asas elektrik

PENGENALAN

Litar elektronik memerlukan voltan arus terus untuk berfungsi. Arus terus merupakan arus yang mengalir dalam satu arah sahaja. Contoh bekalan arus terus ialah sel kering. Sebuah sel kering dapat membekalkan voltan arus terus sebanyak 1.5V. Sebuah litar asas arus terus, biasanya terdiri daripada bekalan voltan arus terus, suis, pengalir dan beban. Beban pada litar asas arus terus boleh terdiri dari perintang atau lampu. Rajah 1.1 menunjukkan sebuah litar asas arus terus.

Rajah 1.1: Litar Asas Arus Terus

TTooppiikk

11

Asas Arus Terus

HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir topik ini, anda seharusnya dapat:

1. Menyenaraikan sifat-sifat pengalir dan penebat;

2. Mengenal pasti unit dan simbol kuantiti elektrik;

3. Mengenal pasti kod warna dan simbol perintang;

4. Mengenal pasti ciri-ciri litar siri, selari dan siri selari;

5. Menyatakan jumlah rintangan, arus, voltan dan kuasa dalam litar siri, selari dan siri selari; dan

6. Mentakrifkan hukum Ohm.

TOPIK 1 ASAS ARUS TERUS

2

SIFAT-SIFAT PENGALIR DAN PENEBAT

Pengalir adalah bahan yang boleh membenarkan pengaliran arus elektrik melaluinya dengan mudah. Biasanya, pengalir terdiri daripada logam. Pengalir yang baik biasanya mempunyai elektron valansi kurang daripada 4 elektronnya. Contoh bahan pengalir adalah seperti di Jadual 1.1.

Jadual 1.1: Contoh Elemen Pengalir

Kumpulan Elemen Simbol Bilangan Atom Elektron valansi

Emas Au 79 +1

Perak Ag 47 +1

Kuprum Cu 29 +1

Besi Fe 26 +2

Pengalir

Aluminium Al 13 +3

Sumber: Basic Electronicsi, (1987)

Daripada Jadual 1.1, jelas menunjukkan bahawa pengalir yang baik seperti emas, perak dan kupram mempunyai elektron valansi +1 . Oleh itu, elektron valansi ini mudah digerakkan dari satu atom ke atom yang lain. Oleh yang demikian, pengalir mempunyai rintangan yang amat rendah dan kealiran yang sangat baik. Rajah 1.2 menunjukkan struktur atom kuprum.

Rajah 1.2: Struktur atom kuprum

1.1

TOPIK 1 ASAS ARUS TERUS ! 3

Penebat ialah bahan yang menghalang pengaliran arus elektrik melaluinya. Penebat boleh dikelaskan sebagai unsur bukan logam. Biasanya penebat mempunyai 8 elektron valansi. Ini menyebabkan atom tersebut stabil dan elektronnya susah digerakkan dari orbit valansi. Keadaan ini menyebabkan penebat mempunyai rintangan yang sangat tinggi dan ini menyebabkan tiada arus elektrik dapat mengalir melaluinya. Penebat diguna sebagai pelindung pengalir. Ini boleh mengelakkan pengalir daripada memintas sesama sendiri. Contoh penebat ialah kaca, mika, getah, seramik, plastik dan kayu.

KUANTITI ELEKTRIK

Kuantiti yang diukur dalam elektrik ialah cas, kuasa, arus, voltan dan rintangan.

1.2.1 Arus

Arus elektrik ialah pergerakan elektron bebas di antara atom-atom. Unit pengukuran arus elektrik ialah ampere (A). Satu ampere bersamaan satu coulomb cas elektrik yang bergerak melalui satu titik dalam satu saat. Di sini, satu coulomb(Q) cas bersamaan dengan 6.25 ! 1018 elektron. Formula untuk menentukan cas ialah

=Q

It

Di sini, I adalah mengaliran arus, Q ialah cas elektrik dan t ialah masa dalam saat. Simbol arus ialah I dan unitnya adalah ampere (A). Contoh: Kira jumlah cas apabila arus elektrik 2A mengalir dalam masa 5 saat.

!

Q = I t

= 2A 5s

= 10 coulomb

1.2

AKTIVITI 1.1

1. Berapakah elektron valansi bagi pengalir?

2. Mengapa penebat digunakan sebagai pelindung pengalir? Bincangkan.


4

1.2.2 Voltan

Voltan ialah tenaga keupayaan yang membolehkan arus mengalir dalam litar. Tenaga keupayaan ini dipanggil daya gerak elektrik. Daya gerak elektrik memberi tekanan berbentuk medan elektrik hingga menyebabkan arus mengalir melalui beban dalam litar. Arus akan mengalir dari titik tekanan tinggi ke titik tekanan rendah.

Daya gerak elektrik dan beza upaya diukur dalam unit volt. Simbolnya adalah V.

1.2.3 Rintangan

Rintangan merupakan kuantiti yang menghadkan pengaliran arus elektrik dalam sesuatu litar. Jumlah pengaliran arus dalam litar adalah bergantung kepada nilai rintang yang terdapat pada litar tersebut. Rintangan yang rendah dalam litar membolehkan pengaliran arus yang tinggi manakala rintangan tinggi membenarkan pengaliran arus yang rendah.

