்தம் கம்பிச்சுருளை நோக்கி அல்லது விலகி நகர்த்தும் போது உருவாகும் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் அதன் இயக்கத்தை எதிர்க்கும்.
• இதனால் காந்தத்தின் மீது எப்போதும் எதிர்ப்பு விசை இருக்கும். இந்த எதிர்ப்பு விசைக்கு எதிராக புறக்காரணியால் வேலை செய்ய வேண்டும்.
• இங்கு நகரும் காந்தத்தின் இயந்திர ஆற்றல் மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகின்றது. பின் கம்பிச் சுருளில் ஜீல் வெப்ப ஆற்றலாக மாறுகிறது.
• (எ.கா) ஆற்றல் ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்றப்படுகிறது.
• லென்ஸ் விதிக்கு மாறாக காந்தத்தை கம்பிச்சுருளை நோக்கி நகர்த்தும் போது தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் கம்பிச் சுருளை நோக்கி காந்தத்தை நகர்த்தினால் எவ்வித ஆற்றல் செலவும் இல்லாமல் கம்பிச்சுருளை நோக்கி நகரும்.
• பின் நிரந்த இயக்கம் கொண்ட இயந்திரமாக மாறிவிடும். இது நடைமுறையில் சாத்தியமில்லை.
4. லாரன்ஸ் விசையிலிருந்து இயக்க மின்னியக்கு விசைக்கான சமன்பாட்டைப் பெறுக.
• l நீளமுள்ள கடத்தித் தண்டு AB−யானது சீரான காந்தப்புலம் 
ல் உள்ளதாக கருதுவோம்.
• தண்டு வலப்பக்கத்தில் 
மாறா திசைவேகத்தில் காந்தப்புலத்தில் இயங்கினால் கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் மீது செயல்படும் லொரன்ஸ் விசை.
• மின்புலம் காரணமாக உருவாகும் கூலும் விசை
• சமநிலையில் லாரன்ஸ் விசை 
மற்றும் கூலும் விசை 
ஒன்றையொன்று சமன் செய்கின்றன.
• தண்டின் இரு முனைகளுக்கிடையே மின்னழுத்த வேறுபாடு
• இம்மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு லாரன்ஸ் விசையே காரணம் ஃமின்னியக்குவிசை ε = B / v
இது இயக்க மின்னியக்கு விசை எனப்படும்.
• R மின்தடை கொண்ட புறச்சுற்றில் AB இணைக்கப்பட்டால் மின்னோட்டம்
• வலக்கை பெரு விரல் விதி மூலம் மின்னோட்ட திசையை அறியலாம்.
5. போகால்ட் மின்னோட்டத்தின் பயன்களைத் தருக.
போகால்ட் மின்னோட்டம் (அ) சுழல் மின்னோட்டத்தின் பயன்கள்
i) மின்தூண்டல் அடுப்பு
ii) சுழல் மின்னோட்ட தடுப்பி
iii) சுழல் மின்னோட்ட சோதனை
iv) மின்காந்த தடையுறுதல்
i) மின்தூண்டல் அடுப்பு :
• குறைந்த அற்றலில் விரைவாக, பாதுகாப்பாக உணவு சமைக்க பயன்படுகிறது.
• அடுப்பில் சமைக்கும் பகுதியின் கீழ் காப்பிடப்பட்ட கம்பிச்சுருள் உள்ளது.
• அடுப்பை இயக்கும் போது சுருளில் மாறுதிசை மின்னோட்டம் பாய்ந்து காந்தப்புலத்தை உருவாக்கும்.
• இது வலிமையான சுழல் மின்னோட்டத்தை உருவாக்கி ஜீல் வெப்ப விளைவால் அதிக வெப்பம் உண்டாகி உணவு சமைக்கப்படும்.
ii) சுழல் மின்னோட்ட தடுப்பி :
• அதிவேக ரயில்களில், உருளும் வண்டிகளில் இது பயன்படுகிறது.
• மின்காந்தங்களின் காந்தப்புலம் தண்டவாளங்களில் சுழல் மின்னோட்டத்தை தூண்டி இரயிலின் இயக்கத்தை எதிர்க்கும். இது நேரியல் சுழல் மின்னோட்ட தடுப்பி ஆகும்.
• சில நேர்வுகளில் இரயில் சக்கரத்துடன் வட்டத்தட்டு இணைக்கப்படும். தட்டிற்கும் காந்தத்திற்கும் இடையே சார்பியக்கம் உள்ள போது தட்டில் சுழல் மின்னோட்டம் உருவாகி ரயிலை நிறுத்தும். இது வட்ட வடிவ சுழல் மின்னோட்ட தடுப்பி ஆகும்.
iii) சுழல் மின்னோட்ட சோதனை:
• கொடுக்கப்படும் மாதிரியில் உள்ள மேற்புற வெடிப்புகள், காற்றுக் குமிழ்கள் போன்ற குறைபாடுகளை கண்டறிய பயன்படுகிறது.
