ચેપ્ટર 3 વર્તમાન વીજવાળીયાનો વિજ્ઞાન
અભ્યાસો
3.1 કારની સ્ટોરેજ બેટરીની ઇમ્ફ $12 \mathrm{~V}$ છે. જો બેટરીની આંતરિક પ્રતિબંધની કિંમત $0.4 \Omega$ હોય, તો બેટરીમાંથી કેટલો મહત્તમ કરેન્ટ લઈ શકાય?
Show Answer
જવાબ
બેટરીની ઇમ્ફ, $E=12 \mathrm{~V}$
બેટરીની આંતરિક પ્રતિબંધ, $r=0.4 \Omega$
બેટરીમાંથી લઈને આવેલો મહત્તમ કરેન્ટ $=I$
ઓહ્મના નિયમ મુજબ,
$$ \begin{aligned} E & =I r \\ I & =\frac{E}{r} \\ & =\frac{12}{0.4}=30 \mathrm{~A} \end{aligned} $$
આપેલી બેટરીમાંથી લઈને આવેલો મહત્તમ કરેન્ટ $30 \mathrm{~A}$ છે.
3.2 ઇમ્ફ $10 \mathrm{~V}$ અને આંતરિક પ્રતિબંધ $3 \Omega$ ધરાવતી બેટરી રેસિસ્ટરની સાથે જોડાયેલી છે. જો રસ્તામાં કરેન્ટ $0.5 \mathrm{~A}$ હોય, તો રેસિસ્ટરની કિંમત શોધો? જ્યારે રસ્તો બંધ થાય છે ત્યારે બેટરીનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ શોધો?
Show Answer
જવાબ
બેટરીની ઇમ્ફ, $E=10 \mathrm{~V}$
બેટરીની આંતરિક પ્રતિબંધ, $r=3 \Omega$
રસ્તામાં કરેન્ટ, $I=0.5 \mathrm{~A}$
રેસિસ્ટરની કિંમત $=R$
ઓહ્મના નિયમ મુજબ કરેન્ટ માટેનો સંબંધ,
$I=\frac{E}{R+r}$
$R+r=\frac{E}{I}$
$=\frac{10}{0.5}=20 \Omega$
$\therefore R=20-3=17 \Omega$
રેસિસ્ટરનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ $=V$
ઓહ્મના નિયમ મુજબ,
$V=I R$
$=0.5 \times 17$
$=8.5 \mathrm{~V}$
તેથી, રેસિસ્ટરની કિંમત $17 \Omega$ છે અને ટર્મિનલ વોલ્ટેજ $8.5 \mathrm{~V}$ છે.
3.3 રૂમ તાપમાન $\left(27.0{ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$ પર તપાવનારી એલિમેન્ટની પ્રતિબંધની કિંમત $100 \Omega$ છે. જો તાપમાનની કિંમત તપાવવામાં આવી હોય છે તો તે $117 \Omega$ થાય છે, તો રેસિસ્ટરના સામગ્રીના સામગ્રીનો તાપમાન કયો છે, જેનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ $1.70 \times 10^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$ છે.
Show Answer
જવાબ
રૂમ તાપમાન, $T=27^{\circ} \mathrm{C}$
$T, R=100 \Omega$ પર તપાવનારી એલિમેન્ટની પ્રતિબંધની કિંમત
એલિમેન્ટનો તાપમાન $T_{1}$ છે.
$T_{1}, R_{1}=117 \Omega$ પર તપાવનારી એલિમેન્ટની પ્રતિબંધની કિંમત
એલિમેન્ટના સામગ્રીનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ,
$\alpha=1.70 \times 10^{-4 \circ} \mathrm{C}^{-1}$
$\alpha$ તાપમાન અને પ્રતિબંધ વચ્ચે નીતિ દ્વારા આપવામાં આવે છે,
$\alpha=\frac{R_{1}-R}{R\left(T_{1}-T\right)}$
$T_{1}-T=\frac{R_{1}-R}{R \alpha}$
$T_{1}-27=\frac{117-100}{100\left(1.7 \times 10^{-4}\right)}$
$T_{1}-27=1000$
$T_{1}=1027^{\circ} \mathrm{C}$
તેથી, $1027^{\circ} \mathrm{C}$ પર એલિમેન્ટની કિંમત $117 \Omega$ છે.
3.4 લંબાઈ $15 \mathrm{~m}$ અને એક એકર્થિક ક્ષેત્રફળ $6.0 \times 10^{-7} \mathrm{~m}^{2}$ ધરાવતા તરંગને નાનો કરેન્ટ પસાર થાય છે, અને તેની પ્રતિબંધની કિંમત $5.0 \Omega$ તરીકે માપવામાં આવી હોય છે. તરીકેના તાપમાન પર સામગ્રીનો રેસિસ્ટિવિટી શોધો?
