Topik 1 Elektrik 1

7/23/2019 Topik 1 Elektrik 1

http://slidepdf.com/reader/full/topik-1-elektrik-1 1/9

TOPIK 1

ELEKTRIK 1

PENGENALAN

Cara hidup kita telah bertambah baik dengan penggunaan dan pembangunan elektrik. Kita bergantung

kepada tenaga elektrik di rumah, di tempat kerja dan dalam banyak kegiatan riadah kitai. Pada bulanDisember 2013, 60,000 rakyat Malaysia di Kuantan terpaksa hidup tanpa elektrik selama 12 jamapabila enaga !asi"nal #erhad terpaksa mem"t"ng elektrik apabila ka$asan itu ditenggelami air, danair banjir memasuki pen%a$ang elektrik. &ni dilakukan untuk keselamatan rakyat, jika tidak akanmenjadi elektrik litar pintas dan ada ramai "rang akan meninggal dunia akibat kejutan elektrik'Keadaan ini adalah tidak sesuai untuk rakyat kerana mereka menggunakan elektrik setiap hari dalamkehidupan mereka. #agaimana anda rasa jika keadaan ini berlaku kepada anda(

Kita sentiasa menggunakan tenaga elektrik sehingga p"t"ngan kuasa. )lektrik telah menjadi satubahagian yang penting dalam kehidupan kita kerana kita menggunakannya untuk pen%ahayaan,pemanasan, memasak, hiburan dan untuk mengendalikan peralatan d"mestik. *ihatlah di sekelilinganda dan ambil perhatian bagaimana banyak peralatan elektrik ada. #"lehkah anda menamakan tigaperalatan elektrik yang anda gunakan setiap hari(

)lektrik adalah +en"mena -ikal yang timbul daripada ke$ujudan dan interaksi %as elektrik. dalahpenting bagi kita untuk memahami asas/asas elektrik dan bagaimana idea/idea asas digunakan untukmengekalkan dan meningkatkan keselesaan kita, keselamatan, dan kemakmuran. Dalam t"pik ini, andaakan menyiasat asas elektrik, yang dikenali sebagai elektr"statik. nda akan membin%angkan ukumC"ul"mb yang merupakan hukum asas kuasa antara dua -arah ber%as pegun. nda juga akan mengkajiarus elektrik, arus elektrik dalam siri dan litar selari.

1.1 ELEKTROSTATIK

)lektr"statik merupakan %abang sains yang berkaitan dengan %as elektrik pegun atau bergerak

perlahan/lahan. Perkataan elektrik itu sendiri berasal dari perkataan unanielektron

, yang bermaksudambar, yang merupakan sejenis resin p"k"k. pabila r"d amber dig"s"k dengan sehelai kain, iamenarik kepingan daun ke%il atau habuk. &ni dikenali sebagai kesan amber, tetapi kita kinimemanggilnya elektrik statik atau elektrik berada dalam keadaan rehat. Kesan serupa diperhatikanapabila anda mengg"s"k kain dengan r"d ka%a, pembaris plastik atau sikat. Cuba ambil kepingankertas ke%il selepas menyikat anda rambut dengan sikat plastik. 4bjek di%as apabila dig"s"k,seterusnya menarik "bjek dengan %as bertentangan.

5ajah 1.1 7i+at %as statik7umber physi%s.tut"r8ista.%"m

dakah %as elektrik sama( 7ebenarnya ada dua jenis %as, %as p"siti+ dan %as negati+. 7i+at/si+at %asstatik adalah seperti berikut

1



9a: Cas yang men"lak dan tidak seperti atau %as bertentangan menarik; dan

9b: Cas )lektrik sentiasa diabadikan.

7i+at/si+at %as b"leh diperhatikan dengan melakukan satu akti8iti yang mudah seperti yang ditunjukkandalam 5ajah 1.2.

