Physics section ke liye Electricity & Current practice set: 50 MCQs, timer, negative marking aur explanation. Koi login nahi — abhi shuru karein.
Electricity & Current ka ye free practice set Physics section ke liye banaya gaya hai. Physics me NCERT Class 6-10 ke concepts se hi 90% questions aate hain. Is chapter me 50 high-yield MCQs hain jo pichhle BPSC, BSSC aur Bihar Police exams ke pattern par chune gaye hain. Test me 30 second per question ka timer hai, aur submit karne par har question ka explanation milta hai.
Neeche is set ke kuch questions hain — inhi par aapka timed test banega. Answer dekhne ke liye “Answer” par click karein.
Evaluating the fundamental properties of electric charge reveals distinct physical behaviors under motion and system operations. Which statement accurately describes charge behavior under motion and quantization rules?
विद्युत आवेश के मौलिक गुणों का मूल्यांकन गति और प्रणाली संचालन के तहत विशिष्ट भौतिक व्यवहारों को उजागर करता है। कौन सा कथन गति और क्वॉंटीकरण (quantization) नियमों के तहत आवेश के व्यवहार का सटीक वर्णन करता है?
(A) In a closed system, charge conservation permits the net creation of a single isolated positive charge during electron transfer. | एक बंद प्रणाली में, आवेश संरक्षण इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के दौरान एक पृथक धनात्मक आवेश के शुद्ध निर्माण की अनुमति देता है।
(B) Charge quantization permits fractional values like $+1.5e$ for macroscopic conducting spheres during frictional contact. | आवेश क्वॉंटीकरण घर्षण संपर्क के दौरान मैक्रोस्कोपिक चालक गोलों के लिए $+1.5e$ जैसे भिन्नात्मक मानों की अनुमति देता है।
(C) The magnitude of an electric charge increases relativistically as its velocity approaches the speed of light. | विद्युत आवेश का परिमाण सापेक्षिक रूप से बढ़ता है क्योंकि इसका वेग प्रकाश की चाल के करीब पहुंचता है।
(D) Electric charge is relativistic invariant, meaning its magnitude remains strictly unchanged regardless of the velocity of the frame of reference or the body carrying it. | विद्युत आवेश आपेक्षिकीय रूप से अपरिवर्तनीय (relativistic invariant) है, जिसका अर्थ है कि इसका परिमाण संदर्भ के फ्रेम या इसे ले जाने वाले पिंड के वेग की परवाह किए बिना सख्ती से अपरिवर्तित रहता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) Electric charge is relativistic invariant, meaning its magnitude remains strictly unchanged regardless of the velocity of the frame of reference or the body carrying it. | विद्युत आवेश आपेक्षिकीय रूप से अपरिवर्तनीय (relativistic invariant) है, जिसका अर्थ है कि इसका परिमाण संदर्भ के फ्रेम या इसे ले जाने वाले पिंड के वेग की परवाह किए बिना सख्ती से अपरिवर्तित रहता है।Explanation: Electric charge kisi bhi matter ka fundamental intrinsic property hai jo electromagnetic interactions generate aur experience karta hai. • Option 1 is Incorrect because Conservation of Charge isolated net charge creation ko strictly forbid karta hai. • Option 2 is Incorrect because Charge Quantization ($q = \pm ne$) ke anusaar charge hamesha elementary electron charge ($e = 1.6 \times 10^{-19}\text{ C}$) ke integral multiples ($n = 1, 2, 3\dots$) mein transfer hota hai, fractional values ($+1.5e$) mein nahi. • Option 3 is Incorrect because charge ka magnitude velocity ke sath relativistic mass ki tarah change nahi hota. • Option 4 is Correct because Charge Invariance physics ka fundamental rule hai: kisi charge ($q$) ka magnitude uske rest state ya high relativistic motion ($v \approx c$) par strictly identical rehta hai ($q_{\text{rest}} = q_{\text{motion}}$).
Electrostatic shielding is used to protect sensitive electronic components from external high-voltage electrical disturbances. What physical mechanism ensures the safety of passengers inside a metallic car during a lightning strike?
इलेक्ट्रोस्टैटिक शील्डिंग (Electrostatic shielding) का उपयोग संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक घटकों को बाहरी उच्च-वोल्टेज विद्युत व्यवधानों से बचाने के लिए किया जाता है। बिजली गिरने के दौरान धात्विक कार के अंदर यात्रियों की सुरक्षा कौन सा भौतिक तंत्र सुनिश्चित करता है?
(A) The car's rubber tires conduct high voltage into the ground before it reaches the metallic frame. | कार के रबर के टायर उच्च वोल्टेज को धातु के फ्रेम तक पहुंचने से पहले जमीन में संचालित करते हैं।
(B) The metallic frame increases the internal electric potential to cancel the external electric field lines. | धात्विक फ्रेम बाहरी विद्युत क्षेत्र रेखाओं को रद्द करने के लिए आंतरिक विद्युत विभव को बढ़ाता है।
(C) The metallic body of the car acts as a hollow conductor inside which the static electric field is strictly zero, shielding the interior. | कार का धात्विक शरीर एक खोखले चालक (hollow conductor) के रूप में कार्य करता है जिसके अंदर स्थिर विद्युत क्षेत्र सख्ती से शून्य ($E = 0$) होता है, जो आंतरिक भाग को सुरक्षित रखता है।
(D) Air inside the car undergoes breakdown polarization, absorbing electrical discharges completely. | कार के अंदर की हवा ब्रेकडाउन ध्रुवीकरण से गुजरती है, जिससे विद्युत निर्वहन पूरी तरह से अवशोषित हो जाता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) The metallic body of the car acts as a hollow conductor inside which the static electric field is strictly zero, shielding the interior. | कार का धात्विक शरीर एक खोखले चालक (hollow conductor) के रूप में कार्य करता है जिसके अंदर स्थिर विद्युत क्षेत्र सख्ती से शून्य ($E = 0$) होता है, जो आंतरिक भाग को सुरक्षित रखता है।Explanation: Electrostatic Shielding kisi sensitive space ya device ko external high-voltage electric fields se protect karne ka fundamental method hai. • Option 1 is Incorrect because lightning ke millions of volts par rubber tires dielectric breakdown undergo karte hain, wo primary safety reason nahi hain. • Option 2 is Incorrect because internal potential constant rehta hai, field lines ko cancel karne ke liye increase nahi hota. • Option 3 is Correct because Electrostatic equilibrium ke dauran kisi bhi hollow conducting shell ya Faraday Cage ke saare excess charges uske outer surface par reside karte hain, jisse conductor ke interior cavity mein Electric Field strictly zero ($E_{\text{inside}} = 0$) rehta hai. Car ki metallic body ek closed hollow conductor ki tarah behave karti hai, jisse lightning strike ka saara discharge bahar-bahar se ground ho jata hai aur andar baithe passengers safe rehte hain. • Option 4 is Incorrect because air breakdown se sparks banti hain jo shielding ka mechanism nahi hai.
Electric field lines map the spatial influence of static charges. Which property correctly dictates the geometrical behavior and spatial characteristics of electric field lines?
विद्युत क्षेत्र रेखाएं स्थिर आवेशों के स्थानिक प्रभाव को दर्शाती हैं। कौन सा गुण विद्युत क्षेत्र रेखाओं के ज्यामितीय व्यवहार और स्थानिक विशेषताओं को सही ढंग से नियंत्रित करता है?
(A) Electric field lines are always perpendicular to the surface of a charged conductor and contract lengthwise to represent attraction between opposite charges. | विद्युत क्षेत्र रेखाएं हमेशा आवेशित चालक की सतह के लंबवत ($90^\circ$) होती हैं और विपरीत आवेशों के बीच आकर्षण का प्रतिनिधित्व करने के लिए लंबाई में सिकुड़ती हैं।
(B) Electric field lines form continuous closed loops starting from positive charges and returning to positive charges. | विद्युत क्षेत्र रेखाएं धनात्मक आवेशों से शुरू होकर धनात्मक आवेशों पर लौटने वाले निरंतर बंद लूप बनाती हैं।
(C) Electric field lines can intersect at right angles in regions where two equal positive charges overlap. | विद्युत क्षेत्र रेखाएं उन क्षेत्रों में समकोण पर प्रतिच्छेद कर सकती हैं जहां दो समान धनात्मक आवेश ओवरलैप होते हैं।
(D) The tangent to an electric field line at any point gives the direction of electric potential rather than field intensity. | किसी बिंदु पर विद्युत क्षेत्र रेखा की स्पर्शरेखा क्षेत्र की तीव्रता के बजाय विद्युत विभव की दिशा देती है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) Electric field lines are always perpendicular to the surface of a charged conductor and contract lengthwise to represent attraction between opposite charges. | विद्युत क्षेत्र रेखाएं हमेशा आवेशित चालक की सतह के लंबवत ($90^\circ$) होती हैं और विपरीत आवेशों के बीच आकर्षण का प्रतिनिधित्व करने के लिए लंबाई में सिकुड़ती हैं।Explanation: Electric field lines imaginary smooth curves hoti hain jo space mein electric field vector ($\vec{E}$) ki direction aur relative strength ko represent karti hain. • Option 1 is Correct because electrostatic equilibrium mein conductor surface par surface currents avoid karne ke liye field lines surface ke strictly normal ($90^\circ$) hoti hain, aur unlike charges ke beech longitudinal contraction (length-wise tension) attraction force ko explain karta hai. • Option 2 is Incorrect because electrostatic field lines conservative nature ki wajah se kabhi closed loops nahi banati (yeh positive charge se start hokar negative charge par terminate hoti hain). • Option 3 is Incorrect because do electric field lines kabhi ek dusre ko intersect nahi kar sakti; intersection point par do tangents ban jayengi jiska matlab ek hi point par resultant electric field ki do conflicting directions hongi jo physically impossible hai. • Option 4 is Incorrect because tangent electric field vector $\vec{E}$ ki direction deta hai, scalar electric potential $V$ ki nahi.
A point charge +q is placed at the geometric center of a hollow closed cube. According to Gauss's Theorem, what is the electric flux linked with a single face of this cube?
एक बिंदु आवेश +q को एक खोखले बंद घन (cube) के ज्यामितीय केंद्र पर रखा गया है। गॉस के प्रमेय के अनुसार, इस घन के केवल एक फलक (single face) से जुड़ा विद्युत फ्लक्स कितना है?
