Bab 2

Slide 1

BAB 2 : ELEKTRIK

Hubungan antara elektron dan arus elektrik Jirim terhasil daripada partikel yang kecil dikenali sebagai atom

Ditengah atom terdapat nukleus yang terdiri daripada proton dan neutrons.

Disekeliling nukleus terdapat partikel yang dikenali sebagai elektrons.

Proton bercas positif Elektron bercas negatif.

Unit untuk Cas Elektrik Cas eletrik diwakili oleh simbol Q. Unit cas ialah coulomb, C 1 cas elektron = - 1.6 x 10-19c1 cas proton = 1.6 x 10-19 C

Sesuatu Jasad adalah :Neutral , jika bilangan cas positif = bilangan cas negatif. bercas nagatif , jika bilangan cas negatif melebihi cas positif. bercas positif , jika bilangan cas positif melebihi cas negatif.

Arus Elektrik Ditakrifkan sebagai kadar pengaliran cas

Arus , I = cas, Q/ time, t = I = q/t

Unit SI = ampere, A

Medan ElektrikMedan elektrik ialah kawasan dimana cas elektrik mengalami daya elektrik ( daya tolakan dan tarikan)

Sesuatu jasad bercas negatif apabila diletakkan dimana-mana titik di dalam kawasan ini ia akan tertarik ke arah sfera bercas (daya tarikan)

Sesuatu jasad bercas positif apabila diletakkan di kawasan yang sama ia tertolak daya tolakan.

Medan elektrik diwakili oleh garis-garis beranak panah. Yang dikenali sebagai garis medan elektrik.

Garis ini mewakili magnitud dan arah medan itu.

.Arah medan elektrik pada sebarang titik menunjukkan arah daya yang bertindak pada jasad bercas tersebut.

Garis medan elektrik tidak pernah bertindih.Kekuatan medan elektrik diwakili oleh keamatan bilangan garis medan .

Lebih padat dan banyak garis, menunjukkan medan elektrik yang kuat.

Soalan 1 Arus yang mengalir dalam mentol yang menyala ialah 0.5 A

A) Kira jumlah cas elektrik yang mengalir melalui mentol dalam masa 2 jam.

B) Jika satu elektron membawa cas 1.6 x 10-19 C, cari bilangan elektron yang boleh dipindahkan melalui mentol dalam masa 2 jam.????????????????

Soalan 2 Cas elektrik yang mengalir melalui mentol ialah pada kadar 20C setiap 50 saat. Berapakah arus elektrik yang ditunjukkan oleh ammeter.

Whats the answer???????

Soalan 3Jika satu cas 300C mengalir melalui satu mentol setiap 2 minit. Berapakah arus yang mengalir melaui mentol itu?

?????????????????

Soalan 4Satu arus 200mA mengalir melalui satu perintang selama 3 saat.Berapakah

a) cas b) elektron mengalir melalui perintang itu

Soalan 5Apabila kilat berlaku antara dua awan bercas, arus elektrik 16A mengalir selama 0.8s. Berapakah cas yang dipindahkan ?

Soalan 6Satu cas 20C mengalir melalui satu mentol dalam setiap 50s. Berapakah arus yang dicatat oleh ammeter?

?????????????????????

Soalan 7Satu miliammeter mencatatkan bacaan 200mA. Berapakah cas yang mengalir dalam masa satu minit.Berapakah bilangan elektron yang melaluinya dalam masa itu.

????????????????????

Soalan 8 Arus yang mengalir melalui perintang ialah 0.3A. Berapakah masa yang diperlukan untuk 60C cas mengalir melaluinya????????????

Kesan medan elektrik ke atas cas

Bola ping pong yang bersalut bahan konduktorApabila VLT dihidupkan perhatikan pergerakan bola pingpong

Bola pingpong tidak bergerak - daya tarikan ke atas bola pingpong dari plat positif bermagnitud sama dengan daya tarikan dari plat negatif, F1=F2

- bola pingpong bersifat neutral

Apabila bola pingpong disesarkan ke salah satu plat.

b) Apabila bola pingpong bersentuh dengan plat positif , bola akan menerima cas positif .Bola pingpong yang bercas positif ditolak oleh plat positif dan ditarik oleh plat negatif.

c) Sebaik bola pingpong bersentuhan dengan plat negatif, cas positifnya dineutralkan dan seterusnya bercas negatif.Pingpong yang bercas negatif akan ditolak oleh plat negatif dan dan ditarik oleh plat positif.

