ஜூலின் விதி

1840 ஆம் ஆண்டில், ஜேம்ஸ் பிரெஸ்காட் ஜூல் என்ற பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி ஒரு மின்சுற்றில் உருவாகும் வெப்பம் அச்சுற்றின் மின்தடையுடன் நேரடியாக தொடர்புடையது என்பதை கண்டறிந்தார். இந்த கண்டுபிடிப்பு ஜூலின் விதி அல்லது ஜூலின் வெப்பமாக்கல் விதி என்று அறியப்படுகிறது. வெப்பமாக்கும் செயல்பாட்டில் பயன்படுத்தப்படும் பொருள் எதுவாக இருந்தாலும், வெப்பமானது ஒரு வகை ஆற்றல் என்றும் ஜூல் முன்மொழிந்தார்.

இந்தக் கட்டுரை ஜூலின் வெப்பமாக்கல் விதி, அதன் பல்வேறு பயன்பாடுகள் மற்றும் சில எடுத்துக்காட்டுகளை விளக்கும்.

ஜூலின் வெப்பமாக்கல் விதி#

ஜூலின் விதி ஒரு மின்சுற்றில் உற்பத்தி செய்யப்படும் வெப்பத்திற்கும் மின்சார ஆற்றலுக்கும் இடையே உள்ள தொடர்பை விவரிக்கிறது.

ஜூலின் விதி#

ஒரு கடத்தியில் உருவாகும் வெப்பம், அதன் வழியாக பாயும் மின்னோட்டத்தின் வர்க்கத்திற்கும், கடத்தியின் தடைக்கும், மின்னோட்டம் பாயும் காலத்திற்கும் நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்.

ஜூலின் விதியின் கணித வெளிப்பாடு:

$$H=I^2Rt$$ இங்கு:

• H = கடத்தியால் உருவாக்கப்படும் வெப்பம்
• I = கடத்தியின் வழியாக பாயும் மின்சாரம்
• R = மின்தடை
• t = நேரம்

ஜூலின் வெப்பமாக்கல் விதியின் வழித்தோன்றல்#

ஒரு மின்சுற்றில் செய்யப்படும் வேலை பின்வருமாறு கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

$$W = Q \times V$$

இங்கு:

• Q = It
• V = IR (ஓமின் விதியிலிருந்து)

இந்த மதிப்புகளை சமன்பாட்டில் பிரதியிட, நாம் பெறுவது:

$$W = I \times t \times I \times R$$

எளிமைப்படுத்த, நாம் பெறுவது:

$$W=I^2Rt$$

இந்த செய்யப்பட்ட வேலை வெப்ப ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது, எனவே சமன்பாடு ஆகிறது:

$$H=I^2Rt$$ ஜூல்கள்

மின்சார திறன்#

மின்சார திறன் என்பது ஒரு மின்சுற்றால் மின்சார ஆற்றல் மாற்றப்படும் விகிதமாகும். திறனின் SI அலகு வாட் (W) ஆகும், இது ஸ்காட்டிஷ் பொறியாளர் ஜேம்ஸ் வாட்டின் பெயரிடப்பட்டது. ஒரு வாட் என்பது ஒரு வினாடிக்கு ஒரு ஜூல் (J/s) க்கு சமம்.

மாறுதிசை மின்னோட்ட சுற்றுகளில் திறன்#

ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்ட (AC) சுற்றில், திறன் என்பது மூலச் சராசரி வர்க்க (RMS) மின்னழுத்தம் மற்றும் RMS மின்னோட்டத்தின் பெருக்கற்பலனாக வழங்கப்படுகிறது:

$$P = VI$$

இங்கு:

• P என்பது வாட்களில் (W) உள்ள திறன்
• V என்பது வோல்ட்டுகளில் (V) உள்ள RMS மின்னழுத்தம்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள RMS மின்னோட்டம்

RMS மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டம் பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகின்றன:

$$V_{RMS} = \sqrt{\frac{1}{T} \int_0^T v^2(t) dt}$$

$$I_{RMS} = \sqrt{\frac{1}{T} \int_0^T i^2(t) dt}$$

இங்கு:

• T என்பது வினாடிகளில் (s) உள்ள AC அலைவடிவத்தின் கால அளவு
• v(t) என்பது வோல்ட்டுகளில் (V) உள்ள கணத் மின்னழுத்தம்
• i(t) என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள கணத் மின்னோட்டம்

திறன் காரணி#

திறன் காரணி என்பது மின்சார திறன் எவ்வளவு திறமையாக பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதற்கான அளவீடு ஆகும். இது மெய் திறன் (உண்மையில் வேலை செய்யும் திறன்) மற்றும் தோற்றத் திறன் (RMS மின்னழுத்தம் மற்றும் RMS மின்னோட்டத்தின் பெருக்கற்பலன்) ஆகியவற்றின் விகிதமாக வரையறுக்கப்படுகிறது:

$$PF = \frac{P}{VI}$$

இங்கு:

• PF என்பது திறன் காரணி
• P என்பது வாட்களில் (W) உள்ள மெய் திறன்
• V என்பது வோல்ட்டுகளில் (V) உள்ள RMS மின்னழுத்தம்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள RMS மின்னோட்டம்

திறன் காரணி 0 முதல் 1 வரை இருக்கலாம். 1 திறன் காரணி என்பது அனைத்து மின்சார திறனும் வேலை செய்ய பயன்படுத்தப்படுவதைக் குறிக்கிறது. 0 திறன் காரணி என்பது மின்சார திறனில் எதுவும் வேலை செய்ய பயன்படுத்தப்படவில்லை என்பதைக் குறிக்கிறது.

