5

E1001 / UNIT 1/ 6

Objektif am :

Mengetahui punca-punca penjana tenaga elektrik, memahami penjanaan arus dan voltan arus terus (a.t) dan gelombangnya serta memahami kesan sambungan sel dalam siri, selari dan siri-selari.

Objektif khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat :-

Menyenaraikan punca-punca tenaga yang boleh digunakan untuk menjana elektrik atau d.g.e.

Menerangkan secara ringkas tentang penjanaan arus dan voltan arus terus (a.t).

Mendapatkan dan melakarkan gelombang daripada suatu pengalir berputar dalam medan magnet.

Menyatakan kesan sambungan sel yang berlainan dalam siri, selari dan siri-selari.

1.0 PENGENALAN

Arus terus (a.t) merupakan arus elektrik yang mengalir berterusan pada satu arah sahaja. Ini merupakan jenis arus elektrik yang dibekalkan olah sel voltan. Selagi kekutuban voltan pada pangkalan-pangkalan sel voltan adalah tetap dan tidak terbalik, maka sel voltan ini boleh di sebut sebagai punca voltan terus.

Aras arus elektrik adalah tetapRajah 1.1 : Graf arus elektrik terus melawan masa.

1.1 SUMBER-SUMBER ARUS TERUS

1.1.1 Bateri

Bateri atau sel merupakan sumber arus terus di mana ia direka khas untuk menghasilkan voltan keluaran dan arus keluaran maksimum yang tertentu. Beza upaya yang terhasil di antara pangkalan-pangakalan sel bergantung kepada bahan-bahan elektrod tetapi tidak kepada saiz fizikal elektrod atau kuantiti elektrolit.

Arus keluaran sel bergantung kepada voltan keluaran dan rintangan beban luar iaitu ;

Di mana I ialah arus keluaran, E ialah voltan pangkalan sel dan R ialah rintanagn beban luar. Walau bagaimanapun, arus maksimum yang boleh dibekalkan oleh satu sel ada hadnya. Apabila had ini dicapai, voltan pangkalan sel mula jatuh. Dengan ini arus keluaran tidak dapat dinaikkan. Arus maksimum yang boleh ditarik daripada sel berhubung terus dengan saiz fizikal komponen-komponen sel. Ternyata elektrod-elektrod dengan luas permukaan yang kecil. Oleh yang demikian,sel-sel voltan yang besar secara fizik boleh menanggung arus keluaran yang lebih besar daripada sel-sel kecil.

1.1.2 Sel Solar

Sel solar juga merupakan satu sumber arus terus di mana pancaran cahaya matahari boleh menghasilkan arus elektrik. Contoh-contoh alat elektrik yang menggunakan sinaran cahaya matahari sebagai punca arus elektrik ialah seperti kalkulator dan sistem pemanas air di rumah.

1.2 KESAN SAMBUNGAN SEL YANG BERLAINAN

1.2.1 Siri

Dalam susunan siri,

Jumlah voltan keluaran = hasil tambah voltan sel

Arus keluaran, I

Di mana arus (I) keluaran yang mengalir di setiap sel adalah sama.

Jumlah rintangan = hasil tambah rintangan dalam sel individu

1.2.1.1 Rintangan Beban Luar (RL)

Sekiranya rintangan beban luar (RL) disambungkan kepada kumpulan sel bersambung siri, maka ;

Arus keluaran,

atau,

dan juga, I = I1 = I2 = I3Contoh :

Terdapat 4 sel dalam rajah di atas setiap 1 sel bernilai 3V dan rintangan dalam r = 0.1 (. Kirakan voltan pangkalan bateri bagi keadaan tanpa beban dan bagi RL = 5.6 (. Kirakan juga arus yang mengalir apabila pangkalan bateri dilitar pintas.

Penyelesaian :

E = E1 + E2 + E3 + E4 = 4 ( 3V

= 12V

ri = r1 + r2 + r3 + r4 = 4 ( 0.1(

= 0.4 (Bagi tanpa beban :

Io= 0

Dan

Eo= E - Io ri = 12V 0

Eo = 12 V

Bagi RL = 5.6 ( :

=

I = 2V

Eo= E - Io ri = 12V (2V(0.4 ()

Eo = 11.2 V

Bagi litar pintas :

RL = 0

=

Io= 30V

1.2.2 Selari

Dalam susunan selari,

Voltan keluaran adalah sama.

Arus keluaran = hasil tambah arus setiap sel

Jumlah rintangan;

Sekiranya terdapat rintangan beban, RL

Contoh :

Diberi 2 sel 4.8V disambungkan secara selari dengan rintangan beban 2(. Kirakan arus keluaran Io.

