அதியமான் அகாடமி வழங்கும் இன்றைய TNPSC தினசரி குறிப்புகள் — மின்னோட்டம் மற்றும் காந்தவியல். ஓம் விதி, மின்சுற்றுகள், மின்னோட்டத்தின் வெப்ப விளைவு, மின் திறன், மின்னோட்டத்தின் காந்த விளைவு மற்றும் மின்காந்தத் தூண்டல் ஆகியவை இதில் விளக்கப்பட்டுள்ளன. TNPSC குரூப் 1, 2, 2A, 4 மற்றும் VAO தேர்வுகளுக்கு முற்றிலும் பயனுள்ளது.
- 🎯 Key Points · முக்கியக் குறிப்புகள் (14)
- 📖 Detailed Notes in English
- 📖 விரிவான குறிப்புகள் (தமிழ்)
- ❓ 5 Practice MCQs · பயிற்சி வினாக்கள்
- 💡 Memory Tips · நினைவூட்டல் குறிப்புகள்
- 🔗 Previous Year Questions · முந்தைய ஆண்டு வினாக்கள்
⚡ Current Electricity & Magnetism — Ohm’s Law, Circuits & Electromagnetic Induction
1. What is Electric Current?
Electric current is the rate at which electric charge flows through a conductor. If a charge Q passes through any cross-section of a wire in time t, then the current is I = Q/t. The SI unit is the ampere, named after Andre-Marie Ampere. Since the SI redefinition that came into force on 20 May 2019, the ampere is no longer defined through the force between two parallel wires; instead it is fixed by assigning the elementary charge e the exact value 1.602176634 x 10-19 coulomb. One ampere therefore corresponds to about 6.24 x 1018 electrons crossing a point every second. A very important examination point is that conventional current is taken from the positive terminal to the negative terminal of a cell, while electrons actually drift in the opposite direction.
2. Potential Difference and Ohm’s Law
Charge does not move on its own; it needs a potential difference, defined as the work done per unit charge, V = W/Q, measured in volt. Georg Simon Ohm established that for a metallic conductor held at a constant temperature, the current is directly proportional to the potential difference across it, giving V = IR. The constant R is the resistance, measured in ohm. Note the crucial condition: Ohm’s Law holds only at constant temperature, and conductors such as semiconductor diodes and filament lamps that do not obey it are called non-ohmic conductors.
Resistance itself depends on the geometry and material of the conductor through R = rho L / A, where L is length, A is area of cross-section and rho is resistivity. Resistivity is a material property. Silver is the best conductor, followed by copper and aluminium, which are the metals actually used for household and transmission wiring because of cost. Alloys such as nichrome and manganin have much higher resistivity and do not oxidise readily at high temperature, which is why heating elements are made from nichrome rather than pure copper.
3. Series and Parallel Circuits
When resistors are joined end to end in series, the same current passes through each of them and the effective resistance is the simple sum, R = R1 + R2 + R3. The equivalent resistance in series is always greater than the largest individual resistance. When resistors are joined across the same two points in parallel, each gets the full potential difference and the reciprocals add, 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3, so the equivalent resistance is always smaller than the smallest individual resistance. Household appliances are wired in parallel so that each device receives the full 230 V and can be switched independently, and so that the failure of one appliance does not break the circuit for the rest.
4. Heating Effect, Power and the Fuse
Whenever current passes through a resistance, electrical energy is converted into heat according to Joule’s law of heating, H = I2Rt. The electric iron, room heater, geyser, toaster and the old incandescent lamp all exploit this effect. Electric power is the rate of consuming energy, P = VI, which can also be written as I2R or V2/R, and is measured in watt. For billing, energy is measured in kilowatt-hour, popularly called a unit; one kilowatt-hour equals 3.6 x 106 joule. The electric fuse is the simplest safety device based on the heating effect: it is a short piece of wire with a low melting point and comparatively high resistance, usually a tin-lead alloy, placed in series with the live wire so that an excessive current melts it and breaks the circuit before the wiring catches fire. A miniature circuit breaker performs the same task electromagnetically and can be reset.
