நிலை மின்னியல் மற்றும் மின்காட்டி (Electrostatics and Electroscope)

இயற்பியலின் ஒரு மிக முக்கியமான பிரிவு நிலை மின்னியல் ஆகும். ஓய்வு நிலையில் உள்ள மின்சுமைகளின் பண்புகள், அவற்றுக்கிடையேயான விசைகள் மற்றும் மின்புலங்கள் பற்றி படிப்பதே நிலை மின்னியல் எனப்படும். போட்டித் தேர்வுகளில் அதிக மதிப்பெண்களைப் பெற இப்பகுதியை மிகத் தெளிவாகப் புரிந்துகொள்வது அவசியம்.

1. மின்னூட்டம் (Electric Charge)

மின்னூட்டம் என்பது பருப்பொருட்களின் அடிப்படைப் பண்பாகும். இது ஒரு துகள் மின்புலத்திற்கு உட்படும்போது விசைக்கு உள்ளாவதை உறுதி செய்கிறது. மின்னூட்டத்தின் SI அலகு கூலும் (Coulomb - C) ஆகும்.

• நேர்மின்சுமை (Positive Charge): புரோட்டான்கள்.
• எதிர்மின்சுமை (Negative Charge): எலக்ட்ரான்கள்.

மின்னூட்டத்தின் முக்கியப் பண்புகள்: மின்னூட்டங்கள் அழிவின்மை விதியைப் பின்பற்றுகின்றன. ஒரு தனித்த அமைப்பில் மொத்த மின்னூட்டம் மாறாது. மின்னூட்டம் குவாண்டமாக்கல் (Quantization) செய்யப்படுகிறது. அதாவது, ஒரு பொருளின் மின்னூட்டம் எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டத்தின் முழு எண் மடங்காக மட்டுமே இருக்கும் (q = ±ne).

2. கூலும் விதி (Coulomb's Law)

இரண்டு புள்ளி மின்னூட்டங்களுக்கு இடையே செயல்படும் விசை, அவற்றின் மின்னூட்டங்களின் பெருக்குத்தொகைக்கு நேர்த்தகவிலும், அவற்றுக்கு இடைப்பட்ட தொலைவின் இருமடிக்கு எதிர் தகவிலும் இருக்கும்.

சூத்திரம்: F = k (q₁q₂ / r²)

இங்கு k என்பது கூலும் மாறிலி (k = 9 × 10⁹ N m² C^-2).

3. மின்புலம் (Electric Field)

ஒரு மின்னூட்டத்தைச் சுற்றி உள்ள வெளியில், மற்றொரு மின்னூட்டத்தை வைக்கும்போது அது விசையை உணரும் பகுதி மின்புலம் எனப்படும். மின்புலச் செறிவு (E) என்பது ஒரு ஓரலகு நேர்மின்னூட்டத்தின் மீது செயல்படும் விசை ஆகும். E = F / q.

4. மின்காட்டி (Electroscope)

ஒரு பொருளில் மின்சுமை இருக்கிறதா அல்லது இல்லையா என்பதைக் கண்டறியப் பயன்படும் கருவி மின்காட்டி ஆகும். இது நிலை மின்னியல் கொள்கையின் அடிப்படையில் செயல்படுகிறது.

தங்க இலை மின்காட்டி (Gold Leaf Electroscope)

இது மிகவும் துல்லியமான கருவியாகும். இதில் ஒரு கண்ணாடிப் பெட்டிக்குள் இரண்டு மெல்லிய தங்க இலைகள் தொங்கவிடப்பட்டிருக்கும். ஒரு மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளைத் தண்டுடன் தொடும்போது, அந்த மின்னூட்டம் இலைகளுக்குச் செல்லும். ஒத்த மின்னூட்டங்கள் ஒன்றையொன்று விலக்குவதால், இலைகள் விரிவடையும். விரிவடையும் அளவை வைத்து மின்னூட்டத்தின் அளவை அறியலாம்.

5. மின்னூட்டம் செய்யும் முறைகள்

ஒரு பொருளை மின்னூட்டம் செய்ய மூன்று முக்கிய வழிகள் உள்ளன:

1. உராய்வு மூலம்: இரு பொருட்களைத் தேய்க்கும்போது எலக்ட்ரான்கள் இடமாற்றம் அடைதல்.
2. கடத்துதல் மூலம்: மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளை மற்றொரு பொருளுடன் தொடுவதன் மூலம்.
3. மின் தூண்டல் (Induction) மூலம்: பொருளைத் தொடாமல் மின்னூட்டம் செய்தல்.

6. மின் இருமுனை (Electric Dipole)

சமமான மற்றும் எதிர் மின்னூட்டங்கள் மிகச்சிறிய இடைவெளியில் வைக்கப்பட்டிருந்தால் அது மின் இருமுனை எனப்படும். மின் இருமுனை திருப்புத்திறன் (p) என்பது p = q × 2a ஆகும்.

7. காஸ் விதி (Gauss's Law)

ஒரு மூடிய பரப்பின் வழியே செல்லும் மொத்த மின்பாயம் (Electric Flux), அந்தப் பரப்பிற்கு உள்ளே இருக்கும் மொத்த மின்னூட்டத்தின் 1/ε₀ மடங்கு ஆகும். Φ = q / ε₀. இது மின்னூட்டப் பரவல் சீராக இருக்கும்போது மின்புலத்தைக் கண்டறியப் பயன்படுகிறது.

8. நிலை மின்னியல் தடுப்பு (Electrostatic Shielding)

ஒரு கடத்தியின் உட்புறத்தில் மின்புலம் எப்போதும் சுழியாக இருக்கும். மின்னல் தாக்கும்போது காரின் உள்ளே இருப்பவர்கள் பாதுகாப்பாக இருப்பதற்கு இதுவே காரணம். மின்னல் காரின் உலோகப் பரப்பின் வழியாகச் சென்று தரையை அடையும், உள்ளே இருப்பவர்கள் பாதிக்கப்படுவதில்லை.

9. மின்தேக்கி (Capacitor)

மின்னூட்டத்தைச் சேமித்து வைக்கும் கருவி மின்தேக்கி ஆகும். இதன் மின்தேக்குத்திறன் (C) என்பது C = Q / V. இதன் அலகு ஃபாரட் (Farad) ஆகும்.

10. தேர்வு நோக்கில் முக்கியக் கருத்துகள்

நிலை மின்னியல் பாடத்தில், கூலும் விதியின் திசையன் வடிவம் மற்றும் மின் இருமுனை தொடர்பான கணக்கீடுகளைப் பயிற்சி செய்வது அவசியம். ஒவ்வொரு ஆண்டும் இப்பாடத்திலிருந்து குறைந்தபட்சம் 2-3 வினாக்கள் இடம்பெறுகின்றன. குறிப்பாக, மின்காட்டியின் செயல்பாடு மற்றும் மின்னூட்டம் தூண்டப்படும் முறைகள் பற்றிய அடிப்படை அறிவு மிக அவசியம்.