Current Electricity (LAQs)

Physics-2 | 6. Current Electricity – LAQs:
Welcome to LAQs in Chapter 6: Current Electricity. This page includes the most significant FAQs for Long Answer Questions. Each answer is provided in simple English, with a Telugu explanation, and formatted according to the exam style. This helps in thorough preparation and securing top marks in your final exams.


LAQ-1 : State Kirchhoff’s law for an electrical network. Using these laws deduce the condition for balance in a Wheatstone bridge.

For Backbenchers 😎

Imagine you’re in a city with lots of roads and intersections. Kirchhoff’s Laws are like the rules of the road for electricity. They help us figure out how electricity behaves in circuits.

First, there’s Kirchhoff’s Current Law (KCL). Think of it as the “cars in, cars out” rule. At any intersection in the city, the number of cars coming in must be the same as the number of cars going out. Similarly, in an electrical circuit, the total electricity flowing into a point must be equal to the total electricity flowing out of that point. It’s all about keeping things balanced, like traffic at an intersection.

Now, there’s Kirchhoff’s Voltage Law (KVL). Imagine you’re on a roller coaster that goes up and down. KVL is like saying that when you complete a full ride, you end up at the same height where you started. In circuits, it means that if you go around a closed path and add up all the changes in voltage (like going uphill and downhill), the total change should be zero. It’s all about not gaining or losing energy, just like not magically changing your height on that roller coaster.

Now, let’s talk about the Wheatstone Bridge. It’s like a clever tool for measuring things, like a scale that tells you the weight of an object. But instead of weight, it measures electrical resistance, which is like the “opposition” electricity faces when it flows through something.

In the Wheatstone Bridge, you have four resistors arranged in a diamond shape. It’s like having two known weights on one side of a scale and an unknown weight on the other side. When the scale is perfectly balanced, it means the unknown weight is the same as the known weights.

So, we use Kirchhoff’s Laws to make sure everything is in order. KVL helps us check that the voltages around the bridge loop add up to zero, and KCL helps us make sure there’s no funny business with currents at the middle point of the bridge. This way, we can figure out the unknown resistance accurately, just like finding out the weight of something using a balanced scale.

In simple terms, Kirchhoff’s Laws are like the rules of the road for electricity, and the Wheatstone Bridge is a clever tool that uses these rules to measure electrical resistance. Understanding these concepts is like having a superpower in the world of electrical circuits!

మన తెలుగులో

మీరు చాలా రోడ్లు మరియు కూడళ్లు ఉన్న నగరంలో ఉన్నారని ఊహించుకోండి. Kirchhoff చట్టాలు విద్యుత్ కోసం రహదారి నియమాల వంటివి. సర్క్యూట్లలో విద్యుత్తు ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో తెలుసుకోవడానికి అవి మాకు సహాయపడతాయి.

మొదట, కిర్చోఫ్స్ కరెంట్ లా (KCL) ఉంది. దీనిని “కార్స్ ఇన్, కార్స్ అవుట్” నియమంగా భావించండి. నగరంలో ఏ కూడలిలో వచ్చినా, బయటకు వెళ్లే కార్ల సంఖ్యకు వచ్చే కార్ల సంఖ్య తప్పనిసరిగా ఉండాలి. అదేవిధంగా, ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్‌లో, ఒక పాయింట్‌లోకి ప్రవహించే మొత్తం విద్యుత్ ఆ పాయింట్ నుండి ప్రవహించే మొత్తం విద్యుత్‌కు సమానంగా ఉండాలి. ఇది కూడలి వద్ద ట్రాఫిక్ వంటి విషయాలను సమతుల్యంగా ఉంచడం.

