20140324160351Unit 3_arus Dan Litar Elektrik1_studentPJJ_2IN1

UNIT 3

ARUS DAN LITAR ELEKTRIK

3.1 PENDAHULUAN

Elektrik merupakan salah satu daripada penemuan yang mengubah gaya hidup dan kehidupan

manusia. Elektrik merupakan komponen penting kepada teknologi moden dan tanpanya

kebanyakkan perkara yang kita gunakan setiap hari tidak dapat berfungsi, dan mungkin juga

tidak wujud. Telefon mudah alih, komputer, internet, sistem pemanasan, televisyen, mentol

dan hampir segala-galanya di rumah akan berubah sepenuhnya tanpa elektrik. Impuls saraf

membawa isyarat penglihatan ke otak, peranti ultra bunyi menghantar isyarat kepada skrin

komputer, kereta api elektrik yang menarik beban melalui kawasan gunung, semuanya

melibatkan elektrik, iaitu arus elektrik dan pergerakan cas. Pada unit 1 dan unit 2 yang lepas,

kita telah didedahkan kepada elektrostatik dan daya elektrostatik. Dalam unit ini dan beberapa

unit yang berikutnya, kita akan menumpukan kepada fenomena elektrik dan magnet yang

akan melibatkan pengaliran cas, iaitu arus.

{Gambar diambil daripada diambil daripada Hydroelectric Power http://www.kompulsa.com/energy-index/hydroelectric-

power/ (dicapai pada March 7, 2014).}

3.2 HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir unit ini, anda diharap dapat:

(1) Memahami aliran cas dan arus elektrik

(2) Menerangkan rintangan elektrik dan Hukum Ohm

(3) Membezakan antara siri dan litar selari

(4) Menentukan rintangan setara litar yang mempunyai dua atau lebih perintang.

(5) Membezakan di antara arus terus dan arus ulangalik

(6) Menghitung kuasa elektrik

Rajah 3.1: Tenaga elektrik dalam kuantiti yang banyak dihantar dari pusat hidroelektrik ke

sub stesen janakuasa oleh aliran cas elektrik atau arus elektrik.

Unit 3 SRF 3023 KEELEKTRIKAN, KEMAGNETAN, DAN GELOMBANG Litar Elektrik

2

3.3 ARUS DAN RINTANGAN ELEKTRIK

Bagaimanakah arus digerakkan? Kita boleh fikirkan pelbagai peralatan yang

kita gunakan dalam penghidupan seharian seperti bateri, generator, plug dinding, dan

sebagainya yang diperlukan untuk mengekalkan aliran arus. Semua peralatan tersebut secara

prinsipnya mewujudkan suatu beza keupayaan dan dirujuk sebagai sumber voltan. Apabila

sumber voltan disambungkan kepada konduktor, ia mengujudkan suatu beza keupayaan, V

yang akan menghasilkan suatu medan elektrik. Medan elektrik ini akan mengenakan daya ke

atas cas, dan menghasilkan arus. Aliran arus elektrik boleh dianologikan kepada aliran air.

Arus elektrik adalah aliran cas, manakala arus air adalah aliran molekul air. Secara

semulajadi air, molekul air cenderung mengalir dari kawasan bertenaga keupayaan graviti

yang tinggi.

{Gambar diambil daripada diambil daripada how to draw river step by step, http://www.dragoart.com/tuts/7978/1/1/how-to-

draw-a-river.htm (dicapai pada March 7, 2014).}

Arus elektrik mengalir daripada keupayaaan elektrik tinggi kepada keupayaaan elektrik

rendah. Apabila beza keupayaan antara dua keupayaan elektrik bertambah, lebih banyak arus

elektrik akan mengalir!. Arus elektrik mengalir melalui konduktor. Apabila hujung konduktor

elektrik berada pada keupayaan elektrik yang berbeza cas akan mengalir dari satu hujung ke

hujung yang satu lagi. Cas yang mengalir itu disebut pembawa cas. Pada konduktor pepejal,

pembawa cas ialah elektron bebas. Konduktor cecair, dan plasma (gas bercas), pembawa cas

adalah kedua-duanya, iaitu ion positif dan ion negatif.

