BAB 2 Elektrik

BAB 2 ELEKTRIK (ELECTRICITY)

2.1 Medan elektrik dan pengaliran cas

Atom dan Cas Elektrostatik

Orbit Atom
 Suatu jirim terdiri daripada

beribu-ribu atom.

Elektron  Di pusat atom terletak nukleus

yang mempunyai subatom yang

dinamakan proton dan neutron.

 Proton bercas positif manakala

Proton neutron bercas neutral.
 Nukleus atom dikelilingi

Neutron elektron-elektron yang bercas
negatif.

 Cas elektrik ditulis dengan

++ – +–+ + simbol Q.
p+  Unit bagi cas elektrik ialah
Objek bercas positif e– coulomb.

 1 elektron (cas negatif)

mempunyai cas sebanyak
p+ – 1.6  10-19 C.
+ – – – – –+ e–  1 proton (cas positif)
Objek bercas negatif mempunyai cas sebanyak
+ 1.6  10-19 C.

+ –+–+–+– p+ Cas elektrostatik
Objek tidak bercas (Neutral) e–
 Cas elektrostatik ialah cas
++ elektrik yang tidak bergerak atau
pegun dalam suatu objek.
––
 Terdapat dua jenis cas elektrik:
Cas-cas yang sama saling menolak (a) Cas positif (+)
(b) Cas negatif (–)
+–
 Suatu objek bersifat
Cas-cas yang berlainan saling menarik (a) Positif apabila bilangan cas
positif melebihi bilangan cas
negatif.
(b) Negatif apabila bilangan cas
negatif melebihi bilangan cas
positif.
(c) Neutral apabila bilangan cas
positif sama dengan bilangan
cas negatif.

Aktiviti 1: Penghasilan cas dengan menggunakan Penjana Van de Graaff

Prosedur:
(1) Penjana Van de Graaff dihidupkan.
(2) Dekatkan hujung jari, bola logam dan

rambut kepada permukaan kubah.
(3) Terang dan bincangkan pemerhatian

daripada aktiviti ini.

37

Hubungan antara pengaliran cas elektrik (elektron) dengan arus elektrik
Aktiviti : Mengkaji hubungan antara pengaliran cas elektrik dengan arus

Konduktor

Penjana Van Galvanometer Sumber
de Graaff cas elektron

0

 Pemerhatian:
Apabila penjana Van de Graaff dihidupkan dan klip buaya disambung pada konduktor,
jarum galvanometer terpesong. Ini menunjukkan terdapat pengaliran cas elektrik
dalam konduktor yang disambung kepada galvanometer.

 Perbincangan:
Pengaliran cas elektrik (electron) dalam konduktor menghasilkan arus elektrik. Cas-
cas mengalir dalam konduktor dari Bumi melalui galvanometer ke kubah untuk
meneutralkan cas-cas positif padanya.

 Kesimpulan:
Pengaliran cas (elektron) dalam satu konduktor menghasilkan arus elektrik.

Bateri (1) Rajah di sebelah menunjukkan satu litar

ringkas.

+– (2) Secara konvensional, arus dikatakan

mengalir dari terminal positif ke terminal

negatif bateri tu.

I e (3) Sebenarnya, daya gerak elektrik (d.g.e)
bateri yang menyebabkan elektron

mengalir dari terminal negatif ke terminal

positif.

(4) Arus ditakrifkan sebagai

kadar pengaliran cas.

Arus  Kuantiti cas yang mengalir, Q
Masa yang diambil, t

Arus, I  Q
t

(5) Unit SI bagi arus ialah Ampere, A.

(6) Kuantiti cas, Q = It.

Cas mengalir dalam konduktor

38

Latihan 2.1 Pengaliran cas dan arus elektrik

(1) Ramalkan nilai arus dalam situasi (2) Apakah maksud arus elektrik 1 A?
berikut: .......................................................................
.......................................................................
Arah arus mengalir

.......................................................................

Nilai arus adalah ..................... (3) Jika satu cas sebanyak 300 C mengalir
Arah arus mengalir melalui mentol setiap 2 minit. Berapakah
arus yang mengalir melalui mentol itu?

Nilai arus adalah .......................... (5) Sebanyak 1.5 A arus mengalir melalui
sebuah lampu. Hitung bilangan elektron
(4) Cas sebanyak 6 C mengalir melalui yang melalui lampu itu dalam masa 2
seutas dawai selama 1.2 s. Berapakah minit. Diberi cas untuk satu elektron ialah
arus elektrik yang melalui dawai 1.6  10-19 C.
tersebut?

