Mifano 11 ya matatizo ya capacitor - saketi za mfululizo na sambamba
1. Tatu kapa imeunganishwa katika mfululizo-sambamba kama ilivyo kwenye picha hapa chini. Ikiwa C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 4 μF, basi uwezo wa kubadilisha ni…
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 = 2 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 = 4 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 = 4 μF
Aliuliza: Uwezo wa kubadilisha (C)
Jibu:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 Siku C3 imeunganishwa sambamba. Uwezo wa kubadilisha ni:
CP = C2 + C.3 = 4 + 4 = 8 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 Siku CP imeunganishwa mfululizo. Uwezo wa kubadilisha ni:
1/C = 1/C1 + 1/SekundeP = 1/2 + 1/8 = 4/8 + 1/8 = 5/8
C = 8/5 μF
μF = micro Farad (kitengo cha uwezo wa umeme). 1 μF = 10-6 Farad
2. Vipokezi vitatu vimeunganishwa mfululizo na sambamba kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Ikiwa C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 6 μF, C4 = 5 μF na C5 = 10 μF, basi uwezo wa kubadilisha ni…
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 = 2 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 = 4 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 = 6 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C4 = 5 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C5 = 10 μF
Aliuliza: Uwezo wa kubadilisha (C)
Jibu:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 Siku C3 imeunganishwa sambamba. Uwezo wa kubadilisha ni:
CP = C2 + C.3
CP = 4 + 6
CP = 10 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1, CP, C4 Siku C5 imeunganishwa mfululizo. Uwezo wa kubadilisha ni:
1/C = 1/C1 + 1/SekundeP + 1/Sekunde4 + 1/Sekunde5
1/C = 1/2 + 1/10 + 1/5 + 1/10
1/C = 5/10 + 1/10 + 2/10 + 1/10
1/C = 9/10
C = 10/9 μF
3 C1 = 3 μF, C2 = 4 μF na C3 = 3 μF. Vipokezi vitatu vimeunganishwa mfululizo na sambamba. Tambua nishati ya umeme katika saketi!
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 = 3 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 = 4 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 = 3 μF
Aliuliza: Uwezo wa kubadilisha (C)
Jibu:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 Siku C3 imeunganishwa sambamba. Uwezo wa kubadilisha ni:
CP = C2 + C.3
CP = 4 + 3
CP = 7 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 Siku CP imeunganishwa mfululizo. Uwezo wa kubadilisha ni:
1/C = 1/C1 + 1/SekundeP
1/C = 1/3 + 1/7
1/C = 7/21 + 3/21
1/C = 10/21
C = 21/10
C = 2,1 μF
C = 2,1 x 10-6 F
Nishati ya umeme katika saketi:
E = ½ CV2
E = ½ (2,1 x 10-6(12)2)
E = ½ (2,1 x 10-6)(144)
E = (2,1 x 10-6)(72)
E = 151,2 x 10-6 Joule
E = 1,5 x 10-4 Joule
4. Angalia mchoro wa saketi ya capacitor upande! Jumla ya chaji kwenye saketi ya capacitor ni… (1 μF = 10-6 F)
A. 1,50 μC
B. 2,75 μC
C. 3,50 μC
D. 4,50 μC
E. 4,75 μC
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha kupoza 1 (C1= 3 μF
Kifaa cha kupoza 2 (C2= 3 μF
Kifaa cha kupoza 3 (C3= 3 μF
Kifaa cha kupoza 4 (C4= 2 μF
Kifaa cha kupoza 5 (C5= 3 μF
Volti (V) = Volti 3
Aliuliza: Jumla ya malipo kwenye saketi ya capacitor (Q)
Jibu:
Kifaa mbadala cha kupokezana
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1, C2 dC3 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/C123 = 1/Sekunde1 + 1/Sekunde2 + 1/Sekunde3 = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 3/3
C123 = 3 / 3 = 1 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C123 Siku C4 imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
C1234 = C123 + C.4 1 + 2 = 3 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1234 Siku C5 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/C = 1/C1234 + 1/Sekunde5 = 1/3 + 1/3 = 2/3
C = 3/2 μF
C = 3/2 x 10-6 F
Jumla ya chaji ya umeme
Chaji ya umeme kwenye capacitor mbadala = mjumla ya chaji kwenye saketi ya capacitor :
Q = VC = (Volti 3)(3/2 x 10-6 Farad) = 9/2 x 10-6 Coulomb
Q = 9/2 microCoulomb = 9/2 μC
Q = 4,5 μC
Jibu sahihi ni D.
