Bab 7 - ELEKTRIK Modul Fizik SPM Bahasa Melayu

(1)

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013 + + – + – + + + – + – + – + – + – – – – – + BAB 2 ELEKTRIK BAB 2 ELEKTRIK

2.1 Medan elektrik dan pengaliran cas 2.1 Medan elektrik dan pengaliran cas

Pengetahuan tentang atom dan cas

Pengetahuan tentang atom dan cas elektrostatikelektrostatik

Objek bercas positif Objek bercas positif

p p++ e e – – Atom Atom

 Semua jirim terdiri daripadaSemua jirim terdiri daripada beribu-ribu atom.

beribu-ribu atom.

 Di pusat atom terletak nukleusDi pusat atom terletak nukleus yang mempunyai subatom yang yang mempunyai subatom yang dinamakan proton dan neutron. dinamakan proton dan neutron.  Proton bercas positif manakalaProton bercas positif manakala

neutron bercas neutral. neutron bercas neutral.  Nukleus atom dikelilingiNukleus atom dikelilingi

elektron-elektron yang bercas elektron-elektron yang bercas negatif.

negatif.

 Cas elektrik ditulis denganCas elektrik ditulis dengan simbol Q.

simbol Q.

 Unit bagi cas elektrik ialahUnit bagi cas elektrik ialah coulomb.

coulomb.

 1 elektron (cas negatif)1 elektron (cas negatif) mempunyai cas sebanyak mempunyai cas sebanyak – 1.6

– 1.6 1010-19-19C.C.  1 proton (cas positif)1 proton (cas positif)

mempunyai cas sebanyak mempunyai cas sebanyak

+ 1.6

+ 1.6 1010-19-19C.C. Cas elektrostatik Cas elektrostatik

 Cas elektrostatik ialah casCas elektrostatik ialah cas elektrik yang tidak bergerak atau elektrik yang tidak bergerak atau pegun dalam suatu objek. pegun dalam suatu objek.  Terdapat dua jenis cas Terdapat dua jenis cas elektrik:elektrik:

(a) Cas positif (+) (a) Cas positif (+) (b)

(b) Cas negatif (–)Cas negatif (–) 

Suatu objek bersifat Suatu objek bersifat (a)

(a) Positif apabila bilangaPositif apabila bilangan casn cas positif melebihi bilangan cas positif melebihi bilangan cas negatif.

negatif. (b)

(b) Negatif apabila bilangaNegatif apabila bilangan casn cas negatif melebihi bilangan cas negatif melebihi bilangan cas positif.

positif. (c)

(c) Neutral apabNeutral apabila bilangan casila bilangan cas positif sama dengan bilangan positif sama dengan bilangan cas negatif.

cas negatif. Objek bercas negatif

Objek bercas negatif

p p++ e e – –

Objek tidak bercas (Neutral) Objek tidak bercas (Neutral)

Cas-cas yang sama saling menolak Cas-cas yang sama saling menolak

Cas-cas yang berlainan saling menarik Cas-cas yang berlainan saling menarik p p++ e e – –

Aktiviti

Aktiviti 1: Penghasilan cas 1: Penghasilan cas dengan menggunakan Pedengan menggunakan Penjana Van de Graaff njana Van de Graaff Prosedur:

Prosedur: (1)

(1) Penjana Van de GraaPenjana Van de Graaff dihidupkan.ff dihidupkan. (2)

(2) Dekatkan hujung jarDekatkan hujung jari, bola logam dani, bola logam dan rambut kepada permukaan kubah. rambut kepada permukaan kubah. (3)

(3) Terang dan bincangkaTerang dan bincangkan pemerhatiann pemerhatian daripada aktiviti ini.

daripada aktiviti ini.

+

–

Neutron Orbit Elektron Proton

–

+

(2)

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013

Hubungan antara pengaliran cas elektrik (elektron) dengan arus

Hubungan antara pengaliran cas elektrik (elektron) dengan arus elektrikelektrik Aktiviti : Mengkaji hubungan antara pengaliran cas elektrik dengan arus

Aktiviti : Mengkaji hubungan antara pengaliran cas elektrik dengan arus

 Pemerhatian:Pemerhatian:

Apabila penjana Van de Graaff dihidupkan dan klip

Apabila penjana Van de Graaff dihidupkan dan klip buaya disambung pada konduktor,buaya disambung pada konduktor, jarum galvanomet

jarum galvanometer terpesong. Ini menunjuker terpesong. Ini menunjukkan terdapat arus kan terdapat arus elektrik yang mengaelektrik yang mengalir lir melalui

melalui galvanometergalvanometer..

 Perbincangan:Perbincangan:

Arus yang dihasilkan ini adalah disebabkan oleh pengaliran elektron dalam konduktor Arus yang dihasilkan ini adalah disebabkan oleh pengaliran elektron dalam konduktor dari Bumi menerusi galvanometer ke kubah untuk

dari Bumi menerusi galvanometer ke kubah untuk meneutralkan cas-cameneutralkan cas-cas positif s positif padanya.

padanya.

 Kesimpulan:Kesimpulan:

Pengaliran cas (elektron) dalam satu konduktor menghasilkan arus elektrik. Pengaliran cas (elektron) dalam satu konduktor menghasilkan arus elektrik.

Cas mengalir dalam konduktor Cas mengalir dalam konduktor

(1)

(1) Rajah di sebelah menRajah di sebelah menunjukkan satu litar unjukkan satu litar ringkas.

ringkas. (2)

(2) Secara konvensionaSecara konvensional, arus dikatakanl, arus dikatakan mengalir dari terminal positif ke

mengalir dari terminal positif ke terminalterminal negatif bateri tu.

negatif bateri tu. (3)

(3) Sebenarnya, daya gerSebenarnya, daya gerak elektrik (d.g.e)ak elektrik (d.g.e) bateri yang menyebabkan elektron bateri yang menyebabkan elektron mengalir dari terminal negatif ke

mengalir dari terminal negatif ke terminalterminal positif.

positif. (4)

(4) Arus ditakrifkan seArus ditakrifkan sebagai kadar bagai kadar pengaliran cas. pengaliran cas. tt diambil, diambil, yang yang Masa Masa Q Q mengalir, mengalir, yang yang cas cas Kuantiti Kuantiti Arus Arus tt Q Q Arus, Arus,II (5)

(5) Unit SI bagi arus ialah AmUnit SI bagi arus ialah Ampere, A.pere, A. (6)

(6) Kuantiti cas, Q Kuantiti cas, Q ==IIt.t. Galvanometer Galvanometer 0 Sumber Sumber cas elektron cas elektron Konduktor Konduktor Penjana Van Penjana Van de Graaff de Graaff + – e I Bateri

(3)

Latihan 2.1 (a) Pengaliran cas dan arus elektrik Latihan 2.1 (a) Pengaliran cas dan arus elektrik (1) Ramalkan nilai arus dalam

(1) Ramalkan nilai arus dalam situasisituasi berikut:

berikut:

Arah arus mengalir Arah arus mengalir

Nilai arus adalah ... Nilai arus adalah ...

Arah arus mengalir Arah arus mengalir

Nilai arus adalah ... Nilai arus adalah ...

(2) Apakah maksud arus elektrik 1A? (2) Apakah maksud arus elektrik 1A? ... ... ... ... ... ...

(3) Jika satu cas sebanyak 300 C mengalir (3) Jika satu cas sebanyak 300 C mengalir melalui mentol setiap 2

melalui mentol setiap 2 minit. Berapakahminit. Berapakah arus yang mengalir melalui mentol itu? arus yang mengalir melalui mentol itu?

(4) Cas sebanyak 6 C mengalir melalui (4) Cas sebanyak 6 C mengalir melalui seutas dawai selama 1.2 s.

seutas dawai selama 1.2 s. BerapakahBerapakah arus elektrik yang melalui dawai arus elektrik yang melalui dawai tersebut?

tersebut?

(5) Sebanyak 1.5 A arus

(5) Sebanyak 1.5 A arus mengalir melaluimengalir melalui sebuah lampu. Hitung bilangan elektron sebuah lampu. Hitung bilangan elektron yang melalui lampu itu dalam masa 2 yang melalui lampu itu dalam masa 2 minit. Diberi cas untuk satu elektron ialah minit. Diberi cas untuk satu elektron ialah 1.6

1.6 1010-19-19C.C.