5ajah 1.2 &nteraksi dua %as 9e$itt, 2002:

Daripada akti8iti dalam 5ajah 1.2, kita dapat melihat baha$a

9a: r"d getah ber%as negati+ digantung "leh benang tertarik kepada satu r"d ka%a ber%as p"siti+;manakala

9b: r"d getah ber%as negati+ dit"lak "leh satu lagi r"d getah ber%as negati+.

C"nt"h lain adalah ketika anda mengg"s"k sebiji bel"n yang mengembang dengan sehelai kain, ataudengan rambut anda. pabila anda meletakkan bel"n dekat dengan kepingan kertas, kertas itu akantertarik kepada bel"n 95ajah 1.3:. &ni kerana bel"n telah menjadi ber%as negati+, menarik %as p"siti+ daripada kepingan kertas.

5ajah 1.3 )lektrik statik dalam bel"n7umber $$$.arb"rs%i.%"m

1.1.1 SIFAT CAS ELEKTRIK STATIK

<ntuk memahami %as elektrik, kita perlu membiasakan diri dengan at"m. 7emua pepejal, %e%air dangas adalah terdiri daripada at"m. 5ajah 1.= menunjukkan m"del at"m. Perhatikan baha$a ia terdiridaripada nukleus yang terdiri daripada pr"t"n dan neutr"n, dan dikelilingi "leh elektr"n. 7atu at"m

2



neutral mengandungi jumlah pr"t"n dan elektr"n yang sama. >ika bilangan elektr"n dan pr"t"n adalahberbe-a, at"m akan mempunyai sama ada yang ber%as p"siti+ atau ber%as negati+.

5ajah 1.= M"del at"m

7etiap at"m terdiri daripada nukleus ber%as p"siti+ dikelilingi "leh elektr"n ber%as negati+. )lektr"nsemua at"m adalah sama. Masing/masing mempunyai kuantiti %as negati+ yang sama dan jisim yangsama. !ukleus terdiri daripada pr"t"n dan neutr"n. 9t"m idr"gen tidak mempunyai neutr"n danmerupakan satu/satunya penge%ualian:.

*ihatlah 5ajah 1.=. dakah anda lihat baha$a at"m yang menyerupai sistem suria( Dalam sistem s"lardaya gra8iti adalah bertanggungja$ab untuk mengadakan "rbit planet/planet yang mengelilingimatahari. Dalam at"m, $alau bagaimanapun, ia adalah daya elektrik yang memegang elektr"nberhampiran nukleus. erdapat dua jenis %as elektrik; iaitu p"siti+ dan negati+. ?arah ber%as p"siti+ dipanggil pr"t"n, dan -arah ber%as negati+ dipanggil elektr"n.

Cas dan Arus

anya ada dua jenis %as elektrik. 7alah satunya adalah p"siti+ 9@: dan %as lain adalah negati+ 9/:. Casyang sama akan men"lak dan %as yang bertentangan akan menarik. Penjana Aan de Braa adalahmesin yang b"leh digunakan untuk menghasilkan dan menyimpan %as 9lihat 5ajah 1.:. #agaimanakahmesin Aan de Braa ber+ungsi( pabila m"t"r dihidupkan, ia memandu tali pinggang getah, yangmengg"s"kannya terhadap r"ller plastik. &ni akan menjadikan r"ller menjadi ber%as. %as itu kemudiandiba$a "leh tali pinggang yang bergerak sehingga ke kubah l"gam di mana %as dikumpulkan. 7ejumlahbesar %as terbentuk di atas kubah. >ika %as di kubah penjana Aan de Braa disambungkan ke bumimelalui gal8an"meter, penunjuk meter terpes"ng. &ni menunjukkan baha$a terdapat aliran %as.

3



5ajah 1. Penjana Aan de Braa 7umber $$$.hk/phy."rg

rus elektrik terdiri daripada aliran elektr"n. 7etiap elektr"n memba$a %as negati+ 1.6 x 10-19 C.

rus elektrik ditakri+kan sebagai kadar pengaliran %as dalam litar, & E F G t.