திறன் தரம்#

திறன் தரம் என்பது மின்சார திறன் எவ்வளவு நன்றாக இலட்சிய சைன் அலைவடிவத்துடன் பொருந்துகிறது என்பதற்கான அளவீடு ஆகும். திறன் தர சிக்கல்களில் பின்வருவன அடங்கும்:

• மின்னழுத்த வீழ்ச்சி மற்றும் வீக்கம்
• மின்னழுத்த திடீர் உயர்வுகள்
• சீரிசைவுகள்
• ஒளி சிமிட்டல்

திறன் தர சிக்கல்கள் பல்வேறு சிக்கல்களை ஏற்படுத்தக்கூடும், அவற்றில் அடங்கும்:

• உபகரண சேதம்
• தரவு இழப்பு
• செயல்முறை இடைமறிப்புகள்
• குறைக்கப்பட்ட உற்பத்தித்திறன்

திறன் தரத்தை மேம்படுத்துதல்#

திறன் தரத்தை மேம்படுத்த பல வழிகள் உள்ளன, அவற்றில் அடங்கும்:

• மின்னழுத்த சீராக்கிகளைப் பயன்படுத்துதல்
• மின்னழுத்த உயர்வு காப்பிகளைப் பயன்படுத்துதல்
• சீரிசைவு வடிகட்டிகளைப் பயன்படுத்துதல்
• தொடர்ச்சியற்ற மின்சார வழங்கிகளை (UPS) பயன்படுத்துதல்

மின்சார திறன் நமது நவீன உலகத்திற்கு இன்றியமையாதது. இது நமது வீடுகள், வணிகங்கள் மற்றும் தொழில்களுக்கு மின்சாரம் வழங்க பயன்படுகிறது. மின்சார திறன் மற்றும் திறன் தரத்தைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், நாம் அதை திறமையாகவும் பயனுள்ள முறையிலும் பயன்படுத்துகிறோம் என்பதை உறுதி செய்யலாம்.

ஜூலின் விதியில் தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டுகள்#

எடுத்துக்காட்டு 1: 10 Ω மின்தடையின் வழியாக 2 A மின்னோட்டம் 5 வினாடிகள் பாய்கிறது. உருவாகும் வெப்பத்தை ஜூல்களில் கணக்கிடவும்.

தீர்வு:

ஜூலின் விதியைப் பயன்படுத்தி, உருவாகும் வெப்பத்தை பின்வருமாறு கணக்கிடலாம்:

$$H = I^2Rt$$

இங்கு:

• H என்பது ஜூல்களில் (J) உருவாகும் வெப்பம்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள மின்னோட்டம்
• R என்பது ஓம்களில் (Ω) உள்ள மின்தடை
• t என்பது வினாடிகளில் (s) உள்ள நேரம்

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பிரதியிட, நாம் பெறுவது:

$$H = (2 A)^2(10 Ω)(5 s) = 200 J$$

எனவே, உருவாகும் வெப்பம் 200 ஜூல்கள் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு 2: ஒரு வெப்பமூட்டும் உறுப்பு 220 V மின்சார வழங்கலுடன் இணைக்கப்படும் போது 5 A மின்னோட்டத்தை ஈர்க்கிறது. 1 மணி நேரத்தில் உருவாகும் வெப்பத்தை கணக்கிடவும்.

தீர்வு:

முதலில், ஓமின் விதியைப் பயன்படுத்தி வெப்பமூட்டும் உறுப்பின் மின்தடையை கணக்கிட வேண்டும்:

$$R = \frac{V}{I}$$

இங்கு:

• R என்பது ஓம்களில் (Ω) உள்ள மின்தடை
• V என்பது வோல்ட்டுகளில் (V) உள்ள மின்னழுத்தம்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள மின்னோட்டம்

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பிரதியிட, நாம் பெறுவது:

$$R = \frac{220 V}{5 A} = 44 Ω$$

இப்போது, உருவாகும் வெப்பத்தை கணக்கிட ஜூலின் விதியைப் பயன்படுத்தலாம்:

$$H = I^2Rt$$

இங்கு:

• H என்பது ஜூல்களில் (J) உருவாகும் வெப்பம்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) உள்ள மின்னோட்டம்
• R என்பது ஓம்களில் (Ω) உள்ள மின்தடை
• t என்பது வினாடிகளில் (s) உள்ள நேரம்

