ਅੰਧਰ 2 ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਸਟੈਟਿਕ ਪਾਵਰ ਅਤੇ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸਰ
ਅਭਿਆਸ
2.1 ਦੋ ਚਾਰਜ $5 \times 10^{-8} \mathrm{C}$ ਅਤੇ $-3 \times 10^{-8} \mathrm{C}$ ਨੂੰ $16 \mathrm{~cm}$ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਰੱਖਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ। ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਨੂੰ ਜੋੜਨ ਵਾਲੀ ਰੇਖਾ ‘ਤੇ ਕਿਤੇ ਸਥਾਨਾਂ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪਾਵਰ ਸਿਫਰ ਹੈ? ਅਨੁਮਾਨ ਕਰੋ ਕਿ ਅਨੁਕੂਲ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਸਿਫਰ ਹੈ।
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਦੋ ਚਾਰਜ ਹਨ,
$q_{1}=5 \times 10^{-8} \mathrm{C}$
$q_{2}=-3 \times 10^{-8} \mathrm{C}$
ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੀ ਦੂਰੀ, $d=16 \mathrm{~cm}=0.16 \mathrm{~m}$
ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਨੂੰ ਜੋੜਨ ਵਾਲੀ ਰੇਖਾ ‘ਤੇ ਇੱਕ ਸਥਾਨ $\mathrm{P}$ ਦੀ ਵਿਚਾਰ ਕਰੋ, ਜੋ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਤਸਵੀਰ ‘ਚ ਦਿਖਾਈ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਹੈ।
$r=$ ਚਾਰਜ $q_{1}$ ਤੋਂ ਸਥਾਨ $\mathrm{P}$ ਦੀ ਦੂਰੀ
ਜੇਕਰ ਸਥਾਨ $\mathrm{P}$ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪਾਵਰ $(V)$ ਸਿਫਰ ਹੈ, ਤਾਂ ਉਹ ਹੈ।
ਸਥਾਨ $\mathrm{P}$ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਦੇ ਦੋ ਚਾਰਜ $q_{1}$ ਅਤੇ $q_{2}$ ਦੁਆਰਾ ਕਾਰਨ ਹੋਏ ਪਾਵਰਾਂ ਦਾ ਯੋਗ ਹੈ।
$\therefore V=\frac{q_{1}}{4 \pi \in_{0} r}+\frac{q_{2}}{4 \pi \in_{0}(d-r)}$
ਜਿੱਥੇ,
$\in_{0}=$ ਮੁਕਤ ਵਾਸਤਵਿਕ ਮਹਿਸੂਸ ਦੀ ਪਰੰਪਰਾ
$V=0$ ਦੇ ਲਈ, ਸਮੀਖਿਆ (i) ਨੂੰ ਘਟਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ
$$ \begin{aligned} & \frac{q_{1}}{4 \pi \in_{0} r}=-\frac{q_{2}}{4 \pi \in_{0}(d-r)} \\ & \frac{q_{1}}{r}=\frac{-q_{2}}{d-r} \\ & \frac{5 \times 10^{-8}}{r}=-\frac{\left(-3 \times 10^{-8}\right)}{(0.16-r)} \\ & \frac{0.16}{r}-1=\frac{3}{5} \\ & \frac{0.16}{r}=\frac{8}{5} \\ & \therefore r=0.1 \mathrm{~m}=10 \mathrm{~cm} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਚਾਰਜ ਦੇ ਇੱਕ ਨਕਲੀ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਸਿਫਰ ਹੈ।
ਜੇਕਰ ਸਥਾਨ $\mathrm{P}$ ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਦੇ ਸਿਸਟਮ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਹੈ $s$ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਨਕਲੀ ਚਾਰਜ ਤੋਂ, ਜਿੱਥੇ ਪਾਵਰ ਸਿਫਰ ਹੈ, ਜੋ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਤਸਵੀਰ ‘ਚ ਦਿਖਾਈ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਹੈ।
ਇਸ ਰਕਮ ਦੇ ਲਈ, ਪਾਵਰ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{equation*} V=\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0} s}+\frac{q_{2}}{4 \pi \in_{0}(s-d)} \tag{ii} \end{equation*} $$
$V=0$ ਦੇ ਲਈ, ਸਮੀਖਿਆ (ii) ਨੂੰ ਘਟਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ
$$ \frac{q_{1}}{4 \pi \in_{0} s}=-\frac{q_{2}}{4 \pi \in_{0}(s-d)} $$