(A) $\Phi_E = \frac{q}{2\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{q}{2\varepsilon_0}$
(B) $\Phi_E = \frac{q}{\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{q}{\varepsilon_0}$
(C) $\Phi_E = 0$ | $\Phi_E = 0$
(D) $\Phi_E = \frac{q}{6\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{q}{6\varepsilon_0}$
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) $\Phi_E = \frac{q}{6\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{q}{6\varepsilon_0}$Explanation: Gauss's Law electrostatic flux aur enclosed electric charge ke beech geometric link establish karta hai. • Option 1 is Incorrect because $\frac{q}{2\varepsilon_0}$ three faces ka combined flux hota hai. • Option 2 is Incorrect because $\Phi_{\text{total}} = \frac{q}{\varepsilon_0}$ pure closed cube ke sabhi 6 faces se nikalne wala total electric flux hai. • Option 3 is Incorrect because charge cube ke andar physically enclosed hai, net enclosed charge zero nahi hai. • Option 4 is Correct because Gauss's Theorem ke mutabiq closed surface ka total flux $\Phi = \frac{q_{\text{enclosed}}}{\varepsilon_0}$ hota hai. Cube ke geometric center par charge hone ke karan, spatial symmetry se electric flux sabhi 6 identical square faces mein barabar divide hota hai. Isliye kisi single face se linked flux: $$\Phi_{\text{face}} = \frac{1}{6}\Phi_{\text{total}} = \frac{q}{6\varepsilon_0}$$
Evaluating the electrostatic field (E) and electric potential (V) inside a uniformly charged hollow spherical conducting shell reveals distinct mathematical behaviors. What are the values of E and V at a point inside the shell at distance r < R (where R is the shell radius)?
एक समान रूप से आवेशित खोखले गोलीय चालक कोश (conducting shell) के अंदर विद्युत क्षेत्र (E) और विद्युत विभव (V) का मूल्यांकन विशिष्ट गणितीय व्यवहार को उजागर करता है। कोश के अंदर त्रिज्या R के लिए दूरी r < R पर स्थित बिंदु पर E और V के मान क्या हैं?
(A) $E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ and $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r}$ | $E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ और $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r}$
(B) $E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r^2}$ and $V = 0$ | $E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r^2}$ और $V = 0$
(C) $E = 0$ and $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ (constant and equal to surface potential) | $E = 0$ और $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ (स्थिर और सतह के विभव के बराबर)
(D) $E = 0$ and $V = 0$ | $E = 0$ और $V = 0$
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) $E = 0$ and $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ (constant and equal to surface potential) | $E = 0$ और $V = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$ (स्थिर और सतह के विभव के बराबर)Explanation: Conducting spherical shell par charge hamesha outer boundary par distribute hota hai, jisse internal field aur potential ke specific profiles bante hain. • Option 1 is Incorrect because internal field point charge formula follow nahi karta aur potential $r$ par inverse vary nahi karta. • Option 2 is Incorrect because shell ke andar Electric Potential zero nahi hota aur field non-zero nahi hoti. • Option 3 is Correct because Gauss's Law ke anusaar shell ke andar kisi Gaussian surface ($r < R$) ke bheetar koi charge enclose nahi hota ($q_{\text{in}} = 0$), isliye Electric Field $E_{\text{inside}} = 0$. Relation $E = -\frac{dV}{dr}$ ke mutabiq, jab $E = 0$ ho toh $\frac{dV}{dr} = 0$, jiska matlab hai ki Electric Potential ($V$) poore shell ke volume mein constant rehta hai aur outer surface ke potential ke barabar hota hai: $$V_{\text{inside}} = V_{\text{surface}} = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 R}$$ • Option 4 is Incorrect because potential surface value ke barabar rehta hai, zero nahi hota.
Equipotential surfaces map points of equal electrostatic potential in space. What amount of work is required to move a test charge q₀ along an equipotential surface, and what is the orientation of electric field lines relative to this surface?
समविभव पृष्ठ (Equipotential surfaces) अंतरिक्ष में समान विद्युत विभव वाले बिंदुओं को दर्शाते हैं। समविभव पृष्ठ पर एक परीक्षण आवेश q₀ को स्थानांतरित करने के लिए कार्य की कितनी मात्रा आवश्यक है, और इस पृष्ठ के सापेक्ष विद्युत क्षेत्र रेखाओं का ओरिएंटेशन क्या है?
(A) Work done $W > 0$; electric field lines are parallel to the surface. | किया गया कार्य $W > 0$; विद्युत क्षेत्र रेखाएं सतह के समानांतर होती हैं।
(B) Work done depends on path length; electric field lines form closed circles on the surface. | किया गया कार्य पथ की लंबाई पर निर्भर करता है; विद्युत क्षेत्र रेखाएं सतह पर बंद वृत्त बनाती हैं।
(C) Work done $W = 0$; electric field lines are strictly perpendicular ($\perp$) to the equipotential surface at every point. | किया गया कार्य $W = 0$; विद्युत क्षेत्र रेखाएं हर बिंदु पर समविभव पृष्ठ के लंबवत ($\perp$) होती हैं।
(D) Work done $W = q_0 V$; electric field lines intersect the surface at $45^\circ$. | किया गया कार्य $W = q_0 V$; विद्युत क्षेत्र रेखाएं $45^\circ$ पर सतह को काटती हैं।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Work done $W = 0$; electric field lines are strictly perpendicular ($\perp$) to the equipotential surface at every point. | किया गया कार्य $W = 0$; विद्युत क्षेत्र रेखाएं हर बिंदु पर समविभव पृष्ठ के लंबवत ($\perp$) होती हैं।Explanation: Equipotential surface ek aisa geometric locus hai jiske har point par electrostatic potential ($V$) identical hota hai. • Option 1 is Incorrect because potential difference zero hone ke karan work non-zero nahi ho sakta aur field lines surface ke parallel nahi hoti. • Option 2 is Incorrect because conservative field mein equipotential motion path length se independent hoti hai. • Option 3 is Correct because Equipotential surface par kisi bhi do points A aur B ke beech potential difference $\Delta V = V_A - V_B = 0$ hota hai. Work done formula $W = q_0 \Delta V$ se charge move karne mein kiya gaya net work hamesha ZERO ($W = 0$) hota hai. Sath hi, work formula $W = q_0 (\vec{E} \cdot d\vec{r}) = q_0 E dr \cos\theta = 0$ hone ke liye $\cos\theta = 0$ yani $\theta = 90^\circ$, jiska matlab hai ki Electric field lines hamesha equipotential surface ke perpendicular ($90^\circ$) hoti hain. • Option 4 is Incorrect because angled intersection electric potential symmetry ko satisfy nahi karta.
The electrostatic potential energy (U) of a two-charge system depends on the signs of charges q₁ and q₂. What does a NEGATIVE potential energy value (-U) indicate about the force dynamics of the system?
दो-आवेश प्रणाली की इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थितिज ऊर्जा (U) आवेशों q₁ और q₂ के चिह्नों पर निर्भर करती है। स्थितिज ऊर्जा का ऋणात्मक मान (-U) प्रणाली के बल गतिकी के बारे में क्या दर्शाता है?
(A) The system consists of like charges experiencing strong repulsive forces. | प्रणाली में समान आवेश होते हैं जो मजबूत प्रतिकारक बलों का अनुभव करते हैं।
(B) The charges are moving at relativistic speeds, converting mass into energy. | आवेश आपेक्षिकीय गति से आगे बढ़ रहे हैं, जिससे द्रव्यमान ऊर्जा में परिवर्तित हो रहा है।
(C) The system has zero net charge and experiences no electrostatic force. | प्रणाली में शून्य शुद्ध आवेश है और कोई इलेक्ट्रोस्टैटिक बल का अनुभव नहीं होता है।
(D) The system consists of opposite charges ($q_1 q_2 < 0$) forming an attractive bound system; external work must be done to separate them to infinity. | प्रणाली में विपरीत आवेश ($q_1 q_2 < 0$) शामिल हैं जो एक आकर्षक बाध्य प्रणाली (bound system) बनाते हैं; उन्हें अनंत तक अलग करने के लिए बाहरी कार्य किया जाना चाहिए।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) The system consists of opposite charges ($q_1 q_2 < 0$) forming an attractive bound system; external work must be done to separate them to infinity. | प्रणाली में विपरीत आवेश ($q_1 q_2 < 0$) शामिल हैं जो एक आकर्षक बाध्य प्रणाली (bound system) बनाते हैं; उन्हें अनंत तक अलग करने के लिए बाहरी कार्य किया जाना चाहिए।Explanation: Electrostatic Potential Energy ($U$) do charges ko infinity se unke positions tak lane mein conservative electric field ke against kiye gaye work se define hoti hai. • Option 1 is Incorrect because like charges ($++$ ya $--$) ke case mein product $q_1 q_2 > 0$ hone se potential energy positive ($+U$) repulsive hoti hai. • Option 2 is Incorrect because potential energy electrostatics ka concept hai, relativistic mass conversion nahi. • Option 3 is Incorrect because opposite charges mutual Coulomb attraction force exert karte hain, force zero nahi hota. • Option 4 is Correct because Two-charge potential energy formula hai: $$U = \frac{q_1 q_2}{4\pi\varepsilon_0 r}$$ Jab charges opposite signs ke hote hain (ek $+q$ aur ek $-q$), toh product $q_1 q_2 < 0$ negative ho jata hai, jisse potential energy Negative ($-U$) banti hai. Negative potential energy ka matlab hai ki system Attractive Bound State mein hai aur in charges ko infinite separation tak pull karne ke liye external work supply karna padega.
When a dielectric slab is inserted into a uniform external electric field E₀, an internal induced field reduces the net field inside. How is the Dielectric Constant (K) mathematically defined in terms of applied field E₀ and reduced internal field E?
जब किसी परावैद्युत पट्टिका (dielectric slab) को एक समान बाहरी विद्युत क्षेत्र E₀ में डाला जाता है, तो एक आंतरिक प्रेरित क्षेत्र भीतर के कुल क्षेत्र को कम कर देता है। परावैद्युतांक (Dielectric Constant - K) को लागू क्षेत्र E₀ और कम आंतरिक क्षेत्र E के संदर्भ में गणितीय रूप से कैसे परिभाषित किया जाता है?
