4. Keelektromagnetan

Di akhir topik ini, anda sepatutnya boleh :

1. Menerangkan daya electromagnet pada cas atau arus yang membawa konduktor

2. Menerangkan prinsip kerja motor arus terus 3. Menentukan medan magnet bagi arus yang di bawa oleh dawai lurus dan solenoid

4. Menggambarkan electromagnet dan aplikasinya

5. Membincangkan tentang aruhan electromagnet

PENGENALAN

Keelektromagnetan adalah interaksi antara medan elektrik bagi partikel bercas dengan medan magnetic bagi magnet. Interaksi ini menghasilkan daya yang dipanggil daya elektromagnet.

Kita menggunakan elektrik dan magnet secara meluas pada perkakas elektrik. Elektrik dihasilkan apabila terdapat pergerakan cas yang membolehkan perkakas elektrik berfungsi. Walaubagaimanapun, sesetangah peralatan elektrik memerlukan interaksi di antara cas elektrik dengan medan magnet untuk berfungsi. Interaksi ini menghasilkan daya elektromagnetik yang menjadi sebahagian dari peralatan elektrik seperti motor di dalam kipas untuk bergerak.

Di dalam topik ini, kita akan membincangkan bagaimana daya dihasilkan dan aplikasinya di

dalam motor elektrik. Kita juga turut membincangkan bagaimana dawai membawa arus

bertindak sebagai magnet sementara. Seterusnya, anda akan mempelajari bagaimana

penjanaan elektrik menggunakan magnet dan gelung bergerak supaya anda memahami

bagaimana elektrik yang digunakan dijana di stesenjanakuasa dan dihantar kepada anda.

4.1 Dayaelektromagnet

Bayangkan partikel tunggal bercas. Setiap cas positif atau negative mempunyai medan

elektrik seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.6 (Topik 1). Bila partikal bercas

ditempatkan dalam medan magnet, ia tidak akan berinteraksi dengan medan magnetic

kerana ia tidak bergerak. Walaubagaimanapun, jika partikal bercas bergerak dalam

medan magnet, interaksi di antara medan elektrik bagi partikal bercas yang sedang

bergerak dan medan magnetic bagi magnet akan menyebabkan ia menjadi terpesong.

Bila partikal bergerak pada arah yang berserenjang kepada garis medan magnet seperti

yang ditunjukkan dalam Rajah 4.1, magnitude daya adalah terbaik. Dalam erti kata lain,

daya itu paling kuat apabila arus( dalam kes ini partikal cas yang bergerak), adalah

berserenjang dengan garis medan magnet. Boleh disimpulkan bahawa arah daya sentiasa

berserenjang dengan kedua-dua garisan medan magnet dan arus. Walaubagaimanapun,

apabila partikal bergerak selari dengan garis medan, daya yang terhasil adalah kecil dan

menjadi sifar. Arah daya bukan di sepanjang garis medan magnet atau arus. Oleh itu, tiada

pesongan berlaku apabila cas bergerak selari dengan garis medan magnet.

Hubungan di antara daya, cas, kelajuan cas dalam medan magnet dan arah pergerakan dengan medan magnetic adalah

Apabila cas bergerak pada sudut yang bukan berserenjang dengan medan magnet, kita boleh menentukan arah daya dengan menggunakan petua tangan kiri Fleming.

Apa yang akan berlaku apabila anda meletakkan arus yang dibawa oleh konduktor dalam medan magnet? Konduktor membawa arus bertindak sama seperti cas tunggal apabila diletakkan dalam medan magnetik. Ia adalah aliran cas yang berterusan yang dibekalkan oleh arus elektrik (Rajah 4.2)

Setiap cas mengalir pada arah yang sama dan akan dipesongkan oleh medan magnet. Oleh itu, konduktor membawa arus akan dipesongkan oleh daya magnetic. Rajah 4.3 menunjukkan eksperimen ringkas untuk mengkaji daya magnetic apabila dawai membawa arus berada dalam medan magnetic.

Andaikan magnet di bahagian atas adalah kutub selatan dan magnet di bahagian bawah adalah kutub utara menggunakan petua Tangan Kiri Fleming, arah manakah dawai bengkokakan bergerak? Apakah yang berlaku jika anda menukar kutub magnet, kutub utara keatas dan kutub selatan ke bawah.

4.2 Motor elektrik

Bolehkah anda namakan peralatan elektrik yang ditemui dalam rumah anda atau di tempat kerja yang menggunakan motor elektrik. Motor elektrik yang terdapat dalam peralatan elektrik membolehkan mereka melakukan kerja untuk anda. Hampir setiap pergerakan mekanikal yang dilihat pada peralatan elektrik adalah disebabkan oleh motor arus terus (DC) atau motor arusulang-alik (AC).