Di mana

I = Arus Ele!r"

# = Cas

T = $asa

<nit 7& bagi arus elektrik ialah ampere 9:, di mana 1A = 1 C s-1. rus elektrik yang mengalir melalui

pengalir dikatakan satu ampere jika satu C%ul%&' (as &en)al"r &elalu" %ndu!%r dala& sa!usaa!.

$edan Ele!r"

7etiap %as mempunyai medan elektrik. Medan elektrik adalah ka$asan di mana %as elektrik mengalamidaya elektrik. Medan elektrik di%ipta "leh s+era dikelilingi %as p"siti+ b"leh di$akili "leh beberapa garisdipanggil garis tenaga elektrik. Barisan/garisan ini menunjukkan kedua/dua magnitud dan arah medan.

rah medan elektrik pada titik tertentu dihasilkan "leh arah daya yang bertindak ke atas %as p"siti+ yang ditujukan pada ketika itu. Cas p"siti+ mengalami satu kuasa yang men"lak ia jauh dari s+era. 4lehitu, arah medan elektrik pada ketika itu adalah dari s+era 9lihat 5ajah 1.6a:.

5ajah 1.6 bidang )lektrik7umber physi%s.bu.edu

=



7ebaliknya, apabila %as negati+ diletakkan di dalam medan elektrik ini, ia mengalami kuasa menarik %asnegati+ ke arah s+era ber%as p"siti+ 95ajah 1.6b:. Baris medan elektrik menunjukkan dari s+era terpen%ilber%as p"siti+, dan titik ke arah s+era terpen%il ber%as negati+. Dalam kedua/dua kes, arah medanelektrik ditentukan dengan arah daya pada %as p"siti+, diletakkan di dalam setiap medan elektrik.

1.1.* +,K,$ CO,LO$

>ika anda meletakkan dua "bjek dengan dekat antara satu sama lain, $ujud satu kuasa yangmengenakan "bjek satu sama lain. &ni adalah sama dengan titik %as. Cas berlainan akan menarikantara satu sama lain supaya kuasa yang menarik dihasilkan, manakala %as yang sama menghasilkandaya t"lakan 95ajah 1.H:.

5ajah 1.H Kuasa antara dua %as

Daya antara dua %as telah dikaji "leh C"ul"mb pada tahun 1IH.

<ndang/undang C"ul"mb menyatakan baha$a kuasa antara dua %as titik 9J:adalah berkadar terus dengan hasil darab magnitud %as 9: dan berkadars"ngsang dengan kuasa dua jarak 9r: antara pusat/pusat mereka.

<nit 7& bagi %as ialah C"ul"mb 9C:.

<ndang/undang C"ul"mb b"leh ditulis sebagai

Di mana k ialah pemalar E L 10L !. m2 G C2

1 dan 2 adalah magnitud dua titik %as.

>ika %as adalah pr"t"n, magnitud E @1.6 10/1L

C >ika %as adalah elektr"n, magnitud E /1.6 10/1L C

KEAAIAN CAS

ukum keabadian %as menyatakan baha$a %as elektrik tidak b"leh di$ujudkan ataupun dimusnahkan.4leh itu, kuantiti %as elektrik sentiasa abadi. pabila dua "bjek neutral dig"s"k bersama/sama, %astidak terhasil dalam pr"ses. 4bjek akan ber%as kerana %as negati+ dipindahkan dari satu "bjek ke "bjekyang lain. 4leh itu, apabila sikat disikat melalui rambut anda, elektr"n dipindahkan dari rambut kepadasikat. 7ikat itu mempunyai lebihan elektr"n dan dikatakan ber%as negati+. 5ambut anda, seterusnya,mempunyai kekurangan elektr"n dan dikatakan ber%as p"siti+. Kita menyatakan penge%asan ini dengansentuhan.