• காப்பிடப்பட்ட கம்பிச்சுருளில் மாறு திசை காந்தப் புலம் உருவாக்கப்படும். இதை சோதனை பரப்புக்கு அருகில் கொண்டு வரும் போது அதில் சுழல் மின்னோட்டம் தூண்டப்படுகிறது.
• பரப்பில் உள்ள குறைபாடுகள் சுழல் மின்னோட்டத்தின் மற்றும் வீச்சில் மாற்றத்தை உருவாக்கும்.
iv) மின் காந்த தடையுறுதல்:
• கால்வனா மீட்டரின் சுருளிச் சுற்று ஒரு தேனிரும்பு உருளையின் மீது சுற்றப்பட்டுள்ளது.
• சுற்று விலகலடைந்ததும் தேனிரும்பு உருளைக்கும், ஆர வகை காந்தப்புலத்திற்கும் இடையே உள்ள சார்பு இயக்கம் சுழல் மின்னோட்டத்தை உருளையில் தூண்டும்.
• சுழல் மின்னோட்டம் பாய்வதால் சுருளிச் சுற்று உடனடியாக ஓய்வு நிலைக்கு கொண்டு வரப்பட்டு நிலையான விலகலைக் கால்வனாமீட்டர் காட்டும்.
6. ஒரு கம்பிச்சுருளின் தன் மின்தூண்டல் எண்ணை (i) காந்தப்பாயம் மற்றும் (ii) தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை ஆகியவற்றின் படி வரையறு.
i) N சுற்றுகள் கொண்ட கம்பிச்சுருளில் ஒவ்வொரு சுருளோடு தொடர்புடைய காந்தப்பாயம் ϕB என்ககொண்டால் கம்பிச்சுருளோடு தொடர்புடைய மொத்த பாயம் N∅B (பாயத்தொடர்பு) கம்பிச்சுருளில் பாயும் மின்னோட்டத்திற்கு நேர் தகவில் உள்ளது.
கம்பிச்சுருளின் தன்மின்தூண்டல் எண் என்பது 1A மின்னோட்டம் பாயும் போது கம்பிச்சுருளில் ஏற்படும் பாயத்தொடர்பு ஆகும்.
ii) மின்னோட்டம்: நேரத்தை பொருத்து மாறினால் அதில் ஒரு மின்னியக்கு விசை தூண்டப்படுகிறது. பாரடேயின் மின்காந்த தூண்டல் விதியிலிருந்து இந்த மின்தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையானது.
கம்பிச்சுருள் ஒன்றில் மின்னோட்டம் மாறும் வீதம் 1As−1 எனும் போது அக்கம்பிச்சுருளில் தூண்டப்படும் எதிர் மின்னியக்கு விசை கம்பிச்சுருளின் தன் மின் தூண்டல் எண் என வரையறுக்கப்படுகிறது.
9. வரிச்சுருளின் நீளமானது அதன் விட்டத்தை விட பெரியது எனக் கருதி, அதன் மின் தூண்டல் எண்ணிற்கான சமன்பாட்டைத் தருவி.
• நீளமானது விட்டத்தை விட பெரிய வரிச்சுருளைக் கருதுவோம். அதன் குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு A, நீளம் Ɩ, ஓரலகு நீளத்திலுள்ள சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை n என்க.
• வரிசுருள் வழியே சீரான மின்னோட்டம் i பாயும் போது காந்தப்புலம் B = μOni
• ஒரு சுற்றுடன் தொடர்பு கொண்ட காந்தப்பாயம்
• சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை (N =nƖ) எனில்
NϕB = (nl)(μ0ni)A
NϕB = (μ0n2Al)i
ஆனால் NϕB = Li
எனவே L = μ0n2Al
(மின்தூண்டல் எண் n, A, l பொருத்தது)
• μ உட்புகு திறன் கொண்ட ஊடகத்திற்கு
L = μn2Al (or) L = μoμrn2Al
10. மின்தூண்டல் எண் L கொண்ட ஒருமின்தூண்டி i என்ற மின்னோட்டத்தைக் கொண்டுள்ளது. அதில் மின்னோட்டத்தை நிறுவ சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றல் யாது?
• ஒரு மின்தூண்டியில் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்திற்கு எதிராக புறக்காரணி மூலம் செய்யப்படும் வேலை காந்த நிலை ஆற்றலாக சேமிக்கப்படுகிறது.
• மின்தூண்டலில் t நேரத்தில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை
• dq மின்னூட்டத்தை dt நேரத்தில் எதிர்ப்பு விசைக்கு எதிராக நகர்த்த செய்யப்பட்ட வேலை dW
dW = − εdq
= − εidt
ε மதிப்பை பிரதியிட
இந்த வேலை காந்த நிலையாற்றலாக சேமிக்கப்படுகிறது
11. ஒரு சோடி கம்பிச்சுருள்கள் இடையே உள்ள பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் சமமாகும் என்பதைக் காட்டுக (M12 = M21).