5. Magnetic Effect of Current and Induction
In 1820 Hans Christian Oersted noticed that a compass needle placed near a current-carrying wire deflected, proving that electricity and magnetism are linked. The field around a straight conductor forms concentric circles whose direction follows the right-hand thumb rule. A current-carrying coil wound on a soft iron core becomes an electromagnet, and soft iron is chosen because it loses its magnetism as soon as the current stops. A current-carrying conductor placed in a magnetic field experiences a force whose direction is given by Fleming’s left-hand rule, and this is the working principle of the electric motor. Conversely, Michael Faraday showed that moving a conductor in a magnetic field, or changing the flux linked with a coil, induces an emf; the direction of the induced current is given by Fleming’s right-hand rule and by Lenz’s law, which states that the induced current always opposes the change producing it and is therefore a direct consequence of the conservation of energy. The electric generator and the transformer are the two great applications. A transformer changes voltage by mutual induction between a primary and a secondary coil and, because it needs a continuously changing flux, it works only on alternating current.
1. மின்னோட்டம் என்றால் என்ன?
ஒரு கடத்தியின் வழியே மின்னூட்டம் பாயும் வீதமே மின்னோட்டம் எனப்படும். t நேரத்தில் Q அளவு மின்னூட்டம் ஒரு குறுக்குவெட்டுப் பரப்பைக் கடந்து சென்றால், மின்னோட்டம் I = Q/t ஆகும். இதன் SI அலகு ஆம்பியர். ஆந்த்ரே-மரி ஆம்பியர் என்ற அறிஞரின் பெயரால் இது அழைக்கப்படுகிறது. 20 மே 2019 முதல் அமலுக்கு வந்த புதிய SI வரையறையின்படி, இரண்டு இணைக் கம்பிகளுக்கு இடையேயான விசையை வைத்து ஆம்பியர் வரையறுக்கப்படுவதில்லை; மாறாக அடிப்படை மின்னூட்டம் e என்பதற்கு 1.602176634 x 10-19 கூலூம் என்ற துல்லியமான மதிப்பு நிர்ணயிக்கப்பட்டு அதன் வழியாகவே ஆம்பியர் வரையறுக்கப்படுகிறது. எனவே ஒரு ஆம்பியர் என்பது ஒரு வினாடியில் சுமார் 6.24 x 1018 எலெக்ட்ரான்கள் ஒரு புள்ளியைக் கடந்து செல்வதற்குச் சமம். தேர்வுக்கு மிக முக்கியமான குறிப்பு: மரபு மின்னோட்டம் மின்கலத்தின் நேர்முனையிலிருந்து எதிர்முனைக்குச் செல்வதாகக் கொள்ளப்படுகிறது; ஆனால் எலெக்ட்ரான்கள் உண்மையில் அதற்கு நேர் எதிர்த் திசையில் நகர்கின்றன.
2. மின்னழுத்த வேறுபாடும் ஓம் விதியும்
மின்னூட்டம் தானாகப் பாய்வதில்லை; அதற்கு மின்னழுத்த வேறுபாடு தேவை. ஓரலகு மின்னூட்டத்தை நகர்த்தச் செய்யப்படும் வேலையே மின்னழுத்த வேறுபாடு; V = W/Q, அலகு வோல்ட். ஜார்ஜ் சைமன் ஓம் என்பவர், நிலையான வெப்பநிலையில் ஒரு உலோகக் கடத்தியின் வழியே செல்லும் மின்னோட்டம் அதன் இருமுனை மின்னழுத்த வேறுபாட்டுக்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும் என நிறுவினார். இதுவே V = IR என்ற ஓம் விதி. இங்கு R மின்தடை; அதன் அலகு ஓம். ஒரு முக்கியமான நிபந்தனையை மறக்கக் கூடாது — ஓம் விதி நிலையான வெப்பநிலையில் மட்டுமே செல்லுபடியாகும். குமிழ் விளக்கின் இழை, குறைகடத்தி டையோடு போன்றவை இந்த விதிக்குக் கட்டுப்படாததால் அவை ஓமிக் அல்லாத கடத்திகள் எனப்படுகின்றன.
