nota sains kejeruteraan (fizik)

KERT

AS PE

NERA

NGAN

TERHAD

TERHAD

SAINS KEJURUTERAAN 1 ( ELEKTRIKAL / ELEKRONIK / MEKANIKAL /

BUKAN LOGAM / SIVIL )

Cetakan Kedua Mac 2011

Institusi Latihan Jabatan Tenaga Manusia

http ://www.jtm.gov.my/kurikulum

Hak Cipta Terpelihara. Dokumen ini diklasifikasikan sebagai TERHAD. Tidak dibenarkan

mengeluar mana-mana bahagian dalam kandungan Bahan Pembelajaran Bertulis (WIM)

dalam apa jua bentuk tanpa keizinan daripada Jabatan Tenaga Manusia (JTM).

Bahan Pembelajaran SEMESTER SATU ini dibangunkan bagi kursus sepenuh masa di

Institusi Latihan Jabatan Tenaga Manusia (ILJTM) oleh Ahli Jawatankuasa

Pembangunan WIM dan disemak serta diluluskan oleh Jawatankuasa Pemandu

Kurikulum untuk tujuan gunapakai bagi semua ILJTM yang terlibat.

Kod Pengesahan WIM : WIM/SK1021/12011/S01/P1

Kod Pengesahan Silibus : SFB/SK 1021/12009/PI

Tarikh Pengesahan WIM : 11 Mac 2011

KANDUNGAN SENARAI AHLI JAWATANKUASA PEMBANGUNAN WIM ................................................ i SENARAI SINGKATAN ...................................................................................................... i KERTAS PENERANGAN MODUL 1 .................................................................................1

SK 1021 SAINS KEJURUTERAAN 1 ............................................................................1 GROUP CLUSTERING MODULE 1 ..............................................................................3

LE1 ASAS FIZIK 3 LE2 STATIK 17

LE3 ASAS ELEKTRIK 39

i

SENARAI AHLI JAWATANKUASA PEMBANGUNAN WIM

KLUSTER SUBJEK UMUM - SAINS KEJURUTERAAN 1 (SEMUA BIDANG)

Ahli Jawatankuasa :

1. Ainin Nisak binti Ahmad Asnawi (Pengerusi Kluster Subjek Umum)

ADTEC Shah Alam

2. Mohamad Hisam bin Mohd Adam (Penolong Pengerusi Kluster Subjek Umum)

ADTEC Kulim

3. Azmi Bin Mohamad (Ketua Penyalaras)

ILP Bukit Katil

4. Normahazan Bin Mohamed ILP Pedas

Urusetia :

1. Pn. Norpisah binti Jumin BKT, Ibu Pejabat

2. En. Norhasni bin Dakie BKT, Ibu Pejabat

3. Cik Norida binti Othman BKT, Ibu Pejabat

4. En Ismail bin Taha BKT, Ibu Pejabat

5. Cik Sazurani binti Abdul Zabil BKT, Ibu Pejabat

Tarikh dibangunkan : 6 – 9 Julai 2010 Tempat : ADTEC Taiping, Perak

ii

SENARAI SINGKATAN

IS INFORMATION SHEET

WS WORK SHEET

AS ASSIGNMENT SHEET

KOD KURSUS

SEMESTER

NO. MODUL

NO. LE

JENIS WIM

SK 1 01 LE1 IS

KERTAS PENERANGAN

MODUL 1 SK1021 SAINS KEJURUTERAAN 1

MUKASURAT 2

GROUP CLUSTERING MODULE 1

SK1021- LE1 ASAS FIZIK

1.1 Pengenalan fizik

1.2 Kuantiti fizik

1.3 (Unit SI) sistem unit antarabangsa

1.4 Unit dan simbol SI

1.5 Pertukaran unit

1.6 Pengukuran

SK1021- LE2 STATIK

2.1 Statik zarah

2.2 Paduan daya bagi statik zarah

SK1021- LE3 ASAS ELEKTRIK

3.1 Prinsip elektrik

3.2 Litar asas

SK 1021-LE1-IS (semua bidang) PINDAAN : 1 MUKASURAT 3

INSTITUSI LATIHAN JABATAN TENAGA MANUSIA

KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA MALAYSIA

KERTAS PENERANGAN NAMA KLUSTER SUBJEK UMUM - SAINS KEJURUTERAAN 1

KOD DAN NAMA MODUL SK1021 SAINS KEJURUTERAAN 1

PENGALAMAN PEMBELAJARAN

LE1 ASAS FIZIK

NO. TUGASAN BERKAITAN

1.0 PENGENALAN FIZIK

OBJEKTIF PRESTASI AKHIRAN (TPO)

FAHAM ASAS-ASAS FIZIK, KEJURUTERAAN STATIK DAN ELEKTRIK DENGAN MENGGUNAKAN SAINS KEJURUTERAAN SUPAYA:-

1. KUANTITI ASAS, UNIT SI DAN DIMENSI DIIKUTI.

OBJEKTIF MEMBOLEH (EO)

DIAKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- MENGETAHUI KONSEP DAN PRINSIP KUANTITI ASAS, UNIT SI DAN DIMENSI DIIKUTI.


1.0 ASAS FIZIK

1.1 Pengenalan fizik

Fizik ialah cabang sains yang mengkaji kejadian-kejadian dan fenomena-fenomena di

alam sekeliling. Untuk memudahkan kajian, ilmu fizik telah dikategorikan kepada

beberapa bidang seperti ;

a. Ukuran Kajian alat-alat Pengukuran

b. Mekanik Kajian gerakan

c. Gelombang Kajian bunyi, penghantaran

maklumat dan telekomunikasi

d. Optik Kajian cahaya

e. Nuklear Kajian tindak balas dalam

nukleas atom

f. Elektrik

&

Elektromagnetan

Kajian penggunaan elektrik

dan magnet

g. Elektronik Kajian cip-cip elektronik dan

sistem komputer

Bidang fizik telah banyak menyumbang ke arah kemajuan dan mengubah dunia

kita.Antara teknologi fizik telah diaplikasikan termasuk pengangkutan, sistem

komunikasi, internet, industri perubatan, pertanian, penerokaan angkasa lepas dan

sebagainya. Daripada hukum fizik yang diterbitkan ahli fizik, pelbagai alat dapat dicipta

seperti termometer gas, motor, telefon, laser dan banyak lagi. Melalui kajian fizik juga

pelbagai kerjaya yang berorentasikan sains dan teknologi telah terbuka luas seperti

bidang kejuruteraan, penyelidikan, pendidikan, perindustrian, perubatan dan

sebagainya.

1.2 Kuantiti fizik

Kuantiti fizik ialah kuantiti yang boleh diukur. Contohnya laju, panjang, jisim,

momentum, suhu, arus elektrik dan sebagainya.Kuantiti Bukan Fizik ialah sesuatu

yang tidak boleh diukur. Contoh kecantikan, kesetiaan, perasaan dan sebagainya.

Setiap kuantiti fizik mesti terdiri daripada Nilai Berangka (Magnitud) dan Unit. Kuantiti

fizik terbahagi pula kepada 2 iaitu Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan.


1.2.1 Kuantiti asas

Fizik melibatkan pemerhatian yang teliti, termasuk pengukuran tepat.Kuantiti yang

boleh diukur dikenali sebagai kuantiti fizik.Kuantiti asas ialah kuantiti fizik bukan

gabungan seprti dalam jadual 1-1.

BIL KUANTITI ASAS

SIMBOL UNIT ASAS

UNIT ASAS (Unit S.I)

SIMBOL UNIT SI

1 Panjang l Meter m

2 Jisim m Kilogram kg

3 Masa t Saat s

4 Suhu T Kelvin K

5 Arus Elektrik I Ampere A

Jadual 1-1

1.2.2 Kuantiti terbitan

Kuantiti terbitan ialah yang bukan kuantiti asas seperti jadual 1-2. Suatu kuantiti

terbitan boleh diungkap dalam sebutan kuantiti-kuantiti asas contoh laju ialah kuantiti

terbitan. Ungkapan yang menghubungkan laju kepada kuantiti asas panjang dan masa.