(6) Kubah logam sebuah penjana Van (7) Apabila kilat menyambar di antara dua
de Graaff yang telah dicaskan awan bercas, 400 A arus elektrik mengalir
disambungkan ke Bumi melalui sebuah dalam masa 0.05 s. Berapakah kuantiti
mikroammeter. Jika bacaan cas elektrik yang dipindahkan?

mikroammeter ialah 30 A, berapakah
jumlah cas yang telah mengalir melalui
dawai penyambung dalam masa 5 s?

39

Medan elektik
(1) Medan elektrik ialah kawasan yang di sekeliling cas atau suatu objek yang

bercas yang menyebabkan cas atau objek lain yang bercas yang berada dalam
kawasan itu akan mengalami daya elektrik (sama ada daya tolakan atau
tarikan).
(2) Medan elektrik diwakili oleh garis-garis anak panah yang dikenali sebagai garis
daya elektrik.
(3) Garis-garis daya elektrik tidak bersilang dan sentiasa bertindak dari arah cas
positif ke arah cas negatif.
(4) Kekuatan satu medan elektrik diwakili oleh keamatan bilangan garis medan.
Lebih padat dan banyak garis daya elektrik menunjukkan medan elektrik yang
kuat.

+–

Medan elektrik pada cas positif Medan elektrik pada cas negatif

Daya elektrik yang bertindak ke atas cas uji dalam satu medan elektrik

Sfera bercas positif Sfera bercas negatif

+ +–

+

Contoh-contoh corak medan elektrik

Dua sfera berlainan cas Dua sfera bercas positif

+- ++

40

Dua sfera bercas negatif Plat positif dan plat negatif

-- –+
–+
–+
–+

Sfera bercas positif dan Sfera bercas negatif dan
plat bercas negatif plat bercas positif

+ –

– – – – – – – ––– +++++++++++++

Aktiviti: Menunjukkan kewujudan medan elektrik
VLT

Minyak masak Elektrod
Bijian halus

41

A Pemerhatian C
B
+- +–
– +–
– +–
+–
+–

–

Aktiviti : Memerhati kesan medan elektrik ke atas cas elektrik

(1) Bola ping pong yang disalut dengan bahan konduksi

Bola polistrin bersalut Sebiji bola polisterin yang disaluti
kepingan aluminium digantungkan

kepingan aluminium dengan benang nilon di tengah-tengah
dua plat logam yang menjadi plat positif

dan plat negatif.

Gerakkan bola polisterin ke plat positif.

Apakah yang terjadi?

Plat ...................................................................

logam VLT

...................................................................

...................................................................

...................................................................
...................................................................
...................................................................
...................................................................
...................................................................

...................................................................
...................................................................
...................................................................
...................................................................
...................................................................

42

(2) Nyalaan lilin Nyalaan lilin ditempatkan di antara dua
ceper logam semasa VLT tidak
dihidupkan.

Kipas harus dimatikan semasa aktiviti ini
dijalankan.

(a) VLT tidak dihidupkan

Apabila VLT dihidupkan nyalaan lilin
terbahagi kepada dua bahagian.

Terminal Terminal Bahagian yang tersebar ke plat negatif
positif negatif lebih besar berbanding ke plat positif.
Jelaskan.

......................................................................

......................................................................

......................................................................

(b) VLT dihidupkan ......................................................................

......................................................................

......................................................................

......................................................................

......................................................................

......................................................................

......................................................................

......................................................................

43

2.2 Hubungan antara arus elektrik dan beza keupayaan
Menjana idea tentang beza keupayaan

 Tekanan pada titik P ……………….... P Q
daripada tekanan pada titik Q.

 Apabila injap dibuka, air akan mengalir
dari titik .......... ke titik ..........

 Ini disebabkan oleh ...............................
tekanan di antara dua titik tersebut.

 Tenaga keupayaan graviti pada titik X X
............................ daripada titik Y. h

 Epal itu akan jatuh dari titik ............. ke titik Y
............

 Ini disebabkan ................................. tenaga
keupayaan graviti di antara dua titik
tersebut.

 Keupayaan elektrik pada titik A Mentol
lebih tinggi berbanding titik B. AB
Sumber tenaga elektrik
 Maka, elektron-elektron yang mengalir
dari titik B ke titik A perlu melakukan AB
kerja.

 Arus akan mengalir dari A ke B melalui
mentol disebabkan wujudnya pengaliran
cas dalam konduktor pada litar tersebut.

 Sebelum merentasi mentol, elektron-
elektron bergerak dengan tenaga yang
tinggi.

 Selepas merentasi mentol, elektron-
elektron mengalami penyusutan tenaga
dan kembali kepada sumber tenaga.

