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CUET UG Physics 02 Jul 2023Shift 3
Numerical +5 −1
Three capacitors of capacitances $3\,\mu\text{F}$, $6\,\mu\text{F}$ and $12\,\mu\text{F}$ are connected in series. Find the potential difference across the $6\,\mu\text{F}$ capacitor, if a battery of $7\,\text{V}$ is connected across this combination:
$3\,\mu\text{F}$, $6\,\mu\text{F}$ और $12\,\mu\text{F}$ धारिता के तीन संधारित्र श्रेणीक्रम में जुड़े हैं। यदि इस संयोजन के सिरों पर $7\,\text{V}$ की बैटरी जोड़ी जाती है, तो $6\,\mu\text{F}$ के संधारित्र के सिरों पर विभवांतर ज्ञात कीजिए:
EXPLANATION Electrostatics

For capacitors in series, the charge $Q$ on each capacitor is identical:

$$\frac{1}{C_{\text{eq}}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} = \frac{1}{3} + \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{4 + 2 + 1}{12} = \frac{7}{12}\,\mu\text{F}^{-1}$$ $$C_{\text{eq}} = \frac{12}{7}\,\mu\text{F}$$

The total charge supplied by the $7\,\text{V}$ battery is:

$$Q = C_{\text{eq}} V = \left(\frac{12}{7}\,\mu\text{F}\right) \times 7\,\text{V} = 12\,\mu\text{C}$$

The potential difference across the $6\,\mu\text{F}$ capacitor ($C_2$) is:

$$V_2 = \frac{Q}{C_2} = \frac{12\,\mu\text{C}}{6\,\mu\text{F}} = 2\,\text{V}$$
Hence, option 2 is the correct answer.

श्रेणीक्रम में जुड़े संधारित्रों पर आवेश $Q$ समान रहता है:

$$\frac{1}{C_{\text{eq}}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} = \frac{1}{3} + \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{4 + 2 + 1}{12} = \frac{7}{12}\,\mu\text{F}^{-1}$$ $$C_{\text{eq}} = \frac{12}{7}\,\mu\text{F}$$

$7\,\text{V}$ की बैटरी द्वारा प्रवाहित कुल आवेश:

$$Q = C_{\text{eq}} V = \left(\frac{12}{7}\right) \times 7 = 12\,\mu\text{C}$$
अतः $6\,\mu\text{F}$ के संधारित्र ($C_2$) के सिरों पर विभवांतर: $$V_2 = \frac{Q}{C_2} = \frac{12\,\mu\text{C}}{6\,\mu\text{F}} = 2\,\text{V}$$ अतः विकल्प 2 सही उत्तर है।
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