BIL KUANTITI TERBITAN

RUMUS

SIMBOL UNIT

UNIT (Nama Khas)

UNIT-UNIT ASAS

1. Daya Jisim x pecutan N Newton Kg m s-2

2. Tenaga Daya x Sesaran J Joule Kg m2 s-2

3. Cas Elektrik Arus x Masa C Coulomb A s

4. Kuasa Kerja / Masa W Watt Kg m2 s-3

5. Halaju (v) Jarak / masa - - m s-1

6. Momentum Jisim x Halaju - - Kg m s-1

Jadual 1-2


Perbezaan Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan

Kuantiti Asas Kuantiti Terbitan

Tidak boleh ditakrif oleh kuantiti asas yang

lain

Diungkapkan daripada kuantiti2 asas secara

pendaraban/pembahagian/kedua-duanya

Unit kuantiti asas dinamai unit asas Unit kuantiti terbitan dinamai unit terbitan

Unit hanya terdiri daripada unit2 asas

sahaja

Unit bukan sahaja terdiri daripada unit asas

tetapi unit2 yang kompleks dengan nama

khas

Jadual1-3: perbezaaan kuantiti asas dan terbitan

1.3 (Unit SI) sistem unit antarabangsa Penyelarasan unit antarabangsa bermakna bahawa satu sistem unit oleh semua

negara untuk kegunaan sains, perdagangan, dan komunikasi. Pada tahun 1960 dalam

persidangan Berat dan Ukuran Antarabangsa di Paris, negara-negara yang menghadiri

persidangan itu telah mempersetujui bahawa System antarabangsa, SI digunakan

sebagai unit antarabangsa seumpamanya N,J,Pa,W, dan lain-lain. Kelebihan-kelebihan

ialah:

i. Untuk memudahkan urusan perdagangan dan perindustrian import-eksport di antara

negara

ii. Membolehkan pertukaran dan pemindahan teknologi. Contoh teknologi dalam

industri berat di Jepun dan Jerman boleh digunakan di Malaysia

iii. Membolehkan pertukaran data dan maklumat sains antara badan-badan penyelidik.

Contoh pertukaran formula atau ramuan sesuatu jenis ubat yang komposisi

kandunganya dalam unit tertentu. Kerja atau penyiasatan saintifik seseorang ahli

sains dapat dikongsi oleh ahli-ahli sains yang lain.

iv. Memudahkan komunikasi antarabangsa seperti ketinggian kapal terbang di langit,

pergerakan ombak dan angin, telekomunikasi telefon bimbit dan gelombang radio.


1.4 Unit dan simbol SI

1.4.1 Bentuk piawai

Nilai berangka sangat besar ditulis dalam bentuk piawai A X 10n dimana 1 A 10 dan

n ialah intiger positif atau negatif. Penggunaan bentuk piawai adalah untuk mewakili

data supaya kelihatan kemas, ringkas dan mudah dibuat perbandingan. Magnitud

kuantiti fizik biasanya dibundarkan kepada 3 atau 4 angka bererti. Contoh tinggi gunung

= 8,848 m dalam bentuk piawai 8.848 X 103 m. (A=8.848, n=3)

1.4.2 Imbuhan

Imbuhan digunakan untuk mewakili kuantiti fizik sangat besar atau sangat kecil. Jadual

1-4 menunjukkan senarai imbuhan dan faktor pendaraban masing-masing. Contoh

1,000 m boleh dinyatakan sebagai 1 km. 1 cm dapat dinyatakan sebagai 0.01 m atau

dalam bentuk piawai 1 X 10-2 m.

Jadual 1-

Jadual 1-4: imbuhan dan faktor pendaraban

Imbuhan Simbol Nilai Bentuk Piawai Contoh

Tera T 1 000 000 000 000 1012 1 Tm = 1 x 1012m

Giga G 1 000 000 000 109 2.2 GW = 2.2 x 109W

Mega M 1 000 000 106 1.6 MJ = 1.6 x 106J

Kilo K 1 000 103 5 kg = 5 x 103g

Hekto h 100 102 4 hg = 4 x 102g

Deka da 10 101 3 dag = 3 x 10g

Desi D 0.1 10-1 2 dm = 2 x 10-1m

Senti C 0.01 10-2 100cm = 1 x 10-2m

Mili m 0.001 10-3 3.2 mg = 3.2 x 10-3g

Mikro µ 0.000 001 10-6 7 µm = 7 x 10-6m

Nano n 0.000 000 001 10-9 8 nm = 8 x 10-9m

Piko p 0.000 000 000 001 10-12 2 pm = 2 x 10-12m


1.5 Pertukaran unit Apabila imbuhan ditukar kepada unit asas, faktor pendaraban setara digunakan.

Contoh 1 ;

Pertukaran imbuhan kepada unit asas, nyatakan jawapan dalam bentuk piawai

a). 0.07 cm tukar kepada unit (m)

b). 0.43 ns tukar kepada unit (s)

Penyelesaian ;

a). 0.07 cm = 7 X 10-2 cm b). 0.43 ns = 4.3 X 10-1 ns

= 7 X 10-2 X 10-2 m = 4.3 X 10-1 X 10-9 s

= 7 X 10-2 X 10-2 m = 4.3 X 10-10 s = 7 X 10-4 m

Contoh 2 ;

Pertukaran unit asas kepada imbuhan, nyatakan jawapan dalam bentuk piawai

(a) 4350 m dalam unit kilometer (km) dan

(b) 79 A dalam unit TA.

Imbuhan

x Faktor Pendaraban

Unit Asas


1.5 4350 m = 4350 ÷ 103 km

= 4350 X 10-3 km

= 4.35 km

1.6 79 A = 79 ÷ 1012 TA

= 7.9 X 10 X 10-12 TA

= 7.9 X 10-11 TA

Oleh itu Kesimpulan bagi pertukaran unit ;

X Faktor Pendaraban

Imbuhan Asas

÷ Faktor Pendaraban

1.6 Pengukuran Semua ukuran dalam sains merupakan anggaran nilai yang sebenar. Apabila

mengunakan satu alat pengukur untuk mendapatkan suatu anggaran yang munasabah,

beberapa bacaan diambil.

1.6.1 Pembaris Apabila pembaris meter digunakan, ralat paralaks dapat dielakan dengan menegakan

pembaris supaya skalanya bersentuhan dengan objek.Pembaris meter adalah lebih

peka daripada satu pita pengukur sebab nilai sengatan terkecil pembaris, 0.1 cm

adalah lebih kecil daripada ilai sengatan terkecil pita pengukur, 0.5 cm.Contoh

pembaris seperti rajah 1-1.

Imbuhan

÷ Faktor Pendaraban Unit Asas


Rajah 1-1: Pembaris

1.6.2 Tolok mikrometer

Mikrometer merupakan alat pengukur jitu, lazimnya digunakan dalam bengkel mesin

kerana ia dapat mengukur ukuran-ukuran yang paling kecil dengan tepat. Mikrometer

boleh didapati dalam unit metrik dan inci. Biasanya ukuran paling kecil yang boleh

dibaca oleh mikrometer ialah 1/100 milimeter (0.01 mm). Terdapat juga mikrometer

yang dilengkapi dengan skala vernier dan ia boleh memberikan bacaan yang lebih kecil

iaitu 1/1000 milimeter (0.001 mm). Mikrometer inci pula boleh membaca sehingga

1/1000 inci (0.001 inci) dan 1/10 000 inci (0.0001 inci) seperti di rajah 1-2

Rajah 1-2: Tolak mikrometer


1.6.3 Angkup Vernier

Angkup Vernier merupakan alat pengukur jitu dan boleh mengukur dengan tepat

sehingga kepada ukuran sama ada 0.05 mm atau 0.02 mm.Alat ini lazimnya digunakan

didalam bengkel mesin.Angkup Vernier mempunyai dua skala utama dan skala Vernier.

Rajah 1-3:Angkup Vernier

Badannya berbentuk seperti sebilah pembaris keluli yang mempunyai senggatan dalam

unit metrik atau inci.Senggatan ini dinamakan skala utama.Panjang badan ini

menentukan saiz angkup Vernier. Plat vernier mempunyai skala vernier dan boleh

digerak-gerakkan disepanjang badan. Rahang terdiri daripada rahang tetap dan rahang

gelangsar.Rahang tetap merupakan sebahagian daripada badan yang

bengkok,manakala rahang gelangsar merupakan sebahagian daripada plat vernier

yang boleh bergerak bersama-samanya iaitu selari dengan rahang tetap.Permukaan

diantara kedua-dua rahang ini merupakan muka ukuran bagi angkup vernier.Apabila

muka ukuran ini bersentuh,bacaannya ialah sifar dan angka sifar pada skala vernier

sejajar dengan angka sifar pada skala tetap.

1.6.4 Jam Randek

Jam randek dignkan untuk mengukur selang masa yang singkat. Terdapat beberapa

jenis jam randek, umpamanya jam randek meja, jam randek tangan jenis analog

dengan 30 saat dalam satu pusingan atau 60 saat dalam satu pusingan, dan jam

randek tangan jenis digital. Sebelum menggunakan setiap jenis jam randek, tekan


tombol atau tuas kembali ke sifar untuk memulangkan jarum atau bacaan jam sifar.Jam

randek seperti Rajah 1-4

Rajah 1-4:Jam randek

1.6.5 Termometer

Termometer merkuri yang biasanya digunakan dalam makmal sekolah. Ia mengunakan

prinsip pengembangan dan pengecutan merkuri dengan perubahan suhu. Skalanya

adalah daripada -10oC hingga 110oC.Kepekatan termometer ini adalah hingga

1oC.Suatu termometer dapat bertindak balas engan cepat jika dinding bebuli kaca

adalah nipis.Termometer seperti di Rajah 1-5

Rajah 1-5: Termometer


1.6.6 Alat penimang

Alat penimbang digunakan untuk menimbang bahan. Alat penimbang terdiri daripada

pelbagai jenis iaitu jenis dacing, scale dan digital. Alat penimbang yang sekarang

banyak digunakan adalah berbentuk digital. Penimbang secara manual jarang

digunakan kerana alat penimbang secara digital lebih tepat bacaannya. Sekarang

zaman sains dan teknologi mempunyai pelbagai jenis alat penimbang. Alat penimbang

yang digunakan adalah jenis digital. Di mana bacaan akan dipaparkan diskrin alat

penimbang tersebut. Ianya mudah, cepat dan tepat dari bacaanya seperti rajah 1-8.

