- Home
- Standard 12
- Physics
$110\; V , 12\; k\,Hz$ $ac$ સ્રોત સાથે $100 \;\mu \,F$ નું કેપેસીટર અને $40\; \Omega$ અવરોધ શ્રેણીમાં જોડેલ છે.
$(a)$ પરિપથમાં મહત્તમ પ્રવાહકેટલો હશે?
$(b)$ મહત્તમ પ્રવાહ અને મહત્તમ વોલ્ટેજ વચ્ચેનો સમય તફાવત કેટલો હશે?
$(a)$ અને $(b)$ નાં જવાબો મેળવો તે પરથી ખબ જ ઊંચી આવૃત્તિએ કેપેસીટર વાહક બને છે.” -એ વિધાન સમજાવો. $dc$ પરિપથમાં સ્થાયી અવસ્થા આવે પછી કેપેસીટરની વર્તણૂંકની સરખામણી આ વર્તણૂંક સાથે કરો.
Solution
Capacitance of the capacitor, $C =100 \,\mu \,F =100 \times 10^{-6} \,F$
Resistance of the resistor, $R =40\, \Omega$
Supply voltage, $V=110\, V$
Frequency of the supply, $v=12 \,k\,Hz =12 \times 10^{3}\, Hz$
Angular Frequency, $\omega=2 \pi v=2 \times \pi \times 12 \times 10^{3}\, rad / s$
$=24 \pi \times 10^{3} \,rad / s$
Peak Voltage $V_{0}=V \sqrt{2}=110 \sqrt{2} \,V$
Maximum current, $I_{0}=\frac{V_{o}}{\sqrt{R^{2}+\frac{1}{\omega^{2} C^{2}}}}$
$=\frac{110 \sqrt{2}}{\sqrt{(40)^{2}+\frac{1}{\left(24 \pi \times 10^{3} \times 100 \times 10^{-6}\right)^{2}}}}$
$=\frac{110 \sqrt{2}}{\sqrt{1600+\left(\frac{10}{24 \pi}\right)^{2}}}=3.9 \,A$
For an $RC$ circuit, the voltage lags behind the current by a phase angle of $\phi$ given as:
$\tan \phi=\frac{\frac{1}{\omega C}}{R}=\frac{1}{\omega C R}$
$=\frac{1}{24 \pi \times 10^{3} \times 100 \times 10^{-6} \times 40}$
$\tan \phi=\frac{1}{96 \pi}$
$\therefore \phi=0.2^{\circ}$
Timelag $=\frac{\phi}{\omega}$
$=\frac{0.2 \pi}{180 \times 24 \pi \times 10^{3}}=1.55 \times 10^{-3}\, s =0.04 \,\mu \,s$
Hence, $\phi$ tends to become zero at high frequencies. At a high frequency, capacitor $C$ acts as a conductor.
In a dc circuit, after the steady state is achieved, $\omega=0 .$ Hence, capacitor $C$ amounts to an open circuit.