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JEE Mains · Physics · STD 12 - स्थिरवैद्युत विभव तथा धारिता
  • JEE Mains 2020
  • कठिन
  • MCQ

समानान्तर प्लेटों से बने एक संधारित्र की प्लेटों का क्षेत्रफल \(A\) है तथा उनके बीच की दूरी \('d'\) है। इन प्लेटों क बीच एक परावैधुत पदार्थ भरा हुआ है जिसका परावैधुतांक \(k ( x )= K (1+\alpha x )\) है। यहाँ पर ' \(x\) ' किसी एक प्लेट से दूरी है। यदि \((\alpha d)<<1\) हो, तो इस संधारित्र की धारिता का उपयुक्त मान होगा।

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सही उत्तर

(A) \(\frac{\mathrm{AK} \varepsilon_{0}}{\mathrm{d}}\left(1+\frac{\alpha \mathrm{d}}{2}\right)\)

चरण-दर-चरण हल

विस्तृत व्याख्या

As \(\mathrm{K}\) is variable we take a plate element of Area \(A\) and thickness \(dx\) at distance \(\mathrm{x}\)

Capacitance of element

\(\mathrm{d} \mathrm{C}=\frac{(\mathrm{A}) \mathrm{K}(1+\alpha \mathrm{x}) \varepsilon_{0}}{\mathrm{dx}}\)

Now all such elements are is series so

equivalent capacitance

\(\frac{1}{\mathrm{C}}=\int \frac{1}{\mathrm{d} \mathrm{C}}=\int_{0}^{\mathrm{d}} \frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{AK} \varepsilon_{0}(1+\alpha \mathrm{x})}\)

\(\frac{1}{\mathrm{C}}=\frac{1}{\alpha \mathrm{AK} \varepsilon_{0}} \ln \left(\frac{1+\alpha \mathrm{d}}{1}\right)\)

\(=\frac{1}{\mathrm{C}}=\frac{1}{\alpha \mathrm{AK} \varepsilon_{0}}\left(\alpha \mathrm{d}-\frac{(\alpha \mathrm{d})^{2}}{2}+\frac{(\alpha \mathrm{d})^{3}}{3}+\ldots .\right)\)

\(\Rightarrow \frac{1}{\mathrm{C}}=\frac{\alpha \mathrm{d}}{\alpha \mathrm{AK} \varepsilon_{0}}\left(1-\frac{\alpha \mathrm{d}}{2}+\frac{(\alpha \mathrm{d})^{2}}{3}+\ldots .\right)\)

\(\frac{1}{\mathrm{C}}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{AK} \varepsilon_{0}}\left(1-\frac{\alpha \mathrm{d}}{2}\right)\)

\(C=\frac{A K \varepsilon_{0}}{d}\left(1+\frac{\alpha d}{2}\right)\)

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