Bab 7

Elektrik

FIZIKTINGKATAN 5

Cikgu Desikan

Disunting oleh

SMK Changkat Beruas, Perak

Cikgu Khairul AnuarDengan kolaborasi bersama

SMK Seri Mahkota, Kuantan

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

P1 4 4 4 5 5 4 3 3

P2

A 1 1 - - 1 - - 1

B - - - - - - 1 1

C - - 1 1 - 1 - -

P3A 1 - - - - - - 1

B 1 - - - - 1 - -

Perkara yang selalu berlaku apabila anda benar-benar

percaya dengannya ; dan kepercayaan tersebut yang

menyebabkan perkara itu berlaku.

1. Menganalisis medan elektrik dan

pengaliran cas

2. Menganalisis hubungan antara arus

elektrik dan beza keupayaan

3. Menganalisis litar sesiri dan selari

4. Menganalisis daya gerak elektrik dan

rintangan dalam.

5. Menganalisis tenaga dan kuasa elektrik

Bab 7

ElektrikPelajar-pelajar yang dikasihi,

Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas

Objektif Pembelajaran :

FIZ

IK T

ING

KA

TA

N 4

2016

Peta Konsep

Cara terbaik untuk membuat impian anda menjadi kenyataan

adalah “bangun”. (Paul Valery)

Elektrik

Medan

Elektrik

Arus

Elektrik Litar

Sesiri

Daya Gerak

Elektrik &

Rintangan

Dalam Tenaga

Elektrik

Kuasa

Elektrik

Aliran cas

t

QI

Beza

Keupayaan

Litar

Selari

Rintangan

Hukum Ohm

IRV Faktor yang

mempengaruhi Rintangan

r)I(RE

IrVE

tR

VE

RtIE

VItE

PtE

2

2

R

VP

RIP

VIP

2

2

Bab 7

ElektrikPelajar-pelajar yang dikasihi,

• Semua jirim terdiri daripada zarah-

zarah seni yang dikenali atom.

• Di pusat atom terletak nukleus yang

terdiri daripada proton dan neutron.

• Nukleus atom dikelilingi zarah-zarah

yang dikenali elektron.

• Proton bercas positif.

• Elektron bercas negatif.

• Neutron tidak bercas/ neutral.

4

++

7.1 Medan Elektrik dan Pengaliran Cas

Cas Elektrik

Arus Elektrik

5

• Ditakrifkan sebagai kadar pengaliran cas.

• Unit SI = Ampere, A Q

I

I ∝ Q

0t

I

I ∝1

t

• Cas elektrik diberi dengan simbol Q.

• Unit cas elektrik ialah coulomb , C.

• Cas satu elektron = - 1.6 x 10-19 C

• Cas satu proton = 1.6 x 10-19 C

• Suatu objek

neutral / tidak bercas apabila bilangan cas positif sama dengan bilangan cas negatif.

bercas negatif apabila bilangan cas negatif melebihi bilangan cas positif (menerima

elektron).

bercas positif apabila bilangan cas positif melebihi bilangan cas negatif. (kehilangan

elektron)

• Daya yang bertindak ke atas dua badan dengan cas bersih yang sama akan menyebabkan

tolakan antara satu sama lain.

• Daya yang bertindak ke atas dua objek dengan caj bersih yang berbeza akan menyebabkan

tarikan antara satu sama lain.

• Daya-daya ini menyebabkan pergerakan elektron atau aliran cas.

• Medan elektrik diwakili oleh garis-garis

anak panah yang dikenali sebagai

_______________________________.

• Garis-garis ini mewakili kedua-dua

magnitud dan arah medan elektrik.

• Garis-garis daya elektrik tidak bersilang

dan sentiasa bertindak dari arah cas

positif ke arah cas negatif.

• Kekuatan satu medan elektrik diwakili

oleh keamatan bilangan garis medan.

Lebih padat dan banyak garis daya

elektrik menunjukkan medan elektrik

yang kuat.

Medan elektrik ialah kawasan yang di

sekeliling cas atau suatu objek yang

bercas yang menyebabkan cas atau

objek lain yang bercas yang berada

dalam kawasan itu akan mengalami

daya elektrik (sama ada daya tolakan

atau tarikan).