(6) Kubah logam sebuah penjana Van de (6) Kubah logam sebuah penjana Van de Graaff yang telah dicaskan

Graaff yang telah dicaskan

disambungkan ke Bumi melalui sebuah disambungkan ke Bumi melalui sebuah mikroammete

mikroammeter. Jika r. Jika bacaanbacaan mikroammet

mikroammeter ialah er ialah 3030 A, berapakahA, berapakah jumlah cas yang tela

jumlah cas yang telah mengalir melaluih mengalir melalui dawai penyambung dalam masa 5 saat. dawai penyambung dalam masa 5 saat.

(7) Apabila kilat menyambar di antara dua (7) Apabila kilat menyambar di antara dua awan bercas, 400A arus elektrik mengalir awan bercas, 400A arus elektrik mengalir dalam masa 0.05s. Berapakah kuantiti cas dalam masa 0.05s. Berapakah kuantiti cas elektrik yang dipindahkan?

(4)

Medan elektik Medan elektik (1)

(1) Medan elektrik ialah kawasMedan elektrik ialah kawasan yang di sekeliling cas atau suatu objek yang bercasan yang di sekeliling cas atau suatu objek yang bercas yang menyebabkan cas atau objek lain

yang menyebabkan cas atau objek lain yang bercas yang berada dalam kawasanyang bercas yang berada dalam kawasan itu akan mengalami daya elektrik (sama ada

itu akan mengalami daya elektrik (sama ada daya tolakan atau tarikan).daya tolakan atau tarikan). (2)

(2) Medan elektrik diwakili oleh garis-garMedan elektrik diwakili oleh garis-garis anak panah yang dikenali sebagai garisis anak panah yang dikenali sebagai garis daya elektrik.

daya elektrik. (3)

(3) Garis-garis daya elektrik tidak bersilang dan sentiasa bertindak dari arah casGaris-garis daya elektrik tidak bersilang dan sentiasa bertindak dari arah cas positif ke arah cas negatif.

positif ke arah cas negatif. (4)

(4) Kekuatan satu medaKekuatan satu medan elektrik diwakili oleh keamatan bilangan garis medn elektrik diwakili oleh keamatan bilangan garis medan. Lebihan. Lebih padat dan banyak garis

padat dan banyak garis daya elektrik menunjukkan medan elektrik yang kuat.daya elektrik menunjukkan medan elektrik yang kuat.

Medan

Medan elektrik elektrik pada pada cas cas positif positif Medan Medan elektrik elektrik pada pada cas cas negatif negatif Contoh-contoh corak medan elektrik

Contoh-contoh corak medan elektrik Sfera

Sfera bercas bercas positif positif Sfera Sfera bercas bercas negatif negatif

Dua

Dua sfera sfera berlainan berlainan cas cas Dua Dua sfera sfera bercas bercas positif positif

+

–

+

–

(5)

Dua

Dua sfera sfera bercas bercas negatif negatif Plat Plat positif positif dan dan plat plat negatif negatif

Sfera bercas positif dan Sfera bercas positif dan

plat bergas negatif plat bergas negatif

Sfera bercas negatif dan Sfera bercas negatif dan

plat positif plat positif

Aktiviti: Menunjukkan kewujudan medan elektrik Aktiviti: Menunjukkan kewujudan medan elektrik

–

– – – – – – – – – – – – – – – – – – ––

+

+ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + ++ + + + + + – – Minyak masak Minyak masak Bijian halus Bijian halus Elektrod Elektrod + + + + + + – – – – – – – – VLT VLT

(6)

Pemerhatian Pemerhatian A

A B B CC

Aktiviti : Melihat kesan

Aktiviti : Melihat kesan medan elektrik ke atas cas elektrikmedan elektrik ke atas cas elektrik (1)

(1) Bola ping pong yang disalut dengaBola ping pong yang disalut dengan bahan konduksin bahan konduksi

Sebiji bola ping pong yang diselaputi cat Sebiji bola ping pong yang diselaputi cat logam digantungkan dengan benang logam digantungkan dengan benang nilon di tengah-tengah dua plat logam nilon di tengah-tengah dua plat logam yang menjadi terminal positif dan yang menjadi terminal positif dan terminal negatif.

terminal negatif.

Gerakkan bola ping pong ke arah Gerakkan bola ping pong ke arah terminal positif.

terminal positif. Apakah yang terjadi? Apakah yang terjadi?

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... – – – – – – – – + + + + + + + + – – – – – – – –

Bola ping pong Bola ping pong

Plat Plat logam logam VLT VLT

+

--+

(7)

(2) Nyalaan lilin (2) Nyalaan lilin

(a) VLT tidak dihidupkan (a) VLT tidak dihidupkan

Nyalaan lilin ditempatkan di antara dua Nyalaan lilin ditempatkan di antara dua ceper logam semasa VLT tidak

ceper logam semasa VLT tidak dihidupkan.

dihidupkan.

Kipas harus dimatikan semasa aktiviti ini Kipas harus dimatikan semasa aktiviti ini dijalankan.

dijalankan.

(b) VLT dihidupkan (b) VLT dihidupkan

Apabila VLT dihidupkan nyalaan lilin Apabila VLT dihidupkan nyalaan lilin terbahagi kepada dua bahagian. terbahagi kepada dua bahagian.

Bahagian yang menghala ke arah katod Bahagian yang menghala ke arah katod lebih besar berbanding ke arah anod. lebih besar berbanding ke arah anod. Jelaskan. Jelaskan. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Katod Katod Anod Anod

(8)

2.2 Hubungan antara arus elektrik dan

2.2 Hubungan antara arus elektrik dan beza keupayaanbeza keupayaan

Menjana idea tentang beza keupayaan Menjana idea tentang beza keupayaan

 _{Tekanan pada t}_Tekanan_{pada titik P}_{itik P ………....}_{………....}

daripada tekanan pada titik Q. daripada tekanan pada titik Q.

 _{Apabila injap dibuka, air akan mengalir}_{Apabila injap dibuka, air akan mengalir}

dari

dari titik ... titik ... ke titik ke titik ...

 _{Ini disebabkan oleh ...}_{Ini disebabkan oleh ...}

tekanan di antara dua titik tersebut. tekanan di antara dua titik tersebut.

 _{Tenaga keupayaan graviti pada titik X}_{Tenaga keupayaan graviti pada titik X}

... daripada titik Y. ... daripada titik Y.

 _{Epal itu akan jatuh dari titik ... ke titik}_{Epal itu akan jatuh dari titik ... ke titik}

... ...

 Ini disebabkan ... tenagaIni disebabkan ... tenaga keupayaan graviti di antara dua titik keupayaan graviti di antara dua titik tersebut.

tersebut.

 Keupayaan elektrik pada titik AKeupayaan elektrik pada titik A lebih tinggi berbanding titik B. lebih tinggi berbanding titik B.

 _{Maka, elektron-elektron yang mengalir}_{Maka, elektron-elektron yang mengalir}

dari titik B ke titik

dari titik B ke titik A perlu melakukanA perlu melakukan kerja.

kerja.

 Arus akan mengalir dari A ke B melaluiArus akan mengalir dari A ke B melalui mentol disebabkan wujudnya pengaliran mentol disebabkan wujudnya pengaliran cas dalam konduktor pada litar

cas dalam konduktor pada litar tersebut.tersebut.

 _{Sebelum merentasi mentol, elektron-}_{Sebelum merentasi mentol,}

elektron-elektron bergerak dengan tenaga yang elektron bergerak dengan tenaga yang tinggi.

tinggi.

 _{Selepas merentasi mentol, elektron-}_{Selepas merentasi mentol,}

elektron-elektron mengalami penyusutan tenaga elektron mengalami penyusutan tenaga dan kembali kepada sumber tenaga. dan kembali kepada sumber tenaga.

 _{Kehilangan tenaga oleh elektron ini}_{Kehilangan tenaga oleh elektron ini}

adalah disebabkan tenaga elektrik adalah disebabkan tenaga elektrik ditukarkan kepada tenaga cahaya dan ditukarkan kepada tenaga cahaya dan tenaga haba semasa merentasi mentol. tenaga haba semasa merentasi mentol.

