2. Electric Potential and Capacitance
hard

$4\;V$ વિદ્યુતસ્થિતિમાનથી ચાર્જ કરેલા $C_1$ કેપેસીટરની ક્ષમતા ધરાવતા $n_1$ કેપેસીટરને શ્રેણીમાં જોડેલા છે. જ્યારે બીજા $V$ વિદ્યુતસ્થિતિમાનથી ચાર્જ કરેલા $C_2$ કેપેસીટરની ક્ષમતા ધરાવતા $n_2$ કેપેસીટરને સમાંતરમાં જોડવામાં આવે ત્યારે તેમાં સંગ્રહ થતી કુલ ઉર્જા પહેલા જોડાણમા સંગ્રહ થતી ઉર્જા જેટલી છે. તો $C_2$ નું મૂલ્ય $C_1$ ના પદમાં કેટલું થાય?

A

$\frac{{2{C_1}}}{{{n_1}{n_2}}}$

B

$16$ $\frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\;{C_1}$

C

$2$ $\frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\;{C_1}$

D

$\;\frac{{16{C_1}}}{{{n_1}{n_2}}}$

(AIPMT-2010) (AIEEE-2012)

Solution

A series combination of $n_{1}$ capacitors each of capacitance $C_{1}$ are connected to $4 V$ source as shown in the figure.

Total capacitance of the series combination of the capacitors is

$\frac{1}{C_{s}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{1}}+\ldots \ldots \text { upto } n_{1} \text { terms }=\frac{n_{1}}{C_{1}}$

or $C_{s}=\frac{C_{1}}{n_{1}}………(i)$

Total energy stored in a series combination of the capacitors is

$U_{s}=\frac{1}{2} C_{s}(4 V)^{2}=\frac{1}{2}\left(\frac{C_{1}}{n_{1}}\right)(4 V)^{2} \quad(\text { Using }(\mathrm{i}))………(ii)$

A parallel combination of $n_{2}$ capacitors each of capacitance $C_{2}$ are connected to $V$ source as shown in the figure.

Total capacitance of the parallel combination of capacitors is

$C_{p}=C_{2}+C_{2}+\ldots \ldots \ldots+\text { upto } n_{2} \text { terms }=n_{2} C_{2}$

or $\quad C_{p}=n_{2} C_{2}………(iii)$

Total energy stored in a parallel combination of capacitors is

$U_{p} =\frac{1}{2} C_{p} V^{2}$

$=\frac{1}{2}\left(n_{2} C_{2}\right)(V)^{2}………$ (Using $(iii))…(iv)$

According to the given problem,

$U_{s}=U_{p}$

Subst tuting the values of $U_s,$ and $U_p,$ from equations $(ii)$ and $(iv)$, we get

$\frac{1}{2} \frac{C_{1}}{n_{1}}(4 V)^{2}=\frac{1}{2}\left(n_{2} C_{2}\right)(V)^{2}$

or $\quad \frac{C_{1} 16}{n_{1}}=n_{2} C_{2}$ or $C_{2}=\frac{16 C_{1}}{n_{1} n_{2}}$

Standard 12
Physics

Similar Questions

Start a Free Trial Now

Confusing about what to choose? Our team will schedule a demo shortly.