Cas Elektrik

6

Bekalan kuasa VLTElektrod logam

Bijian Semolina ditaburkan

pada permukaan minyak

kastor

Persediaan untuk melihat corak medan elektrik

di sekeliling elektrod logam

Medan elektrik di sekeliling elektrod logam

7

a) Sfera bercas positif

c) Sfera bercas positif dan plat bercas negatif

e) Dua sfera berlainan cas

b) Sfera bercas negatif

f) Dua sfera bercas positif

Kesan medan elektrik ke atas cas elektrik

Bola yang dicas dalam medan elektrik

8

1. Bekalan kuasa VLT

dihidupkan.

2. Bola ping-pong dicas

dengan menyentuhnya

dengan salah satu elektrod

dan dilepaskan.

Pemerhatian :

Benang

NilonBola ping pong

yang disalut

dengan bahan

konduksi

Plat

X

Plat

Y

Bekalan kuasa

VLT

Y X Y X Y X

9

Setiap impian besar bermula dengan mimpi. Sentiasa ingat, anda

mempunyai kekuatan, kesabaran, dan semangat dalam diri anda

untuk mencapai bintang untuk mengubah dunia.

Harriet Tubman

1. Apabila bekalan kuasa VLT dihidupkan, plat X bercas positif dan plat Y bercas negatif.

Disebabkan bola ping-pong adalah neutral ia kekal di tengah-tengah dua plat itu. Ini kerana,

daya-daya elektrik yang bertindak ke atas bola adalah seimbang.

2. Apabila bola ping-pong menyentuh plat X yang bercas positif, bola juga akan bercas positif

dan mengalami daya tolakan. Bola akan ditolak ke plat Y yang bercas negatif

3. Apabila bola menyentuh plat Y, cas positif bola dineutralkan oleh cas negatif. Kemudian, bola

bercas negatif dan tertolak ke arah plat X.

4. Proses ini berulang dan bola berayun antara kedua-dua plat X dan plat Y.

5. Kadar ayunan bola ping-pong boleh ditingkatkan dengan:

• meningkatkan voltan bekalan kuasa VLT dan

• mengurangkan jarak antara dua plat X dan Y.

Penerangan :

Candle

Kesan medan elektrik pada nyalaan lilin

10

1. Ping-pong digantikan

dengan lilin.

2. Bentuk nyalaan lilin

diperhatikan.

Pemerhatian :

Q P Q P

EHTTanpa VLT

Lilin

VLT

11

Penerangan :

1. Apabila bekalan kuasa VLT dihidupkan, nyalaan lilin terbahagi kepada dua bahagian yang

bertentangan arah.

2. Bahagian yang tertarik dengan plat negatif P adalah lebih besar daripada bahagian yang

tertarik kepada plat positif Q.

3. Nyalaan lilin mengion molekul-molekul udara di sekitarnya menjadi ion positif dan ion negatif.

4. Ion-ion positif tertarik ke arah plat negatif P. Pada masa yang sama, ion negatif tertarik ke plat

positif Q.

5. Pergerakan ion ke arah plat P dan plat Q menyebabkan nyalaan lilin terbahagi kepada dua

bahagian yang bertentangan arah.

Mengapa nyalaan lilin tidak simetri?

2. Apabila kilat menyambar antara dua awan yang dicas, arus elektrik sebanyak 400 A mengalir

selama 0.05s. Apakah kuantiti cas yang dipindahkan?

3. Cas elektrik mengalir melalui mentol lampu pada kadar 20 C setiap 50 saat. Apakah bacaan

yang ditunjukkan pada ammeter?

12

Selesaikan masalah yang melibatkan cas dan arus elektrik.

1. Aliran arus melalui sebiji mentol lampu 0.5 A.

a) Hitungkan cas elektrik yang mengalir melalui mentol tersebut dalam 2 jam.

b) Jika satu electron membawa cas sebanyak 1.6 x 10-19 C, cari bilangan electron yang

dipindahkan melalui mentol dalam 2 jam.

Latihan 7.1

7.2 Hubungan Antara Arus Elektrik dan Beza Keupayaan

Beza Keupayaan

• Apabila bateri disambungkan kepada mentol dalam litar, suatu medan elektrik terhasil di

sepanjang wayar.

• Terminal positif P ialah pada keupayaan elektrik yang lebih tinggi dan terminal negatif Q adalah

pada keupayaan elektrik yang lebih rendah.

