ప్ర‌శ్న‌లు - జ‌వాబులు

దీర్ఘ సమాధాన ప్రశ్నలు  (8 మార్కులు)

1.  విద్యుత్‌లోని కిర్కాఫ్ నియమాలు రాసి, వాటిని వివరించండి. ఆ నియమాలను వీట్‌స్టన్ బ్రిడ్జికి అనువర్తింపజేయండి.

జ: కిర్కాఫ్ మొదటి నియమం: ''సంధిలోకి ప్రవేశించే విద్యుత్ ప్రవాహాల మొత్తం, సంధి నుంచి బయటికి వెళ్లే విద్యుత్ ప్రవాహాల మొత్తానికి సమానం'' లేదా ''వలయంలోని విద్యుత్ ప్రవాహాల బీజీయాల మొత్తం సున్నా''      

వివరణ: పటంలో చూపినట్లుగా సంధిలోకి ప్రవేశించే విద్యుత్ ప్రవాహాలు i₁, i₂, i₄ ధనాత్మకంగా, సంధి నుంచి బయటికి వెళ్లే విద్యుత్ ప్రవాహాలు i₃, i₅ రుణాత్మకంగా తీసుకోవాలి. 

                                    i₁ + i₂ + i₄ =  i₃ + i₅

                                    i₁ + i₂ + i₄ - i₃ - i₅  =  0

కిర్కాఫ్ రెండో నియమం: ''ఏదైనా మూసిన వలయంలో పొటెన్షియల్ తేడాల బీజీయ మొత్తం శూన్యం'' ∑ V = 0.

వివరణ: కిర్కాఫ్ రెండో నియమాన్ని ఏదైనా వలయానికి అనువర్తించాలంటే, ఆ సంవృత వలయాన్ని మనం చుట్టిరావాలి. వలయాన్ని చుట్టి రావడానికి ఒక ప్రత్యేక దిశను (సవ్యదిశ లేదా అపసవ్యదిశ) ఎన్నుకోవాలి.

* ఏదైనా ఒక నిరోధంలో విద్యుత్ ప్రవాహం మనం ప్రయాణిస్తున్న దిశలో ఉంటే ఆ నిరోధం చివరల పొటెన్షియల్ భేదాన్ని(-iR) రుణాత్మకంగా తీసుకోవాలి.

*  ఏదైనా నిరోధంలో విద్యుత్ ప్రవాహం మనం ప్రయాణిస్తున్న దిశకు వ్యతిరేక దిశలో ఉంటే ఆ నిరోధం చివరల పొటెన్షియల్ భేదాన్ని (+ iR) ధనాత్మకంగా తీసుకోవాలి.

* ఘటం రుణ టర్మినల్ నుంచి ధనటర్మినల్ వైపు వెళ్తే దాని విచాబ ధనాత్మకంగా తీసుకోవాలి. 

* ఘటం ధనటర్మినల్ నుంచి రుణటర్మినల్ వైపు వెళ్లే దాని విచాబ రుణాత్మకంగా తీసుకోవాలి.

ఉదాహరణ:  - iR₁ - iR₂ - iR₃ + ε = 0     (or)

                  i [R₁ + R₂ + R₃]  =  ε 

కిర్కాఫ్ నియమాల అనువర్తనాలు - వీట్‌స్టన్ బ్రిడ్జ్

* నిరోధాలను పోల్చటానికి లేదా ఒక తెలియని నిరోధం విలువను లెక్కించడానికి వాడే విద్యుత్‌వలయం వీట్‌స్టన్ బ్రిడ్జ్. ఇందులో నాలుగు నిరోధాలు P, Q, R, S పటంలో చూపిన విధంగా కలిపితే ABCD వలయం ఏర్పడుతుంది. A, B ల మధ్య విచాబ E ఉన్న బ్యాటరీ, C, D ల మధ్య G నిరోధం ఉన్న గాల్వానా మీటర్ కలిపి ఉంటాయి.

* కిర్కాఫ్ మొదటి నియమాన్ని C, D సంధుల వద్ద అనువర్తింపజేస్తే 

               C వద్ద  i₁ = ig + i₃ .................  (1) 

               D వద్ద  i₂ + ig = i₄ .................  (2)

* ACDA వలయానికి కిర్కాఫ్ రెండో నియమం అనువర్తింపజేస్తే,

       - i₁p - i_gG +  i₂R = 0 .................  (3) 

    CBDC వలయానికి కిర్కాఫ్ రెండో నియమం అనువర్తింపజేస్తే, 

     - i₃Q + i₄S + i_gG = 0 .................  (4)

* బ్రిడ్జి సంతులనం కావాలంటే గాల్వనా మీటర్ ద్వారా ఏ దిశలోనూ విద్యుత్ ప్రవాహం ఉండకూడదు. అంటే  i_g = 0 అవుతుంది. ఇప్పుడు సమీకరణం (1), (2), (3) , (4) లను కింది విధంగా రాయవచ్చు. 