Sebuah motor elektrik bergerak dengan prinsip daya electromagnet. Motor elektrik dibuat daripada dua magnet yang bertentangan kutub dan konduktor membawa arus.

Apabila dawai membawa arus ditempatkan dalam medan magnetic, medan magnetic tidak

seimbang akan berlaku (Rajah 4.4). Ia akan menghasilkan medan yang lebih kuat di

bahagian atas di mana dua medan adalah pada arah yang sama, dan lebih lemah di

bahagian bawah apabila dua medan berada dalam arah yang bertentangan. Medan yang

tidak seimbang menghasilkan daya ke bawah, daripada medan yang lebih kuat pada

bahagian atas hingga ke medan yang lebih lemah. Oleh itu, dawai bergerak ke bawah.

Sebuah motor elektrik diperbuat daripada gegelung membawa arus, dua magnet

(berlawanan kutub yang menghadap antara satu sama lain), komutator, bateri yang

membekalkan elektrik dan dawai penyambung. Apabila arus melalui gegelung, sepasang

daya yang sama magnitude tetapi berbeza arah bertindak ke atas kedua-dua bahagian

gegelung yang paling hampir dengan kutub, yang akan menyebabkan gegelung beralih. Arah ditentukan menggunakan petua Tangan Kiri Fleming. Komutator yang berpecah di bahagian tengah memastikan pergerakan motor lancar supaya apabila arah arus berpatah balik, gegelung sentiasa kekal beralih dalam arah yang sama.

Motor elektrik menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal. Beberapa contoh peralatan elektrik yang menggunakan motor elektrik adalah mesin basuh, pengisar, kipas, gerudi elektrik, pengering rambut dan lain-lain.

4.3 Aruhan elektromagnet

Aruhan electromagnet adalah fenomena mengaruh atau menghasilkan elektrik dengan

mengubah medan magnet di dalam gegelung atau dawai. Apabila sebuah magnet bergerak

ke dalam dan ke luar dari gegelung dawai, ia menghasilkan arus elektrik (lihat Rajah 4.3). Ia

tidak memerlukan sebarang bateri untuk menghasilkan arus elektrik. Arus aruhan dihasilkan

apabila konduktor bergerak pada medan magnet tetap. Arus diaruh apabila magnet (medan

magnet) bergerak menghampiri konduktor tetap (atau gegelung). Apabila ia berlaku, medan

magnet akan dipotong oleh dawai/konduktor yang sedang bergerak yang mana ia

mengubah fluks magnetic supaya menghasilkan arus teraruh.

Aruhan electromagnet adalah suatu proses menghasilkan arus teraruh daripada pergerakan relatif di antara konduktor dan medan magnet

Rajah 4.7(a) menunjukkan sebuah magnet bar yang ditolak ke dalam solenoid. Jarum galvanometer terpesong pada satu arah menunjukkan arus teraruh. Jarum galvanometer akan terpesong pada arah yang bertentangan apabila magnet bar ditarik keluar dari solenoid. Pesongan ini bergantung kepada perubahan fluks magnetik di dalam gegelung apabila magnet bergerak di dalam solenoid. Apabila terdapat pergerakan relative pada magnet dan gegelung, jarum galvanometer terpesong disebabkan oleh aliran arus. Walau bagaimanapun, apabila kedua-dua solenoid dan magnet dalam keadaan rehat, tiada perubahan di dalam fluks magnetic, jadi tiada aliran arus yang teraruh. Ini ditunjukkan dalam Rajah 4.7 (b) di mana tiada pesongan pada galvanometer.

Magnitude arus teraruh boleh meningkat dengan pertambahan perubahan fluks atau lebih banyak medan magnet terpotong seperti yang dinyatakan oleh Hukum Faraday.

Hukum Faraday menyatakan magnitude arus teraruh adalah berkadar terus dengan kadar perubahan fluks magnetic, atau medan magnet yang terpotong.

Ia boleh dilakukan dengan:

a) Menambah bilangan gelung

Arus teraruh atau EMF teraruh (voltan) bergantung kepada bilangan lengkungan pada dawai. Jadi, semakin besar bilangan lengkung pada dawai yang bergerak di dalam medan magnet, semakin besar arus yang teraruh. Menolak magnet ke dalam tiga kali ganda bilangan lengkung akan menghasilkan arus tiga kali ganda, menolak magnet ke dalam 20 kali ganda bilangan lengkung akan menghasilkan arus sebanyak 20 kali ganda dan seterusnya

b) Kelajuan magnet bar yang bergerak ke dalam atau ke luar dari solenoid

Kelajuan garis medan magnet yang memasuki atau meninggalkan gegelung juga menentukan jumlah arus yang teraruh

c) Menggunakan magnet yang lebih kuat

Magnet yang lebih kuat mempunyai medan magnet yang lebih kuat berbanding magnet yang lemah. Ia akan membenarkan lebih banyak medan magnet yang terpotong atau perubahan yang lebih besar di dalam medan fluks magnet, menghasilakn lebih banyak arus teraruh.