5. Angalia mchoro wa saketi ya capacitor upande! Ikiwa thamani ya kila capacitor C1 = C2 = 2 μF, C3 = C4 = 1 μF na C5 = 4 μF, basi jumla ya thamani ya chaji katika saketi ni… (1 μF = 10-6 F)
A. 1/7 μC
B. 2/7 μC
C. 4/7 μC
D. 6/7 μC
E. 1 μC
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha kupoza 1 (C1= 2 μF
Kifaa cha kupoza 2 (C2= 2 μF
Kifaa cha kupoza 3 (C3= 1 μF
Kifaa cha kupoza 4 (C4= 1 μF
Kifaa cha kupoza 5 (C5= 4 μF
Volti (V) = Volti 1,5
Aliuliza: Jumla ya malipo kwenye saketi (Q)
Jibu:
Kifaa mbadala cha kupokezana
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 Siku C4 imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
C34 = C3 + C.4 1 + 1 = 2 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C5, C1, C2 Siku C34 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/C = 1/C5 + 1/Sekunde1 + 1/Sekunde2 + 1/Sekunde34
1/C = 1/4 + 1/2 + 1/2 + 1/2
1/C = 1/4 + 2/4 + 2/4 + 2/4
1/C = 7/4
C = 4/7 μF
C = 4/7 x 10-6 F
Jumla ya chaji ya umeme
Chaji ya umeme kwenye capacitor mbadala = mnguvu kamili katika saketi :
Q = VC = (Volti 1,5)(4/7 x 10-6 Farad) = 6/7 x 10-6 Coulomb
Q = 6/7 microCoulomb
Q = 6/7 μC
Jibu sahihi ni D.
6. Fikiria saketi ya capacitor ifuatayo! Jumla ya chaji katika saketi ni…
A. 20 μC 
B. 40 μC
C. 60 μC
D 80 μC
160 μC
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha kupoza 1 (C1= 3 μF
Kifaa cha kupoza 2 (C2= 3 μF
Kifaa cha kupoza 3 (C3= 4 μF
Kifaa cha kupoza 4 (C4= 4 μF
Kifaa cha kupoza 5 (C5= 8 μF
Volti (V) = Volti 10
Aliuliza: Jumla ya malipo kwenye saketi (Q)
Jibu:
Kifaa mbadala cha kupokezana
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 Siku C2 imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
C12 = C1 + C.2 3 + 3 = 6 μF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 dC4 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/C34 = 1/Sekunde3 + 1/Sekunde4 = 1/4 + 1/4 = 2/4
C34 = 4 / 2 = 2 μF
Kapastor C12, kapa C34 na vipokezi C5 imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
C = C12 + C.34 + C.5 6 + 2 + 8 = 16 μF = 16 x 10-6 Farad
Jumla ya chaji ya umeme
Chaji ya umeme kwenye capacitor mbadala = mjumla ya chaji kwenye saketi ya capacitor :
Q = VC = (Volti 10)(16 x 10-6 Farad) = 160 x 10-6 Coulomb
Q = 160 microCoulomb = 160 μC
Jibu sahihi ni E.
7. Angalia mchoro wa saketi ya capacitor upande! Kiasi cha nishati ya umeme katika saketi ni… (1 µF = 10-6 F)
A. 65 x 10-6 Joule
B. 52 x 10-6 Joule
C. 39 x 10-6 Joule
D. 26 x 10-6 Joule
E. 13 x 10-6 Joule
Majadiliano
Inajulikana :
Kifaa cha kupoza 1 (C1) = 3 µF
Kifaa cha kupoza 2 (C2) = 1 µF
Kifaa cha kupoza 3 (C3) = 2 µF
Kifaa cha kupoza 4 (C4) = 6 µF
Kifaa cha kupoza 5 (C5) = 4 µF
Volti ya umeme (V) = volti 5
Aliuliza Nishati ya umeme katika saketi
Jawab :
Kifaa mbadala cha mzunguko wa kifaa kinachofanana na mfululizo
Vipokeaji 2 na 3 vimeunganishwa sambamba. Kipokeaji mbadala:
CA = C2 + C.3 = 1 + 2 = 3 µF
Kifaa cha kupokezana 1, kifaa cha kupokezana A na kifaa cha kupokezana 4 vimeunganishwa mfululizo. Kifaa cha kupokezana:
1/CB = 1/Sekunde1 + 1/SekundeA + 1/Sekunde4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6
CB = 6/5 µF
Kifaa cha kupokezana B na kifaa cha kupokezana 5 vimeunganishwa sambamba. Kifaa cha kupokezana:
C = CB + C.5 = 6/5 + 4 = 6/5 + 16/4 = 24/20 + 80/20 = 104/20 = 5,2 µF
C = 5,2 x 10-6 Farad
Nishati ya umeme katika saketi
E = ½ CV2 = ½ (5,2 x 10-6(5)2) = (2,6 x 10-6)(25)
E = 65 x 10-6 Joule
Jibu sahihi ni A.