Rajah 1-6: Penimbang digital

1.6.7 Multimeter

Meter digunakan sebagai alat ukur dan alat uji. Ia digunakan untuk menyukur sesuatu

kuantiti seperti arus, voltan dan rintangan pada satu-satu litar elektronik. Kuantiti-

kuantiti tersebut diukur dengan menggunakan tiga alat ukur yang berlainan seperti

meter volt, meter ampere dan meter ohm.Terdapat pelbagai jenis meter mengikut

kegunaannya :

i. Ohm Meter ( ) - menyukat kerintangan pada perintang

ii. Volt Meter (V) - menyukat kuantiti voltan bekalan

iii. Ampere Meter / Ammeter (A) - menyukat kuantiti arus yang mengalir

pada sesuatu litar


Rajah 1-8 Binaan Asas Meter Gegelung Bergerak


LATIHAN

1. Takrifkan Kuantiti Fizik dan Kuantiti Bukan Fizik.

2. Takrifkan Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan.

3. Nyatakan perbezaan diantara Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan.

4. Berikan simbol kuantiti [ ] Dimensi bagi 6 Kuantiti Asas.

5. Antara ukuran berikut, manakah yang paling panjang ?

(a) 6.91 X 107 mm (b) 6.91 X 1031 m (c) 6.91 X 1012 µm (d) 2.91 X 104 cm

6. Terbitkan unit-unit SI bagi kuantiti terbitan berikut berdasarkan rumus yang diberi

(a) Laju (b) Pecutan (c) Momentum (d) Daya

7. Tukarkan imbuhan berikut ;

(a) 7.52 ms = __________ ks (b) 13.4 Mg = ___________ mg

8. Nyatakan ukuran berikut dalam unit yang ditetapkan ;

i. 5.67 Gm = _________________ m

ii. 39.2 km = _________________ µm

iii. 7.91 ms = _________________ ns

iv. 14.64 Ms = ________________ ds

9. Tukarkan ukuran berikut dalam unit yang dinyatakan

i. 25 km2 = _________________ m2

ii. 440 mm3 = ________________ m3

iii. 37 g cm-3 = ________________ kg m-3

iv. 12 km minit-1= ______________ m s-1

10.Cari dimensi bagi kuantiti terbitan berikut.

a) Momentum

b) Cas

c) Tenaga


RUJUKAN:

1. Lim Ching Chai, Chia Song Choy, Poh Liong Yong; (Tahun 1999) ; FIZIK SPM SIRI

PELANGI FOKUS JINGGA; Pelangi Sdn. Bhd.

2. Lim Ching Chai, Lim Ching Chai, Toh Kim Kau;(Tahun 2004); FIZIK SPM MASTER

STUDI SASBADI; Sasbadi Sdn. Bhd.

3. Pang Kah Heong ; (Tahun 2005); FIZIK TINGKATAN 4 SIRI PRAKTIS KENDIRI;

Peorsan Malaysia Sdn. Bhd.




KERTAS PENERANGAN

NAMA KLUSTER SUBJEK UMUM - SAINS KEJURUTERAAN 1



LE2 STATIK


2.0 STATIK ZARAH & STATIK BADAN TEGAR DIAPLIKASIKAN.


FAHAM ASAS-ASAS FIZIK, KEJURUTERAAN STATIK DAN ELEKTRIK DENGAN MENGGUNAKAN SAINS KEJURUTERAAN SUPAYA:- 1. PRINSIP STATIK ZARAH & STATIK BADAN TEGAR

DIAPLIKASIKAN.


DIAKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- MENGETAHUI KONSEP DAN PRINSIP STATIK ZARAH & STATIK BADAN TEGAR DIAPLIKASIKAN.


2.1 STATIK ZARAH

2.1.1 Pengenalan Statik merupakan cabang sains fizikal yang menerangkan keadaan sesuatu jasad atau

sistem yang berada dalam keadaan keseimbangan atau pegun apabila dikenakan

daya-daya. Sebenarnya statik menyamai kes yang khusus bagi dinamik, iaitu apabila

pecutan sifar. Sesuatu jasad tidak akan mengalami anjakan atau putaran apabila daya-

daya yang bertindak padanya berada dalam keadaan keseimbangan. Ini bermakna

daya-daya luar yang dikenali sebagai daya tindakan, diimbangi daya tindak balas yang

diwujudkan pada sokongan jasad tersebut.

2.1.2 Konsep dan prinsip asas

i) Konsep Asas

a) Panjang ialah ukuran kedudukan satu titik dalam ruang sama ada dua atau tiga

dimensi untuk menerangkan saiz fizikal sistem berkenaan.

b) Masa ialah pengukuran terhadap kejadian-kejadian yang berlaku secara berturutan.

c) Jisim sesuatu badan dianggap sebagai milik kuantitatif bahan berkenaan yang

digunakan untuk mengukur rintangan bahan terhadap perubahan halaju.

d) Daya ialah tindakan satu badan (menolak atau menarik) ke atas badan lain.

e) Zarah ialah satu badan yang tersangat kecil apabila jisim atau dimensinya tidak

diambil kira dalam analisis sesuatu masalah.

f) Badan tegar merupakan cantuman rangkaian zarah-zarah yang banyak, apabila

semua zarah ini berada pada jarak yang tetap antara satu sama lain sama ada

sebelum atau selepas badan itu dikenakan daya.

ii) Prinsip-prinsip Asas a. Hukum Pertama : Jika daya paduan yang bertindak pada sesuatu zarah adalah

sifar, zarah tersebut akan berada dalam keadaaan pegun (jika ia berkeadaan pegun

pada asalnya) atau akan bergerak dengan halaju malar mengikut garis tindakan

daya (jika zarah bergerak pada asalnya).


b. Hukum Kedua : Jika daya paduan yang bertindak pada suatu zarah tidak sifar,

jasad tersebut akan mengalami pecutan dan bergerak menngikut arah daya paduan

tersebut. Pecutan ini berkadaran dengan magnitud daya paduan. Secara

ringkasnya, hukum ini dinyatakan sebagai F = ma dimana F ialah daya paduan

yang bertindak keatas zarah, m ialah jisim zarah dan a ialah pecutan zarah yang

sama arah dengan F. Daya ditakrifkan sebagai sebab yang akan mengakibatkan

pergerakan satu jasad yang berkeadaan diam atau perubahan halaju bagi jasad

yang berada dalam pergerakan seragam.

c. Hukum Ketiga : Daya tindakan (daya yang dikenakan) dan daya tindak balas (iaitu

daya yang mengimbangkan daya tindakan) mempunyai magnitud yang sama, garis

tindakan yang sama tetapi bertentangan arah (Rajah 2.1). F dalam rajah ini ialah

daya tindakan dan R ialah daya tindak balasnya.

F

R (F = R) Rajah 2-1 : Tindakan dan Tindakbalas

2.1.3 Skala dan vektor

i) Skalar

Skalar terdiri daripada kuantiti–kuantiti yang mempunyai magnitud sahaja. Ia tidak

mempunyai arah.Kesan kuantiti skalar terhadap analisis bersandar kepada

magnitudnya semata-mata. Contoh- contoh kuantiti skalar ialah jisim, masa, isipadu

dan luas.


ii) Vektor

Vektor terdiri daripada kuantiti–kuantiti yang mempunyai magnitud dan arah serta

mematuhi hukum penambahan segiempat selari, secara trigonometri atau melukis

mengikut skala. Contoh-contoh vektor ialah daya, anjakan, momen, halaju dan pecutan.

2.1.4 Unit pengukuran

i) Sistem Unit Antarabangsa (SI) Sistem unit yang akan digunakan dalam subjek ini ialah Sistem Unit Antarabangsa (SI).

Dalam sistem ini, terdapat empat kuantiti asasi, iaitu panjang, masa, daya dan jisim akan

diambil kira. Tiga daripadanya adalah unit asas dan satu unit terbitan.

Contoh 1:

Satu Newton (N) ditakrif sebagai daya yang menyebabkan jisim 1 kg mengalami pecutan

1 m/s2. ( Rajah 2-2 )

F = ma = (1 kg)(1 m/s2) = 1 kg m/s2 = 1N

Oleh itu unit Newton (N) adalah terbitan daripada gabungan unit-unit asas iaitu kg, m, dan

s. Walaupun begitu unit Newton ini juga digolongkan sebagai unit asas (SI).