A A BB Mentol Mentol A A BB

Sumber tenaga elektrik Sumber tenaga elektrik

P P QQ X X Y Y h h

(9)

Beza keupayaan Beza keupayaan

(Potential differenc e/ Voltage)

(1)

(1) Objek bercas positif P menghasilkan satObjek bercas positif P menghasilkan satu medan elektrik di sekelilingnya.u medan elektrik di sekelilingnya. (2)

(2) Medan elektrik ialah kawasaMedan elektrik ialah kawasan di mana daya elektrik bertindak.n di mana daya elektrik bertindak. (3)

(3) Keupayaan elektrKeupayaan elektrik pada titik A lebih tinggi daripada keupayaan elektrik pada titik Bik pada titik A lebih tinggi daripada keupayaan elektrik pada titik B kerana A lebih dekat dengan pusat P.

kerana A lebih dekat dengan pusat P. (4)

(4) Jika satu cas positif diletakkan pada titik A, cas ini akan ditolak oleh medan elekJika satu cas positif diletakkan pada titik A, cas ini akan ditolak oleh medan elektriktrik jasad P.

jasad P. (5)

(5) Cas ini bergerak kerana wujudnyCas ini bergerak kerana wujudnya beza keupayaan antara beza keupayaan antara titik A dengan titik B.a titik A dengan titik B. (6)

(6) Sebaliknya, jika cas positif itu digerakkaSebaliknya, jika cas positif itu digerakkan dari titik B ke titik A, kerja perlun dari titik B ke titik A, kerja perlu dilakukan untuk menentang daya elektrik iaitu

dilakukan untuk menentang daya elektrik iaitu daya tolakan yang bertindak antaradaya tolakan yang bertindak antara jasad P bercas pos

jasad P bercas positif dengan cas positif.itif dengan cas positif. (7) Beza keupayaan,

(7) Beza keupayaan,V , antara dua titik ialah kerja (, antara dua titik ialah kerja (W ) yang dilakukan atau perlu) yang dilakukan atau perlu dilakukan untuk menggerakkan 1 C cas(

dilakukan untuk menggerakkan 1 C cas(_iaitu: Q ) antara dua titik dalam medan elektrik,) antara dua titik dalam medan elektrik, iaitu: Q Q cas, cas, W W kerja, kerja, V V keupayaan, keupayaan, Beza

Beza atauatau

Q Q cas, cas, E E tenaga, tenaga, V V keupayaan, keupayaan, Beza Beza (8)

(8) Unit beza keupayUnit beza keupayaan elektrik, V ialah JCaan elektrik, V ialah JC-1-1_{atau Volt (V)}_{atau Volt (V)}

(9)

(9) Beza keupayaaBeza keupayaan elektrik juga disebut voltan.n elektrik juga disebut voltan. Apakah maksud 1 volt?

Apakah maksud 1 volt?

Bermaksud:

1 J tenaga diperlukan untuk 1 J tenaga diperlukan untuk menggerakka

menggerakkan 1 n 1 C cas dariC cas dari titik A ke titik B.

titik A ke titik B. Atau

Atau

1 J kerja perlu dilakukan 1 J kerja perlu dilakukan untuk menggerakkan 1 C untuk menggerakkan 1 C cas dari titik A ke titik cas dari titik A ke titik B.B.

Beza keupayaaa

Beza keupayaaan antara dua titik bernilai n antara dua titik bernilai 1 volt1 volt sekiranya 1 joule tenaga diperlukan untuk sekiranya 1 joule tenaga diperlukan untuk menggerakka

menggerakkan 1 coulomb cas melalui dua n 1 coulomb cas melalui dua titiktitik tersebut. tersebut. coulomb coulomb 1 1 joule joule 1 1 volt volt 1 1 atau 1 V = 1 JCatau 1 V = 1 JC-1-1

Contoh 1: Apabila suatu perintang elektrik Contoh 1: Apabila suatu perintang elektrik disambung ke satu sel kering, 12 C cas disambung ke satu sel kering, 12 C cas mengalir dan 36J tenaga elektrik di mengalir dan 36J tenaga elektrik di bekalkan kepada perintang. Berapakah bekalkan kepada perintang. Berapakah beza keupayaan merentasi perintang itu? beza keupayaan merentasi perintang itu?

Penyelesaian: Penyelesaian:

Contoh 2: Apabila berlaku ribut petir Contoh 2: Apabila berlaku ribut petir selama 2 saat,12.5 A arus terhasil dan beza selama 2 saat,12.5 A arus terhasil dan beza keupayaan 5 x 10

keupayaan 5 x 1055kV merentasi awan dankV merentasi awan dan permukaan bumi. Tentukan

permukaan bumi. Tentukan (a) Jumlah cas terhasil. (a) Jumlah cas terhasil.

(b) Jumlah tenaga yang dijanakan. (b) Jumlah tenaga yang dijanakan.

Penyelesaian: Penyelesaian: P Keupayaan elektr ik rendah

+

₊₊ A B

Keupayaan ele ktrik tinggi

Beza keupayaan

(10)

Bagaimana mengukur beza Bagaimana mengukur beza keupayaan?

keupayaan?

Beza keupayaan atau voltan di antara dua titik dalam Beza keupayaan atau voltan di antara dua titik dalam satu litar boleh

satu litar boleh diukur menggunakan voltmeter.diukur menggunakan voltmeter. Voltmeter mesti disambung secara selari (

Voltmeter mesti disambung secara selari (in p aralle l ) di) di antara dua titik tersebut.

antara dua titik tersebut.

Sebagai contoh untuk mengukur beza

Sebagai contoh untuk mengukur beza keupayaan yangkeupayaan yang merentasi sebiji mentol di dalam litar, sebuah

merentasi sebiji mentol di dalam litar, sebuah

voltmeter disambung secara selari dengan mentol itu. voltmeter disambung secara selari dengan mentol itu.

Bagaimana mengukur arus Bagaimana mengukur arus elektrik yang mengalir elektrik yang mengalir dalam litar?

dalam litar?

Arus elektrik diukur

Arus elektrik diukur menggunakan ammeter. Ammeter menggunakan ammeter. Ammeter mesti disambung secara sesiri (

mesti disambung secara sesiri (in series ) dengan) dengan komponen elektrik di dalam suatu

komponen elektrik di dalam suatu litar elektrik.litar elektrik.

Hubungan antara arus elektrik dengan beza

Hubungan antara arus elektrik dengan beza keupayaankeupayaan Merancang dan menjalankan

Merancang dan menjalankan eksperimen (Laporan PEKA)

eksperimen (Laporan PEKA) Eksperimen untuk menentukan hubungan antara arusEksperimen untuk menentukan hubungan antara arusdan beza keupayaan bagi satu konduktor ohm.dan beza keupayaan bagi satu konduktor ohm. Inferens : ... Inferens : ... Hipotesis: ... Hipotesis: ... Tujuan : ... Tujuan : ... Pemboleh ubah: Pemboleh ubah: (i)

(i) Yang Yang dimanipulasikan dimanipulasikan : : ... (ii)

(ii) Yang Yang bergerak bergerak balas balas : : ... (iii)

(iii) Yang Yang dimalarkan dimalarkan : : ...

Senarai radas dan bahan : ... Senarai radas dan bahan : ... ... ... Susunan radas:

(11)

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013 Prosedur: Prosedur: 1. ... 1. ... ... ... 2. ... 2. ... ... ... 3. ... 3. ... ... ... Penjadualan data: Penjadualan data: Analisis data: Analisis data: Kesimpulan: Kesimpulan: ... ... ... ... ... ... ... ...

Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen: Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen:

... ... ... ... ... ...

(12)

Hukum Ohm Hukum Ohm Hukum Ohm menyatakan bahasa arus,

Hukum Ohm menyatakan bahasa arus, yang mengalir melalui satu konduktor yang mengalir melalui satu konduktor elektrik berkadar langsung dengan beza keupayaan, V

elektrik berkadar langsung dengan beza keupayaan, V merentasi dua hujungmerentasi dua hujung konduktor itu, dengan syarat suhu dan keadaan fizikal konduktor itu adalah tetap. konduktor itu, dengan syarat suhu dan keadaan fizikal konduktor itu adalah tetap. Daripada Hukum Ohm :

Daripada Hukum Ohm : V

V Maka,

Maka,VV pemalar pemalar = kecerunan graf = kecerunan graf

Untuk konduktor ohm, pemalar itu Untuk konduktor ohm, pemalar itu dikenali sebagai rintangan, R bagi dikenali sebagai rintangan, R bagi konduktor itu: konduktor itu: V V R R

Daripada graf V melawan

Daripada graf V melawan yang diperolehiyang diperolehi dalam eksperimen:

dalam eksperimen:

Kecerunan = Kecerunan =VV

Kecerunan graf V melawan

Kecerunan graf V melawan adalah tetap.adalah tetap. Apakah itu Konduktor Ohm dan konduktor Bukan Ohm?

