12ஆம் வகுப்பு இயற்பியல் - மின்காந்த அலைகள் பாடம்

மின்காந்த அலைகள் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

ஒளியின் தன்மையை அறிந்துகொள்ளும் நீண்டகாலத் தேடலே மின்காந்தவியலின் மாபெரும் வளர்ச்சிக்கு வித்திட்டது. ஜேம்ஸ் கிளார்க் மேக்ஸ்வெல் முன்னொளிந்த இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் என்ற புரட்சிகரமான கருத்து, மின்புலமும் காந்தப்புலமும் ஒன்றோடொன்று எவ்வாறு பின்னிப் பிணைந்து தொடர்பு கொண்டுள்ளன என்பதை மிகத் தெளிவாக விளக்கியது. இயற்கையின் சமச்சீர் பண்பே இந்த அறிவியல் தேடல்கள் மற்றும் கண்டுபிடிப்புகளுக்கு மிக முக்கிய அடிப்படையாக அமைந்தது.

மின் மற்றும் காந்தப்புலங்களில் ஏற்படும் நேரத்தைப் பொறுத்த தொடர்ச்சியான மாறுபாடுகளே மின்காந்த அலைகளை உருவாக்குகின்றன. இந்த அலைகள் எவ்வித ஊடகமும் இன்றி வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகத்தில் பரவும் சிறப்பான தன்மையுடையவை. மேக்ஸ்வெல்லின் நான்கு அடிப்படைச் சமன்பாடுகள் ஒட்டுமொத்த மின்காந்தவியலின் முழுமையான கணித வடிவத்தைத் தருகின்றன. இது மின்னூட்டம், மின்புலம் மற்றும் அலைகளுக்கு இடையிலான சிக்கலான தொடர்பை ஒரு ஒருங்கிணைந்த சீரான பார்வையில் வழங்குகிறது.

பொதுத் தேர்வு நோக்கில் பார்க்கும் போது, மின்காந்த அலைகளின் பண்புகள் மற்றும் பல்வேறு நிறமாலை வகைகள் மிக முக்கியமான பகுதிகளாகக் கருதப்படுகின்றன. ரேடியோ அலைகள் முதல் காமா கதிர்கள் வரையிலான பல்வேறு கதிர்களின் பயன்கள் மற்றும் அவற்றின் அலைநீள எல்லைகள் அடிக்கடி வினாக்களாகக் கேட்கப்படுகின்றன. இந்தப் பாடத்தில் உள்ள சமன்பாடுகள் மற்றும் கதிரியக்கப் பண்புகளைத் தர்க்கரீதியாகப் புரிந்துகொள்வது இயற்பியல் பாடத்தில் அதிக மதிப்பெண்களை உறுதி செய்ய மாணவர்களுக்குப் பெரிதும் உதவும்.

நீங்கள் கற்பவை

• இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டத்தின் அவசியத்தைப் புரிந்துகொள்வர்.
• மேக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகளின் முக்கியத்துவத்தை விளக்குவர்.
• மின்காந்த அலைகளின் பண்புகளைப் பட்டியலிடுவர்.
• மின்காந்த நிறமாலையின் பல்வேறு பகுதிகளை வேறுபடுத்துவர்.
• நிறமாலையின் வகைகளையும் அவற்றின் தோற்றத்தையும் விவரிப்பர்.
• மின்காந்த அலைகளின் நடைமுறைப் பயன்பாடுகளைக் கண்டறிவர்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• காஸ் விதியின் அடிப்படைக் கருத்துகள்.
• ஃபாரடே மின்காந்தத் தூண்டல் விதிகள்.
• ஆம்பியர் சுற்று விதியின் பயன்பாடுகள்.

மின்காந்த அலைகள் — விரிவான விளக்கம்

மின்காந்த அலைகளின் கோட்பாடு மற்றும் பயன்கள்

இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் மற்றும் மேக்ஸ்வெல் திருத்தம்

மின்னூட்டம் பெற்ற மின்தேக்கி ஒன்றில் மின்னேற்றம் நடைபெறும்போது தட்டுகளுக்கு இடையே உள்ள பகுதியில் காந்தப்புலம் உருவாவதை மேக்ஸ்வெல் கவனித்தார். ஆம்பியர் சுற்று விதி மின்தேக்கியின் தட்டுகளுக்கு இடையே பொருந்தவில்லை என்பதை உணர்ந்த அவர், மாறும் மின்புலத்தினால் உருவாகும் இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் என்ற புதிய கருத்தை அறிமுகப்படுத்தினார். இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் என்பது இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படைத் திருப்பமாகும். ஒரு மின்தேக்கியில் மின்னேற்றம் அல்லது மின்னிறக்கம் நடைபெறும் போது, அந்தத் தட்டுகளுக்கு இடையிலான பகுதியில் மின்னோட்டம் ஏதும் இல்லாத போதிலும் காந்தப்புலம் உருவாகிறது. இது மின் மற்றும் காந்தப்புலங்களுக்கு இடையே ஒரு சமச்சீர் தன்மையை வழங்கியதுடன், மின்காந்தக் கோட்பாட்டின் ஒரு முக்கிய மைல்கல்லாக அமைந்தது.

