asp net pdf viewer user control c# : Break pdf password software application dll windows winforms asp.net web forms PHYS101_OpenStaxCollege_College-Physics76-part1831

Solution
One factor would be resistance in the wires and connections in a null measurement. These are impossible to make zero, and they can change
over time. Another factor would be temperature variations in resistance, which can be reduced but not completely eliminated by choice of
material. Digital devices sensitive to smaller currents than analog devices do improve the accuracy of null measurements because they allow you
to get the current closer to zero.
21.6DC Circuits Containing Resistors and Capacitors
When you use a flash camera, it takes a few seconds to charge the capacitor that powers the flash. The light flash discharges the capacitor in a tiny
fraction of a second. Why does charging take longer than discharging? This question and a number of other phenomena that involve charging and
discharging capacitors are discussed in this module.
RCCircuits
An
RC
circuitis one containing aresistor
R
and acapacitor
C
. The capacitor is an electrical component that stores electric charge.
Figure 21.38shows a simple
RC
circuit that employs a DC (direct current) voltage source. The capacitor is initially uncharged. As soon as the
switch is closed, current flows to and from the initially uncharged capacitor. As charge increases on the capacitor plates, there is increasing
opposition to the flow of charge by the repulsion of like charges on each plate.
In terms of voltage, this is because voltage across the capacitor is given by
V
c
=Q/C
, where
Q
is the amount of charge stored on each plate and
C
is thecapacitance. This voltage opposes the battery, growing from zero to the maximum emf when fully charged. The current thus decreases
from its initial value of
I
0
=
emf
R
to zero as the voltage on the capacitor reaches the same value as the emf. When there is no current, there is no
IR
drop, and so the voltage on the capacitor must then equal the emf of the voltage source. This can also be explained with Kirchhoff’s second rule
(the loop rule), discussed inKirchhoff’s Rules, which says that the algebraic sum of changes in potential around any closed loop must be zero.
The initial current is
I
0
=
emf
R
, because all of the
IR
drop is in the resistance. Therefore, the smaller the resistance, the faster a given capacitor
will be charged. Note that the internal resistance of the voltage source is included in
R
, as are the resistances of the capacitor and the connecting
wires. In the flash camera scenario above, when the batteries powering the camera begin to wear out, their internal resistance rises, reducing the
current and lengthening the time it takes to get ready for the next flash.
Figure 21.38(a) An
RC
circuit with an initially uncharged capacitor. Current flows in the direction shown (opposite of electron flow) as soon as the switch is closed. Mutual
repulsion of like charges in the capacitor progressively slows the flow as the capacitor is charged, stopping the current when the capacitor is fully charged and
Q=C⋅emf
. (b) A graph of voltage across the capacitor versus time, with the switch closing at time
t=0
. (Note that in the two parts of the figure, the capital script E
stands for emf,
q
stands for the charge stored on the capacitor, and
τ
is the
RC
time constant.)
Voltage on the capacitor is initially zero and rises rapidly at first, since the initial current is a maximum.Figure 21.38(b) shows a graph of capacitor
voltage versus time (
t
) starting when the switch is closed at
t=0
. The voltage approaches emf asymptotically, since the closer it gets to emf the
less current flows. The equation for voltage versus time when charging a capacitor
C
through a resistor
R
, derived using calculus, is
(21.77)
V=emf(1−e
t/RC
) (charging),
where
V
is the voltage across the capacitor, emf is equal to the emf of the DC voltage source, and the exponential e = 2.718 … is the base of the
natural logarithm. Note that the units of
RC
are seconds. We define
(21.78)
τ=RC,
where
τ
(the Greek letter tau) is called the time constant for an
RC
circuit. As noted before, a small resistance
R
allows the capacitor to charge
faster. This is reasonable, since a larger current flows through a smaller resistance. It is also reasonable that the smaller the capacitor
C
, the less
time needed to charge it. Both factors are contained in
τ=RC
.
More quantitatively, consider what happens when
t=τ=RC
. Then the voltage on the capacitor is
(21.79)
V=emf
1−e
−1
=emf(1−0.368)=0.632⋅emf.
CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS S 759
Break pdf password - Split, seperate PDF into multiple files in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Explain How to Split PDF Document in Visual C#.NET Application
pdf split file; break a pdf
Break pdf password - VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple files in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
VB.NET PDF Document Splitter Control to Disassemble PDF Document
break apart pdf; acrobat split pdf into multiple files
This means that in the time
τ=RC
, the voltage rises to 0.632 of its final value. The voltage will rise 0.632 of the remainder in the next time
τ
. It is
a characteristic of the exponential function that the final value is never reached, but 0.632 of the remainder to that value is achieved in every time,
τ
.
In just a few multiples of the time constant
τ
, then, the final value is very nearly achieved, as the graph inFigure 21.38(b) illustrates.
Discharging a Capacitor
Discharging a capacitor through a resistor proceeds in a similar fashion, asFigure 21.39illustrates. Initially, the current is
I
0
=
V
0
R
, driven by the
initial voltage
V
0
on the capacitor. As the voltage decreases, the current and hence the rate of discharge decreases, implying another exponential
formula for
V
. Using calculus, the voltage
V
on a capacitor
C
being discharged through a resistor
R
is found to be
(21.80)
V=Ve
t/RC
(discharging).
Figure 21.39(a) Closing the switch discharges the capacitor
C
through the resistor
R
. Mutual repulsion of like charges on each plate drives the current. (b) A graph of
voltage across the capacitor versus time, with
V=V
0
at
t=0
. The voltage decreases exponentially, falling a fixed fraction of the way to zero in each subsequent time
constant
τ
.
The graph inFigure 21.39(b) is an example of this exponential decay. Again, the time constant is
τ=RC
. A small resistance
R
allows the
capacitor to discharge in a small time, since the current is larger. Similarly, a small capacitance requires less time to discharge, since less charge is
stored. In the first time interval
τ=RC
after the switch is closed, the voltage falls to 0.368 of its initial value, since
V=V
0
e
−1
=0.368V
0
.
During each successive time
τ
, the voltage falls to 0.368 of its preceding value. In a few multiples of
τ
, the voltage becomes very close to zero, as
indicated by the graph inFigure 21.39(b).
Now we can explain why the flash camera in our scenario takes so much longer to charge than discharge; the resistance while charging is
significantly greater than while discharging. The internal resistance of the battery accounts for most of the resistance while charging. As the battery
ages, the increasing internal resistance makes the charging process even slower. (You may have noticed this.)
The flash discharge is through a low-resistance ionized gas in the flash tube and proceeds very rapidly. Flash photographs, such as inFigure 21.40,
can capture a brief instant of a rapid motion because the flash can be less than a microsecond in duration. Such flashes can be made extremely
intense.
During World War II, nighttime reconnaissance photographs were made from the air with a single flash illuminating more than a square kilometer of
enemy territory. The brevity of the flash eliminated blurring due to the surveillance aircraft’s motion. Today, an important use of intense flash lamps is
to pump energy into a laser. The short intense flash can rapidly energize a laser and allow it to reemit the energy in another form.
Figure 21.40This stop-motion photograph of a rufous hummingbird (Selasphorus rufus) feeding on a flower was obtained with an extremely brief and intense flash of light
powered by the discharge of a capacitor through a gas. (credit: Dean E. Biggins, U.S. Fish and Wildlife Service)
Example 21.6Integrated Concept Problem: Calculating Capacitor Size—Strobe Lights
High-speed flash photography was pioneered by Doc Edgerton in the 1930s, while he was a professor of electrical engineering at MIT. You might
have seen examples of his work in the amazing shots of hummingbirds in motion, a drop of milk splattering on a table, or a bullet penetrating an
apple (seeFigure 21.40). To stop the motion and capture these pictures, one needs a high-intensity, very short pulsed flash, as mentioned
earlier in this module.