Apakah itu Konduktor Ohm dan konduktor Bukan Ohm? (i)

(i) Konduktor Konduktor Ohm Ohm ialah ialah konduktor konduktor elektrik elektrik yang yang mematuhi mematuhi Hukum Hukum Ohm.Ohm. (ii)

(ii) Konduktor Konduktor Bukan Bukan Ohm Ohm ialah ialah konduktor konduktor elektrik elektrik yang yang tidak tidak mematuhimematuhi Hukum Ohm.

Hukum Ohm. (iii)

(iii) Definisi

Definisi Rintangan. Rintangan. Rintangan, R Rintangan, R satu satu konduktor konduktor boleh boleh ditakrifkan ditakrifkan sebagaisebagai nisbah beza keupayaan, V merentasi konduktor itu nisbah beza keupayaan, V merentasi konduktor itu terhadap arus elektrik,

terhadap arus elektrik, yang mengalir melaluinya, iaituyang mengalir melaluinya, iaitu V

V R

R

Unit bagi rintangan ialah volt per

Unit bagi rintangan ialah volt per ampere (VAampere (VA-1-1)) atau ohm (

atau ohm ( ).).

Lakarkan graf V melawan

Lakarkan graf V melawanIIbagi Konduktor Ohm dan Konduktor Bukan Ohmbagi Konduktor Ohm dan Konduktor Bukan Ohm Konduktor

Konduktor Ohm Ohm Konduktor Konduktor Bukan Bukan OhmOhm V/V V/V /A /A V/V I/A V/V I/A

(13)

Faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan konduktor Faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan konduktor (1)

(1) Rintangan merupakan satu ukuran halangan terhadap pengaliran arus dalam suatuRintangan merupakan satu ukuran halangan terhadap pengaliran arus dalam suatu konduktor.

konduktor. (2) Daripada

(2) Daripada VV, arus elektrik,, arus elektrik, adalah berkadar songsang dengan rintangan , Radalah berkadar songsang dengan rintangan , R apabila nilai V dimalarkan,

apabila nilai V dimalarkan, 

1 1 (3)

(3) Apabila rintangan, R beApabila rintangan, R besar, arus,sar, arus, yang mengalir dalam satu konduktor adalahyang mengalir dalam satu konduktor adalah rendah dan sebaliknya.

rendah dan sebaliknya. (4)

(4) Faktor-faktor yaFaktor-faktor yang mempengaruhi rintangan satu konduktor ialang mempengaruhi rintangan satu konduktor ialah:h: (a) Panjang konduktor

(a) Panjang konduktor (b)

(b) Luas keratan rentas/ Diameter konduktLuas keratan rentas/ Diameter konduktor or (c) Jenis bahan (c) Jenis bahan (d) Suhu konduktor (d) Suhu konduktor Panjang konduktor, Panjang konduktor,l Rintangan konduktor Rintangan konduktor berkadar langsung dengan berkadar langsung dengan panjang konduktor.

panjang konduktor. R

R l

Luas keratan rentas konduktor, A Luas keratan rentas konduktor, A Rintangan konduktor

Rintangan konduktor berkadar songsang dengan berkadar songsang dengan luas keratan rentas

luas keratan rentas konduktor. konduktor. R R A 1

Jenis konduktor logam Jenis konduktor logam Jenis konduktor logam yang Jenis konduktor logam yang berbeza mempunyai rintangan berbeza mempunyai rintangan yang berbeza. yang berbeza. l 2l 3l R R l A 2A 3A Eureka Konstantan Kuprum R R A 1 V V Perak

(14)

Suhu konduktor, Suhu konduktor, Untuk jenis konduktor sama dan

Untuk jenis konduktor sama dan mempunyai panjang,mempunyai panjang, l _{dan luas keratan rentas,}_{dan luas keratan rentas,}_A _{yang sama, rintangan, R}_{yang sama, rintangan, R} bertambah dengan pertambahan suhu

bertambah dengan pertambahan suhu konduktor,konduktor, ..

Penyelesaian masalah melibatkan arus,

Penyelesaian masalah melibatkan arus,I _{, beza keupayaan, V dan rintangan, R}_{, beza keupayaan, V dan rintangan, R} (1) Suatu

(1) Suatu komponen komponen elektrik elektrik berlabelberlabel 12V, 2A. Berapakah rintangan 12V, 2A. Berapakah rintangan komponen elektrik itu? komponen elektrik itu?

(2)

(2) Jika mentol di dalam litaJika mentol di dalam litar itur itu mempunyai rintangan 6

mempunyai rintangan 6 , berapakah, berapakah bacaan ammeter jika sel kering bacaan ammeter jika sel kering membekalka

membekalkan 3 n 3 V?V?

(3) Jika arus 0.5 A mengalir merentasi (3) Jika arus 0.5 A mengalir merentasi

perintang 3.0

perintang 3.0 di dalam litar, kiradi dalam litar, kira voltan yang dibekalkan oleh sel voltan yang dibekalkan oleh sel kering tersebut.

kering tersebut.

(4)

(4) Graf menunjukkan kGraf menunjukkan keputusan darieputusan dari satu eksperimen untuk menentukan satu eksperimen untuk menentukan rintangan dawai. Rintangan dawai itu rintangan dawai. Rintangan dawai itu ialah ialah R R A A V /V /V I _/A_/A 0 0 ₅₅ 1.2 1.2

(15)

Superkonduktor Superkonduktor (1)

(1) Rintangan suatu kondukRintangan suatu konduktor berkurangtor berkurang apabila suhu konduktor menurun. apabila suhu konduktor menurun. (2)

(2) Untuk bahan terteUntuk bahan tertentu seperti aluminium,ntu seperti aluminium, rintangan konduktor menjadi sifar sebaik rintangan konduktor menjadi sifar sebaik sahaja disejukkan di bawah suhu genting, T sahaja disejukkan di bawah suhu genting, Tcc

seperti dalam graf di sebelah. seperti dalam graf di sebelah. (3)

(3) Bahan konduktor yBahan konduktor yang menunjukkan ciri iniang menunjukkan ciri ini dikenali sebagai

dikenali sebagai superkonduktor.superkonduktor. (4)

(4) Superkonduktor merSuperkonduktor merupakan konduktor yangupakan konduktor yang unggul kerana tidak ada

unggul kerana tidak ada rintangan dalamnyarintangan dalamnya yang boleh menghalang pengaliran elektron. yang boleh menghalang pengaliran elektron. (5)

(5) Sekiranya satSekiranya satu arus dihasilkan padau arus dihasilkan pada gegelung superkonduktor, arus akan terus gegelung superkonduktor, arus akan terus mengalir walaupun punca elektrik

mengalir walaupun punca elektrik

dihentikan. Arus akan terus mengalir dalam dihentikan. Arus akan terus mengalir dalam gegelung superkonduktor tanpa kehilangan gegelung superkonduktor tanpa kehilangan tenaga. tenaga. Superkonduktor Superkonduktor Konduktor biasa Konduktor biasa Kegunaan superkonduktor Kegunaan superkonduktor Kabel penghantaran tenaga elektrik

Kabel penghantaran tenaga elektrik

Kabel superkonduktor berintangan sifar Kabel superkonduktor berintangan sifar meningkatkan kecekapan penghantaran meningkatkan kecekapan penghantaran tenaga kerana tidak berlaku kehilangan tenaga kerana tidak berlaku kehilangan tenaga dalam bentuk haba.

tenaga dalam bentuk haba.

Bidang pengangkutan Bidang pengangkutan

Kereta api yang terapung diperkenalkan Kereta api yang terapung diperkenalkan dengan menggunakan magnet

dengan menggunakan magnet superkonduktor yang kuat. superkonduktor yang kuat.