8. Angalia mchoro ufuatao wa saketi ya capacitor! Kiasi cha nishati ya umeme katika saketi hii ya capacitor iliyounganishwa ni… (1 µF = 10-6 F)
A. 0,6 x 10-3 Joule
B. 1,2 x 10-3 Joule
C. 1,8 x 10-3 Joule
D. 2,4 x 10-3 Joule
E. 3,0 x 10-3 Joule
Majadiliano
Inajulikana :
Kifaa cha kupoza 1 (C1) = 4 µF
Kifaa cha kupoza 2 (C2) = 6 µF
Kifaa cha kupoza 3 (C3) = 12 µF
Kifaa cha kupoza 4 (C4) = 2 µF
Kifaa cha kupoza 5 (C5) = 2 µF
Volti ya umeme (V) = volti 40
Aliuliza Nishati ya umeme katika saketi
Jawab :
Kifaa mbadala cha mzunguko wa kifaa kinachofanana na mfululizo
Kifaa cha kupokezana 1, kifaa cha kupokezana 2 na kifaa cha kupokezana 3 vimeunganishwa mfululizo. Kifaa cha kupokezana:
1/CA = 1/Sekunde1 + 1/Sekunde2 + 1/Sekunde3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12
CA = 12/6 = 2 µF
Vipokeaji 4 na 5 vimeunganishwa mfululizo. Kipokeaji mbadala:
1/CB = 1/Sekunde4 + 1/Sekunde5 = 1/2 + 1/2 = 2/2
CB = 2/2 = 1 µF
Kifaa cha kupokezana A na kifaa cha kupokezana B vimeunganishwa sambamba. Kifaa cha kupokezana:
C = CA + C.B = 2 + 1 = 3 µF
C = 3 x 10-6 Farad
Nishati ya umeme katika saketi
E = ½ CV2 = ½ (3 x 10-6(40)2) = (1,5 x 10-6)(1600)
E = 2400 x 10-6 = 2,4x10-3 Joule
Jibu sahihi ni D.
9. Angalia mchoro wa saketi ya uwezo ufuatao. Nishati iliyohifadhiwa katika saketi ya umeme hapo juu ni…
A. Joule 576
B. 288 Joule
C. 144 Joule
D. 72 Joule
E. 48 Joule
Majadiliano
Inajulikana :
Kifaa cha kupoza 1 (C1) = 4 F
Kifaa cha kupoza 2 (C2) = 4 F
Kifaa cha kupoza 3 (C3) = 4 F
Kifaa cha kupoza 4 (C4) = 4 F
Kifaa cha kupoza 5 (C5) = 2 F
Volti ya umeme (V) = volti 12
Aliuliza Nishati ya umeme katika saketi
Jawab :
Jawab :
Kifaa mbadala cha mzunguko wa kifaa kinachofanana na mfululizo
Kifaa cha kupokezana 1, kifaa cha kupokezana 2 na kifaa cha kupokezana 3 vimeunganishwa sambamba. Kifaa cha kupokezana:
CA = C1 + C.2 + C.3 = 4 + 4 + 4 = 12 F
Vipokeaji 4 na 5 vimeunganishwa sambamba. Kipokeaji mbadala:
CB = C4 + C.5 = 4 + 2 = 6 F
Kifaa cha kupokezana A na kifaa cha kupokezana B vimeunganishwa mfululizo. Kifaa cha kupokezana:
1/C = 1/CA + 1/SekundeB = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12
C = 12/3 = 4 Farad
Nishati ya umeme katika saketi
E = ½ CV2 = ½ (4)(122) = (2)(144)
E = 288 Joule
Jibu sahihi ni B.
10. 
Angalia saketi iliyo hapa chini! Ukubwa wa chaji kwenye capacitor C5 ni….