Untuk mengekalkan aliran cas dalam konduktor, suatu kaedah perlu disediakan untuk

mengekalkan beza keupayaan apabila cas mengalir dari satu hujung ke hujung yang satu lagi.

Biasanya peranan itu dimainkan oleh bateri. Jika kita gunakan aliran air sebagai analogi,

aliran air yang berterusan dapat diperoleh sekiranya perbezaan tekanan air dikekalkan dengan

mengunakan pam seperti lukisan dalam Rajah 3.3(a) di bawah.

mgh tinggi

mgh rendah

Aliran air

Rajah 3.2: Aliran air daripada kawasan keupayaan tinggi ke kawasan keupayaan rendah.


3

3.3.1 Arus

Arus elektrik didefinisikan sebagai kadar aliran cas iaitu kuantiti cas, Q yang mengalir melalui suatu unit luas dalam masa, t yang ditetapkan. Dalam bentuk persamaan matematik ianya dapat ditulis sebagai

QArus, I

t

=

(3.1)

Nota: Masa awal diambil sebagai sifar, t = t. Unit SI untuk arus ialah ampere (A), mengikut

nama ahli fizik Perancis Andr-Marie Ampre (1775-1836). Daripada persamaan (3.1):

1A 1 J / s=

Jika arus malar,

I=Q

t (3.2)

pam

Litar Elektrik

Arus = aliran cas

Q

Q

Q

Q

Rajah 3.2: (a) Aliran air: perbezaan keupayaan dikekalkan menggunakan pam. (b) Perbezaan

keupayaan elektrik dikekalkan dengan penggunaan bateri. kawasan keupayaan rendah

Rajah 3.3: Kadar aliran cas ialah arus semasa. Satu ampere adalah aliran satu coulomb cas

melalui suatu keratan rentas konduktor dengan luas A dalam masa satu saat.


4

Dalam konduktor, contohnya dawai logam, elektron dapat bergerak dengan bebas, dan

seterusnya membawa tenaga di dalam litar. Tenaga ini berpunca dari sumber misalnya bateri

yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik yang digunakan di dalam litar. Semasa

penukaran tenaga di dalam bateri, terhasil beza keupayaan , V merentasi terminal bateri.

___________________________________________________________________________

Contoh 3.1

Untuk tujuan keselamatan, arus yang dibekalkan untuk kegunaan harian tidak boleh melebihi

15 A. Apakah kuantiti maksimum cas yang dapat mengalir melalui litar di dalam rumah

dalam masa 24 jam?

Penyelesaian

6Q 1.3 10 C=

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.2

Arus malar 0.5 A mengalir secara seragam pada mentol lampu picit selama 2.0 min. Kirakan

kuantiti cas dan bilangan elektron yang melalui mentol

Penyelesaian

Q =60C

n = 3.751020 elektron ___________________________________________________________________________

CONTOH 3.3

(a) Berapakah arus yang diperlukan apabila cas sebanyak 720 C daripada sebuah set bateri

lori dialirkan dalam 4.00 s pada masa enjin mula dihidupkan?

(b) Berapakah masa yang diambil oleh cas sebanyak 1.00 C mengalir melalui litar sebuah

kalkulator jika kalkulator itu memerlukan arus sebanyak 0.300 mA?

Penyelesaian

(a) I =180 C/s =180 A

(b) t =3.33 103 s


5

Arus elektrik biasanya mengalir dalam suatu litar, dan beban di dalam litar itu digambarkan

dalam bentuk simbol-simbol yang tertentu dan dilukis dalam rajah skematik. Rajah skematik

di bawah menunjukkan litar ringkas suatu lampu kereta.

Rajah skematik boleh digunakan untuk mewakili alat elektrik yang lain contohnya bateri

disambung ke lampu jalan, atau bateri kecil ke lampu picit dan sebagainya. Rajah skematik ini

berguna dalam perbincangan kita mengenai litar elektrik kerana analisisnya adalah sama

untuk pelbagai situasi. Kita akan bincangkan rajah skematik ini dalam litar elektrik pada

bahagian 3.4.