கம்பிச்சுருள் ஒன்றின் வழியே பாயும் மின்னோட்டம் நேரத்தை பொருத்து மாறினால் அருகிலுள்ள கம்பிச்சுருளில் மின்னியக்கு விசை தூண்டப்படுவது பரிமாற்று மின் தூண்டல் ஆகும்.
ஒன்றுக்கொன்று அருகில் வைக்கப்படும் இரு கம்பிச்சுருள்களில் சுருள் 1ன் வழியே i1 மின்னோட்டம் பாயும் போது உருவாகும் காந்தப்புலம் சுருள் 2 ல் தொடர்பு கொள்ளும் காந்தப்பாயம் ϕ21 ஆகும்.
2ம் சுருளில் சுற்றுக்களின் எண்ணிக்கை N2 எனில்
M21 என்பது சுருள் 1ஐச் சார்ந்து சுருள் 2ன் பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் ஆகும்
i1 = 1A எனில் M21 = N2 ϕ21
i1 நேரத்தை பொருத்து மாறினால் சுருள் 2ல் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை
இதே போல் i2 ஆல் சுருள் 1 ல் மின்னியக்கு விசை ε1 தூண்டப்படும்.
M12 - கம்பிச்சுருள் 2ஐ பொறுத்து சுருள் 1 ன் பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் ஆகும்.
கொடுக்கப்படும் ஒரு சோடி கம்பிச்சுருள்களுக்கு பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் சமமாகும்.
M21 = M21 = M
பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் சுருள்களின் அளவு, வடிவம், சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை, சார்பு அமைப்பு முறை மற்றும் ஊடகத்தின் உட்புகுதிறன் ஆகியவற்றை சார்ந்தது.
12. ஒரு சுருள் உள்ளடக்கிய பரப்பை மாற்றுவதன் மூலம், ஒரு மின்னியக்கு விசையை எவ்வாறு தூண்டலாம்?
• நீளமுள்ள செவ்வக உலோக சட்டம் காந்தப்புலத்திலுள்ளது. காந்தப்புலக் கோடுகள் தாளின் தளத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளன.
• உலோக சட்டம் இடப்புறமாக நகரும் திசைவேகம் v AB−யிலிருந்து DC−க்கு dt நேரத்தில் நகரும் போது பரப்பு குறைவதால் காந்தப்பாயம் குறைகிறது.
dt நேரத்தில் ஏற்படும் காந்தப்பாயம்
dϕB = B × பரப்பில் ஏற்படும் மாற்றம்
= B × Area ABCD
= Blvdt
காந்தப்பாய மாற்றத்தால் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை
ε = Blv இது இயக்க மின்னியக்கு விசை ஆகும்.
13. ஒரு காந்தப்புலத்தில் கம்பிச்சுருளின் ஒரு சுழற்சி மாறுதிசை மின்னியக்கு விசையின் ஒரு சுற்றை தூண்டுகிறது என்பதைக் கணிதவியலாக காட்டுக.
• சீரான காந்தப்புலம் B ல் N சுற்றுகள் கொண்ட செவ்வக கம்பிச்சுருள் உள்ளது.
• கம்பிச்சுருள் புலத்திற்கு செங்குத்தாக அச்சை பொறுத்து ɷ கோண திசைவேகத்துடன் இடஞ்சுழியாக சுழல்கிறது.
• நேரம் t = 0 ல் சுருளின் தளம் புலத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது காந்தப்பாயத்தின் பெரும் மதிப்பு ϕm = BA
• t வினாடி நேரத்தில் இடஞ்சுழியாக ϕ = ɷt கோணம் சுழற்றப்படுகிறது. அப்போது காந்தப்பாயம் ϕm cos ɷt சுருளின் தரத்திற்கு செங்குத்தாக இருக்கும்.
• தளத்திற்கு இணையான கூறு ϕm sin ɷt பங்கேற்பதில்லை. எனவே விலக்கப்பட்ட நிலையில் சுருளின் பாயத்தொடர்பு
NϕB = Nϕm cos ɷt
• பாரடே விதிப்படி
= –Nϕm (– sin ɷt) ɷ
= Nϕm ɷ sin ɷt
• சுருள் தொடக்க நிலையிலிருந்து 90° சுழன்றால் Sin ωt = 1
• தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை
εm = Nϕm ɷ
εm = NBAɷ [ϕm = BA]
• ஒரு கணத்தில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை ε = εm sin ɷt.
தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை மற்றும் நேர்கோணத்திற்கிடையேயான வரைபடம் சைன் வளைகோடாக அமையும்.
• மாறுதிசை மின்னோட்ட மதிப்பு
i = Im sin ɷt
Im தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் பெரும் மதிப்பு ஆகும்.