 Kehilangan tenaga oleh elektron ini
adalah disebabkan tenaga elektrik
ditukarkan kepada tenaga cahaya dan
tenaga haba semasa merentasi mentol.

44

Beza keupayaan
(Potential difference/Voltage)

Keupayaan elektrik Keupayaan elektrik

tinggi rendah

+ A+ B

P

Beza keupayaan

(1) Objek bercas positif P menghasilkan satu medan elektrik di sekelilingnya.

(2) Medan elektrik ialah kawasan di mana daya elektrik bertindak.

(3) Keupayaan elektrik pada titik A lebih tinggi daripada keupayaan elektrik pada titik B

kerana A lebih dekat dengan pusat P.

(4) Jika satu cas positif diletakkan pada titik A, cas ini akan ditolak oleh medan elektrik

jasad P.

(5) Cas ini bergerak kerana wujudnya beza keupayaan antara titik A dengan titik B.

(6) Sebaliknya, jika cas positif itu digerakkan dari titik B ke titik A, kerja perlu

dilakukan untuk menentang daya elektrik iaitu daya tolakan yang bertindak antara

jasad P bercas positif dengan cas positif.

(7) Beza keupayaan, V, antara dua titik ialah kerja (W) yang dilakukan atau perlu

dilakukan untuk menggerakkan 1 C cas (Q) antara dua titik dalam medan elektrik,

iaitu:

Beza keupayaan, V  kerja, W atau
cas, Q

Beza keupayaan, V  tenaga, E
cas, Q

(8) Unit beza keupayaan elektrik, V ialah JC-1 atau Volt (V)

(9) Beza keupayaan elektrik juga disebut voltan.

Apakah maksud 1 volt? Beza keupayaaan antara dua titik bernilai 1 volt

Bermaksud: sekiranya 1 joule tenaga diperlukan untuk
1 J tenaga diperlukan untuk
menggerakkan 1 C cas dari menggerakkan 1 coulomb cas melalui dua titik
titik A ke titik B.
Atau tersebut.

1 volt  1 joule atau 1 V = 1 JC-1
1coulomb

1 J kerja perlu dilakukan - p.d = 1 volt
Penyelesaian:
untuk menggerakkan 1 C A B
cas dari titik A ke titik B. Penyelesaian:

Contoh 1: Apabila suatu perintang elektrik

disambung ke satu sel kering, 12 C cas

mengalir dan 36J tenaga elektrik di

bekalkan kepada perintang. Berapakah

beza keupayaan merentasi perintang itu?

Contoh 2: Apabila berlaku ribut petir

selama 2 saat, 12.5 A arus terhasil dan
beza keupayaan 5 x 105 kV merentasi awan

dan permukaan bumi. Tentukan

(a) Jumlah cas terhasil.

(b) Jumlah tenaga yang dijanakan.

45

Bagaimana mengukur beza Beza keupayaan atau voltan di antara dua titik dalam
keupayaan? satu litar boleh diukur menggunakan voltmeter.
Voltmeter mesti disambung secara selari (in parallel) di
V antara dua titik tersebut.

V Sebagai contoh untuk mengukur beza keupayaan yang
Bagaimana mengukur arus merentasi sebiji mentol di dalam litar, sebuah
elektrik yang mengalir voltmeter disambung secara selari dengan mentol itu.
dalam litar?
Arus elektrik diukur menggunakan ammeter.
A Ammeter mesti disambung secara sesiri (in series)
dengan komponen elektrik di dalam suatu litar elektrik.

A

Hubungan antara arus elektrik dengan beza keupayaan

Eksperimen: Mengkaji hubungan antara arus dan beza keupayaan bagi satu
konduktor ohm.

Inferens : .................................................................................................................................

Hipotesis: .................................................................................................................................

.................................................................................................................................

Tujuan : ....................................................................................................................................

Pemboleh ubah:
(i) Yang dimanipulasikan : ..........................................................

(ii) Yang bergerak balas : ..........................................................

(iii) Yang dimalarkan : ..........................................................

Senarai radas dan bahan : .....................................................................................................

...................................................................................................................................................

Susunan radas:

46

Prosedur:
1. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Penjadualan data:

Analisis data:

Kesimpulan:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................

47

Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahawa arus, I yang mengalir melalui satu konduktor
elektrik berkadar langsung dengan beza keupayaan, V merentasi dua hujung
konduktor itu, dengan syarat suhu dan keadaan fizikal konduktor itu adalah tetap.