Nota: Perhatikan, walaupun elektron bergerak dari terminal negatif ke terminal positif, iaitu

arahnya dari negatif ke positif, tapi untuk arah arus, kita menggunakan persetujuan, iaitu arus

mengalir dari terminal positif ke negatif.

3.3.2 Hukum Ohm

Untuk kebanyakan bahan, arus yang mengalir melalui bahan-bahan adalah berkadar terus

dengan beza keupayaan, V yang dikenakan. Ahli fizik Jerman Georg Simon Ohm (1787-

1854), adalah insan pertama yang menunjukkan secara eksperimen bahawa arus yang melalui

satu dawai logam adalah berkadar terus dengan voltan yang dikenakan, iaitu

I V

Hubungan penting ini dikenali sebagai hukum Ohm. Hubungan ini boleh dilihat sebagai

hubungan punca-kesan, dengan voltan sebagai punca dan arus sebagai kesan. Bagaimanapun

perkadaran linear tersebut tidak berlaku pada semua bahan.

3.3.3 Rintangan

Jika beza keupayaan (voltan) mengerakkan arus, apakah pula yang

menghalang arus? Sifat elektrik yang menghalang aliran arus (secara kasar boleh

digambarkan seperti geseran ataupun rintangan udara) dipanggil rintangan R. Perlanggaran

Rajah 3.4: (a) Sistem ringkas suatu lampu elektrik. (b) Rajah skematik litar ringkas untuk

satu beban

Lampu

(a) (b)


6

cas dengan atom dan molekul menyebabkan pemindahan tenaga kepada bahan dan keadaan

ini menghadkan aliran arus. Ringkasnya, rintangan ialah halangan kepada aliran cas. Untuk

sumber voltan yang diberikan, rintangan dalam litar menentukan kuantiti cas yang akan

mengalir di dalam litar tersebut. Apabila arus melalui suatu rintangan, sebahagian daripada

tenaga elektrik ditukarkan kepada bentuk tenaga yang lain misalnya tenaga haba di dalam

pemanas elektrik.

Rintangan ditakrifkan sebagai berkadar songsang dengan arus, atau

1I

R

Keadaan ini bermakna, apabila arus digandakan, maka rintangan akan dikurangkan sebanyak

sekali ganda juga. Dengan menggabungkan kedua-dua perkadaran, kita boleh menulis R

dalam bentuk persamaan, dan ia diberikan sebagai

VI

R= (3.3)

Hubungan ini dikenali sebagai hukum Ohm. Hukum Ohm dalam bentuk ini mentakrifkan

rintangan untuk bahan-bahan tertentu. Hukum Ohm, sama seperti hukum Hooke, bukan

merupakan suatu hukum yang universal. Bahan mematuhi hukum Ohm dikenali sebagai

bahan ohmik. Bahan-bahan ohmik termasuklah konduktor yang baik seperti tembaga dan

aluminium, dan sebahagian konduktor yang tidak baik di bawah keadaan tertentu. Rintangan

bahan ohmik tidak bergantung kepada voltan V dan arus I. Objek yang mempunyai rintangan

mudah dipanggil perintang, walaupun rintangannya adalah kecil. Unit bagi rintangan ialah

ohm dan diberi simbol (diambil daripada huruf omega dalam bahasa Yunani). Menyusun

semula V

IR

= memberikan I

VR = , dan dengan itu unit S.I bagi rintangan ialah 1 ohm = 1

volt per ampere:

1V1

1A =

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.4

Apakah rintangan suatu alat pemanas apabila alat pemanas itu disambung kepada bateri 1.5 V

dan bateri itu membekalkan arus 0.5 A kepada litar?

Penyelesaian:

R 3 A=

___________________________________________________________________________


7

3.3.3.1 Litar Ringkas

Rajah 3.5 di bawah menunjukkan suatu litar ringkas. Satu litar ringkas mempunyai sumber

voltan tunggal dan perintang tunggal. Wayar penyambung sumber voltan perintang boleh

dianggap mempunyai nilai rintangan, atau rintangan mereka boleh dimasukkan ke dalam R.