14. AC மின்னியற்றின் பொதுவான அமைப்பு விபரங்களை விவரி.
AC மின்னியற்றியின் பாகங்கள்:
1. நிலையி:
2. சுழலி:
1) நிலையி:
இது சுருளிச் சுற்று பொருத்தப்பட்ட நிலையான பகுதி ஆகும்.
இதன் மூன்று பாகங்கள் பின்வருமாறு.
நிலையி சட்டம்: நிலையி உள்ளகம் மற்றும் சுருளிச் சுற்றுகளை சரியான நிலையில் தாங்கிக் பிடிக்க பயன்படும் வெளிப்புற சட்டகம்
நிலையி உள்ளகம்:
• இரும்பு (அ) எஃகு உலோகக் கலவையால் ஆனது.
• சுழல் மின்னோட்ட இழப்பை குறைக்க காப்பிடப்பட்ட தகடுகளால் கட்டப்படுகிறது.
• சுருளிச் சுற்றுகளை பொருத்த உள்ளகத்தின் உட்புறம் வரித்துளைகள் உள்ளன.
சுருளிச் சுற்று:
• நிலையி உள்ளகத்தில் உள்ள வரித்துளைகளில் அமைந்துள்ள கம்பிச் சுருள்கள் சுருளிச் சுற்றுகள் ஆகும்.
• மின்னோக்கி வகையைப் பொருத்து ஒன்றுக்கு மேற்ப்பட்ட கம்பிச்சுருள்கள் பொருத்தப்படும்.
2) சுழலி :
• சுழலி காந்தப்புல கம்பிச்சுற்றுகளை கொண்டுள்ளது. நேர்த்திசை மின்னோட்ட மூலத்தால் காந்தப்புலம் ஏற்படுத்தப்படும்.
• முனைகளில் நழுவு வளையங்கள் இணைக்கப்பட்டு சுழலியுடன் சேர்ந்து சுழலும். முடிவில் தூரிகைகள் இருக்கும்.
சுழலியின் இரு வகைகள்:
i) துருத்து துருவச் சுழலி: துருவங்கள் துருத்திக் கொண்டிருக்கும். துருவங்களின் அடிப்பகுதி சுழலியுடன் இறுகப் பிணைக்கப்பட்டிருக்கும்.
ii) உருளைத் துருவ சுழலி
• இச்சுழலி திண்ம உருளையானது, வெளிப்புறப் பரப்பில் நீளவாட்டில் வரித்துளைகள் வெட்டப்பட்டுள்ளன. இது அதிவேக மின்னோக்கிகளுக்கு ஏற்றது.
• அதிர்வெண்ணை மாறாமல் நிலைநிறுத்த சுழலி மாறா வேகத்தில் சுழல வேண்டும்.
15. தேவையான படத்துடன் ஒரு− கட்ட AC மின்னியற்றியின் செயல்பாட்டை விளக்குக.
• சுற்று PQRS நிலையாகவும் தாளின் தளத்திற்கு குத்தாகவும் உள்ளது. முதன்மை இயக்கியால் புலக்காந்தம் வலஞ்சுழியாக சுழற்றப்படுகிறது. சுழற்சி அச்சானது தாளின் தளத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது.
• புலக்காந்தம் தொடக்கத்தில் கிடைமட்டமாக உள்ளதாய் கருத வேண்டும். காந்தப்புலத்தின் திசை PQRS க்கு செங்குத்தாக உள்ளது. எனவே மின்னியக்கு விசை சுழி ωt = 0, PQRS காந்தப்புலத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது எனவே ε = 0
• ωt = 90° எனில் காந்தப்புலத்திற்கு இணையாகிறது. மின்னியக்கு விசை பெரும மதிப்பை பெறுகிறது. மின்னியக்கு விசை PQல் கீழ்நோக்கியும் RSல் மேல்நோக்கியும் பாய்கிறது. வரைபடத்தில் Aல் குறிக்கப்படும்.
• ωt = 180° ல் புலம் PQRS க்கு செங்குத்தாக அமைவதால் மின்னியக்கு விசை சுழி. இது B ல் குறிக்கப்படும்.
• ωt = 270° ல் புலம் PQRS க்கு இணையாக உள்ளது. தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை பெருமம். ஆனால் எதிர்த்திசையில் மாறுகிறது. மின்னோட்டத்தின் திசை SRQP இது C−ல் குறிக்கப்படும்.
• ωt = 360° ல் நிறைவு செய்யும் போது PQRS ல் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை ஒரு சுற்றை முடிக்கிறது ε = 0.
தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் அதிர்வெண், புலக்காந்தம் சுழலும் வேகத்தை சார்ந்துள்ளது.
16. மூன்று−கட்ட AC மின்னியற்றியில் மூன்று வெவ்வேறு மின்னியக்கு விசைகள் எவ்வாறு தூண்டப்படுகின்றன? இந்த மூன்று மின்னியக்கு விசைகளின் வரைபடத்தை வரைக.
• மூன்று கட்ட AC மின்னியற்றியில் சுருளி உள்ளகத்தின் உட்புற பரப்பில் 6 வரித்துளைகள் வெட்டப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு வரித்துளையும் 60° இடைவெளியில் உள்ளன.