A. 36 Coulombs
B. 24 Coulombs
C. 12 Coulombs
D. 6 Coulombs
E. 4 Coulombs
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha kupoza 1 (C1) = 6 F
Kifaa cha kupoza 2 (C2) = 6 F
Kifaa cha kupoza 3 (C3) = 3 F
Kifaa cha kupoza 4 (C4) = 12 F
Kifaa cha kupoza 5 (C5) = 6 F
Volti (V) = Volti 12
Swali: Chaji kwenye capacitor (C)5)
Jibu:
Kapastor
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C2 na kapita C3 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/CA = 1/Sekunde2 + 1/Sekunde3 = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6
CA = 6/3 = 2 Farad
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C4 na kapita C5 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/CB = 1/Sekunde4 + 1/Sekunde5 = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12
CB = 12/3 = 4 Farad
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CA na kapita CB imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
CC = CA + C.B = 2 + 4 = 6 Farad
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 na kapita CC imeunganishwa katika mfululizo:
1/C = 1/C1 + 1/SekundeC = 1/6 F + 1/6 F = 2/6
C = 6/2 = 3 Farad
Chaji ya Umeme
Chaji ya umeme kwenye capacitor inayobadilisha C:
q = VC = (Volts 12)(Faradi 3) = Coulombs 36
Kifaa cha kupokezana 1 na kifaa cha kupokezana CC vimeunganishwa mfululizo ili chaji ya umeme kwenye kifaa cha kupokezana C = chaji ya umeme kwenye kifaa cha kupokezana C1 = chaji ya umeme kwenye capacitor CC = 36 Coulombs.
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CC ina uwezo wa Farads 6 na ina chaji ya Coulombs 36. Tofauti inayowezekana kati ya capacitor CC ni: V = q/CC = Coulombs 36 / Farad 6 = Volti 6
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CC ni kipokezi mbadala cha kipokezi CA na kapita CB ambazo zimeunganishwa sambamba. Kwa hivyo tofauti inayowezekana katika capacitor CC (VC) = tofauti inayowezekana katika capacitor CA (VA) = tofauti inayowezekana katika capacitor CB (VB) = Volti 6.
Chaji ya umeme kwenye capacitor CB :
qB =VB CB = (Volti 6)(Faradi 4) = Coulombs 24
Kifaa cha CB ni kifaa mbadala cha kifaa cha C4 Siku C5 ambazo zimeunganishwa mfululizo. Kwa sababu zimeunganishwa mfululizo, chaji ya umeme kwenye capacitor CB (qB) = chaji ya umeme kwenye capacitor C4 (q4) = chaji ya umeme kwenye capacitor C5 (q5) = Coulombs 24.
Jibu sahihi ni B.
11. Capacitors tano zinazofanana za 20 µF kila moja zimepangwa kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro, zimeunganishwa na chanzo cha volti ya volti 6. Jumla ya chaji iliyohifadhiwa kwenye capacitors ni C5 ni….
A. 12 µC
B. 24 µC
C. 60 µC
D. 120 µC
E. 600 µC
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 = C2 = C3 = C4 = C5 = 20 µF
Tofauti inayowezekana (V) = Volti 6
Swali: Jumla ya chaji iliyohifadhiwa kwenye capacitor C5
Jibu:
Kapastor
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C1 na kapita C2 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/CA = 1/Sekunde1 + 1/Sekunde2 = 1/20 + 1/20 = 2/20
CA = 20/2 = 10 µF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo C3 na kapita C4 imeunganishwa mfululizo. Kifaa mbadala cha kupokezana:
1/CB = 1/Sekunde3 + 1/Sekunde4 = 1/20 + 1/20 = 2/20
CB = 20/2 = 10 µF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CA na kapita CB imeunganishwa sambamba. Kifaa mbadala cha kupokezana:
CC = CA + C.B = 10 + 10 = 20 µF
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CC na kapita C5 imeunganishwa katika mfululizo:
1/C = 1/CC + 1/Sekunde5 = 1/20 + 1/20 = 2/20
C = 20/2 = 10 µF
Chaji ya Umeme
Chaji ya umeme kwenye capacitor inayobadilisha C:
q = VC = (Volti 6)(10 x 10-6 Farad) = 60 x 10-6 Coulomb = 60 µC
Kifaa cha Kuhifadhia Mizigo CC na capacitor 5 imeunganishwa mfululizo ili chaji ya umeme kwenye capacitor inayobadilishwa C = chaji ya umeme kwenye capacitor CC = chaji ya umeme kwenye capacitor C5 = 60 µC.
Jibu sahihi ni C.
Chanzo cha swali:
Maswali ya Fizikia ya Mtihani wa Kitaifa kwa Shule ya Upili ya Wazee/Shule ya Upili ya Ufundi