Daripada Hukum Ohm : Daripada graf V melawan I yang diperolehi
VI dalam eksperimen:

Maka, V  pemalar= kecerunan graf V/V
I
V
Untuk konduktor ohm, pemalar itu
dikenali sebagai rintangan, R bagi Kecerunan =
konduktor itu:
I
R V
I I/A
Kecerunan graf V melawan I adalah tetap.

Apakah itu konduktor Ohm dan konduktor bukan Ohm?

(i) Konduktor Ohm ialah konduktor elektrik yang mematuhi Hukum Ohm.
(ii) Konduktor Bukan Ohm ialah konduktor elektrik yang tidak mematuhi Hukum

Ohm.

Definisi Rintangan. Rintangan, R satu konduktor boleh ditakrifkan sebagai
nisbah beza keupayaan, V merentasi konduktor itu

terhadap arus elektrik, I yang mengalir melaluinya, iaitu

R V
I

Unit bagi rintangan ialah volt per ampere (VA-1)
atau ohm ().

Lakarkan graf V melawan I bagi Konduktor Ohm dan Konduktor Bukan Ohm

Konduktor Ohm Konduktor Bukan Ohm

V/V V/V

I/A I/A
Contoh bahan konduktor bukan Ohm:
Contoh bahan konduktor Ohm:

48

Faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan konduktor
(1) Rintangan merupakan satu ukuran halangan terhadap pengaliran arus dalam suatu

konduktor.

V
(2) Daripada I  , arus elektrik, I adalah berkadar songsang dengan rintangan, R

R

apabila nilai V dimalarkan,

1
I R

(3) Apabila rintangan, R tinggi, arus, I yang mengalir dalam satu konduktor adalah
rendah dan sebaliknya.

(4) Faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan satu konduktor ialah:
(a) Panjang konduktor
(b) Luas keratan rentas/ Diameter konduktor
(c) Jenis bahan
(d) Suhu konduktor

Panjang konduktor, l

Rintangan konduktor R
berkadar langsung dengan
l panjang konduktor.

2l R  l

3l
l

Luas keratan rentas konduktor, A

Rintangan konduktor

A berkadar songsang dengan R
2A
3A luas keratan rentas

Nikrom konduktor.
Konstantan
R

1 1
R A A

A

Jenis konduktor logam V

Jenis konduktor logam yang
berbeza mempunyai rintangan
yang berbeza.

Kuprum

Perak I

49

Suhu konduktor,  R
Untuk jenis konduktor sama dan mempunyai panjang,
l dan luas keratan rentas, A yang sama, rintangan, R

bertambah dengan pertambahan suhu konduktor, .



Mengkaji faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan
Eksperimen: Mengkaji hubungan antara panjang dawai dan rintangan dawai.

Inferens : .................................................................................................................................

Hipotesis: .................................................................................................................................

Tujuan : ....................................................................................................................................

Pemboleh ubah:
(iv) Yang dimanipulasikan : ..........................................................

(v) Yang bergerak balas : ..........................................................

(vi) Yang dimalarkan : ..........................................................

Senarai radas dan bahan : .....................................................................................................

...................................................................................................................................................

Susunan radas:

Prosedur:
1. .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
2. .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
3. .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

50

Penjadualan data:

Analisis data:

Kesimpulan:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................

51

Latihan 2.2 Hubungan antara arus elektrik dan beza keupayaan

Penyelesaian masalah melibatkan arus, I, beza keupayaan, V dan rintangan, R

(1) Suatu komponen elektrik berlabel 12 V, (2) Jika mentol di dalam litar itu

2 A. Berapakah rintangan komponen mempunyai rintangan 6 , berapakah

elektrik itu? bacaan ammeter jika sel kering

membekalkan 3 V voltan?

6 A

(3) Jika arus 0.5 A mengalir merentasi (4) Graf menunjukkan keputusan
perintang 3.0  di dalam litar, kira daripada satu eksperimen untuk
voltan yang dibekalkan oleh sel menentukan rintangan dawai. Hitung
kering tersebut. rintangan dawai itu.
V/V
I = 0.5 A
3 1.2

0 I/A
5

(5) PQ ialah seutas dawai berintangan
10  dengan panjang 1 m. Hujung Q
disambungkan kepada satu
ammeter, satu perintang 2  dan
satu bateri 3 V. Berapakah bacaan
ammeter apabila joki berada di X?

2

A

P Joki Q
x
20 cm

52

Superkonduktor R()

(1) Rintangan suatu konduktor berkurang 0 Tc T(K)
apabila suhu konduktor menurun.
Superkonduktor
(2) Untuk bahan tertentu seperti aluminium,
rintangan konduktor menjadi sifar sebaik R()
sahaja disejukkan di bawah suhu genting, Tc
seperti dalam graf di sebelah.