7ementara itu, satu %"nt"h menge%as dengan geseran adalah apabila anda mengg"s"k batang plastikdengan sutera, batang menjadi ber%as p"siti+. 7utera mempunyai pertalian yang lebih besar untuk



elektr"n daripada plastik. )lektr"n, "leh itu, dipindahkan dari r"d plastik ke sutera. Nalaubagaimanapun, jika anda memba$a "bjek yang ber%as berhampiran permukaan k"ndukt"r, anda akanmenyebabkan elektr"n berpindah pada permukaan bahan ini. Nalaupun tidak ada sentuhan -ikal, jenis penge%asan ini dipanggil penge%asan dengan induksi.

>adi, ia adalah penting untuk diambil perhatian baha$a apabila kita menge%as sesuatu, tidak adaelektr"n yang di%ipta atau dimusnahkan. )lektr"n hanya dipindahkan dari satu bahan yang lain. 4lehitu, %as itu diabadikan.

1.* AR,S ELEKTRIK

K& telah belajar mengenai %as elektrik. >adi, apakah arus elektrik( rus elektrik hanya aliranatau pergerakan %as elektrik atau pergerakan elektr"n. C"nt"h arus elektrik adalah kilat. Nalaubagaimanapun, arus elektrik ini tidak kekal lama. rus elektrik juga terlibat dalam menjanakan semuaperalatan elektrik yang anda gunakan dalam kehidupan sehari/hari anda seperti mesin basuh, tele+"ndan pemain MP3. >enis arus elektrik ini tahan lebih lama.

1.1.* ARA+ AR,S AN ALIRAN ELEKTRON

Kita tahu baha$a %as bergerak dengan mudah di dalam beberapa "bjek dan tidak begitu mudah pada

"bjek lain. Kita b"leh mengklasikasikan bahan/bahan ini sebagai k"ndukt"r atau penebat.

Klasikasi #ahan

K"ndukt"r biasanya l"gam. Dalam l"gam, elektr"n 8alens tidak terlibat dalamikatan antara at"m yang memegang "bjek l"gam bersama/sama. Merekamampu untuk bergerak di dalam "bjek. )lektr"n ini dipanggil elektr"n bebas.

Penebat biasanya bukan l"gam. Dalam bahan/bahan ini, elektr"n 8alensdik"ngsi antara at"m, dan tidak bebas bergerak tanpa tujuan. 5intanganpenebat memberi aliran %as adalah beribu/ribu kali yang diberikan "lehk"ndukt"r, iaitu terdapat jurang yang luas antara kek"nduksian k"ndukt"r dan

penebat.

rus telah ditakri+kan sebagai aliran %as p"siti+. Dalam l"gam pepejal, seperti $ayar, pemba$a %asp"siti+ adalah bergerak. Nalau bagaimanapun, adalah sebenarnya %as negati+ 9elektr"n: yang mengalir.7ejak elektr"n memba$a %as negati+, arus elektrik mengalir ke arah yang bertentangan. &ni aruselektrik dipanggil k"n8ensi"nal k"n8ensi"nal.

5ajah 1.I menunjukkan aliran arus k"n8ensi"nal. Di sini anda b"leh lihat baha$a %as elektrik bergerakdari kutub p"siti+ sumber kuasa ke kutub negati+ yang bertentangan dengan aliran elektr"n.

5ajah 1.I aliran semasa K"n8ensi"nal

Kita b"leh membuat kesimpulan baha$a dalam k"ndukt"r, arus elektrik adalah disebabkan "leh aliran-arah ber%as dalam kedua/dua arah pada masa yang sama. rus elektrik dalam elektr"lit adalah alirani"n ber%as elektrik yang $ujud dalam kedua/dua jenis p"siti+ dan negati+. 7atu %"nt"h adalah selelektr"kimia yang b"leh dibina dengan air garam 9larutan natrium kl"rida: di sebelah membran dan air

6



tulen di pihak yang lain. Membran memb"lehkan i"n p"siti+ natrium untuk melalui, tetapi tidak i"nnegati+ kl"rida, jadi menghasilkan arus yang seimbang.

rus elektrik dalam plasma adalah aliran elektr"n dan i"n p"siti+. Dalam ais dan elektr"lit pepejaltertentu, yang mengalir pr"t"n membentuk arus elektrik. 4leh itu, sebagai ringkasan, kita akanmenggunakan denisi asal arus k"n8ensi"nal. 4leh itu, aliran arus elektrik adalah daripada p"siti+ kepada kutub negati+.