$\frac{q_{1}}{s}=\frac{-q_{2}}{s-d}$
$\frac{5 \times 10^{-8}}{s}=-\frac{\left(-3 \times 10^{-8}\right)}{(s-0.16)}$
$1-\frac{0.16}{s}=\frac{3}{5}$
$\frac{0.16}{s}=\frac{2}{5}$
$\therefore s=0.4 \mathrm{~m}=40 \mathrm{~cm}$
ਇਸ ਲਈ, ਦੋ ਚਾਰਜਾਂ ਦੇ ਸਿਸਟਮ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਚਾਰਜ ਦੇ ਇੱਕ ਨਕਲੀ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਸਿਫਰ ਹੈ।
2.2 ਸਰਲ ਹੈਕਸਾਗਨ ਦੀ ਸਾਈਡ $10 \mathrm{~cm}$ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਹਾਈਪੋਨ ਤੋਂ ਇੱਕ ਚਾਰਜ $5 \mu \mathrm{C}$ ਹਰ ਇਕ ਕੋਨੇ ‘ਤੇ ਹੈ। ਹੈਕਸਾਗਨ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰੋ।
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਤਸਵੀਰ ਵਿੱਚ ਹੈਕਸਾਗਨ ਦੇ ਕੋਨਿਆਂ ‘ਤੇ ਛੋਟੇ ਚਾਰਜ $q$ ਦਿਖਾਈ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਹੈ।
ਜਿੱਥੇ,
ਚਾਰਜ, $q=5 \mu \mathrm{C}=5 \times 10^{-6} \mathrm{C}$
ਹੈਕਸਾਗਨ ਦੀ ਸਾਈਡ, $l=\mathrm{AB}=\mathrm{BC}=\mathrm{CD}=\mathrm{DE}=\mathrm{EF}=\mathrm{FA}=10 \mathrm{~cm}$
ਹਰ ਕੋਨੇ ਤੋਂ ਕੇਂਦਰ ਦੀ ਦੂਰੀ $\mathrm{O}, d=10 \mathrm{~cm}$
ਸਥਾਨ $\mathrm{O}$ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪਾਵਰ,
$$ V=\frac{6 \times q}{4 \pi \epsilon_{0} d} $$
ਜਿੱਥੇ,
$$ \in_{0}=\text { Permittivity of free space } $$
$$ \begin{aligned} & \frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}}=9 \times 10^{9} \mathrm{~N} \mathrm{C}^{-2} \mathrm{~m}^{-2} \\ & \therefore V=\frac{6 \times 9 \times 10^{9} \times 5 \times 10^{-6}}{0.1} \\ & \quad=2.7 \times 10^{6} \mathrm{~V} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਹੈਕਸਾਗਨ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ $2.7 \times 10^{6} \mathrm{~V}$ ਹੈ।
2.3 ਦੋ ਚਾਰਜ $2 \mu \mathrm{C}$ ਅਤੇ $-2 \mu \mathrm{C}$ ਸਥਾਨ $\mathrm{A}$ ਅਤੇ $\mathrm{B} 6 \mathrm{~cm}$ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਰੱਖੇ ਗਏ ਹਨ।
(ਏ) ਇਸ ਸਿਸਟਮ ਦਾ ਇੱਕ ਇਕੀਕੀ ਪਾਵਰ ਪੱਧਰ ਪਤਾ ਕਰੋ।
(ਬੀ) ਇਸ ਪੱਧਰ ‘ਤੇ ਹਰ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਕੀ ਹੈ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਤਸਵੀਰ ‘ਚ ਪਰਿਸਥਿਤੀ ਦਿਖਾਈ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਹੈ।
ਇਕੀਕੀ ਪਾਵਰ ਪੱਧਰ ਇਹ ਪਲੇਨ ਹੈ ਜਿਸ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਹਰ ਜਗ੍ਹਾ ‘ਤੇ ਸਿਫਰ ਹੈ। ਇਹ ਪਲੇਨ ਰੇਖਾ $\mathrm{AB}$ ਦੇ ਨਿੱਤਲ ਹੈ। ਪਲੇਨ ਰੇਖਾ $\mathrm{AB}$ ਦੀ ਮੱਧ ਸਥਾਨਾਂ ‘ਤੇ ਰੱਖਿਆ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਚਾਰਜਾਂ ਦੀ ਮਹੱਤਵ ਵਿੱਚ ਇਕੱਠੀਆਂ ਹਨ।
ਇਸ ਪੱਧਰ ‘ਤੇ ਹਰ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਇਸ ਪਲੇਨ ਦੇ ਨਿੱਤਲ ਹੈ $\mathrm{AB}$ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ‘ਚ।
2.4 ਇੱਕ ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ਦਾ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹਾ $12 \mathrm{~cm}$ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸ ਦੇ ਪ੍ਰਸਫ਼ਿਕ ਤੇ ਇਕੱਠਾ ਚਾਰਜ $1.6 \times 10^{-7} \mathrm{C}$ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਕੀ ਹੈ
