Litar Elektrik

  • Published on
    11-Aug-2015

  • View
    88

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

<p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________</p> <p>BAB 11.0 PENGENALAN KEPADA ELEKTRIK Elektrik adalah merupakan satu tenaga yang tidak dapat dilihat tetapi boleh dirasai dan digunakan oleh manusia pada hari ini dan akan datang. Tenaga elektrik dapat dihasilkan kesan daripada tindakan:a) Geseran b) Haba c) Aruhan elektromagnet Tindakan daripada tenaga elektrik boleh ditukarkan kepada beberapa punca tenaga yang lain yang boleh digunakan seperti: a) Tenaga cahaya - seperti lampu b) Tenaga haba - seperti seterika c) Tenaga bunyi - seperti radio d) Tenaga gerakan - seperti motor Elektrik terdiri daripada dua (2) jenis iaitu elektrik statik dan elektrik dinamik. a) Elektrik Statik Keadaan di mana tiada pergerakan elektron dalam arah tertentu. b) Elektrik Dinamik Keadaan di mana terdapat pergerakan elektron dalam arah tertentu.</p> <p>1.1</p> <p>KUANTITI ASAS ELEKTRIK 1.1.1 KUANTITI ELEKTRIK 1.1.1.1 Daya Gerak Elektrik (d.g.e) Daya atau tekanan elektrik yang menyebabkan cas elektrik mengalir. Contoh sumber yang menghasilkan tenaga elektrik adalah bateri dan janakuasa. Simbol : E Unit : Volt(V) 1.1.1.2 Cas Elektrik Terdiri daripada cas positif dan cas negatif. Kuantiti cas ini dinamakan Coulomb. Simbol : Q Unit : Coulomb(C) 1.1.1. 3 Arus Pergerakan cas elektrik yang disebabkan oleh pergerakan elektron bebas. Ia mengalir dari terminal positif ke terminal negatif. Simbol : I Unit : Ampiar (A)</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.1.1. 4 Bezaupaya (voltan) Perbezaan keupayaan di antara dua titik dalam litar elektrik. Simbol : V Unit : Volt(V) 1.1.1.5 Rintangan Merupakan penentangan terhadap pengaliran arus. Simbol : R Unit : Ohm () 1.1.1.6 Pengalir Bahan yang membenarkan arus elektrik melaluinya kerana ia mempunyai bilangan elektron bebas yang banyak. Contohnya besi dan kuprum. 1.1.1.7 Penebat Bahan yang tidak membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya. Ia mempunyai banyak elektron valensi tetapi sukar dibebaskan. Contohnya getah, kaca, minyak dan oksigen. 1.1.1.8 Separa Pengalir (semikonduktor) Bahan yang mempunyai ciri-ciri elektrikal di antara penebat dan pengalir. Ia mempunyai empat(4) elektron valensi dan digunakan untuk membuat komponen elektronik. Contohnya silikon ,germanium dan karbon. 1.1.2 Kerintangan Merupakan sifat bahan pengalir di mana ianya melawan atau mengurangkan aliran arus elektrik untuk melaluinya, Simbol : (Rho) dan unitnya : Ohm meter ( (m) 1.1.2.1 RINTANGAN Merupakan satu keadaaan yang menghalang pergerakan arus melaluinya. Terdapat empat (4) faktor yang mempengaruhi nilai rintangan iaitu ; 1.1.2.2 Panjang pengalir, l Nilai rintangan dawai akan bertambah tinggi jika dawai tersebut bertambah panjang. Ia berkadar terus dengan panjang dawai tersebut,</p> <p>Rl1.1.2.3 Luas Permukaan , A Rintangan berkadar songsang dengan luas muka keratan rentas dawai.</p> <p>R</p> <p>1 A</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.1.2.4 Kerintangan Kerintangan adalah berkadar langsung dengan nilai rintangan.</p> <p>R1.1.2.5 Suhu Pengalir, T Suhu pengalir juga mempengaruhi nilai rintangan. Semakin tinggi suhu pengalir semakin tinggi nilai rintangan.