فصل 3: موجودہ برقی رفتار
تمرینات
3.1 ایک کار کی ذخیرہ بیٹری کا ایم ایف $12 \mathrm{~V}$ ہے۔ اگر بیٹری کی اندرونی مقاومت $0.4 \Omega$ ہے، تو بیٹری سے حاصل کیا جا سکتی ہے زیادہ سے زیادہ تار؟
Show Answer
جواب
بیٹری کا ایم ایف، $E=12 \mathrm{~V}$
بیٹری کی اندرونی مقاومت، $r=0.4 \Omega$
بیٹری سے حاصل کیا جا سکتی ہے زیادہ سے زیادہ تار، $=I$
اوہم کے قانون کے مطابق،
$$ \begin{aligned} E & =I r \\ I & =\frac{E}{r} \\ & =\frac{12}{0.4}=30 \mathrm{~A} \end{aligned} $$
دیے گئے بیٹری سے حاصل کیا جا سکتی ہے زیادہ سے زیادہ تار $30 \mathrm{~A}$ ہے۔
3.2 ایک بیٹری جس کا ایم ایف $10 \mathrm{~V}$ اور اندرونی مقاومت $3 \Omega$ ہے، ایک مقاومت کے ساتھ جوڑی گئی ہے۔ اگر دونوں میں تار $0.5 \mathrm{~A}$ ہے، تو مقاومت کی مقدار کیا ہے؟ اور اگر دونوں میں تار ہے، تو بیٹری کا سرفہ ولٹیج کیا ہے؟
Show Answer
جواب
بیٹری کا ایم ایف، $E=10 \mathrm{~V}$
بیٹری کی اندرونی مقاومت، $r=3 \Omega$
دونوں میں تار، $I=0.5 \mathrm{~A}$
مقاومت کی مقدار، $=R$
اوہم کے قانون کے تعلق کے تحت،
$I=\frac{E}{R+r}$
$R+r=\frac{E}{I}$
$=\frac{10}{0.5}=20 \Omega$
$\therefore R=20-3=17 \Omega$
مقاومت کا سرفہ ولٹیج، $=V$
اوہم کے قانون کے تحت،
$V=I R$
$=0.5 \times 17$
$=8.5 \mathrm{~V}$
اس لیے، مقاومت کی مقدار $17 \Omega$ اور سرفہ ولٹیج $8.5 \mathrm{~V}$ ہے۔
3.3 دوپہر کی ٹھنڈک $\left(27.0{ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$ پر ایک گرم کرنے کے عنصر کی مقاومت $100 \Omega$ ہے۔ اگر مقاومت $117 \Omega$ ہو جائے، تو عنصر کی ٹھنڈک کیا ہے؟ مقاوم کے مواد کے ٹھنڈک کے معیار کو $1.70 \times 10^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$ فراہم کیا گیا ہے۔
Show Answer
جواب
دوپہر کی ٹھنڈک، $T=27^{\circ} \mathrm{C}$
گرم کرنے کے عنصر کی مقاومت $T, R=100 \Omega$
$T_{1}$ ایک اضافہ ٹھنڈک کے عنصر کے فلم کی ہے۔
گرم کرنے کے عنصر کی مقاومت $T_{1}, R_{1}=117 \Omega$
فلم کے مواد کا ٹھنڈک کا معیار،
$\alpha=1.70 \times 10^{-4 \circ} \mathrm{C}^{-1}$
$\alpha$ کی صورت میں دیا گیا ہے،
$\alpha=\frac{R_{1}-R}{R\left(T_{1}-T\right)}$
$T_{1}-T=\frac{R_{1}-R}{R \alpha}$
$T_{1}-27=\frac{117-100}{100\left(1.7 \times 10^{-4}\right)}$
$T_{1}-27=1000$
$T_{1}=1027^{\circ} \mathrm{C}$
اس لیے، $1027^{\circ} \mathrm{C}$ پر عنصر کی مقاومت $117 \Omega$ ہے۔
3.4 ایک توڑ $15 \mathrm{~m}$ لمبائی اور ایک منظم مساحت کے سیٹ $6.0 \times 10^{-7} \mathrm{~m}^{2}$ کے ساتھ ایک توڑ پر ایک بہت کم تار گزرتی ہے، اور اس کی مقاومت $5.0 \Omega$ ہو جاتی ہے۔ تجربے کی ٹھنڈک پر مواد کا مقاومت کا راسی کیا ہے؟
Show Answer
جواب