5ajah 1.L Mengesan dan mengukur aliran semasa

rus elektrik menyala ment"l dalam litar apabila ia mengalir melaluinya 95ajah 1.La:. Magnitud semasamelalui ment"l b"leh diukur menggunakan ammeter 9yang b"leh menggantikan Peranti dalam 5ajah1.Lb:. <nit semasa ampere 9:.

1.*.* AR,S/ OLTAN AN RINTANGAN

pakah perbe-aan di antara arus, 8"ltan dan rintangan( 4bjek k"ndukt"r adalah dipenuhi dengan %aselektrik alih. rus elektrik adalah disebabkan "leh gerakan %as ini. A"ltan sendiri men"lak %ask"ndukt"r bersama/sama. K"ndukt"r mempunyai sejumlah rintangan elektrik atau geseran, dangeseran dengan %as yang mengalir memanaskan "bjek.

Kadar aliran %as bergerak diukur dalam ampere. Pemindahan tenaga elektrik 9dan juga kadarpengeluaran haba: diukur dalam $att. 5intangan elektrik diukur dalam 4hm.

a2 Arusrus elektrik dalam $ayar yang ditakri+kan sebagai jumlah bersih %as yang melalui $ayar perunit masa pada bila/bila. <ntuk mengekalkan arus, sumber perlu menyediakan penggerakdipanggil daya gerak elektrik 9)MJ:. <nit 7& bagi arus elektrik dipanggil ampere itu. &ni adalahsama dengan aliran satu C"ul"mb %as sesaat 91 E 1C G s:.

'2 %l!anA"ltan ialah daya yang memper"leh elektr"n bergerak melalui k"ndukt"r. #agi untukmengekalkan arus, ia memerlukan alat mengepam sesuai untuk menyediakan perbe-aanp"tensi elektrik / 8"ltan. Dalam erti kata lain, 8"ltan adalah perbe-aan p"tensi elektrik di antaradua titik litar. <nit perbe-aan p"tensi elektrik 98"ltan: adalah 8"lt itu; semakin tinggi 8"ltan,lebih besar tekanan dan dengan itu, lebih besar kapasiti untuk melakukan kerja.

(2 R"n!an)an

Dalam alat elektrik, berapa banyak arus $ujud tidak bergantung hanya pada 8"ltan. &a jugabergantung kepada rintangan elektrik k"ndukt"r perlu mengalirkan %asnya.

5intangan $ayar bergantung kepada

9i: Ketebalan $ayar; $ayar tebal mempunyai rintangan kurang daripada $ayar nipis.

9ii: Panjang da$ai; $ayar panjang mempunyai ketahanan lebih daripada $ayar pendek.

9iii: kek"nduksian %th tertentu Nayar ini $ayar tembaga mempunyai rintangan kurang daripada

$ayar keluli yang sama sai-.

5intangan elektrik diukur dalam unit dipanggil 4hm 9 Ω :.

H



1.*.3 +,K,$ O+$

Kita b"leh merumuskan hubungan antara arus, 8"ltan dan rintangan dengan hukum 4hm. 4hm adalahbaha$a arus dalam litar adalah berkadar terus dengan 8"ltan yang dihasilkan di dalam litar. &a jugaadalah berkadar s"ngsang dengan rintangan litar.