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.5

Katakanlah arus 2.50 A mengalir melalui lampu kereta apabila voltan 12.0 V dikenakan ke

atas lampu kereta tersebut. Berapakah nilai rintangan lampu kereta itu?

Penyelesaian

R = 4.80

Nota: Nilai rintangan itu adalah kecil. Nilai rintangan itu akan menjadi lebih tinggi apabila

lampu itu dipasang untuk seketika. Lampu itu akan menjadi semakin panas. Rintangan bahan

Aktiviti 3.1 Apabila anda menggandakan voltan dalam suatu litar

elektrik, anda akan turut menggandakan __________

A. arus

B. rintangan

C. kedua-duanya, arus dan rintangan

Cuba terangkan mengapa?

Rajah 3.5: Litar elektrik mudah merupakan suatu konduktor (biasanya logam) lintasan

tertutup yang membolehkan arus mengalir melaluinya. Litar itu menyambungkan beban

kepada terminal bateri. Bateri diwakili oleh garis selari merah. Simbol zigzag mewakili

perintang tunggal. Perintang tunggal mewakili apa-apa jenis beban dalam litar yang

disambung kepada sumber voltan.


8

konduktor, biasanya, akan meningkat dengan suhu. Jadi mentol biasanya mempunyai

rintangan yang rendah semasa sius mula ditutup dan ini bermakna pada waktu itu arus yang

mengalir adalah besar.

3.3.4 Kerintangan

Jika dilihat daripada sudut mikroskopik, rintangan terhasil daripada perlanggaran antara

elektron bebas dengan atom/ion pada kekisi yang membentuk bahan itu. Keadaan ini

menunjukkan bahawa rintangan adalah merupakan suatu sifat sesuatu bahan. Selain itu, faktor

geometri juga memainkan peranan terhadap nilai rintangan suatu bahan.

Contoh perintang berbentuk silinder seperti di dalam Rajah 3.6 digunakan bagi memudahkan

perbincangan kita. Rintangan suatu konduktor yang mempunyai luas keratan rentas seragam,

contohnya berbentuk selinder seperti Rajah 3.6 di atas, bergantung kepada faktor-faktor yang

berikut:

1. Jenis bahan, 2. Panjang, L

3. Luas keratan rentas, A dan

4. Suhu, T

Secara perkadaran perhubungan di atas ditulis sebagai:

LR

A

3.3.5 Kerintangan, dan Kekonduksian,

Rintangan bahan sebahagiannya disebabkan oleh sifat intrinsik atom, yang dicirikan oleh

kerintangan bahan, . Kerintangan bahan menunjukkan nilai kesukaran arus mengalir melalui bahan tersebut. Bahan konduktor mempunyai kerintangan yang rendah, manakala bahan

penebat mempunyai nilai kerintangan yang tinggi. Hubungan antara kerintangan , panjang, L dan luas keratan rentas diberikan oleh:

LR

A= (3.4)

A

L

Rajah 3.6: Rintangan objek bergantung kepada bentuk dan bahan.


9

iaitu, ialah kerintangan bahan. Unit S.I kerintangan ialah .m. Kerintangan pada sebahagian bahan ditunjukkan pada jadual 3.1 berikut. Nilai diperoleh pada suhu 20

oC kerana kerintangan

boleh bergantung kepada suhu.

Nota: Bagi Kebanyakkan bahan logam, kerintangan bertambah dengan pertambahan suhu.

Satu lagi pencirian elektrik diukur dalam bentuk kekonduksian, . Kekonduksian, menggambarkan kebolehan bahan membenarkan arus mengalir melalui bahan tersebut.

