બે સમાન સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરનું કેપ?

Hindi

2. Electric Potential and Capacitance

hard

બે સમાન સમાંતર પ્લેટ કેપેસીટરનું કેપેસીટન્સ $C$ જેમની પ્લેટના આડછેડનું ક્ષેત્રફળ $A$ અને તે $d$ અંતરે છે .આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ કેપેસીટરની બે પ્લેટ વચ્ચે ત્રણ સમાન જાડાઈ ધરાવતા ડાયઈલેક્ટ્રિક જેના ડાયઈલેક્ટ્રિક અચળાંક $K_1$ , $K_2$ અને $K_3$ ને ભરેલા છે. આ બંને કેપેસીટર પર સમાન વૉલ્ટેજ $V$ લગાવવામાં આવે તો તેમાં સંગ્રહ થતી ઉર્જાનો ગુણોત્તર કેટલો થાય?

$\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{{K_1}{K_2}{K_3}}}{{\left( {{K_1} + {K_2} + {K_3}} \right)\,\left( {{K_2}{K_3} + {K_3}{K_1} + {K_1}{K_2}} \right)}}$

$\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{9{K_1}{K_2}{K_3}}}{{\left( {{K_1} + {K_2} + {K_3}} \right)\,\left( {{K_2}{K_3} + {K_3}{K_1} + {K_1}{K_2}} \right)}}$

$\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{\left( {{K_1} + {K_2} + {K_3}} \right)\,\left( {{K_2}{K_3} + {K_3}{K_1} + {K_1}{K_2}} \right)}}{{9{K_1}{K_2}{K_3}}}$

$\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{\left( {{K_1} + {K_2} + {K_3}} \right)\,\left( {{K_2}{K_3} + {K_3}{K_1} + {K_1}{K_2}} \right)}}{{{K_1}{K_2}{K_3}}}$

(JEE MAIN-2019)

Solution

$C_{1}=\frac{3 \varepsilon_{0} A K_{1}}{d}$

$C_{2}=\frac{3 \varepsilon_{0} A K_{2}}{d}$

$C_{3}=\frac{3 \varepsilon_{0} A K_{3}}{d}$

$\frac{1}{C_{e q}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\frac{1}{C_{3}}$

$\Rightarrow \quad C_{e q}=\frac{3 \varepsilon_{0} A K_{1} K_{2} K_{3}}{d\left(K_{1} K_{2}+K_{2} K_{3}+K_{3} K_{1}\right)}………(i)$

$C_{1}=\frac{\varepsilon_{0} K_{1} A}{3 d}$

$C_{2}=\frac{\varepsilon_{0} K_{2} A}{3 d}$

$C_{3}=\frac{\varepsilon_{0} K_{3} A}{3 d}$

$C_{e q}^{\prime} =C_{1}+C_{2}+C_{3} $

$ = \frac{{{\varepsilon _0}A}}{{3d}}({K_1} + {K_2} + {K_3})………(ii)$

Now,

$\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{\frac{1}{2}{C_{eq}} \cdot {V^2}}}{{\frac{1}{2}C_{eq}^\prime {V^2}}} = \frac{{9{K_1}{K_2}{K_3}}}{{\left( {{K_1} + {K_2} + {K_3}} \right)\left( {{K_1}{K_2} + {K_2}{K_3} + {K_3}{K_1}} \right)}}$

Standard 12

Physics