• Beza keupayaan antara dua terminal menyebabkan cas mengalir merentasi mentol dalam litar

dan menyalakan mentol.

• Kerja dilakukan apabila tenaga elektrik yang dibawa oleh cas dilesapkan sebagai tenaga haba

dan cahaya selepas melalui mentol.13

Bateri

V

Beza Keupayaan

Keupayaan elektrik

rendah

Keupayaan elektrik

tinggi

P Q

Beza keupayaan, V

Kerja, WBeza Keupayaan,V

Cas, Q

Tenaga, E

Cas, Q

Apakah 1 Volt ?

• 1 Volt = 1 Joule per coulomb.

• Beza keupayaaan antara dua titik bernilai 1 Volt sekiranya 1 Joule tenaga diperlukan untuk

• menggerakkan 1 Coulomb cas melalui dua titik tersebut.

14

1 J kerja perlu dilakukan untuk

menggerakkan 1 C cas dari titik A

ke titik B.

Cas 1 C

p.d. = 1 V

A B

Bagaimana

mengukur beza

keupayaan?

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

diukur menggunakan voltmeter.

• Voltmeter mesti disambung secara selari (in parallel) di antara dua titik

tersebut.

Bagaimana

mengukur arus

elektrik?

• Arus elektrik diukur menggunakan ammeter.

• Ammeter mempunyai rintangan yang rendah supaya kewujudannya

mempunyai kesan yang sedikit pada magnitud arus yang mengalir.

15

.

Mengukur apa yang boleh diukur, dan

membuat apa yang tidak boleh diukur supaya

boleh diukur.

“Galileo Galilei

(1564 - 1642)”

V

A Ammeter

Voltmeter

Lampu

Hubungan antara arus dan beza keupayaan

• Semakin besar beza keupayaan atau voltan, semakin besar aliran arus elektrik.

• Apabila beza keupayaan di antara dua titik dalam litar bertambah, arus elektrik yang

mengalir melaluinya bertambah.

• Apabila beza keupayaan (V) antara mata berkurang, arus elektrik (I) juga akan berkurang.

• Beza keupayaan adalah berkadar terus dengan arus elektrik yang mengalir melaluinya.

Hukum Ohm

I α V

VKecerunan malar

I

Rintangan

I

V

0

16

Konduktor

Keadaan

asBaik Lemah

asOhm Bukan Ohm

The ratio of the potential difference (V) across the

conductor to the current (I) flowing through it.

Kelemahan rintangan Kelebihan rintangan

Rintangan menyebabkan sejumlah

tenaga elektrik untuk menjadi haba, jadi

sejumlah tenaga elektrik hilang di

sepanjang laluan jika arus elektrik

mengalir dari satu tempat ke tempat

lain melalui konduktor.

Haba dan cahaya dihasilkan disebabkan rintangan

elektrik. Haba yang dihasilkan daripada pemanas

elektrik atau cahaya yang kita dapat daripada mentol

lampu adalah disebabkan oleh rintangan dawai.

Dalam mentol lampu, arus yang mengalir melalui

filament (rintangan tinggi) menyebabkan ia menjadi

panas dan kemudian bercahaya.

1. Dalam suatu litar tertutup, bateri 6 V digunakan untuk menggerakkan cas elektrik sebanyak 40

melalui satu mentol. Hitung kerja yang dilakukan untuk menggerakkan cas elektrik melalui

mentol?

2. Jika 72 J kerja yang perlu dilakukan untuk membawa 6 C cas merentasi dua plat logam yang

selari, apakah yang beza keupayaan merentasi plat logam?

Penyelesaian masalah melibatkan W = QV

17

Latihan 7.2

Faktor-faktor

yang

mempengaruhi

rintangan

konduktor

**** Kecerunan Graf

V - I = Rintangan

R Nikrom > R Konstantan > R Kuprum > R Perak18

Secara umumnya

rintangan meningkat

dengan suhu.

I

V

Dawai tebal

(sw.g. 22)

Dawai halus (sw.g. 32)

Sederhana

(sw.g. 26)

Panjang konduktor, l

Luas keratan rentas

konduktor, A

Jenis konduktor logam

Suhu

l

R

I

VR α lR

A

R

A

1

R

T

V

I

• Rintangan logam yang dengan

suhu

• Rintangan semikonduktor yang ________________

dengan suhu.

• Superkonduktor adalah sejenis bahan yang

rintangannya menjadi sifar apabila suhunya jatuh

kepada nilai tertentu yang dipanggil_____________

Kelebihan

• Mengekalkan arus tanpa voltan pada suhu kritikal.

• Berupaya mengekalkan arus yang besar

• Kehilangan kuasa yang lebih kecil semasa

transmisi

• Haba kurang dihasilkan

Superkonduktor

Logam

Semikonduktor

Superkonduktor

19

Dawai superkonduktor

Apabila disejukkan di bawah suhu peralihan, dawai superkonduktor mempunyai rintangan elektrik

sifar. Contoh: Niobium-titanium

Aplikasi superkonduktor

R

T

R

T

R

T

Magnetic resonance imaging (MRI)

Pengimejan resonans magnetik (MRI) adalah

teknik yang menggunakan medan magnet dan

gelombang radio untuk menghasilkan imej yang

terperinci organ-organ dan tisu di dalam badan

pesakit. Kebanyakan mesin MRI besar dan

magnet berbentuk tiub. Apabila pesakit berada di

dalam mesin MRI, medan magnet menjajarkan

atom hidrogen dalam badannya sementara waktu.

Gelombang radio menyebabkan atom-atom ini

sejajar dengan menghasilkan isyarat sangat

lemah, yang digunakan untuk mendapatkan imej

keratan rentas MRI - seperti lapisan-lapisan dalam

sebuku roti. 20

Aplikasi superkonduktor

http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/maglev-train.htm

MAGLEV

Maglev (magnetic levitation) adalah satu kaedah pengangkutan

yang menggunakan pengapungan magnet untuk menggerakkan

kenderaan tanpa menyentuh tanah. Dengan maglev, kenderaan

bergerak di sepanjang laluan berpandu menggunakan magnet

untuk menghasilkan kedua-dua pengapungan dan tujahan, sekali

gus mengurangkan geseran dan menghasilkan kelajuan yang lebih

tinggi. Keretapi Maglev Shanghai, juga dikenali sebagai Transrapid,

adalah kereta api komersial terpantas yang beroperasi pada masa

ini dan mempunyai kelajuan setinggi 430 km / j.

Menyelesaikan masalah yang melibatkan beza keupayaan, arus dan rintangan.

Arus sebanyak 0.5 A mengalir melalui dawai berintangan apabila beza keupayaan 12 V dikenakan

antara hujung-hujung dawai tersebut.

(a) Apakah rintangan dawai?

(b) Apakah arus yang mengalir melalui dawai jika beza keupayaan ditingkatkan kepada 15 V?

21

Latihan 7.2

• Dua atau lebih perintang disambungkan

pada satu hujung, satu demi satu untuk

membentuk satu laluan untuk aliran

arus.

• The mentol berkongsi beza keupayaan

dari bateri, jadi nyalaan setiap mentol

adalah malap.

• Kecerahan setiap mentol adalah sama

disebabkan aliran arus yang sama

melalui setiap mentol.

• Jika satu mentol dikeluarkan, yang lain

tidak bernyala kerana litar terputus.

• Semua komponen disambungkan dengan

hujung-hujung yang sepadan bersama-

sama untuk membentuk laluan yang

berasingan dan selari untuk aliran arus.

• Setiap mentol mendapat beza keupayaan

penuh daripada bateri kerana setiap

satunya disambungkan terus kepada

bateri. Jadi setiap mentol bernyala dengan

terang.

• Kecerahan setiap mentol dalam litar selari

adalah lebih cerah daripada yang di litar

siri dengan bilangan mentol yang sama.

• Jika satu mentol dikeluarkan, yang lain

terus bernyala kerana laluan arus untuk

mentol lain tidak terputus.

22

7.3 Litar Sesiri dan Selari

Jenis Litar Litar Sesiri Litar Selari

Rajah

Arus

Beza Keupayaan

Rintangan

Kecerahaan

mentol

Perbandingan Litar Sesiri dan Selari

23

Menyelesaikan masalah yang melibatkan arus, beza keupayaan dan rintangan dalam litar

siri, litar selari dan gabungannya.

1. Hitung rintangan berkesan bagi susunan perintang-perintang berikut.

a)

b)

24

20 Ω 10 Ω 5 Ω

8 Ω

8 Ω

8 Ω

Latihan 7.3

c)

d)

25

8 Ω

8 Ω

4 Ω

10 Ω8 Ω

8 Ω

20 Ω

8 Ω

4 Ω

2. Tiga perintang R1, R2 dan R3 disambungkan secara sesiri pada sebuah bateri 6V.

Hitung

(a) rintangan berkesan,R dalam litar,

(b) arus, I dalam litar,

(c) beza keupayaan merentasi kesemua

perintang, V1, V2 dan V3.

26

2 Ω 4 Ω 6 Ω

A

V1

6 V

I

V2 V3

R1 R2 R3

3. Tiga perintang R1, R2 dan R3 disambungkan secara selari dengan sebuah bateri.

27

2 Ω

4 Ω

6 Ω

A

6 V

I

R1

R2

R3

I1

I2

I3

Hitung

(a) beza keupayaan merentasi setiap perintang

(b) rintangan berkesan, R dalam litar,

(c) arus, I dalam litar

(d) arus, I1, I2 dan I3 mengalir melalui setiap

perintang

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

• Unit d.g.e ialah Volt, V = J C-1

• Nilai voltan yang dilabelkan pada sel kering

menunjukkan nilai daya gerak elektrik, d.g.e yang

dibekalkan oleh sel kering.

• Label 1.5 V sebuah sel kering menunjukkan nilai

daya gerak elektrik, d.g.e sel kering tersebut 1.5 V.

• Satu sel kering mempunyai d.g.e 1.5 V jika tenaga

elektrik 1.5 J dibekalkan untuk menggerakkan 1 C

cas di dalam litar.

Apakah maksud label 1.5 V pada bateri?

Perbandingan Litar Terbuka dan Litar Tertutup

28

7.4 Daya Gerak Elektrik dan Rintangan Dalam

• Arus _________mengalir dalam litar.

• Bacaan voltmeter ialah _________

• Bacaan voltmeter = d.g.e bateri

• d.g.e bateri = _______

• Arus mengalir dalam litar.

• Bacaan voltmeter ialah __________

• Bacaan voltmeter berkurang sedikit

• Bacaan voltmeter = beza keupayaan

merentasi lampu

• Beza keupayaan merentasi lampu = ______

29

.Seorang yang kreatif didorong oleh keinginan

untuk berjaya, bukan oleh keinginan untuk

mengalahkan orang lain.

“”~ Ayn Rand

Litar terbuka Litar tertutup

V V

1.5 V 1.2 V

Bateri Bateri

Kedudukan suis Keadaan mentolBacaan

Ammeter, A

Bacaan

Voltmeter, V

Terbuka

Tertutup

Pemerhatian

30

Mengenalpasti antara d.g.e. dan beza keupayaan

Prosedur

1. Suis S biarkan

dalam kedudukan

yang terbuka.

Perubahan yang

berlaku pada

mentol diperhatikan.

Bacaan ammeter

dan voltmeter

direkodkan.

2. Suis S ditutup dan

perubahaan yang

berlaku pada

mentol diperhatikan.

Bacaan ammeter

dan voltmeter

direkodkan.

V

A

Gambarajah

litar

Litar elektrik

S

Perbincangan

Mengapa bacaan ammeter

adalah sifar apabila suis S

dibuka dan mempunyai

bacaan yang apabila suis S

ditutup?

Bacaan ammeter apabila suis S dibuka adalah sifar kerana ______

__________cas dalam litar terbuka. Arus dalam litar adalah _____.

Apabila suis S ditutup, terdapat bacaan ammeter disebabkan oleh

aliran cas dalam tertutup menghasilkan arus dalam litar.

Bandingkan perbezaan dalam

kedua-dua bacaan voltmeter

diukur.

Bacaan voltmeter apabila suis S dibuka adalah ________ tinggi

daripada bacaan voltmeter apabila suis S ditutup.

Apakah penurunan beza

keupayaan?

=

=

Mengapa terdapat penurunan

beza keupayaan?

1. Penurunan beza keupayaan merentasi sel adalah disebabkan

oleh _______________________sel.

2. d.g.e = 1.5 V bermaksud sel membekalkan 1.5 J tenaga

elektrik kepada setiap coulomb cas yang melaluinya.

3. ______ yang mengalir melalui litar juga mengalir melalui bateri.

4. Sebahagian daripada tenaga per cas yang bateri bekalkan

akan digunakan untuk mengatasi _______________________

bateri dan menukarkan kepada tenaga ____________.

5. Oleh itu, tenaga dilesapkan dalam perintang atau mentol

adalah ___________ daripada e.m.f. (1.5J per coulomb).

Penurunan b.k. = d.g.e. − beza keupayaan (mentol)

31

Daya gerak

elektrik, E

32

Beza

keupayaan, V

Diukur dalam

______ atau

________.

d.g.e. (E) dan beza keupayaan (V)

Rintangan dalam, r

• Rintangan dalam, r suatu sel kering ialah ____________ terhadap pengaliran cas oleh

elektrolit dan elektrod di dalam sel kering itu.

• Kerja perlu dilakukan oleh cas bagi menentang rintangan dalam yang wujud dalam sel kering.

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

bergerak melaluinya ke litar elektrik yang disambungkan dengan suatu beban rintangan atau

mentol.

Persamaan yang berkaitan, E, V, I, dan r

Daya gerak elektrik = E

Beza keupayaan litar luar = V

Penurunan beza keupayaan di dalam sel = Ir

Ir = E – V

Penurunan b.k. = d.g.e. − b.k. merentasi perintang

V = IR

33I/A

V/ V

0

R

Er

I

Sel kering

1. Sel kering dengan d.g.e. 2 V dan rintangan dalam 1 Ω

disambungkan kepada perintang 4 Ω. Tentukan

a) bacaan pada voltmeter

b) arus merentasi perintang 4 Ω

34

Latihan 7.4

V

R

r

2. Mentol M disambungkan kepada bateri melalui suis.

Sebuah voltmeter juga disambungkan merentasi bateri.

Apabila suis dibuka, bacaan voltmeter ialah 6.0 V. Apabila

suis ditutup, bacaan voltmeter menjadi 4.8 V.

a) Apakah e.m.f. yang bateri?

b) Jika rintangan mentol M adalah 8 Ω, apakah arus

yang mengalir melalui M apabila suis ditutup?

c) Cari nilai rintangan dalam, r, bateri.

35

V

Bulb, M

r

Switch

3. Apabila suis S dibuka, bacaan voltmeter ialah 1.5 V.

Apabila suis ditutup, bacaan voltmeter menjadi 1.35 V

dan bacaan ammeter menjadi 0.3 A. Hitung

a) d.g.e.

b) rintangan dalam

c) rintangan perintang, R

4. Rajah menunjukan graf V melawan I bagi sebuah

sel kering. Tentukan:

a) d.g.e. sel kering

b) rintangan dalam sel kering

I/A

V/ V

0

1.5

0.9

0.6

36

V

A

R

S

Perbandingan antara jumlah d.g.e. dan jumlah rintangan dalam bagi sambungan sel kering

secara sesiri dan selari.

Jumlah d.g.e. =

Jumlah r =

Jumlah d.g.e. =

Jumlah r =

37

1.5 V 1.5 V

0.5 Ω 0.5 Ω

1.5 V 0.5 Ω

1.5 V 0.5 Ω

Sambungan Sesiri Sambungan Selari

Setiap sel mempunyai E = 1.5 V dan r = 0.5 Ω.

Tenaga Elektrik

• Tenaga elektrik ditakrifkan sebagai keupayaan arus elektrik untuk melakukan kerja.

• Tenaga elektrik dibekalkan oleh sumber tenaga elektrik seperti sel atau bateri apabila arus

mengalir dalam litar tertutup.

• Tenaga elektrik boleh bertukar kepada bentuk tenaga yang lain seperti haba, cahaya,

mekanikal apabila arus mengalir melalui perkakas elektrik .

Hubungan antara tenaga elektrik, voltan, arus dan masa.

• Beza keupayaan, V merentasi dua titik

ditakrifkan sebagai tenaga, E dilesapkan

atau dipindahkan oleh 1 C cas, Q yang

bergerak melalui dua titik tersebut.

• Arus adalah kadar pengaliran cas.

• Daripada Hukum Ohm,

IRV

R

VI

ItQ

• Unit tenaga elektrik adalah Joule, J

VItE

38

7.5 Tenaga dan Kuasa Elektrik

Kuasa Elektrik

• Kuasa adalah kadar tenaga elektrik dilesapkan atau dipindahkan.

Untuk perintang dan lampu, gabungkan P = VI

dengan V = IR atau I = V / R

TenagaKuasa

Masa unit = J s-1

= Watt (W)

Kadar kuasa

Satu cerek elektrik dilabelkan 240 V,

1500W bermaksud

Rumus penggunaan tenaga elektrik

Rumus tenaga elektrik yang digunakan oleh sesuatu alat elektrik :

Tenaga elektrik yang digunakan = kadar kuasa × masa

IRV

R

VI

39

Perbandingan kadar kuasa dan penggunaan tenaga pelbagai peralatan elektrik

• Semakin tinggi kadar kuasa suatu dalam perkakas elektrik, semakin tinggi tenaga yang

digunakan setiap saat.

• Semakin lama masa penggunaan, semakin tinggi tenaga elektrik yang digunakan.

PeralatanKadar kuasa /

WMasa/ Jam Penggunaan tenaga / kWh

Kipas 50 1

Televisyen 100 1

Komputer 200 1

Penyaman udara 1000 1

Mesin basuh 1 800 ½

Cerek air elektrik 3600 ½

Total

Compare power rating and energy consumption of various electrical appliances

Apakah kWj?

• 1 kilowatt-jam mewakili jumlah tenaga yang digunakan dalam 1 jam oleh perkakas elektrik

dengan kadar kuasa 1 kilowatt.

• 1 kWj = 1 unit penggunaan tenaga elektrik

• E = Pt

• 1 kWj = 1 kW x 1 j = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 106 J

40

• Kecekapan alat elektrik ditakrifkan sebagai peratusan kuasa output kepada kuasa inputnya.

Kecekapan = Tenaga output x 100%

Tenaga input

Kecekapan = Kuasa output x 100%

Kuasa input

• Kecekapan sesuatu alat elektrik sentiasa kurang daripada 100% disebabkan sebahagian

tenaga hilang dalam bentuk haba dan tenaga bunyi.

How to calculate the cost of electrical energy ?

• Kos = bilangan unit × harga satu unit elektrik

Jika kos 1 unit tenaga elektrik ialah 21.8 sen, kirakan kos penggunaan elektrik bagi lima lampu

pendarfluor 36 W yang menyala selama lima jam sehari sepanjang bulan Januari.

.

E = Pt

=

=

Cost =

=

Membandingkan pelbagai peralatan elektrik dari segi penggunaan tenaga yang cekap

41

Menyelesaikan masalah yang melibatkan tenaga elektrik dan kuasa

a) Cerek elektrik disambungkan kepada bekalan kuasa 240 V. Jika rintangan pemanas ialah 40 Ω,

hitungkan

a) arus yang mengalir melalui elemen pemanas

b) kuantiti haba yang dihasilkan dalam masa 10 minit

42

Latihan 7.5

2. Sebuah pemanas rendam mempunyai kadar kuasa 240V, 750 W.

a) Apa yang dimaksudkan dengan kadar kuasa?

b) Apakah rintangan pemanas rendam?

c) Apakah tenaga elektrik yang digunakan dalam masa 15 minit?

3. Sebuah perkakas dengan kuasa 2 kW digunakan selama 10 minit, tiga kali sehari. Jika kos

seunit elektrik adalah 25 sen, apakah kos penggunaan perkakas tersebut pada bulan April?

43

Cara-cara untuk meningkatkan kecekapan tenaga

• Kecekapan tenaga merujuk kepada mendapat output tenaga yang berguna pada tahap yang

lebih tinggi dengan menggunakan input kecil. Ini boleh dicapai dengan menggunakan perkakas

yang cekap.

• Dengan meningkatkan kecekapan tenaga, bukan sahaja kita mengurangkan kos kami tetapi

juga kita membantu industri dalam pemuliharaan tenaga.

Beberapa cara untuk meningkatkan kecekapan tenaga termasuk:1. Menggunakan lebih banyak lampu penjimat tenaga.

Gantikan mentol lampu biasa (filamen) dengan mentol lampu kalimantang padat.