760 CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
C# PDF Convert: How to Convert Jpeg, Png, Bmp, & Gif Raster Images
Success"); break; case ConvertResult.FILE_TYPE_UNSUPPORT: Console.WriteLine("Fail: can not convert to PDF, file type unsupport"); break; case ConvertResult
pdf insert page break; cannot print pdf no pages selected
C# Image Convert: How to Convert Word to Jpeg, Png, Bmp, and Gif
RasterEdge.XDoc.PDF.dll. FileType.IMG_JPEG); switch (result) { case ConvertResult. NO_ERROR: Console.WriteLine("Success"); break; case ConvertResult
acrobat split pdf pages; can't select text in pdf file
Suppose one wished to capture the picture of a bullet (moving at
5.0×10
2
m/s
) that was passing through an apple. The duration of the flash is
related to the
RC
time constant,
τ
. What size capacitor would one need in the
RC
circuit to succeed, if the resistance of the flash tube was
10.0 Ω
? Assume the apple is a sphere with a diameter of
8.0×10
–2
m.
Strategy
We begin by identifying the physical principles involved. This example deals with the strobe light, as discussed above.Figure 21.39shows the
circuit for this probe. The characteristic time
τ
of the strobe is given as
τ=RC
.
Solution
We wish to find
C
, but we don’t know
τ
. We want the flash to be on only while the bullet traverses the apple. So we need to use the kinematic
equations that describe the relationship between distance
x
, velocity
v
, and time
t
:
(21.81)
x=vtort=
x
v
.
The bullet’s velocity is given as
5.0×10
2
m/s
, and the distance
x
is
8.0×10
–2
m.
The traverse time, then, is
(21.82)
t=
x
v
=
8.0×10
–2
m
5.0×10
2
m/s
=1.6×10
−4
s.
We set this value for the crossing time
t
equal to
τ
. Therefore,
(21.83)
C=
t
R
=
1.6×10
−4
s
10.0 Ω
=16μF.
(Note: Capacitance
C
is typically measured in farads,
F
, defined as Coulombs per volt. From the equation, we see that
C
can also be stated
in units of seconds per ohm.)
Discussion
The flash interval of
160 μs
(the traverse time of the bullet) is relatively easy to obtain today. Strobe lights have opened up new worlds from
science to entertainment. The information from the picture of the apple and bullet was used in the Warren Commission Report on the
assassination of President John F. Kennedy in 1963 to confirm that only one bullet was fired.
RCCircuits for Timing
RC
circuits are commonly used for timing purposes. A mundane example of this is found in the ubiquitous intermittent wiper systems of modern
cars. The time between wipes is varied by adjusting the resistance in an
RC
circuit. Another example of an
RC
circuit is found in novelty jewelry,
Halloween costumes, and various toys that have battery-powered flashing lights. (SeeFigure 21.41for a timing circuit.)
A more crucial use of
RC
circuits for timing purposes is in the artificial pacemaker, used to control heart rate. The heart rate is normally controlled by
electrical signals generated by the sino-atrial (SA) node, which is on the wall of the right atrium chamber. This causes the muscles to contract and
pump blood. Sometimes the heart rhythm is abnormal and the heartbeat is too high or too low.
The artificial pacemaker is inserted near the heart to provide electrical signals to the heart when needed with the appropriate time constant.
Pacemakers have sensors that detect body motion and breathing to increase the heart rate during exercise to meet the body’s increased needs for
blood and oxygen.
Figure 21.41(a) The lamp in this
RC
circuit ordinarily has a very high resistance, so that the battery charges the capacitor as if the lamp were not there. When the voltage
reaches a threshold value, a current flows through the lamp that dramatically reduces its resistance, and the capacitor discharges through the lamp as if the battery and
charging resistor were not there. Once discharged, the process starts again, with the flash period determined by the
RC
constant
τ
. (b) A graph of voltage versus time for
this circuit.
CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS S 761
VB.NET PDF Page Insert Library: insert pages into PDF file in vb.