(A) $K = \frac{E_0}{E}$ (value is always greater than 1 for matter, and exactly 1 for vacuum) | $K = \frac{E_0}{E}$ (मान पदार्थ के लिए हमेशा 1 से अधिक, और निर्वात के लिए ठीक 1 होता है)
(B) $K = E_0 - E$ | $K = E_0 - E$
(C) $K = E_0 \times E$ | $K = E_0 \times E$
(D) $K = \frac{E}{E_0}$ (value is always less than 1) | $K = \frac{E}{E_0}$ (मान हमेशा 1 से कम होता है)
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) $K = \frac{E_0}{E}$ (value is always greater than 1 for matter, and exactly 1 for vacuum) | $K = \frac{E_0}{E}$ (मान पदार्थ के लिए हमेशा 1 से अधिक, और निर्वात के लिए ठीक 1 होता है)Explanation: Dielectric materials insulating substances hote hain jinme external electric field apply karne par internal dipole polarization induce hoti hai. • Option 1 is Correct because External field $E_0$ lagane par dielectric ke andar opposite direction mein induced polarization field $E_p$ develop hoti hai, jisse net internal field reduce hokar $E = E_0 - E_p$ ho jata hai. Dielectric Constant ($K$) applied vacuum field aur reduced internal field ka ratio hota hai: $$K = \frac{E_0}{E}$$ Polarization ke karan $E < E_0$ rehta hai, isliye $K > 1$ hamesha physical matter ke liye hota hai ($K = 1$ strictly vacuum ke liye, aur $K = \infty$ perfect conductors ke liye). • Option 2 is Incorrect because difference $E_0 - E$ induced field $E_p$ deta hai, dimensionless constant $K$ nahi. • Option 3 is Incorrect because product dimensional consistency satisfy nahi karta. • Option 4 is Incorrect because ratio invert karne se $K < 1$ ho jayega jo physical reality ke khilaf hai.
Dielectrics are classified into polar and non-polar types based on molecular charge symmetry. Which choice correctly categorizes dielectric materials and their permanent dipole moments?
परावैद्युत (Dielectrics) को आणविक आवेश समरूपता के आधार पर ध्रुवीय और अध्रुवीय प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है। कौन सा विकल्प परावैद्युत सामग्रियों और उनके स्थायी द्विध्रुव आघूर्णों (permanent dipole moments) का सही वर्गीकरण करता है?
(A) Non-polar dielectrics ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$) possess permanent dipole moments; Polar dielectrics ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$) have zero dipole moment. | अध्रुवीय परावैद्युत ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$) में स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण होते हैं; ध्रुवीय परावैद्युत ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$) का द्विध्रुव आघूर्ण शून्य होता है।
(B) Both polar and non-polar dielectrics possess identical permanent dipole moments in the absence of an electric field. | विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में ध्रुवीय और अध्रुवीय दोनों परावैद्युत समान स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण रखते हैं।
(C) Non-polar dielectrics conduct electric current easily, whereas polar dielectrics behave as super-conductors. | अध्रुवीय परावैद्युत आसानी से विद्युत धारा का संचालन करते हैं, जबकि ध्रुवीय परावैद्युत अतिचालक के रूप में व्यवहार करते हैं।
(D) Polar dielectrics ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{HCl}$) have non-coinciding charge centers giving permanent molecular dipole moments; Non-polar dielectrics ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$) have coinciding charge centers with zero permanent dipole moment. | ध्रुवीय परावैद्युत ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{HCl}$) में गैर-संपाती आवेश केंद्र होते हैं जो स्थायी आणविक द्विध्रुव आघूर्ण देते हैं; अध्रुवीय परावैद्युत ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$) में संपाती आवेश केंद्र होते हैं जिनका स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण शून्य होता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) Polar dielectrics ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{HCl}$) have non-coinciding charge centers giving permanent molecular dipole moments; Non-polar dielectrics ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$) have coinciding charge centers with zero permanent dipole moment. | ध्रुवीय परावैद्युत ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{HCl}$) में गैर-संपाती आवेश केंद्र होते हैं जो स्थायी आणविक द्विध्रुव आघूर्ण देते हैं; अध्रुवीय परावैद्युत ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$) में संपाती आवेश केंद्र होते हैं जिनका स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण शून्य होता है।Explanation: Dielectric molecules mein positive (nuclei) aur negative (electrons) charge centers ke spatial arrangement ke aadhar par polarity classify hoti hai. • Option 1 is Incorrect because yeh polar aur non-polar molecular examples ko ulta swap karta hai. • Option 2 is Incorrect because non-polar molecules zero field mein permanent dipole moment possess nahi karte. • Option 3 is Incorrect because dielectrics insulators hote hain, free current ya superconductivity conduct nahi karte. • Option 4 is Correct because Polar Dielectrics (jaise $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{HCl}$) mein molecular structure asymmetric hota hai, jisse positive aur negative charge centers coincide nahi karte aur unke paas Permanent Dipole Moment hota hai. Non-polar Dielectrics (jaise $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CH}_4$) symmetric hote hain jahan positive aur negative charge centers coincide karte hain, jisse unka zero-field state mein Zero Permanent Dipole Moment hota hai.
Xerox photocopying machines rely on electrostatic forces to transfer print images onto paper. What is the operational role of the toner powder and carrier beads in this process?
जेरॉक्स फोटोकॉपी मशीनें प्रिंट छवियों को कागज पर स्थानांतरित करने के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों पर निर्भर करती हैं। इस प्रक्रिया में टोनर पाउडर और वाहक मोतियों (carrier beads) की परिचालन भूमिका क्या है?
(A) Positively charged toner particles are repelled by a negatively charged image drum onto dry paper. | धनात्मक रूप से आवेशित टोनर कण सूखे कागज पर ऋणात्मक रूप से आवेशित छवि ड्रम द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं।
(B) Carrier beads conduct high AC current to melt paper fibers electrostatically. | वाहक मोती कागज के रेशों को इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से पिघलाने के लिए उच्च AC धारा का संचालन करते हैं।
(C) Negatively charged black toner particles stick to tiny carrier beads via electrostatic forces and are attracted away to a rotating drum holding a positively charged image of the document. | ऋणात्मक रूप से आवेशित काले टोनर कण इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के माध्यम से छोटे वाहक मोतियों (carrier beads) से चिपकते हैं और दस्तावेज़ की धनात्मक रूप से आवेशित छवि वाले घूर्णन ड्रम की ओर आकर्षित होते हैं।
(D) Toner powder undergoes laser thermal fission to burn black ink onto metallic paper. | टोनर पाउडर धात्विक कागज पर काली स्याही जलाने के लिए लेजर थर्मल विखंडन से गुजरता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Negatively charged black toner particles stick to tiny carrier beads via electrostatic forces and are attracted away to a rotating drum holding a positively charged image of the document. | ऋणात्मक रूप से आवेशित काले टोनर कण इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के माध्यम से छोटे वाहक मोतियों (carrier beads) से चिपकते हैं और दस्तावेज़ की धनात्मक रूप से आवेशित छवि वाले घूर्णन ड्रम की ओर आकर्षित होते हैं।Explanation: Xerography (electrophotography) Chester Carlson dwara invented electrostatic imaging process hai jo charge attraction par work karta hai. • Option 1 is Incorrect because toner negative hota hai aur drum positive latent image hold karta hai. • Option 2 is Incorrect because carrier beads toner transport ke liye electrostatic carriers hain, AC conductors nahi. • Option 3 is Correct because Photocopier mein: (1) Black toner powder particles friction se negative charge acquire karke carrier beads se stick karte hain; (2) Original document par light throw karne par photosensitive selenium drum par document ke dark text ke anuroop ek Positively charged latent image banti hai; (3) Drum ka positive charge carrier beads se negatively charged toner particles ko strongly attract karke apne upar chipka leta hai, jise baad mein heat aur pressure rollers se paper par permanently fuse kar diya jata hai. • Option 4 is Incorrect because thermal fission nuclear physics process hai, xerography nahi.
Dielectric strength defines the operational limits of insulating materials subjected to strong electric fields. What is the approximate dielectric strength threshold of air, and what happens when an electric field exceeds this limit?
परावैद्युत सामर्थ्य (Dielectric strength) मजबूत विद्युत क्षेत्रों के अधीन इन्सुलेट सामग्री की परिचालन सीमाओं को परिभाषित करती है। हवा की अनुमानित परावैद्युत सामर्थ्य सीमा क्या है, और जब एक विद्युत क्षेत्र इस सीमा से अधिक हो जाता है तो क्या होता है?
(A) Dielectric strength of air is $3 \times 10^6\text{ V/m}$; exceeding it causes ionization breakdown, turning air into a conductor (causing electric sparks). | हवा की परावैद्युत सामर्थ्य $3 \times 10^6\text{ V/m}$ है; इसे पार करने से आयनीकरण ब्रेकडाउन होता है, जिससे हवा एक चालक में बदल जाती है (विद्युत स्पार्क पैदा होते हैं)।
(B) Dielectric strength of air is $3 \times 10^8\text{ V/m}$; exceeding it converts sound waves into light waves. | हवा की परावैद्युत सामर्थ्य $3 \times 10^8\text{ V/m}$ है; इसे पार करने से ध्वनि तरंगें प्रकाश तरंगों में परिवर्तित हो जाती हैं।
(C) Dielectric strength of air is infinite; air never undergoes electrical breakdown. | हवा की परावैद्युत सामर्थ्य अनंत है; हवा कभी भी विद्युत ब्रेकडाउन से नहीं गुजरती।
(D) Dielectric strength of air is $100\text{ V/m}$; exceeding it converts air into pure ozone gas without sparking. | हवा की परावैद्युत सामर्थ्य $100\text{ V/m}$ है; इसे पार करने से हवा बिना स्पार्किंग के शुद्ध ओजोन गैस में परिवर्तित हो जाती है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) Dielectric strength of air is $3 \times 10^6\text{ V/m}$; exceeding it causes ionization breakdown, turning air into a conductor (causing electric sparks). | हवा की परावैद्युत सामर्थ्य $3 \times 10^6\text{ V/m}$ है; इसे पार करने से आयनीकरण ब्रेकडाउन होता है, जिससे हवा एक चालक में बदल जाती है (विद्युत स्पार्क पैदा होते हैं)।Explanation: Dielectric Strength kisi insulator ki wo maximum electric field intensity holding capacity hai jise wo bina electrical breakdown ke withstand kar sakta hai. • Option 1 is Correct because Standard dry atmospheric air ki dielectric strength lagbhag $3 \times 10^6\text{ V/m}$ (ya $3\text{ kV/mm}$) hoti hai. Agar kisi localized region (jaise lightning cloud ya sharp conductor tip) mein electric field is threshold se zyada ho jaye, toh intense electric force air molecules se electrons strip kar deta hai (Dielectric/Ionization Breakdown), jisse insulating air conductive plasma ban jati hai aur electric spark ya lightning bolt form hota hai. • Option 2 is Incorrect because $3 \times 10^8\text{ m/s}$ speed of light hai, dielectric strength metric nahi. • Option 3 is Incorrect because koi bhi material infinite dielectric strength possess nahi karta. • Option 4 is Incorrect because $100\text{ V/m}$ standard household fields se bhi kam absurdly low value hai.