Proses ini berulang sehingga VLT dimatikan.

Kesan medan elektrik keatas nyalaan lilin.

Tenaga haba menghasilkan ion-ion positif dan negatif di sekitar nyalaan lilin.

Ion-ion positif akan ditarik ke plat negatif manakala ion-ion negatif ditarik ke plat positif. Ion-ion positif yang lebih berat mengambil lebih banyak bahagian nyalaan ke arah plat negatif kerana ion tersebut bergerak lambat.Ion ion negatif (elektron) yang berjisim kecil mengambil bahagian nyalaan yang kur

Hubungan antara Arus dan Beza Keupayaan Apabila bateri disambung kepada mentol di dalam litar, ia akan mewujudkan medan elektrik .

Terminal positif P mempunyai keupayaan elektrik yang lebih tinggi dari keupayaan elektrik Q.

Perbezaan keupayaan diantara dua terminal menyebabkan cas mengalir merentasi mentol di dalam litar menyebabkan mentol menyala.

Beza Keupayaan Makna beza keupayaan , V Kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu unit cas diantara dua titik dalam medan elektrik

Beza keupayaan , V = kerja ,W/ cas, Q Or V = Tenaga E/cas , Q

V = W/Q = E/Q , UNIT SI ialah Volt (V)

Apakah 1 Volt?????? 1 Volt = 1 Joule per coulomb. Beza keupayaan merentasi 2 titik di dalam litar ialah 1 Volt jika 1 joule kerja dilakukan untuk mengerakkan 1 C cas dari satu titik ke titik yang lain .

Bagaimana mengukur beza keupayaan????Beza keupayaan merentasi 2 titik dalam litar boleh diukur menggunakan voltmeter.Voltmeter mestilah disambung secara selari diantara titik.

Bagaimana mengukur arus?? Ammeter mengukur arus dalam unit Ampere. Mestilah disambung secara bersiri.

Soalan 1 Dalam litar yang tertutup, 6V bateri digunakan untuk menggerakkan 40C cas elektrik melalui mentol yang menyala.Berapakah kerja yang digunakan untuk menggerakkan cas elektrik melalui mentol tersebut.

????????????????????

Soalan 2Jika 72J kerja digunakan untuk membawa 6C cas merentasi 2 plat logam yang selari, Berapakah beza keupayaan yang merentasi plat logam tersebut???????????

Hubungan antara arus dan beza keupayaan.Apabila beza keupayaan atau voltan bertambah, pengaliran arus juga bertambah.

Apabila beza keupayaan (V) diantara titik berkurang, arus (I) juga berkurang.

Jadi beza keupayaan adalah berkadar terus dengan arus yang mengalir melaluinya

Hukum Ohm Menyatakan bahawa

- Arus ,I yang mengalir melalui satu konduktor elektrik berkadar langsung dengan beza keupayaan ,V merentasinya dengan syarat suhu dan keadaan fizikal konduktor tidak berubah.

Dari Hukum Ohm

V I @ V/I = pemalar=kecerunan

Apakah konduktor Ohm & bukan Ohm????? Konduktor yang mematuhi Hukum Ohm ialah konduktor Ohm

Konduktor yang tidak mematuhi Hukum Ohm ialah konduktor bukan Ohm

Pengertian Rintangan Pengukuran berapa banyak rintangan konduktor dalam pengaliran arus elektrik.

Rintangan (R) satu konduktor ialah nisbah beza keupayaan , V merentasi konduktor itu terhadap arus , I yang mengalir melaluinya, iaitu,

R = V I Unit untuk rintangan ialah volt per ampere (VA-1) = ohm ,

Keburukan RintanganRintangan menyebabkan sebahagian tenaga elektrik berubah kepada haba, jadi sebahagian tenaga elektrik tersebut telah hilang jika memindahkan elektrik dari satu tempat ke tempat lain melalui konduktor.