Forms. Support adding PDF page number. Offer PDF page break inserting function. Free SDK library for Visual Studio .NET. Independent
pdf specification; break apart pdf pages
C# PDF Page Insert Library: insert pages into PDF file in C#.net
Ability to add PDF page number in preview. Offer PDF page break inserting function. Free components and online source codes for .NET framework 2.0+.
break password pdf; split pdf
ammeter:
analog meter:
bridge device:
Example 21.7Calculating Time:RCCircuit in a Heart Defibrillator
A heart defibrillator is used to resuscitate an accident victim by discharging a capacitor through the trunk of her body. A simplified version of the
circuit is seen inFigure 21.39. (a) What is the time constant if an
8.00-μF
capacitor is used and the path resistance through her body is
1.00×10
3
Ω
? (b) If the initial voltage is 10.0 kV, how long does it take to decline to
5.00×10
2
V
?
Strategy
Since the resistance and capacitance are given, it is straightforward to multiply them to give the time constant asked for in part (a). To find the
time for the voltage to decline to
5.00×10
2
V
, we repeatedly multiply the initial voltage by 0.368 until a voltage less than or equal to
5.00×10
2
V
is obtained. Each multiplication corresponds to a time of
τ
seconds.
Solution for (a)
The time constant
τ
is given by the equation
τ=RC
. Entering the given values for resistance and capacitance (and remembering that units
for a farad can be expressed as
s/Ω
) gives
(21.84)
τ=RC=(1.00×10
3
Ω)(8.00μF)=8.00ms.
Solution for (b)
In the first 8.00 ms, the voltage (10.0 kV) declines to 0.368 of its initial value. That is:
(21.85)
V=0.368V
0
=3.680×10
3
V at t=8.00ms.
(Notice that we carry an extra digit for each intermediate calculation.) After another 8.00 ms, we multiply by 0.368 again, and the voltage is
(21.86)
V′ = = 0.368V
= (0.368)
3.680×10
3
V
= 1.354×10
3
Vatt=16.0ms.
Similarly, after another 8.00 ms, the voltage is
(21.87)
V′′ = 0.368V′=(0.368)(1.354×10
3
V)
= 498 V att=24.0 ms.
Discussion
So after only 24.0 ms, the voltage is down to 498 V, or 4.98% of its original value.Such brief times are useful in heart defibrillation, because the
brief but intense current causes a brief but effective contraction of the heart. The actual circuit in a heart defibrillator is slightly more complex than
the one inFigure 21.39, to compensate for magnetic and AC effects that will be covered inMagnetism.
Check Your Understanding
When is the potential difference across a capacitor an emf?
Solution
Only when the current being drawn from or put into the capacitor is zero. Capacitors, like batteries, have internal resistance, so their output
voltage is not an emf unless current is zero. This is difficult to measure in practice so we refer to a capacitor’s voltage rather than its emf. But the
source of potential difference in a capacitor is fundamental and it is an emf.
PhET Explorations: Circuit Construction Kit (DC only)
An electronics kit in your computer! Build circuits with resistors, light bulbs, batteries, and switches. Take measurements with the realistic
ammeter and voltmeter. View the circuit as a schematic diagram, or switch to a life-like view.
Figure 21.42Circuit Construction Kit (DC only) (http://cnx.org/content/m42363/1.5/circuit-construction-kit-dc_en.jar)
Glossary
an instrument that measures current
a measuring instrument that gives a readout in the form of a needle movement over a marked gauge
a device that forms a bridge between two branches of a circuit; some bridge devices are used to make null measurements in
circuits
762 CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
C# TWAIN - Query & Set Device Abilities in C#
device.TwainTransferMode = method; break; } if (method == TwainTransferMethod.TWSX_FILE) device.TransferMethod = method; } // If it's not supported tell stop.