Rajah 2-2


Atau juga dalam bentuk berat badan yang dihuraikan dalam Newton. Lihat Rajah 2-3.

Rajah 2-3

ii) Sistem Unit SI untuk Statik

Jadual 2-1: Unit SI untuk statik


Contoh 2

Satu troli berjisim 1 kg bergerak dengan halaju 0.6 ms-1 dan berlanggar dengan satu

troli lain yang statik dan berjisim 2 kg. Selepas perlanggaran, troli-troli itu bergerak

bersama-sama. Berapakah halaju troli-troli selepas pelanggaran?

Jawapan:

Jumlah momentum sebelum pelanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran

M1U2 + M2U2 = (M1 + M2)V

1 x 0.60 + 2 x (0) = (1 + 2) V

:. = 0.60 / 3

= 0.20 ms-1

Contoh 3

Sebuah kereta dari keadaan statik dan memecut secara seragam. Selepas 12 saat,

halaju adalah 6ms-1. Berapakah pecutanya?

Jawapan:

Halju awal, u = 0

Halju akhir, v = 6ms-1

Masa, t = 12 s

Pecutan, a = (v-u)/t

= (0-6)/0.5 = 1.2 ms-2

SOALAN: 1. Apakah yang anda faham mengenai statik ?

2. Apakah yang dimaksudkan dengan daya ?

3. Sebutkan tiga hukum yang menjadi asas kepada sains mekanik ?

4. Berikan definasi skalar dan vektor.


2.2 PADUAN DAYA BAGI STATIK ZARAH

2.2.1 Pengenalan Daya ditakrifkan sebagai sebab yang akan mengakibatkan pergerakan satu jasad yang

berkeadaan diam atau perubahan halaju bagi jasad yang berada dalam pergerakan

seragam. Daya ialah tindakan satu badan (menolak atau menarik) ke atas badan lain.

Daya ialah hasil darab jisim dengan pecutan.

i) Titik tindakan, A Daya F yang bertindak ke atas satu zarah atau badan ( Rajah 2-4(a)) mempunyai satu

titik tindakan di A.

ii) Magnitud, F Magnitud menerangkan kuantiti jumlah atau banyaknya daya yang ditindak pada A.

Contohnya daya bermagnitud, F = 10 N ( Rajah 2-4(a) dan (b)).

iii) Arah, θ Arah daya menerangkan kedudukan atau sudut dari garisan rujukan. Garisan rujukan

tidak semestinya mendatar. Garisan a-a di mana daya bertindak sepanjangnya dikenali

sebagai garisan tindakan seperti dalam rajah 2-5

2.2.2 DAYA KE ATAS SATU ZARAH Tindakan daya F pada titik A adalah seperti Rajah 2-4(a) dan (b).

Rajah 2-4


Rajah 2-5

2.2.3 Percampuran dan penolakan vektor day

i) Percampuran Daya

Jika terdapat beberapa daya bertindak pada satu zarah pada arah yang sama

sepanjang garis tindakan yang sama, paduan vektor daya, R, yang bertindak ke atas

zarah itu boleh dinyatakan oleh jumlah algebra vektor daya-daya yang bertindak ke

atasnya.

Rajah 2-6, menunjukkan dua daya P dan Q bertindak ke atas satu zarah pada arah

yang sama sepanjang garis tindakan yang sama. Paduan vektor daya R yang

bertindak ke atas zarah tersebut adalah R = P + Q.

Q P R = P + Q Rajah 2-6

ii) Penolakan Daya

Jika terdapat beberapa daya berlawanan arah yang bertindak pada satu garis tindakan

yang sama, paduan dua vektor daya, R yang bertindak ke atas zarah itu dinyatakan

oleh perbezaan algebra di antara vektor daya-daya tersebut.

Rajah 2-7, menunjukkan dua daya P dan Q bertindak pada satu zarah dengan

keadaan bertentangan arah di antara satu sama lain. Maka paduan vektor daya ke

atas zarah itu diberikan oleh R = Q – P.

Zarah

Zarah


P Q R = Q - P Rajah 2-7

Contoh 4:

(a) Daya Paduan,

F = 10 N + 15 N = 25 N

(b) Daya Paduan,

F = (-12 N) + 20 N = 8 N

2.2.4 Paduan daya

Sekiranya lebih daripada satu daya yang bertindak ke atas satu zarah, daya-daya ini

boleh digantikan dengan satu daya yang memberi kesan yang sama ke atas arah itu.

Daya ini dikenali sebagai paduan daya. Oleh kerana, daya ini ialah kuantiti vektor, maka

daya ini merupakan campuran vektor bagi kesemua daya yang bertindak ke atas

sesuatu zarah.

Tiga kaedah yang akan diberikan keutamaan di sini untuk mendapatkan paduan daya

iaitu :

a. Kaedah segi empat selari

b. Kaedah segi tiga

c. Kaedah leraian daya @ komponen daya

(Perhatian : Kaedah a dan b sesuai digunakan untuk masalah yang melibatkan tiga daya

sahaja)

Zarah

10 N 15 N

Zarah

12 N 20 N

Zarah Zarah


Q

a) Kaedah Segi Empat Selari

Terdapat 2 cara yang boleh digunakan iaitu cara melukis mengikut skala dan cara

pengiraan menggunakan trigonometri. Kita mulakan dengan cara pengiraan.

Cara 1= pengiraan,

Jika daya ‘P’ dan ‘Q’ pada rajah dibawah diwakili oleh sisi ‘OA’ dan ‘OB’ sebuah segi

empat selari mengikut magnitud dan arahnya, maka daya paduan, ‘R’, diwakili dalam

magnitiud dan arah oleh pepenjuru ‘OC’

Q

(a) (b)

Rajah 2-8 : Kaedah pengiraan

Jika ‘β’ ialah sudut di antara ‘OB’ dan ‘OA’ , maka magnitud bagi daya paduan ‘OC’

boleh didapati dengan menggunakan Hukum Kosinus ke atas segitiga ‘OAC’ = R iaitu ;

[OC] ² = [OA] ² + [AC] ² - 2 [OA] [AC] kos 180˚ - θ

Diketahui bahawa AC = OB = Q

OA = P

OC = R

Dan kos ( 180˚ - θ ) = -kos θ

= R ² = P ² + Q ² + 2PQ kos θ

.: R = √ P ² + Q ² + 2PQ kos θ

β

P

180˚ - θ α

θ R

C

A

Q

B

O

P


Dengan menggunakan Hukum Sinus ke atas segitiga OAC, maka :-

AC = OC

Sin α Sin ( 180˚ - θ )

AC = OC

Sin α Sin β

Diketahui bahawa AC = Q, dan OC = R ,

.: Q = R Sin α Sin β

Dengan cara ini magnitud dan arah daya boleh diperolehi dengan menggunakan

persamaan di atas.

Cara 2 = melukis mengikut skala,

i) Lukiskan garis ‘OA’ mengikut skala untuk mewakili daya ‘P’

ii) Dari titik ‘O’, lukis garis ‘ OB’ mengikut skala untuk mewakili daya ‘Q’

Q

P

iii) Lengkapkan segi empat selari ‘OACB dengan melukis garis ‘BC’ yang selari

dengan garis ‘OA’ dan garis ‘AC’ yang selari dengan garis ‘BO’

O

O A

A

B


θ

Q

P

iv) Lukis pepenjuru ‘OC’. ‘OC’ mewakili daya paduan daya-daya ‘P’ dan ‘Q’.

Magnitud daya paduan dapat ditentukan dengan menyukat panjang ‘OC’. Arah

daya paduan dapat ditentukan dengan mengukur sudut ‘θ’

R

Contoh 5 : Dua orang pelajar menarik sebuah gerabak dengan halaju seragam diatas satu

landasan ufuk. Setiap pelajar mengenakan daya 100 N pada sudut 30° dengan

lintasan yang dilalui oleh gerabak seperti gambarajah dibawah. Dengan menggunakan

kaedah lukisan berkala, tentukan daya paduan yang bertindak keatas gerabak itu.

Rajah 2-9

A O

B C

B C

A O

30°

30°

100 N

100 N


Penyelesaian : Cara melukis mengikut skala Lukiskan berskala dengan skala 1cm : 25 N, mengikut kaedah segi empat selari adalah

seperti gambarajah dibawah. Daya paduan diwakili oleh garis ‘AC’

Panjang ‘AC’ = 6.9 cm

Daya Paduan, ‘R’ = 6.9 x 25 N

= 173 N

Rajah 2-10: Cara melukis mengikut skala

Cara pengiraan, Teorem Pythagoras, Gunakan persamaan ini,

OB ² = AO ² + AB ²

A B O Rajah 2-11

b) Kaedah Segitiga Daya. Kaedah ini juga memerlukan kemahiran dan kefahaman untuk melukis rajah daya

mengikut skala dan cara pengiraan menggunakan penyelesaian trigonometri iaitu

hukum sinus, hukum kosinus dan penggunaa teorem phytogoras

30°

30°

4 cm

4 cm

6.9 cm C

D

B

A


i) Hukum Sinus, P γ

R Q Rajah 2-12

Dengan itu merujuk Rajah 2-12 ‘P’ , ‘Q’ dan ‘R’ adalah dalam keseimbangan dan dua

arah pada titik O adalah pegun. Keputusan ini dinyatakan sebagai segitiga daya.