மேக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகளின் தொகுப்பு

மேக்ஸ்வெல் மின்காந்தவியலின் நான்கு அடிப்படை விதிகளையும் ஒருங்கிணைந்த கணித வடிவில் தொகுத்து வழங்கினார். மின்னியலில் காஸ் விதி, காந்தவியலில் காஸ் விதி, ஃபாரடே மின்காந்தத் தூண்டல் விதி மற்றும் ஆம்பியர்-மேக்ஸ்வெல் விதி ஆகியவையே அந்த நான்கு சமன்பாடுகள் ஆகும். இவை மின்னூட்டங்கள், மின்னோட்டங்கள் மற்றும் மின், காந்தப்புலங்களுக்கு இடையே உள்ள அனைத்துத் தொடர்புகளையும் முழுமையாக விளக்குகின்றன. மேக்ஸ்வெல் தொகுத்த சமன்பாடுகள் நவீன இயற்பியலின் முதுகெலும்பாக உள்ளன. முதல் சமன்பாடு மூடப்பட்ட பரப்பிற்குள் உள்ள நிகர மின்னூட்டத்தையும் மின்புலத்தையும் இணைக்கிறது. இரண்டாம் சமன்பாடு தனித்த காந்த ஒருமுனைகள் இயற்கையில் இல்லை என்பதை வலியுறுத்துகிறது. மூன்றாவது சமன்பாடு காந்தப்புல மாறுபாடு எவ்வாறு மின்புலத்தைத் தூண்டுகிறது என்பதை விவரிக்கிறது. நான்காவது சமன்பாடு கடத்து மின்னோட்டம் மற்றும் இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் ஆகிய இரண்டும் இணைந்து காந்தப்புலத்தை உருவாக்குவதை விளக்குகிறது.

மின்காந்த அலைகளின் உருவாக்கம் மற்றும் பண்புகள்

1888 ஆம் ஆண்டு ஹென்ரிக் ஹெர்ட்ஸ் தனது ஆய்வின் மூலம் மின்காந்த அலைகள் உருவாகுவதை உறுதி செய்தார். முடுக்கப்பட்ட மின்துகள்கள் அலைவுறும்போது அவை காலத்தைப் பொறுத்து மாறும் மின் மற்றும் காந்தப்புலங்களை உருவாக்குகின்றன. இந்த அலைகள் குறுக்கலைத் தன்மை கொண்டவை மற்றும் பரவுவதற்கு ஊடகம் தேவையில்லை. இவை வெற்றிடத்தில் வினாடிக்கு சுமார் 3 லட்சம் கிலோமீட்டர் வேகத்தில் செல்கின்றன. மின்காந்த அலைகளின் அலைவுறும் மின் மற்றும் காந்தப்புலங்கள் எப்போதும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாகவும், அலை பரவும் திசைக்குச் செங்குத்தாகவும் அமைகின்றன. ஹெர்ட்ஸ் தனது ஆய்வில் சிறிய உலோகக் கோளங்களுக்கு இடையே மின்பொறியை உருவாக்கி, அதன் மூலம் மின்காந்த அலைகள் பரவுவதைக் கண்டறிந்தார். இந்த அலைகளின் வேகம் வெற்றிடத்தில் மாறிலியாக இருக்கும். ஒளி என்பதும் ஒரு மின்காந்த அலையே என்ற உண்மையை இது மெய்ப்பித்தது.

மின்காந்த நிறமாலை மற்றும் அதன் பயன்பாடுகள்

அதிர்வெண் மற்றும் அலைநீளத்தின் அடிப்படையில் மின்காந்த அலைகளை வரிசைப்படுத்துவதே மின்காந்த நிறமாலை ஆகும். இதில் ரேடியோ அலைகள் தகவல் தொடர்புக்கும், மைக்ரோ அலைகள் சமையல் மற்றும் ரேடாருக்கும், அகச்சிவப்புக் கதிர்கள் வெப்ப சிகிச்சைக்கும் பயன்படுகின்றன. கண்ணுறு ஒளி நமது பார்வைக்கு உதவுகிறது, புற ஊதா மற்றும் எக்ஸ்-கதிர்கள் மருத்துவத் துறையில் எலும்பு முறிவு மற்றும் கிருமி நீக்கத்திற்குப் பயன்படுகின்றன. காமா கதிர்கள் புற்றுநோய் சிகிச்சையில் மிக முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. நவீன உலகில் நாம் பயன்படுத்தும் கைபேசிகள் மற்றும் இணையத் தொடர்புகள் அனைத்தும் மின்காந்த அலைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவையே. நீண்ட தூரத் தகவல் தொடர்புக்கு ரேடியோ அலைகள் உதவுகின்றன. வான்வெளியில் கோள்களை ஆய்வு செய்ய ரேடார் அலைகள் இன்றியமையாதவை.

