ડાયઈલેક્ટ્રીક અચળાંક $3$ અને ડાયઈલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ લગભગ $10 \,V \,m$ ધરાવતા દ્રવ્યની મદદથી $1 \,k\,V$ રેટીંગ ધરાવતા એક સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરની રચના કરવાની છે. [ડાયઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ એ દ્રવ્ય દ્વારા બ્રેકડાઉન પામ્યા વિના (આંશિક આયનીકરણ દ્વારા વિદ્યુતનું વહન શરૂ થયા વિના) સહન કરી શકાતું મહત્તમ વિદ્યુતક્ષેત્ર છે.] સલામતી માટે ડાયઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થના $10 \%$ કરતાં ક્ષેત્ર કદી વધે નહિ તે ઇચ્છનીય છે. $50 \,pF$ નું કેપેસીટન્સ મેળવવા માટે પ્લેટોનું લઘુત્તમ ક્ષેત્રફળ કેટલું હોવું જરૂરી છે?
ડાયઈલેક્ટ્રીક અચળાંક $3$ અને ડાયઈલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ લગભગ $10 \,V \,m$ ધરાવતા દ્રવ્યની મદદથી $1 \,k\,V$ રેટીંગ ધરાવતા એક સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરની રચના કરવાની છે. [ડાયઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ એ દ્રવ્ય દ્વારા બ્રેકડાઉન પામ્યા વિના (આંશિક આયનીકરણ દ્વારા વિદ્યુતનું વહન શરૂ થયા વિના) સહન કરી શકાતું મહત્તમ વિદ્યુતક્ષેત્ર છે.] સલામતી માટે ડાયઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થના $10 \%$ કરતાં ક્ષેત્ર કદી વધે નહિ તે ઇચ્છનીય છે. $50 \,pF$ નું કેપેસીટન્સ મેળવવા માટે પ્લેટોનું લઘુત્તમ ક્ષેત્રફળ કેટલું હોવું જરૂરી છે?
Potential rating of a parallel plate capacitor, $V =1 \,kV =1000 \,V$
Dielectric constant of a material, $\varepsilon_{r}=3$
Dielectric strength $=10^{7} \,V / m$
For safety, the field intensity never exceeds $10 \%$ of the dielectric strength.
Hence, electric field intensity, $E=10 \%$ of $10^{7}=10^{6}\, V / m$
Capacitance of the parallel plate capacitor, $C =50 \,pF =50 \times 10^{-12}\, F$
Distance between the plates is given by, $d=\frac{V}{E}$
$=\frac{1000}{10^{6}}=10^{-3} \,m$
Capacitance is given by the relation, $C=\frac{\epsilon_{0} \epsilon_{,} A}{d}$
Where,
$A=$ Area of each plate
$\epsilon_{0}=$ Permittivity of free space $=8.85 \times 10^{-12} \,N ^{-1} \,C ^{2} \,m ^{-2}$
$\therefore A =\frac{C d}{\epsilon_{0} \in}$
$=\frac{50 \times 10^{-12} \times 10^{-3}}{8.85 \times 10^{-12} \times 3} \approx 19 \,cm ^{2}$
Hence, the area of each plate is about $19\; cm ^{2}$.
Similar Questions
$C$ અને $3C$ સંધારકતા ધરાવતા બે સમાંતર પ્લેટ સંધારકોને સમાંતરમાં જોડવામાં આવ્યા છે અને $18\,V$ના સ્થિતિમાનના તફાવતથી તેમને વિદ્યુતભારીત કરવામાં આવે છે. હવે બેટરીને દૂર કરવામાં આવે છે અને $C$ સંધારકતા ધરાવતા સંધારકની પ્લેટો વચ્ચેની સંપૂર્ણ જગ્યામાં $9$ જેટલો ડાયઈલેકટ્રીક વચ્ચેનો અંતિમ સ્થિતિમાનનો તફાવત $\dots\dots\,V$છે.
$C$ અને $3C$ સંધારકતા ધરાવતા બે સમાંતર પ્લેટ સંધારકોને સમાંતરમાં જોડવામાં આવ્યા છે અને $18\,V$ના સ્થિતિમાનના તફાવતથી તેમને વિદ્યુતભારીત કરવામાં આવે છે. હવે બેટરીને દૂર કરવામાં આવે છે અને $C$ સંધારકતા ધરાવતા સંધારકની પ્લેટો વચ્ચેની સંપૂર્ણ જગ્યામાં $9$ જેટલો ડાયઈલેકટ્રીક વચ્ચેનો અંતિમ સ્થિતિમાનનો તફાવત $\dots\dots\,V$છે.
- [JEE MAIN 2022]
$9 n F$ કેપેસિટરનો ડાઈઇલેક્ટ્રીક અચળાંક $\varepsilon_{ r }=2.4,$ ડાઈઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ $20\, MV / m$ અને વિદ્યુતસ્થિતિમાન $=20 \,V$ છે તો પ્લેટનું ક્ષેત્રફળ ........... $\times 10^{-4}\, m ^{2}$ હશે?
