ELEKTRIK

FIZIK






TINGKATAN 5





























Bab 7




Elektrik






Disunting oleh Dengan kolaborasi bersama
Cikgu Desikan Cikgu Khairul Anuar



SMK Changkat Beruas, Perak SMK Seri Mahkota, Kuantan

Bab 7



Elektrik







Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Perkara yang selalu berlaku apabila anda benar-benar
percaya dengannya ; dan kepercayaan tersebut yang

menyebabkan perkara itu berlaku.

FIZIK TINGKATAN 4
Objektif Pembelajaran :


1. Menganalisis medan elektrik dan 3. Menganalisis litar sesiri dan selari
pengaliran cas 4. Menganalisis daya gerak elektrik dan
2. Menganalisis hubungan antara arus rintangan dalam.
elektrik dan beza keupayaan 5. Menganalisis tenaga dan kuasa elektrik
2016 Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas








5
3
3
5
4
4
P1 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
4
4
A 1 1 - - 1 - - 1
P2 B - - - - - - 1 1
C - - 1 1 - 1 - -
A 1 - - - - - - 1
P3
B 1 - - - - 1 - -

Bab 7



Elektrik







Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Cara terbaik untuk membuat impian anda menjadi kenyataan
adalah “bangun”.

(Paul Valery)
Peta Konsep


Elektrik




Medan Arus Daya Gerak Kuasa

Elektrik Elektrik Litar Elektrik & Elektrik
Sesiri Rintangan

Dalam Tenaga P  VI
Aliran cas Elektrik P  2
Beza Litar I R
Keupayaan Selari E  Pt V 2
Q E  V  Ir P 
I  Rintangan E  I(R  E  VIt R
t r)
E  I 2 Rt


Hukum Ohm E  V 2 t


Faktor yang V  IR R
mempengaruhi Rintangan

7.1 Medan Elektrik dan Pengaliran Cas





Elektron • Semua jirim terdiri daripada zarah-
Proton 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.
Neutron
Nukleus





















4

Cas Elektrik

• 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.



Arus Elektrik


• Ditakrifkan sebagai kadar pengaliran cas. I I

Cas Q
Arus  I  1

Masa t I ∝ Q I ∝ t



• Unit SI = Ampere, A 0 Q t
5

Cas Elektrik

Medan elektrik ialah kawasan yang di Persediaan untuk melihat corak medan elektrik

sekeliling cas atau suatu objek yang di sekeliling elektrod logam
bercas yang menyebabkan cas atau

objek lain yang bercas yang berada Bekalan kuasa VLT Elektrod logam
dalam kawasan itu akan mengalami
daya elektrik (sama ada daya tolakan

atau tarikan).


• Medan elektrik diwakili oleh garis-garis

anak panah yang dikenali sebagai garis
daya elektrik.



• Garis-garis ini mewakili kedua-dua
magnitud dan arah medan elektrik. Bijian Semolina ditaburkan

pada permukaan minyak
• Garis-garis daya elektrik tidak bersilang kastor
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.




6

Medan elektrik di sekeliling elektrod logam

a) Sfera bercas positif b) Sfera bercas negatif


















c) Sfera bercas positif dan plat bercas negatif d) Plat positif dan plat negatif

















e) Dua sfera berlainan cas f) Dua sfera bercas positif




















7

Kesan medan elektrik ke atas cas elektrik


Bola yang dicas dalam medan elektrik



1. Bekalan kuasa VLT

dihidupkan. Benang
2. Bola ping-pong dicas Nilon

dengan menyentuhnya Bola ping pong
dengan salah satu elektrod Plat Plat yang disalut
dan dilepaskan. Y X dengan bahan
konduksi


Bekalan kuasa
VLT













Pemerhatian :















Y X Y X Y X

8

Penerangan :

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.





















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
9

Kesan medan elektrik pada nyalaan lilin

Lil
Candlen
i
1. Ping-pong digantikan
dengan lilin.