</p> <p>Faktor faktor di sebelah boleh digambarkan dalam bentuk persamaan matematik (1.1.2);</p> <p>R =</p> <p>lA</p> <p>(1.1.2)</p> <p>di mana, A = Luas permukaan ( m2) = Kerintangan ( m ) l = Panjang (m) R = Rintangan ( )</p> <p>Contoh 1.1.2 Kirakan rintangan bagi dawai aluminium yang mempunyai panjang 1.5 km. Diberi garis pusat dawai adalah 10 mm dan kerintangannya ialah 0.025 .m. Penyelesaian : Diberi, d = 10 x103 m , l = 1.5 x103 m , = 0.025 x10 6 m l diketahui, R = , A d 10 x10 3 2 di mana A = ( ) 2 = ( ) = 78.54 x10 6 m 2 2 2</p> <p>R =</p> <p>(0.025 x106 )(1.5 x103 ) = 0.477 78.54 x10 6</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.2 JENIS-JENIS LITAR ELEKTRIK Litar elektrik merupakan suatu susunan pengalir atau kabel untuk membawa arus dari punca bekalan voltan ke komponen-komponen elektrik (beban). Ianya terbahagi kepada dua iaitu: 1.2.1 Litar Lengkap Ia juga dikenali sebagai litar asas atau litar mudah (Rajah 1.1). Ia merupakan suatu penyambungan tertutup yang membolehkan arus mengalir dengan sempurna iaitu arus mengalir dari bekalan dan balik semula ke bekalan tersebut. Litar-litar tersebut mestilah terdiri daripada voltan bekalan (V), arus elektrik (I) dan rintangan (R). I</p> <p>V</p> <p>R</p> <p>Rajah 1.2.1 : Litar Mudah/Asas</p> <p>1.2.2 Litar Tidak Lengkap Litar tidak lengkap ialah litar yang mengalami kekurangan salah satu daripada tiga perkara tersebut iaitu samada voltan bekalan atau rintangan beban. Pengaliran arus tidak akan berlaku dengan sempurna pada litar tidak lengkap. Litar tidak lengkap terbahagi kepada dua ; 1.2.2.1 Litar buka - litar dimana punca beban dalam litar tersebut dibuka. Oleh itu tiada pengaliran arus berlaku. Nilai rintangan dalam litar adalah terlalu tinggi. Rajah 1.2 menunjukkan satu contoh litar buka.</p> <p>V</p> <p>beban (R) di tanggalkan</p> <p>Rajah 1.2.2.1 : Litar Buka</p> <p>1.2.2.2 Litar pintas - sambungan pada punca bebannya dipintaskan dengan menggunakan satu pengalir yang tiada nilai rintangan. Ia ditunjukkan seperti Rajah 1.3 Arus yang mengalir adalah terlalu besar. Biasanya jika berlaku litar pintas, fius akan terbakar. I</p> <p>V</p> <p>R pintaskan dengan seutas kabelRajah 1.2.2.2 : Litar Pintas</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.3 HUKUM OHM 1.3.1 Definisi Hukum Ohm</p> <p>Hukum Ohm menyatakan bahawa arus di dalam litar yang lengkap adalah berkadar terus dengan tekanan atau voltan dan berkadar songsang dengan rintangan bagi litar tersebut. Jika nilai rintangan pada satu litar dikekalkan dan nilai voltan digandakan, maka nilai arus turut berganda.</p> <p>1.3.2 Hubungan Antara Voltan Dan Arus Hukum ohm boleh ditulis dalam bentuk persamaan matematik (1.3).</p> <p>V = IRdi mana: I = Arus (A) V = Voltan (V) R = Rintangan ( 1.3.3 Rintangan Linear Dan Rintangan Tidak Linear</p> <p>(1.3)</p> <p>Dari ujikaji yang dijalankan, hubungan di antara arus dan voltan boleh digambarkan dalam bentuk graf seperti Rajah 1.4 di bawah ketika rintangan dan suhu tetap. V (volt)</p> <p>R (pemalar)</p> <p>I (Ampere)Rajah 1.3.3.1 : Graf V melawan I pada rintangan tetap</p> <p>Jika ujikaji menggunakan rintangan tidak tetap (tidak linear), graf yang diperolehi adalah seperti Rajah 1.3.3.2.</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________</p> <p>V</p> <p>IRajah 1.3.3.2 : Graf V melawan I pada rintangan tidak tetap</p> <p>Contoh 1.3 Kirakan nilai arus yang mengalir di dalam litar jika rintangannya ialah 10 dan voltan bekalan ialah 15V. Seterusnya, kirakan pula nilai arus jika nilai rintangan di tukarkan kepada 10 k. Penyelesaian : Diberi , V= 15V i). Untuk R = 10, Daripada Hukum ohm, V= IR</p> <p>I =</p> <p>V 15 = = 1.5 A R 10</p> <p>ii). Untuk R = 10k ,</p> <p>I =</p> <p>V 15 = = 1.5 x10 3 = 1.5mA 3 R 10 x10</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.4 KUASA ELEKTRIK 1.4.1 Definisi Kuasa Elektrik Kuasa elektrik merupakan kerja yang dapat dilakukan dalam satu unit masa. Persamaan (1.4.1) menunjukkan perhubungan antara kuasa dengan arus dan voltan. Ia juga boleh dihubungkan