வெளியிடு மற்றும் உட்கவர் நிறமாலையின் வகைகள்

பொருட்கள் சூடுபடுத்தப்படும்போது அவை ஒளியை உமிழ்கின்றன, இதன் மூலம் வெளியிடு நிறமாலை கிடைக்கிறது. இது தொடர், வரி அல்லது பட்டை நிறமாலையாக அமையலாம். அதேபோல் ஒளியானது குளிர்ந்த நிலையில் உள்ள வாயுவின் வழியே செல்லும்போது சில பகுதிகள் உட்கவரப்படுகின்றன, இதனால் உட்கவர் நிறமாலை உருவாகிறது. சூரிய ஒளியில் காணப்படும் கரும் கோடுகளான ஃபிரான்ஹோஃபர் வரிகள் இதற்குச் சிறந்த உதாரணமாகும். அணு மற்றும் மூலக்கூறு அமைப்பைக் கண்டறிய இந்த நிறமாலைகள் பெரிதும் உதவுகின்றன. ஒவ்வொரு தனிமமும் ஒரு தனித்துவமான வரி நிறமாலையைக் கொண்டுள்ளது, இது அந்தத் தனிமத்தின் கைரேகை போன்றது. சூரிய வளிமண்டலத்தில் ஹீலியம் மற்றும் பிற வாயுக்கள் இருப்பதை ஃபிரான்ஹோஃபர் வரிகளே நமக்கு உணர்த்தின.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் என்பது மின்துகள்களின் இயக்கம் என்று கருதுவது; இது உண்மையில் மாறும் மின்புலத்தால் உருவாகிறது.
• மின்காந்த அலைகள் பரவ ஊடகம் தேவை என்று தவறாக நினைப்பது; இவை வெற்றிடத்திலும் எளிதாகப் பரவும்.
• மின் மற்றும் காந்தப்புலங்கள் ஒன்றுக்கொன்று இணையாக இருக்கும் எனக் கருதுவது; அவை எப்போதும் செங்குத்தாக இருக்கும்.
• மின்காந்த அலைகளை நெட்டலைகள் என்று தவறாகப் புரிந்துகொள்வது; இவை உண்மையில் குறுக்கலைகள் ஆகும்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் என்றால் என்ன?

மாறும் மின்புலம் அல்லது மின்பாயம் காந்தப்புலத்தை உருவாக்கும்போது அங்கு ஒரு மின்னோட்டம் இருப்பதாகக் கருதப்படும். இதுவே இடப்பெயர்ச்சி மின்னோட்டம் எனப்படுகிறது. மேக்ஸ்வெல் இதனை ஆம்பியர் சுற்று விதியில் ஒரு முக்கியத் திருத்தமாக அறிமுகப்படுத்தினார்.

மின்காந்த அலைகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன?

முடுக்கப்பட்ட மின்துகள்கள் அல்லது சீரான கால இடைவெளியில் அதிர்வடையும் மின்துகள்கள் மின்காந்த அலைகளை உருவாக்குகின்றன. மின்புலம் மற்றும் காந்தப்புலம் ஆகிய இரண்டும் நேரத்தைப் பொறுத்து மாறும்போது இவ்வலைகள் பிறக்கின்றன.

மின்காந்த அலைகளின் முக்கிய பண்புகள் யாவை?

இவை வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகத்தில் செல்கின்றன மற்றும் இவை குறுக்கலைகள் ஆகும். இவற்றிற்குப் பரவுவதற்கு ஊடகம் தேவையில்லை. மேலும் இவை ஆற்றலையும் உந்தத்தையும் ஓரிடத்திலிருந்து மற்றோர் இடத்திற்குக் கடத்தும் திறனுடையவை.

மைக்ரோ அலைகளின் பயன்கள் யாவை?

இவை முக்கியமாக ரேடார் அமைப்புகளில் விமானங்களைக் கண்டறியப் பயன்படுகின்றன. மேலும் மைக்ரோ அலை அடுப்புகளில் உணவைச் சமைக்கவும் மற்றும் செயற்கைக்கோள் தகவல் தொடர்பிலும் இவை உலகளவில் அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அகச்சிவப்பு கதிர்கள் ஏன் வெப்ப அலைகள் எனப்படுகின்றன?

அகச்சிவப்பு கதிர்கள் ஒரு பொருளின் மீது விழும்போது அந்தப் பொருளின் அணுக்களின் இயக்கத்தை அல்லது அதிர்வுகளை அதிகரிக்கச் செய்து வெப்பத்தை உண்டாக்குகின்றன. எனவே இவை பொதுவாக வெப்ப அலைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

ஃபிரான்ஹோஃபர் வரிகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன?

சூரியனின் உட்பகுதியிலிருந்து வரும் ஒளி அதன் வளிமண்டலக் காற்று வழியாகச் செல்லும்போது அங்குள்ள குளிர்ந்த தனிமங்கள் குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களை உட்கவர்கின்றன. இதனால் சூரிய நிறமாலையில் கரும் வரிகள் தோன்றுகின்றன.