(ਏ) ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਅੰਦਰ
(ਬੀ) ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਬਾਹਰ ਹੁਣੇ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ
(ਸੀ) ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ਤੋਂ ਇੱਕ ਸਥਾਨ $18 \mathrm{~cm}$ ‘ਤੇ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ਦਾ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹਾ, $r=12 \mathrm{~cm}=0.12 \mathrm{~m}$
ਚਾਰਜ ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ‘ਤੇ ਇਕੱਠਾ ਹੈ, $q=1.6 \times 10^{-7} \mathrm{C}$
ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ਦੇ ਅੰਦਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਸਿਫਰ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ ਕਿਉਂਕਿ ਜੇਕਰ ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ਦੇ ਅੰਦਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਹੋਵੇ, ਤਾਂ ਚਾਰਜ ਇਸਨੂੰ ਨਿਊਟਰਲਾਈਜ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਨਗੇ।
ਗੋਲੀ ਰੇਖਾ ਦੇ ਬਾਹਰ ਹੁਣੇ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ $E$ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ E=\frac{q}{4 \pi \epsilon_{0} r^{2}} $$
ਜਿੱਥੇ,
$$ \epsilon_{0}=\text { Permittivity of free space } $$
$\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}}=9 \times 10^{9} \mathrm{~N} \mathrm{~m}^{2} \mathrm{C}^{-2}$
$\therefore E=\frac{1.6 \times 10^{-7} \times 9 \times 10^{-9}}{(0.12)^{2}}$
$=10^{5} \mathrm{~N} \mathrm{C}^{-1}$
ਇਸ ਲਈ, ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਬਾਹਰ ਹੁਣੇ ਸਥਾਨ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ $10^{5} \mathrm{~N} \mathrm{C}^{-1}$ ਹੈ।
ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ਤੋਂ ਇੱਕ ਸਥਾਨ $18 \mathrm{~m}$ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ $=E_{1}$
ਕੇਂਦਰ ਤੋਂ ਸਥਾਨ ਦੀ ਦੂਰੀ, $d=18 \mathrm{~cm}=0.18 \mathrm{~m}$
$$ \begin{aligned} E_{1} & =\frac{q}{4 \pi \in_{0} d^{2}} \\ & =\frac{9 \times 10^{9} \times 1.6 \times 10^{-7}}{\left(18 \times 10^{-2}\right)^{2}} \\ & =4.4 \times 10^{4} \mathrm{~N} / \mathrm{C} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਗੋਲੀ ਤ੍ਰਿਜ੍ਹੇ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ਤੋਂ ਇੱਕ ਸਥਾਨ $18 \mathrm{~cm}$ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰ ਹੈ
$4.4 \times 10^{4} \mathrm{~N} / \mathrm{C}$
2.5 ਇੱਕ ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਵਿੱਚ ਹਵਾ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ $8 \mathrm{pF}\left(1 \mathrm{pF}=10^{-12} \mathrm{~F}\right)$ ਹੈ। ਜੇਕਰ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਨੂੰ ਅੰਡਰ ਵੱਜਾ ਦੇ ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੀ ਥਾਂ ‘ਤੇ ਇੱਕ ਮਹਿਸੂਸ ਭਰਨ ਵਾਲੀ ਸਮਾਂਤਰ ਸਥਾਨਾਂ ਨੂੰ ਭਰਨਗੀ, ਤਾਂ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਕੀ ਹੋਵੇਗੀ?