Kekonduksian, ialah songsongan kepada kerintangan, iaitu

1 =

(3.5)

Unit S.I kekonduksian, (.m)1

Bahan (.m) (Co1) Aluminium 2.8210

8 4.2910

3

Tembaga 1.70108

6.8103

Nikel 7.8108

6.0103

Carbon 3.6105

5.0104 Germanium 4.610

1 5.0102

Kayu 1010

Nota: Karbon dan bahan semikonduktor yang lain mempunyai suatu cirian unit, iaitu

koefisien suhu bagi kerintangan yang negatif. Ini bermakna rintangan bagi bahan

semikonduktor berkurangan dengan pertambahan suhu.

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.6

Manual arahan untuk suatu pemotong rumput elektrik menyatakan bahawa wayar

penyambung X dengan luas keratan rentas AX = 5.2 107

m2 boleh digunakan untuk jarak

sehingga 35 m sahaja, manakala wayar penyambung Y dengan luas keratan rentas AY = 13 10

7m

2 perlu digunakan jika jarak adalah melebihi 75 m. Tentukan rintangan (a) wayar X dan

(b) wayar Y.

Penyelesaian

XR 1.16 =

YR 0.99 =

________________________________________________________________________

Jadual 1.1

Nilai kerintangan dan koefisian suhu beberapa bahan


10

3.3.6 Hubungan Suhu dan Kerintangan

Jika anda masih ingat, pada bahagian 3.3.4 telah dinyatakan bahawa rintangan juga

dipengaruhi oleh suhu. Hubungan suhu dan kerintangan hampir linear jika perubahan suhu

adalah kecil. Kerintangan pada suhu T, setelah suhu berubah sebanyak 1 0T T T = diberikan

oleh:

o (1 T) = + (3.6)

ialah pemalar (untuk julat suhu yang kecil) disebut koefisien suhu untuk kerintangan, dan o ialah kerintangan rujukan(T = T0). T0 biasanya diambil samada pada 20

oC atau 0

oC. Untuk

kit, T0 diambil pada suhu 20oC. Persamaan di atas juga boleh ditulis sebagai

o T = (3.7)

iaitu =o. ialah perubahan kerintangan apabila suhu berubah sebanyak T. Unit S.I, ialah oC 1.

Seterusnya kita dapat menulis hubungan rintangan suatu konduktor yang mempunyai luas

keratan rentas malar di dalam sebutan fungsi suhu iaitu:

oR R (1 T)= + (3.8)

atau

oR R T = (3.9)

___________________________________________________________________________

Aktiviti 3.2 Dengan menggunakan persamaan (3.6) terbitkan

persamaan (3.7).

Aktiviti 3.3 Dengan menggunakan persamaan (3.8) terbitkan

persamaan (3.9).


11

Contoh 3.6: Perubahan Rintangan Terhadap suhu

Satu wayar platinum mempunyai nilai rintangan 0.5 pada 0 oC. Kemudian ianya dimasukkan ke dalam takungan air. Rintangan wayar itu didapati bertambah kepada 0.6 . Berapakah suhu takungan air tersebut. platinum=3.93 10

3 C

o1.

(Anggapkan bahwa adalah malar dalam julat suhu yang dikira)

Penyelesaian

T = o51 C

Maka, suhu takungan air ialah:

T= 51 oC

___________________________________________________________________________

3.3.7 Bateri

Bateri ialah alat yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik dan ia merupakan

sumber tenaga elektrik mudah alih. Bateri boleh digunakan dalam pelbagai cara, sebahagian

adalah dari jenis pakai buang, dan ada juga yang boleh dicaskan semula.

Bateri ringkas terdiri daripada dua elektrod yang sesuai, iaitu elektrod positif dan elektrod

negatif. Elektrod positif dipanggil katod, dan elektrod negatif dipanggil anod. Setiap elektrod

diperbuat daripada logam yang berbeza, contohnya bateri alkali, logam anod adalah

manganese dioksida dan logam katod adalah zink. Bahan elektrolit dimasukkan untuk

mengasingkan anod daripada katod.

{Gambar diambil daripada diambil daripada LED Test Circuit http://learn.parallax.com/node/175 (dicapai pada March 7,

2014).}

Di dalam bateri, tindakbalas kimia berlaku, menghasilkan bezakeupayaan merentasi elektrod

hasil daripada tindakbalas kimia. Apabila litar dilengkapkan, contoh pada Rajah 3.7 di atas,

elektron bebas mengalir dari terminal negatif menerusi wayar dan mentol ke terminal positif.