(3) Bahan konduktor yang menunjukkan ciri ini
dikenali sebagai superkonduktor.

(4) Superkonduktor merupakan konduktor yang
unggul kerana tidak ada rintangan dalamnya
yang boleh menghalang pengaliran elektron.

(5) Sekiranya satu arus dihasilkan pada
gegelung superkonduktor, arus akan terus
mengalir walaupun punca elektrik
dihentikan. Arus akan terus mengalir dalam
gegelung superkonduktor tanpa kehilangan
tenaga.

0 T(K)
Konduktor biasa

Kegunaan superkonduktor

Kabel penghantaran tenaga elektrik Bidang pengangkutan

Kabel superkonduktor berintangan sifar Kereta api maglev diperkenalkan yang
meningkatkan kecekapan penghantaran menggunakan superkonduktor bagi
tenaga kerana tidak berlaku kehilangan menghasilkan daya elektromagnet yang
tenaga dalam bentuk haba. kuat yang mampu mengapung dan
memacu kereta api dengan laju.
Bidang perubatan
Bidang industri

Teknik pengimbasan MRI (Magnetic Gegelung superkonduktor dalam penjana,
Resonance Imaging) diperkenalkan motor dan transformer menjadikan alat-
untuk menggantikan sinar-X. alat elektronik lebih kecil tetapi berkuasa
tinggi.

53

2.3 Litar sesiri dan Litar selari
Aktiviti : Memasang dan mengenal pasti litar sesiri dan litar selari

Litar sesiri Litar selari

Lukiskan litar skema bagi gambar rajah litar di atas.

Aktiviti :

Membuat perbandingan arus dan beza keupayaan bagi litar sesiri dan litar selari

Litar sesiri Litar selari

AA

A1

A1 A2

A2

Bacaan ammeter A adalah sama dengan Bacaan ammeter A ialah jumlah A1 + A2.

A1 dan A2. A = A1 = A2 Maka, A = A1 + A2
Maka, I = I1 + I2

I = I1 = I2

54

V1 V2 V
V V1
V2

Bacaan voltmeter V ialah jumlah V1 + V2. Bacaan voltmeter V adalah sama dengan
Maka, V1 dan V2.

V = V1 + V2 Maka,

V = V1 = V2

Ciri-ciri litar sesiri dan litar selari

Litar Sesiri Litar Selari

I R1 I R2 I V I
V1 V2 I1

R1
I

V I2 R2

V

Arus yang sama mengalir dalam setiap Arus, I adalah hasil tambah I1 dan I2.
perintang.
Beza keupayaan yang sama untuk setiap
Beza keupayaan, V adalah hasil tambah perintang.
V1 dan V2.

Jika satu mentol rosak, mentol-mentol Jika satu mentol rosak, mentol-mentol

lain dalam litar sesiri tidak akan bernyala. lain dalam litar selari akan terus bernyala.

Kecerahan semua mentol dalam litar Kecerahan semua mentol dalam litar
sesiri adalah sama tetapi lebih malap selari adalah sama tetapi lebih cerah
berbanding litar selari. berbanding litar sesiri.

55

Latihan 2.3 (a) Membandingkan arus dan beza keupayaan dalam litar sesiri dan litar
selari.

(a) Tentukan bacaan ammeter dalam litar-litar berikut:

(b) Tentukan bacaan voltmeter dalam litar-litar berikut:

56

Menentukan nilai rintangan berkesan dalam litar sesiri dan litar selari

Rintangan berkesan (rintangan senilai) ialah rintangan tunggal yang akan
memberikan kesan yang sama kepada litar. Ia membenarkan arus yang sama mengalir
dalam litar sekiranya ia digantikan dengan dua atau lebih perintang yang disambung
secara sesiri atu selari atau gabungan kedua-dua sambungan litar tersebut.

Litar sesiri Litar selari
I R1 I R2 I V

V1 V2 I1

R1
II

V I2 R2

V

I = I1 = I2 I = I1 + I2
V = V1 + V2 V = V1 = V2
Rintangan berkesan, R bagi litar sesiri Rintangan berkesan, R bagi litar selari

dikira dengan menggunakan formula: dikira dengan menggunakan formula:

R = R1 + R2 11 1
R  R1  R2

Contoh: Hitung rintangan berkesan, R untuk litar-litar berikut:

Contoh 1: Contoh 2:

Contoh 3: Contoh 4:

57

Petua litar

Petua 1 Petua 2
R1 R2
I1 R1
I V1 V2
V
I2 R2
1 1
1 2
12
12
2 2
2 1
12
12

Latihan 2.3 (b) Menentukan rintangan berkesan, R dalam litar sesiri, litar selari dan
litar gabungan serta menyelesaikan masalah melibatkan V = IR.