acrobat separate pdf pages; pdf split pages in half
C# TWAIN - Install, Deploy and Distribute XImage.Twain Control
RasterEdge.XDoc.PDF.dll. device.TwainTransferMode = method; break; } if (method == TwainTransferMethod.TWSX_FILE) device.TransferMethod = method; } // If it's
break pdf into pages; break apart a pdf file
capacitance:
capacitor:
conservation laws:
current sensitivity:
current:
digital meter:
electromotive force (emf):
full-scale deflection:
galvanometer:
internal resistance:
Joule’s law:
junction rule:
Kirchhoff’s rules:
loop rule:
null measurements:
Ohm’s law:
ohmmeter:
parallel:
potential difference:
potentiometer:
RC circuit:
resistance:
resistor:
series:
shunt resistance:
terminal voltage:
voltage drop:
voltage:
voltmeter:
Wheatstone bridge:
the maximum amount of electric potential energy that can be stored (or separated) for a given electric potential
an electrical component used to store energy by separating electric charge on two opposing plates
require that energy and charge be conserved in a system
the maximum current that a galvanometer can read
the flow of charge through an electric circuit past a given point of measurement
a measuring instrument that gives a readout in a digital form
the potential difference of a source of electricity when no current is flowing; measured in volts
the maximum deflection of a galvanometer needle, also known as current sensitivity; a galvanometer with a full-scale
deflection of
50 μA
has a maximum deflection of its needle when
50 μA
flows through it
an analog measuring device, denoted by G, that measures current flow using a needle deflection caused by a magnetic field force
acting upon a current-carrying wire
the amount of resistance within the voltage source
the relationship between potential electrical power, voltage, and resistance in an electrical circuit, given by:
P
e
=IV
Kirchhoff’s first rule, which applies the conservation of charge to a junction; current is the flow of charge; thus, whatever charge
flows into the junction must flow out; the rule can be stated
I
1
=I
2
+I
3
a set of two rules, based on conservation of charge and energy, governing current and changes in potential in an electric circuit
Kirchhoff’s second rule, which states that in a closed loop, whatever energy is supplied by emf must be transferred into other forms by
devices in the loop, since there are no other ways in which energy can be transferred into or out of the circuit. Thus, the emf equals the sum
of the
IR
(voltage) drops in the loop and can be stated:
emf=Ir+IR
1
+IR
2
methods of measuring current and voltage more accurately by balancing the circuit so that no current flows through the
measurement device
the relationship between current, voltage, and resistance within an electrical circuit:
V=IR
an instrument that applies a voltage to a resistance, measures the current, calculates the resistance using Ohm’s law, and provides a
readout of this calculated resistance
the wiring of resistors or other components in an electrical circuit such that each component receives an equal voltage from the power
source; often pictured in a ladder-shaped diagram, with each component on a rung of the ladder
the difference in electric potential between two points in an electric circuit, measured in volts
a null measurement device for measuring potentials (voltages)
a circuit that contains both a resistor and a capacitor
causing a loss of electrical power in a circuit
a component that provides resistance to the current flowing through an electrical circuit
a sequence of resistors or other components wired into a circuit one after the other
a small resistance
R
placed in parallel with a galvanometer G to produce an ammeter; the larger the current to be measured,
the smaller
R
must be; most of the current flowing through the meter is shunted through
R
to protect the galvanometer
the voltage measured across the terminals of a source of potential difference
the loss of electrical power as a current travels through a resistor, wire or other component
the electrical potential energy per unit charge; electric pressure created by a power source, such as a battery
an instrument that measures voltage
a null measurement device for calculating resistance by balancing potential drops in a circuit
Section Summary
21.1Resistors in Series and Parallel
• The total resistance of an electrical circuit with resistors wired in a series is the sum of the individual resistances:
R
s
=R
1
+R
2
+R
3
+....
• Each resistor in a series circuit has the same amount of current flowing through it.
CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS S 763
C# TWAIN - Specify Size and Location to Scan
foreach (TwainStaticFrameSizeType frame in frames) { if (frame == TwainStaticFrameSizeType.LetterUS) { this.device.FrameSize = frame; break; } } }.
break a pdf into smaller files; break a pdf into multiple files
C# TWAIN - Acquire or Save Image to File
RasterEdge.XDoc.PDF.dll. if (device.Compression != TwainCompressionMode.Group4) device.Compression = TwainCompressionMode.Group3; break; } } acq.FileTranfer
combine pages of pdf documents into one; break pdf into smaller files
• The voltage drop, or power dissipation, across each individual resistor in a series is different, and their combined total adds up to the power
source input.