• வரித்துளைகளில் ஆறு கடத்திகள் பொருத்தப்பட்டுள்ளன.
• கடத்தி 1 மற்றும் 4 தொடராக இணைக்கப்பட்டு கம்பிச்சுருள் 1ம்,
கடத்தி 3 மற்றும் 6 இணைந்து சுருள் 2,
கடத்தி 5 மற்றும் 2 ஐ இணைத்து சுருள் 3 ம் உருவாக்கப்படுகின்றன.
• கம்பிச்சுருள்களுக்கிடையேயான இடைவெளி 120°.
மின்னியக்கு விசைகள் ε1, ε2 மற்றும் ε3 நேரகோணத்தைப் பொறுத்து மாறுபடுதல்
• புலக்காந்தத்தின் தொடக்க நிலை கிடைமட்டமாக, திசை சுருள் 1ன் தளத்திற்கு செங்குத்தாகவும் உள்ளன. சுருள் வலஞ்சுழியாக திருப்பப்படுகிறது.
• சுருள் 1−ல் இருந்து தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை ε1 புள்ளி 0−ல் தொடங்குகிறது.
• 120° சுழன்ற பிறகு கம்பிச்சுருள் 2ல் மின்னியக்குவிசை புள்ளி Aல் தொடங்கும்.
• ε1 மற்றும் ε2 ன் கட்ட வேறுபாடு 120°.
• புலக்காந்தம் 240° சுழன்ற பிறகு கம்பிச்சுருள் 3 –ல் மின்னியக்கு விசை ε3 புள்ளி B−ல் தொடங்குகிறது.
• மூன்று கட்ட AC மின்னியற்றியில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசைகளுக்கிடையேயான கட்ட வேறுபாடு 120° ஆகும்.
17. மின்மாற்றியின் அமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டை விளக்குக.
அமைப்பு:
• மின்மாற்றி உள்ளகத்தின் மீது அதிக பரிமாற்று மின்தூண்டல் எண் கொண்ட கம்பிச்சுருள்கள் சுற்றப்பட்டுள்ளன.
• உள்ளகம் சிலிக்கன் எஃகு தகடுளால் ஆனது.
• உள்ளீடு மின்னழுத்த வேறுபாடு அளிக்கும் கம்பிச்சுருள் முதன்மைச் சுருள் P எனவும், வெளியீடு திறன் எடுப்பது துணைச்சுருள் S எனப்படும்.
• உள்ளகம் மற்றும் கம்பிச்சுருள் காப்பிடப்பட்டு குளிர்ச்சி தரும் ஊடகமுள்ள கொள்கலனில் வைக்கப்பட்டிருக்கும்.
செயல்பாடு:
• முதன்மைச் சுருளில் மாறுதிசை மின்னழுத்த மூலத்துடன் இணைப்பதால் மின்னியக்கு விசை முதன்மை சுருளில் தூண்டப்பட்டு துணைச் சுருளிலும் தூண்டப்படும்.
• முதன்மைச் சுருளில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை εp அளிக்கும் மின்னழுத்த வேறுபாடு Vpஎனில்
• துணைச்சுருளில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை εS துணைச்சுருளில் மின்னழுத்த வேறுபாடு VS எனில்
• Np, Ns என்பவை முதன்மை மற்றும் துணை சுற்றில் சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை.
• (1) மற்றும் (2) லிருந்து
• இலட்சிய மின்மாற்றிக்கு உள்ளீடு திறன் vp ip = வெளியீடு திறன் vsis
• ip மற்றும் is முதன்மை மற்றும் துணை சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டங்கள் ஆகும்.
(K− மின்னழுத்த மாற்ற விகிதம்)
• மின்மாற்றியின் பயனுறு திறன்:
வெளியீடு திறனுக்கும் உள்ளீடு திறனுக்கும் உள்ள தகவு ஆகும்.
பயனுறு திறன் வரம்பு 96−99% எப்போதும் 100% இருக்காது.
18. மின்மாற்றியில் ஏற்படும் பல்வேறு ஆற்றல் இழப்புகளைக் குறிப்பிடுக.
1) உள்ளக இழப்பு (அ) இரும்பு இழப்பு:
• காந்தத் தயக்க இழப்பு மற்றும் சுழல் மின்னோட்ட இழப்பு ஆகியவை உள்ளக (அ) இரும்பு இழப்பு எனப்படும்.
• மின்மாற்றி உள்ளகம் காந்தமாவதாலும் காந்தத்தன்மையை இழப்பதாலும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் வெப்ப வடிவில் ஏற்படுகிறது. இது தயக்க இழப்பு ஆகும்.
• சிலிக்கன் எஃகு உள்ளகத்தால் குறைக்கலாம்.