(a) Tentukan rintangan berkesan bagi litar-litar berikut:

(b) Selesaikan masalah-masalah berikut: (2)
(1)

58

(3) (4)
A1 A1

(5) (6)
V V

(7) (8)
A A1

59

2.4 Daya gerak elektrik (d.g.e) dan rintangan dalam (r)

Daya gerak elektrik (d.g.e)/ Electromotive force (e.m.f)

D.g.e ialah tenaga yang dibekalkan untuk menggerakkan 1 C cas melalui sel kering
dan mengelilingi satu litar elektrik yang lengkap.

Unit d.g.e ialah volt (V) atau Joule per coulomb (JC-1)

 Nilai voltan yang dilabelkan pada sel kering
menunjukkan nilai daya gerak elektrik, d.g.e yang
dibekalkan oleh sel kering

 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 antara daya gerak elektrik (d.g.e) dan beza keupayaan

Persamaan:

Daya gerak elektrik dan beza keupayaan diukur dengan unit:
Joule per coulomb (JC-1) atau volt (V)

Perbezaan:

Daya gerak elektrik (d.g.e) Beza keupayaan, V

V V

 Arus tidak mengalir melalui  Arus mengalir dalam litar.
voltmeter  Bacaan voltmeter berkurang sedikit

 Bacaan voltmeter bernilai .......... V apabila suatu beban (mentol)
 Bacaan voltmeter = d.g.e = ........ V disambung di dalam litar.
 Jika bacaan voltmeter .............V, maka
beza keupayaan merentasi mentol
ialah .............V.

d.g.e  Tenaga yang dibekalkan , E Beza keupayaan  Kerja yang dilakukan, W
cas yang mengalir, Q cas yang mengalir, Q

a

60

Aktiviti: Membezakan antara daya gerak elektrik dengan beza keupayaan

Suis, S Bateri

Mentol R

 Suis S dalam keadaan dibuka. Suis Terbuka Tertutup
 Perhatikan mentol. (off) (on)
 Rekodkan bacaan ammeter dan Keadaan
mentol
voltmeter Bacaan
 Suis S ditutup. ammeter
 Perhatikan mentol. Bacaan
 Rekodkan bacaan ammeter dan voltmeter

voltmeter.

Rintangan dalam, r/ Internal resistance, r

Rintangan dalam, r suatu sel kering ialah rintangan Sel kering
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 Rintangan dalam
yang merentasi sel kering apabila cas bergerak
melaluinya ke litar elektrik yang disambungkan Unit Ohm ()
dengan suatu beban rintangan atau mentol. Sel

Persamaan daya gerak elektrik: kering

Daya gerak elektrik = E I
Beza keupayaan litar luar = V
Nilai jatuhan beza keupayaan di dalam sel = Ir

Ir = E - V

Atau V

E = V + Ir

Atau

E = IR + Ir

61

Eksperimen : Menentukan daya gerak elektrik dan rintangan dalam suatu sel kering
Tujuan: Menentukan rintangan dalam suatu sel kering.

Pemboleh ubah:
(i) Dimanipulasikan : Arus
(ii) Bergerak balas :Beza keupayaan
(iii) Dimalarkan : Rintangan dalam

Radas : Sel kering baru, pemegang sel, voltmeter, ammeter, rheostat, suis dan dawai
penyambung.

Prosedur: Susunan radas:
(1) Suis dihidupkan dan rheostat
dilaraskan supaya arus yang Sel kering
mengalir melaluinya adalah 0.2 A. rheostat
Bacaan ammeter, I dan bacaan
voltmeter, V yang sepadan
dicatatkan.
(2) Eksperimen diulang dengan
melaraskan rheostat supaya arus
mengalir = 0.3 A, 0.4 A, 0.5 A dan
0.6 A.