Kebaikan Rintangan

- Rintangan membolehkan kita menggunakan elektrik untuk haba dan cahaya. Haba dijanakan daripada pemanas elektrik atau cahaya daripada mentol yang menyala disebabkan oleh rintangan di dalam wayar.

-

Graf V vs IKonduktor Ohm Konduktor Bukan Ohm

Faktor yang mempengaruhi rintangan Rintangan merupakan satu ukuran halangan terhadap pengaliran arus dalam satu konduktor.

Daripada I = V/R , apabila V dimalarkan, arus I adalah berkadar songsang dengan rintangan , R, iaitu

I 1/R

1. Panjang ,l Konduktor yang dihasilkan dari bahan yang sama and luas keratan rentas yang sama , rintangan R adalah BERKADAR TERUS dengan panjang , l

R I

Apabila panjang bertambah rintangan pun bertambah.

2. Luas keratan rentas, A Konduktor dari bahan & panjang yang sama, rintangan , R adalah berkadar songsang dengan luas keratan rentas. A

Jika luas keratan rentas bertambah , rintangan berkurang.

Dawai tebal mempunyai rintangan yang lebih rendah.

Jenis bahan Rintangan wayar bergantung pada jenis bahan yang digunakan

4. Suhu Konduktor yang dihasilkan dari bahan ,panjang yang sama dan luas keratan rentas yang sama, rintangan R bertambah dengan suhu.

Rintangan logam tulen bertambah dengan kenaikan suhu. Rintangan semikonduktor berkurang dengan suhu.

Apakah Superkonduktor???Konduktor yang rintangannya tiba-tiba berkurang ke sifar apabila suhunya jatuh kepada suhu genting, Tc tertentu.

Kelebihan Superkonduktor a) Arus akan terus mengalir walaupun punca elektrik dihentikan.

b) mampu untuk menampung arus yang besar.

c) Sedikit sahaja kuasa yang hilang sepanjang pemindahan.

d) sedikit sahaja tenaga terbuang.

e) Motor dan generator yang kecil boleh digunakan.

Kegunaan Superkonduktor Penghantaran tenaga elektrikKabel/ wayar superkonduktor berintangan sifar meningkatkan kecekapan penghantaran tenaga kerana tidak berlaku kehilangan tenaga haba.

Dalam bidang komputerCip-cip komputer yang lebih cepat dan bersaiz kecil dapat dihasilkan.

Dalam bidang pengangkutan- Kereta api yang terapung diperkenalkan dengan menggunakan magnet superkonduktor yang kuat.

Litar Bersiri & Selari Litar Bersiri- Dalam litar bersiri, 2 @ lebih perintang disambung supaya arus mengalir dalam satu laluan sahaja.

Mentol berkongsi beza keupayaan dari bateri, menyebabkan mentol menyala dengan malap.

Kecerahan setiap mentol adalah sama kerana arus yang mengalir melalui setiap mentol adalah sama.

Jika satu mentol dialihkan, litar akan terputus.

Litar Selari Bagi litar selari, perintang disusun supaya arus, I dapat mengalir melalui lebih daripada satu laluan.

Setiap mentol mendapat sepenuhnya beza keupayaan dari bateri kerana disambung secara terus dengan bateri.Jadi setiap mentol menyala dengan terang.

Kecerahan setiap mentol dalam litar selari adalah lebih tinggi berbanding litar bersiri.

Jika satu mentol dialihkan, mentol yang lain masih berfungsi kerana litar tidak diputuskan.

Daya Gerak Elektrik & Rintangan DalamApakah Daya Gerak Elektrik (d.g.e) , E .????????- Daya gerak elektrik ialah jumlah tenaga /kerja yang dibekalkan oleh satu sel untuk menggerakkan satu unit cas dalam litar yang lengkap.

Apakah maksud label 1.5V pada bateri?Label voltan pada bateri @ sel menunjukkan nilai d.g.e

Label 1.5V menunjukkan d.g.e sel ialah 1.5V. Sel kering mempunyai d.g.e 1.5V jika 1C cas menghasilkan 1.5J tenaga elektrik dalam keseluruhan litar.