Kita juga harus ingat bahawa pengalir yang panjang akan menghasilkan rintangan yang lebih daripada pengalir yang pendek.

Unit bagi rintangan ialah ohm ( ). Simbolnya ialah R.

LITAR ASAS ELEKTRIK

Subtopik ini menjelaskan litar asas elektrik yang menyentuh hukum ohm, litar siri, litar selari dan litar siri-selari.

1.3.1 Hukum Ohm

Hukum diperkenalkan oleh George Simon Ohm. Beliau merupakan seorang ahli fizik Jerman. Dengan menggunakan hukum ohm kita boleh menentukan nilai arus, voltan, rintang dan kuasa dalam sesuatu litar arus terus.

1.3

AKTIVITI 1.2

Berapakah nilai arus yang akan dihasilkan jika cas sebanyak 20 coulomb mengalir melalui satu titik dalam masa 5 saat?


Takrif Hukum Ohm

Hukum Ohm dirumuskan sebagai V = I ! R.

I Arus yang mengalir dalam litar

V Voltan dalam litar

R Rintangan dalam litar Untuk memudahkan menghafal formula Hukum Ohm, kaedah berikut boleh digunakan. Untuk menentukan nilai voltan (V) tutup pada huruf V. Maka V = I R! .

V

I R

Contoh: Kira jumlah voltan yang susut pada perintang 100 ! apabila arus yang mengalir melalui perintang ialah 2 A. Penyelesaian:

V = I R

= 2 A 100

= 200 V

!

! "

Untuk menentukan arus (I) tutup pada huruf I. Maka I = V

R

V

I R

Hukum Ohm menyatakan bahawa arus (I) yang mengalir melalui beban dalam litar adalah berkadar terus dengan voltan (V) manakala berkadar songsang dengan rintang (R) beban.


6

Contoh: Kira nilai arus yang mengalir melalui perintang 20! jika voltan yang susut pada perintang tersebut adalah 10 V. Penyelesaian:

VI =

R

10V 1= = A

20 2

Untuk menentukan nilai rintangan (R) tutup pada huruf I. Maka V

R =I

V

I R

Contoh: Jika punca bekalan adalah 12 V, arus yang mengalir melalui perintang ialah 2 A. Berapakah nilai rintangan tersebut? Penyelesaian:

126

2

VR

I

V

A

#

# # "

1.3.2 Litar Siri

Litar siri ialah keadaan beberapa perintang disambung secara sederet antara satu sama lain. Ini menyebabkan arus yang mengalir dalam litar tersebut adalah sama pada setiap titik. Oleh itu, jumlah voltan yang susut adalah bersamaan:

j 1 2 nV = V + V ....... + V

Contoh litar siri adalah seperti di Rajah 1.3.


Rajah 1.3: Litar siri

Contoh: Rajah 1.3 menunjukkan sebuah litar perintang disambung sesiri. Hitungkan nilai:

(a) Jumlah rintangan;

(b) Arus yang mengalir dalam litar; dan

(c) Voltan susut merentas R1 dan R

2.

Penyelesaian:

Diberi: 1 2 SR = 30 R = 70 V = 20 V" "

(i) Jumlah rintangan bersamaan:

1 2

30 70

100

RJ R R# $

# " $ "

# "

(ii) Arus yang mengalir dalam litar:

20

0.2100

VI

R

VA

#

# #"

(iii) Voltan susut di R1

VR1 = I ! R1

= 0.2 A ! 30 !

= 6 V

Voltan yang susut di R2

VR2 = I ! R2

= 0.2 A ! 70 !

= 14 V


8

Pembahagi Voltan Litar sesiri boleh digunakan sebagai pembahagi voltan dalam litar elektronik.

Rajah 1.4: Susutan voltan di litar pembahagi voltan

Merujuk kepada Rajah 1.4, VR1 boleh ditentukan melalui terbitan berikut:

R1 1V = I R! (i)

di mana

S

J

VI =

R (ii)

gantikan persamaan (ii) ke dalam persamaan (i).

SR1 1

J

VV = × R

R (iii)

J 1 2R = R + R (iv)

gantikan RJ = R1 + R2 ke dalam persamaan (iii), maka VR1 adalah,

AKTIVITI 1.3

1. Lukiskan sebuah litar siri yang mengandungi 3 buah perintang. Di mana R1 = 100, R2 = 120, dan R3 = 220. VS = 20V.

2. Kira nilai arus dalam litar, jumlah rintangan dan voltan yang susut pada setiap perintang.


Contoh:

1R1 S

1 2

RV = × V

R + R

% &' () *

Rajah 1.5: Litar pembahagi voltan

Merujuk kepada Rajah 1.5, hitungkan voltan yang susut merentas R1 jika VS bersamaan dengan 15 V. Penyelesaian:

1R1 S

1 2

RV = × V

R + R

2K = ×15V

2K +10K

= 2.5V

% &' () *

% &' () *


10

1.3.3 Litar Selari

Litar selari ialah beberapa perintang disambungkan merentasi punca bekalan. Dalam sambungan litar selari, nilai voltan susut merentasi perintang adalah sama bagi setiap perintang. Oleh itu, jumlah arus dalam litar bersamaan:

j 1 2 nI = I + I .......I Contoh litar selari adalah seperti di Rajah 1.6.