Anda boleh menggunakan Petua Tangan Kanan Fleming untuk menentukan arah arus teraruh di dalam dawai lurus.

Guna jari telunjuk sebagai arah medan magnet (utara ke selatan), ibu jari sebagai arah pergerakan, anda boleh menentukan arah arus teraruh daripada arah jari tengah. (Pastikan jari anda pada sudut yang betul antara satu sama lain untuk mendapatkan arah yang betul

Rajah 4.9(a) menunjukkan arus teraruh apabila dawai konduktor bergerak dalam medan magnet. Rajah 4.9(b) ialah penjana arus AC. Perhatikan arah medan magnet dan arah pergerakan konduktor. Arah bagi arus yang teraruh boleh ditentukan menggunakan Petua Tangan Kanan Fleming. Mari cuba!

Pada tahun 1835, Heinrich Lenz mengajukan suatu hukum yang dikenali sebagai hukum Lenz untuk menentukan arah arus teraruh.

Hukum Lenz menyatakan bahawa arah bagi arus teraruh adalah seperti berlawanan dengan medan magnet yang menghasilkannya

4.4 Elektromagnet

Elektrik dan kemagnetan adalah fenomena yang terpisah. Pada tahun 1820, Hans Christian Orested, seorang ahli fizik Denmark telah meletakkan kompas berhampiran dengan dawai membawa arus. Orested mendapati bahawa dawai membawa arus boleh memesongkan jarum kompas magnetic. Kita maklum bahawa jarum magnet hanya boleh dipesongkan oleh medan magnet. Jadi, ia boleh disimpulkan bahawa arus mngalir di dalam dawai sentiasa menerbitkan medan magnet di sekelilingnya. Kesan magnet pada arus dipanggil keelektromagnetan yang bermaksud elektrik yang mengasilkan kemagnetan.

Electromagnet adalah magnet sementara yang terhasil apabila arus melalui gegelung dawai bertebat di sekeliling teras besi

Electromagnet adalah magnet sementara di mana kemagnetan dihidupkan dan dimatikan menggunakan arus elektrik. Electromagnet menggunakan kesan magnetic pada arus elektrik-dawai pembawa yang menghasilkan medan magnet pada zon di sekeliling dawai. Jika cebisan besi diletakkan dalam gegelung dawai pembawa arus, medan magnet dalam besi akan teraruh ke dalam pelarasan. Ini akan menaikkan keamatan medan magnet. Jadi, ia benjadi electromagnet. Automobile di dalam tempat pelupusan biasanya diangkat menggunakan peralatan electromagnet berkuasa tinggi. Kekuatan electromagnet dikekang oleh gegelung pembawa arus yang terlalu panas dan ketepuan domain pelarasan magnetic di dalam teras besi

4.5 Arah medan keelektromagnetan

Arah medan magnt bergantung pada arah arus elektrik di dalam dawai. Terdapat petua ringkas untuk mengingat arah medan magnet di sekeliling konduktor. Ia dipanggil petua tangan kanan. Apabila menggunakan petua tangan kanan, sangat penting untuk kita mengingat kaedah-kaedah andaian cas bergerak dalam arus konvensional.

Kita menggunakan petua genggaman tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet melalui dawai lurus. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 4.12, apabila anda menggenggam dawai lurus dengan tangan kanan, ibu jari akan menunjukkan arah aliran arus, manakala jari-jari yang melengkung menunjukkan arah medan magnet.

Apabila ibu jari kanan menunjukkan arah arus, lengkungan jari-jari kanan di dalam arah medan magnet.

4.6 keelektromagnetan di dalam dawai lurus dan solenoid

Seksyen berikutnya adalah penyiasatan kesan keelektromagnetan pada dawai lurus dan solenoid serta aplikasinya.

4.6.1 Keelektromagnetan dalam dawai lurus

Oersted telah menjalankan eksperimen untuk mengkaji medan magnet yang terhasil apabila aliran arus melalui dawai lurus dan menemui:

(a) Medan magnetic wujud dalam keadaan bulat mengelilingi dawai

(b) Keamatan medan adalah berkadar langsung dengan jumlah arus yang dibawa oleh dawai, dan

(c) Kekuatan medan adalah sangat kuat di sisi dawai dan berkurang dengan jarak dari konduktor

Daripada rajah 4.15, kita dapat lihat bahawa ciri yang paling menonjol pada garis medan magnet bagi arus lurus adalah garis medan yang berterusan. Ia tidak seperti garis medan elektrostatik, mereka juga tidak bermula dari satu lokasi dan berakhir di lokasi yang lain.