• உள்ளகத்தால் மாறும் காந்தப்பாயத்தால் சுழல் மின்னோட்டம் உருவாவதால் ஏற்படும் இழப்பு சுழல் மின்னோட்ட இழப்பு ஆகும்.
• மெல்லிய தகடுகளால் உள்ளகம் செய்யப்படுவதால் குறைக்கலாம்.
2) தாமிர இழப்பு:
• மின்மாற்றியின் கம்பிச்சுருளில் மின்னோட்டம் பாயும் போது ஜீல் வெப்ப விளைவால் வெப்ப ஆற்றல் வெளியிடப்படும்.
• இந்த ஆற்றல் இழப்பு தாமிர இழப்பு ஆகும். அதிக விட்டம் கொண்ட கம்பிகளை பயன்படுத்தி குறைக்கலாம்.
3) பாயக்கசிவு:
• முதன்மைச் சுருளின் காந்தப் புலக் கோடுகள் துணைச்சுருளோடு முழுமையாக தொடர்பு கொள்ளாத போது பாயக்கசிவு ஏற்படும்.
• கம்பிச் சுருள் சுற்றுகளை ஒன்றின் மீது ஒன்றாக சுற்றுவதால் பாயக்கசிவை குறைக்கலாம்.
19. நீண்ட தொலைவு திறன் அனுப்புகையில் AC−யின் நன்மையை ஒரு உதாரணத்துடன் தருக.
• நீண்ட தொலைவிற்கு மின்திறன் அனுப்புகையில் கம்பிகளில் ஏற்படும் ஜீல் வெப்பவிளைவால் (I2R) குறிப்பிட்ட அளவு திறன் இழப்பு ஏற்படும்.
• இத்திறன் இழப்பை குறைக்க மின்னோட்டம் i ஐ குறைத்தோ மின்தடை Rஐ அதிகரித்தோ குறைக்கலாம்.
• மின்தடை− Rஐ தடிமனான தாமிர (அ) அலுமினிய கம்பிகள் கொண்டு குறைக்கலாம். ஆனால் செலவு அதிகம்.
• மின்மாற்றிகளை பயன்படுத்தி மின்னோட்டத்தை குறைத்து திறன் இழப்பை பெருமளவு குறைக்கலாம்.
• அனுப்பும் இடத்தில் ஏற்று மின்மாற்றியை பயன்படுத்தி மின்னழுத்த வேறுபாடு உயர்த்தப்பட்டு மின்னோட்டம் குறைக்கப்பட்டு அனுப்பப்படும்.
• ஏற்கப்படும் இடத்தில் இறக்கு மின்மாற்றியை பயன்படுத்தி மின்னழுத்த வேறுபாடு குறைத்து மின்னோட்டம் அதிகரிக்கப்பட்டு பெறப்படுகிறது.
உதாரணம்: 2MW திறன் R = 40ῼ மின்தடைகொண்ட கம்பியில் 10kV மின்னழுத்தத்தில் அனுப்பப்பட்டால் திறன் இழப்பு. திறன் P = VI
எ.கா : அதே 2MW திறன் 40 ῼல் 100 kV மின்னழுத்தத்தில் அனுப்பி
= 0.008 × 100% = 0.8%
• எனவே உயர் மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் மின்திறன் அனுப்பப்பட்டால் திறன் இழப்பு பெருமளவு குறையும்
20. மின்தூண்டிச்சுற்றில் மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் இடையே உள்ள கட்டத் தொடர்பைக் காண்க.
• ஒரு மாறுதிசை மின்னழுத்த மூலத்துடன் மின்தூண்டல் எண் L கொண்ட மின்தூண்டி இணைக்கப்படுகின்றது.
• மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாடு ν = Vm sin ɷt
• பின்னோக்கிய மின்னியக்கு விசை
• கிர்ச்சாஃபின் சுற்று விதியை பயன்படுத்த
இருபுறமும் தொகைப்படுத்த
• இங்கு 
மாறுதிசை மின்னோட்டத்தின் பெரும மதிப்பு
• மின்னோட்டம் மின்னழுத்த வேறுபாட்டை விட π/2 கட்டம் பின்தங்கியுள்ளது.
• மின்தூண்டியின் மின் மறுப்பு மின்தூண்டி அளிக்கும் மின்தடை ωL மின் மறுப்பு XL எனப்படும்.
XL = ωL
XL = 2 πfL
21. தொடர் RLC சுற்றில், செலுத்தப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் இடையே உள்ள கட்டக்கோணத்திற்கான சமன்பாட்டைத் தருவி.
ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்ட மூலத்திற்கு குறுக்கே R மின்தடை கொண்ட மின்தடையாக்கி, L மின்தூண்டல் எண் கொண்ட மின்தூண்டி C மின்தேக்கு திறன் கொண்ட மின்தேக்கி தொடராக இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
• செலுத்தப்பட்ட மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாடு ν = Vm sin ɷt
• சுற்று மின்னோட்டம் i எனில் R க்கு குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு = VR (i உடன் ஒரே கட்டத்திலும்)
L க்கு குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு
= VL ( i ஐ விட π/2 முந்தியும்)
C க்கு குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு
= VC ( i ஐ விட π/2 பின்தங்கியும் உள்ளது )
• மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடுகளின் கட்ட விளக்கப்படம் வரையப்படுகிறது.