An electric dipole consists of two equal and opposite point charges (-q and +q) separated by a small distance 2a. What is the electric flux passing through a closed Gaussian surface that completely encloses this electric dipole?
एक विद्युत द्विध्रुव (electric dipole) में छोटे अंतर 2a द्वारा अलग किए गए दो समान और विपरीत बिंदु आवेश (-q और +q) शामिल होते हैं। इस विद्युत द्विध्रुव को पूरी तरह से घेरने वाले बंद गॉसियन पृष्ठ से गुजरने वाला विद्युत फ्लक्स कितना है?
(A) $\Phi_E = \frac{q^2}{\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{q^2}{\varepsilon_0}$
(B) $\Phi_E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 a^2}$ | $\Phi_E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 a^2}$
(C) $\Phi_E = \frac{2q}{\varepsilon_0}$ | $\Phi_E = \frac{2q}{\varepsilon_0}$
(D) $\Phi_E = 0$ | $\Phi_E = 0$
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) $\Phi_E = 0$ | $\Phi_E = 0$Explanation: Gauss's Theorem kisi bhi closed 3D surface se nikalne wale net electric flux ko total enclosed charge ke sum se correlate karta hai. • Option 1 is Incorrect because flux charge squared par depend nahi karta. • Option 2 is Incorrect because yeh dipole field formula ka modified form hai, flux nahi. • Option 3 is Incorrect because charges scalar algebra ke sath unke algebraic signs ke according add hote hain, absolute magnitude nahi. • Option 4 is Correct because Gauss's Law ke formula $\Phi_E = \frac{\sum q_{\text{enclosed}}}{\varepsilon_0}$ ke mutabiq, jab koi Gaussian surface ek complete electric dipole ko enclose karta hai, toh total enclosed net charge $\sum q = (+q) + (-q) = 0$ ho jata hai. Isliye closed surface se nikalne wala Net Electric Flux strictly ZERO ($\Phi_E = 0$) hota hai (jitni field lines $+q$ se surface se bahar nikalti hain, utni hi field lines $-q$ par enter kar jati hain).
Electrostatic charging can occur via friction, conduction, or induction. What fundamental characteristic distinguishes Charging by Induction from Charging by Conduction?
इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्जिंग घर्षण, चालन (conduction) या प्रेरण (induction) के माध्यम से हो सकती है। कौन सी मौलिक विशेषता प्रेरण द्वारा चार्जिंग को चालन द्वारा चार्जिंग से अलग करती है?
(A) Induction requires direct physical contact and imparts a like charge to the target body. | प्रेरण के लिए सीधे शारीरिक संपर्क की आवश्यकता होती है और यह लक्ष्य निकाय को एक समान आवेश प्रदान करता है।
(B) Induction occurs without physical contact, imparting an OPPOSITE charge to the nearby neutral body, while the charging body retains its original charge completely. | प्रेरण बिना किसी भौतिक संपर्क के होता है, जो पास के तटस्थ पिंड को एक विपरीत आवेश प्रदान करता है, जबकि आवेशित करने वाला पिंड अपने मूल आवेश को पूरी तरह से बनाए रखता है।
(C) Conduction creates charge out of vacuum without transferring electrons. | चालन इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किए बिना निर्वात से आवेश बनाता है।
(D) Induction destroys the original charge on the primary source body completely. | प्रेरण प्राथमिक स्रोत पिंड पर मूल आवेश को पूरी तरह से नष्ट कर देता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: B) Induction occurs without physical contact, imparting an OPPOSITE charge to the nearby neutral body, while the charging body retains its original charge completely. | प्रेरण बिना किसी भौतिक संपर्क के होता है, जो पास के तटस्थ पिंड को एक विपरीत आवेश प्रदान करता है, जबकि आवेशित करने वाला पिंड अपने मूल आवेश को पूरी तरह से बनाए रखता है।Explanation: Matter ko electrify karne ke teen standard physics methods hain: Friction (Triboelectricity), Conduction, aur Electrostatic Induction. • Option 1 is Incorrect because direct physical contact aur like-charge transfer Conduction ka mechanism hota hai, Induction ka nahi. • Option 2 is Correct because Charging by Induction mein charging body ko neutral object ke paas bina touch kiye laya jata hai; electric field ke karan opposite charge near side attract hota hai aur grounding ke baad target body par Opposite Charge impart ho jata hai, jabki original charging body apna 100% charge bina kisi loss ke retain karti hai. Iske viprit, Charging by Conduction mein direct physical contact hota hai jisse charges share hokar Like Charge create karte hain. • Option 3 is Incorrect because conduction electron migration par depend karta hai, vacuum creation par nahi. • Option 4 is Incorrect because induction mein source body charge lose nahi karti.
Electric potential (V) is a scalar state function defining the degree of electrification. What is the total work done in moving a +1 C test charge around a complete closed circular loop inside a static electric field?
विद्युत विभव (V) एक अदिश अवस्था फलन (scalar state function) है जो विद्युतीकरण की मात्रा को परिभाषित करता है। एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के अंदर एक पूर्ण बंद वृत्ताकार लूप के चारों ओर एक +1 C परीक्षण आवेश को स्थानांतरित करने में किया गया कुल कार्य कितना है?
(A) Work done depends on loop radius: $W = 2\pi r E$. | किया गया कार्य लूप की त्रिज्या पर निर्भर करता है: $W = 2\pi r E$।
(B) Work done is infinite due to continuous radial acceleration. | निरंतर रेडियल त्वरण के कारण किया गया कार्य अनंत है।
(C) Work done equals 1 Joule per meter. | किया गया कार्य 1 Joule प्रति मीटर के बराबर है।
(D) Work done is strictly ZERO ($W = 0$) because electrostatic forces are conservative forces. | किया गया कार्य सख्ती से शून्य ($W = 0$) है क्योंकि इलेक्ट्रोस्टैटिक बल संरक्षी बल (conservative forces) हैं।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) Work done is strictly ZERO ($W = 0$) because electrostatic forces are conservative forces. | किया गया कार्य सख्ती से शून्य ($W = 0$) है क्योंकि इलेक्ट्रोस्टैटिक बल संरक्षी बल (conservative forces) हैं।Explanation: Static electric field ek conservative vector force field hota hai jo path-independent work properties follow karta hai. • Option 1 is Incorrect because conservative forces closed path mein circumference radius par depend nahi karte. • Option 2 is Incorrect because potential energy finite state function hoti hai, infinite nahi. • Option 3 is Incorrect because work zero hota hai, linear rate par nahi banta. • Option 4 is Correct because Electrostatic force ek Conservative Force hai. Isliye kisi bhi test charge ko ek point se start karke ghumakar wapas usi initial point par lane mein kiya gaya Net Work Done hamesha strictly ZERO ($W = 0$) hota hai, proving that electrostatic potential ek state function hai.
Coulomb's Law quantifies the electrostatic force between two stationary point charges q₁ and q₂ separated by distance r. How does the electrostatic force change if the distance between them is HALVED (r' = r/2) while keeping charges constant?
कूलॉम का नियम दूरी r द्वारा अलग किए गए दो स्थिर बिंदु आवेशों q₁ और q₂ के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक बल को परिमाणित करता है। यदि आवेशों को स्थिर रखते हुए उनके बीच की दूरी को आधा (r' = r/2) कर दिया जाए तो इलेक्ट्रोस्टैटिक बल कैसे बदलता है?
(A) The electrostatic force is halved ($F' = \frac{F}{2}$). | इलेक्ट्रोस्टैटिक बल आधा हो जाता है ($F' = \frac{F}{2}$)।
(B) The electrostatic force decreases by a factor of 16 ($F' = \frac{F}{16}$). | इलेक्ट्रोस्टैटिक बल 16 के कारक से घट जाता है ($F' = \frac{F}{16}$)।
(C) The electrostatic force doubles ($F' = 2F$). | इलेक्ट्रोस्टैटिक बल दोगुना हो जाता है ($F' = 2F$)।
(D) The electrostatic force increases by a factor of 4 ($F' = 4F$). | इलेक्ट्रोस्टैटिक बल 4 के कारक से बढ़ जाता है ($F' = 4F$ / चार गुना हो जाता है)।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) The electrostatic force increases by a factor of 4 ($F' = 4F$). | इलेक्ट्रोस्टैटिक बल 4 के कारक से बढ़ जाता है ($F' = 4F$ / चार गुना हो जाता है)।Explanation: 1785 mein Charles-Augustin de Coulomb ne do stationary point charges ke beech mutual electrostatic force ke liye inverse-square law formulate kiya tha. • Option 1 is Incorrect because distance decrease hone par attraction/repulsion force badhta hai, ghat-ta nahi. • Option 2 is Incorrect because 16-factor fourth power dependence par hota jo Coulomb law mein nahi hai. • Option 3 is Incorrect because yeh linear inverse relation ($1/r$) assume karta hai jo galat hai. • Option 4 is Correct because Coulomb's Law ke mutabiq electrostatic force distance ke square ke inversely proportional hota hai: $$F = \frac{q_1 q_2}{4\pi\varepsilon_0 r^2}$$ Jab distance ko half ($r' = r/2$) kar diya jata hai: $$F' = \frac{q_1 q_2}{4\pi\varepsilon_0 (r/2)^2} = 4 \times F$$ Isliye distance half karne par electrostatic force 4 guna (quadruple) badh jata hai.
