NEET · Physics · STD 12 - 3. current electricity
एकसमान धात्विक तार जिसका प्रतिरोध \(4 \Omega\) है, को मोड़कर एक वर्गाकार लूप (ABCD) बनाया गया है (चित्र देखें)। बिंदुओं B और D के बीच एक \(2 \Omega\) का प्रतिरोध जोड़ा गया है और बिंदुओं A और C के बीच एक 2 V की बैटरी जोड़ी गई है जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है। अब धारा \((I)\) का मान है :

- A 2 A
- B 8 A
- C 4.5 A
- D 4 A
Answer & Solution
Correct Answer
(A) 2 A
Step-by-step Solution
Detailed explanation
(A) 2 A
एकसमान तार का कुल प्रतिरोध \(4 \Omega\) है। क्योंकि इसे ABCD वर्गाकार लूप बनाने के लिए मोड़ा गया है, इसकी प्रत्येक चार भुजाओं का प्रतिरोध बराबर है।
प्रत्येक भुजा का प्रतिरोध \(=\frac{4}{4}=1 \Omega\) है।
इस प्रकार, \(R_{A B}=R_{B C}=R_{C D}=R_{D A}=1 \Omega\) ।
दिए गए परिपथ को एक व्हीटस्टोन सेतु के रूप में पुनः बनाया जा सकता है जहाँ भुजाएँ \(A B, B C, A D\) और \(D C\) हैं, तथा केंद्रीय भुजा BD है। बैटरी को विपरीत कोनों A और C के बीच जोड़ा गया है।
आइए व्हीटस्टोन सेतु की संतुलन स्थिति की जाँच करें:
\(\frac{R_{A B}}{R_{A D}}=\frac{1}{1}=1\)
\(\frac{R_{B C}}{R_{D C}}=\frac{1}{1}=1\)
चूँकि \(\frac{R_{A B}}{R_{A D}}=\frac{R_{B C}}{R_{D C}}\), व्हीटस्टोन सेतु संतुलित है। इसका अर्थ है कि बिंदु B पर विभव बिंदु \(D \left(V_B=V_D\right)\) पर विभव के बराबर है।
अतः, B और D के बीच जुड़े \(2 \Omega\) प्रतिरोधक से कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी, और इसे गणना के लिए परिपथ से हटाया जा सकता है।
अब, परिपथ बैटरी के सापेक्ष दो समानांतर शाखाओं में सरल हो जाता है:
1. ऊपरी शाखा ( \(A \rightarrow B \rightarrow C\) ) जिसका प्रतिरोध \(R_1=R_{A B}+R_{B C}=1+1=2 \Omega\) है।
2. निचली शाखा ( \(A \rightarrow D \rightarrow C\) ) जिसका प्रतिरोध \(R_2=R_{A D}+R_{D C}=1+1=2 \Omega\) है।
परिपथ का समतुल्य प्रतिरोध \(R_{e q}\), \(R_1\) और \(R_2\) का समानांतर संयोजन है:
\(\frac{1}{R_{e q}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}=1 \Omega^{-1}\)
\(\Rightarrow R_{e q}=1 \Omega\)
बैटरी से ली गई कुल धारा \(I\) ओम के नियम द्वारा दी जाती है:
\(I=\frac{V}{R_{e q}}=\frac{2 V}{1 \Omega}=2 A\)
एकसमान तार का कुल प्रतिरोध \(4 \Omega\) है। क्योंकि इसे ABCD वर्गाकार लूप बनाने के लिए मोड़ा गया है, इसकी प्रत्येक चार भुजाओं का प्रतिरोध बराबर है।
प्रत्येक भुजा का प्रतिरोध \(=\frac{4}{4}=1 \Omega\) है।
इस प्रकार, \(R_{A B}=R_{B C}=R_{C D}=R_{D A}=1 \Omega\) ।
दिए गए परिपथ को एक व्हीटस्टोन सेतु के रूप में पुनः बनाया जा सकता है जहाँ भुजाएँ \(A B, B C, A D\) और \(D C\) हैं, तथा केंद्रीय भुजा BD है। बैटरी को विपरीत कोनों A और C के बीच जोड़ा गया है।
आइए व्हीटस्टोन सेतु की संतुलन स्थिति की जाँच करें:
\(\frac{R_{A B}}{R_{A D}}=\frac{1}{1}=1\)
\(\frac{R_{B C}}{R_{D C}}=\frac{1}{1}=1\)
चूँकि \(\frac{R_{A B}}{R_{A D}}=\frac{R_{B C}}{R_{D C}}\), व्हीटस्टोन सेतु संतुलित है। इसका अर्थ है कि बिंदु B पर विभव बिंदु \(D \left(V_B=V_D\right)\) पर विभव के बराबर है।
अतः, B और D के बीच जुड़े \(2 \Omega\) प्रतिरोधक से कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी, और इसे गणना के लिए परिपथ से हटाया जा सकता है।
अब, परिपथ बैटरी के सापेक्ष दो समानांतर शाखाओं में सरल हो जाता है:
1. ऊपरी शाखा ( \(A \rightarrow B \rightarrow C\) ) जिसका प्रतिरोध \(R_1=R_{A B}+R_{B C}=1+1=2 \Omega\) है।
2. निचली शाखा ( \(A \rightarrow D \rightarrow C\) ) जिसका प्रतिरोध \(R_2=R_{A D}+R_{D C}=1+1=2 \Omega\) है।
परिपथ का समतुल्य प्रतिरोध \(R_{e q}\), \(R_1\) और \(R_2\) का समानांतर संयोजन है:
\(\frac{1}{R_{e q}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}=1 \Omega^{-1}\)
\(\Rightarrow R_{e q}=1 \Omega\)
बैटरी से ली गई कुल धारा \(I\) ओम के नियम द्वारा दी जाती है:
\(I=\frac{V}{R_{e q}}=\frac{2 V}{1 \Omega}=2 A\)
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