Perbandingan d.g.e & beza keupayaan Litar terbuka

Litar tertutup

Tiada arus yang mengalir. Bacaan voltmeter ialah 1.5V. Nilai d.g.e = bacaan voltmeter yang disambung secara terus dengan terminal sel. d.g.e = 1.5V Arus mengalir dalam litar. Bacaan voltmeter akan jatuh jika lampu disambung secara bersiri dengan sel.

Jika bacaan voltmeter ialah 1.2V, maka beza keupayaan yang merentasi lampu ialah = 1.2V.

Menunjukkan tenaga elektrik diberikan pada 1C cas yang bergerak melalui sel.

Diwakili oleh bacaan voltmeter dalam litar terbuka.

Diukur dalam JC-1 @ Volt, V. Menunjukkan tenaga elektrik dipindahkan ke bentuk tenaga lain apabila 1C cas melalui komponen dalam litar yang tertutup

Diwakili oleh bacaan voltmeter dalam litar tertutup.

Diukur dalam JC-1 @ Volt, V.

Suis S dalam keadaan terbuka.Apa yang berlaku pada mentol diperhatikan. Suis S dalam keadaan tertutup , apakah yang berlaku pada mentol.

Keadaan Suis Terbuka TertutupKeadaan Tidak menyala Menyala mentol

Bacaan 0A 0.2 A Ammeter,A

Bacaan Voltmeter 3.0V 2.6V

Penerangan Kenapa bacaan ammeter 0A apabila suis S dibuka & ada bacaan apabila suis S ditutup??Bacaan ammeter adalah 0A apabila suis S dibuka kerana tiada cas yang mengalir dalam litar yang terbuka.Arus adalah 0A. Apabila suis S ditutup , terdapat pengaliran cas dalam litar yang tertutup jadi arus elektrik terhasil.

Bandingkan perbezaan bacaan diantara dua voltmeter. Bacaan voltmeter apabila suis S dibuka adalah lebih tinggi daripada apabila suis S ditutup.

Apakah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan 1C cas dalam litar yang lengkap. Bacaan voltmeter apabila litar dibuka ialah nilai d.g.e sel Bacaan voltmeter =3.0V 3.0J tenaga elektrik diperlukan untuk menggerakkan 1C cas dalam litar yang lengkap.

Kenapa terdapat perbezaan dalam bacaan kedua-dua voltmeter ?

Terdapat kejatuhan voltan beza keupayaan merentasi sel.

Kejatuhan voltan beza keupayaan = d.g.e beza keupayaan

0.4V = 3.0V -2.6V Ini disebabkan rintangan dalam sel tersebut.

Rintangan Dalam

Rintangan dalam, r ialah rintangan yang disebabkan oleh elektrolit dan elektrod dalam satu sel @ punca elektrik. Kerja diperlukan untuk menggerakkan cas menentang rintangan dalam ,r tersebut. Ini menyebabkan terdapat kejatuhan beza keupayaan merentasi sel apabila cas mengalir melaluinya dan kehilangan tenaga haba dalam sel tersebut.

Persamaan melibatkan E, V,I and R D.g.e dalam sel = E B.K dalam litar tertutup = V Jatuhan dalam beza keupayaan dalam sel = Ir

Ir = E V @ E = V+ Ir @ E = IR +Ir

Soalan 1 Satu sel dengan d.g.e 2V dan rintangan dalam 1 disambung dengan perintang 4. Apakah bacaan voltmeter apabila disambung dengan perintang 4 ??

Soalan 2 Mentol M disambung dengan bateri .Voltmeter juga disambung merentasi bateri.Apabila suis dibuka, bacaan voltmeter ialah 6.0V. Apabila suis ditutup, bacaan voltmeter ialah 4.8V.Apakah d.g.e bateri? Jika perintang mentol M ialah 8 , apakah arus yang merentasi M apabila suis ditutup? Cari nilai rintangan dalam , r bateri.

Soalan 3 Apabila suis S dibuka, bacaan voltmeter ialah 1.5V. Apabila suis ditutup, bacaan voltmeter ialah 1.35V dan bacaan ammeter ialah 0.3A.