Show Answer
ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟਾਂ ਦੇ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਵਿੱਚ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $\mathrm{C}=8 \mathrm{pF}$
ਪਹਿਲੀ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਸੀ $d$ ਅਤੇ ਇਹ ਹਵਾ ਨਾਲ ਭਰੀ ਸੀ। ਹਵਾ ਦਾ ਮਹਿਸੂਸ ਪਰੰਪਰਾ, $k=1$
ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C$, ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{align*} C & =\frac{k \in_{0} A}{d} \\ & =\frac{\in_{0} A}{d} \tag{i} \end{align*} $$
ਜਿੱਥੇ,
$A=$ ਹਰ ਪਲੇਟ ਦਾ ਖੇਤਰ
$$ \epsilon_{0}=\text { Permittivity of free space } $$
ਜੇਕਰ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਨੂੰ ਅੰਡਰ ਵੱਜਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਨਵੀਂ ਦੂਰੀ, $d=\frac{d}{2}$
ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਭਰਨ ਵਾਲੀ ਸਮਾਂਤਰ ਸਥਾਨਾਂ ਦਾ ਮਹਿਸੂਸ ਪਰੰਪਰਾ, $k^{\prime}=6$
ਇਸ ਲਈ, ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਬਣਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ
$$ \begin{equation*} C^{\prime}=\frac{k^{\prime} \in_{0} A}{d^{\prime}}=\frac{6 \in_{0} A}{\frac{d}{2}} \tag{ii} \end{equation*} $$
ਸਮੀਖਿਆਵਾਂ (i) ਅਤੇ (ii) ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਅਨੁਪਾਤ ਕਰਕੇ, ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ
$$ \begin{aligned} C^{\prime} & =2 \times 6 C \\ & =12 C \\ & =12 \times 8=96 \mathrm{pF} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਹੈ $96 \mathrm{pF}$।
2.6 ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਦੇ ਤਿੰਨ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਹਨ ਜੋ ਕਮਜ਼ੋਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਜੋੜੇ ਗਏ ਹਨ।
(ਏ) ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਦਾ ਕੁੱਲ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਕੀ ਹੈ?
(ਬੀ) ਜੇਕਰ ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਇੱਕ $120 \mathrm{~V}$ ਸਪਲਾਈ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਹਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਕੀ ਹੈ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਹਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C=9 \mathrm{pF}$
ਕੈਪੇਸਿਟਰਾਂ ਦੀ ਕਮਜ਼ੋਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ $\left(C^{\prime}\right)$ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{aligned} \frac{1}{C^{\prime}} & =\frac{1}{C}+\frac{1}{C}+\frac{1}{C} \\ & =\frac{1}{9}+\frac{1}{9}+\frac{1}{9}=\frac{3}{9}=\frac{1}{3} \end{aligned} $$
$\therefore C^{\prime}=3 \mu \mathrm{F}$
ਇਸ ਲਈ, ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਦਾ ਕੁੱਲ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਹੈ $3 \mu \mathrm{F}$।
ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ, $V=100 \mathrm{~V}$
ਹਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ ਦੇ ਇੱਕ ਤਿੰਨ ਹਿੱਸੇ ਵਰਗੇ ਹੋਵੇਗੀ।
$$ \therefore V^{\prime}=\frac{V}{3}=\frac{120}{3}=40 \mathrm{~V} $$
ਇਸ ਲਈ, ਹਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਤੇ ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਹੈ $40 \mathrm{~V}$।
2.7 ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਦੇ ਤਿੰਨ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਹਨ $2 \mathrm{pF}, 3 \mathrm{pF}$ ਅਤੇ $4 \mathrm{pF}$ ਜੋ ਕਮਜ਼ੋਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਜੋੜੇ ਗਏ ਹਨ।
(ਏ) ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਦਾ ਕੁੱਲ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਕੀ ਹੈ?
