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CUET UG Physics 18 Aug 2022Shift 1
MCQ (Single Correct) +5 −1
A circuit element 'X' when connected to peak voltage of 200 V, a peak current of 5 A flows which lags behind the voltage by $\frac{\pi}{2}$. A circuit element Y when connected to same peak voltage, same peak current flows which is in phase with the voltage. Now X and Y are connected in series with the same peak voltage. The rms value of current through the circuit will be :
परिपथ अवयव 'X' को 200 V के शिखर वोल्टेज से जोड़ने पर 5 A की शिखर धारा प्रवाहित होती है जो वोल्टेज से $\frac{\pi}{2}$ पश्चगामी है। परिपथ अवयव Y को समान शिखर वोल्टेज से जोड़ने पर समान शिखर धारा प्रवाहित होती है जो वोल्टेज के साथ समान कला में है। अब X और Y को समान शिखर वोल्टेज के साथ श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है। परिपथ में धारा का वर्ग-माध्य-मूल (rms) मान होगा :
  • Step 1: Identify elements X and Y:
    • Element X: Current lags voltage by $\pi/2$, so X is a pure inductor ($L$).

$$X_L = \frac{V_0}{I_0} = \frac{200\,\text{V}}{5\,\text{A}} = 40\,\Omega$$
  • Element Y: Current is in phase with voltage, so Y is a pure resistor ($R$).
$$R = \frac{V_0}{I_0} = \frac{200\,\text{V}}{5\,\text{A}} = 40\,\Omega$$

  • Step 2: Total impedance when connected in series:
    $$Z = \sqrt{R^2 + X_L^2} = \sqrt{40^2 + 40^2} = 40\sqrt{2}\,\Omega$$
  • Step 3: New peak current in the series circuit:
    $$I_0' = \frac{V_0}{Z} = \frac{200}{40\sqrt{2}} = \frac{5}{\sqrt{2}}\,\text{A}$$
  • Step 4: RMS value of current:
    $$I_{\text{rms}} = \frac{I_0'}{\sqrt{2}} = \frac{5/\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = \frac{5}{2} = 2.5\,\text{A}$$
Hence, option 3 is the correct answer.
  • चरण 1: अवयव X तथा Y की पहचान:
    • X में धारा वोल्टेज से $\pi/2$ पीछे है, अतः यह शुद्ध प्रेरकत्व है:

$$X_L = \frac{200}{5} = 40\,\Omega$$
  • Y में धारा और वोल्टेज समान कला में हैं, अतः यह शुद्ध प्रतिरोध है:
$$R = \frac{200}{5} = 40\,\Omega$$

  • चरण 2: श्रेणीक्रम में कुल प्रतिबाधा:
    $$Z = \sqrt{R^2 + X_L^2} = \sqrt{40^2 + 40^2} = 40\sqrt{2}\,\Omega$$
  • चरण 3: शिखर धारा:
    $$I_0' = \frac{V_0}{Z} = \frac{200}{40\sqrt{2}} = \frac{5}{\sqrt{2}}\,\text{A}$$
  • चरण 4: rms धारा का मान:
    $$I_{\text{rms}} = \frac{I_0'}{\sqrt{2}} = \frac{5}{2} = 2.5\,\text{A}$$
अतः विकल्प 3 सही उत्तर है।
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