• The total resistance of an electrical circuit with resistors wired in parallel is less than the lowest resistance of any of the components and can be
determined using the formula:
1
R
p
=
1
R
1
+
1
R
2
+
1
R
3
+....
• Each resistor in a parallel circuit has the same full voltage of the source applied to it.
• The current flowing through each resistor in a parallel circuit is different, depending on the resistance.
• If a more complex connection of resistors is a combination of series and parallel, it can be reduced to a single equivalent resistance by
identifying its various parts as series or parallel, reducing each to its equivalent, and continuing until a single resistance is eventually reached.
21.2Electromotive Force: Terminal Voltage
• All voltage sources have two fundamental parts—a source of electrical energy that has a characteristic electromotive force (emf), and an
internal resistance
r
.
• The emf is the potential difference of a source when no current is flowing.
• The numerical value of the emf depends on the source of potential difference.
• The internal resistance
r
of a voltage source affects the output voltage when a current flows.
• The voltage output of a device is called its terminal voltage
V
and is given by
V=emf−Ir
, where
I
is the electric current and is positive
when flowing away from the positive terminal of the voltage source.
• When multiple voltage sources are in series, their internal resistances add and their emfs add algebraically.
• Solar cells can be wired in series or parallel to provide increased voltage or current, respectively.
21.3Kirchhoff’s Rules
• Kirchhoff’s rules can be used to analyze any circuit, simple or complex.
• Kirchhoff’s first rule—the junction rule: The sum of all currents entering a junction must equal the sum of all currents leaving the junction.
• Kirchhoff’s second rule—the loop rule: The algebraic sum of changes in potential around any closed circuit path (loop) must be zero.
• The two rules are based, respectively, on the laws of conservation of charge and energy.
• When calculating potential and current using Kirchhoff’s rules, a set of conventions must be followed for determining the correct signs of various
terms.
• The simpler series and parallel rules are special cases of Kirchhoff’s rules.
21.4DC Voltmeters and Ammeters
• Voltmeters measure voltage, and ammeters measure current.
• A voltmeter is placed in parallel with the voltage source to receive full voltage and must have a large resistance to limit its effect on the circuit.
• An ammeter is placed in series to get the full current flowing through a branch and must have a small resistance to limit its effect on the circuit.
• Both can be based on the combination of a resistor and a galvanometer, a device that gives an analog reading of current.
• Standard voltmeters and ammeters alter the circuit being measured and are thus limited in accuracy.
21.5Null Measurements
• Null measurement techniques achieve greater accuracy by balancing a circuit so that no current flows through the measuring device.
• One such device, for determining voltage, is a potentiometer.
• Another null measurement device, for determining resistance, is the Wheatstone bridge.
• Other physical quantities can also be measured with null measurement techniques.
21.6DC Circuits Containing Resistors and Capacitors
• An
RC
circuit is one that has both a resistor and a capacitor.
• The time constant
τ
for an
RC
circuit is
τ=RC
.
• When an initially uncharged (
V
0
=0
at
t=0
) capacitor in series with a resistor is charged by a DC voltage source, the voltage rises,
asymptotically approaching the emf of the voltage source; as a function of time,
V=emf(1−e
t/RC
)(charging).
• Within the span of each time constant
τ
, the voltage rises by 0.632 of the remaining value, approaching the final voltage asymptotically.
• If a capacitor with an initial voltage
V
0
is discharged through a resistor starting at
t=0
, then its voltage decreases exponentially as given by
V=V
0
e
t/RC
(discharging).
• In each time constant
τ
, the voltage falls by 0.368 of its remaining initial value, approaching zero asymptotically.
Conceptual Questions
21.1Resistors in Series and Parallel
1.A switch has a variable resistance that is nearly zero when closed and extremely large when open, and it is placed in series with the device it
controls. Explain the effect the switch inFigure 21.43has on current when open and when closed.
