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A parallel plate capacitor has the space between its plates filled by two slabs of thickness d/2 each and dielectric constant K1 and K2. d is the plate separation of the capacitor. The capacity of the capacitor is

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(b)\text{(b)}

Step-by-step solution

4 steps
  1. दी गई जानकारी को पहचानें।

    एक समांतर प्लेट संधारित्र में प्लेटों के बीच की कुल दूरी dd है।
    इसे दो परावैद्युत स्लैब से भरा गया है, प्रत्येक की मोटाई d2\frac{d}{2} है।
    पहले स्लैब का परावैद्युतांक K1K_1 है।
    दूसरे स्लैब का परावैद्युतांक K2K_2 है।
    यह व्यवस्था दो संधारित्रों को श्रेणी क्रम में जोड़ती है।

  2. प्रत्येक परावैद्युत स्लैब की धारिता ज्ञात करें।

    एक समांतर प्लेट संधारित्र की धारिता C=Kϵ0AtC = \frac{K \epsilon_0 A}{t} होती है, जहाँ AA प्लेटों का क्षेत्रफल और tt मोटाई है।

    पहले स्लैब की धारिता C1C_1:
    मोटाई t1=d2t_1 = \frac{d}{2}
    परावैद्युतांक K1K_1

    C1=K1ϵ0Ad/2=2K1ϵ0AdC_1 = \frac{K_1 \epsilon_0 A}{d/2} = \frac{2 K_1 \epsilon_0 A}{d}

    दूसरे स्लैब की धारिता C2C_2:
    मोटाई t2=d2t_2 = \frac{d}{2}
    परावैद्युतांक K2K_2

    C2=K2ϵ0Ad/2=2K2ϵ0AdC_2 = \frac{K_2 \epsilon_0 A}{d/2} = \frac{2 K_2 \epsilon_0 A}{d}
  3. श्रेणी क्रम में जुड़े संधारित्रों की समतुल्य धारिता ज्ञात करें।

    श्रेणी क्रम में समतुल्य धारिता CeqC_{eq} का सूत्र है: 1Ceq=1C1+1C2\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}
    C1C_1 और C2C_2 के मानों को प्रतिस्थापित करने पर:

    1Ceq=12K1ϵ0Ad+12K2ϵ0Ad\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{\frac{2 K_1 \epsilon_0 A}{d}} + \frac{1}{\frac{2 K_2 \epsilon_0 A}{d}} 1Ceq=d2K1ϵ0A+d2K2ϵ0A\frac{1}{C_{eq}} = \frac{d}{2 K_1 \epsilon_0 A} + \frac{d}{2 K_2 \epsilon_0 A} 1Ceq=d2ϵ0A(1K1+1K2)\frac{1}{C_{eq}} = \frac{d}{2 \epsilon_0 A} \left( \frac{1}{K_1} + \frac{1}{K_2} \right) 1Ceq=d2ϵ0A(K2+K1K1K2)\frac{1}{C_{eq}} = \frac{d}{2 \epsilon_0 A} \left( \frac{K_2 + K_1}{K_1 K_2} \right)
  4. समतुल्य धारिता के लिए व्यंजक को सरल करें।

    Ceq=2ϵ0Ad(K1K2K1+K2)C_{eq} = \frac{2 \epsilon_0 A}{d} \left( \frac{K_1 K_2}{K_1 + K_2} \right)

    यह व्यंजक विकल्प (b) से मेल खाता है।

    The final answer is (b)\text{(b)}

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