சுற்று பகுப்பாய்வில், இரண்டு அடிப்படைக் கோட்பாடுகள் முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன: Kirchhoff's Voltage Law (KVL) மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு. இந்தக் கோட்பாடுகள் மின்சுற்றுகளின் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்ளவும் பகுப்பாய்வு செய்யவும் மற்றும் ஆற்றலின் திறமையான பயன்பாட்டை உறுதிப்படுத்தவும் உதவுகிறது. இந்த கட்டுரையில், Kirchhoff இன் மின்னழுத்த சட்டம் மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு ஆகியவற்றின் கருத்துகளை ஆராய்வோம், அவற்றின் முக்கியத்துவம் மற்றும் அவற்றுடன் தொடர்புடைய சமன்பாடுகள் பற்றிய தெளிவான புரிதலை வழங்குவோம்.
Kirchhoff இன் மின்னழுத்த சட்டம் (KVL) என்றால் என்ன
மின்சுற்றில் உள்ள ஒவ்வொரு மூடிய வளையமும் சுற்றியுள்ள அனைத்து மின்னழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகையாக பூஜ்ஜிய மின்னழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளது என்று இந்த சட்டம் கூறுகிறது. இதை வேறு விதமாகச் சொல்வதானால், ஒரு மூடிய வளைய சுற்றுகளில், மின்னழுத்தத்தின் இயற்கணித மொத்த உயர்வு மற்றும் வீழ்ச்சி எப்போதும் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாக இருக்கும்.
Kirchhoff இன் மின்னழுத்த விதியின் (KVL) விளக்கம்
மின்தடையங்கள், மின்தேக்கிகள் மற்றும் தூண்டிகள் போன்ற பல்வேறு கூறுகளைக் கொண்ட மின்சுற்றைக் கருத்தில் கொண்டு கிர்ச்சோஃப் மின்னழுத்த விதியைப் புரிந்து கொள்ளலாம். விளக்கத்திற்காக, மின்னழுத்த மூல (V), மின்தடையம் (R) மற்றும் மின்தேக்கி (C) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர் இணைப்பால் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு நேரடியான சுற்று பற்றி நான் யோசித்தேன்.
KVL படி, தி ஒரு மூடிய சுழற்சியில் உள்ள ஒவ்வொரு கூறுகளிலும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சிகளின் தொகை பயன்படுத்தப்பட்ட மின்னழுத்தத்திற்கு சமமாக இருக்க வேண்டும் . கணித ரீதியாக, இதை இவ்வாறு குறிப்பிடலாம்:
எங்கே:
IN மூலத்திலிருந்து பயன்படுத்தப்படும் மின்னழுத்தத்தைக் குறிக்கிறது.
IN ஆர் மின்தடையின் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைக் குறிக்கிறது.
IN சி மின்தேக்கியில் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைக் குறிக்கிறது.
ஓம் விதி, ஒரு மின்தடையத்தில் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியானது அதன் மின்தடை (R) மற்றும் அதன் வழியாக பாயும் மின்னோட்டம் (I) ஆகியவற்றின் உற்பத்திக்கு சமம் என்று கூறுகிறது, இது ஒரு மின்தடையின் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைக் கணக்கிடப் பயன்படுகிறது. கணித ரீதியாக, இதை இவ்வாறு குறிப்பிடலாம்:
இதேபோல், மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியை சமன்பாட்டின் மூலம் தீர்மானிக்க முடியும்:
எங்கே:
கே மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்பட்ட கட்டணத்தைக் குறிக்கிறது.
சி மின்தேக்கியின் கொள்ளளவைக் குறிக்கிறது.
Kirchhoff மின்னழுத்த சட்டத்திற்கான எடுத்துக்காட்டு
இங்கே மூன்று மின்தடையங்களைக் கொண்ட ஒரு எளிய சுற்று உள்ளது (ஆர் 1 , ஆர் 2 , ஆர் 3 ) தொடரில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. லூப்பில் உள்ள அனைத்து மின்னழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம் என்பதைக் காட்டுவதன் மூலம் கிர்ச்சாஃப்பின் மின்னழுத்த விதி (KVL) எவ்வாறு உண்மையாக உள்ளது என்பதை இந்த எடுத்துக்காட்டு நிரூபிக்கும்.