Bidang perubatan Bidang perubatan

Teknik pengimbasan MRI (

Teknik pengimbasan MRI (Magnetic Resonance Imaging ) diperkenalkan) diperkenalkan untuk mengantikan sinar-X.

untuk mengantikan sinar-X.

Bidang industri Bidang industri

Gegelung superkonduktor dalam penjana, Gegelung superkonduktor dalam penjana, motor dan transformer menjadikan motor dan transformer menjadikan alat-alat elektronik lebih kecil

alat elektronik lebih kecil tetapi berkuasatetapi berkuasa tinggi. tinggi. R( R( )) T(K) T(K) 0 0 _T_T c c R( R( )) T(K) T(K) 0 0

(16)

2.3 Litar sesiri dan Litar selari 2.3 Litar sesiri dan Litar selari

Aktiviti : Memasang dan mengenal pasti litar sesiri dan litar selari Aktiviti : Memasang dan mengenal pasti litar sesiri dan litar selari

Litar

Litar sesiri sesiri Litar Litar selariselari Lukiskan litar skema bagi gambarajah litar di atas. Lukiskan litar skema bagi gambarajah litar di atas.

Aktiviti : Aktiviti :

Membuat perbandingan arus dan beza keupayaan bagi litar sesiri dan litar selari Membuat perbandingan arus dan beza keupayaan bagi litar sesiri dan litar selari

Litar

Litar sesiri sesiri Litar Litar selariselari

Bacaan ammeter A adalah sama dengan Bacaan ammeter A adalah sama dengan A A11dan Adan A22.. A = A A = A11= A= A22 Maka, Maka, II==II11==II22

Bacaan ammeter A ialah jumlah A Bacaan ammeter A ialah jumlah A11+ A+ A22..

A = A A = A11+ A+ A22 Maka, Maka, II==II11++II22 A A11 AA22 A A AA A A11 A A22

(17)

Bacaan voltmeter V ialah jumlah V Bacaan voltmeter V ialah jumlah V11+ V+ V22..

Maka, Maka,

V = V V = V11+ V+ V22

Bacaan voltmeter V adalah sama dengan Bacaan voltmeter V adalah sama dengan V V11dan Vdan V22.. Maka, Maka, _{V = V}_{V = V} 1 1= V= V22

Ciri-ciri litar sesiri dan litar selari Ciri-ciri litar sesiri dan litar selari

Arus yang sama mengalir dalam setiap Arus yang sama mengalir dalam setiap perintang.

perintang.

Arus,

Arus,IIadalah hasil tambahadalah hasil tambahII11dandanII22..

Beza keupayaan, V adalah hasil

Beza keupayaan, V adalah hasil tambahtambah V

V11dan Vdan V22..

Beza keupayaan yang sama untuk setiap Beza keupayaan yang sama untuk setiap perintang.

perintang. Jika satu mentol rosak, mentol-mentol

Jika satu mentol rosak, mentol-mentol lain dalam litar sesiri tidak akan bernyala. lain dalam litar sesiri tidak akan bernyala.

Jika satu mentol rosak, mentol-mentol Jika satu mentol rosak, mentol-mentol lain dalam litar selari

lain dalam litar selari akan terus bernyala.akan terus bernyala. Kecerahan semua mentol dalam litar

Kecerahan semua mentol dalam litar sesiri adalah sama tetapi lebih malap sesiri adalah sama tetapi lebih malap berbanding litar selari.

berbanding litar selari.

Kecerahan semua mentol dalam litar Kecerahan semua mentol dalam litar selari adalah sama tetapi lebih selari adalah sama tetapi lebih cerahcerah berbanding litar sesiri.

berbanding litar sesiri. V V V V22 V V11 R R11 RR22 II I I II V V11 VV22 V V V V V V II II11 II22 R R11 R R22 II V V V V11 _V_V22

(18)

Latihan 2.3 (a) Membandingkan arus dan beza keupayaan dalam litar sesiri dan litar Latihan 2.3 (a) Membandingkan arus dan beza keupayaan dalam litar sesiri dan litar selari.

selari. (a)

(a) Tentukan bacaan ammTentukan bacaan ammeter dalam litar-litar berikut:eter dalam litar-litar berikut:

(b)

(19)

Menentukan nilai rintangan berkesan dalam litar sesiri dan litar selari Menentukan nilai rintangan berkesan dalam litar sesiri dan litar selari Rintangan berkesan (rintangan senilai) ialah

Rintangan berkesan (rintangan senilai) ialahrintangan tunggal yang akanyang akan memberikan kesan yang sama kepada litar. Ia

memberikan kesan yang sama kepada litar. Ia membenarkamembenarkan arus yang n arus yang sama mengalir sama mengalir dalam litar sekiranya ia digantikan dengan dua atau lebih perintang

dalam litar sekiranya ia digantikan dengan dua atau lebih perintang yang disambungyang disambung secara sesiri atu selari atau gabungan

secara sesiri atu selari atau gabungan kedua-dua sambungan litar tersebut.kedua-dua sambungan litar tersebut. Litar

Litar sesiri sesiri Litar Litar selariselari

II==II11==II22 II==II11++II22

V = V

V = V11+ V+ V22 V = VV = V11= V= V22

Rintangan be

Rintangan berkesan, R rkesan, R bagi litar bagi litar sesirisesiri dikira dengan menggunakan formula: dikira dengan menggunakan formula:

R = R R = R11+ R+ R22

Rintangan berkesan, R bagi litar Rintangan berkesan, R bagi litar selariselari

dikira dengan menggunakan formula: dikira dengan menggunakan formula:

2 2 1 1 RR 1 1 R R 1 1 R R 1 1

Contoh: Hitung rintangan berkesan, R

Contoh: Hitung rintangan berkesan, R untuk litar-litar berikut:untuk litar-litar berikut: Contoh

Contoh 1: 1: Contoh Contoh 2:2:

Contoh

Contoh 3: 3: Contoh Contoh 4:4:

R R11 RR22 II I I II V V1 1 VV22 V V V V V V II II11 II22 R R11 R R22 II

(20)

Petua litar Petua litar Petua

Petua 1 1 Petua Petua 22

Latihan 2.3 (b) Menentukan rintangan berkesan, R dalam litar sesiri, litar selari dan Latihan 2.3 (b) Menentukan rintangan berkesan, R dalam litar sesiri, litar selari dan litar gabungan serta menyelesaikan masalah melibatkan V =

litar gabungan serta menyelesaikan masalah melibatkan V = IR.IR. (a)

(a) Tentukan rintangan berkesTentukan rintangan berkesan bagi litar-litar berikut:an bagi litar-litar berikut:

(b)

(b) Selesaikan masalahSelesaikan masalah-masalah berikut:-masalah berikut: (i)

(21)

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013 (iii) (iv) (iii) (iv) (v) (vi) (v) (vi) (7) (8) (7) (8) A A A A

(22)

2.4 Daya gerak elektrik (d.g.e) dan rintangan dalam (r) 2.4 Daya gerak elektrik (d.g.e) dan rintangan dalam (r)

Daya gerak elektrik (d.g.e) Daya gerak elektrik (d.g.e)

D.g.e ialah tenaga yang dibekalkan untuk menggerakkan 1 C cas melalui sel kering D.g.e ialah tenaga yang dibekalkan untuk menggerakkan 1 C cas melalui sel kering dan mengelilingi satu litar elektrik yang lengkap.

dan mengelilingi satu litar elektrik yang lengkap. Unit d.g.e ialah volt (V) atau Joule per coulomb (JC Unit d.g.e ialah volt (V) atau Joule per coulomb (JC-1-1))

 _{Nilai voltan yang dilabelkan pada sel kering}_{Nilai voltan yang dilabelkan pada sel kering}

menunjukkan nilai daya gerak elektrik, d.g.e menunjukkan nilai daya gerak elektrik, d.g.e yangyang dibekalkan oleh sel kering

dibekalkan oleh sel kering

 _{Satu sel kering mempunyai d.g.e 1.5 V jika}_{Satu sel kering mempunyai d.g.e 1.5 V jika tenaga}_tenaga

elektrik 1.5 J dibekalkan untuk menggerakkan 1 C cas elektrik 1.5 J dibekalkan untuk menggerakkan 1 C cas di dalam litar.

di dalam litar.