ఇప్పుడు, Kirchhoff యొక్క వోల్టేజ్ చట్టం (KVL) ఉంది. మీరు పైకి క్రిందికి వెళ్లే రోలర్ కోస్టర్‌లో ఉన్నారని ఊహించుకోండి. KVL అంటే మీరు పూర్తి రైడ్ పూర్తి చేసినప్పుడు, మీరు ప్రారంభించిన అదే ఎత్తులో ముగుస్తుంది. సర్క్యూట్‌లలో, మీరు ఒక క్లోజ్డ్ పాత్ చుట్టూ వెళ్లి వోల్టేజ్‌లోని అన్ని మార్పులను (ఎత్తుకు మరియు క్రిందికి వెళ్లడం వంటివి) జోడిస్తే, మొత్తం మార్పు సున్నాగా ఉండాలి. ఆ రోలర్ కోస్టర్‌లో మీ ఎత్తును అద్భుతంగా మార్చకుండా ఉన్నట్లే, శక్తిని పొందడం లేదా కోల్పోకపోవడం గురించి ఇది అంతే.

ఇప్పుడు వీట్‌స్టోన్ వంతెన గురించి మాట్లాడుకుందాం. ఇది వస్తువులను కొలిచే ఒక తెలివైన సాధనం వంటిది, ఒక వస్తువు యొక్క బరువును మీకు చెప్పే స్కేల్ వంటిది. కానీ బరువుకు బదులుగా, ఇది ఎలక్ట్రికల్ రెసిస్టెన్స్‌ను కొలుస్తుంది, ఇది ఏదో గుండా ప్రవహించినప్పుడు విద్యుత్తు ఎదుర్కొన్న “ప్రతిపక్షం” లాగా ఉంటుంది.

వీట్‌స్టోన్ వంతెనలో, మీరు నాలుగు రెసిస్టర్‌లను డైమండ్ ఆకారంలో అమర్చారు. ఇది ఒక స్కేల్‌కి ఒక వైపు తెలిసిన రెండు బరువులు మరియు మరొక వైపు తెలియని బరువు ఉన్నట్లే. స్కేల్ సంపూర్ణంగా సమతుల్యం అయినప్పుడు, తెలియని బరువు, తెలిసిన బరువులు ఒకటే అని అర్థం.

కాబట్టి, ప్రతిదీ క్రమంలో ఉందని నిర్ధారించుకోవడానికి మేము Kirchhoff చట్టాలను ఉపయోగిస్తాము. KVL బ్రిడ్జ్ లూప్ చుట్టూ ఉన్న వోల్టేజ్‌లు సున్నాకి చేరుతాయో లేదో తనిఖీ చేయడంలో మాకు సహాయం చేస్తుంది మరియు వంతెన మధ్య బిందువు వద్ద కరెంట్‌లతో ఎలాంటి ఫన్నీ బిజినెస్ లేదని నిర్ధారించుకోవడంలో KCL మాకు సహాయపడుతుంది. ఈ విధంగా, బ్యాలెన్స్‌డ్ స్కేల్‌ని ఉపయోగించి ఏదైనా బరువును కనిపెట్టినట్లే, తెలియని ప్రతిఘటనను మనం ఖచ్చితంగా గుర్తించవచ్చు.

సరళంగా చెప్పాలంటే, కిర్చోఫ్ యొక్క చట్టాలు విద్యుత్ కోసం రహదారి నియమాల వలె ఉంటాయి మరియు వీట్‌స్టోన్ వంతెన అనేది విద్యుత్ నిరోధకతను కొలవడానికి ఈ నియమాలను ఉపయోగించే ఒక తెలివైన సాధనం. ఈ భావనలను అర్థం చేసుకోవడం ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్ల ప్రపంచంలో సూపర్ పవర్ ఉన్నట్లే!

Introduction

Kirchhoff’s Laws are fundamental principles in electrical circuit theory, crucial for analyzing complex electrical networks. These laws consist of Kirchhoff’s Current Law (KCL) and Kirchhoff’s Voltage Law (KVL).

Kirchhoff’s Current Law (KCL)

Kirchhoff’s Current Law states that the total current entering a junction (or node) in an electrical circuit equals the total current leaving the junction. Mathematically, it is expressed as:

$$\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$$

This law is based on the principle of conservation of electric charge.