மின்தடை R = rho L / A என்ற சமன்பாட்டால் தரப்படுகிறது. இங்கு L நீளம், A குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு, rho தன்மின்தடை. தன்மின்தடை என்பது பொருளின் இயல்பு; அது கம்பியின் நீளத்தையோ பரப்பையோ சார்ந்தது அல்ல. வெள்ளி சிறந்த கடத்தி; அதற்கு அடுத்தபடியாகச் செம்பு மற்றும் அலுமினியம். விலை காரணமாக வீட்டு வயரிங் மற்றும் மின்பரிமாற்றக் கம்பிகளுக்குச் செம்பும் அலுமினியமுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நிக்ரோம், மாங்கனின் போன்ற உலோகக் கலவைகள் மிக அதிக தன்மின்தடை கொண்டவை; அதிக வெப்பநிலையிலும் எளிதில் ஆக்சிஜனேற்றம் அடையாதவை. அதனால்தான் வெப்பமூட்டும் சுருள்கள் தூய செம்பால் அல்லாமல் நிக்ரோமால் செய்யப்படுகின்றன.
3. தொடர் மற்றும் பக்க இணைப்புகள்
மின்தடைகள் ஒன்றன்பின் ஒன்றாகத் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படும்போது, ஒவ்வொன்றின் வழியேயும் ஒரே அளவு மின்னோட்டம் பாய்கிறது; மொத்த மின்தடை R = R1 + R2 + R3. தொடரிணைப்பில் கிடைக்கும் மொத்த மின்தடை, தனித்தனி மின்தடைகளில் மிகப் பெரியதை விடவும் அதிகமாக இருக்கும். அதே இரு புள்ளிகளுக்கு இடையே பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்படும்போது ஒவ்வொன்றின் மீதும் முழு மின்னழுத்தமும் விழும்; 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 என்பதால் மொத்த மின்தடை, மிகச் சிறிய தனி மின்தடையை விடவும் குறைவாக இருக்கும். வீட்டு உபகரணங்கள் பக்க இணைப்பிலேயே இணைக்கப்படுகின்றன; இதனால் ஒவ்வொரு சாதனத்திற்கும் முழு 230 வோல்ட் கிடைக்கிறது, ஒவ்வொன்றையும் தனித்தனியே இயக்கலாம், ஒரு சாதனம் பழுதடைந்தாலும் மற்றவை தொடர்ந்து இயங்கும்.
4. வெப்ப விளைவு, திறன் மற்றும் ஃபியூஸ்
மின்தடையின் வழியே மின்னோட்டம் செல்லும்போதெல்லாம் மின் ஆற்றல் வெப்ப ஆற்றலாக மாறுகிறது. இதுவே ஜூலின் வெப்ப விதி: H = I2Rt. மின் அயர்ன் பாக்ஸ், அறை ஹீட்டர், கீசர், டோஸ்டர், பழைய ஒளிரும் விளக்கு ஆகிய அனைத்தும் இந்த விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஆற்றலைச் செலவிடும் வீதமே மின் திறன்: P = VI = I2R = V2/R, அலகு வாட். மின்கட்டணக் கணக்கீட்டிற்கு ஆற்றல் கிலோவாட்-மணியில் அளக்கப்படுகிறது; இதையே பொதுவாக யூனிட் என்கிறோம். 1 கிலோவாட்-மணி = 3.6 x 106 ஜூல். வெப்ப விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்ட எளிய பாதுகாப்புச் சாதனமே மின் ஃபியூஸ். இது குறைந்த உருகுநிலையும் ஒப்பீட்டளவில் அதிக மின்தடையும் கொண்ட சிறு கம்பி; பொதுவாக தகரம்-ஈயக் கலவையால் ஆனது. இது லைவ் கம்பியுடன் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்படுகிறது. மின்னோட்டம் அளவுக்கு அதிகமானால் ஃபியூஸ் உருகி, வயரிங் தீப்பிடிப்பதற்கு முன்பே சுற்றைத் துண்டித்துவிடும். MCB எனப்படும் சிறு மின்சுற்று முறிப்பான் இதே வேலையை மின்காந்த முறையில் செய்கிறது; அதை மீண்டும் இயக்கிக் கொள்ளலாம்.
