மின் சுற்றுகளில் ஆற்றல் மற்றும் திறன்

மின் சுற்றுகளில் ஆற்றல் மற்றும் திறன்

கடத்தியின் முனைகளுக்கிடையே மின்கலத்தை இணைக்கும் போது, மின்னோட்டம் பாய்கிறது. மின்சுற்றில் இணைக்கப்பட்ட கருவிக்கு மின்கலமானது ஆற்றலை அளிக்கிறது. மின்னழுத்த வேறுபாடு V கொண்ட மின்கலமானது மின்தடையாக்கியுடன் இணைக்கப்பட்ட மின்சுற்று ஒன்றை படம் 2.15 ல் காட்டியுள்ளவாறு கருதுவோம்.

dQ மின்னூட்டம் உள்ள நேர் மின்துகள்களானது புள்ளி a விலிருந்து b க்கு மின்கலம் வழியாகவும், புள்ளி c லிருந்து d க்கு மின்தடையாக்கி வழியாகவும் நகர்ந்து மீண்டும் புள்ளி a வை அடைவதாக கொள்வோம்.

a விலிருந்து b க்கு மின்துகள்கள் நகரும்போது, இம்மின்துகள்களானது dU = V.dQ அளவுமின்னழுத்த ஆற்றலை பெறுகிறது. இதனால் மின்கலத்தின் வேதி மின்னழுத்த ஆற்றல் இதே அளவுகுறைகிறது.dQஅளவு மின்னூட்டம் உள்ள மின்துகள்கள் மின்தடையாக்கி வழியாக பாய்ந்து a வை அடையும்போது மின்தடையாக்கியில் உள்ள அணுக்களின் மீது மோதி dU அளவுள்ள மின்னழுத்த ஆற்றலை இழக்கிறது. மின்கலமானது, மின்சுற்றில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும் வரை இந்நிகழ்வானது தொடர்ந்து நடைபெற்று கொண்டிருக்கும். மின்துகள்கள் மின்தடையாக்கியில் எவ்வளவு வேகத்தில் மின்னழுத்த ஆற்றலை இழக்கிறது என்பதை நாம் கணக்கிடலாம்.

மின்னழுத்த ஆற்றல் அளிக்கப்படும் வீதம் மின்திறன் P எனப்படும்.

I = dQ/dt  என்பதிலிருந்து சமன்பாடு (2.31) ஐபின்வருமாறு மாற்றி எழுதலாம்.

இங்கு I என்பது மின்னோட்டம் மற்றும் V என்பது மின்சாதனத்தின் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகும். மேற்கண்ட சமன்பாடு மின்சாதனத்திற்கு மின்கலத்தின் மூலம் அளிக்கப்பட்டத் திறனின் மதிப்பு ஆகும்.

மின்திறனின் SI அலகு வாட் (1W = 1 Js^-1). வணிக ரீதியாக, நமது இல்லங்களில் பயன்படும் மின் பல்புகளில் குறிப்பிட்டுள்ள திறன் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவற்றின் மதிப்புகள் 5W-220 V, 30W-220V, 60W-220 V ஆகும். இவைகள் கடைகளில் கிடைக்கின்றன. (படம் 2.16)

இந்த பல்புகளில் குறிப்பிடப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாடுகள் பொதுவாக RMS மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாட்டையே (RMS AC Voltage) குறிக்கும். குறிப்பிடப்பட்டுள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டை விட பல்பின் குறுக்கே அதிக மின்னழுத்தம் கொடுக்கப்பட்டால் மின்பல்பின் இழை துண்டிக்கப்படும் (Fuse).

ஓம் விதியை பயன்படுத்தி, மின்தடை R க்கு அளிக்கப்படும் திறனுக்கான சமன்பாட்டை பின்வருமாறு எழுதலாம்.

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

மின்தடையில் உருவாக்கப்படும் (வெளியேறும்) மின்திறனின்அளவு P = I² R ஆகும். இதன் மூலம்நாம் அறிவது, மின்திறனானது மின்னோட்டத்தின் இருமடியை பொறுத்தது. எனவே மின்னோட்டத்தை இருமடங்காக்கினால் மின்திறனானது நான்கு மடங்காகும். மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் இந்த விளக்கம் பொருந்தும்.

ஒரு மின்சாதனம் பயன்படுத்தும் மொத்த ஆற்றலைப் பெற அதன் திறன் மற்றும் அச்சாதனம் இயங்கும் நேர அளவின் பெருக்குத் தொகையை காண வேண்டும். திறன் வாட் (W) என்ற அலகிலும், காலம் விநாடியிலும் அளவிடப்படுவதால் ஆற்றலானது ஜுல் என்ற அலகில் குறிப்பிடப்படும். நடைமுறையில் மின் ஆற்றலை அளவிட கிலோ வாட் மணி (kWh) என்ற அலகு பயன்படுத்தப்படுகிறது. 1 kWh என்பது மின் ஆற்றலின் 1 அலகு (one unit) ஆகும்.