Electric field intensity (E) is defined as force per unit test charge (E = F / q₀). What are the correct SI units for measuring electric field intensity?
विद्युत क्षेत्र की तीव्रता (E) को प्रति इकाई परीक्षण आवेश बल के रूप में परिभाषित किया गया है (E = F / q₀)। विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को मापने के लिए सही SI इकाइयाँ क्या हैं?
(A) Watt per meter (W/m) or Ampere per Volt | वाट प्रति मीटर (W/m) या एम्पीयर प्रति वोल्ट
(B) Joule per Coulomb (J/C) or Volt | जूल प्रति कूलॉम (J/C) या वोल्ट
(C) Newton per Coulomb (N/C) or Volt per meter (V/m) | न्यूटन प्रति कूलॉम (N/C) या वोल्ट प्रति मीटर (V/m)
(D) Farad per meter (F/m) or Coulomb per square meter | फैराड प्रति मीटर (F/m) या कूलॉम प्रति वर्ग मीटर
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Newton per Coulomb (N/C) or Volt per meter (V/m) | न्यूटन प्रति कूलॉम (N/C) या वोल्ट प्रति मीटर (V/m)Explanation: Electric Field Intensity space ke kisi point par rakhe unit positive test charge par lagne wale electrostatic force ko quantify karti hai. • Option 1 is Incorrect because Watt per meter power gradient represent karta hai. • Option 2 is Incorrect because Joule per Coulomb (J/C) ya Volt ($V = W/q$) Electric Potential ki unit hoti hai. • Option 3 is Correct because: (1) Force definition $E = \frac{F}{q_0}$ se iski primary SI unit Newton per Coulomb (N/C) banti hai; (2) Potential gradient relation $E = -\frac{dV}{dr}$ se iski equivalent standard SI unit Volt per meter (V/m) banti hai. • Option 4 is Incorrect because Farad per meter (F/m) permittivity ($\varepsilon$) ki unit hai aur $\text{C/m}^2$ surface charge density ($\sigma$) ki unit hai.
Under electrostatic equilibrium, excess charge placed on an irregularly shaped solid metallic conductor redistributes itself. Where does this excess charge reside, and how does surface charge density depend on curvature?
इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन के तहत, एक अनियमित रूप से आकार वाले ठोस धात्विक चालक पर रखा गया अतिरिक्त आवेश स्वयं को पुनर्वितरित करता है। यह अतिरिक्त आवेश कहाँ रहता है, और पृष्ठ आवेश घनत्व वक्रता पर कैसे निर्भर करता है?
(A) Excess charge distributes uniformly throughout the inner volume of the conductor. | अतिरिक्त आवेश चालक के आंतरिक आयतन में समान रूप से वितरित होता है।
(B) Excess charge leaks continuously into vacuum regardless of shape. | अतिरिक्त आवेश आकार की परवाह किए बिना निर्वात में लगातार लीक होता है।
(C) Excess charge resides entirely on the outer surface, with higher surface charge density accumulating at sharper points (regions of smaller radius of curvature). | अतिरिक्त आवेश पूरी तरह से बाहरी सतह पर रहता है, जिसमें नुकीले बिंदुओं (वक्रता के छोटे त्रिज्या वाले क्षेत्रों) पर उच्च पृष्ठ आवेश घनत्व जमा होता है।
(D) Excess charge concentrates strictly at the exact geometric center. | अतिरिक्त आवेश सख्ती से सटीक ज्यामितीय केंद्र पर केंद्रित होता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Excess charge resides entirely on the outer surface, with higher surface charge density accumulating at sharper points (regions of smaller radius of curvature). | अतिरिक्त आवेश पूरी तरह से बाहरी सतह पर रहता है, जिसमें नुकीले बिंदुओं (वक्रता के छोटे त्रिज्या वाले क्षेत्रों) पर उच्च पृष्ठ आवेश घनत्व जमा होता है।Explanation: Electrostatic equilibrium mein conductor ke free electrons mutual repulsion ko minimize karne ke liye surface par settle ho jaate hain. • Option 1 is Incorrect because conductor ke interior volume mein net charge density hamesha zero ($\rho = 0$) hoti hai. • Option 2 is Incorrect because charge vacuum mein spontaneously leak nahi hota jab tak field field-emission threshold cross na kare. • Option 3 is Correct because Conductor par diya gaya saara excess charge poori tarah se uski outer surface par reside karta hai. Surface charge density ($\sigma$) local radius of curvature ($R$) ke inversely proportional hoti hai: $\sigma \propto \frac{1}{R}$. Isliye conductor ke sharp points aur pointed needles ($R \rightarrow 0$) par surface charge density bohot massive accumulate hoti hai, jo high localized electric field create karke air ionization aur Corona Discharge (Action of Points) cause karti hai. • Option 4 is Incorrect because center par electric field aur charge zero hote hain.
An isolated positive point charge +Q creates an electric field in three-dimensional space. What is the spatial shape of the equipotential surfaces surrounding this isolated point charge?
एक अलग-थलग धनात्मक बिंदु आवेश +Q त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एक विद्युत क्षेत्र बनाता है। इस पृथक बिंदु आवेश को घेरने वाले समविभव पृष्ठों का स्थानिक आकार क्या है?
(A) Parallel flat planes parallel to the YZ-plane. | YZ-तल के समानांतर समतल तल।
(B) Concentric spheres centered at the point charge. | बिंदु आवेश पर केंद्रित संकेंद्री गोले (Concentric spheres)।
(C) Concentric cylinders aligned along the X-axis. | X-अक्ष के साथ संरेखित संकेंद्री सिलेंडर।
(D) Parabolic surfaces opening outwards. | बाहर की ओर खुलने वाली परवलयिक सतहें।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: B) Concentric spheres centered at the point charge. | बिंदु आवेश पर केंद्रित संकेंद्री गोले (Concentric spheres)।Explanation: Equipotential surfaces ki 3D geometry charge distribution ke electrostatic field symmetry par depend karti hai. • Option 1 is Incorrect because parallel flat planes uniform electric field ($E = \text{constant}$) ke liye bante hain. • Option 2 is Correct because Isolated point charge $+Q$ ke karan distance $r$ par electric potential formula $V = \frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 r}$ hota hai. Constant potential maintain karne ke liye charge se radial distance $r$ strictly constant honi chahiye. 3D space mein constant radius $r$ par situated sabhi points ka geometric locus Concentric Spheres (संकेंद्री गोले) banata hai jinka center point charge hota hai. • Option 3 is Incorrect because concentric cylinders infinite linear line charge distribution ke liye bante hain. • Option 4 is Incorrect because parabolic equipotentials point charges mein exist nahi karte.
Electric flux (ΔΦ_E) across an area element Δs in an electric field E is given by ΔΦ_E = E Δs cos θ. Under what angular condition (θ) is the electric flux passing through a surface strictly ZERO?
एक विद्युत क्षेत्र E में क्षेत्रफल तत्व Δs से होकर गुजरने वाला विद्युत फ्लक्स (ΔΦ_E) ΔΦ_E = E Δs cos θ द्वारा दिया जाता है। किस कोणीय स्थिति (θ) के तहत किसी पृष्ठ से होकर गुजरने वाला विद्युत फ्लक्स सख्ती से शून्य होता है?
(A) $\theta = 90^\circ$ (area vector is perpendicular to electric field lines, meaning electric field lines run parallel to the surface plane) | $\theta = 90^\circ$ (क्षेत्रफल सदिश विद्युत क्षेत्र रेखाओं के लंबवत है, अर्थात विद्युत क्षेत्र रेखाएं पृष्ठ तल के समानांतर चलती हैं)
(B) $\theta = 0^\circ$ (area vector is parallel to electric field lines) | $\theta = 0^\circ$ (क्षेत्रफल सदिश विद्युत क्षेत्र रेखाओं के समानांतर है)
(C) $\theta = 180^\circ$ (area vector is anti-parallel to electric field lines) | $\theta = 180^\circ$ (क्षेत्रफल सदिश विद्युत क्षेत्र रेखाओं के प्रति-समानांतर है)
(D) $\theta = 45^\circ$ (area vector is inclined at half a right angle) | $\theta = 45^\circ$ (क्षेत्रफल सदिश आधे समकोण पर झुका हुआ है)
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) $\theta = 90^\circ$ (area vector is perpendicular to electric field lines, meaning electric field lines run parallel to the surface plane) | $\theta = 90^\circ$ (क्षेत्रफल सदिश विद्युत क्षेत्र रेखाओं के लंबवत है, अर्थात विद्युत क्षेत्र रेखाएं पृष्ठ तल के समानांतर चलती हैं)Explanation: Electric flux surface se cross karne wali electric field lines ki quantitative measure ko represent karta hai. • Option 1 is Correct because Electric Flux scalar dot product se define hota hai: $\Delta\Phi_E = \vec{E} \cdot \Delta\vec{s} = E \Delta s \cos\theta$. Jahan $\theta$ electric field vector $\vec{E}$ aur surface ke normal Area Vector $\Delta\vec{s}$ ke beech ka angle hai. Jab $\theta = 90^\circ$ hota hai, toh $\cos 90^\circ = 0$, jisse $\Delta\Phi_E = 0$ ho jata hai. Geometrically iska matlab yeh hai ki electric field lines surface ke parallel nikal jati hain aur surface ko penetrate karke cross nahi karti. • Option 2 is Incorrect because $\theta = 0^\circ$ par $\cos 0^\circ = 1$ hone se flux maximum positive ($\Phi_E = E \Delta s$) hota hai. • Option 3 is Incorrect because $\theta = 180^\circ$ par maximum negative flux ($\cos 180^\circ = -1$) hota hai. • Option 4 is Incorrect because $\theta = 45^\circ$ par non-zero flux rehta hai.
Two bodies A and B at different electric potentials (V_A > V_B) are brought into direct physical contact via a conducting wire. What governs the direction of free electron flow between them, and when does charge flow cease?
विभिन्न विद्युत विभवों (V_A > V_B) पर दो पिंड A और B को एक प्रवाहकीय तार के माध्यम से सीधे भौतिक संपर्क में लाया जाता है। उनके बीच मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दिशा को क्या नियंत्रित करता है, और आवेश का प्रवाह कब रुकता है?