Rajah 3.7: Litar ringkas menunjukkan aliran cas dari suatu bateri

Bateri


12

Aliran pembawa cas menghasilkan arus. Arus yang melalui filamen mentol memanaskannya

dan seterusnya mengeluarkan cahaya.

Simbol bateri ialah ( ). Oleh kerana terdapat cas positif dan cas negatif yang terkumpul

pada bateri, satu bezakeupayaan elektrik wujud antara elektrodnya.

3.4 SUSUNAN PERINTANG SESIRI DAN SELARI

Simbol perintang gambarajah litar mengambarkan mana-mana elemen perintang

seperti perintang, mentol, peralatan elektrik dan lain-lain. Juga dianggap semuanya mematuhi

hukum ohm melainkan dinyatakan. Rintangan wayar penghubung diabaikan.

Dalam menganalisa suatu litar, jumlah voltan sekeliling suatu litar adalah sifar, iaitu

V ii

V =0 atau V ii

IR =0 (3.10)

iaitu i jumlah setiap rintangan. Ini adalah pernyataan prinsip keabadian tenaga.

3.4.1 Susunan Sesiri

Apabila banyak perintang digunakan dalam litar, jumlah rintangan (rintangan

setara) dalam litar perlu dicari sebelum arus dapat dihitung. Dalam suatu litar, perintang-

perintang boleh disusun secara sesiri, selari atau gabungan selari-sesiri.

Pertimbangkan Rajah 3.8 yang diberikan di bawah. Litar itu disambungkan secara sesiri.

Apabila perintang disambung secara sesiri, terdapat hanya satu laluan untuk cas mengalir.

Ini bermakna arus yang sama akan melalui setiap perintang dalam susunan sesiri.

+ _

I

VJ

V1=IR1 R1

R2

R3

V2=IR2

V3=IR3

Rajah 3.8: Sambungan Sesiri


13

Jumlah kejatuhan voltan sekeliling litar bersamaan dengan jumlah kejatuhan voltan merentasi

setiap perintang. Ini bermakna

J 1 2V V V .......= + + (3.11)

iaitu, VJ = jumlah voltan bekalan merentasi litar, V1= kejatuhan voltan merentasi R1 dan V2=

kejatuhan voltan merentasi R2 dan seterusnya. Untuk mendapatkan nilai untuk jumlah

rintangan (juga disebut rintangan setara), kita gunakan Hukum Ohm. Persamaan (3.11) di atas

dapat ditulis sebagai:

sIR ( )1 2I R R ......= + + (3.12)

Bandingkan kedua-dua belah persamaan di atas, maka rintangan setara, RS adalah bersamaan

dengan:

s 1 2 3R R R R .......= + + + (3.13)

Nilai rintangan setara, RS, ini bermakna seolah-olah kita menggantikan ketiga-tiga perintang

litar asal dengan satu perintang yang mempunyai nilai RS seperti Rajah 3.8 di bawah.

Kita boleh membuat kesimpulan bahawa dalam susunan sesiri, jumlah rintangan (rintangan

setara) sentiasa lebih besar jika dibandingkan dengan mana-mana rintangan tunggal dalam

litar tersebut.

3.4.2 Susunan Selari

Perintang adalah selari apabila setiap perintang disambungkan terus ke sumber

voltan. Ini bermakna perintang-perintang tersebut disambung supaya voltan yang sama

merentasi setiap perintang. Nilai voltan ini juga adalah sama dengan voltan yang dibekalkan

Rajah 3.9: Rintangan setara

I

VJ

R1

R2

R3

VJ RS

I


14

oleh bateri, V (Anggapan tiada rintangan dalam pada bateri). Susunan perintang selari

ditunjukkan pada Rajah 3.10 di bawah.