(ਬੀ) ਜੇਕਰ ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਇੱਕ $100 \mathrm{~V}$ ਸਪਲਾਈ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਹਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰੋ।
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਦਿੱਤੇ ਕੈਪੇਸਿਟਰਾਂ ਦੀ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਹੈ
$$ \begin{aligned} & C_{1}=2 \mathrm{pF} \\ & C_{2}=3 \mathrm{pF} \\ & C_{3}=4 \mathrm{pF} \end{aligned} $$
ਕੈਪੇਸਿਟਰਾਂ ਦੀ ਕਮਜ਼ੋਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਕੈਪੇਸਿਟਰ $C^{\prime}$ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇਹ ਅਲਜੇਬਰਿਕ ਯੋਗ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ C^{\prime}=2+3+4=9 \mathrm{pF} $$
ਇਸ ਲਈ, ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਦਾ ਕੁੱਲ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਹੈ $9 \mathrm{pF}$।
ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ, $V=100 \mathrm{~V}$
ਹਰ ਤਿੰਨ ਕੈਪੇਸਿਟਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੋਲਟੇਜ ਇਕੱਠੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ $=V=100 \mathrm{~V}$
ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ $C$ ਅਤੇ ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ $V$ ਦੇ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$q=V C \ldots$ (i)
$\mathrm{C}=2 \mathrm{pF}$ ਦੇ ਲਈ,
ਚਾਰਜ $=V C=100 \times 2=200 \mathrm{pC}=2 \times 10^{-10} \mathrm{C}$
$\mathrm{C}=3 \mathrm{pF}$ ਦੇ ਲਈ,
ਚਾਰਜ $=V C=100 \times 3=300 \mathrm{pC}=3 \times 10^{-10} \mathrm{C}$
$\mathrm{C}=4 \mathrm{pF}$ ਦੇ ਲਈ,
ਚਾਰਜ $=V C=100 \times 4=200 \mathrm{pC}=4 \times 10^{-10} \mathrm{C}$
2.8 ਹਵਾ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸਿਟਰ, ਹਰ ਪਲੇਟ ਦਾ ਖੇਤਰ ਹੈ $6 \times 10^{-3} \mathrm{~m}^{2}$ ਅਤੇ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਹੈ $3 \mathrm{~mm}$। ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਗਣਨਾ ਕਰੋ। ਜੇਕਰ ਇਸ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨੂੰ ਇੱਕ $100 \mathrm{~V}$ ਸਪਲਾਈ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦੇ ਹਰ ਪਲੇਟ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਕੀ ਹੈ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦੀ ਹਰ ਪਲੇਟ ਦਾ ਖੇਤਰ, $A=6 \times 10^{-3} \mathrm{~m}^{2}$
ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ, $d=3 \mathrm{~mm}=3 \times 10^{-3} \mathrm{~m}$
ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ, $V=100 \mathrm{~V}$
ਸਮਾਂਤਰ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$C=\frac{\in_{0} A}{d}$
ਜਿੱਥੇ,
$$ \epsilon_{0}=\text { Permittivity of free space } $$
$=8.854 \times 10^{-12} \mathrm{~N}^{-1} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{C}^{-2}$
$$ \begin{aligned} \therefore C & =\frac{8.854 \times 10^{-12} \times 6 \times 10^{-3}}{3 \times 10^{-3}} \\ & =17.71 \times 10^{-12} \mathrm{~F} \\ & =17.71 \mathrm{pF} \end{aligned} $$
ਪਾਵਰ $V$ ਚਾਰਜ $q$ ਅਤੇ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ $C$ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ ਹੈ
$$ \begin{aligned} & V=\frac{q}{C} \\ & \therefore q=V C \\ & =100 \times 17.71 \times 10^{-12} \\ & =1.771 \times 10^{-9} \mathrm{C} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਹੈ $17.71 \mathrm{pF}$ ਅਤੇ ਹਰ ਪਲੇਟ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਹੈ $1.771 \times$ $10^{-9} \mathrm{C}$।
2.9 ਅਭਿਆਸ 2.8 ‘ਚ ਦਿੱਤੇ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਚ ਇੱਕ $3 \mathrm{~mm}$ ਥੋੜ੍ਹੀ ਮਾਈਕਾ ਸ਼ੀਟ (ਮਹਿਸੂਸ ਪਰੰਪਰਾ $=6$ ) ਨੂੰ ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪਾਇਆ ਜਾਵੇ, ਜਾਂਚ ਕਰੋ ਕਿ ਕੀ ਹੋਵੇਗਾ,
(ਏ) ਜਦੋਂ ਵੋਲਟੇਜ ਸਪਲਾਈ ਨੂੰ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇ।
(ਬੀ) ਜਦੋਂ ਸਪਲਾਈ ਨੂੰ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇ।
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਮਾਈਕਾ ਸ਼ੀਟ ਦਾ ਮਹਿਸੂਸ ਪਰੰਪਰਾ, $k=6$
ਪਹਿਲੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C=1.771 \times 10^{-11} \mathrm{~F}$
