Nota Fizik Tingkatan 5 Bab 3: Elektrik
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |
RINGKASAN
Ringkasan Mudah Faham
Bab ini meneroka konsep-konsep asas elektrik, bermula daripada medan elektrik sehinggalah kepada penggunaan tenaga dan kuasa dalam kehidupan seharian.
1. Arus dan Beza Keupayaan
• Medan Elektrik: Ia adalah kawasan di sekitar zarah bercas di mana sebarang cas elektrik lain akan mengalami daya elektrik. Garis medan elektrik sentiasa bermula dari cas positif dan berakhir pada cas negatif.
• Kekuatan Medan Elektrik (E): Ia ditakrifkan sebagai daya elektrik yang bertindak ke atas seunit cas positif. Rumusnya ialah E = F/q atau E = V/d untuk plat selari.
• Arus Elektrik (I): Ia adalah kadar pengaliran cas elektrik (Q) dalam satu konduktor. Rumusnya ialah I = Q/t. Unitnya ialah ampere (A).
• Beza Keupayaan (V): Ia adalah kerja (W) yang dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas di antara dua titik. Rumusnya ialah V = W/Q. Unitnya ialah volt (V).
2. Rintangan
• Konduktor Ohm dan Bukan Ohm: Konduktor Ohm mematuhi Hukum Ohm, di mana graf V melawan I adalah garis lurus melalui asalan (rintangan malar). Konduktor bukan Ohm (seperti filamen mentol) tidak mematuhinya, dan rintangannya berubah dengan suhu.
• Litar Bersiri dan Selari:
◦ Bersiri: Arus sama di setiap perintang (I = I₁ = I₂). Beza keupayaan dijumlahkan (V = V₁ + V₂). Rintangan berkesan dijumlahkan (R = R₁ + R₂).
◦ Selari: Arus dijumlahkan (I = I₁ + I₂). Beza keupayaan sama di setiap cabang (V = V₁ = V₂). Rintangan berkesan dikira menggunakan rumus 1/R = 1/R₁ + 1/R₂.
• Faktor Mempengaruhi Rintangan Dawai:
◦ Panjang (l): Semakin panjang dawai, semakin besar rintangan (R ∝ l).
◦ Luas Keratan Rentas (A): Semakin besar luas keratan rentas, semakin kecil rintangan (R ∝ 1/A).
◦ Kerintangan (ρ): Bergantung pada jenis bahan dawai. Bahan berbeza mempunyai kerintangan berbeza.
◦ Rumus gabungan: R = ρl/A.
• Aplikasi Kerintangan: Dawai dengan kerintangan tinggi (cth: nikrom) digunakan sebagai elemen pemanas. Dawai dengan kerintangan rendah (cth: kuprum) digunakan sebagai wayar penyambung untuk mengurangkan kehilangan tenaga.
3. Daya Gerak Elektrik (d.g.e.) dan Rintangan Dalam
• Daya Gerak Elektrik (d.g.e. atau Ԑ): Ia adalah tenaga yang dibekalkan oleh sumber (seperti bateri) untuk menggerakkan satu coulomb cas dalam litar lengkap. Unitnya ialah volt (V). Ia diukur merentasi terminal bateri dalam litar terbuka (tiada arus mengalir).
• Rintangan Dalam (r): Rintangan yang wujud di dalam sumber elektrik (cth: bahan elektrolit dalam sel kering). Ia menyebabkan kehilangan tenaga (haba) dan mengakibatkan beza keupayaan merentasi terminal (V) lebih rendah daripada d.g.e. (Ԑ) apabila litar ditutup.
• Susutan Voltan (Ir): Kejatuhan voltan disebabkan oleh rintangan dalam. Rumusnya ialah Ir = Ԑ – V, atau boleh disusun menjadi Ԑ = I(R + r).
• Sambungan Sel Kering:
◦ Bersiri: Meningkatkan jumlah d.g.e. berkesan (Ԑ berkesan = Ԑ₁ + Ԑ₂) dan juga jumlah rintangan dalam (r berkesan = r₁ + r₂).
◦ Selari: Jumlah d.g.e. berkesan sama dengan d.g.e. satu sel (Ԑ berkesan = Ԑ). Ia mengurangkan jumlah rintangan dalam berkesan (1/r berkesan = 1/r₁ + 1/r₂).