Magnitud medan magnetic dihasilkan oleh dawai pembawa arus yang lurus pada titik yang ditentukan adalah:

(a) Berkadar langsung dengan arus yang melepasi dawai (b) Berkadar songsang dengan jarak titik dari dawai

Jadi, lebih besar arus di dalam dawai, lebih kuat medan magnetic yang terhasil. Dan, lebih jauh titik dari dawai pembawa-arus, semakin lemah medan magnet pada titik itu.

4.6.2 keelektromagnetan dalam solenoid

Apakah itu solenoid? Solenoid adalah nama jolokan bagi gegelung dawai. Ia mengandungi sejumlah besar dawai bertebat kuprum. Jika kita alirkan arus melalui dawai, gegelung menjadi electromagnet.

Medan magnetic di sekeliling solenoid sangat mirip kepada medan di sekeliling magnet bar. Garis daya magnetic yang melepasi solenoid akan kembali pada akhirnya. Jika solenoid pembawa arus digantung bebas, ia menunjukkan utara dan selatan seperti jarum magnetic yang tergantung. Satu hujung solenoid bertindak seperti kutub utara dan hujung yang lain sebagai kutub selatan. Memandangkan arus dalam setiap bulatan solenoid mengalir dalam arah yang sama, medan magnetik terhasil oleh setiap lilitan solenoid yang bertambah, memberikan paduan medan magnet yang kuat di dalam solenoid. Solenoid digunakan untuk membuat electromagnet.

Kekuatan medan magnetic yang dihasilkan oleh solenoid bawaan arus adalah:

(a) Berkadar terus dengan bilangan lilitan dalam solenoid (b) Berkadar terus dengan jumlah arus di dalam solenoid, dan

(c) Bergantung kepada sifat ‘bahan teras’ yang digunakan untuk menghasilkan solenoid. Penggunaan rod besi lembut sebagai teras dalam solenoid menghasilkan keelektromagnetan yang paling kuat.

Keelektromagnetan selalunya dalam bentuk solenoid teras besi lembut. Besi lembut mempunyai ciri ferromagnetic. Besi lembut di dalam gegelung menjadikan medan magnet kuat kerana ia sendiri menjadi magnet apabila arus dialirkan. Kita menggunakan besi lembut kerana ia hilang kemagnetan dengan cepat apabila aliran arus dihentikan. Besi lembut dikatakan membentuk magnet sementara. Dengan cara ini, elektromagnit dapat dihidupkan dan dimatikan dengan ,engalihkan elektrik buka dan tutup.

Aktiviti 4.1

Bincangkan apa yang akan berlaku jika anda menggunakan keluli bagi menggantikan teras besi lembut di dalam solenoid?

4.6.3 Aplikasi Keelektromagnetan

Electromagnet adalah objek yang bertindak seperti magnet. Walaubagaimanapun, daya magnetiknya yang dibentuk dan dikawal oleh elektrik, jadi ia diberi nama electromagnet. Jika anda membalut dawai bertebat di sekeliling teras besi, seperti paku dan anda mengalirkan arus elektrik melalui dawai, paku akan menjadi termagnet. Ia berlaku kerana medan magnet terbentuk di sekeliling dawai apabila terdapat arus elektrik mengalir melaluinya. Anda boleh mengesahkan kemagnetannya dengan mengambil objek besi yang kecil atau menunjukkan kesannya pada kompas.

Cirri paling menarik pada electromagnet adalah apabila arus elektrik dimatikan, kemagnetan juga terhenti. Ia sangat benar terutamanya apabila teras diperbuat daripada besi lembut, yang mana ia mudah hilang kemagnetannya. Keluli keras akan kekal kemagnetannya.