Penjadualan data: Analisis data:

I/ A V/V Plotkan graf V melawan I
V/V

I/A

Perbincangan:
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

62

Latihan 2.4 : Daya gerak elektrik, d.g.e dan rintangan dalam, r
(1) (2)

Dalam rajah apabila suis S dimatikan, Apabila suis S dimatikan, bacaan
bacaan voltmeter ialah 1.5 V. Apabila suis voltmeter adalah 1.5 V. Apabila suis S
S dihidupkan bacaan voltmeter ialah 1.35 dihidupkan bacaan voltmeter dan
V dan bacaan ammeter ialah 0.3 A. ammeter adalah 1.3 V dan 0.2 A masing-
Tentukan: masing. Tentukan rintangan dalam sel itu.
(a) d.g.e sel
(b) rintangan dalam sel
(c) Nilai perintang R

(3) Suatu sel kering membekalkan arus (4)
0.5 A apabila disambung kepada
Sebuah bateri dengan daya gerak elektrik
perintang 2 . Sel yang sama 12 V dan mempunyai rintangan dalam 1.5
membekalkan arus 0.4 A apabila  disambungkan kepada dua perintang 6
. Kira arus yang melalui setiap perintang
disambung kepada perintang 4 . 6 .
Tentukan d.g.e sel kering tersebut.

63

2.5 Tenaga dan kuasa elektrik

Tenaga elektrik

Tenaga elektrik, E ialah kerja yang dilakukan semasa cas elektrik, Q dipindahkan di
antara dua titik yang mempunyai beza keupayaan, V.

Tenaga elektrik boleh ditukar kepada bentuk tenaga yang lain oleh peralatan
elektrik yang disambung di dalam litar.

Contoh penukaran tenaga elektrik kepada tenaga-tenaga lain:

Tenaga elektrik  Tenaga cahaya + tenaga haba (mentol)

Tenaga elektrik  Tenaga bunyi (loceng elektrik)

Tenaga elektrik  Tenaga mekanikal (Motor elektrik)

Hubungan antara  Daripada takrifan beza keupayaan, V:

tenaga (E), voltan (V),

arus (I) dan masa (t) Beza keupayaan, V  tenaga elektrik, E , maka tenaga
cas, Q
Cuba terbitkan
formula-formula elektrik, E boleh ditulis sebagai

tenaga elektrik: E = VQ

 Oleh kerana cas elektrik, Q = It, maka tenaga elektrik,

E = VQ boleh ditulis sebagai

E = VIt

 Daripada hukum Ohm, V = IR, maka tenaga elektrik,

E = VIt boleh ditulis sebagai

E = I2Rt atau E= V2t
R

 Unit SI bagi tenaga elektrik ialah joule (J)

Contoh 1: Satu cerek air disambung
kepada bekalan kuasa 240 V. Jika
rintangan unsur pemanas di dalam cerek

ialah 40 , kira
(a) Arus mengalir melalui unsur
pemanas
(b) Kuantiti tenaga haba yang
dihasilkan dalam masa 10 minit
pemanasan.

Contoh 2: Suatu gegelung pemanas
dialirkan arus 5 A dan beza keupayaan
merentasinya ialah 240 V dibekalkan
selama 15 minit. Tentukan jumlah tenaga
elektrik yang dihasilkan.

64

Kuasa elektrik
Kuasa elektrik, P ditakrifkan sebagai kadar pemindahan tenaga elektrik.

Kuasa elektrik, P  tenaga elektrik yang dipindahka n, E atau P = E
Masa, t t

Hubungan antara kuasa (P),  Daripada takrifan kuasa elektrik, P = E .
voltan (V) dan arus (I). t

Cuba terbitkan sendiri  Oleh kerana tenaga elektrik, E = VIt, maka

formula-formula kuasa P = VI
elektrik:

 Daripada E = I2Rt, kuasa elektrik, P

P = I2R

 Daripada E = V2t , kuasa elektrik, P
R

P= V2
R

 Unit SI bagi kuasa elektrik ialah Joule per saat
(Js-1) atau watt (W).

Contoh 1: Sebiji mentol berlabel 12 V, Penyelesaian:
36 W disambut kepada suatu sumber
kuasa 12 V.

(a) Hitung arus yang mengalir
melalui mentol itu.

(b) Berapakah tenaga elektrik yang
digunakan jika mentol itu
dihidupkan selama 30 minit?

Contoh 2: Satu pemanas rendam Penyelesaian:
mempunyai label 140 V, 750 W.

(a) Berapakah rintangan pemanas
rendam itu?

(b) Berapakah tenaga elektrik yang
dibekalkan selama 15 minit
pemanasan?

65

Kadar kuasa (power rating)  Semua peralatan elektrik dilabelkan dengan
kadar kuasa (power rating).

 Contoh:
Satu cerek elektrik dilabelkan 240 V, 1500W
bermaksud cerek elektrik itu akan menggunakan
1500J tenaga elektrik setiap 1 saat apabila
disambungkan dengan bekalan kuasa 240 V.