Analisis daya bagi segitiga daya boleh dilakukan dengan menggunakan hukum sinus,

iaitu:

R = P = Q

Sin ( 180˚ - α ) Sin ( 180˚ - β ) Sin ( 180˚ - γ )

R ² = P ² + Q ² - 2 PQ kos α

Atau

P ² = R ² + Q ² - 2 RQ kos θ

Atau

Q ² = P ² + R ² - 2 PR kos γ

Atau

R = P = Q

Sin α Sin θ Sin γ

ii) Hukum Kosinus, Katakan sudut di antara daya R, P dan Q diketahui. Maka persamaan di bawah boleh

dipertimbangkan dengan merujuk Rajah 8.

α θ


Cara melukis mengikut skala,

Andaikan dua daya F1 dan F2 bertindak ke atas satu zarah A. Magnitud F1 dan F2

serta arahnya diketahui.( Rajah 2-13)

Rajah 2-13

Mulakan dengan mengambil satu daya yang magnitud dan arahnya diketahui.Rajah 2-

14a Diikuti oleh daya yang satu lagi, dimulakan dari kepala anak panah daya yang

pertama tadi. Rajah 2-14b Semua penyambungan mengikut urutan. Paduan daya

adalah sambungan ekor anak panah yang pertama tadi ke kepala anak panah yang

terakhir.Rajah 2-14c Ukur panjang dan sudut untuk mendapatkan sifat paduan daya

ini.

Rajah 2-14


Contoh 6:

Sebuah kapal laut ditunda pada halaju seragam oleh dua buah bot penunda ‘A’ dan ‘B’

yang masing-masing mengenalkan daya 2,400 N dan 3,000 N masing-masing

mengikut arah yang ditunjukkan pada rajah dibawah. Berapakah magnitud dan arah

daya paduan kapal laut itu?

Penyelesaian :

Soalan ini dapat diselesaikan sama ada dengan kaedah lukisan berskala atau kaedah

kiraan.

Lukisan berskala dengan skala 1 cm : 600 N mengikut kaedah segi tiga adalah seperti

berikut:-

Cara melukis mengikut skala, Daya paduan diwakili oleh garisan ‘OB’

Panjang ‘OB’ = 6.4 cm

Daya paduan ‘R’ = 6.4 x 600 N

= 3,840 N

A 5 cm B

4 cm 6.4 cm Rajah 2-15 : Cara melukis mengikut skala

O

Kapal Laut

90 °

A

B

2,400 N

3,000 N


Gunakan cara pengiraan,

Mengikut Teorem Pythagoras, OB ² = AO ² + AB ²

= (2400) ² + (3000) ²

= 5,760,000 + 9,000,000

= 14,760,000

OB = √ 14,760,000

= 3, 841.87 N

3000 N

A B

2400 N O

Rajah 2-16: Cara pengiraan

2.2.5 Leraian Daya @ Komponen Daya

Sebelum ini, cara untuk mendapatkan satu daya paduan daripada dua daya atau lebih

daya yang dikenakan pada satu zarah. Dengan kaedah ini, satu daya diberikan dan

dikehendaki pula mendapatkan komponen-komponen daya pada paksi-paksi yang

ditentukan. Kebiasaannya paksi menegak,y dan mendatar,x diberi keutamaan. Sila

lihat Rajah 2-17 untuk melihat kaedah leraian yang boleh dipertimbangkan.


Rajah 2-17

Daya Fx yang diwakili dan garis ‘OA’ disebut komponen mengufuk daya F. Daya Fy yang diwakili oleh garis ‘OB’ disebut komponen mencancang daya F.

Leraian pada paksi x dan paksi y yang boleh digunakan sepertimana Rajah 2-18.


Rajah 2.18

Contoh 7 : Seorang pekerja menolak sebuah mesin penggelek dengan daya 120 N mengikut arah

pemegang yang membuat satu sudut 30° dengan garis mengufuk seperti Rajah 2-19

-

Rajah 2-19

a. Hitungkan komponen daya tolakan yang membolehkan mesin itu bergerak ke

hadapan.

b. Hitungkan komponen daya tolakan yang membantu memampatkan tanah di bawah

mesin itu.

F = 120 N

30 ˚


Penyelesaian :

Rajah leraian daya Fx

30°

Fy F = 120 N

a) Komponen daya tolakan yang menolak mesin kehadapan ialah :

komponen mengufuk daya tolakan itu.

.: komponen mengufuk daya tolakan ialah :-

Fx = F kos θ

= 120 kos 30°

= 103.9N

b) Komponen daya tolakan yang membantu memampatkan tanah di bawah

mesin ialah komponen menegak daya tolakan itu :-

.: komponen menegak daya tolakan ialah :-

Fy = F sin θ

= 120 sin 30°

= 60N


SOALAN :

1. Apakah kaedah yang boleh digunakan dalam mencari paduan daya. Huraikan.

2. Apakah yang membezakan kaedah leraian daya dengan kaedah paduan daya yang

lain.

3. Tentukan magnitud dan arah paduan daya R yang diukur dari paksi x bagi komponen

daya P dan Q.

4. Tentukan magnitud daya Q supaya paduan daya bagi kedua-dua daya P dan Q

bertindak di sepanjang garisan paksi x.


RUJUKAN: 1) Md Nor bin Yusof, Abdul Rahman bin Mohammad. Nota Panduan Politeknik

Malaysia, Sains Kejuruteraan Jentera.. Oktober, 1987.

2) Mohd Imran Ghazali.Mekanik Kejuruteraan: Statik. Teori, Contoh Penyelesaian dan Masalah. Jilid 1. Penerbit: Universiti Teknologi Malaysia, Skudai

3) Ferdinand P.Beer & E.Russell Johnston,Jr. Mechanics of Engineers- Statics.

McGraw Hill. 1987.

4) Wan Abu Bakar Wan Abas. Mekanik Kejuruteraan Statik . DBP

5) Poh Liong Yong . Fizik Jilid 1 STPM.. Penerbit Pelangi




KERTAS PENERANGAN

NAMA KLUSTER SUBJEK UMUM - SAINS KEJURUTERAAN 1



LE3 ASAS ELEKTRIK


3.0 PRINSIP LITAR ELEKTRIK DAN LITAR ASAS


FAHAM ASAS-ASAS FIZIK, KEJURUTERAAN STATIK DAN ELEKTRIK DENGAN MENGGUNAKAN SAINS KEJURUTERAAN SUPAYA:-

2. PRINSIP LITAR ELEKTRIK DAN LITAR ASAS DI APLIKASIKAN


DIAKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- MENGETAHUI KONSEP DAN PRINSIP LITAR ELEKTRIK DAN LITAR ASAS DI APLIKASIKAN


3.1 PRINSIP ELEKTRIK

3.1.1 Pengenalan

i) Dari manakah datangnya elektrik? Diketahui bahawa setiap jasad terdiri daripada atom-atom. Setiap atom mempunyai

elektron yang bercas negetif (-), proton yang bercas positif (+) dan neutron yang bersifat

neutral. Dalam keadaan biasa, atom mempunyai bilangan elektron dan proton yang

sama, maka ia adalah bersifat neutral. Apabila sebatang rod politena digosok dengan

kain lembut, politena akan menarik elektron-elektron dari kain lembut tersebut. Bilangan

elektron pada rod politena bertambah, maka rod politena akan bercas negatif manakala

kain lembut akan bercas positif. Apabila sebatang rod perspeks digosok dengan kain

lembut, elektron-elektron pada rod perspeks akan tertarik ke kain lembut tersebut.

Bilangan elektron pada rod perspeks berkurang, maka rod perspeks akan bercas positif

manakala kain lembut pula akan bercas negatif seperti di rajah 3-1

Rajah 3-1: Penghasilan cas

Cas-cas pada bahan yang bergeser boleh menjadi positif atau negatif bergantung

kepada bahan yang mana satu yang lebih mudah menerima atau melepaskan elektron.