(A) Electrons flow from smaller body to larger body until volumes match. | इलेक्ट्रॉन छोटे पिंड से बड़े पिंड की ओर तब तक प्रवाहित होते हैं जब तक आयतन मेल न खा जाए।
(B) Electrons flow endlessly regardless of potential values. | विभव मानों की परवाह किए बिना इलेक्ट्रॉन अंतहीन रूप से प्रवाहित होते हैं।
(C) Negative free electrons flow from lower potential B to higher potential A (conventional positive charge flows from A to B); flow ceases when the electric potentials of both bodies become strictly EQUAL ($V_A' = V_B'$). | ऋणात्मक मुक्त इलेक्ट्रॉन निम्न विभव B से उच्च विभव A की ओर प्रवाहित होते हैं (पारंपरिक धनात्मक आवेश A से B की ओर प्रवाहित होता है); जब दोनों पिंडों का विद्युत विभव पूरी तरह से समान ($V_A' = V_B'$) हो जाता है तो प्रवाह समाप्त हो जाता है।
(D) Electrons flow from higher potential A to lower potential B; flow stops when charges become equal. | इलेक्ट्रॉन उच्च विभव A से निम्न विभव B की ओर प्रवाहित होते हैं; आवेश समान होने पर प्रवाह रुक जाता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Negative free electrons flow from lower potential B to higher potential A (conventional positive charge flows from A to B); flow ceases when the electric potentials of both bodies become strictly EQUAL ($V_A' = V_B'$). | ऋणात्मक मुक्त इलेक्ट्रॉन निम्न विभव B से उच्च विभव A की ओर प्रवाहित होते हैं (पारंपरिक धनात्मक आवेश A से B की ओर प्रवाहित होता है); जब दोनों पिंडों का विद्युत विभव पूरी तरह से समान ($V_A' = V_B'$) हो जाता है तो प्रवाह समाप्त हो जाता है।Explanation: Electric potential thermodynamics ke temperature ki tarah work karta hai jo charge flow ki natural direction decide karta hai. • Option 1 is Incorrect because body volume charge flow ka equilibrium criterion nahi hai. • Option 2 is Incorrect because equilibrium achieve hote hi net current zero ho jata hai. • Option 3 is Correct because Conventional current higher potential ($V_A$) se lower potential ($V_B$) ki taraf flow karta hai. Chunki free electrons negative charge carry karte hain, isliye electrons lower potential B se higher potential A ki taraf move karte hain. Charge ka yeh transfer tab tak continue rehta hai jab tak dono bodies ka Electric Potential exactly EQUAL ($V_A' = V_B'$) nahi ho jata (Electrostatic Equilibrium). • Option 4 is Incorrect because electrons negative charge carry karte hain isliye wo higher to lower nahi balki lower to higher potential drift karte hain, aur charge flow charge equality par nahi balki potential equality par stop hota hai.
Current density (J) and electric current (I) describe the flow of charge through a conductor. Which choice correctly contrasts their physical vector/scalar classifications and defining mathematical relationships?
धारा घनत्व (J) और विद्युत धारा (I) एक चालक के माध्यम से आवेश के प्रवाह का वर्णन करते हैं। कौन सा विकल्प उनके भौतिक सदिश/अदिश वर्गीकरण और परिभाषित गणितीय संबंधों की सही तुलना करता है?
(A) Current density is a vector quantity defined as $J = I \cdot R$ where $R$ is resistance. | धारा घनत्व एक सदिश राशि है जिसे $J = I \cdot R$ के रूप में परिभाषित किया गया है जहाँ $R$ प्रतिरोध है।
(B) Electric current is a scalar quantity; Current density ($J$) is a vector quantity defined as $J = I / A$ (current per unit cross-sectional area perpendicular to flow). | विद्युत धारा एक अदिश राशि है; धारा घनत्व ($J$) एक सदिश राशि है जिसे $J = I / A$ (प्रवाह के लंबवत इकाई अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल प्रति धारा) के रूप में परिभाषित किया गया है।
(C) Electric current is a vector quantity; Current density is a scalar quantity given by $J = I \cdot A$. | विद्युत धारा एक सदिश राशि है; धारा घनत्व एक अदिश राशि है जो $J = I \cdot A$ द्वारा दी गई है।
(D) Both Electric current and Current density are scalar quantities measured in Amperes. | विद्युत धारा और धारा घनत्व दोनों ही एम्पीयर में मापी जाने वाली अदिश राशियाँ हैं।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: B) Electric current is a scalar quantity; Current density ($J$) is a vector quantity defined as $J = I / A$ (current per unit cross-sectional area perpendicular to flow). | विद्युत धारा एक अदिश राशि है; धारा घनत्व ($J$) एक सदिश राशि है जिसे $J = I / A$ (प्रवाह के लंबवत इकाई अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल प्रति धारा) के रूप में परिभाषित किया गया है।Explanation: Conductor mein electric charge transport macroscopic level par Current ($I$) aur microscopic point level par Current Density ($J$) se describe hota hai. • Option 1 is Incorrect because resistance product Ohm's law voltage deta hai, current density nahi. • Option 2 is Correct because Electric Current ($I$) ek Scalar quantity hai kyunki direction hone ke bawajood yeh vector addition rules (Triangle law) follow nahi karti balki simple scalar algebra se add hoti hai. Current Density ($J$) ek Vector quantity hai jo conductor ke kisi point par unit normal cross-sectional area se pass hone wali current ko represent karti hai: $J = \frac{I}{A}$. Iski SI unit $\text{A/m}^2$ hoti hai aur iski direction positive charge motion ki taraf hoti hai. • Option 3 is Incorrect because Electric current scalar hoti hai aur Current density vector hoti hai. • Option 4 is Incorrect because Current density scalar nahi vector metric hai aur iski unit $\text{A/m}^2$ hoti hai.
Turning on a car's starter motor causes the vehicle's headlights to dim briefly. What internal battery mechanism causes this temporary voltage drop?
कार के स्टार्टर मोटर को चालू करने से वाहन की हेडलाइट्स थोड़ी देर के लिए धीमी हो जाती हैं। किस आंतरिक बैटरी तंत्र के कारण यह अस्थायी वोल्टेज ड्रॉप होता है?
(A) The starter motor draws a massive initial current, producing a large internal voltage drop across the battery's internal resistance (r), which reduces terminal voltage available to the headlights. | स्टार्टर मोटर एक विशाल प्रारंभिक धारा खींचती है, जिससे बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध (r) पर एक बड़ा आंतरिक वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न होता है, जो हेडलाइट्स के लिए उपलब्ध टर्मिनल वोल्टेज को कम कर देता है।
(B) The starter motor short-circuits the headlights by reversing the flow of electrons. | स्टार्टर मोटर इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को उलट कर हेडलाइट्स को शॉर्ट-सर्किट करती है।
(C) The starter motor increases the internal resistance of the battery to infinity. | स्टार्टर मोटर बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को अनंत तक बढ़ा देती है।
(D) The battery electrolyte freezes instantly due to sudden chemical depletion. | अचानक रासायनिक कमी के कारण बैटरी इलेक्ट्रोलाइट तुरंत जम जाता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) The starter motor draws a massive initial current, producing a large internal voltage drop across the battery's internal resistance (r), which reduces terminal voltage available to the headlights. | स्टार्टर मोटर एक विशाल प्रारंभिक धारा खींचती है, जिससे बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध (r) पर एक बड़ा आंतरिक वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न होता है, जो हेडलाइट्स के लिए उपलब्ध टर्मिनल वोल्टेज को कम कर देता है।Explanation: Real chemical batteries mein internal electrolyte aur electrodes ka non-zero internal resistance ($r$) terminal voltage ko regulate karta hai. • Option 1 is Correct because Car engine start karte waqt starter motor mechanical inertia overcome karne ke liye battery se bohot massive current ($I \sim 100\text{--}200\text{ A}$) draw karti hai. Terminal voltage equation $V = E - Ir$ ke mutabiq, is huge current $I$ ke karan battery ke internal resistance $r$ par heavy internal voltage drop ($Ir$) create ho jata hai, jisse battery ka terminal potential difference ($V$) momentary drop ho jata hai aur parallel connected headlights temporarily dim ho jati hain. • Option 2 is Incorrect because starter motor parallel mein connected hoti hai, reverse short-circuit nahi karti. • Option 3 is Incorrect because internal resistance material property hai jo instant infinity nahi hoti. • Option 4 is Incorrect because electrolyte sudden freeze nahi hota.
The resistance (R) and resistivity (ρ) of a conducting wire govern its opposition to current flow. If a cylindrical metal wire is stretched to double its original length while keeping its density constant, what happens to its resistance (R) and resistivity (ρ)?
एक प्रवाहकीय तार का प्रतिरोध (R) और प्रतिरोधकता (ρ) धारा प्रवाह के इसके विरोध को नियंत्रित करते हैं। यदि एक बेलनाकार धातु के तार को उसके घनत्व को स्थिर रखते हुए उसकी मूल लंबाई से दोगुना तक खींच दिया जाता है, तो इसके प्रतिरोध (R) और प्रतिरोधकता (ρ) का क्या होता है?