Kirchhoff’s Voltage Law (KVL)

Kirchhoff’s Voltage Law asserts that the sum of the electrical potential differences (voltages) around any closed loop or mesh in a circuit is zero. In formula terms, it is:

$$\sum V = 0$$

This law is derived from the conservation of energy principle.

Deriving the Condition for Balance in a Wheatstone Bridge

A Wheatstone Bridge is a circuit used to measure unknown electrical resistances by balancing two legs of a bridge circuit.

  1. Configuration: The Wheatstone Bridge consists of four resistors (R1​, R2​, R3​, R4​) arranged in a diamond shape. A galvanometer is connected between the middle nodes, and a voltage source across the opposite nodes.
  2. Balanced Condition: The bridge is in a balanced state when the voltage across the galvanometer is zero. Applying KVL in the loops and KCL at the middle node, we deduce the condition for balance.
  3. Application of Kirchhoff’s Laws:
    • From KVL, in the first loop with resistors R1​ and R2​, and in the second loop with resistors R3​ and R4​, the voltages across these resistors must be the same when the bridge is balanced.
    • Applying KCL at the middle node ensures no current flows through the galvanometer.
  4. Balanced Bridge Equation: The condition for a balanced Wheatstone Bridge is given by the ratio of resistances: $$\frac{R_1}{R_2} = \frac{R_3}{R_4}$$ ​​This equation indicates that the ratios of the resistances in one arm of the bridge are equal to the ratios in the other arm.

Summary

Kirchhoff’s Laws are essential for understanding electrical circuits and are particularly useful in analyzing a Wheatstone Bridge. The condition for balance in a Wheatstone Bridge, derived using these laws, is a critical concept in measuring unknown resistances and ensuring precision in electrical measurements.


LAQ-2 : State the working principle of potentiometer. explain with the help of circuit diagram how the emf of two primary cells are compared by using the potentiometer.

For Backbenchers 😎

Think of a potentiometer as a special tool for checking how powerful different batteries are. It’s like having a super long road to see which car can go the farthest with the same amount of fuel.

When electricity flows through a wire, it uses up some of its power. This is similar to how a car uses up gas when you drive it.

To compare batteries, you set up a wire (the road) and connect one battery to it. You use a jockey (a special tool) to slide along the wire, and there’s a device called a “galvanometer” that shows when there’s electricity flowing.

You keep sliding the jockey until the galvanometer stops moving. This special spot is called the “null point” because the battery’s power is all used up, like a car running out of gas.

The distance from the start of the road to this null point tells you how strong that battery is. It’s like saying, “This battery is so powerful that it can make electricity travel this far!”

Then, you do the same thing with another battery. Connect it, slide the jockey, and find its null point. The distance from the start to this null point tells you how strong the second battery is.

Now, you compare these distances. The longer the distance, the stronger the battery. It’s like comparing how far two cars can go with the same amount of gas. If one car goes farther, it means it’s more powerful or efficient.

In simple terms, a potentiometer is like a magical ruler that helps you measure and compare how powerful batteries are by using a wire as a road and finding the spot where the battery’s power runs out. Understanding how a potentiometer works is like having a cool tool to test batteries and other electrical stuff!

మన తెలుగులో

వివిధ బ్యాటరీలు ఎంత శక్తివంతమైనవో తనిఖీ చేయడానికి ఒక ప్రత్యేక సాధనంగా పొటెన్షియోమీటర్ గురించి ఆలోచించండి. అదే మొత్తంలో ఇంధనంతో ఏ కారు ఎక్కువ దూరం వెళ్లగలదో చూడటానికి ఇది చాలా పొడవైన రహదారిని కలిగి ఉంటుంది.

విద్యుత్ తీగ ద్వారా ప్రవహించినప్పుడు, అది కొంత శక్తిని ఉపయోగించుకుంటుంది. మీరు డ్రైవింగ్ చేసేటప్పుడు కారు గ్యాస్‌ను ఎలా ఉపయోగిస్తుందో అదే విధంగా ఉంటుంది.