4leh itu, hukum 4hm A"ltan 9A: E rus 9&: 5intangan 95:, atau A E &5

Dari persamaan ini, kita dapat melihat baha$a untuk litar yang diberi rintangan yang berterusan, arusdan 8"ltan adalah berkadar dengan satu sama lain. 4leh itu, kita akan mendapatkan dua kali arusuntuk dua kali 8"ltan. Nalau bagaimanapun, jika rintangan litar itu dua kali ganda, arus yang akanmenjadi separuh daripada apa yang ia akan jadi sebaliknya. 4leh itu, lebih besar rintangan, adalahlebih ke%il arus.

ukum 4hm memberitahu kita baha$a be-a keupayaan 1 8"lt dihasilkan di seluruh litar yangmempunyai rintangan 1 "hm akan menghasilkan arus 1 ampere. 4leh itu, jika 8"ltan 12 8"lt dialirkan dilitar yang sama, arus akan menjadi 12 ampere. Di bahagian dalam alat/alat elektrik, %"nt"hnyak"mputer, arus dika$al "leh unsur/unsur litar dipanggil perintang. Perintang yang digunakan untukmenga$al jumlah aliran arus. Dalam litar, perintang ditandakan dengan simb"l 5.

C%n!%4 15

pabila be-a keupayaan 12A digunakan di seluruh k"ndukt"r, didapati baha$a arus mengalir melaluik"ndukt"r adalah 0.2. pakah rintangan k"ndukt"r(

Penelesa"an5

#e-a keupayaan, A E 12A,rus, & E 0.2

Dari ukum 4hm, A E &5,

5 E A E 12A1 0.2.

E 60 A /1 , atau 60 O

RINGKASAN

/ )lektrik statik adalah elektrik pegun.

/ rus elektrik adalah disebabkan "leh aliran atau pergerakan elektr"n.

/ K"ndukt"r adalah bahan di mana %as bergerak bebas.

/ Penebat adalah bahan yang tidak mudah mengangkut %as.

/ Cas )lektrik mempunyai si+at/si+at berikut

I



/ Cas 7eperti men"lak dan tidak seperti atau bertentangan %as menarik

/ Cas elektrik sentiasa dipelihara

/ <ndang/undang C"ul"mb menyatakan baha$a dua pertuduhan titik mengenakan daya 9J: di antarasatu sama lain yang berkadar terus dengan hasil darab magnitud %as 9: dan berkadar s"ngsangdengan kuasa dua jarak 9r: antara pusat/pusat mereka.

/ <ndang/undang C"ul"umb b"leh dinyatakan sebagai

K12

J Er2

/ Di mana, k ialah pemalar E L 10L !. m2 G C2. <nit 7& bagi %agaran ialah C"ul"mb 9C:.

/ #e-a keupayaan ditakri+kan sebagai tenaga bagi setiap pertuduhan unit. rus elektrik 9&: ditakri+kansebagai jumlah bersih bayaran yang melalui ka$asan per unit masa pada bila/bila. <nit 7& bagi arusialah ampere 9:.

/ 1C adalah kuantiti %as yang diba$a melepasi titik tertentu jika semasa yang stabil 1 mengalir untuk

satu saat.

/ A"ltan merentasi dua mata adalah tenaga elektrik yang diperlukan untuk kedua/dua %as elektrikmengalir antara kedua/dua mata. Dalam erti kata lain, 8"ltan adalah perbe-aan p"tensi elektrik diantara dua titik litar. <nit be-a keupayaan elektrik, atau 8"ltan, adalah 8"lt 9A:.

/ 5intangan 95: k"ndukt"r yang ditakri+kan sebagai nisbah be-a keupayaan merentasi k"ndukt"r kesemasa, seperti yang dinyatakan dalam

5 E A G &

/ <nit/unit 7& rintangan adalah 8"lt per ampere, atau "hm 9 Ω :, dan b"leh dinyatakan sebagai 1 Ω E1A /1

/ ukum 4hm menyatakan baha$a arus yang mengalir melalui $ayar adalah berkadar s"ngsangdengan rintangan $ayar 8"ltan yang diberikan. 4leh itu

& E A G 5, atau A E & 5

L

Topik 1 Elektrik 1

Documents

Transcript of Topik 1 Elektrik 1