Bahan yang membina elektrik statik (elektrostatik) ialah kaca, amber, getah keras,

sutera, nilon, kain kapas yang berbulu dan lilin.


ii) Atom Atom ialah perkataan Yunani yang bermakna tidak boleh dibahagikan.Suatu atom terdiri

daripada tiga zarah asas iaitu elelktron, proton dan neutron.

a) Struktur atom Semua bahan samaada pepejal, cecair atau gas adalah terdiri daripada zarah-zarah

yang dinamai molekul yang terbentuk daripada beberapa zarah yang

dikenalisebagai atom.

b) Setiap atom mengandungi

i. Satu pusat tengah dikenali sebagai Nukleus.Ia mengandungi 2 jenis zarah

iaitu proton bercas positif dan neutron yang neutral.

ii. Terdapat zarah-zarah halus dalam orbit yang mengelilingi nuklleus dinamai

elektron. Elektron elektron ini bercas negatif yang memainkan peranan

penting didalam elektrik

3.1.2 CAS ELEKTRIK Tedapat 2 jenis cas elektrik iaitu cas positif dan cas negatif, suatu jasad dikatakan

i. Bercas positif apabila cas positif didalamnya melebihi cas cas negatif

ii. Bercas negatif apabila cas negatif didalamnya melebihi cas positif

iii. Neutral apabila bilangan cas positif dan cas negatif didalamnya sama

Unit bagi cas ialah Coulomb , C

Cas pada satu Elektron = - 1.60 x 10 -19

Cas pada satu Elektron = +1.60 x 10 -19

Daya yang bertindak diantara cas-cas yang sama jenis ialah daya tolakan seperti rajah 3-2

Rajah 3-2: Daya tolakan

Daya yang bertindak diantara cas-cas berlawanan ialah daya tarikan seperti rajah 3-3.

_ _


Rajah 3-3: Daya tarikan

Contoh 1 Cas dalam satu electron, e ialah -1.6 x 10 -19 C. Tahukah anda berapakah electron yang

diperlukan untuk menyumbangkan cas 1 C?

Penyelesaian

Cas dalam satu electron, e = 19106.11

Anggap bahawa cas untuk n electron = 1 C ne = 1C

n = 1/e = 19106.11

= 6.25 x 1018 Contoh 2 Suatu bahan ditambah dengan 1.25 x 1019 elektron.Hitungkan cas bersih yang berada

dalam bahan itu dalam unit coulomb.

Penyelesaian Diketahui bahawa 6.25 x 1018 elektron menyumbangkan cas -1C, maka 1.25 x 1019

elektron akan menyumbangkan

Satu electron bercas -1.60 x 10-19 C cas 1.25 x 1019 elektron = 1.25 x 1019 x ( -1.60 x 10-19 C ) = - 2C

+

-


Contoh 3 1.875 x 1019 elektron disingkirkan daripada suatu bahan yang bercas +2C.Hitungkan cas

yang bersih yang berada dalam bahan itu dalam unit coulomb.

Penyelesaian : Satu electron bercas -1.60 x 10-19 C cas 1.875 x 1019 elektron = 1.875 x 1019 x ( -1.60 x 10-19 C ) = - 3C Oleh itu, cas bersih ialah +2C – (-3C) = +5C

Contoh 4 Satu mentol bernyala apabila dibekalkan dengan bekalan arus terus. Jika arus yang

mengalir melalui mentol dalam masa seminit adalah 1.5 A,

a) Berapakah cas elektrik yang telah mengalir dalam tempoh masa seminit

b) Hitungkan bilangan elektron yang mengalir melalui mentol tersebut dalam tempoh

masa seminit

[Diberi magnitud cas satu elektron ialah 1.6 x 10-19C] Penyelesaian a) 1 minit = 60 s

Daripada Q = It

= 1.5 x 60

= 90 C

b) Katakan bilangan elektron yang mengalir melalui mentol dalam masa seminit ialah n ne = 90 C

n = 19106.190

= 5.625 x 1020 elektron


3.1.3 Pengalir, penebat dan separuh pengalir i) Pengalir Bahan yang boleh mengalir elektrik. Kebanyakan konduktur elektrik mempunyai elektron

bebas yang akan bergerak mengikut arah tertentu apabila beza keupayaan dikenakan

melintang bahan itu. Digunakan untuk wayar dan kabel elektrik. Contoh:- Kuprum,

perak, dan aluminium (iaitu bahan logam)

ii) Penebat Bahan yang tidak dapat mengalirkan arus elektrik kerana bahan-bahan ini tidak

mempunyai elektron bebas atau hanya mempunyai mempunyai sedikit elektron bebas.

Digunakan untuk penebat wayar dan kabel elektrik. Contoh:- Getah, kaca dan mika (

iaitu bahan bukan logam)

iii) Separuh Pengalir Bahan yang bukan pengkonduksi atau penebat yang baik. Digunakan untuk komponen-

komponen elektronik: transistor dan diod. Contoh:- germanium, silikon.

3.1.4 Unit elektrik Arus elektrik iailah kadar pengalir cas. Apabila cas Q mengalir melalui satu konduktor

dalam masa t, arus I yang mengalir di beri rumus berikut:

I = Q / t Volt (V) - ialah perbezaan keupayaan elektrik diantara dua titik pengkonduksi yang

membawa arus tetap 1A apabila kuasa dilesapkan diantara titik-titik ini dan ia adalah

sama dengan 1 watt.

Ohm (Ω ) - ialah rintangan diantara dua titik pengkonduksi apabila perbezaan

keupayaan tetap 1 volt dibekalkan diantara titik-titik ini menghasilkan dalam

pengkonduksi arus 1 Ampiar.

Coulomb - ialah unit asas bagi kuantiti cas elektrik. Satu coulomb menggambarkan

kuantiti cas elektrik dibawa 6.24 x 1018 elektron.Simbol bagi cas elektrik ialah Q.

Q = It


3.1.5 Hubungan antara arus dengan beza keupayaan i) Daya Gerak Elektrik Suatu arus elektrik tidak boleh mengalir didalam suatu pengkonduksi sehingga suatu

sumber luar berbentuk tenaga seperti bateri dibekalkan kepada pengkonduksi. Sumber

ini memberikan tenaga kepada elektron-elektron didalam pengkonduksi supaya elektron

mengalir sepanjang pengkonduksi tersebut.

Simbol bagi d.g.e ialah E.

Unit bagi d.g.e ialah volt, V.

ii) Beza Upaya Dalam suatu medan elektrik atau litar elektrik cas akan bergerak (mengalir) dari suatu

titik ke titik yang lain jika terdapat beza keupayaan diantara dua titik itu. Cas positif akan

mengalir dari satu titik ke titik yang berkeupayaanlebih tinggi ke suatu titik yang

berkeupayaan lebih rendah.

Unit bagi perbezaan keupayaan ialah volt

Simbol bagi perbezaan keupayaan ialah V

Perbezaan keupayaan elektrik (V) ditakrifkan sebagai kerja (W) yang dilakukan untuk

menggerakkan 1 coulomb cas (Q) antara dua titik dalam satu medan elektrik, iaitu

V = QW

Kerja yang dilakukan itu disimpan sebagai tenaga keupayaan elektrik dalam medan

elektrik

iii) Pengukuran Arus Arus diukur dengan menggunakan jangkampiar yang disambung dalam keadaan bersiri

dengan beban. Jangkampiar mestilah mempunyai rintangan yang sangat rendah supaya

ia tidak mengurangkan arus melalui beban.


Jasad bercas positif jasad bercas negatif Keupayaan elektrik Keupayaan elektrik lebih tinggi lebih rendah. Rajah 3-4: Titik berkeupayaan

Arus ( bercas positif ) mengalir dari titik berkeupayaan elektrik lebih tinggi ke titik yang

berkeupayaan elektrik lebih rendah seperti rajah 3-4.

Contoh 5 Rajah 3-5 menunjukkan arus 0.4 A mengalir melalui satu lampu selama 5 minit dengan

keupayaan elektrik pada titik X dan Y masing-masing ialah 4.5 volt dan 10.5 volt.

Kirakan

a) beza keupayaan antara titik X dan Y.

b) Rintangan lampu

c) kuantiti cas yang dipindahkan

d) tenaga elektrik yang dibekalkan

Rajah 3-5

Penyelesaian a) Beza keupayaan , V = 10.5 – 4.5

= 6.0V

b) Rintangan lampu, R = IV

+ +

+

+

+ +

- -

-

- - -


= 4.00.6

= 15 c) Kuantiti cas, Q = It

= 0.4 x 5 x 60

= 120C

d) Tenaga elektrik yang dibekalkan = QV

= 120 x 6.0

= 720J

3.1.6 Kuasa Elektrik Kuasa elektrik, P ditakrifkan sebagai tenaga elektrik yang dibekalkan (atau kerja yang

dibekalkan).

Kuasa = Tenaga elektrik yang dipindahkan Masa

P = t

W

Unit SI bagi kuasa elektrik ialah watt W. 1 W = 1 J s-1.

Unit kilowatt (kW) juga digunakan bagi pengukuran kuasa. 1 kW = 1000 W.