బ్యాటరీలను పోల్చడానికి, మీరు ఒక వైర్ (రహదారి)ని సెటప్ చేసి, దానికి ఒక బ్యాటరీని కనెక్ట్ చేయండి. మీరు వైర్ వెంట జారడానికి జాకీని (ప్రత్యేక సాధనం) ఉపయోగిస్తారు మరియు విద్యుత్ ప్రవహిస్తున్నప్పుడు చూపే “గాల్వనోమీటర్” అనే పరికరం ఉంది.

గాల్వనోమీటర్ కదలడం ఆపే వరకు మీరు జాకీని జారుతూనే ఉంటారు. ఈ ప్రత్యేక ప్రదేశాన్ని “శూన్య పాయింట్” అని పిలుస్తారు, ఎందుకంటే బ్యాటరీ యొక్క శక్తి మొత్తం ఉపయోగించబడుతుంది, కారు గ్యాస్ అయిపోతున్నట్లు.

రహదారి ప్రారంభం నుండి ఈ శూన్య బిందువు వరకు ఉన్న దూరం ఆ బ్యాటరీ ఎంత బలంగా ఉందో తెలియజేస్తుంది. “ఈ బ్యాటరీ చాలా శక్తివంతమైనది, ఇది విద్యుత్తును ఇంత దూరం ప్రయాణించేలా చేస్తుంది!”

అప్పుడు, మీరు మరొక బ్యాటరీతో అదే పనిని చేస్తారు. దాన్ని కనెక్ట్ చేయండి, జాకీని స్లైడ్ చేయండి మరియు దాని శూన్య బిందువును కనుగొనండి. ప్రారంభం నుండి ఈ శూన్య బిందువుకు దూరం రెండవ బ్యాటరీ ఎంత బలంగా ఉందో మీకు తెలియజేస్తుంది.

ఇప్పుడు, మీరు ఈ దూరాలను సరిపోల్చండి. ఎక్కువ దూరం, బ్యాటరీ బలంగా ఉంటుంది. రెండు కార్లు ఒకే మొత్తంలో గ్యాస్‌తో ఎంత దూరం వెళ్లగలవో పోల్చడం లాంటిది. ఒక కారు మరింత దూరం వెళితే, అది మరింత శక్తివంతమైనది లేదా సమర్థవంతమైనది అని అర్థం.

సరళంగా చెప్పాలంటే, పొటెన్షియోమీటర్ అనేది ఒక అద్భుత పాలకుడు వంటిది, ఇది వైర్‌ను రహదారిగా ఉపయోగించడం ద్వారా మరియు బ్యాటరీ పవర్ అయిపోయే ప్రదేశాన్ని కనుగొనడం ద్వారా బ్యాటరీలు ఎంత శక్తివంతమైనవో కొలవడానికి మరియు సరిపోల్చడంలో మీకు సహాయపడతాయి. పొటెన్షియోమీటర్ ఎలా పనిచేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం అనేది బ్యాటరీలు మరియు ఇతర ఎలక్ట్రికల్ వస్తువులను పరీక్షించడానికి ఒక చల్లని సాధనం లాంటిది!

Introduction

The potentiometer is a device used for measuring the electromotive force (emf) of a cell or comparing emfs of different cells, and for measuring internal resistance of a cell. It operates on the principle that the potential drop across any portion of a wire carrying a constant current is directly proportional to the length of that portion.

Working Principle of Potentiometer

The basic working principle of a potentiometer is the uniform potential drop along a resistive wire with a constant current flowing through it. The potential difference across any segment of the wire is directly proportional to the length of the segment, provided the current in the wire remains constant.