2. Bentuk nyalaan lilin
diperhatikan.






















Pemerhatian :




Q P Q P




















Tanpa VLT EHT 10
VLT

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?


 Bahagian nyalaan yang tertarik ke arah plat negatif lebih besar kerana jisim ion positif adalah

lebih besar daripada ion negatif.


























11

Latihan 7.1


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.
Jaw : a) 3600 C b)2.25 x 10 22













2. Apabila kilat menyambar antara dua awan yang dicas, arus elektrik sebanyak 400 A mengalir
selama 0.05s. Apakah kuantiti cas yang dipindahkan?

Jaw : 20 C










3. Cas elektrik mengalir melalui mentol lampu pada kadar 20 C setiap 50 saat. Apakah bacaan
yang ditunjukkan pada ammeter?
Jaw : 0.4 A









12

7.2 Hubungan Antara Arus Elektrik dan Beza Keupayaan


Beza Keupayaan

Bateri






















P Q




Keupayaan elektrik Keupayaan elektrik

tinggi V rendah
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

kerja (W) yang dilakukan atau perlu
dilakukan untuk menggerakkan 1 C

cas(Q) antara dua titik dalam medan

Beza keupayaan, V elektrik





Kerja, W Tenaga, E W
Beza Keupayaan,V  
Cas, Q Cas, Q

V 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.







p.d. = 1 V



Cas 1 C



A 1 J kerja perlu dilakukan untuk B
menggerakkan 1 C cas dari titik A
ke titik B.


14

A Ammeter
Lampu





Voltmeter

V



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

mengukur beza diukur menggunakan voltmeter.
keupayaan? • Voltmeter mesti disambung secara selari (in parallel) di antara dua titik
tersebut.


Bagaimana • Arus elektrik diukur menggunakan ammeter.
mengukur arus • Ammeter mempunyai rintangan yang rendah supaya kewujudannya

elektrik? mempunyai kesan yang sedikit pada magnitud arus yang mengalir.








“ Mengukur apa yang boleh diukur, dan





membuat apa yang tidak boleh diukur supaya
”
. boleh diukur.


Galileo Galilei
(1564 - 1642)
15

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

Arus, I yang mengalir melalui satu V V I α

konduktor elektrik berkadar
langsung dengan beza keupayaan,

V merentasi dua hujung konduktor Kecerunan  V  malar
itu, dengan syarat suhu dan I
keadaan fizikal konduktor itu

adalah tetap I
0



Rintangan

The ratio of the potential difference (V) across the
conductor to the current (I) flowing through it.








Konduktor Baik Lemah Ohm Bukan Ohm
as as
Keadaan Rintangan Rintangan Mematuhi Tidak mematuhi

Rendah Tinggi Hukum Ohm Hukum Ohm
16

Kelemahan rintangan Kelebihan rintangan

Rintangan menyebabkan sejumlah Haba dan cahaya dihasilkan disebabkan rintangan

tenaga elektrik untuk menjadi haba, jadi elektrik. Haba yang dihasilkan daripada pemanas
sejumlah tenaga elektrik hilang di elektrik atau cahaya yang kita dapat daripada mentol
sepanjang laluan jika arus elektrik lampu adalah disebabkan oleh rintangan dawai.

mengalir dari satu tempat ke tempat Dalam mentol lampu, arus yang mengalir melalui
lain melalui konduktor. filament (rintangan tinggi) menyebabkan ia menjadi

panas dan kemudian bercahaya.

Latihan 7.2


Penyelesaian masalah melibatkan W = QV


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?