ஒரு தொடர் சுற்றுவட்டத்தில், மொத்த எதிர்ப்பு என்பது தனிப்பட்ட எதிர்ப்பின் கூட்டுத்தொகையாகும்:
ஒவ்வொரு மின்தடையத்திற்கும் சில தன்னிச்சையான எதிர்ப்பு மதிப்புகள் என்று வைத்துக்கொள்வோம்:
மின்தடை 1 (ஆர் 1 ) = 2 ஓம்ஸ்
மின்தடை 2 (ஆர் 2 ) = 4 ஓம்ஸ்
மின்தடை 3 (ஆர் 3 ) = 6 ஓம்ஸ்
இப்போது சமமான எதிர்ப்பு 12 ஆக மாறும், KVL ஐ சரிபார்க்க அடுத்ததாக, ஒவ்வொரு மின்தடையத்திலும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைக் கணக்கிட வேண்டும், அதற்கு முன், மின்னோட்டத்தில் மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிட வேண்டும், அதற்கு பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தலாம்:
இப்போது நாம் மூல மின்னழுத்தத்தின் மதிப்பை 12 வோல்ட் மற்றும் அதற்கு சமமான எதிர்ப்பான 12 ஓம்ஸ் ஆகியவற்றை வைத்தால், மேலே கொடுக்கப்பட்ட சமன்பாடு இருக்கும்:
எனவே இப்போது தற்போதைய மதிப்பு 1 ஏ, அது ஒரு தொடர் சுற்று என்பதால், ஒவ்வொரு மின்தடையத்திலும் மின்னோட்டம் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இருப்பினும், மின்தடையின் மின்னழுத்தம் வேறுபட்டதாக இருக்கும், எனவே இப்போது பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி ஒவ்வொரு மின்தடையத்திலும் அதைக் கணக்கிடுவோம்:
இப்போது மின்தடை R முழுவதும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி 1 இருக்கும்:
மின்தடை ஆர் முழுவதும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி 2 இருக்கும்:
மின்தடை ஆர் முழுவதும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி 3 இருக்கும்:
இப்போது Kirchhoff மின்னழுத்த சட்டத்தை சரிபார்க்க, பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தவும்:
இப்போது மேலே கொடுக்கப்பட்ட சமன்பாட்டில் தற்போதைய மற்றும் மின்னழுத்தத்தின் மதிப்புகளை வைக்கவும்:
KVL இன் படி, ஒரு மூடிய வளையத்தைச் சுற்றியுள்ள மின்னழுத்த வீழ்ச்சியின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம், மேலும் மேலே உள்ள முடிவு Kirchhoff சட்டத்தை நிரூபிக்கிறது.
ஆற்றல் பாதுகாப்பு என்றால் என்ன
ஆற்றலை உருவாக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது என்பது இயற்பியலின் அடிப்படை விதி; மாறாக, இது ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மட்டுமே மாற்றப்பட முடியும், மேலும் இந்த சட்டம் ஆற்றல் பாதுகாப்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த சட்டம் மின்சுற்றுகளுக்கு சமமாக பொருந்தும், அங்கு ஒரு சுற்றுக்கு வழங்கப்படும் ஆற்றல் கூறுகளால் உட்கொள்ளப்படுகிறது அல்லது மற்றொரு வடிவமாக மாற்றப்படுகிறது.
ஆற்றல் பாதுகாப்பை விளக்குதல்
மின்சுற்றுக்கு வழங்கப்பட்ட ஆற்றல் பாதுகாக்கப்படுவதையும் சரியான முறையில் பயன்படுத்தப்படுவதையும் உறுதிசெய்ய மின்சுற்றுகளில் ஆற்றல் பாதுகாப்புக் கொள்கை பயன்படுத்தப்படுகிறது. எந்தவொரு மின்சுற்றிலும், வழங்கப்பட்ட மொத்த மின்சாரம் நுகரப்படும் மற்றும் சிதறடிக்கப்பட்ட சக்தியின் கூட்டுத்தொகைக்கு சமமாக இருக்க வேண்டும்.
மின்னழுத்த மூலத்தால் வழங்கப்படும் சக்தியை சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
எங்கே:
பி வழங்கப்பட்ட சக்தியைக் குறிக்கிறது.
IN இணைக்கப்பட்ட மூலங்களால் வழங்கப்படும் மின்னழுத்தம்.