Daripada W = Vlt

P = t

Vlt

P = VI kerana V= IR, P = I2R Alat elektrik biasanya dilabelkan dengan kadar voltan dan kadar kuasanya. Apabila alat

elektrik itu disambungkan kepada bekalan dengan nilai voltan yang sama dengan yang

ditandakan, kuasa elektrik yang digunakan adalah sama dengan yang ditandakan.

- Misalnya, pemanas yang ditandakan 240 Volt. 8 W akan menggunakan tenaga

elektrik pada kadar 80 J sesaat jika disambungkan kepada bekalan dengan 240 V.


Contoh 6 Anggapkan mentol dilabelkan dengan 12V, 36 W i. Apabila mentol ini disambungkan kepada bekalan elektrik 12V, mentol itu akan

menyala dengan kecerahan normal. Kuasa yang digunakan oleh mentol itu ialah

36W.

ii. Jika mentol itu disambungkan kepada bekalan 9V, mentol itu akan menggunakan

kuasa yang lebih rendah daripada 36 W. Mentol itu mungkin akan menyala tetapi

dengan malapnya.

iii. Jika mentol disambungkan dengan bekalan elektrik 24V, mentol itu akan

menggunakan kuasa yang lebih tinggi daripada 36 W. Mentol itu akan menyala

terlalu cerah sehingga filamennya menjadi terlampau panas dan mungkin putus

dalam masa yang singkat. Oleh itu mentol dikatakan terbakar.

Contoh 7 Sebuah seterika dilabel 240 V, 750 W. Hitungkan:

a) Arus pengendalian normal seterika itu

b) Rintangan “unsure” pemanas

c) Tenaga elektrik yang digunakan jika seterika itu digunakan selama 2 jam

Penyelesaian : a) P = VI

750 = 240 x I

I = 240750

= 3.125A

b) R = IV

= 125.3

240

= 76.8


d) W = Pt

= 750 x 2 x 60 x 60

= 5.4 x 106 J

Contoh 8

Rajah 3-6 Rajah 3-6 menunjukkan perintang P dan Q yang masing-masing bernilai 3 Dan 2

disambung kepada bateri 12V, bacaan voltmeter itu ialah 10V. Hitungkan

a) Arus dalam litar itu

b) Rintangan dalam bateri 12V itu

c) Tenaga elektrik yang dibebaskan oleh P dalam masa 1 minit

d) Kehilangan kuasa dalam bateri 12V

Penyelesaian a) Jumlah rintangan perintang = rintangan P + rintangan Q = 3 + 2 = 5 b) Voltan bekalan pada bateri = 10V

Arus dalam litar, I = RV =

510 = 2A

c) Beza upaya yang hilang dalam bateri, V = 12 – 10 = 2V

d) Tenaga elektrik, W = I 2 Rt = 22

x 3 x 1 x 60 = 720J e) Kehilangan kuasa dalam bateri = I 2 r = 2 2 x 1 = 4W

A

V

P Q


Contoh 9 Sebuah penyaman udara dengan kuasa 1500 W dipasang selama 20 jam. Berapakah

unit elektrik yang digunakan? Jika bayaran sebanyak RM0.23 dikenakan bagi setiap

unit elektrik, berapakah kos penggunaan penyaman udara itu?

Penyelesaian Diberi kuasa penyaman udara = 1500W = 1.5kW Tenaga elektrik yang digunakan = 1.5kW x 20j = 30kW j atau 30 unit elektrik Diberi kadar bayaran = RM0.23 bagi satu unit elektrik

Maka kos penggunaan penyamanan udara = 30 unit x RM0.23

= RM6.90 SOALAN – SOALAN

1. Apakah takrif elektrostatik ?

2. Satu cas ialah -3.2-19 x 10 C. Berapakah elektron yang terkandung dalam cas 1

Coulomb

3. 2.234 x 1019 elektron disingkirkan daripada suatu bahan yang bercas

+2C.Hitungkan cas bersih yang berada dalam bahan itu dalam unit coulomb

4. Berikan 3 contoh jenis bahan pengalir

5. Apakah unit yang digunakan dalam Teknologi Elektrik ?

6. Satu kilat yang membawa cas 20 C terkena konduktor kilat pada satu bangunan

tinggi

7. Tenaga yang dihasilkan daripada pemindahan cas adalah sebanyak 2 x 109 J.

Hitungkan beza keupayaan di antara awan bercas dan konduktor kilat tersebut.

[Gunakan formula V = E/Q]


3.2 LITAR ASAS

3.2.1 HUKUM OHM Hukum Ohm menyatakan bahawa beza keupayaan V yang merentasi satu konduktor

logam adalah berkadar terus kepada arus I, jika suhu dan sifat fizik lain adalh tetap

maka:

Nisbah beza keupayaan V terhadap arus I dikanal sebagai rintangan R sesuatu bahan.

3.2.2 Rintangan dalam siri

Rajah 3-7: Litar Sesiri

V1 V2 V3

V

R2 R1 R3

Formula a.Formula mencari voltan ( beza keupayaan ), V = IR b..Formula mencari arus, I = R

V

c.Formula mencari rintangan, R = I

V

V

I R

V

RT


Dalam litar sesiri, arus mempunai satu laluan sahaja. Nilai arus yang mengalir melalui

setiap komponen dalam litar ini adalah sama’.Beza keupayaan yang merentasi setiap

perintang bergantung kepada perintang itu.Jumlah beza keupayaan merentasi

perintang-perintang sesiri dalah sama dengan voltan bekalan, V.

a) Daripada hukum Ohm:

V = V1 + V2 + V3 + .....

= IR1 + IR2 + IR3 + .....

= I [= R1 + R2 + R3 + .....]

= I RT

RT = R1 + R2 + R3 + .....

ii) RINTANGAN DALAM SELARI

Rajah 3-8 : Litar Selari

Dalam litar selari dua atau lebih perintang disambung merentasi sumber voltan yang

sama, maka beza keupayaan, V merentasi setiap perintang adalah sama.

V1 = V2 = V3 = V

V1

V2

V2

R1

R2

R2

V

I1

V

RT


Arus yang mengalir menerusi setiap perintang bergantung kepada rintangan bagi

perintang itu.

Arus, I yang mengalir dari sumber voltan adalah sama dengan jumlah arus yang

mengalir menerusi setiap perintang.

I = I1 + I2 + I3 + .............. Iaitu V = V + V + V + ........... RT R1 R2 R3 Atau I = I + I + I + ........... RT R1 R2 R3

Dimana RT = Jumlah rintangan

Contoh 10 Sebiji mentol disambungkan kepada satu bateri 3.0V

a) Jika arus yang mengalir melalui mentol itu ialah 0.5A, berapakah rintangan filamen

mentol itu?

b) Jika bateri 4.5V digunakan untuk menyalakan mentol, berapakah arus yang akan

mengalir melalui mentol itu?

Penyelesaian a) R = I

V = AV

5.00.3 = 6.0

b) I = R

V = 0.65.4 V = 0.75A


Contoh 11 Jika arus yang mengalir pada sebiji perintang yang bernilai 10 ialah 1 Ampere.Hitungkan

nilai voltan yang dibekalkan pada litar elektrik tersebut?

Penyelesaian Rintangan total RT = 10

Arus total IT = 1 A

Voltan total VT = IR

= 1 A x 10

= 10Volt

Contoh 12

v

R1 = 50Ω

R3 = 50Ω

R2 = 100Ω V = 10V

Daripada rajah 3-9, dapatkan nilai-nilai

a) RT

b) IT

Penyelesaian

a) RT = R1 + R2 + R3

RT = 50 + 100 +50

RT = 200 Ω

b) = V

RT

Rajah 3-9: Litar Sesiri


Contoh 13

Rajah 3-10 : Litar Sesiri

Daripada rajah 3-10 di atas, dapatkan nilai-nilai

a) RT

b) IT

c) Voltan merentasi setiap perintang

d) Kuasa setiap perintang

e) Jumlah Kuasa

Penyelesaian

a) RT = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6

= 1.5k + 100 + 50 + 150 + 2k + 200

= 4k

b) IT =

T

T

RV

= KV

420

= 5mA c) VR1 = IT X R1

= 5mA X 1.5k

= 7.5 V

R1=1.5KΩ R2=100Ω

R6=200Ω R5= 2KΩ

R3=50Ω

R4=150Ω

20 V


VR2 = IT X R2

= 5mA X 100

= 0.5 V

VR3 = IT X R3

= 5mA X 50

= 0.25 V

VR4 = IT X R4

= 5mA X 150

= 0.75 V

VR5 = IT X R5

= 5mA X 2k

= 10 V

VR6 = IT X R6

= 5mA X 200

= 1 V

d) P1 = IT X VR1 P2 = IT X VR2 P3 = IT X VR3

= 5mA X 7.5V = 5mA X 0.5V = 5mA X 0.25V

= 0.0375W = 2.5mW = 1.25mW

P4 = IT X VR4 P5 = IT X VR5 P6 = IT X VR6

= 5mA X 0.75V = 5mA X 10V = 5mA X 1V

= 3.75mW = 0.05W = 5mW

e) PT = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6

= 0.375W + 2.5mW + 1.25mW + 3.75mW + 0.05W + 5mW

= 0.1W.