(A) Resistance is halved (R/2); Resistivity decreases by a factor of 4. | प्रतिरोध आधा हो जाता है (R/2); प्रतिरोधकता 4 के कारक से घट जाती है।
(B) Resistance quadruples (4R); Resistivity remains strictly unchanged (ρ). | प्रतिरोध चार गुना (4R) हो जाता है; प्रतिरोधकता सख्ती से अपरिवर्तित (ρ) रहती है।
(C) Resistance doubles (2R); Resistivity doubles (2ρ). | प्रतिरोध दोगुना (2R) हो जाता है; प्रतिरोधकता दोगुनी (2ρ) हो जाती है।
(D) Resistance remains constant (R); Resistivity quadruples (4ρ). | प्रतिरोध स्थिर रहता है (R); प्रतिरोधकता चार गुना (4ρ) हो जाती है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: B) Resistance quadruples (4R); Resistivity remains strictly unchanged (ρ). | प्रतिरोध चार गुना (4R) हो जाता है; प्रतिरोधकता सख्ती से अपरिवर्तित (ρ) रहती है।Explanation: Conductor wire ka resistance geometric dimensions ($l, A$) par depend karta hai jabki resistivity intrinsic material property hoti hai. • Option 1 is Incorrect because elongation resistance badhata hai, ghatata nahi. • Option 2 is Correct because: (1) Resistivity ($\rho$): Material specific property hai jo temperature aur atomic composition par depend karti hai, length khinchne par $\rho$ strictly unchanged rehti hai; (2) Resistance ($R$): Wire stretch karne par total volume constant rehta hai ($V = A \cdot l = \text{constant}$). Jab length double ($l' = 2l$) hogi, toh cross-sectional area half ($A' = A/2$) ho jayega. Formula $R = \frac{\rho l}{A}$ se naya resistance: $$R' = \frac{\rho (2l)}{A/2} = 4\left(\frac{\rho l}{A}\right) = 4R$$ Isliye resistance 4 times (quadruple) badh jata hai. • Option 3 is Incorrect because stretching par area constant nahi rehta aur resistivity change nahi hoti. • Option 4 is Incorrect because resistance constant nahi reh sakta jab geometry change ho.
Evaluating the temperature dependence of electrical resistance reveals contrasting behaviors between pure metals, alloys, and semiconductors. Which choice accurately describes these temperature coefficients?
विद्युत प्रतिरोध की तापमान निर्भरता का मूल्यांकन शुद्ध धातुओं, मिश्र धातुओं और अर्धचालकों के बीच विपरीत व्यवहार को उजागर करता है। कौन सा विकल्प इन तापमान गुणांकों का सटीक वर्णन करता है?
(A) For pure metals, resistance increases with temperature; for alloys, the increase is very small; for semiconductors, resistance decreases (conductivity increases) as temperature rises. | शुद्ध धातुओं के लिए तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है; मिश्र धातुओं के लिए यह वृद्धि बहुत कम होती है; अर्धचालकों के लिए तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है (चालकता बढ़ती है)।
(B) Temperature changes have zero effect on the resistivity of pure metals and semiconductors. | तापमान परिवर्तन का शुद्ध धातुओं और अर्धचालकों की प्रतिरोधकता पर शून्य प्रभाव पड़ता है।
(C) For alloys, resistance drops to zero at 100°C. | मिश्र धातुओं के लिए 100°C पर प्रतिरोध गिरकर शून्य हो जाता है।
(D) For semiconductors, resistance increases with temperature; for pure metals, resistance decreases with temperature. | अर्धचालकों के लिए तापमान के साथ प्रतिरोध बढ़ता है; शुद्ध धातुओं के लिए तापमान के साथ प्रतिरोध घटता है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) For pure metals, resistance increases with temperature; for alloys, the increase is very small; for semiconductors, resistance decreases (conductivity increases) as temperature rises. | शुद्ध धातुओं के लिए तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है; मिश्र धातुओं के लिए यह वृद्धि बहुत कम होती है; अर्धचालकों के लिए तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है (चालकता बढ़ती है)।Explanation: Temperature badhne par charge carriers ki lattice collision frequency aur carrier concentration materials mein unka resistance define karte hain. • Option 1 is Correct because: (1) Pure Metals: Positive temperature coefficient ($\alpha > 0$) possess karte hain; temperature badhne se lattice ions vibrate karte hain jisse electron collisions badhte hain aur resistance badhta hai; (2) Alloys (Nichrome, Manganin, Constantan): Inka temperature coefficient extremely low hota hai, isliye temperature badhne par resistance mein negligible change aata hai; (3) Semiconductors (Silicon, Germanium, Carbon): Negative temperature coefficient ($\alpha < 0$) possess karte hain; heat covalent bonds tod kar free electron-hole pairs release karti hai, jisse resistance ghat-ta hai (conductivity badhti hai). • Option 2 is Incorrect because temperature resistivity ko fundamentally alter karta hai. • Option 3 is Incorrect because superconductivity cryogenic temperatures ($T < T_c$) par aati hai, $100^\circ\text{C}$ par nahi. • Option 4 is Incorrect because yeh metals aur semiconductors ke temperature characteristics ko reverse karta hai.
When three resistors R₁, R₂, and R₃ are connected in a Parallel Combination across a voltage source V, what governs the voltage drop, current distribution, and equivalent resistance (R_p)?
जब तीन प्रतिरोधक R₁, R₂, और R₃ एक वोल्टेज स्रोत V के पार समानांतर संयोजन (Parallel Combination) में जुड़े होते हैं, तो वोल्टेज ड्रॉप, धारा वितरण और समतुल्य प्रतिरोध (R_p) को क्या नियंत्रित करता है?
(A) Current through each resistor is identical; Voltage divides; $R_p = R_1 + R_2 + R_3$. | प्रत्येक प्रतिरोधक के माध्यम से धारा समान होती है; वोल्टेज विभाजित होता है; $R_p = R_1 + R_2 + R_3$।
(B) Current through each branch is directly proportional to its resistance. | प्रत्येक शाखा के माध्यम से धारा उसके प्रतिरोध के सीधे आनुपातिक होती है।
(C) Voltage drop across each resistor is identical (V); Total current is $I = I_1 + I_2 + I_3$; Reciprocal equivalent resistance is $1/R_p = 1/R_1 + 1/R_2 + 1/R_3$, making $R_p$ smaller than the smallest individual resistance. | प्रत्येक प्रतिरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप समान (V) होता है; कुल धारा $I = I_1 + I_2 + I_3$ है; व्युत्क्रम समतुल्य प्रतिरोध $1/R_p = 1/R_1 + 1/R_2 + 1/R_3$ है, जिससे $R_p$ सबसे छोटे व्यक्तिगत प्रतिरोध से भी छोटा हो जाता है।
(D) Voltage drop is directly proportional to individual resistance; Total resistance is the geometric mean of individual resistances. | वोल्टेज ड्रॉप व्यक्तिगत प्रतिरोध के सीधे आनुपातिक है; कुल प्रतिरोध व्यक्तिगत प्रतिरोधों का ज्यामितीय माध्य है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Voltage drop across each resistor is identical (V); Total current is $I = I_1 + I_2 + I_3$; Reciprocal equivalent resistance is $1/R_p = 1/R_1 + 1/R_2 + 1/R_3$, making $R_p$ smaller than the smallest individual resistance. | प्रत्येक प्रतिरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप समान (V) होता है; कुल धारा $I = I_1 + I_2 + I_3$ है; व्युत्क्रम समतुल्य प्रतिरोध $1/R_p = 1/R_1 + 1/R_2 + 1/R_3$ है, जिससे $R_p$ सबसे छोटे व्यक्तिगत प्रतिरोध से भी छोटा हो जाता है।Explanation: Electric circuits mein multiple resistors ko unke branches ke across parallel connect karke equivalent network design kiya jata hai. • Option 1 is Incorrect because identical current aur additive resistance Series combination ki property hoti hai. • Option 2 is Incorrect because current branch resistance ke inversely proportional ($I_k = \frac{V}{R_k}$) hoti hai. • Option 3 is Correct because Parallel Combination mein: (1) Sabhi parallel branches dono common nodes ke beech connected hoti hain, isliye har resistor ke across Potential Difference strictly SAME ($V$) rehta hai; (2) Total current individual branches mein divide ho jati hai ($I = I_1 + I_2 + I_3$); (3) Equivalent resistance reciprocal formula se calculate hota hai: $$\frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$$ Jisse resultant resistance $R_p$ network ke sabse chhote resistor se bhi chhota ho jata hai. • Option 4 is Incorrect because geometric mean scaling circuits mein exist nahi karti.
Conductance and Conductivity measure a material's capacity to conduct electric charge. What are the correct SI units for Conductance and Conductivity, respectively?
चालकता (Conductance) और विशिष्ट चालकता (Conductivity) विद्युत आवेश को संचालित करने की किसी सामग्री की क्षमता को मापते हैं। क्रमशः चालकता और विशिष्ट चालकता के लिए सही SI इकाइयाँ क्या हैं?
(A) Conductance: Siemens (S) or $\Omega^{-1}$ (mho); Conductivity: Siemens/m or $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$ (mho/m) | चालकता: सीमेंस (S) या $\Omega^{-1}$ (mho); विशिष्ट चालकता: सीमेंस/m या $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$ (mho/m)
(B) Conductance: $\Omega \cdot \text{m}$; Conductivity: $\Omega$ | चालकता: $\Omega \cdot \text{m}$; विशिष्ट चालकता: $\Omega$
(C) Conductance: Watt; Conductivity: Joule per second | चालकता: वाट; विशिष्ट चालकता: जूल प्रति सेकंड
(D) Conductance: Volt per Ampere; Conductivity: Ampere per Volt | चालकता: वोल्ट प्रति एम्पीयर; विशिष्ट चालकता: एम्पीयर प्रति वोल्ट
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) Conductance: Siemens (S) or $\Omega^{-1}$ (mho); Conductivity: Siemens/m or $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$ (mho/m) | चालकता: सीमेंस (S) या $\Omega^{-1}$ (mho); विशिष्ट चालकता: सीमेंस/m या $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$ (mho/m)Explanation: Electrical conductivity parameters resistance aur resistivity ke reciprocal transport metrics ke roop mein defined hote hain. • Option 1 is Correct because: (1) Conductance ($G$): Resistance ka reciprocal hota hai ($G = 1/R$), isliye iski SI unit $\Omega^{-1}$ (ohm$^{-1}$), mho, ya Siemens (S) hoti hai; (2) Conductivity ($\sigma$): Resistivity ka reciprocal hota hai ($\sigma = 1/\rho$), isliye iski SI unit $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$, mho/m, ya Siemens/m (S/m) hoti hai. • Option 2 is Incorrect because $\Omega \cdot \text{m}$ resistivity ki unit hai aur $\Omega$ resistance ki unit hai. • Option 3 is Incorrect because Watt aur Joule per second electric power ki units hain. • Option 4 is Incorrect because Volt per Ampere Ohm (resistance) hota hai.
Superconductors represent a unique state of matter in electrical physics. What defining electrical transition occurs when a material enters the Superconducting state below its critical temperature (T_c)?
