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Electrostatic Potential And Capacitance

Question
CBSEENPH12038006

Derive an expression for the average power consumed in a series LCR circuit connected to a.c., source in which phase difference between the voltage and the current in the circuit is ϕ. 

Solution

Average power in LCR circuit: 

Let, the alternating e.m.f. applied to an LCR circuit is
E = E0 sin ωt                  ...(i) 

If alternating current developed lags behind the applied e.m.f. by a phase angle ϕ then, 

I = I0 sin (ωt – ϕ)

Total work done over a complete cycle is

           W = 0TEI dt 

              = 0TE0 sin ωt. I0 sin (ωt - ϕ) dt
              = E0I00Tsin ωt sin (ωt-ϕ)dt 
              = E0 I02 0T 2 sin ωt sin (ωt - ϕ) dt
              = E0I020Tcos (ωt ± ωt + ϕ) - cos (ωt+ωt-ϕdt
                                                          2 sin A sin B = cos (A-B) - cos (A+B)

Thus,    W = E0I020Tcos ϕ - cos(2ωt - ϕ) dt
            W = E0I02t cos ϕ - sin (2 ωt - ϕ)2ω0T 

              = E0 I02[T cos ϕ] 

           W = E0I02. cos ϕ.  T 
∴ Average power in LCR circuit over a complete cycle is
                                 P = WT = E0 I02 cos ϕ = E02.I02cos ϕ 

     P = EvIv cos ϕ.
                                     
                      

 

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