Perbandingan antara daya gerak elektrik (d.g.e) dan

Perbandingan antara daya gerak elektrik (d.g.e) dan beza keupayaanbeza keupayaan Persamaan:

Persamaan:

Daya gerak elektrik dan beza keupayaan diukur dengan unit Joule per coulomb (JC Daya gerak elektrik dan beza keupayaan diukur dengan unit Joule per coulomb (JC-1-1))

atau volt (V) atau volt (V) Perbezaan: Perbezaan: Daya

Daya gerak gerak elektrik elektrik (d.g.e) (d.g.e) Beza Beza keupayaan, keupayaan, VV

 _{Arus tidak mengalir melalui}_{Arus tidak mengalir melalui}

voltmeter voltmeter

 _{Bacaan voltmeter bernilai ... V}_{Bacaan voltmeter bernilai ... V}  _{Bacaan voltmete}_{Bacaan voltmeter = d.g.e = ...}_{r = d.g.e = ... V}_V

 _{Arus mengalir dalam litar.}_{Arus mengalir dalam litar.}

 _{Bacaan voltmeter berkurang sedikit}_{Bacaan voltmeter berkurang sedikit}

apabila suatu beban (mentol) apabila suatu beban (mentol) disambung di dalam litar. disambung di dalam litar.

 _{Jika bacaan voltmeter ...V, maka}_{Jika bacaan voltmeter ...V, maka}

beza keupayaan merentasi mentol beza keupayaan merentasi mentol ialah ...V. ialah ...V. Q Q mengalir, mengalir, yang yang cas cas E E ,, dibekalkan dibekalkan yang yang Tenaga Tenaga d.g.e d.g.e Q Q mengalir, mengalir, yang yang cas cas W W dilakukan, dilakukan, yang yang Kerja Kerja keupayaan keupayaan Beza Beza V V V V

(23)

Aktiviti: Membezakan antara daya gerak

Aktiviti: Membezakan antara daya gerak elektrik dengan beza elektrik dengan beza keupayaankeupayaan

 _{Suis S dalam keadaan dibuka.}_{Suis S dalam keadaan dibuka.}  _{Perhatikan mentol.}_{Perhatikan mentol.}

 _{Rekodkan bacaan ammeter dan}_{Rekodkan bacaan ammeter dan}

voltmeter voltmeter

 _{Suis S ditutup.}_{Suis S ditutup.}  Perhatikan mentol.Perhatikan mentol.

 _{Rekodkan bacaan ammeter dan}_{Rekodkan bacaan ammeter dan}

voltmeter. voltmeter. Suis Terbuka Suis Terbuka (off) (off) Tertutup Tertutup (on) (on) Keadaan Keadaan mentol mentol Bacaan Bacaan ammeter ammeter Bacaan Bacaan voltmeter voltmeter Rintangan dalam, r Rintangan dalam, r Rintangan dalam, r suatu sel kering ialah rintangan Rintangan dalam, r suatu sel kering ialah rintangan terhadap pengaliran cas oleh elektrolit dan

terhadap pengaliran cas oleh elektrolit dan elektrodelektrod di dalam sel kering itu.

di dalam sel kering itu.

Kerja perlu dilakukan oleh cas bagi menentang Kerja perlu dilakukan oleh cas bagi menentang rintangan dalam yang wujud dalam sel kering. rintangan dalam yang wujud dalam sel kering. Ini menyebabkan jatuhan nilai

Ini menyebabkan jatuhan nilai beza keupayaanbeza keupayaan yang merentasi sel kering apabila cas

yang merentasi sel kering apabila cas bergerakbergerak melaluinya ke litar elektrik yang

melaluinya ke litar elektrik yang disambungkandisambungkan dengan suatu beban rintangan atau mentol. dengan suatu beban rintangan atau mentol.

Unit Ohm ( Unit Ohm ( )) Persamaan daya gerak elektrik:

Persamaan daya gerak elektrik: Daya gerak elektrik = E

Daya gerak elektrik = E Beza keupayaan litar luar = V Beza keupayaan litar luar = V

Nilai jatuhan beza keupayaan di dalam sel = Nilai jatuhan beza keupayaan di dalam sel =IIr r

IIr = E - Vr = E - V Atau Atau E = V + E = V +IIr r Atau Atau E = E =IIR +R +IIr r Sel kering Sel kering Rintangan dalam Rintangan dalam R R Bateri Bateri Mentol Mentol Suis, S Suis, S V V Sel Sel kering kering

(24)

Eksperimen : Menentukan daya gerak elektrik dan

Eksperimen : Menentukan daya gerak elektrik dan rintangan dalam suatu sel keringrintangan dalam suatu sel kering Tujuan: Menentukan rintangan dalam suatu sel

Tujuan: Menentukan rintangan dalam suatu sel kering.kering. Pemboleh ubah:

Pemboleh ubah: (i)

(i) Dimanipulasikan Dimanipulasikan : : ArusArus (ii)

(ii) Bergerak Bergerak balas balas :Beza :Beza keupayaankeupayaan (iii)

(iii) Dimalarkan Dimalarkan : : Rintangan Rintangan dalamdalam

Radas : Sel kering baru, pemegang sel, voltmeter, ammeter, rheostat, suis dan dawai Radas : Sel kering baru, pemegang sel, voltmeter, ammeter, rheostat, suis dan dawai penyambung.

penyambung. Prosedur: Prosedur:

(1)

(1) Suis dihidupkan dan Suis dihidupkan dan rheostatrheostat dilaraskan supaya arus yang dilaraskan supaya arus yang mengalir melaluinya adalah 0.2 A. mengalir melaluinya adalah 0.2 A. Bacaan ammeter,

Bacaan ammeter,IIdan bacaandan bacaan voltmeter, V yang sepadan voltmeter, V yang sepadan dicatatkan.

dicatatkan. (2)

(2) Eksperimen dEksperimen diulang denganiulang dengan melaraskan rheostat supaya arus melaraskan rheostat supaya arus mengalir = 0.3 A, 0.4 A, 0.5 A dan mengalir = 0.3 A, 0.4 A, 0.5 A dan 0.6 A. 0.6 A. Susunan radas: Susunan radas: Penjadualan data: Penjadualan data: II / A / A V/VV/V

Analisis data: Analisis data:

Plotkan graf V melawan Plotkan graf V melawanII

Perbincangan: Perbincangan: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... V/V V/V II /A /A reostat reostat Sel kering Sel kering

(25)

Latihan 2.4 : Daya gerak elektrik dan rintangan dalam Latihan 2.4 : Daya gerak elektrik dan rintangan dalam (1)

(1)

Dalam rajah apabila suis S dimatikan, Dalam rajah apabila suis S dimatikan, bacaan voltmeter ialah 1.5 V. Apabila suis bacaan voltmeter ialah 1.5 V. Apabila suis S dihidupkan ba

S dihidupkan bacaan caan voltmeter iavoltmeter ialah 1.35lah 1.35 V dan bacaan ammeter ialah 0.3 A.

V dan bacaan ammeter ialah 0.3 A. Tentukan:

Tentukan: (a) d.g.e sel (a) d.g.e sel

(b) rintangan dalam sel (b) rintangan dalam sel (c) Nilai perintang R (c) Nilai perintang R

(2) (2)

Apabila suis S dimatikan, bacaan Apabila suis S dimatikan, bacaan voltmeter adalah 1.5 V. Apabila suis S voltmeter adalah 1.5 V. Apabila suis S dihidupkan bacaan voltmeter dan dihidupkan bacaan voltmeter dan ammeter adalah 1.3 V dan 0.2 A ammeter adalah 1.3 V dan 0.2 A masing-masing. Tentukan rintangan dalam sel itu. masing. Tentukan rintangan dalam sel itu.

(3) Suatu sel

(3) Suatu sel kering membekalkan aruskering membekalkan arus 0.5 A apabila disambung kepada 0.5 A apabila disambung kepada perintang 2

perintang 2 . Sel yang sama. Sel yang sama membekalka

membekalkan arus 0.4 n arus 0.4 A apabilaA apabila disambung kepada perintang 4 disambung kepada perintang 4 .. Tentukan d.g.e sel kering tersebut. Tentukan d.g.e sel kering tersebut.