अतिचालक (Superconductors) विद्युत भौतिकी में पदार्थ की एक विशिष्ट अवस्था का प्रतिनिधित्व करते हैं। जब कोई सामग्री अपने क्रांतिक तापमान (T_c) से नीचे अतिचालक अवस्था में प्रवेश करती है तो कौन सा परिभाषित विद्युत संक्रमण होता है?
(A) Electrical resistance increases to infinity, stopping all current flow. | विद्युत प्रतिरोध अनंत तक बढ़ जाता है, जिससे सभी धारा प्रवाह रुक जाते हैं।
(B) Electrical potential difference across the material becomes infinite. | सामग्री के पार विद्युत विभवांतर अनंत हो जाता है।
(C) The material begins emitting intense X-ray radiation continuously. | सामग्री लगातार तीव्र एक्स-रे विकिरण उत्सर्जित करने लगती है।
(D) Electrical resistance drops strictly to zero ($R = 0$), allowing electric current to persist indefinitely without energy dissipation. | विद्युत प्रतिरोध सख्ती से शून्य ($R = 0$) तक गिर जाता है, जिससे विद्युत धारा बिना किसी ऊर्जा क्षय के अनिश्चित काल तक बनी रहती है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: D) Electrical resistance drops strictly to zero ($R = 0$), allowing electric current to persist indefinitely without energy dissipation. | विद्युत प्रतिरोध सख्ती से शून्य ($R = 0$) तक गिर जाता है, जिससे विद्युत धारा बिना किसी ऊर्जा क्षय के अनिश्चित काल तक बनी रहती है।Explanation: 1911 mein Heike Kamerlingh Onnes ne liquid helium cooling experiment ke dauran Mercury ($4.2\text{ K}$) mein Superconductivity discover ki thi. • Option 1 is Incorrect because infinite resistance insulator transformation hota hai, superconductor nahi. • Option 2 is Incorrect because zero resistance par potential drop $V = IR = 0$ zero ho jata hai. • Option 3 is Incorrect because superconductivity low-temperature macroscopic quantum state hai, X-ray emitter nahi. • Option 4 is Correct because Superconductivity mein jab kisi conductor ko uske specific Critical Temperature ($T_c$) ke niche cool kiya jata hai, toh uska Electrical Resistance abruptly gir kar strictly ZERO ($R = 0$) ho jata hai. Zero resistance hone ke karan superconducting closed loop mein electric current bina kisi battery support aur bina kisi Joule heating energy loss ($I^2Rt = 0$) ke saalon tak persistently flow karta rehta hai (sath hi Meissner Effect ke tahat internal magnetic field $B = 0$ expulse ho jata hai).
A Thermistor is a specialized semiconductor device whose electrical resistance varies rapidly with temperature. Which application relies on thermistors due to their sensitive thermal response?
थर्मिस्टर (Thermistor) एक विशेष अर्धचालक उपकरण है जिसका विद्युत प्रतिरोध तापमान के साथ तेजी से बदलता है। कौन सा अनुप्रयोग अपनी संवेदनशील थर्मल प्रतिक्रिया के कारण थर्मिस्टर पर निर्भर करता है?
(A) Building high-power transmission line cables to replace copper. | तांबे को बदलने के लिए उच्च-शक्ति संचरण लाइन केबल का निर्माण करना।
(B) Generating magnetic levitation forces inside vacuum tubes. | वैक्यूम ट्यूबों के अंदर चुंबकीय उत्तोलन बल उत्पन्न करना।
(C) Detecting minute temperature changes, measuring very low temperatures, and protecting transformer or motor windings against overheating. | सूक्ष्म तापमान परिवर्तनों का पता लगाना, बहुत कम तापमान मापना, और ट्रांसफार्मर या मोटर वाइंडिंग को ओवरहीटिंग से बचाना।
(D) Converting sound waves into high-voltage direct current. | ध्वनि तरंगों को उच्च-वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करना।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: C) Detecting minute temperature changes, measuring very low temperatures, and protecting transformer or motor windings against overheating. | सूक्ष्म तापमान परिवर्तनों का पता लगाना, बहुत कम तापमान मापना, और ट्रांसफार्मर या मोटर वाइंडिंग को ओवरहीटिंग से बचाना।Explanation: Thermistor ('Thermal Resistor') ek temperature-sensitive semiconductor component hota hai jiska resistance temperature ke sath rapidly vary karta hai. • Option 1 is Incorrect because high resistance temperature variation ke karan thermistors transmission cables mein use nahi ho sakte. • Option 2 is Incorrect because magnetic levitation superconductors karte hain, thermistors nahi. • Option 3 is Correct because Thermistors sintered metallic oxides (Manganese, Nickel, Cobalt) se bane hote hain aur high negative (NTC) ya positive (PTC) temperature coefficient exhibit karte hain. Temperature mein fractional change hone par bhi inka resistance massively change hota hai, isliye inka use: (1) Precision electronic thermometers mein minute temperature changes detect karne; (2) Cryogenic temperature sensors mein; (3) Overheating protection circuits mein transformers aur electric motors ki winding ko jalne se bachane ke liye thermostat cut-off ki tarah kiya jata hai. • Option 4 is Incorrect because acoustic conversion microphones/piezoelectrics karte hain.
Electromotive force (EMF) and terminal potential difference (V) characterize electric cells. Under what condition does the terminal potential difference (V) across a cell strictly EQUAL its EMF (E)?
विद्युत वाहक बल (EMF) और टर्मिनल विभवांतर (V) विद्युत सेलों की विशेषता बताते हैं। किस स्थिति में किसी सेल का टर्मिनल विभवांतर (V) उसके EMF (E) के सख्ती से बराबर होता है?
(A) When no current is drawn from the cell (open-circuit condition, $I = 0$). | जब सेल से कोई धारा नहीं खींची जाती है (ओपन-सर्किट स्थिति, $I = 0$)।
(B) When the internal resistance of the cell increases to infinity during current draw. | जब धारा निकासी के दौरान सेल का आंतरिक प्रतिरोध अनंत तक बढ़ जाता है।
(C) When the cell is discharging maximum current through a zero-resistance wire. | जब सेल शून्य-प्रतिरोध तार के माध्यम से अधिकतम धारा का निर्वहन कर रहा हो।
(D) When the cell is being charged rapidly by an external power source. | जब सेल को किसी बाहरी शक्ति स्रोत द्वारा तेजी से चार्ज किया जा रहा हो।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) When no current is drawn from the cell (open-circuit condition, $I = 0$). | जब सेल से कोई धारा नहीं खींची जाती है (ओपन-सर्किट स्थिति, $I = 0$)।Explanation: Electromotive Force (EMF, $E$) cell ke chemical electrodes ke beech ka maximum potential difference hota hai jab circuit operational load par na ho. • Option 1 is Correct because Real cell ki circuit equation $V = E - Ir$ hoti hai (jahan $r$ internal resistance hai). Jab cell Open Circuit ($I = 0$) condition mein hota hai (koi current circuit mein flow nahi ho rahi hoti), toh internal voltage drop $Ir = 0$ ho jata hai, jisse terminal potential difference strictly EMF ke barabar ho jata ($V = E$). • Option 2 is Incorrect because current draw hone par $Ir$ drop hamesha $V < E$ bana deta hai. • Option 3 is Incorrect because short-circuit ($R = 0$) par maximum current $I = E/r$ flow hota hai aur terminal voltage drop hokar $V = 0$ ho jata hai. • Option 4 is Incorrect because charging ke dauran external voltage supply EMF se zyada hoti hai ($V = E + Ir > E$).
Standard incandescent light bulbs frequently burn out (fuse) right at the instant they are switched on. What thermodynamic/electrical mechanism causes this switch-on failure?
मानक तापदीप्त प्रकाश बल्ब (incandescent light bulbs) अक्सर चालू किए जाने के क्षण ही फ्यूज (जल) जाते हैं। कौन सा ऊष्मागतिकी/विद्युत तंत्र इस स्विच-ऑन विफलता का कारण बनता है?
(A) The cold tungsten filament has very low electrical resistance, causing a sudden massive current surge upon switching on that thermally snaps the wire. | ठंडे टंगस्टन फिलामेंट में बहुत कम विद्युत प्रतिरोध होता है, जिससे स्विच ऑन करने पर अचानक भारी धारा का प्रवाह होता है जो तार को तापीय रूप से तोड़ देता है।
(B) The switch creates an electrostatic shock wave that shatters the glass bulb. | स्विच एक इलेक्ट्रोस्टैटिक शॉक वेव बनाता है जो कांच के बल्ब को चकनाचूर कर देता है।
(C) Inactive nitrogen gas inside the bulb explodes due to instant oxidation. | बल्ब के अंदर की निष्क्रिय नाइट्रोजन गैस तुरंत ऑक्सीकरण के कारण फट जाती है।
(D) The bulb's internal resistance drops to zero, converting AC current into DC voltage. | बल्ब का आंतरिक प्रतिरोध शून्य हो जाता है, जिससे AC धारा DC वोल्टेज में परिवर्तित हो जाती है।
✅ Answer & Explanation
Sahi jawab: A) The cold tungsten filament has very low electrical resistance, causing a sudden massive current surge upon switching on that thermally snaps the wire. | ठंडे टंगस्टन फिलामेंट में बहुत कम विद्युत प्रतिरोध होता है, जिससे स्विच ऑन करने पर अचानक भारी धारा का प्रवाह होता है जो तार को तापीय रूप से तोड़ देता है।Explanation: Incandescent electric bulbs metallic tungsten filament ke high-temperature Joule heating ($I^2Rt$) principle par work karte hain. • Option 1 is Correct because Tungsten metal positive temperature coefficient of resistance ($R \propto T$) exhibit karta hai. Jab bulb band hota hai, toh room temperature par cold filament ka initial resistance ($R_{\text{cold}}$) normal operating resistance se lagbhag 10 se 12 guna KAM hota hai. Switch ON karte hi low resistance ke karan achanak ek massive current surge ($I = V / R_{\text{cold}}$) draw hota hai, jo aged ya thinned filament wire par sudden thermal mechanical stress daal kar use turant fuse (snap) kar deta hai. • Option 2 is Incorrect because switch mechanical contact banata hai, glass shattering shockwave nahi. • Option 3 is Incorrect because nitrogen/argon inactive gases hain jo combustion ya explosion nahi karti. • Option 4 is Incorrect because AC/DC conversion rectifier se hota hai, bulb resistance se nahi.