5. காந்த விளைவும் மின்காந்தத் தூண்டலும்
1820-ஆம் ஆண்டு ஹான்ஸ் கிறிஸ்டியன் ஆர்ஸ்டெட், மின்னோட்டம் பாயும் கம்பிக்கு அருகில் வைக்கப்பட்ட காந்த ஊசி திரும்புவதைக் கவனித்தார். இதன் மூலம் மின்சாரமும் காந்தமும் ஒன்றோடொன்று தொடர்புடையவை என்பது நிரூபணமானது. நேர்க் கடத்தியைச் சுற்றி ஒருமைய வட்டங்களாகக் காந்தப்புலம் அமையும்; அதன் திசையை வலக்கை கட்டைவிரல் விதி தருகிறது. மென்னிரும்புக் கருவில் சுற்றப்பட்ட சுருளில் மின்னோட்டம் பாயும்போது அது மின்காந்தமாகிறது. மின்னோட்டம் நின்றவுடன் காந்தத்தன்மையை இழந்துவிடுவதால் மென்னிரும்பே கருவுக்குத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட மின்னோட்டக் கடத்தி ஒரு விசையை அனுபவிக்கிறது; அதன் திசையை ஃபிளெமிங்கின் இடக்கை விதி தருகிறது. இதுவே மின் மோட்டாரின் செயல்படும் தத்துவம். இதற்கு நேர்மாறாக, மைக்கேல் ஃபாரடே, காந்தப்புலத்தில் கடத்தியை நகர்த்தினாலோ சுருளுடன் தொடர்புடைய காந்தப் பாய்மத்தை மாற்றினாலோ மின்னியக்கு விசை தூண்டப்படும் என்பதைக் காட்டினார். தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் திசையை ஃபிளெமிங்கின் வலக்கை விதியும் லென்ஸ் விதியும் தருகின்றன. தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டம் எப்போதும் தன்னை உருவாக்கிய மாற்றத்தை எதிர்க்கும் என்பதே லென்ஸ் விதி; இது ஆற்றல் அழியா விதியின் நேரடி விளைவாகும். மின்னாக்கியும் மின்மாற்றியுமே இதன் இரு பெரும் பயன்பாடுகள். மின்மாற்றி, முதன்மைச் சுருளுக்கும் இரண்டாம் நிலைச் சுருளுக்கும் இடையிலான பரஸ்பரத் தூண்டல் மூலம் மின்னழுத்தத்தை மாற்றுகிறது; தொடர்ந்து மாறும் பாய்மம் தேவைப்படுவதால் இது மாறுதிசை மின்னோட்டத்தில் மட்டுமே இயங்கும், நேர்திசை மின்னோட்டத்தில் இயங்காது.
2 – (c) Voltmeter · மின்னழுத்தமானி
3 – (b) Low melting point and high resistance · குறைந்த உருகுநிலை மற்றும் அதிக மின்தடை
4 – (c) 3.6 x 106 joule
5 – (b) Electric generator · மின்னாக்கி
தினசரி இருமொழிக் குறிப்புகள், நடப்பு நிகழ்வுகள் மற்றும் தேர்வுத் தொகுப்புகள்