Cari nilai :d.g.e rintangan dalam , r rintangan , R

TENAGA & KUASA ELEKTRIK Apakah maksud tenaga elektrik- Tenaga elektrik ialah keupayaan arus elektrik melakukan kerja.Tenaga yang dipindahkan oleh sesuatu alat elektrik kepada bentuk tenaga lain apabila terdapat arus mengalir melaluinya. Tenaga yang dibekalkan oleh sesuatu punca elektrik seperti sel @ bateri apabila arus mengalir dalam litar tertutup.

HUBUNGAN ANTARA TENAGA ELEKTRIK , VOLTAN , ARUS & MASA Beza keupayaan , V merentasi 2 titik ialah tenaga, E dipindahkan oleh 1C cas , Q merentasi 2 titik.

V = E/Q arus adalah kadar pengaliran cas , Q = It E = VQ = Vit Dari Hukum Ohm, V = IR E = I2Rt or I =V/R , E = V2t/R Unit tenaga elektrik ialah Joule, J

Maksud Kuasa Elektrik Kuasa ialah kadar pemindahan tenaga elektrik .

Kuasa = Tenaga/Masa

P =E/t, P = Vit/t=VI, UNIT =Js-1 =Watt=W

Untuk perintang & lampu, P =VI , V=IR P= VI , P=I2R , P =V2/R

Kadar Kuasa Satu cerek yang dilabel 240V 1500W bermaksud cerek itu akan membebaskan 1500J tenaga elektrik setiap 1 saat jika disambung dengan beza keupayaan 240V.

Rumus tenaga digunakan Jumlah tenaga elektrik yang digunakan dalam masa yang diberi Tenaga digunakan (E) = Kuasa (P) x Masa(t) E = Pt

a) Kuasa diukur dalam unit kilowatt ( kW) b) Masa diukur dalam unit saat (s)

Semakin tinggi kuasa yang dibekalkan oleh tenaga elektrik, semakin banyak tenaga yang digunakan dalam setiap saat.

Alat elektrikKuasa /WMasa /JTenaga Digunakan /JKipas501Televisyen1001Komputer2001Penyaman udara10001Mesin basuh18001/2Pemanas air36001/2

Apakah kWh???????? 1 kilowatt-jam mewakili jumlah tenaga yang digunakan dalam masa 1 jam oleh alat elektrik pada kadar 1 kilowatt.1kWh = 1 unit tenagaE = Pt 1kWh = 1kW x 1 jam = 1000W x 3600s = 3.6 x 105 J

Kos penggunaan elektrik Kos = bil.unit x kos per unit Jika kos untuk 1 unit elektrik ialah 22 sen, kira kos penggunaan lima 36W lampu fluoresen jika lampu dibuka 5jam sehari untuk bulan January. E = Pt = 5 x 0.036kW x 5 jam x 31 = 27.9 unit. kos = 27.9 x 21.8 = RM6.10

Kecekapan Alat Elektrik Kecekapan ialah peratus kuasa output kepada kuasa input.

Kecekapan = Tenaga output/Tenaga input x 100% = Kuasa ouput/kuasa input x 100%

Biasanya kecekapan alat elektrik kurang daripada 100% kerana bukan semua tenaga input ditukarkan kepada tenaga output yang berguna.

Soalan 1Sebuah cerek elektrik disambung merentasi 240V bekalan kuasa.Jika rintangan elemen pemanas ialah 40, kira

Arus yang mengalir dalam elemen pemanas? Jumlah haba yang dihasilkan dalam masa 10minit?

Soalan 2 Pemanas rendam mempunyai kuasa 240V, 750w. a) apakah maksud kadar kuasa? b)apakah rintangan pemanas rendam itu? c) Berapakah tenaga elektrik yang digunakan dalam masa 15minit?

Soalan 3 Lampu motosikal berlabel 12V, 15w.

Apakah maksud 12V, 15W? Apakah arus yang mengalir melalui lampu apabila disambung dengan 12V bekalan kuasa? Berapakah rintangan filamen lampu?

Soalan 4Lampu dilabel dengan 240V, 100W. Apakah kecekapan lampu jika kuasa output ialah 12W?

Cara untuk meningkatkan kecekapan elektrik?