- Home
- Standard 12
- Physics
$40 \,\Omega$ प्रतिरोध के श्रेणीक्रम में एक $100\, \mu F$ के संधारित्र को $110\, V , 60\, Hz$ की आपूर्ति से जोड़ा गया है।
$(a)$ परिपथ में अधिकतम धारा कितनी है?
$(b)$ धारा शीर्ष व वोल्टेज़ शीर्ष के बीच समय-पश्चता कितनी है?
यदि परिपथ को $110\, V , 12\, kHz$ आपूर्ति से जोड़ा जाए तो $(a)$ व $(b)$ का उत्तर निकालिए। इससे इस कथन की व्याख्या कीजिए कि अति उच्च आवृत्तियों पर एक संधारित्र चालक होता है। इसकी तुलना उस व्यवहार से कीजिए जो किसी dc परिपथ में एक संधारित्र प्रदर्शित करता है।
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.