VR , VL மற்றும் VC முறையே 
எனும் கட்ட வெக்டர்களால் குறிக்கப்படுகின்றன.
• L − Cக்கு குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு VL – VC ஆனது 
யால் குறிக்கப்படும்.
இணைகர விதிப்படி Vm2 = VR2 + (VL −VC)2
• Z என்பது சுற்றின் மின்எதிர்ப்பு ஆகும். மின்னழுத்த முக்கோணம் மற்றும் மின்னெதிர்ப்பு முக்கோணம் படத்தில் உள்ளன.
சிறப்பு நேர்வுகள் :
i) XL > XC எனில் (XL − XC) நேர்குறி ϕ − நேர்க்குறி மின்சுற்று மின் தூண்டி பண்புடையது
ஃ v = Vm sin ɷt ; i = Im sin(ɷt − ϕ)
ii) XL < XC எனில் (XL − XC ) எதிர்குறி ϕ – எதிர்க்குறி மின்சுற்று மின் தூண்டி பண்புடையது
ஃ v = Vm sinɷt ; i = Im sin(ɷt + ϕ)
iii) XL = XC எனில் ϕ − சுழி சுற்று மின்தடை பண்புடையது
ஃ v = Vm sinɷt ; i = Im sinɷt
22. மின்தூண்டி மற்றும் மின்தேக்கி மின்மறுப்பை வரையறு. அதன் அலகுகளைத் தருக.
மின்தூண்டியின் மின்மறுப்பு:
உடன் ஒப்பிட
மின்தூண்டி அளிக்கும் மின்தடை மின்தூண்டியின் மின்மறுப்பு XL எனப்படும்.
XL = ɷL
இதன் அலகு ஓம் (ῼ)
XL = 2πfL
f = 0 எனில் XL = 0 இலட்சிய மின்தூண்டி மின்மறுப்பு அளிக்காது.
மின்தேக்கியின் மின்மறுப்பு :
உடன் ஒப்பிட
சுற்றுக்கு மின்தேக்கி அளிக்கும் மின் மின்தேக்கியின்
XC எனப்படும் XC = 1 / ɷc
இதன் அலகு ஓம் (ῼ)
f = 0 எனில்
23. ஒரு சுற்றில் AC −இன் சராசரி திறனுக்கான கோவையைப் பெறுக. அதன் சிறப்பு நேர்வுகளை விவரி.
• தொடர் RLC சுற்றில் கணநேர மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் முறையே
v = Vm sin ɷt
i = Im sin(ɷt + ϕ)
(ϕ − கட்ட கோணம்)
கணநேர திறன் P = vi
= Vm Im sinɷt sin(ɷt +ϕ )
= Vm Im sinɷt(sinɷt cosϕ − cosɷt sinϕ)
P = Vm Im (cosϕ sin2ɷt − sinɷt cosɷt sinϕ)
ஒரு சுற்றுக்கு sin2ɷt ன் சராசரி 1/2
sinɷt cosɷt ன் சராசரி சுழி
• ஒரு சுற்றுக்கான சராசரி திறன்
Pav = Vm Im cosϕ × ½
∴ Pav = VRMS IRMS cosϕ
இங்கு VRMS IRMS தோற்றத்திறன் எனப்படும். cosϕ திறன் காரணி.
ஒரு மாறுதிசை சுற்றின் சராசரித் திறன் சுற்றின் உண்மைத்திறன் எனவும் அழைக்கப்படும்.
சிறப்பு நேர்வுகள்:
i) மின்தடை பண்புள்ள சுற்றுக்கு cosϕ =1
∴ Pav = VRMS IRMS
ii) மின்தூண்டல் அல்லது மின்தேக்கி பண்புள்ள சுற்றுக்கு
ϕ = ± π/2 மற்றும் [cos ± π/2 ] = 0
∴ Pav = 0
iii) தொடர் RLC சுற்றுக்கு
∴ Pav = VRMS IRMS cosϕ
iv) ஒத்ததிர்வு RLC சுற்றுக்கு cos 0° = 1
∴ Pav = VRMS IRMS
24. மின்தூண்டல் எண் L கொண்ட மின்தூண்டி மற்றும் மின்தேக்குத்திறன் C கொண்ட மின்தேக்கி உள்ள ஒரு சுற்றில் LC அலைவுகள் உருவாவதை விளக்குக.