Show Answer
જવાબ
તરંગની લંબાઈ, $l=15 \mathrm{~m}$
તરંગના ક્ષેત્રફળની કિંમત, $a=6.0 \times 10^{-7} \mathrm{~m}^{2}$
તરંગના સામગ્રીની પ્રતિબંધની કિંમત, $R=5.0 \Omega$
તરંગના સામગ્રીનો રેસિસ્ટિવિટી $=\rho$
રેસિસ્ટિવિટી સાથે પ્રતિબંધ નીતિ દ્વારા સંબંધિત છે
$$ \begin{aligned} R & =\rho \frac{l}{A} \\ \rho & =\frac{R A}{l} \\ & =\frac{5 \times 6 \times 10^{-7}}{15}=2 \times 10^{-7} \Omega \mathrm{m} \end{aligned} $$
તેથી, સામગ્રીનો રેસિસ્ટિવિટી $2 \times 10^{-7} \Omega \mathrm{m}$ છે.
3.5 વૈશ્વિક તરંગની પ્રતિબંધની કિંમત $2.1 \Omega$ છે તાપમાન $27.5^{\circ} \mathrm{C}$ પર, અને તાપમાન $100{ }^{\circ} \mathrm{C}$ પર તરંગની પ્રતિબંધની કિંમત $2.7 \Omega$ છે. વૈશ્વિકનો રેસિસ્ટિવિટીનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ નક્કી કરો.
Show Answer
જવાબ
તાપમાન, $T_{1}=27.5^{\circ} \mathrm{C}$
વૈશ્વિક તરંગની પ્રતિબંધની કિંમત $T_{1}, R_{1}=2.1 \Omega$ પર
તાપમાન, $T_{2}=100^{\circ} \mathrm{C}$
વૈશ્વિક તરંગની પ્રતિબંધની કિંમત $T_{2}, R_{2}=2.7 \Omega$ પર
વૈશ્વિકનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ $=\alpha$
તાપમાન અને પ્રતિબંધ વચ્ચે નીતિ દ્વારા સંબંધિત છે
$$ \begin{aligned} \alpha & =\frac{R_{2}-R_{1}}{R_{1}\left(T_{2}-T_{1}\right)} \\ & =\frac{2.7-2.1}{2.1(100-27.5)}=0.0039^{\circ} \mathrm{C}^{-1} \end{aligned} $$
તેથી, વૈશ્વિકનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ $0.0039^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$ છે.
3.6 નિક્રોમ ઉપયોગ કરીને તપાવનારી એલિમેન્ટ સપ્લાય $230 \mathrm{~V}$ ની સાથે જોડાયેલો છે અને તે પ્રારંભિક કરેન્ટ 3.2 A લઈ શકે છે જે થોડા સેકંડમાં સ્થિર કિંમત $2.8 \mathrm{~A}$ પર સ્થિર થાય છે. જો રૂમ તાપમાન $27.0 ^{\circ} \mathrm{C}$ હોય છે તો તપાવનારી એલિમેન્ટનો સ્થિર તાપમાન શોધો? વર્ગમાંથી વરતાળ તાપમાન પર નિક્રોમનો પ્રતિબંધનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ $1.70 \times 10 ^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C} ^{-1}$ છે.
Show Answer
જવાબ
સપ્લાય વોલ્ટેજ, $V=230 \mathrm{~V}$
પ્રારંભિક કરેન્ટ લઈને આવેલો, $I_{1}=3.2 \mathrm{~A}$
પ્રારંભિક પ્રતિબંધ $=R_{1}$, જેની કિંમત નીતિ દ્વારા આપવામાં આવે છે,
$$ \begin{aligned} R_{1} & =\frac{V}{I} \\ & =\frac{230}{3.2}=71.87 \Omega \end{aligned} $$
સ્થિર સ્થિતિમાં કરેન્ટની કિંમત, $I_{2}=2.8 \mathrm{~A}$
સ્થિર સ્થિતિમાં પ્રતિબંધ $=R_{2}$, જેની કિંમત નીતિ દ્વારા આપવામાં આવે છે $R_{2}=\frac{230}{2.8}=82.14 \Omega$
નિક્રોમનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ, $\alpha=1.70 \times 10^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$
નિક્રોમનો પ્રારંભિક તાપમાન, $T_{1}=27.0^{\circ} \mathrm{C}$
નિક્રોમ દ્વારા પહોંચાડવામાં આવેલો સ્થિર સ્થિતિનો તાપમાન $=T_{2}$
$T_{2}$ નીતિ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે $\alpha$,
$\alpha=\frac{R_{2}-R_{1}}{R_{1}\left(T_{2}-T_{1}\right)}$
$T_{2}-27^{\circ} \mathrm{C}=\frac{82.14-71.87}{71.87 \times 1.7 \times 10^{-4}}=840.5$
$T_{2}=840.5+27=867.5^{\circ} \mathrm{C}$
તેથી, તપાવનારી એલિમેન્ટનો સ્થિર તાપમાન $867.5^{\circ} \mathrm{C}$ છે
3.7 ચિત્ર 3.20 માં દર્શાવેલ નેટવર્કમાં દરેક શાખામાં કરેન્ટની કિંમત નક્કી કરો:
ચિત્ર 3.20
Show Answer
સામગ્રી ગુમ છે
3.8 ઇમ્ફ $8.0 \mathrm{~V}$ અને આંતરિક પ્રતિબંધ $0.5 \Omega$ ધરાવતી સ્ટોરેજ બેટરી સિર્સ રેસિસ્ટર $15.5 \Omega$ ની સાથે સિર્સ રેસિસ્ટર દ્વારા સપ્લાય $120 \mathrm{~V}$ ડીસી ની સાથે ચાર્જ થઈ રહી છે. ચાર્જ કરતી વખતે બેટરીનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ શોધો? ચાર્જ રસ્તામાં સિર્સ રેસિસ્ટરનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવામાં આવે છે?