(1 kWh = 1000 Wh = (1000 W) (3600 s) = 3.6x10⁶ J)

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

தமிழ்நாடு மின்சார வாரியம் நாம் பயன்படுத்தும் மின் ஆற்றலுக்கான கட்டணத்தை பெறுகிறதே தவிரமின்திறனுக்கான கட்டணம் அல்ல. 1V மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் பாயும் மின்னோட்டம் 1 A எனில் உருவாகும் திறன் 1W ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு 2.15

V என்றமின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்டமின்கலம் 30 W மற்றும் 60 W திறனுள்ள மின் பல்புகளுடன் படத்தில் காட்டியவாறு இணைக்கப்பட்டுள்ளது. (a) எந்த மின் பல்பு அதிக பொலிவுடன் (Brightness) ஒளிரும்? (b) எந்த மின் பல்பு அதிக மின்தடையை கொண்டிருக்கும்? (c) இரு மின் பல்புகளும் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டால் எது அதிக பொலிவுடன் ஒளிரும்?

தீர்வு

(a) மின்கலத்தினால் அளிக்கப்படும் திறன் P = VI ஆகும். மின்பல்புகள் பக்க இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால், இவற்றின் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு சமமாகும். மின்னழுத்த வேறுபாடு மாறிலியாக இருப்பதால் திறனானது மின்னோட்டத்திற்கு நேர்த்தகவில் அமையும் (P∝ I). எனவே 60 W மின்பல்பு 30 W மின்பல்பை விட இரு மடங்கு மின்னோட்டத்தை பெறுவதால் அது அதிக பொலிவாக இருக்கும்.

(b) P=V²/R எனும் சமன்பாட்டில், மின்னழுத்தவேறுபாடு மாறிலி என்பதால், திறன் மின்தடைக்குஎதிர்தகவில் (R ∝ 1/P) அமைகிறது. எனவே30 W மின்பல்பு 60 W மின்பல்பை விட இருமடங்கு மின்தடையை பெற்றிருக்கும்.

(c) இரு மின்பல்புகளும் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டால், அவற்றின் வழியே செல்லும் மின்னோட்டம் சமமாகும். இந்நிலை இரு மின்தடையாக்கிகள் தொடரிணைப்பில் உள்ளதற்கு ஒப்பாகும். அதிக மின்தடையுள்ள மின்பல்பின் குறுக்கே அதிக மின்னழுத்த வேறுபாடு இருக்கும். எனவே 30W மின்பல்பு அதிக பொலிவுடன் காணப்படும். எனவே மின்பல்பின் குறிப்பிட்டுள்ள அதிகத் திறன் அளவு மட்டும் அதிக பொலிவுத்தன்மைக்கு காரணமாகாது. ஒரு மின்பல்பின் பொலிவுத்தன்மை, மின்பல்புகள் தொடரிணைப்பில் உள்ளனவா அல்லது பக்க இணைப்பில் உள்ளனவா என்பதை பொறுத்தது.

எடுத்துக்காட்டு 2.16

20W - 220V மற்றும் 100W - 220V என குறிப்பிடப்பட்டுள்ள இரு மின்பல்புகள் தொடரிணைப்பில் 440V மின்னழுத்த வேறுபாட்டு (Power supply) மூலத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. எந்த மின்பல்பின் மின் இழை துண்டிக்கப்படும் (Fused)?

தீர்வு

எந்த மின்பல்பின் மின் இழை துண்டிக்கப்படும் என்பதைக் கண்டறிய, இரு மின்பல்புகளின் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டை கணக்கிட வேண்டும்.

20W - 220 V மின்பல்பின் மின்தடை,

100W - 220 V மின்பல்பின் மின்தடை,

இரு மின்பல்புகளும் தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. எனவே இவற்றில் பாயும் மின்னோட்டம் சமமாக அமையும். இம் மின்சுற்றில்பாயும் மின்னோட்டம், I = V/R_tot

R_tot = ( R₁ + R₂ )

R_tot = ( 484 +2420) Ω = 2904Ω

I = 440V / 2904Ω ≈ 0.151A

20 W மின்பல்பின் குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு

V₁ = IR₁ = 440/2904 × 2420 ≈ 366.6 V

100 W மின் பல்பின் குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு

V₂ = IR₂ = 440/2904 × 484 ≈ 73.3 V

20 W மின்பல்பின் மின் இழை துண்டிக்கப்படும் (Fused). ஏனெனில் அதன் குறுக்கே அனுமதிக்கப்பட்ட அளவை விட அதிக மின்னழுத்த வேறுபாடு ஏற்பட்டுள்ளது.