         .^..   i₁ = i₃ మరియు i₂ = i₄ అవుతుంది.    

   సమీకరణం (3) నుంచి i₁P = i₂R ...... (5) సమీకరణం (4) నుంచి i₃Q = i₄S ..... (6) 

  దీన్నే వీట్‌స్టన్‌బ్రిడ్జ్ సంతులన నియమం అంటారు.

     వలయంలో ఘటం, గాల్వనామీటర్ స్థానాలను తారుమారుచేస్తే సంతులన నియమం మారదు.

2. మీటర్ బ్రిడ్జ్ నిర్మాణాన్ని వర్ణించండి? ఒక తీగ పదార్థ నిరోధకతను కనుక్కునే విధానాన్ని వివరించండి?

జ:   మీటర్ బ్రిడ్జ్ విద్యుత్ పరికరం పటం.

నిర్మాణం:  *  మీటర్ బ్రిడ్జ్ వీట్‌స్టన్‌బ్రిడ్జ్ సూత్రంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది.

* పటంలో చూపినట్లు మీటర్ బ్రిడ్జ్‌లో L ఆకారంలో ఉన్న రెండు లోహపు పట్టీలు ఒక చెక్కపలకపై అమర్చి ఉంటాయి. వీటి మధ్య మరో లోహపు పలక (C) రెండు ఖాళీ ప్రదేశాలు ఏర్పడేలా అమర్చి ఉంటుంది.

* ఎడమవైపు ఖాళీ ప్రదేశంలో తెలియని నిరోధం X, కుడివైపు ఖాళీ ప్రదేశంలో తెలిసిన నిరోధం (R) ఉంటాయి.

* L ఆకారంలో ఉన్న రెండు పట్టీలను కలుపుతూ 1 మీటర్ పొడవున్న తీగ ఉంటుంది.

* తీగపై ప్రతి బిందువు వద్ద స్పృశించడానికి ఒక జాకీ (J) ని అధిక నిరోధం (H.R) మరియు గాల్వనామీటర్‌తో శ్రేణిలో కలిపి ఉంటుంది.

* చెక్కపలకపై సంతులన పొడవు గుర్తించడానికి ఒక మీటర్‌స్కేలు కూడా బిగించి ఉంటుంది.

ప్రయోగ విధానం:

* A, B ల మధ్య విద్యుత్ చాలక బలం (E) ఉన్న ఘటం మరియు ట్యాప్‌కీ శ్రేణిలో కలిపి, ట్యాప్‌కీ నొక్కితే వలయంలో విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది.

* మొదట జాకీని తీగపై రెండుకొనల వద్ద స్పృశిస్తే గాల్వనా మీటర్‌లో అపవర్తనాలు వ్యతిరేక దిశల్లో ఉంటే వలయం సక్రమంగా ఉన్నట్లు.

* నిరోధాల పెట్టెలో తెలిసిన నిరోధం (R) ను, ఎడమవైపు ఖాళీ ప్రదేశంలో తెలియని నిరోధం (X) ను అమర్చి, గాల్వనా మీటర్ శూన్య అపవర్తనం చూపే వరకు జాకీని తీగపై స్పృశిస్తూ పోవాలి. తీగపై ఏ బిందువు వద్ద గాల్వనా మీటరు శూన్య అపవర్తనం చూపిస్తుందో ఆ బిందువును సంతులన బిందువు అని, A నుంచి J వరకు సంతులన పొడవు (l₁) ను గుర్తించాలి.

J నుంచి B వరకు తీగ పొడవు l2 = (100 - l₁) గుర్తించాలి. ఇప్పుడు l₁, l₂ విలువలను కింది సూత్రంలో ప్రతిక్షేపించి X విలువను కనుక్కోవచ్చు.

4) వీట్‌స్టన్‌బ్రిడ్జ్ సూత్ర ప్రకారం

నిరోధకత కనుక్కోవటం: మనం తీసుకున్న తీగ నిరోధం [ X ] పై విధంగా మీటర్ బ్రిడ్జ్‌తో, తీగ పొడవు 'l ' ను స్కేలుతో తీగ వ్యాసార్ధం (r) స్క్రూగేజి సాయంతో కనుక్కుని, కింది సూత్రంలో ప్రతిక్షేపిస్తే నిరోధకతను కనుక్కోవచ్చు. 