Jaw : 240 J










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?
Jaw : 12 V









17

R R
R R α l V Panjang

Sederhana


Pendek 1
A
A
l I
Luas keratan rentas

Panjang konduktor, l konduktor, A

V Dawai halus (sw.g. 32)

Faktor-faktor Sederhana

yang (sw.g. 26)
mempengaruhi Dawai tebal
**** Kecerunan Graf (sw.g. 22)

V - I = Rintangan rintangan I
konduktor



Jenis konduktor logam

Suhu
V
Nikrom
R Konstantan
Secara umumnya
rintangan meningkat Kuprum
dengan suhu.
Perak



I

T R Nikrom > R Konstantan > R Kuprum > R Perak
18

Superkonduktor R

Logam
• Rintangan logam yang meningkat dengan suhu

• Rintangan semikonduktor yang berkurangan
dengan suhu.
• Superkonduktor adalah sejenis bahan yang

rintangannya menjadi sifar apabila suhunya jatuh T
kepada nilai tertentu yang dipanggil suhu kritikal.
R
Semikonduktor
Kelebihan
• Mengekalkan arus tanpa voltan pada suhu kritikal.

• Berupaya mengekalkan arus yang besar
• Kehilangan kuasa yang lebih kecil semasa

transmisi T
• Haba kurang dihasilkan
R Superkonduktor











T
T c




Aplikasi superkonduktor


Dawai superkonduktor
Apabila disejukkan di bawah suhu peralihan, dawai superkonduktor mempunyai rintangan elektrik
sifar. Contoh: Niobium-titanium 19

Aplikasi superkonduktor

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.


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

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

Latihan 7.2

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?


Jaw : a) 24 Ω b) 0.625 A











































21

7.3 Litar Sesiri dan Selari





















LITAR SESIRI LITAR SELARI


• Dua atau lebih perintang disambungkan • Semua komponen disambungkan dengan

pada satu hujung, satu demi satu untuk hujung-hujung yang sepadan bersama-
membentuk satu laluan untuk aliran sama untuk membentuk laluan yang

arus. berasingan dan selari untuk aliran arus.
• The mentol berkongsi beza keupayaan • Setiap mentol mendapat beza keupayaan
dari bateri, jadi nyalaan setiap mentol penuh daripada bateri kerana setiap

adalah malap. satunya disambungkan terus kepada
bateri. Jadi setiap mentol bernyala dengan

terang.
• Kecerahan setiap mentol adalah sama • Kecerahan setiap mentol dalam litar selari
disebabkan aliran arus yang sama adalah lebih cerah daripada yang di litar

melalui setiap mentol. siri dengan bilangan mentol yang sama.
• Jika satu mentol dikeluarkan, yang lain • Jika satu mentol dikeluarkan, yang lain

tidak bernyala kerana litar terputus. terus bernyala kerana laluan arus untuk
mentol lain tidak terputus.

22

Perbandingan Litar Sesiri dan Selari

Jenis Litar Litar Sesiri Litar Selari


Rajah































Arus I  I  I  I 3 I  I  I  I 3
2
1
2
1
Beza Keupayaan V  V  V  V 3 V  V  V  V 3
1
2
2
1
R  R  R  R 1 1 1 1
Rintangan 1 2 3   
R R 1 R 2 R 3


Kecerahaan Setiap mentol mempunyai Setiap mentol mempunyai

mentol kecerahaan yang sama. Malap. kecerahaan yang sama. Terang.

23

Latihan 7.3

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.



20 Ω 10 Ω 5 Ω
a)
Jaw : 35Ω

















b) 8 Ω



8 Ω



8 Ω










Jaw : 2.67 Ω



24

c) 8 Ω
10 Ω 20 Ω

8 Ω




















Jaw : 34 Ω




d) 8 Ω 8 Ω



8 Ω



4 Ω 4 Ω















Jaw : 3.2 Ω


25

2. Tiga perintang R , R dan R disambungkan secara sesiri pada sebuah bateri 6V.
2
1
3
6 V
Hitung
I
(a) rintangan berkesan,R dalam litar,
(b) arus, I dalam litar,