dengan rintangan melalui Hukum Ohm seperti persamaan (1.4.2). Simbol : P Unit : Watt (W)</p> <p>P = IV1.4.2 Hubungan Bagi Kuasa Elektrik Daripada Hukum Ohm, V = IR dan I =V , R</p> <p>(1.4.1)</p> <p>P = I 2Rdan (1.4.2) di mana P = Kuasa (W), I = Arus (A) R = Rintangan () dan V = Voltan (V)</p> <p>V 2 P = R1.4.3 PENGGUNAAN METER WATT</p> <p>Meter watt digunakan untuk menyukat nilai kuasa yang telah digunakan. Terdapat dua gelung di dalamnya iaitu gelung voltan yang disambungkan secara selari dengan litar dan gelung arus yang disambungkan secara sesiri dengan litar. Simbol meter watt ditunjukkan seperti Rajah 1.4.3.1 manakala cara sambungan pula ditunjukkan seperti Rajah 1.4.3.2</p> <p>W</p> <p>Rajah 1.4.3.1 : Simbol Meter Watt</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________</p> <p>Gelung arus</p> <p>Gelung voltan Beban (R)</p> <p>VSRajah 1.4.3.2 Sambungan Bagi Meter Watt</p> <p>1.4.4 Pengiraan Berkaitan dengan Elektrik Kuasa Contoh 1.4.3 Sebuah pembakar roti yang mengambil arus 5A dari bekalan 240 V selama 15 minit. Kirakan , i. Kuasa yang digunakan. ii. Tenaga yang diserap dalam kJ Penyelesaian; Diberi: I=5A, V = 240V dan t = 15 x 60 = 900sBerapalah agaknya tenaga yang digunakan untuk sampai ke tempat kerja ni?</p> <p>i. P = IV = (5)(240) = 1200W . ii. T = Pt = (1200)(900) = 1080000 W = 1080kWj = 1080 kJ</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.5 TENAGA ELEKTRIK 1.5.1 : Definisi Tenaga Elektrik Tenaga elektrik adalah hasil darab kuasa, daya dan masa. Persamaan (1.5) menunjukkan perhubungan antara tenaga elektrik dengan kuantiti-kuantiti elektrik yang lain. Simbol : T atau E Unit : Kilowatt jam (kWj) atau Joule 1.5.2: Hubungan Bagi Tenaga Elektrik</p> <p>T = Pt T = VIt T = I 2 Rt V 2 T = t Rdi mana, T- tenaga elektrik (kWj) P- kuasa (W) t - masa (s) V- voltan (V) I- arus (A) R- rintangan ( )</p> <p>1.5.3 Penggunaan Meter Kilowatt-Jam Meter kilowatt-jam digunakan untuk mengukur jumlah tenaga yang digunakan oleh pengguna. Simbol meter ini ditunjukkan oleh Rajah 1.8.</p> <p>kWjRajah 1.5.3 : Simbol Meter Kilowatt Jam.</p> <p>1.5.4</p> <p>Hubungan Antara Tenaga Elektrik Dengan Tenaga Haba</p> <p>Apabila berlaku pengaliran arus, elektron di dalam pengalir akan berlanggar antara satu sama lain dan ini akan menghasilkan haba dan seterusnya menyebabkan kabel yang di gunakan menjadi panas.</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.5.5 Unit Elektrik Untuk Kerja, Kuasa Dan Tenaga. Unit bagi kerja yang dilakukan dan tenaga yang digunakan ialah Joule. Ini bersamaan dengan tenaga yang dikeluarkan untuk menggerakkan 1 Coulomb cas melalui rintangan 1 ohm. Jumlah tenaga yang digunakan untuk mengalirkan 1 A arus untuk 1 saat melalui rintangan 1 ohm dikira sebagai 1 Joule. Ianya juga boleh dinyatakan sebagai 1 watt saat, iaitu 1 watt kuasa digunakan untuk 1 saat. Dalam bentuk matematik ia boleh ditunjukkan seperti persamaan (1.5.5).</p> <p>1 Joule = 1 Watt saat kerja (J) = kuasa (W) x masa (s)</p> <p>(1.5.5)</p> <p>Kerja adalah tenaga yang diserap dengan membekalkan beban sebanyak 1 Kw untuk jangka masa 1 jam. Watt ialah kuasa yang digunakan bila terdapat arus sebanyak 1 A yang mengalir di antara dua titik yang mempunyai keupayaan 1 volt.</p> <p>1.5.6 : Pengiraan Berkaitan Dengan Tenaga Elektrik Contoh 1.5.6 Sebuah pembakar roti yang mengambil arus 10A dari bekalan 250 V selama 25 minit. Kirakan , i. Kuasa yang digunakan. ii. Tenaga yang diserap dalam kJ Penyelesaian; Diberi: I = 10 A , V = 250V dan t = 25 x 60 = 1500s</p> <p>i. P = IV = (10)(250) = 2500W . ii. T = Pt = (2500)(1500) = 3750000W = 3750kWj = 3750kJ</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ LATIHAN 1. 