3.3 Daya Gerak Elektrik (d.g.e.) dan Rintangan Dalam Bab 3 Elektrik Belajar Bersama Cikgu Najwa Fizik Tingkatan 5 KSSM
STANDARD PEMBELAJARAN : Murid dapat : 3.3.1 menerangkan daya gerak elektrik, Ɛ 3.3.2 menerangkan rintangan dalam, r 3.3.3 mengeksperimen untuk menentukan d.g.e. dan rintangan dalam sel kering 3.3.4 menyelesaikan masalah melibatkan d.g.e. dan rintangan dalam sel kering.
Daya gerak elektrik 01 d.g.e. Ɛ Beza keupayaan 02 V Rintangan Dalam 03 r Sel kering 04 Istilah penting :
Daya gerak elektrik 01 Definisi & rumus
Sumber daya gerak elektrik : Akumulator asid plumbum Sel kering (Sel alkali) Bateri ion litium
—Daya gerak elektrik, “Tenaga yang dibekalkan atau kerja yang dilakukan oleh satu sumber elektrik untuk menggerakkan satu coulomb cas dalam satu litar lengkap.” d.g.e. , Ɛ
d.g.e. Ɛ = Ɛ = daya gerak elektrik E = tenaga yang dibekalkan / kerja yang dilakukan Q = jumlah cas yang mengalir Unit S.I. bagi d.g.e. ialah volt (V) atau J C-1
Sel kering Nilai d.g.e. sel kering = 1.5 V = 1.5 J C-1 Sebuah sel kering dapat membekalkan 1.5 J tenaga elektrik bagi setiap satu coulomb cas yang mengalir dalam satu litar lengkap.
Aktiviti 3.6 Tujuan : Membandingkan d.g.e. dengan beza keupayaan Radas : Sel kering 1.5 V, pemegang sel, suis, mentol, dawai penyambung dan voltmeter Jenis litar Litar terbuka Litar tertutup Pemerhatian pada mentol Padam Menyala Bacaan voltmeter / V 1.5 V 1.2 V Keputusan : Susunan radas :
Aktiviti 3.6 Perbincangan : 1. Perubahan tenaga apabila mentol menyala : tenaga elektrik → tenaga cahaya + tenaga haba 2. Litar tertutup mengukur nilai beza keupayaan yang merentasi mentol. 3. Nilai d.g.e. sel kering = 1.5 V 4. Perbezaan bacaan voltmeter bagi litar terbuka dan litar tertutup = 1.5 – 1.2 = 0.3 V Terdapat susutan voltan antara dua litar tersebut. Bacaan voltmeter bagi litar tertutup < litar terbuka. 5. Susutan voltan berlaku disebabkan terdapat rintangan dalam sel kering.
Perbandingan antara d.g.e. dengan V Daya gerak elektrik (d.g.e.), Ɛ Beza keupayaan, V - Tiada arus mengalir dalam litar (Arus = 0 A) - Bacaan voltmeter dalam litar terbuka adalah sama dengan bacaan daya gerak elektrik, Ɛ - Beza keupayaan ini ialah ukuran d.g.e. sel. Maka, d.g.e. sel kering = 1.5 V. - Ada arus mengalir dalam litar (Arus ≠ 0 A) - Bacaan voltmeter dalam litar tertutup adalah sama dengan bacaan beza keupayaan merentasi mentol, V - Beza keupayaan merentasi mentol = 1.2 V. Beza keupayaan ini juga dikenal sebagai beza keupayaan terminal. 1.5 V 1.2 V
Rintangan Dalam 02 Definisi & rumus
Nilai beza keupayaan merentasi mentol, V adalah lebih kecil berbanding dengan d.g.e. , Ɛ sel kering. Susutan voltan
Aktiviti 3.7 Tujuan : Mengkaji kesan rintangan dalam terhadap susutan voltan Radas : Dua sel kering 1.5 V daripada dua jenama (jenama A dan B), pemegang sel, suis, mentol dengan pemegang, dawai penyambung, ammeter dan voltmeter Jenama Jenama A Jenama B Bacaan voltmeter sebelum suis ditutup, Ɛ / V 1.5 1.5 Bacaan voltmeter selepas suis ditutup, Ɛ / V 1.4 1.3 Susutan voltan, Ir = Ɛ – V / V 1.5 – 1.4 = 0.1 1.5 – 1.3 = 0.2 Susunan radas : Keputusan : Hipotesis : Sel kering yang mempunyai rintangan dalam yang lebih tinggi akan memberikan susutan voltan yang lebih tinggi.