764 CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
Figure 21.43A switch is ordinarily in series with a resistance and voltage source. Ideally, the switch has nearly zero resistance when closed but has an extremely large
resistance when open. (Note that in this diagram, the script E represents the voltage (or electromotive force) of the battery.)
2.What is the voltage across the open switch inFigure 21.43?
3.There is a voltage across an open switch, such as inFigure 21.43. Why, then, is the power dissipated by the open switch small?
4.Why is the power dissipated by a closed switch, such as inFigure 21.43, small?
5.A student in a physics lab mistakenly wired a light bulb, battery, and switch as shown inFigure 21.44. Explain why the bulb is on when the switch
is open, and off when the switch is closed. (Do not try this—it is hard on the battery!)
Figure 21.44A wiring mistake put this switch in parallel with the device represented by
R
. (Note that in this diagram, the script E represents the voltage (or electromotive
force) of the battery.)
6.Knowing that the severity of a shock depends on the magnitude of the current through your body, would you prefer to be in series or parallel with a
resistance, such as the heating element of a toaster, if shocked by it? Explain.
7.Would your headlights dim when you start your car’s engine if the wires in your automobile were superconductors? (Do not neglect the battery’s
internal resistance.) Explain.
8.Some strings of holiday lights are wired in series to save wiring costs. An old version utilized bulbs that break the electrical connection, like an
open switch, when they burn out. If one such bulb burns out, what happens to the others? If such a string operates on 120 V and has 40 identical
bulbs, what is the normal operating voltage of each? Newer versions use bulbs that short circuit, like a closed switch, when they burn out. If one such
bulb burns out, what happens to the others? If such a string operates on 120 V and has 39 remaining identical bulbs, what is then the operating
voltage of each?
9.If two household lightbulbs rated 60 W and 100 W are connected in series to household power, which will be brighter? Explain.
10.Suppose you are doing a physics lab that asks you to put a resistor into a circuit, but all the resistors supplied have a larger resistance than the
requested value. How would you connect the available resistances to attempt to get the smaller value asked for?
11.Before World War II, some radios got power through a “resistance cord” that had a significant resistance. Such a resistance cord reduces the
voltage to a desired level for the radio’s tubes and the like, and it saves the expense of a transformer. Explain why resistance cords become warm
and waste energy when the radio is on.
12.Some light bulbs have three power settings (not including zero), obtained from multiple filaments that are individually switched and wired in
parallel. What is the minimum number of filaments needed for three power settings?
21.2Electromotive Force: Terminal Voltage
13.Is every emf a potential difference? Is every potential difference an emf? Explain.
14.Explain which battery is doing the charging and which is being charged inFigure 21.45.
Figure 21.45
CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS S 765
15.Given a battery, an assortment of resistors, and a variety of voltage and current measuring devices, describe how you would determine the
internal resistance of the battery.
16.Two different 12-V automobile batteries on a store shelf are rated at 600 and 850 “cold cranking amps.” Which has the smallest internal
resistance?
17.What are the advantages and disadvantages of connecting batteries in series? In parallel?
18.Semitractor trucks use four large 12-V batteries. The starter system requires 24 V, while normal operation of the truck’s other electrical
components utilizes 12 V. How could the four batteries be connected to produce 24 V? To produce 12 V? Why is 24 V better than 12 V for starting the
truck’s engine (a very heavy load)?
21.3Kirchhoff’s Rules
19.Can all of the currents going into the junction inFigure 21.46be positive? Explain.
Figure 21.46
20.Apply the junction rule to junction b inFigure 21.47. Is any new information gained by applying the junction rule at e? (In the figure, each emf is
represented by script E.)
Figure 21.47
21.(a) What is the potential difference going from point a to point b inFigure 21.47? (b) What is the potential difference going from c to b? (c) From e
to g? (d) From e to d?
22.Apply the loop rule to loop afedcba inFigure 21.47.
23.Apply the loop rule to loops abgefa and cbgedc inFigure 21.47.