2. 3. Kirakan nilai rintangan bagi dawai zink yang mempunyai nilai kerintangannya 0.05 m dan panjangnya 0.5km. Garispusat bagi dawai tersebut adalah 15mm. Kira rintangan bar aluminium yang panjangnya 10m dengan keratan rentasnya 8cm x 1 cm. Kerintangan aluminium ialah 0.0269 m. Kerintangan bagi aluminium ialah 28 mm. Pengalir aluminium ini berjejari 1mm dan berintangan 30 . Kirakan panjang pengalir ini jika pengalir berbentuk selinder. Kirakan rintangan bagi satu dawai tembaga 31m panjang dan bergarispusat 1.5mm. Diberi kerintangan tembaga ialah 0.017 m. (Jwp : 0.298 ) Buktikan P = I2R dan P = V2/R Satu litar elektrik yang mengandungi 2 perintang disambung bersiri dan setiapnya bernilai 10 dan 20 , jika disambungkan bekalan 60V, didapati kuasa yang terhasil pada R = 20 ialah 80 watt ; kirakan a. voltan pada setiap perintang b. kuasa pada R = 10 Kirakan nilai arus yang mengalir didalam litar jika rintangannya ialah 10 dan voltan bekalan ialah 15v. Kirakan pula nilai arusnya jika rintangan ditukar kepada 10k . Sebuah lampu 100w dibekalkan dengan 250V. Kirakan: i. arus yang mengalir pada lampu ii. rintangan lampu tersebut Kirakan kuasa yang dilesapkan bila arus 5mA melalui rintangan 6k . Sebuah lampu filamen dibekalkan dengan bekalan 240V mempunyai rintangan 960 . Kira arus dan kuasa yang diserap oleh lampu filamen itu. Sebuah lampu berkadar 70W, 120V disambung sesiri dengan sebuah perintang 50 . Jika arus mengalir dalam litar ialah 0.7A. Kirakan yang berikut: i) rintangan lampu ii) nilai voltan bekalan</p> <p>4.</p> <p>5. 6.</p> <p>7.</p> <p>8.</p> <p>9. 10. 11.</p> <p>12. Elemen cerek elektrik yang berintangan 40 mengalirkan arus sebanyak 24A. Dapatkan nilai lesapan kuasa dalam elemen cerek tersebut</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ JAWAPAN 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 0.141 483.09K 3.365km 0.298 Terbukti i. 2A i. 1.5A i. 0.4A 150mW ii. 40watt ii. 1.5mA ii. 625</p> <p>10) 0.25A 11) i. 171.4 ii. 155V</p> <p>12) 23040W</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ102/UNIT 1/2010 _____________________________________________________________________________ 1.6 CIRI CIRI LITAR SESIRI DAN LITAR SELARI 1.6.1 : Definisi Litar Sesiri Ia dinamakan litar siri kerana cara sambungan perintang di dalam litar tersebut. Sambungan sesiri adalah sambungan terhadap perintang yang disambungkan sederet dari hujung ke hujung seperti yang di tunjukkan dalam Rajah 1.6.1</p> <p>Ij</p> <p>R1 + V1 -</p> <p>R2 + V2 -</p> <p>R3 + V3 + Vn Rn</p> <p>Vj</p> <p>Rajah 1.6.1 Sambungan Litar Sesiri</p> <p>Kita boleh menerbitkan beberapa formula- formula matematik daripada Rajah 1.6.1 yang melibatkan rintangan jumlah, arus litar dan voltan jumlah. 1.6.1.1 Rintangan Jumlah, R j Jumlah rintangan adalah hasil tambah semua rintangan yang ada di dalam litar seperti persamaan (1.6.1.1).</p> <p>R J = R1 + R 2 + R 3 + ..... + R n</p> <p>(1.6.1.1)</p> <p>1.6.1.2 Arus Jumlah, I j Arus yang melalui setiap perintang adalah sama dengan arus jumlah atau arus litar dan ditunjukkan dalam persamaan (1.6.1.2).</p> <p>I j = I 1 = I 2 = I 2 = ...... = I n</p> <p>(1.6.1.2 )</p> <p>1.6.1.3 Voltan Jumlah, V j Voltan jumlah adalah hasil tambah semua kejatuhan voltan (voltan susut) pada setiap rintangan seperti persamaan (1.6.1.3.1) di bawah.</p> <p>V j = V1 + V 2 + V 3 + ...... + V n</p> <p>(1.6.1.3.1)</p> <p>Manakala, kejatuhan voltan pada setiap rintangan dikira menggunakan Hukum Ohm seperti yang telah dibincangkan sebelum ini. Persamaan (1.6.1.3.2) di bawah menunjukkan kaedah untuk mengira kejatuhan voltan pada setiap rintangan.</p> <p>PENGENALAN KEPADA LITAR ELEKTRIK JJ1...</p>