Aktiviti 3.7 Perbincangan : 1. Sel-sel kering yang baharu perlu digunakan untuk memastikan nilai daya gerak elektriknya adalah sama, iaitu 1.5 V. 2. Nilai susutan voltan kedua-dua sel kering adalah berbeza kerana nilai rintangan dalam kedua-dua sel adalah berbeza. 3. Sel kering jenama B mengalami susutan voltan yang lebih banyak kerana rintangan dalam sel ini adalah lebih tinggi. Kesimpulan : Sel kering yang berlainan jenama memberikan susutan voltan yang berbeza. Sel yang mempunyai rintangan dalam yang lebih tinggi memberikan susutan voltan yang lebih besar. Hipotesis diterima.
—Rintangan dalam, “Rintangan yang disebabkan oleh bahan elektrolit di dalam sel kering tersebut.” Unit S.I. : ohm (Ω) r
Rintangan dalam, r menyebabkan : - kehilangan tenaga (haba) dalam sel kering kerana kerja telah dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas bagi menentang rintangan di dalam sel kering. - beza keupayaan merentasi terminal sel kering adalah kurang berbanding d.g.e., Ɛ apabila arus mengalir dalam litar lengkap.
Rumus d.g.e. Voltan hilang = Ɛ – V = Ir V = - Ir + Ɛ Ɛ = I (R + r) Ɛ = IR + Ir d.g.e., Ɛ = V + Ir Ɛ = daya gerak elektrik (d.g.e.) V = beza keupayaan merentasi reostat I = arus yang mengalir r = rintangan dalam sel kering R = rintangan luar Susutan voltan, Ir = Ɛ – V
Penentuan d.g.e. daripada graf V / V I / A Kecerunan = -r 0 Ɛ Persamaan bagi graf linear : y = m x + c V = -r I + Ɛ Pintasan paksi menegak, c = Ɛ Kecerunan, m = -r Graf V melawan I
Eksperimen 03 Menentukan Ɛ dan r
Eksperimen 3.5 Tujuan : Menentukan d.g.e. dan rintangan dalam sel kering Radas : Sel kering 1.5 V, pemegang sel, suis, dawai penyambung, ammeter, voltmeter dan reostat. Keputusan : Bacaan Ammeter, I / A Bacaan Voltmeter, V / V 0.2 1.3 0.3 1.2 0.4 1.1 0.5 1.0 0.6 0.9 0.7 0.8
Analisis data : Perbincangan : Kesimpulan : 1. Daripada persamaan Ɛ = V + Ir, dengan menyusun semula persamaan, V = - Ir + Ɛ 2. Dengan membandingkan persamaan di atas dengan persamaan garis lurus, y = mx + c, daya gerak elektrik, Ɛ diberikan oleh pintasan paksi-V dan rintangan dalam, r diberi oleh kecerunan graf. 3. Pintasan paksi-V ialah 1.5 4. Kecerunan graf = (1.24 −0.84) (0.62 − 0.22) = 1.0 Daya gerak elektrik, Ɛ = 1.5 V Rintangan dalam, r = 1.0 Ω Ɛ dan r suatu sel dapat diperoleh daripada graf V melawan I dengan Ɛ ialah pintasan paksi-V dan r ialah kecerunan graf. Graf V melawan I
Aktiviti 3.8 Tujuan : Mengkaji kesan sambungan sel kering secara bersiri dan selari terhadap : * d.g.e., Ɛ * beza keupayaan, V * rintangan dalam, r * arus yang mengalir dalam litar Radas : Enam sel kering 1.5 V, pemegang sel, suis, dawai penyambung, ammeter, voltmeter dan perintang 10 Ω Susunan radas :
Aktiviti 3.8 Cara sambungan Sel kering secara bersiri Sel kering secara selari d.g.e., Ɛ / V 3.0 3.0 Beza keupayaan, V / V 2.7 2.9 Arus, I / A 0.5 0.6 Rintangan dalam berkesan, r1 / Ω 0.5 r = 3.0 – 2.7 r = 0.60 Ω 0.6 r = 3.0 – 2.9 r = 0.17 Ω Keputusan : Kesimpulan : 1. Sambungan bateri secara bersiri berbeza dengan sambungan bateri secara selari. 2. Rintangan dalam berkesan, rE bagi bateri bersiri : rE = r + r = 2r 3. Rintangan dalam berkesan, rE bagi bateri selari : Perbincangan : Bateri yang disambungkan secara selari menghasilkan rintangan dalam berkesan yang lebih kecil dan arus yang lebih besar berbanding dengan bateri yang disambungkan secara bersiri. 1 = 1 + 1 = 2 = 2 ,
Kesan sambungan sel kering secara bersiri dan selari Sel kering secara bersiri Sel kering secara selari r1 = r + r + r + r = 4 r 4 Ɛ 1 1 = 1 + 1 + 1 + 1 = 4 r1 = 4 Susunan sel kering Ɛ Rintangan dalam berkesan Jumlah d.g.e.