Electromagnet memunyai banyak apliksinya. Sesetengah kegunaan electromagnet adalah seperti berikut:

(a) Gudang besi magnet

(b) Loceng elektrik. Electromagnet menarik penukul, yang terkena pada loceng dan memutuskan litar, yang kemudiannya menyebabkan penukul muncul kembali untuk menutup litar semula. Ia dipanggil litar terbuka dan tertutup

(c) Gagang telefon

(d) Pembesar suara. Arah arus berubah berterusan menyebabkan magnet bergerak ke belakang dan ke depan, lalu menghasilkan longitude gelombang bunyi,

Kegunaan umum bagi electromagnet adalah di dalam suis yang dipanggil geganti electromagnet. Alat ini membolehkan arus yang besar boleh dikawal oleh yang kecil, dan

Pemutus litar

Tempat pelupusan magnet

Rajah 2.18 menunjukkan electromagnet berkuasa tinggi yang digunakan untuk mengasingkan buangan logam di tempat pelupusan. Wayar bertebat kuprum tebal diselaputi di sekeliling teras besi lembut untuk menukarkannya kepada magnet sementara apabila arus dihidupkan. Kuasa kemagnetan bergantung kepada arus dan bilangan lilitan di gegelung. Semakin besar jumlah arus atau bilangan lilitan, semakin besar medan magnetik, mengakibatkan magnet menjadi lebih kuat untuk menarik kesemua bahan bermagnet di dalam cebisan.

Apabila logam diasingkan, kren akan memindahkan mereka dari sampah yang perlu diasingkan kedalam cerucuk yang berbeza. Untuk mengeluarkan logam dari magnet, cebisan magnet perlu dimagnetkan. Arus ditutup supaya tiada aliran arus di dalam dawai kuprum, menghentikan pembentukan elektromagnet. Teras besi tidak lagi menjadi magnet dan semua logam akan jatuh daripadanya.

Loceng besi

Loceng elektrik adalah alat lain yang berkerja menggunakan prisip electromagnet. Pada dasarnya, litar pada loceng elektrik diperbuat daripada pembekal tenaga (bateri), suis, solenoid yang menyelaputi teras besi lembut, titi temu bahan yang mengkonduksi, pengetuk dan loceng.

Apabila seseorang datang untuk melawat kamu di rumah, dia akan menekan suis yang melengkapkan litar. Litar yang lengkap membenarkan arus melepasi solenoid, menukar teras besi lembut menjadi electromagnet. Electromagnet menarik pengetuk logam dan menariknya kepada loceng untuk mengetuknya, bunyi dihasilkan.

Pengetuk ditarikjauh dari titik temu bila loceng diketuk, litar menjadi tak lengkap semula. Tiada arus yang melepasi solenoid, electromagnet hilang cirri keelektromagnetannya dan penukul ditolak ke belakang ke titik temu,melengkapkan semula litar. Litar yang lengkap menghasilkan electromagnet pada solenoid semula, menarik pengetuk untuk mengetuk loceng semula. Proses berterusan sehingga pelawat berhenti menekan loceng.

Gagang telefon

Electromagnet juga digunakan pada telefon atau alat dengar. Apabila kita berckap dengan kawan di telefon, gelombang bunyi dari suara kita ditukarkan kepada arus elektrik yang berbeza frekuensi dan amplitude. Denyutan dibawa dan sampai ke gagang telefon

Rajah 4.20 menunjukkan gagang telefon. Gagang telefon dibuat dari magnet tetap, ters besi lembut, solenoid mengelilingi kon besi dan diafragma. Apabila denyutan arus melepasi solenoid, teras besi lembut akan menjadi elektrmagnet. Kekuatan electromagnet menjadi lebih kuat atau lebih lemah bergantung kepada frekuensi denyut elektrik yang ditukar dari suara kita. Electromagnet akan menarik diafragma (dibuat dari besi) untuk bergetar pada frekuensi yang berbeza berdasarkan arus yang berbeza di solenoid. Getaran diafragma menyebabkan partikal udara mendekatinya untuk bergetar, menghasilkan gelombang bunyi. Bunyi yang dihasilkan mempunyai frekuensi yang sama dengan suara kita.

Aktiviti 4.2

Satu alat penting yang menggunakan electromagnet adalah geganti electromagnet. Cari SATU aplikasi geganti electromagnet, dan bincang tentang bagaimana ia bekerja menggunakan electromagnet.

4.7 Arus elektrik

Anda telah mempelajari bahawa anda boleh menghasilkan elektrik dengan aruhan electromagnet. Walaubagaimanapun, alat elektrik memerlukan arus elektrik yang berbeza, DC atau AC.

4.7.1 Arus terus

Arus terus biasanya dibekalkan oleh sel bateri, akumulator atau pembekal tenaga yang biasa digunakan di makmal. Untuk alat yang menggunakan arus terus, Ac diterima dari syarikat utility dan perlu ditukar kepada DC menggunakan siri diod. Kita akan bincang selanjutnya dalam topic 5.

Bagaimana kita mengenalpasti DC, atau membezakannya dari AC? Biasanya di makmal, osiloskop sinar katod (OSK) digunakan untuk mengkaji bentuk gelombang. Di dalam OSK akan melepaskan electron ke dalam tiub vakum (Rajah 4.23). elektron memukul skrin skrin pendaflour dan bentuk gelombang boleh dilihat melalui skrin pendaflour; bentuk gelombang akan memberi pelbagai maklumat pada isyarat yang diterima dari input OSK.