(4) (4)

Sebuah bateri dengan daya gerak elektrik Sebuah bateri dengan daya gerak elektrik 12 V dan mempunyai rintangan dalam 3 12 V dan mempunyai rintangan dalam 3 disambungkan kepada dua perintang 6 disambungkan kepada dua perintang 6 .. Kira arus yang melalui setiap perintang 6 Kira arus yang melalui setiap perintang 6

(26)

2.5 Tenaga dan kuasa elektrik 2.5 Tenaga dan kuasa elektrik

Tenaga elektrik Tenaga elektrik

Tenaga elektrik, E ialah kerja yang dilakukan semasa cas elektrik, Q dipindahkan di Tenaga elektrik, E ialah kerja yang dilakukan semasa cas elektrik, Q dipindahkan di antara dua titik

antara dua titik yang mempunyai beza keupayaan, V.yang mempunyai beza keupayaan, V.

Tenaga elektrik boleh ditukar kepada bentuk tenaga yang lain oleh peralatan elektrik Tenaga elektrik boleh ditukar kepada bentuk tenaga yang lain oleh peralatan elektrik yang disambung di dalam litar.

yang disambung di dalam litar.

Contoh penukaran tenaga elektrik kepada tenaga-tenaga lain: Contoh penukaran tenaga elektrik kepada tenaga-tenaga lain: Tenaga elektrik

Tenaga elektrik Tenaga cahaya + tenaga haba Tenaga cahaya + tenaga haba (mentol)(mentol) Tenaga elektrik

Tenaga elektrik Tenaga bunyi (loceng elektrik)Tenaga bunyi (loceng elektrik) Tenaga elektrik

Tenaga elektrik Tenaga mekanik (Motor elektrik)Tenaga mekanik (Motor elektrik) Hubungan antara

Hubungan antara tenaga(

tenaga(E) , voltan(, voltan(V ),), arus (

arus (I ₎_{) dan}_{dan masa}_{masa ((}t ))

Cuba terbitkan Cuba terbitkan formula-formula formula-formula tenaga elektrik: tenaga elektrik:

 _{Daripada takrifan beza keupayaan, V:}_{Daripada takrifan beza keupayaan, V:}

Q Q cas, cas, E E elektrik, elektrik, tenaga tenaga V V keupayaan, keupayaan, Beza

Beza , maka tenaga, maka tenaga

elektrik, E boleh ditulis sebagai elektrik, E boleh ditulis sebagai

 Oleh kerana cas elektrik, Q =Oleh kerana cas elektrik, Q =I _{t, maka tenaga elektrik,}_{t, maka tenaga elektrik,} E = VQ boleh ditulis sebagai

E = VQ boleh ditulis sebagai

 _{Daripada hukum Ohm, V =}_{Daripada hukum Ohm, V =}I _{R, maka tenaga elektrik,}_{R, maka tenaga elektrik,} E = V

E = VI _{t boleh ditulis sebagai}_{t boleh ditulis sebagai}

 _{Unit SI bagi tenaga elektrik ialah joule}_{Unit SI bagi tenaga elektrik ialah joule (J)}_(J)

Contoh 1: Satu cerek air disambung Contoh 1: Satu cerek air disambung kepada bekalan kuasa 240 V. Jika kepada bekalan kuasa 240 V. Jika rintangan unsur pemanas di

rintangan unsur pemanas di dalam cerekdalam cerek ialah 40

ialah 40 , kira, kira (a)

(a) Arus mengalir Arus mengalir melalui unsur melalui unsur pemanas

pemanas (b)

(b) Kuantiti tenaga haba yKuantiti tenaga haba yangang dihasilkan dalam masa 10 minit dihasilkan dalam masa 10 minit pemanasan.

pemanasan.

Contoh 2: Suatu gegelung pemanas Contoh 2: Suatu gegelung pemanas dialirkan arus 5A dan

dialirkan arus 5A dan beza keupayaanbeza keupayaan merentasinya ialah 240 V dibekalkan merentasinya ialah 240 V dibekalkan selama 15 minit. Tentukan jumlah tenaga selama 15 minit. Tentukan jumlah tenaga elektrik yang dihasilkan.

elektrik yang dihasilkan.

E = VQ E = VQ E = V E = VI _tt E = E =I 22_Rt_Rt _atau_atau _E_{E =}₌ R R tt V V22

(27)

Kuasa elektrik Kuasa elektrik

Kuasa elektrik, P ditakrifkan sebagai kadar pemindahan tenaga elektrik. Kuasa elektrik, P ditakrifkan sebagai kadar pemindahan tenaga elektrik.

tt Masa, Masa, E E n, n, dipindahka dipindahka yang yang elektrik elektrik tenaga tenaga P P elektrik, elektrik, Kuasa

Kuasa atau P =atau P =

tt E E

Hubungan antara kuasa (

Hubungan antara kuasa (P ),), voltan (

voltan (V ) dan arus () dan arus (I ).).

Cuba terbitkan sendiri Cuba terbitkan sendiri formula-formula kuasa formula-formula kuasa elektrik:

elektrik:

 _{Daripada takrifan kuasa elektrik, P =}_{Daripada takrifan kuasa elektrik, P =}

tt E E

..

 _{Oleh kerana tenaga elektrik, E = V}_{Oleh kerana tenaga elektrik, E = V}I _{t, maka}_{t, maka}

 _{Daripada E =}_{Daripada E =}I 22Rt, kuasa elektrik, PRt, kuasa elektrik, P

 _{Daripada E =}_{Daripada E =} R R tt V V22 , kuasa elektrik, P , kuasa elektrik, P

 _{Unit SI bagi kuasa elektrik ialah Joule per}_{Unit SI bagi kuasa elektrik ialah Joule per saat}_saat

(Js

(Js-1-1) atau watt (W).) atau watt (W).

Contoh 1: Sebiji mentol berlabel 12V, Contoh 1: Sebiji mentol berlabel 12V, 36 W disambut kepada suatu sumber 36 W disambut kepada suatu sumber kuasa 12 V.

kuasa 12 V. (a)

(a) Hitung arus yHitung arus yang mengalir ang mengalir melalui mentol itu.

melalui mentol itu. (b)

(b) Berapakah tenaga elektrBerapakah tenaga elektrik yangik yang digunakan jika mentol itu digunakan jika mentol itu dihidupkan selama 30 minit? dihidupkan selama 30 minit?

Penyelesaian: Penyelesaian:

Contoh 2: Satu

Contoh 2: Satu pemanas rendampemanas rendam mempunyai label 140V, 750 W. mempunyai label 140V, 750 W.

(a)

(a) Berapakah rintBerapakah rintangan pemanasangan pemanas rendam itu?

rendam itu? (b)

(b) Berapakah tenaga elektrBerapakah tenaga elektrik yangik yang dibekalkan selama 15 minit dibekalkan selama 15 minit pemanasan? pemanasan? Penyelesaian: Penyelesaian: P = V P = VI P = P =I 22RR P = P = R R V V22

(28)

Kadar kuasa (

Kadar kuasa (pow er rat ing ))  _{Semua peralatan elektrik dilabelkan dengan kadar}_{Semua peralatan elektrik dilabelkan dengan kadar}

kuasa (

kuasa (pow er ra ting ).).

 Contoh:Contoh:

Satu cerek elektrik dilabelkan 240 V, Satu cerek elektrik dilabelkan 240 V, 1500W1500W bermaksud cerek elektrik itu

bermaksud cerek elektrik itu akan menggunakanakan menggunakan 1500J tenaga elektrik setiap 1 saat j

1500J tenaga elektrik setiap 1 saat jikaika disambungkan dengan bekalan kuasa 240 V. disambungkan dengan bekalan kuasa 240 V. Contoh label kadar kuasa (

Contoh label kadar kuasa (power rating) pada peralatan elektrik:rating) pada peralatan elektrik:

Formula tenaga elektrik yang Formula tenaga elektrik yang digunakan oleh sesuatu alat digunakan oleh sesuatu alat elektrik.

elektrik.

Jumlah tenaga elektrik yang digunakan oleh

Jumlah tenaga elektrik yang digunakan oleh sesuatusesuatu peralatan elektrik dalam masa tertentu ialah

peralatan elektrik dalam masa tertentu ialah Tenaga elektrik yang digunakan =

Tenaga elektrik yang digunakan = kadar kuasakadar kuasa masamasa

Perbandingan kadar kuasa dan penggunaan tenaga elektrik bagi

Perbandingan kadar kuasa dan penggunaan tenaga elektrik bagi peralatan elektrik.peralatan elektrik.