Maka,

J 1 2V V V ...= = = (3.14)

Perhatikan bahawa perintang disusun selari seperti ditunjukkan dalam Rajah 3.10, terdapat

lebih dari satu laluan yang boleh dilalui oleh arus. Arus ini diagihkan mengikut nilai rintangan

bagi setiap laluan. Ini bermakna jumlah arus yang melalui setiap perintang selari adalah

bersamaan dengan arus awal (jumlah arus), Ij yang masuk ke setiap cabang. Maka kita boleh

menulis:

J 1 2I I I ...= + + (3.15)

Untuk mendapatkan nilai untuk jumlah arus, sekali lagi kita gunakan Hukum Ohm. Maka

Aktiviti 3.4 Perintang 6.00 dan 3.00 disambungkan secara sesiri

dengan bateri 12.0 V seperti ditunjukkan dalam Rajah di

bawah.

Hitung

a) Rintangan setara dalam litar ini.

b) arus I yang mengalir dalam litar ini.

VJ = V1=V2=V3

R1 R2 R3

IJ

I1

IJ I3

I2

Rajah 3.10: Sambungan Selari


15

J

s

VI

R= , 1

1

VI

R= dan 2

2

VI

R=

Maka, persamaan (3.15) di atas dapat ditulis sebagai:

s 1 2

V V V...

R R R= + +

1 2

1 1V ...

R R

= + +

Bandingkan kedua-dua belah persamaan di atas kita peroleh

s 1 2 3

1 1 1 1...

R R R R

= + +

(3.16)

Maka rintangan setara untuk litar selari, Rs, adalah bersamaan dengan

1 2 3s

1 2 3

R R R ...R

R R R ....=

+ + + (3.17)

Sama seperti litar sesiri, nilai rintangan setara, RS, ini bermakna seolah-olah kita

menggantikan ketiga-tiga perintang pada litar asal dengan satu perintang yang mempunyai

nilai RS seperti Rajah 3.11 di bawah.

Kita juga dapat membuat kesimpulan bahawa untuk sambungan selari, jumlah rintangan

sentiasa lebih kecil daripada mana-mana rintangan tunggal dalam litar.

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.7

Dua perintang disambungkan secara selari seperti dalam Rajah di bawah.

Rajah 3.11: Rintangan setara

R1 R2 R3

IJ

IJ

VJ RS

IJ

VJ


16

Tentukan (i) jumlah rintangan (ii) jumlah arus yang dibekalkan oleh bateri dan (iii) arus

melalui setiap perintang

Penyelesaian:

(i) RS 2.67 =

(ii) JI 2.25 A=

(iii) 1I 0.750 A=

2I 1.50 A=

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.8: RINTANGAN BERKESAN

Terdapat tiga perintang dengan R1 = 1.0 , R2 = 2.0 , dan R2 = 3.0 . (a) Berapakah rintangan setara jika ianya disambung secara (i) sesiri dan (ii) selari. (b) Berapakah arus yang

dihasilkan dari bateri 12 V bagi setiap susunan pada (a) (i) dan (a)(ii)

Penyelesaian

(a) Sesiri RS = 6.0 Selari RS=0.55

(b) Ssesiri, arus melalui setiap perintang adalah sama, JI 2.0A=

Bagi litar selari, bezakeupayaan merentasi setiap perintang sama

IJ 22A= I1 12A= I2 6A= I3 4.0A=


17

Nota: Rintangan berkesan bagi sambungan selari nilainya lebih kecil dari nilai terkecil

rintangan bagi tiap-tiap perintang.

___________________________________________________________________________

3.4.3 Gabungan litar sesiri dan selari

Terdapat juga litar yang terdiri daripada gabungan perintang-perintang yang

disusun sesiri dan selari seperti ditunjukkan dalam Rajah di bawah.

Untuk litar seperti ini, kita menggunakan peraturan yang sama seperti litar sesiri dan selari.

Kita hanya perlu dapatkan nilai rintangan setara yang mewakili setiap sambungan dalam litar

itu. Untuk kes seperti ini kita sentiasa mulakan dengan menyelesaikan litar dengan kombinasi

perintang seperti ini dengan kaedah penyelesaian dari luar ke dalam. Dalam lain perkataan,

mula-mula tentukan jumlah rintangan untuk dua perintang sesiri sebelum menggabungkan

nilai ini dengan satu perintang secara selari.