Comparing EMF of Two Primary Cells Using Potentiometer

  1. Circuit Setup:
    • The potentiometer circuit consists of a long resistive wire AB of uniform cross-section and known length.
    • The wire is connected in series with a battery (not the cells to be measured), a rheostat, and a key.
    • The cells whose emfs are to be compared are connected in turn to the circuit through a two-way key.
  2. Measurement Process:
    • For measuring the emf of the first cell, it is connected in series with a high resistance box and a galvanometer.
    • The jockey is slid along the wire AB until the galvanometer shows no deflection, indicating a null point.
    • At this null point, the emf of the cell is equal to the potential drop across the length of the wire from point A to the null point.
  3. Repeat for Second Cell:
    • The process is repeated for the second cell. The length where the null point is achieved gives the measure of its emf.
  4. Comparison of EMF:
    • The emf of the two cells is directly proportional to the lengths of the wire segments from A to their respective null points.
    • By comparing these lengths, the relative emfs of the two cells can be deduced.

Summary

The potentiometer is a versatile and accurate instrument used for measuring and comparing the emf of cells. Its principle relies on the uniform potential drop across a resistive wire. When comparing the emf of two cells, the lengths of wire segments to the null points provide a direct comparison of their emfs. This method is widely valued for its precision in voltage measurement without drawing current from the cell.


LAQ-3 : State the working principle of potentiometer explain with the help of circuit diagram how the potentiometer is used to determine the internal resistance of the given primary cell.

For Backbenchers 😎

A potentiometer is a special tool that helps us measure things like the power of a battery and the resistance inside it. It does this by using a wire and a constant flow of electricity. Imagine a long wire that electricity can flow through. If you cut a piece of this wire, the amount of power it can carry depends on how long it is. A potentiometer uses this idea to figure out the power of a battery.

Here’s how it works: First, you set up a circuit with the potentiometer. This circuit has the wire, a stable battery, and some other things like a switch. Then, you connect the battery you want to test to this setup. When you turn on the circuit, the wire in the potentiometer will have a point where the electricity power matches the battery power. This is called the “null point.” At the null point, the wire’s power equals the battery’s power.

To find out the battery’s internal resistance (which is like how much the battery resists the electricity), you add another known resistance to the circuit. This changes the setup, and you need to find the new null point. The difference in power between the old null point and the new one helps us figure out the battery’s internal resistance. This might sound complicated, but it’s all based on a formula that says: Battery power = Battery power – (Electricity flowing through it x Internal resistance of the battery).

So, in a nutshell, a potentiometer is a cool tool that lets us measure the power and resistance of a battery accurately. It does this by comparing how much electricity flows through a wire and how the battery responds to it. This helps us understand batteries better and use them more effectively in various electrical devices.

మన తెలుగులో

పొటెన్షియోమీటర్ అనేది బ్యాటరీ యొక్క శక్తి మరియు దానిలోని ప్రతిఘటన వంటి వాటిని కొలవడానికి మాకు సహాయపడే ఒక ప్రత్యేక సాధనం. ఇది వైర్ మరియు స్థిరమైన విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా దీన్ని చేస్తుంది. విద్యుత్తు ప్రవహించే పొడవైన తీగను ఊహించుకోండి. మీరు ఈ తీగ యొక్క భాగాన్ని కత్తిరించినట్లయితే, అది ఎంతకాలం తీసుకువెళుతుంది అనేదానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. బ్యాటరీ యొక్క శక్తిని గుర్తించడానికి పొటెన్షియోమీటర్ ఈ ఆలోచనను ఉపయోగిస్తుంది.

ఇది ఎలా పని చేస్తుందో ఇక్కడ ఉంది: ముందుగా, మీరు పొటెన్షియోమీటర్‌తో సర్క్యూట్‌ను సెటప్ చేయండి. ఈ సర్క్యూట్‌లో వైర్, స్థిరమైన బ్యాటరీ మరియు స్విచ్ వంటి కొన్ని ఇతర అంశాలు ఉన్నాయి. తర్వాత, మీరు పరీక్షించాలనుకుంటున్న బ్యాటరీని ఈ సెటప్‌కి కనెక్ట్ చేయండి. మీరు సర్క్యూట్‌ను ఆన్ చేసినప్పుడు, పొటెన్షియోమీటర్‌లోని వైర్ విద్యుత్ శక్తి బ్యాటరీ శక్తికి సరిపోయే పాయింట్‌ను కలిగి ఉంటుంది. దీనిని “శూన్య బిందువు” అంటారు. శూన్య బిందువు వద్ద, వైర్ యొక్క శక్తి బ్యాటరీ శక్తికి సమానం.

బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత ప్రతిఘటన (బ్యాటరీ విద్యుత్‌ను ఎంతగా నిరోధిస్తుంది వంటిది) తెలుసుకోవడానికి, మీరు సర్క్యూట్‌కు తెలిసిన మరొక ప్రతిఘటనను జోడించండి. ఇది సెటప్‌ను మారుస్తుంది మరియు మీరు కొత్త శూన్య బిందువును కనుగొనవలసి ఉంటుంది. పాత శూన్య బిందువు మరియు కొత్తది మధ్య పవర్‌లో వ్యత్యాసం బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధకతను గుర్తించడంలో మాకు సహాయపడుతుంది. ఇది క్లిష్టంగా అనిపించవచ్చు, కానీ ఇదంతా ఒక ఫార్ములాపై ఆధారపడి ఉంటుంది: బ్యాటరీ శక్తి = బ్యాటరీ శక్తి – (దీని ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్ x బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధం).

కాబట్టి, క్లుప్తంగా, పొటెన్షియోమీటర్ అనేది బ్యాటరీ యొక్క శక్తిని మరియు ప్రతిఘటనను ఖచ్చితంగా కొలవడానికి అనుమతించే ఒక చల్లని సాధనం. ఇది వైర్ ద్వారా ఎంత విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది మరియు బ్యాటరీ దానికి ఎలా స్పందిస్తుందో పోల్చడం ద్వారా దీన్ని చేస్తుంది. ఇది బ్యాటరీలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వివిధ ఎలక్ట్రికల్ పరికరాలలో వాటిని మరింత ప్రభావవంతంగా ఉపయోగించడానికి మాకు సహాయపడుతుంది.

Introduction

A potentiometer is an instrument used to measure the electromotive force (emf) and internal resistance of a cell. It works on the principle of a uniform potential drop along a resistor wire with a constant current flowing through it.

Working Principle of Potentiometer

The fundamental principle of a potentiometer is that the potential drop across a section of a wire is directly proportional to the length of the wire, assuming a constant current. This makes it possible to measure voltages more accurately as it does not draw current from the circuit being measured.

Using Potentiometer to Determine Internal Resistance of a Cell

  1. Circuit Setup:
    • The potentiometer setup includes a long wire of uniform resistance, connected in series with a stable battery, a rheostat, and a key.
    • The primary cell whose internal resistance is to be determined is connected to this circuit with a two-way key.
  2. Measurement Process:
    • Initially, the cell is connected in open circuit mode to the potentiometer, and a null point is determined. At this null point, the potential difference across the wire equals the emf of the cell.
    • The length of the wire from the starting point to the null point gives a measure proportional to the emf of the cell.
  3. Determining Internal Resistance:
    • To measure internal resistance, a known resistance (load) is connected in series with the cell.
    • The circuit is then adjusted to find a new null point. The potential difference at this point is equal to the terminal voltage of the cell.
  4. Calculations:
    • Using the lengths corresponding to the emf (open circuit) and terminal voltage (with known resistance), along with the known external resistance, the internal resistance of the cell can be calculated.
    • The formula used is based on the relation: V = E − Ir, where V is the terminal voltage, E is the emf, I is the current, and r is the internal resistance.

Summary

The potentiometer is a precise tool for measuring the internal resistance of a cell. By comparing the potential drop across different lengths of wire, both the emf and the terminal voltage of the cell can be accurately determined. From these measurements, the internal resistance of the cell can be calculated, illustrating the effectiveness of the potentiometer in detailed electrical measurements.