 _{Semakin besar nilai kadar kuasa (}_{Semakin besar nilai kadar kuasa (}power rating) sesuatu peralatan elektrik,rating) sesuatu peralatan elektrik, semakin besar tenaga elektrik digunakan dalam setiap saat.

semakin besar tenaga elektrik digunakan dalam setiap saat.

 _{Semakin panjang masa digunakan, semakin besar tenaga elektrik digunakan.}_{Semakin panjang masa digunakan, semakin besar tenaga elektrik digunakan.}

Peralatan

Peralatan Kadar Kadar kuasa kuasa / / W W Masa/ Masa/ Jam Jam Penggunaan Penggunaan tenaga/ tenaga/ JJ Kipas Kipas 50 50 11 Televisyen Televisyen 100 100 11 Komputer Komputer 200 200 11 Penyaman

Penyaman udara udara 1000 1000 11 Mesin

Mesin basuh basuh 1800 1800 ½½ Cerek

Cerek air air elektrik elektrik 3600 3600 ½½

a a

Kos penggunaan tenaga elektrik Kos penggunaan tenaga elektrik

 _{Tenaga elektrik yang digunakan dalam}_{Tenaga elektrik yang digunakan dalam kehidupan}_kehidupan

disukat dalam unit kilowatt-jam (kWj). disukat dalam unit kilowatt-jam (kWj).

 _{1 kWj = 1}_{1 kWj = 1 unit penggunaan tenaga elektrik}_{unit penggunaan tenaga elektrik}  _{Kos penggunaan tenaga elektrik dikira dengan}_{Kos penggunaan tenaga elektrik dikira dengan}

mendarabkan bilangan unit yang digunakan mendarabkan bilangan unit yang digunakan dengan harga satu unit:

dengan harga satu unit:

 _{Kos bagi satu unit elektrik dikenali sebagai kadar}_{Kos bagi satu unit elektrik dikenali sebagai kadar}

tariff.

tariff. Bil penggunaanBil penggunaan

tenaga elektrik tenaga elektrik E = Pt

E = Pt

Kos = bilangan unit

(29)

Kecekapan pelbagai peralatan elektrik Kecekapan pelbagai peralatan elektrik

 _{Kecekapan alat elektrik ditakrifkan sebagai peratusan kuasa output kepada kuasa}_{Kecekapan alat elektrik ditakrifkan sebagai peratusan kuasa output kepada kuasa}

inputnya iaitu inputnya iaitu

atau atau

 _{Kecekapan sesuatu alat elektrik sentiasa}_{Kecekapan sesuatu alat elektrik sentiasa kurang daripada 100% disebabkan}_{kurang daripada 100% disebabkan}

sebahagian tenaga hilang dalam bentuk haba dan tenaga bunyi. sebahagian tenaga hilang dalam bentuk haba dan tenaga bunyi. Perbandingan

Perbandingan peralatan elektperalatan elektrik dari segi kecekrik dari segi kecekapan penggunaan tenagaapan penggunaan tenaga

Mentol berfilamen Mentol berfilamen

60 W 60 W

Lampu penjimat tenaga Lampu penjimat tenaga

12 W 12 W

Cara-cara meningkatkan kecekapan tenaga Cara-cara meningkatkan kecekapan tenaga

 _{Menukarkan penggunaan lampu berfilamen dengan lampu “}_{Menukarkan penggunaan lampu berfilamen dengan lampu “}energy saving lamps ”.”.

 Merancang pola penggunaan alat elektrik dengan Merancang pola penggunaan alat elektrik dengan cekap misalnya menghidupkan_{penghawa dingin hanya bila diperlukan sahaja dan menggosok pakaian dalam}_{penghawa dingin hanya bila diperlukan sahaja dan menggosok pakaian dalam}cekap misalnya menghidupkan kuantiti yang banyak dalam satu

kuantiti yang banyak dalam satu penggunaan seterika.penggunaan seterika.

 _{Mereka bentuk alat elektrik yang l}_{Mereka bentuk alat elektrik yang lebih cekap.}_{ebih cekap.}

 _{Menyelenggara alat elektrik supaya sentiasa berada dalam keadaan baik dan}_{Menyelenggara alat elektrik supaya sentiasa berada dalam keadaan baik dan}

dengan itu dapat

dengan itu dapat berfungsi pada kecekapan maksimum.berfungsi pada kecekapan maksimum. Kecekapan = Kecekapan = 100100%% input input Kuasa Kuasa output output Kuasa Kuasa Kecekapan = Kecekapan = 100100%% input input tenaga tenaga output output tenaga tenaga Kuasa cahaya Kuasa cahaya output = 3 W output = 3 W Kuasa elektrik Kuasa elektrik input = 60 W input = 60 W Kuasa haba Kuasa haba output = 57 W output = 57 W Kuasa cahaya Kuasa cahaya output = 3 W output = 3 W Kuasa elektrik Kuasa elektrik input = 12 W input = 12 W Kuasa haba Kuasa haba output = 9 W output = 9 W

(30)

Latihan 2.5 Tenaga dan kuasa elektrik Latihan 2.5 Tenaga dan kuasa elektrik (1) Beza keupayaan merentasi satu (1) Beza keupayaan merentasi satu perintang ialah 6.0V apabila arus perintang ialah 6.0V apabila arus melaluinya 200 mA selama 2 minit. Kira melaluinya 200 mA selama 2 minit. Kira jumlah tenaga yang dijanak

jumlah tenaga yang dijanakan padaan pada perintang itu.

perintang itu.

(2) 15 J tenaga haba dihasilkan apabila (2) 15 J tenaga haba dihasilkan apabila arus 1.0 A mengalir melalui sebuah arus 1.0 A mengalir melalui sebuah mentol lampu suluh selama 10 s. Kira mentol lampu suluh selama 10 s. Kira beza keupayaan merentasi lampu suluh beza keupayaan merentasi lampu suluh itu.

itu.

(3) Sebuah lampu elektrik berlabel 240 V, (3) Sebuah lampu elektrik berlabel 240 V, 60 W. Kira arus menerusi filamennya dan 60 W. Kira arus menerusi filamennya dan rintangan filamen itu.

rintangan filamen itu.

(4) Arus 2 A mengalir melalui sebuah (4) Arus 2 A mengalir melalui sebuah lampu yang filamennya berintangan 5 lampu yang filamennya berintangan 5 .. Kira kuasa yang dijanakan oleh lampu itu. Kira kuasa yang dijanakan oleh lampu itu.

(5) Sebuah motor elektrik digunakan (5) Sebuah motor elektrik digunakan untuk mengangkat beban 50 kg setinggi untuk mengangkat beban 50 kg setinggi 2m dalam masa 10s. Jika voltan 25V 2m dalam masa 10s. Jika voltan 25V merentasi perintang 5

merentasi perintang 5 yang terdapatyang terdapat pada mesin itu, tentukan kecekapan enjin pada mesin itu, tentukan kecekapan enjin tersebut.

tersebut.

(6) Sebuah motor elektrik mengangkat (6) Sebuah motor elektrik mengangkat beban berjisim 8 kg setinggi 5

beban berjisim 8 kg setinggi 5 m dalamm dalam masa 5 s apabila arus mengalir

masa 5 s apabila arus mengalir melaluinya 4.0 A. Kirakan beza

melaluinya 4.0 A. Kirakan beza keupayaankeupayaan merentasi motor jika kecekapannya ialah merentasi motor jika kecekapannya ialah 100%.

100%.

(7) Jika kos 1 unit

(7) Jika kos 1 unit tenaga elektrik ialah 24tenaga elektrik ialah 24 sen, kirakan kos menonton sebuah sen, kirakan kos menonton sebuah televisyen 250W, 240 V selama 5 jam televisyen 250W, 240 V selama 5 jam sehari selama sebulan.

sehari selama sebulan.

(8) (8)

Rajah di atas menunjukkan tarif

Rajah di atas menunjukkan tarif elektrikelektrik yang dikenakan pada rumah kediaman. yang dikenakan pada rumah kediaman. Jika

Jika pada pada bulan bulan Ogos Ogos bacaan bacaan meter meter ialah 6020 unit dan pada bulan

ialah 6020 unit dan pada bulan September September ialah 7450 unit, kira kos bil

ialah 7450 unit, kira kos bil elektrik rumahelektrik rumah tersebut.