Rajah 1.6: Litar selari

Contoh: Rajah 1.6 merupakan sebuah litar perintang yang disambungkan secara selari. Kira:

(a) Jumlah rintangan;

(b) Jumlah arus; dan

(c) Arus pada setiap cabang. Penyelesaian:

S 1 2Diberi V = 10 V, R = 3 , R = 6" " (i) Jumlah rintangan bersamaan:

J 1 2

J

1 1 1= +

R R R

1 1= +

3 6

1 3=

R 6"


Oleh itu, jumlah rintangan (RJ) adalah:

RJ = 2 (ii) Jumlah arus bersamaan:

S

1

VIJ =

R

10V=

2

= 5A

(iii) Arus pada setiap cabang pertama:

SR1

1

VI =

R

10V=

3

= 3.33A

(iv) Arus pada setiap cabang kedua:

SR2

2

VI =

R

10V=

6

= 1.66A

1.3.4 Litar Siri-Selari

Litar sambungan siri-selari merupakan gabungan daripda litar siri dan selari. Sebelum kita mengira nilai arus, voltan dan rintangan dalam litar, kita perlu memahami konsep dan ciri-ciri litar perintang siri dan selari.

AKTIVITI 1.4

1. Lukis sebuah litar selari yang mengandungi 3 buah perintang, di mana R1 = 100 !, R2 = 120 !, dan R3 = 220 !. VS = 20V.

2. Kira nilai arus dalam litar, jumlah rintangan dan arus yang mengalir pada setiap cabang perintang.


12

Rajah 1.7: Litar siri-selari

Merujuk kepada Rajah 1.7, R2 dan R3 adalah bersambung secara selari manakala R1 bersambung sesiri dengan perintang R2 dan R3. Arus IJ akan mengalir melalui R1 dan akan berbahagi dititik A menghasilkan I1 dan I2. Bagi menentukan arus I1 adalah bersamaan dengan:

(i) ABR2

2

VI =

R

(ii) AB J ABDi mana V = I R ! Gantikan persamaan (ii) ke dalam persamaan (i). Maka IR2 bersamaan:

J ABR2

2

2 3

2 3R2 J

2

I × RI =

R

R + R

R + RI = I

R

% &' (' (' (' (' (' () *

Contoh: Merujuk kepada Rajah 1.7. Jika VS = 30V. R1 = 24 !, R2 = 40 !, R3 = 60 !. Kira:

(a) Jumlah rintangan dalam litar.

(b) Jumlah arus IJ dalam litar

(c) Voltan pada titik AB


(d) Arus pada I1 dan I2. Penyelesaian: (i) Kira nilai rintangan titik AB. Maka,

2 3

2 3

40 60

40 60

24

AB

AB

AB

R RR

R R

R

R

#$

" ! "#

" $ "

# "

Oleh itu, RJ bersamaan,

J 1 ABR = R + R

= 24 + 24

= 48

" "

"

(ii) Jumlah arus dalam litar.

SJ

J

VI =

R

30V=

40!

= 0.625A

(iii) Voltan merentas titik AB

AB J ABV = I R

= 0.625 A 24

= 15V

!

! "

(iv) + Arus I1

AB1

2

VI =

R

15V= = 0.375A

40!


14

+ Arus I2

AB2

VI =

15V

R3= = 0.25A

60!

Pengalir yang baik mempunyai kurang daripada 3 elektron valansi di orbit valansinya.

Penebat mempunyai rintangan yang tinggi.

Hukum Ohm mengatakan bahawa arus adalah berkadar terus dengan nilai voltan tetapi berkadar songsang dengan rintangan.

Arus dalam litar sesiri adalah sama pada setiap titik.

Susutan voltan litar sesiri adalah VJ = V1 + V2 + ............+ Vn.

Arus dalam litar selari bersamaan IJ = I1 + I2 + ..........+ In.

Ampere

Elektron valansi

Ohm (")

Voltan

AKTIVITI 1.5

Berpandukan Rajah 1.6, jika IJ = 2 A, R1 = 18", R2 = 60", R3 = 90". Kira:

(a) Jumlah rintangan dalam litar.

(b) Jumlah voltan VS.

(c) Arus I1 dan I2.


Abd. Samad Hj Hanif & Mohd Nazi Hj Mustafa. (1989). Teknologi elektrik. Kuala Lumpur: Pustaka Sistem Pelajar Sdn. Bhd.

Bab 3: Pengalir dan Penebat. Bab 4: Litar-Litar Dan Kuantiti Elektrik. Grob, B. (1987). Basic Electronics. Singapore: McGraw-Hill Book Company. Bab 2: OhmÊs Law. Bab 3: Series Circuits. Bab 4: Parallel Circuits. Bab 5: Series-Parallel Circuits.

asas elektrik

Documents

Transcript of asas elektrik