Kemudian, kita perlu gabungkan nilai ini dengan perintang seterusnya untuk mendapatkan

jumlah rintangan keseluruhan bagi litar.

Sesiri

Rajah 3.12: Gabungan selari dan sesiri


18

Akhirnya kita peroleh rintangan setara untuk keseluruhan litar. Pada peringkat ini, kita boleh

peroleh nilai IJ bagi keseluruhan litar.

Nilai jumlah arus, IJ diperoleh dengan menggunakan IJ =J

V

R. Bagi mengira kuantiti yang lain,

kita kembangkan litar secara songsangan sehingga menjadi seperti litar asal.

3.5 DAYA GERAK ELEKTRIK DAN RINTANGAN DALAM

Bezakeupayaan merentasi terminal bateri pada keadaan litar terbuka dinamakan daya gerak

elektrik, atau lebih mudah, dianggap sebagai bezakeupayaan maksimum merentasi terminal bateri seperti ditunjukkan pada Rajah 3.13 di bawah.

Selari

Rajah 3.13: Daya gerak elektrik, . Diukur pada keadaan litar terbuka.


19

Apabila bateri disambung menjadi litar lengkap seperti Rajah 3.14 di bawah, pembawa cas

mengalir, voltan merentasi bateri, V akan berkurang dari nilai daya gerak elektrik, . V dinamakan voltan terminal.

Nilai V berkurangan dari kerana bateri mempunyai rintangan dalam, r. Perbezaan antara voltan terminal dan daya gerak elektrik diberikan oleh:

V=Ir (3.18)

3.6 KUASA

Kuasa merupakan kuantiti kerja yang dilakukan seunit masa. Kerja dilakukan

apabila kuantiti cas Q dipindahkan merentasi perbezaan keupayaan V iaitu,

QVW = (3.19)

Dengan melakukan penggantian seperti ditunjukkan dalam operasi di bawah iaitu,

IVVt

Q

t

QV

t

WP =

=== (3.20)

iaitu I adalah arus dan V adalah voltan. Unit SI untuk kuasa elektrik adalah watt (W). Satu

watt bersamaan dengan satu joule sesaat (J/s). Merujuk kepada persamaan di atas, semakin

cepat proses perpindahan cas ini berlaku, semakin tinggi kuasa elektrik dijana di dalam litar.

Ini bermakna, semakin kecil nilai masa t, maka semakin besar nilai kuasa, P.

V

r

R

Rajah 3.13: Daya gerak elektrik, dan rintangan dalam, r.


20

Untuk peralatan yang mematuhi hukum Ohm, kita dapat membuat penggantian iaitu:

2P IV I(IR) I R= = =

atau

2V VP IV V

R R

= = =

___________________________________________________________________________

CONTOH 3.9

Bekalan kuasa 120 V dalam sebuah bilik dilengkapi dengan pemutus litar pada wayar pada

nilai arus 5 A supaya penghuninya tidak membebankan litar. Jika anda cuba untuk

menggosok baju menggunakan seterika dengan kuasa 700 W, adakah anda akan mengaktifkan

pemutus litar? Apakah rintangan seterika tersebut?

Penyelesaian

I 5.83A=

Litar akan diputuskan dan anda akan mengaktifkan pemutus litar kerana kerana arus mengalir

melebihi 5 A.

Rintangan seterika,

R 20.58A= ___________________________________________________________________________

CONTOH 3.10

Ahmad memasang lampu pagar 40.0 W pada malam hari. Jika lampu dipasang dari pukul 6

petang sehingga 7 pagi, dan Ahmad membayar 8.00 sen se kWh, berapa banyak yang perlu

dibayar oleh Ahmad setiap minggu?

Penyelesaian:

( )( ) sen1.29sen8kWh64.3 = seminggu. ___________________________________________________________________________

Documents

20140324160351Unit 3_arus Dan Litar Elektrik1_studentPJJ_2IN1