Contoh label kadar kuasa (power rating) pada peralatan elektrik:

Formula tenaga elektrik yang Jumlah tenaga elektrik yang digunakan oleh
digunakan oleh sesuatu alat sesuatu peralatan elektrik dalam masa tertentu ialah
elektrik.
Tenaga elektrik = kadar kuasa  masa
E = Pt

Perbandingan kadar kuasa dan penggunaan tenaga elektrik bagi peralatan elektrik.

 Semakin besar nilai kadar kuasa (power rating) sesuatu peralatan elektrik,
semakin besar tenaga elektrik digunakan dalam setiap saat.

 Semakin panjang masa digunakan, semakin besar tenaga elektrik digunakan.

Peralatan Kadar kuasa / W Masa/ jam Penggunaan tenaga/ kWj
Kipas 50 1

Televisyen 100 1

Komputer 200 1

Penyaman udara 1000 1

Mesin basuh 1800 ½

Cerek air elektrik 3600 ½

A Contoh pengiraan
bil penggunaan
Kos penggunaan tenaga elektrik tenaga elektrik

 Tenaga elektrik yang digunakan dalam kehidupan
disukat dalam unit kilowatt-jam (kWj).

 1 kWj = 1 unit penggunaan tenaga elektrik
 Kos penggunaan tenaga elektrik dikira dengan

mendarabkan bilangan unit yang digunakan
dengan harga satu unit:

Kos = bilangan unit  harga satu unit elektrik

 Kos bagi satu unit elektrik dikenali sebagai kadar Unit Kadar Kos

tariff. penggunaan tariff

66

Kecekapan pelbagai peralatan elektrik

 Kecekapan alat elektrik ditakrifkan sebagai peratusan kuasa output kepada
kuasa inputnya iaitu

Kecekapan = Kuasa output  100 %
Kuasa input

atau

Kecekapan = tenaga output  100 %
tenaga input

 Kecekapan sesuatu alat elektrik sentiasa kurang daripada 100% disebabkan
sebahagian tenaga hilang dalam bentuk haba dan tenaga bunyi.

Perbandingan peralatan elektrik dari segi kecekapan penggunaan tenaga

Mentol berfilamen Kuasa cahaya
60 W output = 3 W

Kuasa elektrik
input = 60 W

Kuasa haba
output = 57 W

Lampu penjimat tenaga Kuasa cahaya
12 W output = 3 W

Kuasa elektrik
input = 12 W

Kuasa haba
output = 9 W

Cara-cara meningkatkan kecekapan tenaga

 Menggantikan penggunaan mentol berfilamen kepada lampu “energy saving
lamps”.

 Merancang pola penggunaan alat elektrik dengan cekap misalnya
menghidupkan penghawa dingin hanya bila diperlukan sahaja dan menggosok
pakaian dalam kuantiti yang banyak dalam satu penggunaan seterika.

 Merekabentuk alat elektrik yang lebih cekap.
 Menyelenggara alat elektrik supaya sentiasa berada dalam keadaan baik dan

dengan itu dapat berfungsi pada kecekapan maksimum.

67

Latihan 2.5 Tenaga dan kuasa elektrik (2) 15 J tenaga haba dihasilkan apabila
arus 1.0 A mengalir melalui mentol
(1) Beza keupayaan merentasi satu sebuah lampu suluh selama 10 s. Kira
perintang ialah 6.0 V apabila arus beza keupayaan merentasi lampu suluh
melaluinya 200 mA selama 2 minit. Kira itu.
jumlah tenaga yang dijanakan pada
perintang itu.

(3) Sebuah lampu elektrik berlabel 240 V, (4) Arus 2 A mengalir melalui sebuah
60 W. Kira arus menerusi filamennya dan
rintangan filamen itu. lampu yang filamennya berintangan 5 .
Kira kuasa yang dijanakan oleh lampu itu.

(5) Sebuah motor elektrik digunakan (6) Sebuah motor elektrik mengangkat
untuk mengangkat beban 50 kg setinggi beban berjisim 8 kg setinggi 5 m dalam
2 m dalam masa 10 s. Jika voltan 25 V masa 5 s apabila arus mengalir
melaluinya 4.0 A. Kirakan beza keupayaan
merentasi perintang 5 yang terdapat merentasi motor jika kecekapannya ialah
pada mesin itu, tentukan kecekapan enjin 100%.
tersebut.

(7) Jika kos 1 unit tenaga elektrik ialah 24 (8)
sen, kirakan kos menonton sebuah
televisyen 250 W, 240 V selama 5 jam
sehari selama sebulan.

Rajah di atas menunjukkan tariff elektrik
yang dikenakan pada sebuah kilang. Jika
pada bulan Ogos bacaan meter ialah 6020
unit, kira kos bil elektrik rumah tersebut.

68