Nota Fizik Tingkatan 5 Bab 3: Elektrik
Bab 3: Elektrik
Eksplorasi Cas, Litar & Tenaga
3.1 Arus dan Beza Keupayaan
Hubungan antara arus ($I$), beza keupayaan ($V$) dan rintangan ($R$) dijelaskan melalui Hukum Ohm.
Konsep Asas
- Arus (I): Kadar pengaliran cas elektrik.
I = Q / t (Unit: Ampere, A) - Beza Keupayaan (V): Kerja yang dilakukan untuk menggerakkan 1 Coulomb cas.
V = E / Q (Unit: Volt, V) - Hukum Ohm: Arus berkadar terus dengan beza keupayaan jika suhu dimalarkan.
V = IR
Simulasi Hukum Ohm
Ubah nilai Voltan dan Rintangan untuk melihat kesan pada Arus dan kecerahan mentol.
3.2 Rintangan Dawai
Rintangan ($R$) ialah halangan terhadap pengaliran arus elektron. Ia dipengaruhi oleh ciri-ciri fizikal konduktor (dawai).
Formula Rintangan
A
- Panjang ($l$): Semakin panjang dawai, semakin tinggi rintangan.
- Luas Keratan Rentas ($A$): Semakin tebal dawai, semakin rendah rintangan.
- Kerintangan ($\rho$): Bergantung kepada jenis bahan dawai (cth: kuprum vs nikrom).
- Suhu: Semakin tinggi suhu, rintangan logam bertambah.
Simulasi Dawai Konduktor
Ubah saiz dawai untuk melihat perubahannya ke atas nilai rintangan (R).
5.0 Ω
3.3 Daya Gerak Elektrik (d.g.e) & Rintangan Dalam
Bateri sebenar tidak sempurna; ia mempunyai rintangan di dalamnya sendiri yang dipanggil rintangan dalam ($r$).
Perbezaan Kunci
Kerja yang dilakukan oleh sumber untuk menggerakkan 1C cas mengelilingi litar lengkap. (Bacaan Voltmeter bila litar terbuka).
Voltan yang merentasi perintang luar. (Bacaan Voltmeter bila litar tertutup).
Eksperimen Suis Litar
Litar terbuka. Voltmeter membaca d.g.e (E). Tiada arus mengalir.
3.4 Tenaga dan Kuasa Elektrik
Kuasa ($P$) ialah kadar tenaga ($E$) yang dipindahkan. Di rumah, kos elektrik dikira berdasarkan unit Kilowatt-jam (kWh).
Formula Utama
Pengiraan Bil Elektrik
- 1 Unit = 1 kW × 1 jam = 1 kWh
- Kos = Unit (kWh) × Kadar Tarif
Kalkulator Kos Penggunaan (Harian)
*Dianggarkan berdasarkan kadar purata 21.8 sen / kWh
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |
GLOSARI DIGITAL: ELEKTRIK (BAB 3)
Arus (I)
Kadar pengaliran cas, Q, dalam satu konduktor.
Beza Keupayaan (V)
Kerja, W, yang dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas di antara dua titik.
Rintangan (R)
Nisbah beza keupayaan merentasi konduktor kepada arus yang mengalir melaluinya.
Medan Elektrik
Kawasan di mana cas elektrik akan mengalami daya elektrik.
Kekuatan Medan (E)
Daya elektrik yang bertindak ke atas seunit cas positif pada satu titik.
Kerintangan Dawai (ρ)
Ukuran keupayaan konduktor untuk menentang pengaliran arus elektrik secara intrinsik.
Superkonduktor
Bahan yang mengkonduksikan elektrik tanpa rintangan pada suhu yang sangat rendah.
Suhu Genting (T꜀)
Suhu apabila kerintangan suatu superkonduktor menjadi sifar.
Konduktor Ohm
Konduktor yang mematuhi hukum Ohm; rintangan malar pada suhu tetap.
Konduktor Bukan Ohm
Konduktor yang rintangannya berubah dengan perubahan arus atau suhu (cth: filamen lampu).