Show Answer
જવાબ
સ્ટોરેજ બેટરીની ઇમ્ફ, $E=8.0 \mathrm{~V}$
બેટરીની આંતરિક પ્રતિબંધ, $r=0.5 \Omega$
ડીસી સપ્લાય વોલ્ટેજ, $V=120 \mathrm{~V}$
રેસિસ્ટરની કિંમત, $R=15.5 \Omega$
રસ્તામાં અસરકારક વોલ્ટેજ $=V^{1}$
$R$ સિર્સ રેસિસ્ટર દ્વારા સ્ટોરેજ બેટરીની સાથે જોડાયેલી છે. તેથી, તે લખી શકાય છે
$V^{1}=V-E$
$V^{1}=120-8=112 \mathrm{~V}$
રસ્તામાં પસાર થતો કરેન્ટ $=I$, જેની કિંમત નીતિ દ્વારા આપવામાં આવે છે,
$$ \begin{aligned} I & =\frac{V^{1}}{R+r} \\ & =\frac{112}{15.5+5}=\frac{112}{16}=7 \mathrm{~A} \end{aligned} $$
રેસિસ્ટર પર વોલ્ટેજ $R$ ગુણોત્તર દ્વારા આપવામાં આવે છે, $I R=7 \times 15.5=108.5 \mathrm{~V}$
ડીસી સપ્લાય વોલ્ટેજ $=$ ટર્મિનલ વોલ્ટેજ બેટરી + રેસિસ્ટર $R$ પર વોલ્ટેજ ડ્રોપ
બેટરીનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ $=120-108.5=11.5 \mathrm{~V}$
ચાર્જ રસ્તામાં સિર્સ રેસિસ્ટર બાહ્ય સ્ત્રોતથી લઈને આવતા કરેન્ટને મર્યાદિત કરે છે. તેની અસંભવતામાં કરેન્ટ ખૂબ જ ઉંચો થશે. આ ખૂબ જ ખતરનાક છે.
3.9 ઉદાહરણ 3.1 માં અનુમાનિત કરવામાં આવેલ વિનામૂલ્ય રજૂઆત ધરાવતા તરંગના વિનામૂલ્ય રજૂઆત $8.5 \times 10^{28} \mathrm{~m}^{-3}$ છે. કપર તરંગની એક શાખા જેની લંબાઈ $3.0 \mathrm{~m}$ છે તેની એક અંતિમ બાજુથી બીજી અંતિમ બાજુ સુધી વિનામૂલ્ય રજૂઆત કેટલો સમય લાગે છે? તરંગના ક્ષેત્રફળની કિંમત $2.0 \times 10^{-6} \mathrm{~m}^{2}$ છે અને તે કરેન્ટ $3.0 \mathrm{~A}$ પસાર કરે છે.
Show Answer
જવાબ
તરંગના સામગ્રીમાં વિનામૂલ્ય રજૂઆતની ઘનસંખ્યા, $n=8.5 \times 10^{28} \mathrm{~m}^{-3}$ લંબાઈ ધરાવતા તરંગની કપર શાખા, $l=3.0 \mathrm{~m}$
તરંગના ક્ષેત્રફળની કિંમત, $A=2.0 \times 10^{-6} \mathrm{~m}^{2}$
તરંગ દ્વારા પસાર થતો કરેન્ટ, $I=3.0 \mathrm{~A}$, જેની કિંમત નીતિ દ્વારા આપવામાં આવે છે,
$I=n A \mathrm{e} V_{\mathrm{d}}$
જ્યાં,
$\mathrm{e}=$ વીજનો ચાર્જ $=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$
$V_{\mathrm{d}}=$ ડ્રિફ્ટ વેલોસિટી $=\frac{\text { Length of the wire }(l)}{\text { Time taken to cover } l(t)}$
$I=n A \mathrm{e} \frac{l}{t}$
$t=\frac{n A \mathrm{e} l}{I}$
$=\frac{3 \times 8.5 \times 10^{28} \times 2 \times 10^{-6} \times 1.6 \times 10^{-19}}{3.0}$
$=2.7 \times 10^{4} \mathrm{~s}$
તેથી, તરંગની એક અંતિમ બાજુથી બીજી અંતિમ બાજુ સુધી વિનામૂલ્ય રજૂઆત લાગે છે $2.7 \times 10^{4} \mathrm{~s}$.