A (c) beza keupayaan merentasi kesemua
perintang, V , V dan V .
1
2
3
2 Ω 4 Ω 6 Ω
R 1 R 2 R 3 Jaw :
a) 12 Ω b) 0.5 A
V 1 V 2 V 3 c) V = 1V ; V = 2V ; V = 3V
3
2
1

































26

3. Tiga perintang R , R dan R disambungkan secara selari dengan sebuah bateri.
1
2
3
6 V
Hitung

I (a) beza keupayaan merentasi setiap perintang
(b) rintangan berkesan, R dalam litar,
(c) arus, I dalam litar
A I 1 2 Ω (d) arus, I , I dan I mengalir melalui setiap
1
R 1 perintang 2 3

I 2 4 Ω
R 2
6 Ω Jaw : a) V =V =V = 6V
3
2
1
R 3 b) 12/11 Ω c) 5.5 A
I 3
d) I = 3A ; I = 1.5 A ; I = 1A
3
2
1





























27

7.4 Daya Gerak Elektrik dan Rintangan Dalam


Daya gerak elektrik (d.g.e), E Apakah maksud label 1.5 V pada bateri?



• Tenaga yang dibekalkan untuk • Nilai voltan yang dilabelkan pada sel kering
menggerakkan 1 C cas melalui sel menunjukkan nilai daya gerak elektrik, d.g.e yang
kering dan mengelilingi satu litar dibekalkan oleh sel kering.

elektrik yang lengkap. • Label 1.5 V sebuah sel kering menunjukkan nilai
daya gerak elektrik, d.g.e sel kering tersebut 1.5 V.


• Unit d.g.e ialah Volt, V = J C -1 • 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.




Perbandingan Litar Terbuka dan Litar Tertutup


Litar terbuka Liatar tertutup



























28

Litar terbuka Litar tertutup

Bateri Bateri







1.5 V 1.2 V

V V











• Arus tidak mengalir dalam litar. • Arus mengalir dalam litar.



• Bacaan voltmeter ialah 1.5 V. • Bacaan voltmeter ialah 1.2 V.
• Bacaan voltmeter berkurang sedikit



• Bacaan voltmeter = d.g.e bateri • Bacaan voltmeter = beza keupayaan
merentasi lampu



• d.g.e bateri = 1.5 V • Beza keupayaan merentasi lampu = 1.2 V.






“ Seorang yang kreatif didorong oleh keinginan


.
untuk berjaya, bukan oleh keinginan untuk

mengalahkan orang lain. ” ~ Ayn Rand 29

Mengenalpasti antara d.g.e. dan beza keupayaan


Prosedur


1. Suis S biarkan
dalam kedudukan

yang terbuka. V
Perubahan yang
berlaku pada

mentol diperhatikan.
Bacaan ammeter S A

dan voltmeter
direkodkan.
2. Suis S ditutup dan

perubahaan yang Gambarajah
berlaku pada litar

mentol diperhatikan.
Bacaan ammeter
dan voltmeter

direkodkan. Litar elektrik



Pemerhatian


Bacaan Bacaan
Kedudukan suis Keadaan mentol
Ammeter, A Voltmeter, V

Terbuka Tidak menyala 0 A 3.0 V


Tertutup Menyala 0.2 A 2.6 V
30

Perbincangan

da
tia
Mengapa bacaan ammeter Bacaan ammeter apabila suis S dibuka adalah sifar kerana ______
aliran
adalah sifar apabila suis S __________cas dalam litar terbuka. Arus dalam litar adalah _____.
sifar
dibuka dan mempunyai
bacaan yang apabila suis S Apabila suis S ditutup, terdapat bacaan ammeter disebabkan oleh
ditutup? aliran cas dalam tertutup menghasilkan arus dalam litar.




lebih
Bandingkan perbezaan dalam Bacaan voltmeter apabila suis S dibuka adalah ________ tinggi
kedua-dua bacaan voltmeter daripada bacaan voltmeter apabila suis S ditutup.
diukur.