Daya Gerak Elektrik (Ԑ)
Tenaga dibekalkan oleh sumber untuk menggerakkan seunit cas dalam litar lengkap.
Rintangan Dalam (r)
Rintangan disebabkan oleh bahan elektrolit di dalam sumber elektrik.
Susutan Voltan (Ir)
Perbezaan antara d.g.e. dengan beza keupayaan terminal apabila arus mengalir.
Tenaga Elektrik (E)
Jumlah tenaga yang dipindahkan oleh litar elektrik dalam masa tertentu.
Kuasa Elektrik (P)
Kadar tenaga elektrik yang digunakan atau dibekalkan.
Unit Elektrik (kWj)
Unit penyukatan tenaga bagi tujuan pengebilan (1 unit = 1 kWj).
Meter Pintar
Peranti rekod data elektrik masa nyata yang boleh dipantau melalui aplikasi.
CONTOH SOALAN KBAT
Latihan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi
CONTOH SOALAN KBAT
Latihan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi
TNB melaburkan RM1.2 bilion untuk pemasangan meter pintar. Jelaskan bagaimana inovasi ini memberi manfaat kepada pengguna dan TNB berdasarkan konsep kecekapan tenaga.
Manfaat Pengguna
Data harian dipantau melalui aplikasi. Pengguna boleh menganalisis corak penggunaan setiap jam dan mengambil langkah proaktif untuk menjimatkan tenaga.
Manfaat TNB
Data dihantar melalui Frekuensi Radio (RF) ke pusat kawalan. Menghapuskan keperluan bacaan manual, mengurangkan kos operasi, dan meningkatkan kecekapan bekalan.
Terangkan perbezaan reka bentuk antara elemen pemanas (panas) dan wayar penyambung (sejuk) menggunakan prinsip rintangan $R = \frac{\rho l}{A}$.
-
Elemen Pemanas: Memerlukan $R$ yang sangat tinggi untuk haba maksima. Menggunakan bahan kerintangan ($\rho$) tinggi (nikrom), dawai yang sangat panjang ($l$), dan luas keratan rentas ($A$) yang kecil (nipis).
-
Wayar Penyambung: Memerlukan $R$ yang sangat rendah. Menggunakan bahan kerintangan ($\rho$) rendah (kuprum) dan luas keratan rentas ($A$) yang besar (tebal).
Mengapa bacaan voltmeter menurun daripada 1.5 V (litar terbuka) kepada 1.4 V apabila mentol dinyalakan? Jelaskan menggunakan konsep d.g.e. dan rintangan dalam.
1. Daya Gerak Elektrik (Ԑ): Bacaan 1.5 V ialah tenaga bekalan per unit cas dalam litar terbuka.
2. Rintangan Dalam (r): Elektrolit di dalam sel menghalang pengaliran cas.
3. Susutan Voltan (Ir): Apabila arus mengalir, sebahagian tenaga digunakan untuk mengatasi rintangan dalam ($V_{drop} = Ir$).
Terangkan mengapa graf V-I dawai konstantan adalah garis lurus manakala graf mentol berfilamen adalah melengkung.
Konduktor Ohm (Konstantan)
Beza keupayaan berkadar terus dengan arus. Rintangan malar kerana suhu dawai tidak banyak berubah.
Konduktor Bukan Ohm (Filamen)
Peningkatan arus menyebabkan suhu filamen meningkat mendadak, lantas meningkatkan rintangan ($R$). Graf melengkung ke atas.
Kereta elektrik (E.V.) memerlukan voltan tinggi (300V-800V). Adakah anda menyambungkan sel 1.5V secara bersiri atau selari? Wajarkan.
Jawapan: Secara BERSIRI.
Wajaran: Dalam sambungan bersiri, jumlah daya gerak elektrik adalah hasil tambah setiap sel ($\varepsilon_{total} = \varepsilon_1 + \varepsilon_2 + \dots$). Ini membolehkan voltan pek bateri ditingkatkan untuk memenuhi keperluan kuasa tinggi enjin E.V.