Nota Sains Tambahan Tingkatan 5 Bab 7: Elektrik
RINGKASAN
Ringkasan Konsep Utama
Bab ini memperkenalkan prinsip-prinsip asas elektrik yang terbahagi kepada tiga bahagian utama: Arus Elektrik dan Beza Keupayaan, Rintangan Elektrik, serta Tenaga Elektrik dan Kuasa Elektrik.
1. Arus Elektrik dan Beza Keupayaan
• Arus Elektrik (I): Didefinisikan sebagai kadar pengaliran cas elektrik (Q) dalam satu konduktor dalam satu tempoh masa (t). Unit S.I. bagi arus ialah ampere (A).
◦ Formula: I = Q / t
• Cas Elektrik (Q): Kuantiti cas elektrik boleh dihitung dengan mendarabkan bilangan elektron (n) dengan cas bagi satu elektron (e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C).
◦ Formula: Q = ne
• Beza Keupayaan (V): Didefinisikan sebagai kerja (W) atau tenaga (E) yang dilakukan untuk menggerakkan 1 coulomb cas di antara dua titik dalam medan elektrik. Perbezaan keupayaan ini menyebabkan pengaliran cas (arus) dalam litar. Unit S.I. bagi beza keupayaan ialah volt (V).
◦ Formula: V = W / Q atau V = E / Q
2. Rintangan Elektrik
• Rintangan (R): Sifat suatu konduktor yang menghalang pengaliran elektron. Atom-atom di dalam konduktor menyebabkan halangan ini. Unit S.I. bagi rintangan ialah Ohm (Ω).
• Hukum Ohm: Menyatakan bahawa arus (I) yang mengalir melalui konduktor adalah berkadar langsung dengan beza keupayaan (V) merentasinya, dengan syarat suhu dan keadaan fizikal adalah malar.
◦ Formula: R = V / I
• Konduktor Ohm vs. Bukan Ohm:
◦ Konduktor Ohm (cth: kuprum, nikrom) mematuhi Hukum Ohm, di mana graf V melawan I adalah satu garis lurus yang melalui asalan.
◦ Konduktor Bukan Ohm (cth: diod, mentol) tidak mematuhi Hukum Ohm, dan graf V melawan I bukan garis lurus.
• Faktor-faktor yang Mempengaruhi Rintangan:
1. Panjang Konduktor (l): Rintangan berkadar langsung dengan panjang (R ∝ l).
2. Diameter Konduktor (d): Rintangan berkadar songsang dengan diameter. Wayar yang lebih tebal (diameter lebih besar) mempunyai rintangan yang lebih rendah.
3. Suhu Konduktor (θ): Bagi kebanyakan konduktor, rintangan meningkat apabila suhu meningkat (R ∝ θ).
4. Jenis Bahan Konduktor: Bahan yang berbeza mempunyai rintangan yang berbeza. Contohnya, nikrom mempunyai rintangan yang lebih tinggi daripada kuprum.
3. Tenaga Elektrik dan Kuasa Elektrik
• Tenaga Elektrik (E): Keupayaan arus elektrik untuk melakukan kerja. Unitnya ialah joule (J). Tenaga elektrik boleh ditukar kepada bentuk lain seperti haba dan cahaya.
◦ Formula: E = VIt
• Kuasa Elektrik (P): Kadar perubahan tenaga elektrik atau kadar tenaga elektrik digunakan. Unit S.I. bagi kuasa ialah watt (W).
◦ Formula Asas: P = E / t
◦ Formula Terbitan: P = VI, P = I²R, dan P = V² / R
• Elemen Pemanas: Komponen dalam peralatan seperti cerek elektrik dan pembakar roti yang menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga haba. Ciri-cirinya termasuk:
◦ Rintangan tinggi (cth: bahan nikrom)
◦ Takat lebur yang tinggi
◦ Wayar yang panjang dan nipis, selalunya dalam bentuk gegelung.
• Fius: Komponen keselamatan yang melindungi peralatan daripada arus berlebihan. Ia adalah dawai halus yang akan lebur dan memutuskan litar jika arus yang mengalir melebihi nilainya. Nilai fius yang dipilih mestilah sedikit lebih tinggi daripada arus operasi normal peralatan.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Arus elektrik | Kadar pengaliran cas elektrik dalam satu konduktor. Unitnya ialah ampere (A). |
| Beza keupayaan | Kerja yang dilakukan apabila 1 coulomb cas bergerak di antara dua titik dalam medan elektrik. Unitnya ialah volt (V). |
| Cas elektrik | Kuantiti asas dalam elektrik, dibawa oleh zarah seperti elektron. Unitnya ialah coulomb (C). |
| Elemen pemanas | Komponen dalam peralatan elektrik yang mempunyai rintangan tinggi untuk menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga haba atau cahaya. |
| Fius | Dawai konduktor yang halus dan pendek yang akan melebur dan memutuskan litar apabila arus yang mengalir melaluinya lebih besar daripada nilai yang ditetapkan. |
| Konduktor | Bahan yang membenarkan cas elektrik mengalir melaluinya dengan mudah. |
| Konduktor bukan ohm | Konduktor yang tidak mematuhi Hukum Ohm (contoh: diod, termistor, mentol). |
| Konduktor ohm | Konduktor elektrik yang mematuhi Hukum Ohm (contoh: konstantan, kuprum, perak). |
| Kuasa (elektrik) | Kadar perubahan tenaga elektrik. Unit S.I. ialah watt (W). |
| Hukum Ohm | Menyatakan arus yang mengalir melalui konduktor berkadar langsung dengan beza keupayaan jika suhu dan keadaan fizikal malar. |
| Ohm (Ω) | Unit S.I. bagi rintangan elektrik. 1 Ohm ialah rintangan apabila 1 Volt menghasilkan arus 1 Ampere. |
| Rintangan | Nisbah beza keupayaan merentasi konduktor terhadap arus yang mengalir melaluinya. Ia menghalang pengaliran elektron. |
| Tenaga elektrik | Keupayaan arus elektrik untuk melakukan kerja. Unit S.I. ialah joule (J). |
| Volt (V) | Unit S.I. bagi beza keupayaan. 1 volt bermaksud 1 joule kerja dilakukan untuk menggerakkan 1 coulomb cas. |
| Watt (W) | Unit S.I. bagi kuasa, bersamaan dengan satu joule per saat (J s⁻¹). |