توڑ کی لمبائی، $l=15 \mathrm{~m}$
توڑ کی مساحت کے سیٹ، $a=6.0 \times 10^{-7} \mathrm{~m}^{2}$
توڑ کے مواد کی مقاومت، $R=5.0 \Omega$
توڑ کے مواد کا راسی، $=\rho$
مقاومت کا راسی کے تعلق،
$$ \begin{aligned} R & =\rho \frac{l}{A} \\ \rho & =\frac{R A}{l} \\ & =\frac{5 \times 6 \times 10^{-7}}{15}=2 \times 10^{-7} \Omega \mathrm{m} \end{aligned} $$
اس لیے، مواد کا راسی $2 \times 10^{-7} \Omega \mathrm{m}$ ہے۔
3.5 ایک نقیب توڑ $2.1 \Omega$ پر $27.5^{\circ} \mathrm{C}$ کی مقاومت $2.7 \Omega$ اور $100{ }^{\circ} \mathrm{C}$ پر $T_{1}=27.5^{\circ} \mathrm{C}$ ہے۔ نقیب کے مقاومت کے راسی کے ٹھنڈک کے معیار کا تعین کریں۔
Show Answer
جواب
ٹھنڈک، $T_{1}, R_{1}=2.1 \Omega$
نقیب توڑ کی مقاومت $T_{2}=100^{\circ} \mathrm{C}$
ٹھنڈک، $T_{2}, R_{2}=2.7 \Omega$
نقیب توڑ کی مقاومت $=\alpha$
نقیب کے ٹھنڈک کے معیار، $0.0039^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$
ٹھنڈک اور مقاومت کے تعلق کے تحت
$$ \begin{aligned} \alpha & =\frac{R_{2}-R_{1}}{R_{1}\left(T_{2}-T_{1}\right)} \\ & =\frac{2.7-2.1}{2.1(100-27.5)}=0.0039^{\circ} \mathrm{C}^{-1} \end{aligned} $$
اس لیے، نقیب کے ٹھنڈک کے معیار $230 \mathrm{~V}$ ہے۔
3.6 ایک گرم کرنے کے عنصر جو نکروم کا استعمال کرتا ہے، $2.8 \mathrm{~A}$ کے سپلائی کے ساتھ جوڑا گیا ہے، ایک اولین تار 3.2 A گزرتا ہے جو کچھ ثوانٍ بعد ایک مستقر قدر $27.0 ^{\circ} \mathrm{C}$ پر پہنچ جاتا ہے۔ اگر دوپہر کی ٹھنڈک $1.70 \times 10 ^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C} ^{-1}$ ہے، تو گرم کرنے کے عنصر کی مستقر ٹھنڈک کیا ہے؟ نکروم کے ٹھنڈک کے معیار کا اوسط $V=230 \mathrm{~V}$ ہے۔
Show Answer
جواب
سپلائی ولٹیج، $I_{1}=3.2 \mathrm{~A}$
اولین تار گزرتی ہے، $=R_{1}$
اولین مقاومت، جو کی صورت میں دیا گیا ہے،
$$ \begin{aligned} R_{1} & =\frac{V}{I} \\ & =\frac{230}{3.2}=71.87 \Omega \end{aligned} $$
مستقر حالت کی تار کی قدر، $I_{2}=2.8 \mathrm{~A}$
مستقر حالت پر مقاومت، جو کی صورت میں دیا گیا ہے، $=R_{2}$
نکروم کے ٹھنڈک کے معیار، $R_{2}=\frac{230}{2.8}=82.14 \Omega$
نکروم کی اولین ٹھنڈک، $\alpha=1.70 \times 10^{-4}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$
نکروم کی مستقر حالت پر ٹھنڈک حاصل کرنے کی صورت، $T_{1}=27.0^{\circ} \mathrm{C}$
$=T_{2}$ کو $T_{2}$ کے تعلق کے تحت حاصل کیا جا سکتا ہے،
$\alpha$
$\alpha=\frac{R_{2}-R_{1}}{R_{1}\left(T_{2}-T_{1}\right)}$
$T_{2}-27^{\circ} \mathrm{C}=\frac{82.14-71.87}{71.87 \times 1.7 \times 10^{-4}}=840.5$
اس لیے، گرم کرنے کے عنصر کی مستقر ٹھنڈک $T_{2}=840.5+27=867.5^{\circ} \mathrm{C}$ ہے۔