స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు

1. ఘటాల సమాంతర సంధానాన్ని వివరించండి.

జ: 1) వేర్వేరు ఘటాల ధనధ్రువాలను అన్నింటిని ఒక చోట, రుణ ధ్రువాలన్నింటిని ఒక చోట కలిపి, చివరగా బాహ్య నిరోధం Rని ధన ధ్రువాల సంయోగానికి, రుణ ధ్రువాల సంయోగానికి మధ్య కలిపితే సమాంతర సంధానం ఏర్పడుతుంది.

2) అన్ని ఘటాలు సర్వసమానంగా ఒకే విద్యుత్ చాలక బలం , ఒకే అంతర్నిరోధకం (r) ను కలిగి ఉంటాయి.

3) సమాంతర సంధానం మొత్తం మీద లభించే పొటెన్షియల్ తేడా, ఒకే ఘటంతో వచ్చే విచాబకి సమానం.  

4) ఘటాల సమాంతర సంధానం కింది సందర్భాల్లో ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

i) [ r >> R ] అంతర్నిరోధం బాహ్య నిరోధం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు

ii) వలయంలో అధిక విద్యుత్ ప్రవాహం అవసరం అయినప్పుడు

అతిస్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు  (2 మార్కులు)

1. ఓం నియమాన్ని వివరించండి.

జ:    ''స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద, ఒక వాహకం ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం, వాహకం కొనల మధ్య  ఉన్న పొటెన్షియల్ భేదానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. 

                       R = స్థిరాంకం = వాహక నిరోధం అంటారు.

2. ఓమ్, నాన్ ఓమిక్ పరికరాలు అంటే ఏమిటి? ఉదాహరణలు రాయండి.

జ: ఓమిక్ వాహకాలు: ఓమ్ నియమాన్ని పాటించే వాహకాలను ఓమిక్ వాహకాలు అంటారు.

ఉదాహరణ: దాదాపు అన్ని లోహాలు

నాన్ ఓమిక్ వాహకాలు: ఓమ్ నియమాన్ని పాటించని వాహకాలను నాన్ ఓమిక్ వాహకాలు అంటారు.

ఉదాహరణ: p - n సంధి డయోడ్

3. ఓమ్‌ను నిర్వచించండి. 

జ:

       

           వాహకం కొనల మధ్య ఒక ఓల్టు పొటెన్షియల్ భేదాన్ని అనువర్తింపజేసినప్పుడు ఒక ఆంపియర్ విద్యుత్ ప్రవహిస్తే, ఆ వాహకం నిరోధం ఒక ఓమ్ అని నిర్వచిస్తారు.

4. ఉష్ణోగ్రతా నిరోధకత గుణకం అంటే ఏమిటి? దాని ప్రమాణాలు ఏమిటి?

జ:

               

           ఒక వాహకం ఉష్ణోగ్రతను 1º C ఉష్ణోగ్రతకు పెంచినప్పుడు దాని నిరోధకతలో కలిగే మార్పుకు మరియు 0º C వద్ద ఉన్న నిరోధకతకు గల నిష్పత్తిని ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత గుణకం అంటారు.

ప్రమాణాలు: ⁰C^-1

5. విద్యుత్ చాలక బలం (emf), పొటెన్షియల్ తేడాల మధ్య మూడు భేదాలు రాయండి?

జ:

6. ఘటాల శ్రేణి సంధానం ఎప్పుడు ఎక్కువ ప్రయోజనకరం? ఎందువల్ల?

జ: కింది సందర్భాల్లో శ్రేణి సంధానం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

           i) [ r << R ] ప్రతీఘటం అంతర్నిరోధం బాహ్య నిరోధం కంటే చాలా తక్కువగా ఉన్నప్పుడు 

           ii) అధిక విద్యుత్ చాలక బలం అవసరం అయినప్పుడు

7.  ఘటాల సమాంతర సంధానం ఎప్పుడు ఎక్కువ ప్రయోజనకరం? ఎందువల్ల?

జ: కింది సందర్భాల్లో సమాంతర సంధానం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. 

           i) [ r >> R ]  అంతర్నిరోధం బాహ్య నిరోధం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు

           ii) అధిక విద్యుత్ ప్రవాహం అవసరం అయినప్పుడు