1 மணி நேரத்தில் உருவாகும் வெப்பத்தை கண்டுபிடிக்க வேண்டும் என்பதால், 1 மணி நேரத்தை வினாடிகளாக மாற்ற வேண்டும்:

$$1 hour = 60 minutes = 60 × 60 seconds = 3600 seconds$$

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பிரதியிட, நாம் பெறுவது:

$$H = (5 A)^2(44 Ω)(3600 s) = 3960000 J$$

எனவே, 1 மணி நேரத்தில் உருவாகும் வெப்பம் 3960000 ஜூல்கள் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு 3: 100 W என மதிப்பிடப்பட்ட ஒரு ஒளி விளக்கு 5 மணி நேரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கிலோவாட்-மணி (kWh) இல் உருவாகும் வெப்பத்தை கணக்கிடவும்.

தீர்வு:

முதலில், ஒளி விளக்கின் திறன் மதிப்பீட்டை வாட்களில் (W) இருந்து கிலோவாட்களாக (kW) மாற்ற வேண்டும்:

$$100 W = 100 W × \frac{1 kW}{1000 W} = 0.1 kW$$

இப்போது, கிலோவாட்-மணி (kWh) இல் உருவாகும் வெப்பத்தை கணக்கிட பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தலாம்:

$$H = Pt$$

இங்கு:

• H என்பது கிலோவாட்-மணியில் (kWh) உருவாகும் வெப்பம்
• P என்பது கிலோவாட்களில் (kW) உள்ள திறன்
• t என்பது மணி நேரங்களில் (h) உள்ள நேரம்

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பிரதியிட, நாம் பெறுவது:

$$H = (0.1 kW)(5 h) = 0.5 kWh$$

எனவே, 5 மணி நேரத்தில் உருவாகும் வெப்பம் 0.5 கிலோவாட்-மணி ஆகும்.

ஜூலின் விதி FAQs#

1. ஜூலின் விதி என்றால் என்ன?

ஒரு கடத்தியால் சிதறடிக்கப்படும் ஆற்றல், அதன் வழியாக பாயும் மின்னோட்டத்தின் வர்க்கத்திற்கும், கடத்தியின் மின்தடைக்கும், மின்னோட்டம் பாயும் நேரத்திற்கும் நேரடியாக விகிதாசாரமாகும் என்று ஜூலின் விதி கூறுகிறது.

2. ஜூலின் விதிக்கான சூத்திரம் என்ன?

ஜூலின் விதிக்கான சூத்திரம்:

$$ E = I^2 * R * t $$

இங்கு:

• E என்பது ஜூல்களில் (J) சிதறடிக்கப்படும் ஆற்றல்
• I என்பது ஆம்பியர்களில் (A) கடத்தியின் வழியாக பாயும் மின்னோட்டம்
• R என்பது ஓம்களில் (Ω) உள்ள கடத்தியின் மின்தடை
• t என்பது வினாடிகளில் (s) மின்னோட்டம் பாயும் நேரம்

3. ஜூலின் விதியின் அலகுகள் என்ன?

ஜூலின் விதியின் அலகுகள் ஆற்றலுக்கு ஜூல்கள் (J), மின்னோட்டத்திற்கு ஆம்பியர்கள் (A), மின்தடைக்கு ஓம்கள் (Ω) மற்றும் நேரத்திற்கு வினாடிகள் (s) ஆகும்.

4. ஜூலின் விதி செயல்பாட்டில் இருக்கும் சில எடுத்துக்காட்டுகள் என்ன?

ஜூலின் விதி செயல்பாட்டில் இருக்கும் சில எடுத்துக்காட்டுகள்:

• ஒரு மின்சாரம் ஒரு ஒளி விளக்கு இழையின் வழியாக செல்லும் போது அதன் வெப்பமாதல்
• ஒரு மின்சாரம் ஒரு மின்தடையின் வழியாக செல்லும் போது அதன் வெப்பமாதல்
• ஒரு மின்சுற்று அதிக சுமை ஏற்றப்படும் போது ஒரு மின் கடையின் தீப்பொறி உருவாதல்

5. ஜூலின் விதியின் சில பயன்பாடுகள் என்ன?

ஜூலின் விதியின் சில பயன்பாடுகள்:

• மின்சுற்றுகளை வடிவமைத்தல், அதிக வெப்பமாதலைத் தடுக்க
• மின் சாதனங்களின் ஆற்றல் நுகர்வைக் கணக்கிடுதல்
• கடத்திகளின் மின்தடையை அளவிடுதல்

6. ஜூலின் விதியின் சில வரம்புகள் என்ன?

ஜூலின் விதியின் சில வரம்புகள்:

• இது ஓமின் விதிக்குக் கீழ்படியும் கடத்திகளுக்கு மட்டுமே பொருந்தும்
• இது மின்தடையின் மீது வெப்பநிலையின் விளைவுகளை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளாது
• இது மின்தடையின் மீது காந்தப்புலங்களின் விளைவுகளை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளாது