RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 104

Reka Bentuk dan Teknologi

Kod Kursus : RBT 3118

Asas Elektrik dan Elektronik

Topik 5

Asas Elektrik dan Elektronik

Struktur Atom

Pengalir dan Penebat

Kuantiti dan unit elektrik

Hukum Ohm

Litar Siri, Selari dan Siri-Selari

Pembahagi Voltan

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 105

Reka Bentuk dan Teknologi (RBT 3118) 3 ( 2 + 1 )

Bab 5 : Asas Elektrik dan Elektronik.

5.1. Struktur Atom

Struktur Asas Atom

PN

Proton (+)

neutron

Elektron

Orbit

Nukleus

_

Rajah 1

5.1.1. Ciri-Ciri Orbit

Berlapis-lapis

Orbit valensi ialah orbit yang terletak paling luar sekali.

Elektron valensi - Elektron pada orbit valensi.

5.1.2. Atom terdiri daripada:

• Nukleus • Elektron • Lapisan-lapisan orbit

5.1.3. Nukleus terdiri daripada:

• Proton • Neutron

5.1.4. Kedudukan: • Proton – tetap • Neutron – tetap • Elektron – Sentiasa bergerak

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 106

5.1.5. Cas: • Proton – positif • Neutron – Tidak bercas • Elektron – Negatif

5.1.6. Ciri-Ciri Elektron

Mengelilingi nukleus dlm orbitnya kesan daya tarikan antara proton & elektron

Elektron paling hampir dengan nukleus – paling kuat terikat

Elektron valensi akan menjadi elektron bebas jika dikenakan tenaga luar

Contoh tenaga luar: aruhan magnet, tindakan haba, kimia, cahaya, tekanan & elektrik

Bilangan elektron valensi menentukan ciri elektrik bagi atom

Atom Kuprum

__

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

___

_

_

_

___

_

_

_

_

+29

Rajah 2

Bil. Elektron Velensi Ciri elektrik Contoh unsur

1, 2 atau 3 Pengalir Kuprum, emas, aluminium, besi, air

garam.

4 Bahan separuh pengalir

(Semikonduktor)

Karbon, silikon, germanium

5, 6 atau 7 Penebat Kaca, plastik, seramik, batu-batan, kayu , air

tulen dll.

Jadual 1

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 107

5.2. Pengalir dan Penebat Pengalir

1. Bahan yg membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya 2. Aliran arus akan dihalang oleh elektron dan atom-atom dalam pengalir

(Rintangan) 3. Pengalir baik – Rintangan rendah 4. Contoh pengalir baik:

Kuprum, aluminium, emas besi, plumbum

EMAS PLUMBUM

ALUMINIUM KUPRUM

Rajah 3

Penebat

1. Tidak membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya 2. Penebat yang baik, rintangan tinggi 3. Digunakan sebagai bahan utk menghindarkan kebocoran arus elektrik 4. Contoh penebat: Plastik, kertas, getah, PVC, kain

GETAH

KERTAS

PVC

KAYU

Rajah 4

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 108

5.3. Kuantiti dan unit elektrik Cas Elektrik (Q)

• CAS ELEKTRIK ialah sifat yang dipunyai oleh proton dan elektron. • Proton bercas positif dan elektron bercas negatif. • Objek dikatakan BERCAS POSITIF (> bil proton), • Objek dikatakan BERCAS NEGATIF (> bil elektron) • Objek yang mempunyai bilangan proton dan elektron yang sama dikatakan NEUTRAL

Arus Elektrik adalah kadar pengaliran cas melalui satu titik tertentu dalam masa tertentu. Unit bagi arus elektrik ialah ampere (A) iaitu kadar 1 C per saat. Satu Ampere ialah kadar pengaliran arus elektrik apabila satu coulomb cas elektrik melalui satu titik tertentu dalam satu saat. Coulomb ditentukan oleh kuantiti elektron, manakala ampere ditentukan oleh kadar pengaliran cas atau “coulomb per saat

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 109

I dalam ampere, Q dalam coulomb dan t dalam saat.

Voltan (V)

• Voltan ialah tenaga keupayaan (tekanan elektrik) yang menyebabkan arus mengalir dalam litar.

• Daya gerak elektrik dan beza upaya diukur dalam unit volt. • Voltan diukur dalam volt (V).

Rintangan (R)

• Rintangan ialah sifat menghadkan pengaliran arus di dalam pengalir atau jasad . • Pergerakan cas elektrik dalam sesuatu bahan pengalir mengalami perlanggaran dan

pergeseran di antara satu sama lain menyebabkan cas tersebut kehilangan tenaga. • Nilai rintangan bergantung kepada jenis bahan.

• Unit bagi rintangan ialah ohm ().

Arus terus dan arus ulang alik

Sumber dan kegunaan elektrik

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 110

5.4. Hukum Ohm dan Litar Elektrik

Hukum Ohm dan Kirchoff

Hukum Ohm Hukum ini diperkenalkan oleh George Simon Ohm. Beliau merupakan seorang ahli fizik Jerman. Dengan menggunakan hukum ohm kita boleh menentukan nilai arus, voltan, rintangan dan kuasa dalam sesuatu litar arus terus. ketika Ohm menerbitkan penemuannya pada tahun 1827, penemuannya itu diperkecilkan oleh rakan sekerjanya dan dia terpaksa mengundurkan diri dari pekerjaannya sebagai guru sekolah menengah. Namun, pada tahun 1833 ia dilantik sebagai profesor di Universiti Nurenberg. Beliau meninggal dunia pada usia 67 tahun. Beliau menuntut ilmu matematik di Universiti Erlangen dan mendapat ijazah kedoktoran pada tahun 1811. Dengan menggunakan peralatan hasil ciptaannya sendiri, Ohm berhasil menemukan hukum asas elektrik yang menjadi dasar bagi lahirnya teori-teori elektrik yang lain

• Rintangan di antara dua hujung satu bahan pengalir ialah 1 jika arus elektrik 1 A yang mengalir melaluinya menghasilkan beza upaya 1 V di antara hujung-hujung tersebut.Pertalian ini dinyatakan dalam Hukum Ohm.

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 111

Rajah 6

5.5. Litar Siri, Selari dan Siri-Selari.

5.5.1. LITAR SIRI

• Susunan komponen elektrik yang membolehkan arus elektrik mengalir dalam satu laluan sahaja.

• Jika ada bahagian terbuka/terputus, maka litar tidak dapat berfungsi.

• Nilai voltan dalam litar siri akan susut bagi setiap bebanan elektrik

• Jumlah susutan voltan pada setiap beban pada litar siri adalah sama dengan punca bekalan.

Rajah 7

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 112

5.5.2. Pembahagi Voltan

Litar sesiri boleh digunakan sebagai pembahagi voltan dalam litar elektronik.

Rajah 8

Merujuk kepada Rajah 8, VR1 boleh ditentukan melalui terbitan berikut:

V R1 = I X R 1 (I)

di mana I = VS / R J (II)

Gantikan persamaan (ii) ke dalam persamaan (i).

V R1 = V S / R J X R 1 (III)

J = R 1 + R 2 (IV)

Gantikan (iv) ke (iii) , maka

V R1 = ( R 1 / R1 + R2 ) x Vs

5.5.3 LITAR SELARI

• Litar selari membenarkan arus elektrik mengalir lebih daripada satu laluan.

• Nilai voltan pada setiap bebanan dalam litar selari adalah sama.

• Setiap laluan arus dalam litar selari bergantung kepada jumlah rintangan dalam litar.

• Nilai rintangan dalam litar selari akan berkurangan kerana terdapat lebih satu laluan arus. Semakin banyak laluan semakin kurang jumlah rintangannya.

• Litar selari ialah beberapa perintang disambungkan merentasi punca bekalan.

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 113

• Dalam sambungan litar selari, nilai voltan susut merentasi perintang adalah sama bagi setiap perintang. Oleh itu, jumlah arus dalam litar bersamaan:

Ij = I1 + I2 ......In

Contoh litar selari adalah seperti di Rajah 9

Rajah 9

Jadual 2

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 114

5.5.4. LITAR SIRI-SELARI

• Litar siri-selari adalah litar yang mengandungi penyambungan

a) litar siri

b) litar selari

• Ia mengandungi sekurang-kurangnya satu komponen yang disambung secara siri dan dua komponen dalam litar selari.

Rajah 10

Rajah 11

i. Nyatakan 3 faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan.

i. ________________________________________________________

ii. ________________________________________________________

iii. _______________________________________________________

RBT3118 Rekabentuk dan Teknologi Topik 5 115

a)

Rajah menunjukkan sebuah litar selari. Kirakan RJ, IJ, I1 dan I2 yang melalui litar.