Apakah penurunan beza

keupayaan? Penurunan b.k. = d.g.e. − beza keupayaan (mentol)
= 3.0 V – 2.6 V
= 0.4 V


Mengapa terdapat penurunan 1. Penurunan beza keupayaan merentasi sel adalah disebabkan
rintagan dalam
beza keupayaan? 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.
Arus
4. Sebahagian daripada tenaga per cas yang bateri bekalkan
rintagan dalam
akan digunakan untuk mengatasi _______________________
bateri dan menukarkan kepada tenaga ____________.
haba
5. Oleh itu, tenaga dilesapkan dalam perintang atau mentol
adalah ___________ daripada e.m.f. (1.5J per coulomb).
kurang
31

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



Litar terbuka Litar tertutup


(Apabila suis diukur (Apabila suis
dibuka). menggunakan ditutup).


voltmeter










Daya gerak Beza

elektrik, E keupayaan, V







Menunjukkan Menunjukkan
tenaga yang tenaga elektrik yang
Diukur dalam
dibekalkan untuk ______ atau berubah menjadi
JC
-1
menggerakkan 1 C cas Volts,V bentuk tenaga yang
melalui sel kering dan ________. lain apabila 1 C cas

mengelilingi satu litar melalui satu
elektrik yang komponen dalam litar
lengkap. tertutup.



32

Rintangan dalam, r


rintangan
• 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




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

E Daya gerak elektrik = E
r Beza keupayaan litar luar = V

Penurunan beza keupayaan di dalam sel = Ir



Ir = E – V
I



R V/ V E = V + Ir



V = IR




E = I (R + r )




I/A
0 33

Latihan 7.4


1. Sel kering dengan d.g.e. 2 V dan rintangan dalam 1 Ω r
disambungkan kepada perintang 4 Ω. Tentukan

a) bacaan pada voltmeter
b) arus merentasi perintang 4 Ω
R


Jaw : a)1.6 V b) 0.4 A

V










































34

2. Mentol M disambungkan kepada bateri melalui suis.

Sebuah voltmeter juga disambungkan merentasi bateri.
Apabila suis dibuka, bacaan voltmeter ialah 6.0 V. Apabila V
suis ditutup, bacaan voltmeter menjadi 4.8 V. Bulb, M

a) Apakah e.m.f. yang bateri?
b) Jika rintangan mentol M adalah 8 Ω, apakah arus

yang mengalir melalui M apabila suis ditutup? Switch
c) Cari nilai rintangan dalam, r, bateri. r





Jaw : a) 6V b) 0.6A c) 2Ω






































35

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 S
a) d.g.e.

b) rintangan dalam
c) rintangan perintang, R
V R


Jaw : a) 1.5 V b) 0.5 Ω c) 4.5 Ω






A













4. Rajah menunjukan graf V melawan I bagi sebuah
sel kering. Tentukan: V/ V

a) d.g.e. sel kering
b) rintangan dalam sel kering 1.5



Jaw : a) 1.5 V b) 1 Ω 0.9




I/A
0 0.6


36

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


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



Sambungan Sesiri Sambungan Selari






1.5 V 1.5 V 1.5 V 0.5 Ω






0.5 Ω 0.5 Ω
1.5 V 0.5 Ω




Jumlah d.g.e. = 2 x 1.5 = 3.0 V Jumlah d.g.e. = 1.5 V


Jumlah r = 2 x 0.5 = 1.0 Ω Jumlah r = ½ x 0.5 = 0.25 Ω























37

7.5 Tenaga dan Kuasa Elektrik


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 • Daripada Hukum Ohm,

ditakrifkan sebagai tenaga, E dilesapkan
atau dipindahkan oleh 1 C cas, Q yang E  I 2 Rt V  IR

bergerak melalui dua titik tersebut.