4. Tenaga dan Kuasa Elektrik
• Tenaga Elektrik (E): Tenaga yang digunakan oleh peralatan elektrik. Rumusnya ialah E = VIt atau E = Pt. Unitnya ialah joule (J).
• Kuasa Elektrik (P): Kadar tenaga elektrik digunakan. Rumusnya ialah P = E/t, P = VI, P = I²R, atau P = V²/R. Unitnya ialah watt (W).
• Kos Penggunaan Tenaga: Syarikat utiliti mengira penggunaan tenaga dalam unit kilowatt-jam (kWj), di mana 1 kWj = 1 unit. Kos dikira dengan mendarabkan jumlah unit yang digunakan dengan kadar seunit.
• Penjimatan Tenaga: Langkah-langkah seperti mematikan suis apabila tidak digunakan, menggunakan peralatan cekap tenaga (seperti lampu LED), dan menggunakan mesin basuh dengan muatan penuh dapat mengurangkan penggunaan tenaga dan menjimatkan kos.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Arus (I) | Kadar pengaliran cas, Q, dalam satu konduktor. Rumus: I = Q/t. Unit: ampere (A). |
| Beza Keupayaan (V) | Kerja, W, yang dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas di antara dua titik dalam suatu medan elektrik. Rumus: V = W/Q. Unit: volt (V). |
| Daya Gerak Elektrik (d.g.e.), Ԑ | Tenaga yang dibekalkan atau kerja yang dilakukan oleh satu sumber elektrik untuk menggerakkan satu coulomb cas dalam satu litar lengkap. Rumus: Ԑ = E/Q. Unit: volt (V). |
| Kekuatan Medan Elektrik (E) | Daya elektrik yang bertindak ke atas seunit cas positif yang terletak pada satu titik dalam medan elektrik. Rumus: E = F/q. Unit: newton per coulomb (N C⁻¹). |
| Kerintangan Dawai (ρ) | Suatu ukuran bagi keupayaan konduktor untuk menentang pengaliran arus elektrik. Unit: ohm-meter (Ω m). |
| Konduktor Bukan Ohm | Konduktor yang tidak mematuhi hukum Ohm. Rintangannya berubah dengan perubahan arus atau suhu. |
| Konduktor Ohm | Konduktor yang mematuhi hukum Ohm. Rintangannya malar pada suhu tetap. |
| Kuasa Elektrik (P) | Kadar tenaga elektrik yang digunakan atau dibekalkan. Rumus: P = E/t. Unit: watt (W). |
| Medan Elektrik | Kawasan sekitar suatu zarah bercas di mana sebarang cas elektrik yang berada dalam kawasan tersebut akan mengalami daya elektrik. |
| Meter Pintar | Peranti yang membolehkan penggunaan elektrik harian direkodkan dan ditukarkan kepada data yang boleh dipantau oleh pengguna melalui aplikasi mudah alih. |
| Rintangan (R) | Nisbah beza keupayaan merentasi suatu konduktor kepada arus yang mengalir melaluinya. Rumus: R = V/I. Unit: ohm (Ω). |
| Rintangan Dalam (r) | Rintangan yang disebabkan oleh bahan elektrolit di dalam suatu sumber elektrik (cth: sel kering). Unit: ohm (Ω). |
| Suhu Genting (Tc) | Suhu apabila kerintangan suatu superkonduktor menjadi sifar. |
| Superkonduktor | Bahan yang mengkonduksikan elektrik tanpa mengalami sebarang rintangan, biasanya pada suhu yang sangat rendah. |
| Susutan Voltan (Ir) | Perbezaan antara d.g.e. (Ԑ) dengan beza keupayaan merentasi terminal (V) apabila arus mengalir, disebabkan oleh rintangan dalam. Rumus: Ir = Ԑ – V. |
| Tenaga Elektrik (E) | Tenaga yang dipindahkan oleh litar elektrik. Rumus: E = VIt. Unit: joule (J). |
| Unit Elektrik (kWj) | Unit yang digunakan untuk menyukat penggunaan tenaga elektrik bagi tujuan pengebilan. 1 kWj = 1 unit. |
| Voltan Kerja | Beza keupayaan yang diperlukan untuk suatu alat elektrik beroperasi dalam keadaan normal. |