ਨਵਾਂ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C^{\prime}=k C=6 \times 1.771 \times 10^{-11}=106 \mathrm{pF}$
ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ, $V=100 \mathrm{~V}$
ਨਵਾਂ ਚਾਰਜ, $q^{\prime}=C^{\prime} V=6 \times 1.771 \times 10^{-9}=1.06 \times 10^{-8} \mathrm{C}$
ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪਾਵਰ ਨੂੰ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ $100 \mathrm{~V}$।
ਮਹਿਸੂਸ ਪਰੰਪਰਾ, $k=6$
ਪਹਿਲੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C=1.771 \times 10^{-11} \mathrm{~F}$
ਨਵਾਂ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C^{\prime}=k C=6 \times 1.771 \times 10^{-11}=106 \mathrm{pF}$
ਜੇਕਰ ਸਪਲਾਈ ਵੋਲਟੇਜ ਨੂੰ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਪਲੇਟਾਂ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਦੀ ਮਹੱਤਵ ਵਿੱਚ ਕੋਈ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨਹੀਂ ਹੋਵੇਗਾ।
ਚਾਰਜ $=1.771 \times 10^{-9} \mathrm{C}$
ਪਲੇਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪਾਵਰ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{aligned} \therefore V^{\prime} & =\frac{q}{C^{\prime}} \\ & =\frac{1.771 \times 10^{-9}}{106 \times 10^{-12}} \\ & =16.7 \mathrm{~V} \end{aligned} $$
2.10 ਇੱਕ $12 \mathrm{pF}$ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨੂੰ ਇੱਕ $50 \mathrm{~V}$ ਬੈਟਰੀ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਚ ਕਿੰਨਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C=12 \mathrm{pF}=12 \times 10^{-12} \mathrm{~F}$
ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ, $V=50 \mathrm{~V}$
ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{aligned} E & =\frac{1}{2} C V^{2} \\ & =\frac{1}{2} \times 12 \times 10^{-12} \times(50)^{2} \\ & =1.5 \times 10^{-8} \mathrm{~J} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਹੈ $1.5 \times 10^{-8} \mathrm{~J}$।
2.11 ਇੱਕ $600 \mathrm{pF}$ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨੂੰ ਇੱਕ $200 \mathrm{~V}$ ਸਪਲਾਈ ਨਾਲ ਚਾਰਜ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਨੂੰ ਸਪਲਾਈ ਤੋਂ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਇੱਕ ਬਿਨਾਂ ਚਾਰਜ ਹੋਏ $600 \mathrm{pF}$ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ‘ਚ ਕਿੰਨੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਖਤਮ ਹੁੰਦੀ ਹੈ?
Show Answer
ਜਵਾਬ
ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਦਾ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ, $C=600 \mathrm{pF}$
ਪਾਵਰ ਦੀ ਤੁਲਨਾ, $V=200 \mathrm{~V}$
ਕੈਪੇਸਿਟਰ ‘ਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{aligned} E & =\frac{1}{2} C V^{2} \\ & =\frac{1}{2} \times\left(600 \times 10^{-12}\right) \times(200)^{2} \\ & =1.2 \times 10^{-5} \mathrm{~J} \end{aligned} $$
ਜੇਕਰ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨੂੰ ਸਪਲਾਈ ਤੋਂ ਬਰਖਾਸਤ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇ ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਕੈਪੇਸਿਟੈਸ ਦੇ ਇੱਕ ਨਵੇਂ ਕੈਪੇਸਿਟਰ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਵੇ $C=600$ $\mathrm{pF}$, ਤਾਂ ਕੰਬਿਨੇਸ਼ਨ ਦਾ ਸਮਾਨ ਕੈਪੇਸਿਟੈਂਸ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ,
$$ \begin{aligned} & \frac{1}{C^{\prime}}=\frac{1}{C}+\frac{1}{C} \\ & \quad=\frac{1}{600}+\frac{1}{600}=\frac{2}{600}=\frac{1}{300} \\ & \therefore C^{\prime}=300 \mathrm{pF} \end{aligned} $$
ਨਵੀਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ
$$ \begin{aligned} E^{\prime} & =\frac{1}{2} \times C^{\prime} \times V^{2} \\ & =\frac{1}{2} \times 300 \times(200)^{2} \\ & =0.6 \times 10^{-5} \mathrm{~J} \end{aligned} $$
ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਤਮੀ $=E-E^{\prime}$
$$ \begin{aligned} & =1.2 \times 10^{-5}-0.6 \times 10^{-5} \\ & =0.6 \times 10^{-5} \\ & =6 \times 10^{-6} \mathrm{~J} \end{aligned} $$
ਇਸ ਲਈ, ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ‘ਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਸਟੈਟਿਕ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਤਮੀ ਹੈ $6 \times 10^{-6} \mathrm{~J}$।