LC அலைவுகள்: மின்தூண்டி (L) மற்றும் மின்தேக்கி (C) கொண்டு உள்ள ஒரு சுற்றுக்கு ஆற்றல் அளிக்கப்படும் போதெல்லாம் ஆற்றல் மின்தூண்டியின் காந்தப்புலம் மற்றும் மின்தேக்கியின் மின்புலம் இடையே முன்னும் பின்னுமாக அலைவுறும். இதனால் வரையறுக்கப்பட்ட அதிர்வெண் கொண்ட மின் அலைவுகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இந்த அலைவுகள் LC அலைவுகள் எனப்படும்.
• தொடக்க நிலையில் படம் (அ) வில் மின்தேக்கியில் தேக்கி வைக்கப்பட்ட ஆற்றல்
UE = Qm2/2c
மின்னோட்டம் சுழி எனவே மின்தூண்டியில்
UB = 0
மொத்த ஆற்றல் = UE
• மின்தேக்கி மின்தூண்டி வழியே மின்னிறக்கம் அடைய தொடங்குவதால் UB = Li2 /2 மற்றும் UE = 92/2c
எனவே மொத்த ஆற்றல் = UB + UE (ஆற்றல் மின்தேக்கியிலிருந்து மின்தூண்டிக்கு மாறுகிறது) படம் (ஆ) குறிக்கிறது.
• படம் (இ) ல் மின்நோக்கியில் மின்னோட்டம் தீர்ந்தவுடன் ஆற்றல் சுழி UE=0
UB = LIm2/2 பெருமம். ஆற்றல் முழுதும் காந்த ஆற்றல் மொத்த ஆற்றல் = UB
• படம் (ஈ) ல் ஆற்றலின் ஒரு பகுதி மின்தூண்டியிலிருந்து மீண்டும் மின் தேக்கிக்கு மாறுகிறது. எனவே மொத்த ஆற்றல் = UE + UB
• படம் (உ) ல் i = 0 மின்தேக்கி எதிர்திசையில் முழுதும் மின்னேற்றம் அடையும் UB = 0 எனவே மொத்த ஆற்றல் = UE
• படம் (ஊ) ல் உள்ள நிலை தொடக்க நிலை போன்றது ஆனால் எதிர்திசையில் மின்னேற்றமடையும். இடஞ்சுழியாக மின்தூண்டி மின்னிறக்கமடையும் எனவே மொத்த ஆற்றல் = UE + UB
• ஏற்கனவே உள்ளவாறு படம் (எ), (ஏ) வில் செயல்முறைகள் எதிர்த்திசையில் நடந்து பின் ஆரம்ப நிலையை அடையும்.
• எனவே சுற்றில் மாறுதிசை மின்னோட்டம் பாயும். இச்செயல்முறை மீண்டும் மீண்டும் நடந்து LC அலைவுகள் தோன்றும்.
25. LC அலைவுகளின் போது மொத்த ஆற்றல் மாறாது எனக் காட்டுக.
• LC அலைவுகளின்போது அமைப்பின் ஆற்றல் மின்தேக்கியின் மின்புலம், மின்தூண்டியின் காந்தப்புலம் இடையே அலைவுறும் ஆனால் மொத்த ஆற்றல் மாறாது.
நேர்வு (i): மின்தேக்கியின் q = Qm i = 0 எனில் Qm
மொத்த ஆற்றல் 
மொத்த ஆற்றல் முழுவதும் மின் ஆற்றலாக உள்ளது.
நேர்வு (ii): மின்தூண்டியில் q = 0, i = Im எனில் மொத்த ஆற்றல்
மொத்த ஆற்றல் முழுவதும் காந்த ஆற்றலாக உள்ளது.
நேர்வு (iii): மின்னூட்டம் = q, மின்னூட்டம் = i எனில் மொத்த ஆற்றல்
மேற்கண்ட மூன்று நேர்வுகளில் அமைப்பின் மொத்த ஆற்றல் மாறாமல் உள்ளதை அறியலாம்.
26. LC சுற்றின் மின்காந்த அலைவுகளை சுருள்வில்−நிறை அமைப்பின் இயந்திரவியல் அலைவுகளுடன் ஒப்பிடுக. LC அலையியற்றியின் கோண அதிர்வெண்ணிற்கான கோவையை பண்புசார் முறைப்படி தருவி.
i) பண்பு சார் முறை
• LC அலைவுகளில் இரு வகையான ஆற்றல் உள்ளன. அவை
1. மின்னேற்றம் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கியின் மின் ஆற்றல்
2. மின்னோட்டம் தாங்கிய மின் தூண்டியின் காந்த ஆற்றல்
• சுருள்வில் நிறை அமைப்பின் கோண அதிர்வெண்
எனில்
LC அலைவுகளின் கோண அதிர்வெண்
ii) அளவு சார் முறை
சுருள்வில் நிறை அமைப்பின் இயந்திரவியல் ஆற்றல்
நேரத்தைப் பொறுத்து E ஐ வகைப்படுத்த
LC அமைப்பின் மின்காந்த ஆற்றல்
LC சுற்றில் மின்னோட்டம் i (t)
LC அலைவுகளின் கோண அதிர்வெண்
LC அலைவுகளின் கோண அதிர்வெண்