21.4DC Voltmeters and Ammeters
24.Why should you not connect an ammeter directly across a voltage source as shown inFigure 21.48? (Note that script E in the figure stands for
emf.)
Figure 21.48
25.Suppose you are using a multimeter (one designed to measure a range of voltages, currents, and resistances) to measure current in a circuit and
you inadvertently leave it in a voltmeter mode. What effect will the meter have on the circuit? What would happen if you were measuring voltage but
accidentally put the meter in the ammeter mode?
766 CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
26.Specify the points to which you could connect a voltmeter to measure the following potential differences inFigure 21.49: (a) the potential
difference of the voltage source; (b) the potential difference across
R
1
; (c) across
R
2
; (d) across
R
3
; (e) across
R
2
and
R
3
. Note that there may
be more than one answer to each part.
Figure 21.49
27.To measure currents inFigure 21.49, you would replace a wire between two points with an ammeter. Specify the points between which you would
place an ammeter to measure the following: (a) the total current; (b) the current flowing through
R
1
; (c) through
R
2
; (d) through
R
3
. Note that
there may be more than one answer to each part.
21.5Null Measurements
28.Why can a null measurement be more accurate than one using standard voltmeters and ammeters? What factors limit the accuracy of null
measurements?
29.If a potentiometer is used to measure cell emfs on the order of a few volts, why is it most accurate for the standard
emf
s
to be the same order of
magnitude and the resistances to be in the range of a few ohms?
21.6DC Circuits Containing Resistors and Capacitors
30.Regarding the units involved in the relationship
τ=RC
, verify that the units of resistance times capacitance are time, that is,
Ω ⋅F=s
.
31.The
RC
time constant in heart defibrillation is crucial to limiting the time the current flows. If the capacitance in the defibrillation unit is fixed, how
would you manipulate resistance in the circuit to adjust the
RC
constant
τ
? Would an adjustment of the applied voltage also be needed to ensure
that the current delivered has an appropriate value?
32.When making an ECG measurement, it is important to measure voltage variations over small time intervals. The time is limited by the
RC
constant of the circuit—it is not possible to measure time variations shorter than
RC
. How would you manipulate
R
and
C
in the circuit to allow the
necessary measurements?
33.Draw two graphs of charge versus time on a capacitor. Draw one for charging an initially uncharged capacitor in series with a resistor, as in the
circuit inFigure 21.38, starting from
t=0
. Draw the other for discharging a capacitor through a resistor, as in the circuit inFigure 21.39, starting at
t=0
, with an initial charge
Q
0
. Show at least two intervals of
τ
.
34.When charging a capacitor, as discussed in conjunction withFigure 21.38, how long does it take for the voltage on the capacitor to reach emf? Is
this a problem?
35.When discharging a capacitor, as discussed in conjunction withFigure 21.39, how long does it take for the voltage on the capacitor to reach
zero? Is this a problem?
36.Referring toFigure 21.38, draw a graph of potential difference across the resistor versus time, showing at least two intervals of
τ
. Also draw a
graph of current versus time for this situation.
37.A long, inexpensive extension cord is connected from inside the house to a refrigerator outside. The refrigerator doesn’t run as it should. What
might be the problem?
38.InFigure 21.41, does the graph indicate the time constant is shorter for discharging than for charging? Would you expect ionized gas to have low
resistance? How would you adjust
R
to get a longer time between flashes? Would adjusting
R
affect the discharge time?
39.An electronic apparatus may have large capacitors at high voltage in the power supply section, presenting a shock hazard even when the
apparatus is switched off. A “bleeder resistor” is therefore placed across such a capacitor, as shown schematically inFigure 21.50, to bleed the
charge from it after the apparatus is off. Why must the bleeder resistance be much greater than the effective resistance of the rest of the circuit? How
does this affect the time constant for discharging the capacitor?
CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS S 767
Figure 21.50A bleeder resistor
R
bl
discharges the capacitor in this electronic device once it is switched off.
768 CHAPTER 21 | CIRCUITS, BIOELECTRICITY, AND DC INSTRUMENTS
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
Documents you may be interested
Documents you may be interested