$9 n F$ કેપેસિટરનો ડાઈઇલેક્ટ્રીક અચળાંક $\varepsilon_{ r }=2.4,$ ડાઈઇલેક્ટ્રીક સ્ટ્રેન્થ $20\, MV / m$ અને વિદ્યુતસ્થિતિમાન $=20 \,V$ છે તો પ્લેટનું ક્ષેત્રફળ ........... $\times 10^{-4}\, m ^{2}$ હશે?
- [AIIMS 2019]
સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરની બે પ્લેટ વચ્ચે ડાઈઇલેક્ટ્રિક પદાર્થ નથી પરતું તેમની વચ્ચેનું અંતર $0.4 \,cm$ છે તેનું કેપેસીટન્સ $2\,\mu \,F$ છે. હવે બે પ્લેટ વચ્ચેનું અંતર ઘટાડીને અડધું અને તેમની વચ્ચે $2.8$ ડાઈઇલેક્ટ્રિકનું મૂલ્ય ધરાવતો પદાર્થ મૂકવામાં આવે તો તેનું નવું કેપેસીટન્સ કેટલા $\mu \,F$ મળે?
સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરની બે પ્લેટ વચ્ચે ડાઈઇલેક્ટ્રિક પદાર્થ નથી પરતું તેમની વચ્ચેનું અંતર $0.4 \,cm$ છે તેનું કેપેસીટન્સ $2\,\mu \,F$ છે. હવે બે પ્લેટ વચ્ચેનું અંતર ઘટાડીને અડધું અને તેમની વચ્ચે $2.8$ ડાઈઇલેક્ટ્રિકનું મૂલ્ય ધરાવતો પદાર્થ મૂકવામાં આવે તો તેનું નવું કેપેસીટન્સ કેટલા $\mu \,F$ મળે?
એક સમાંતર પ્લેટ સંઘારક (કેપેસીટર) સંરચનામાં, સંઘારકની પ્લેટનું ક્ષેત્રફળ $2 \,m ^{2}$ અને તેમની વચ્ચેનું અંતર $1\, m$ છે. જો પ્લેટો વચ્ચેની જગ્યા $0.5\, m$ જાડાઈ અને $2\, m ^{2}$ ક્ષેત્રફળ ધરાવતા (આકૃત્તિ જુઓ) ડાયઈલેક્ટ્રિક (અવાહક) પદાર્થ દ્વારા ભરવામાં આવે તો આ સંરચનાની સંઘારતા (કેપેસીટન્સ) ...... .........$\, \varepsilon_{0}$ થશે.
(પદાર્થનો ડાયઈલેક્ટ્રીક અચળાંક $=3.2$) (નજીકત્તમ પૂર્ણાંકમાં ગણો)
એક સમાંતર પ્લેટ સંઘારક (કેપેસીટર) સંરચનામાં, સંઘારકની પ્લેટનું ક્ષેત્રફળ $2 \,m ^{2}$ અને તેમની વચ્ચેનું અંતર $1\, m$ છે. જો પ્લેટો વચ્ચેની જગ્યા $0.5\, m$ જાડાઈ અને $2\, m ^{2}$ ક્ષેત્રફળ ધરાવતા (આકૃત્તિ જુઓ) ડાયઈલેક્ટ્રિક (અવાહક) પદાર્થ દ્વારા ભરવામાં આવે તો આ સંરચનાની સંઘારતા (કેપેસીટન્સ) ...... .........$\, \varepsilon_{0}$ થશે.
(પદાર્થનો ડાયઈલેક્ટ્રીક અચળાંક $=3.2$) (નજીકત્તમ પૂર્ણાંકમાં ગણો)
- [JEE MAIN 2021]
એક સમાંતર પ્લેટ કેપેસિટર એક ડાઇઇલેક્ટ્રિકથી ભરેલું છે. ડાઇઇલેક્ટ્રિકની સાપેક્ષ પરમિટિવિટી લાગુ પાડેલ વોલ્ટેજ $(U)$ સાથે બદલાય છે. જ્યાં $\varepsilon = \alpha U$ અને $\alpha = 2{V^{ - 1}}$ તેના જેવું બીજું એક ડાઇઇલેક્ટ્રિક સિવાયના કેપેસિટરને ${U_0} = 78\,V$ સુધી ચાર્જ કરેલું છે. હવે તેને ડાઇઈલેક્ટ્રિકવાળા કેપેસિટર સાથે જોડેલું છે, તો કેપેસિટર પરના અંતિમ વોલ્ટેજ શોધો.
એક સમાંતર પ્લેટ કેપેસિટર એક ડાઇઇલેક્ટ્રિકથી ભરેલું છે. ડાઇઇલેક્ટ્રિકની સાપેક્ષ પરમિટિવિટી લાગુ પાડેલ વોલ્ટેજ $(U)$ સાથે બદલાય છે. જ્યાં $\varepsilon = \alpha U$ અને $\alpha = 2{V^{ - 1}}$ તેના જેવું બીજું એક ડાઇઇલેક્ટ્રિક સિવાયના કેપેસિટરને ${U_0} = 78\,V$ સુધી ચાર્જ કરેલું છે. હવે તેને ડાઇઈલેક્ટ્રિકવાળા કેપેસિટર સાથે જોડેલું છે, તો કેપેસિટર પરના અંતિમ વોલ્ટેજ શોધો.