Contoh 14

Rajah 3-11 : Litar Sesiri


a) RT

b) IT

c) Jumlah Kuasa

Penyelesaian a) RT = R1 x R2

R1 + R2

RT = 20 KΩ X 5KΩ 20 KΩ + 5KΩ

RT = 100MΩ 25KΩ

RT = 4 KΩ

b) IT = V R IT = 5 V 4 KΩ IT = 1.25 mA c) PT = VI PT = 5V X 1.25 mA PT = 6.25 mW

v R1 20 KΩ V=5

R2 5 KΩ


Contoh 15

Rajah 3-12


a) RT

b) IT

c) Jumlah Kuasa..

Penyelesaian : [Permudahkan penyelesaian dengan menggunakan kalkulator saintifik] a) Gunakan formula berikut 1 = 1 + 1 + 1 . RT R1 R2 R3 1 . == 1 . + 1 . + 1 . RT 8 12 15 = 0.275 RT = 3.64 Ω b) IT = 12 Volt 3.64 Ω IT = 3.29 A

R1 = 8Ω

R2 = 12Ω

R3 = 15Ω

V = 12 Volt


c) PT = VI

PT = 12V x 3.29 A

PT = 39.48 W

Contoh 16

Rajah 3-13

Daripada rajah 3-13 di atas, dapatkan nilai

a) RT

Penyelesaian Gunakan formula berikut 1 = 1 + 1 + 1 . . RT R1 R2 R3 RT = 1 . 1 + 1 + 1 . + 1 . R1 R2 R3 R4 RT = 1 . 1 + 1 + 1 . + 1 . 10 KΩ 20 KΩ 30 KΩ 40 KΩ

Selesaikan masaalah diatas dengan menggunakan Kalkulator Sainstifik seperti berikut . 10 EXP 3 X-1 + 20 EXP 3 X-1 + 30 EXP 3 X-1 + 40 EXP 3 X-1 = X-1 =ENG RT = 4.8 KΩ

v R1 10

R2 20 KΩ

R3 30

R4 40 KΩ


3.2.5 Pemuat / kapasitor Pemuat ialah suatu alat penyimpan tenaga elektrik yang boleh mengecas dan

menyahcas. Seperti perintang, pemuat ialah salah satu daripada komponen elektronik

penting yang terdiri daripada dua pengalir yang diasingkan oleh satu penebat yang

dinamakan dielektrik. Dielektrik ini boleh terdiri daripada udara, wax terpadat seramik,

maka, atau kertas terpadat dengan elektrolit yang berkimia.

Dudd

Rajah 3.14 kapasitor

Apabila voltan dibekalkan kepada satu pemuat melalui suatu litar yang lengkap, maka

elektron akan mengalir dari terminal negatif bekalan untuk memberi elektron yang

berlebihan kepada satu plat.Elektron tersebut terus mengalir ke plat yang bertentangan

dengannya dan terus ke terminal positif bekalan dengan meninggalkan plat tersebut

sebagai kekurangan elektron. Oleh itu arus mengalir di dalam wayar litar tetapi ada arus

yang mengalir menembusi dielektrik pemuat. Setelah pemuat mengecas sepenuhnya,

arus tidak akan mengalir lagi.

Plat

- - - - - - - - -

Terdapat bahan dielektrik diantara 2 plat Kapasitor


i) Sifat kapasitor

Jika voltan yang melintang plat itu ditambah, maka pemuat akan menyimpan lebih cas.

Bagi sebarang pemuat, jumlah cas yang disimpan (Q coulombs) berkadaran dengan

voltan bekalan (V). Perkadaran malarnya dinamakan kemuatan pemuat,C. Oleh itu.

Q V Q = CV Atau Perubahan cas = Kemuatan atau Q / V = C Voltan Tenaga yang disimpan didalam satu pemuat yang bercas sebagai medan elektrik diberi

seperti berikut

Tenaga = Kuasa x Masa

= (V/2)I x t

= (VQ) / 2

= 1 / 2 VQ

= ½ CV2 Joule

ii) Unit Kemuatan Unit asas kemuatan ialah farad (F). Pemuat mempunyai kemuatan satu farad apabila

arus pengecas satu ampere atau cas satu Coulomb per saat menyebabkan cas voltan

bagi satu volt antara kedua-dua plat. Unit farad adalah terlalu besar untuk kegunaan

praktik. Oleh itu unit ini dibahagi-bahagikan kepada unit-unit yang kecil seperti

microfarad (F) dan pikofarad (pF).

1 F = 1 000000F atau 106 F

1 F = 1 000000 pF atau 106 pF

Atau

1pF = 0.000001 F atau 10-6 F

1pF = 0.000000000001F atau 10-12F

1F = 0.000001F atau 10-6F


ii) Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Kemuatan Faktor-faktor yang mempunyai kemuatan dalam satu pemuat ialah luas permukaan

plat,jarak antara plat dan pemalar dielektrik.

a) Luas Permukaan Plat Apabila luas permukaan (A) bagi suatu plat bertambah, kemuatan akan meningkat.

Perningkatan ini disebabkan plat yang lebih besar boleh menyimpan lebih banyak

elektron. Hasilnya cas yang lebih besar boleh disimpan.

C A

b) Jarak Antara Plat

Apabila jarak (d) antara kedua-dua plat meningkat, kemuatan akan menurun. Penurunan

ini disebabkan oleh daya elektrik yang menarik telah menjadi lemah.

C 1/d

3.2.7 Kapasitor dalam siri

Rajah 3-14: Kapasitor sesiri

a) Dalam rajah 3-14 Jumlah kemuatan (capacitance) CT 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …………. b) Jumlah cas Qt Qt = CTXV c) Qt = Q1 = Q2 = Q3 =………….= Qn d) Tenaga , Et = E1 + E2 + E3 ……… En

C1 C2 C3


3.2.8 KAPASITOR DALAM SELARI

Rajah 3.15 kapasitor selari

a) Jumlah kemuatan Ct = C1 + C2 + C3 + ………. Cn

b) Voltan adalah sama pada pada setiap pemuat selari dengan punca voltan

c) Jumlah cas, Qt = Q1 + Q2 + Q3 ……… + Qn

d) Jumlah tenaga, Et = E1 + E2 + E3 + ……. + En

Contoh 17

Rajah 3-16

Daripada rajah 3-16 di atas, dapatkan nilai

a) CT

C1

C2

C1 200 µF

C1 100 µF

C1 100 µF


Penyelesaian Gunakan formula berikut: 1 = 1 + 1 + 1 . . CT C1 C2 C3 1 = 1 + 1 + 1 . . CT 0.000200 . 0.000100 0.000100 1 = 1 + 2 . . CT 0.000200 . 0.000100 1 = 5 . . CT 0.000200 . CT = 40 µF

Contoh 18 Cari jumlah nilai kapasitor yang disambung secara bersiri 50 pF dan 100pF. Penyelesaian Gunakan formula berikut CT = C1 x C2 C1 + C2 CT = 50 pF x 100 pF 50 pF + 100 pF CT = 5000pF 150 CT = 33.3 Pf

Contoh 19 Dari Rajah 3-17 dapatkan nilai CT

C1 4 µF

C1 2 µF

Penyelesaian Gunakan formula berikut CT = C1 + C2 CT = 2 µF + 4 µF CT = 6 µF

Rajah 3-17


Contoh 20 Berapakah jumlah nilai kapasitan bagi 3 kapasitor 270 pF, 500 pF dan 150 pF yang

disambung selari.

Penyelesaian

CT = C1 + C2 + C3

CT = 270 pF + 500 pF + 150 pF

CT = 920 pF

SOALAN 1. Apakah takrif Hukum Ohm

2. Didalam litar siri diberi nilai perintang 1 KΩ dan nilai arus 15 mA, Berapakah nilai

Voltan

3. Diberi 2 perintang yang disambung secara selari seperti berikut R1=10 KΩ, R2=20

KΩ dan bekalan kuasa 5 V dapatkan

a. RT

b. IT

5. Berapakah nilai Kapasitan bagi 2 Kapasitor 10 pF, 50 pF yang di sambung secara selari.

RUJUKAN:

1) Electric Circuit In SI Unit by Joseph a Edminister, MSE, McGraw-Hill International Book

Company, 1981

2) Asas Elektrik Buku 2 oleh Van Valkenburg, IbsBUKU, 1982

3) Sukses Fizik SPM oleh Sia Yong Soob, Fajar Bakti, 2003

4) NIDA Lab Text Manual DECEMBER 1998

5) CR Roobert Son, Fundamental Electrical & Electronic Pricipple Second Edition 2001.

http// www.newnespress.com

nota sains kejeruteraan (fizik)

Documents