Untuk DC, OSK akan menerima isyarat dari punca dan membentuk bentuk gelombang pada bekalan voltan. Bentuk gelombang bagi DC dari bateri atau akumulator ditunjukkan dalam Rajah 4.24.

Rajah 4.24 menunjukkan bentuk gelombang bagi DC apabila litar disambungkan kepada punca arus terus seperti bateri sel kering, akumulator (bateri kereta) atau generator DC. Bentuk gelombang DC menunjukkan garis lurus di atas atau di bawah garis tengah. Sesetengah alatan DC memerlukan voltan yang lebih tinggi seperti bekalan voltan dari

syarikat utility, jadi ia menukar AC kepada DC dengan siri diod dalam litar elektroniknya. Dalam kereta, bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.25.

Rajah 4.25 menunjukkan bentuk gelombang bagi AC yang ditukarkan kepada DC. Voltan pada paksi positif graf, menunjukkan arus mengalir dalam arah tunggal sahaja (arah positif sahaja). Dalam situasi ini, AC dikatakan diperbetulkan. Ia akan dibincang lanjut dalam bab 5

4.7.2 Arus ulang-alik

Arus dijana dari stesen kuasa dan dihantar kepada kita dalam bentuk arus AC kerana transformer ( injak naik dan injak turun) untuk penghantaran elektrik hanya boleh bekerja dengan AC. Jadi AC dijana dan dibekalkan secara terus di soket di rumah kita untuk digunakan dengan alat elektrik.

AC bergetar pada frekuensi 50Hz seperti yang dibekalkan oleh syarikat utility, bermakna ia akan berubah setiap 1/50 saat ( atau 0.02 saat). Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.26, AC mengalir dalam kedua-dua arah pada litar. Sepanjang 0.02 saat yang pertama, arus akan bergerak dalam arah jam di dalam litar dan untuk 0.02 saat berikutnya dalam arah lawan jam.

Bentuk gelombang AC seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.27. Diperhatikan bahawa voltan ada pada bahagian positif paksi-x untuk sejumlah waktu tertentu dan di bahagian negative paksi-x pada sejumlah waktu yang lain. Ia bergantung pada perubahan AC dalam

litar. Proses ini berterusan secara berkala.

4.8 Transfomer

Tahukah anda bahawa voltan yang dibekalkan oleh Tenaga Nasional Berhad ke rumah kita untuk kegunaan domestic adalah 240 V? Jadi, kebanyakan peralatan elektrik dalam rumah kita atau ditempat kerja memerlukan 240V untuk mereka melaksanakan tugas dengan baik. Walau bagaimanapun, sesetengah peralatan elektrik memerlukan kurang atau lebih daripada 240V. Untuk bekerja berdasarkan voltan yang diperlukan, transformer digunakan untuk menukar voltan dari 240V kepada nilai yang sesuai untuk peralatan.

Transfomer diperbuat daripada dua litar yang terpisah dipanggil litar primer dan litar sekunder (Rajah 4.28). untuk setiap litar, terdapat gegelung yang melilit teras besi lembut berlamina. Gegelung adalah gegelung primer dan gegelung sekunder. Setiap gegelung mempunyai bilangan gegelung yang tetap supaya transformer boleh menjadikan voltan pada nilai yang diperlukan.

Dalam litar transformer, litar primer berhubung dengan input voltan ac dari bekalan kuasa AC. Litar sekunder akan menghasilkan voltan input ke dalam transformer.

Prinsip kerja transformer oleh induksi saling:

(a) AC dibekalkan di gegelung primer (gegelung pertama) mempunyai voltan input V1. Arus AC selalu menguba arahnya, menghasilkan medan magnet yang juga mengubah arah atau erti kata lain, ianya terdapat fluks magnetic yang bertukar

(b) Pertukaran flux dari gegelung primer akan bersambung kepada gegelung sekunder

(gegelung kedua), menghasilkan arus teraruh pada gegelung sekunder. Arus teraruh mempunyai voltan output V2.

Terdapat dua jenis transformer, injak naik dan injak turun. Beza di antara dua jenis ini ditunjukkan dalam jadual di bawah.