நான் நான் சுற்றுவட்டத்தில் பாயும் மின்னோட்டம்.
மின்தடையத்தால் நுகரப்படும் சக்தியை சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
ஒரு மின்தேக்கி மூலம் சிதறடிக்கப்பட்ட சக்தியை சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:
ஆற்றல் சேமிப்புக்கான எடுத்துக்காட்டு
மின்கலம் (V) கொண்ட மின்சுற்று மின்தடையத்துடன் (R) இணைக்கப்பட்டு, மின்கலம் நிலையான மின்னழுத்தத்தை வழங்குகிறது, மேலும் மின்தடையானது மின் ஆற்றலை வெப்ப ஆற்றலாக மாற்றுகிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம்.
இங்கே, ஆர்ப்பாட்டத்திற்காக, நான் மின்னழுத்தத்தை 12 க்கு சமமாக எடுத்துள்ளேன் மற்றும் எதிர்ப்பின் மதிப்பு 6 ஓம்ஸுக்கு சமம். மின்கலத்தால் வழங்கப்படும் மொத்த சக்தியானது, ஆற்றல் கருத்தாக்கத்தின் மூலம் மின்தடையத்தால் பயன்படுத்தப்படும் மொத்த சக்தியுடன் பொருந்த வேண்டும்.
பேட்டரி மூலம் வழங்கப்படும் சக்தியைக் கணக்கிட, நாம் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தலாம்:
P என்பது சக்தியைக் குறிக்கிறது மற்றும் நான் சுற்று வழியாக பாயும் மின்னோட்டத்தைக் குறிக்கிறது.
மின்சுற்றில் உள்ள மூல மின்னோட்டத்தால் வழங்கப்படும் சக்தியைக் கணக்கிட, ஓம் விதியைப் பயன்படுத்தவும்:
இப்போது, பேட்டரி மூலம் வழங்கப்படும் ஆற்றலைக் கணக்கிடுவோம்:
மின்தடையத்தால் பயன்படுத்தப்படும் சக்தி, ஆற்றல் சேமிப்புக் கொள்கையின் அடிப்படையில், பேட்டரி மூலம் வழங்கப்படும் சக்திக்கு சமமாக இருக்க வேண்டும். இந்த சூழ்நிலையில் மின்தடையத்தால் பயன்படுத்தப்படும் சக்தியைத் தீர்மானிக்க பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தலாம்:
எங்கே பி ஆர் மின்தடையத்தால் நுகரப்படும் சக்தியைக் குறிக்கிறது.
நாம் பார்க்க முடியும் என, பேட்டரி (24 வாட்ஸ்) மூலம் வழங்கப்படும் மின்சாரம் மின்தடையத்தால் (24 வாட்ஸ்) நுகரப்படும் சக்திக்கு சமம். இந்த உதாரணம் ஆற்றல் பாதுகாப்பின் கொள்கையை நிரூபிக்கிறது, அங்கு மின்சுற்றுக்கு வழங்கப்படும் ஆற்றல் ஒட்டுமொத்த ஆற்றலில் இழப்பு அல்லது ஆதாயம் இல்லாமல் மற்றொரு வடிவமாக (இந்த வழக்கில் வெப்பம்) மாற்றப்படுகிறது.
முடிவுரை
Kirchhoff இன் மின்னழுத்த விதி மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு ஆகியவை சுற்று பகுப்பாய்வில் முக்கியமான கருத்துக்கள் ஆகும், இது பொறியாளர்கள் மற்றும் விஞ்ஞானிகளுக்கு மின்சுற்றுகளைப் புரிந்துகொள்ளவும் பகுப்பாய்வு செய்யவும் உதவுகிறது. Kirchhoff இன் மின்னழுத்தச் சட்டம், ஒரு மூடிய சுழற்சியில் உள்ள மின்னழுத்தங்களின் தொகை பூஜ்ஜியமாகும், இது சுற்று பகுப்பாய்விற்கு ஒரு பயனுள்ள வழியை வழங்குகிறது. மறுபுறம், ஆற்றல் பாதுகாப்பு கொள்கை இந்த கொள்கைகள் மற்றும் தொடர்புடைய சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஒரு மின்சுற்றுக்குள் ஆற்றல் பாதுகாக்கப்படுவதையும் திறம்பட பயன்படுத்துவதையும் உறுதி செய்கிறது.