3.7 فیگ 3.20 میں دکھائی دی گئی نیٹ ورک کے ہر درجے میں تار کا تعین کریں:
فیگ 3.20
Show Answer
مواد غائب
3.8 ایک ذخیرہ بیٹری جس کا ایم ایف $8.0 \mathrm{~V}$ اور اندرونی مقاومت $0.5 \Omega$ ہے، ایک $120 \mathrm{~V}$ دی سی سپلائی کے ساتھ جوڑی گئی ہے، ایک سیٹیس ریزسٹر کے ساتھ جوڑی گئی ہے جس کی مقاومت $15.5 \Omega$ ہے۔ جھنڈی کرنے کے دوران بیٹری کا سرفہ ولٹیج کیا ہے؟ جھنڈی کرنے کے دوران سیٹیس ریزسٹر کی کونسی وجہ ہے؟
Show Answer
جواب
ذخیرہ بیٹری کا ایم ایف، $E=8.0 \mathrm{~V}$
بیٹری کی اندرونی مقاومت، $r=0.5 \Omega$
دی سی سپلائی ولٹیج، $V=120 \mathrm{~V}$
ریزسٹر کی مقاومت، $R=15.5 \Omega$
دونوں میں موجودہ ولٹیج، $=V^{1}$
$R$ دونوں میں سیٹیس کے طور پر جوڑا گیا ہے۔ اس لیے یہ ہو سکتا ہے
$V^{1}=V-E$
$V^{1}=120-8=112 \mathrm{~V}$
دونوں میں گزرتی تار، جو کی صورت میں دیا گیا ہے،
$$ \begin{aligned} I & =\frac{V^{1}}{R+r} \\ & =\frac{112}{15.5+5}=\frac{112}{16}=7 \mathrm{~A} \end{aligned} $$
ریزسٹر کے سرفہ پر ولٹیج، جو کے حاصل کرنے کے لیے دیا گیا ہے، $=I$
دی سی سپلائی ولٹیج، $R$ بیٹری کا سرفہ ولٹیج + $I R=7 \times 15.5=108.5 \mathrm{~V}$ پر ولٹیج گھٹنا
بیٹری کا سرفہ ولٹیج، $=$
جھنڈی کرنے کے دوران سیٹیس ریزسٹر دینی سے سے حاصل کیا جا سکتی ہے تار کو محدود کرتا ہے۔ اس کے غیر موجودہ ہونے پر تار بہت زیادہ ہو جائے گا۔ یہ بہت خطرناک ہے۔
3.9 ایک نقیب کنڈکٹر کے آزاد رہنما ایلیکٹرانز کی تعداد مثال 3.1 میں تخمینہ کی گئی ہے $R$۔ ایک ایلیکٹران کو ایک توڑ کے ایک سرے سے $=120-108.5=11.5 \mathrm{~V}$ لمبائی کے دوسرے سرے تک کتنی مدت گزارتا ہے؟ توڑ کی مساحت کے سیٹ $8.5 \times 10^{28} \mathrm{~m}^{-3}$ ہے اور اس کو ایک تار $3.0 \mathrm{~m}$ گزار رہا ہے۔
Show Answer
جواب
نقیب کنڈکٹر کے آزاد رہنما ایلیکٹرانز کی تعداد، $2.0 \times 10^{-6} \mathrm{~m}^{2}$ لمبائی کے نقیب توڑ، $3.0 \mathrm{~A}$
توڑ کی مساحت کے سیٹ، $n=8.5 \times 10^{28} \mathrm{~m}^{-3}$
توڑ کے ساتھ گزرتی تار، $l=3.0 \mathrm{~m}$، جو کی صورت میں دیا گیا ہے،
$A=2.0 \times 10^{-6} \mathrm{~m}^{2}$
جہاں،
$I=3.0 \mathrm{~A}$ برقی کرنش، $I=n A \mathrm{e} V_{\mathrm{d}}$
$\mathrm{e}=$ گھومتے سرعت، $=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$
$V_{\mathrm{d}}=$
$=\frac{\text { Length of the wire }(l)}{\text { Time taken to cover } l(t)}$
$I=n A \mathrm{e} \frac{l}{t}$
$t=\frac{n A \mathrm{e} l}{I}$
اس لیے، ایک ایلیکٹران کو توڑ کے ایک سرے سے دوسرے سرے تک گھومنے کے لیے گزاری جانے والی مدت $=\frac{3 \times 8.5 \times 10^{28} \times 2 \times 10^{-6} \times 1.6 \times 10^{-19}}{3.0}$ ہے۔