Injak naik Injak turun

Bilangan gegelung sekunder, Ns lebih dari Bilangan gegelung primer Np lebih banyakbilangan gegelung primer, Np dari gegelung sekunder NsGegelung primer dibekalkan dengan voltan Gegelung sekunder dibekalkan dengan voltaninput AC outputDisambungkan dengan bekalan kuasa AC Disambungkan pada peralatan elektrik untuk

digunakan

Kita boleh menentukan nilai voltan bagi gegelung sekunder Vs dengan menggunakan hubungan

Rajah di atas menunjukkan litar elektrik dengan transformer sebagai sebahagian dari komponen. Kira voltan output bagi transformer dan gambarkan kecerahan mentol

Voltanoutput dibekalkan pada mentol adalah 20 volt. Walau bagaimanapun, mentol memerlukan 24V untuknya menerangi pada kecerahan normal. Jadi, cahaya mentol suram

Transformer yang ideal boleh menukar 100% tenaga elektrik dari gegelung primer kepada gegelung sekunder. Ia berlaku apabila

Wlau bagaimanapun dalam transformer yang sebenar, situasi ini tak kan berlaku kerana sebahagian tenaga elektrik telah diubah kepada haba, bunyi atau tenaga mekanikal. Kita boleh menentukan kecekapan transformer menggunakan

Contoh:

Transformer dengan voltan input 240 V digunakan untuk menyalakan mentol 12V, 36W. jika arus primer adalah 0.20A, cari kecekapan transformer

Penyelesaian:

Gegelung primer, Ip = 0.20A, Vp= 240V

Gegelung sekunder, Vs = 12, P=36 W

Dari P = IV, jadi arus pada gegelung sekunder,

Ip= P/V

= 36W/12V = 3A

Kecekapan =

Kecekapan transformer adalah 75 peratus dari tenaga yang dibekalkan di dalam gegelung primer dihasilkan pada output

4.9 Penjanaan dan penghantaran elektrik

Bekalan elektrik memerlukan penubuhan penjana elektrik dan kemudahan penghantaran. Ia merupakan kerja awam yang dilaksanakan melibatkan dana yang besar serta perancangan logistic yang besar.

4.9.1 penjanaan elektrik

Sesetengah sumber tenagadigunakan untuk menjana elektrik adalah arang, uranium, minyak, gas, air, angin dan solar. Sebagai contoh, di Malaysia, tenaga dihasilkan di stesen janakuasa terma menggunakan gas asli dan arang. Tenaga jenis ini dipanggil tenaga yang tidak boleh diperbaharui kerana sumber asli akan habis apabila digunakan.

Stesen janakuasa tenaga yang tidak boleh diperbaharui menggunakan haba untuk menghasilkan elektrik. Seperti yang dibincangkan dalam seksyen 4.3, elektrik diaruh apabila konduktor dipotong melalui medan magnet. Konsep yang sama digunakan untuk menjana elektrik. Penjana kuasa terma terdiri daripada dandang, turbin dan penjana kuasa.

Gas asli atau arang digunakan untuk menukar tenaga kimia kepada tenaga haba. Ia juga untuk memanaskan air di dalam dandang sehingga ia mendidih dan air bertukar menjadi stim. Haba terhasil daripada pembakaran bahan api yang digunakan untuk menukar air (beredar di dalam tiub) kepada stim. Stim pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi kemudiannya diarahkan kepada turbin. Stim yang panas terlampau akan naik ke atas dan bergerak je arah turbin dan memutarkannya. Turbin berputar dan gegelung yang tersangkut padanya juga berputar. Gegelung ini ditempatkan di tempat yang mempunyai medan magnetic yang sangat kuat, mengaruh arus sebaik sahaja ia berputar. Air dari stim kemudiannya mengalir ke dalam condenser jadi ia akan mengkondensasi dan bertukar semula menjadi air, yang mana dipulangkan ke dalam dandang untuk diguna semula.

Dalam kes penjana kuasa terma, kuasa ditukar dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Di dandang, tenaga kimi dari bahan bakar/ gas ditukar kepada tenaga haba. Tenaga haba ditukar kepada tenaga kinetik apabila stim memaksa turbin pada generator untuk berputar. Putaran gegelung dalam medan magnet mengubah tenaga mekanikal pada putaran kepada tenaga elektrik, yang kita gunakan di rumah

Sumber tenaga yang tidak boleh diperbaharui mengalami penyusutan, dan ia mengambil masa berjuta tahun untuk bekalan yang baru dalam bentuk minyak dan arang. Permintaan yang tinggi bagi sumber ini menyebabkan kos penggunaan elektrik menjadi tinggi. Sumber tenaga alternative diperlukan seperti hidroelektrik, solar,angin dan ombak adalah lebih ekonomi serta sumber asli tidak akan menyusut. Lebih lanjut lagi, sumber tenaga adalah lebih bersih dan tidak membebaskan karbon ke dalam udara. Rajah 4.32 menunjukkan pelan kuasa hidroelektrik yang menggunakan sumber tenaga yang boleh diperbaharui, air

Apabila kamu melihat air sungai yang mengalir, adakah kamu terfikir yang air boleh menjadi sumber elektrik? Apabila air di dalam empangan melepasi laluan yang sempit, aliran akan menjadi lebih cepat, dan ia bergerak dengan daya yang besar. Isipadu air yang besar boleh menghasilkan daya yang besar dan kuat untuk mengalihkan turbin yang besar, yang memutar gegelung di dalam medan magnet, menghasilkan elektrik teraruh. Bagi turbin air, tenaga kinetic bagi air bertukar kepada tenaga mekanikal untuk turbin yang berputar kemudian kepada tenaga elektrik.