E
V  E  VIt

Q



• Arus adalah kadar pengaliran cas. V 2 t I  V
E  R

E  VQ E  VIt R


• Unit tenaga elektrik adalah Joule, J


Q  It

38

Kuasa Elektrik

• Kuasa adalah kadar tenaga elektrik dilesapkan atau dipindahkan.



Tenaga E VIt
Kuasa  P  P   VI unit = J s -1

Masa t t = Watt (W)





Untuk perintang dan lampu, gabungkan P = VI

dengan V = IR atau I = V / R



V  IR
P  I 2 R Kadar kuasa



Satu cerek elektrik dilabelkan 240 V,
P  VI 1500W bermaksud cerek elektrik itu

akan menggunakan 1500J tenaga
V V 2 elektrik setiap 1 saat jika
I  P  disambungkan dengan bekalan

R R kuasa 240 V.






Rumus penggunaan tenaga elektrik

Rumus tenaga elektrik yang digunakan oleh sesuatu alat elektrik :


Tenaga elektrik yang digunakan = kadar kuasa × masa

E = Pt
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.


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
6
• 1 kWj = 1 kW x 1 j = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 10 J

Compare power rating and energy consumption of various electrical appliances


Kadar kuasa /
Peralatan Masa/ Jam Penggunaan tenaga / kWh
W

Kipas 50 1 0.05

Televisyen 100 1 0.10


Komputer 200 1 0.20


Penyaman udara 1000 1 1.00

Mesin basuh 1 800 ½ 0.90


Cerek air elektrik 3600 ½ 1.80


Total 4.05


40

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

= 5 x 0.036 kW x 5 j x 31
= 27.9 unit



Cost = 27.9 x 21.8
= RM 6.10



Membandingkan pelbagai peralatan elektrik dari segi penggunaan tenaga yang cekap



• 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.



41

Latihan 7.5

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


Jaw : a) 6 A b) 864 kJ












































42

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?


Jaw : a) 76.8 Ω b) 675 kJ























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?



Jaw : RM 7.50


















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.







Kurang Cekap

cekap

44

Apakah fius?
• Fius adalah sekeping dawai pendek yang nipis yang menjadi
terlampau panas dan lebur 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 lebih 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 fius.
Ini akan menghalang seseorang
daripada terkena kejutan elektrik.




45

Latihan Tambahan



Kertas 2 Bahagian B


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.







Voltmeter


Bekalan kuasa a.t.






Ammeter














Reostat





Dawai
Konstantan


Rajah 1.1

46

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.










V V V







Rajah 1.2 Rajah 1.3 Rajah 1.4


ℓ = 40.0 cm ℓ = 50.0 cm ℓ = 60.0 cm










V V







Rajah 1.5 Rajah 1.6

ℓ = 70.0 cm ℓ = 80.0 cm
47

(a) Berdasarkan matlamat dan prosedur eksperimen nyatakan:
(i) Pembolehubah dimanipulasi Panjang dawai konstantan, ℓ [1 markah]
(ii) Pembolehubah bergerak balas Rintangan [1 markah]
(iii) Pembolehubah malar Arus [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:


V
R 
I


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

ℓ /cm V / V I / A R /


40.0 0.6 0.2 3.0

50.0 0.8 0.2 4.0


60.0 0.9 0.2 4.5


70.0 1.0 0.2 5.0

80.0 1.2 0.2 6.0


(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]

d) R berkadar terus dengan ℓ.
e) Pastikan kedudukan mata adalah bersudut tepat dengan jarum penunjuk voltmeter bagi
mengelakkan ralat paralaks.

48

1 R /



6.0



5.5 7 6


5.0

ℓ /cm R /
4.5
40.0 3.0

4.0 50.0 4.0

60.0 4.5
3.5
5 70.0 5.0

3.0 80.0 6.0
4


2.5



2.0



1.5


1.0




0.5 2
3


0 20 40 60 80 ℓ / cm 49