Penyelesaian Masalah 04 Melibatkan Ɛ dan r
Rajah di bawah menunjukkan dua buah litar dengan susunan sel kering secara bersiri dan selari. Diberi d.g.e., Ɛ setiap sel kering ialah 1.5 V dan rintangan dalam, r ialah 0.5 Ω. (a) (i) Bandingkan arus yang mengalir bagi kedua-dua susunan litar di sebelah. (ii) Sambungan sel kering yang manakah memberikan nilai arus yang lebih besar ? Jelaskan jawapan anda. Penyelesaian : (ii) Sambungan sel kering secara bersiri memberikan arus yang lebih besar kerana d.g.e. berkesan lebih besar.
Rajah di bawah menunjukkan dua buah litar dengan susunan sel kering secara bersiri dan selari. Diberi d.g.e., Ɛ setiap sel kering ialah 1.5 V dan rintangan dalam, r ialah 0.5 Ω. (b) Jika litar susunan dua sel kering secara selari disusun dengan tiga sel kering secara selari; (i) Hitungkan arus yang mengalir (ii) Bandingkan arus yang mengalir dalam susunan dua sel kering secara selari dan tiga sel kering secara selari, dan (iii) Nyatakan hubungan antara bilangan sel kering yang disusun secara selari dengan arus yang mengalir dalam litar dan jelaskan jawapan anda. Penyelesaian : (ii) Nilai arus yang mengalir dalam litar susunan tiga sel kering secara selari adalah lebih besar. (iii) Semakin bertambah bilangan sel kering yang disusun secara selari, semakin bertambah nilai arus yang mengalir dalam litar kerana rintangan dalam berkesan semakin berkurang.
Aplikasi 05 Melibatkan Ɛ
Jenis kenderaan menggunakan kuasa elektrik Kereta Elektrik (E.V.) Kereta Hibrid • Guna 100 % kuasa elektrik • Tenaga dibekalkan oleh motor elektrik dan bateri boleh dicas • Bateri : Li-Ion atau Ni-MH • Voltan bateri : 300 ~ 800 V* • Guna 25 ~ 40 % kuasa bateri boleh dicas semula. • Guna bahan api fosil seperti petrol • Voltan bateri : 100 ~ 200 V*
• Sambutan penggunaan kereta elektrik semakin hangat kebelakangan ini : - dapat mengurangkan penghasilan gas rumah hijau • Kereta elektrik perlu menggunakan arus yang besar untuk menggerakkan enjinnya. • Bateri dalam kereta elektrik disambung secara selari untuk mengurangkan rintangan dalam berkesan dan meningkatkan arus supaya kereta dapat berfungsi secara optimum.
Penggunaan kereta elektrik dan kereta hibrid dapat mengurangkan penggunaan sumber bahan api fosil, meningkatkan kecekapan penggunaan tenaga serta mengurangkan pencemaran udara. Gerbang SAINS, TEKNOLOGI dan MASYARAKAT
Aktiviti 3.9 Sel suria dan bateri Sel suria Pek bateri dalam kenderaan elektrik
Rantaian Konsep d.g.e. Ɛ = Ɛ = V + Ir Daya gerak elektrik Beza keupayaan Rintangan dalam V Sambungan sel kering Kesan kepada Ɛ r
Selesaikan !
CREDITS: This presentation template was created by Slidesgo, including icons by Flaticon, infographics & images by Freepik Terima Kasih Please keep this slide for attribution Selamat Maju Jaya