Aktiviti 4.3

Kita ada membincangkan dua cara untuk menghasilkan tenaga elektrik oleh sumber boleh diperbaharui dan sumber tidak boleh diperbaharui. Cari sumber lain untuk tenaga yang boleh diperbaharui, dan bincang tentang perubahan tenaga

9.2 Penghantaran elektrik

Elektrik yang dihasilkan di penjana kuasa ditukar dari pelan kuasa ke substesen elektrikal, di mana ada permintaan untuk mereka seperti rumah dan kawasan industry. Mereka ditukar menggunakan talian penghantaran yang saling berhubung antara satu sama lain dalam jaringan penghantaran, yang dikenali sebagai grid kuasa (Rajah 4.33)

Elektrik dipindahkan pada voltan yang sangat tinggi (kira-kira 25 000 volt). Kerana jarak yang jauh untuk dilalui, ia boleh dipindah dengan kecekapan yang tinggi apabila pada voltan yang tinggi. Untuk meningkatkan voltan, transformer injak naik ditempatkan di stesen janakuasa untuk meningkatkan voltandengan menaikkan voltan, jumlah arus akan berkurang, untuk mengelakkan kehilangan tenaga dalam bentuk haba.penghantaran elektrik perlu memastikan kehilangan kuasa di kabel adalah minimum. Kabel diperbuat daripada kuprum tebal atau dawai aluminium untuk mengurangkan ketahanannya, jadi mengurangkan tenaga yang hilang dalam bentuk haba

Di substesen, sesetengah transformer injak turun digunakan untuk mengurangkan voltan kepada jumlah yang diperlukan olehh pengguna, sebagai contoh 240 V untuk rumah kita.

Rajah 4.34 menunjukkan substesen

RINGKASAN

• Apabila cas atau konduktor membawa arus ditempatkan dalam medan magnet, terdapat daya electromagnet yang menyebabkan pergerakan

• Arah daya ditentukan menggunakan petua tangan kiri fleming • Magnitude daya, F= Bqv jika arah arus/cas berserenjang kepada arah medan magnet

• Teras besi lembut menjadi electromagnet bila di tempatkan dalan solenoid yang mempunyai arus melaluinya. Cirri electromagnet akan hilang apabila arus ditutup

• Tiga faktor yang meningkatkan electromagnet

Meningkatkan arus yang melalui gegelung Menggunakan teras besi lembut

Meningkatkan bilangan lilitan pada gegelung

• Untuk menentukan arah medan magnet disekeliling dawai pembawa arus-lurus, gunakan genggaman tangan kanan fleming

• Arus terus dan arus ulang-alik boleh dihasilkan menggunakan aruhan electromagnet

• Elektrik dijana menggunakan sumber yang tidak boleh diperbaharui seperti arang, gas dan minyak dan sumber yang boleh diperbaharui seperti air, angin, solar dan ombak

• Penghantaran eleketrik menggunakan transformer injak naik untuk meningkatkan voltan untuk mengelakkan kehilangan kuasa

• Penghantaran elektrik menggunakan transformer injak turum untuk meningkatkan voltan dan mengurangkan kehilangan kuasa

Kata Kunci

Arus ulang-alik

Motor DC

Arus terus

Electromagnet

Daya electromagnet

Aruhan electromagnet

Petua tangan kiri fleming

Petua tangan kanan fleming

Penjanaan elektrik

Arus teraruh

Medan magnetik

Fluks magnetic

Daya garis magnetic

Genggaman tangan kanan

Teras besi lembut

Solenoid

Transformer injak

turun Transformer

injak naik Transformer

Penghantaran elektrik

UJI SENDIRI

1. Yang manakah menjana medan magnet? (a) Pergerakan cas magnetic (b) Pergerakan partikal bercas (c) Pergerakan partikal magnetic

2. Bagaimana kekutan medan magnetic dikaitkan dengan jarak garisan medan magnet dengan magnet bar

3. Apakah yang menghasilkan medan magnet?

4. Mengapakah cebisan besi dalam gelung membawa-arus meningkatkan kekuatan medan magnet?