2. Penggunaan peralatan elektrik yang betul.

Menggunakan mesin basuh hanya apabila muat sepenuhnya & seterika pakaian

hanya apabila mempunyai sekurang-kurangnya beberapa helai untuk seterika.

3. Hadkan penggunaan penghawa dingin dan lampu secara berlebihan dengan

memadamkannya apabila meninggalkan bilik, sekali gus mengurangkan kehilangan

tenaga.

4. Pembersihan kerap penapis udara dalam unit penghawa dingin dan pengering

pakaian.

5. Nyahbeku peti sejuk dengan kerap, periksa seal pintu peti sejuk dan vakum gril di

belakang peti sejuk.

6. Meningkatkan pengudaraan dan aliran udara.

44

Kurang

cekapCekap

Apakah fius?• Fius adalah sekeping dawai pendek yang nipis yang menjadi

dan jika arus melebihi nilai tertentu

mengalir melaluinya.

• Jika litar pintas terbentuk dalam perkakas, yang arus yang terlalu

tinggi akan mengalir, fius akan lebur dan menghalang wayar terlalu

panas yang boleh menyebabkan kebakaran.

• Jika perkakas elektrik dengan kadar 960 W dan 240 V, arus yang

mengalir melaluinya dalam penggunaan biasa ialah 4.0 A. Fius yang

sesuai digunakan untuk perkakas elektrik tersebut mesti tinggi

sedikit daripada arus normal mengalir melaluinya (cth: fius 5 A).

Palam Tiga Pin • Wayar hidup, L (coklat). Arus mengalir

melalui litar

• Wayar neutral, N (biru). Ia adalah beza

keupayaan sifar.

• Wayar bumi, E (hijau). Wayar

keselamatan yang menghubungkan

badan logam perkakas ke bumi. Jika

wayar hidup menyentuh badan logam

perkakas, arus yang besar akan segera

mengalir ke bumi dan meleburkan .

Ini akan menghalang seseorang

daripada terkena

45

1 Seorang pelajar menjalankan satu eksperimen untuk mengkaji hubungan antara panjang konduktor, ℓ,

dengan rintangan, R. Litar disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.1.

Kertas 2 Bahagian B

Latihan Tambahan

Rajah 1.1

Dawai

Konstantan

Ammeter

Voltmeter

Bekalan kuasa a.t.

Reostat

46

Rajah 1.5

ℓ = 70.0 cm

Rajah 1.6

ℓ = 80.0 cm

Panjang dawai konstantan antara P dan Q diselaraskan supaya panjangnya, ℓ = 40.0 cm. suis

dihidupkan dan reostat dilaraskan sehingga arus, I, yang mengalir dalam litar adalah 0.2 A. Beza

keupayaan, V, merentasi dawai direkodkan.

Prosedur diulangi dengan mengubah nilai-nilai ℓ menjadi 50.0 cm, 60.0 cm, 70.0 cm dan 80.0 cm.

Bagi setiap panjang dawai digunakan, reostat dilaraskan supaya arus adalah dimalarkan pada

0.2 A. Bacaan voltmeter yang sepadan ditunjukkan dalam Rajah 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 dan 1.6.

Rajah 1.2

ℓ = 40.0 cm

Rajah 1.4

ℓ = 60.0 cm

Rajah 1.3

ℓ = 50.0 cm

47

V V V

V V

(a) Berdasarkan matlamat dan prosedur eksperimen nyatakan:

(i) Pembolehubah dimanipulasi [1 markah]

(ii) Pembolehubah bergerak balas [1 markah]

(iii) Pembolehubah malar [1 markah]

(b) Catatkan bacaan voltmeter dalam Rajah 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 dan 1.6 bagi panjang dawai, ℓ yang berbeza. Dalam

setiap kes, mengira rintangan, R wayar di mana:

Jadualkan keputusan anda bagi ℓ, V, I dan R dalam ruang di bawah. [6 markah]

(c) Pada kertas graf, plotkan graf R melawan ℓ. [5 markah]

(d) Berdasarkan graf anda, nyatakan hubungan antara R dan ℓ. [1 markah]

(e) Nyatakan satu langkah berjaga-jaga yang perlu diambil untuk mendapatkan bacaan

voltmeter yang tepat. [1 markah]

I

VR

48

49