Penyelesaian :

(abaikan rintangan dalam)

Io = 2.4A

r1 r2 ri E1 E2 E

Bagi E,

E = E1 = E2

Bagi ri,

ri = r1 selari dengan r2 ( r1 | | r2 )

Maka,

Contoh :

Sel 8V disambungkan secara selari dan membekalkan rintangan 0.4(. Jika arus maksimum yang boleh dibekalkan oleh setiap sel ialah sebanyak 0.2A, berapakah bilangan sel yang perlu disambungkan dalam selari. Anggap rintangan dalam sel boleh diabaikan.

Penyelesaian :

= = 20V

Bilangan sel selari = Io Arus per sel

=

= 100 sel

Bilangan sel selari = 100 sel

Contoh :

Terdapat 5 sel bersambung secara selari dan setiap sel masing-masing bernilai 3.5V dan rintangan dalam 0.5(. Bagi kala 5 jam, setiap sel ini dapat membekalkan arus beban maksimum 1A. Kirakan ;

(a) Voltan keluaran litar terbuka bagi gabungan selari.

(b) Arus maksimum yang boleh dibekalkan.

(c) Kadaran Aj bateri.

(d) Rintangan dalam bateri sel.

Penyelesaian :

(a) E = E1 = E2 = E3 = E4 = E5

E = 3.5V

(b)

Io(mak) = I1 + I2 + I3 + I4 + I5

= 5 ( 1A

= 5A

(c) Kadaran Aj bateri= 5 ( (Kadaran Aj per sel)

= 5 ( (5A ( 5 jam)

= 25 Aj

(d) ri = r1 || r2 || r3 || r4 || r5

=

= 0.1 (

1.2.3 Siri-selari

Rajah di atas menunjukkan 2 kumpulan sel bersambung secara selari. Setiap 1 kumpulan mempunyai 3 sel.

Voltan pangkalan,

Kumpulan 1

Kumpulan 2

Arus keluaran,

Contoh :

Dalam satu kumpulan sel, terdapat 3 sel yang bersambung secara siri. Diberi setiap sel bernilai 2V. Kirakan nilai voltan pangkalan setiap kumpulan siri.

Penyelesaian :

E = E1 + E2 + E3

= 2V + 2V + 2V

= 6V

Contoh :

Terdapat 2 kumpulan sel disambungkan secara selari. Jika setiap sel dapat membekal arus maksimum 1.5A, kirakan arus keluaran maksimum bagi seluruh bateri sel yang disambungkan secara selari.

Penyelesaian :

Kumpulan 1

Setiap sel bernilai 1.5A, maka I1 = 1.5A

Kumpulan 2

Setiap sel juga bernilai 1.5A, maka I2 = 1.5A

Maka, I = I1 + I2

= 1.5V + 1.5V

= 3A

UJIKAN KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA!

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

Jawab semua soalan.

1.1 I

+

RL

Dalam rajah di atas, terdapat 6 sel dan masing-masing bernilai 6V dan rintangan dalam 0.15 (.

Kirakan yang berikut ;

(a) Voltan pangkalan bateri tanpa beban.

(b) Voltan pangkalan bateri dengan RL = 2.1 ((c) Arus yang mengalir, sekiranya pangkalan bateri dilitar pintas.

1.2Terdapat 5 sel disambungkan secara siri dan setiap sel bernilai 2.5V dan rintangan dalam 0.2(. Kirakan pangkalan bateri yang mempunyai beban RL = 9(.

1.3 Rintangan 0.1(s hendak dibekalkan oleh bateri bersambung selari sel-sel 4V. Jika setiap sel boleh membekal arus maksimum 0.5A, tentukan bilangan sel yang perlu disambung selari. Anggap rintangan dalam sel boleh diabaikan.

1.4

Merujuk kepada rajah di atas, kirakan;

(a) E

(b) E4

(c) Diberi arus keluaran seluruh bateri ialah 7A. Kirakan arus I1.

Jawapan :

1.1)(a) E = E1 + E2 + E3 + E4 = 6 ( 6V

= 36V

ri = r1 + r2 + r3 + r4 = 6 ( 0.15(

= 0.9((b) Bagi tanpa beban :

Io = 0

Dan

Eo = E - Io ri = 36V 0

Eo = 36 V

(c) Bagi RL = 2.1 ( :

=

I = 12V

Eo= E - Io ri = 36V (12V(0.9 ()

Eo = 25.2V

(d) Bagi litar pintas :

RL = 0

=

Io= 40V

1.2)

E = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 = 5 ( 2.5V

= 12.5V

ri = r1 + r2 + r3 + r4 = 5 ( 0.2(

= 1(

= = 1.25A

Eo =E - Iori

= 12.5V 1.25(1)

= 11.25V

1.3)

= = 40V

Bilangan sel selari = Io Arus per sel

=

= 80 sel

Bilangan sel selari = 80 sel

1.4)

(a) E = E1 + E2 + E3

= 4V + 2V + 3V

= 9V

(b) E = E4 + E5 + E6

9V= E4 + 1V + 5V

E= 3V

(d) I = I1 + I27A= I1 + 5A

I1 = 2A

Anda telah menghampiri kejayaan . Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan .

Jika ada masalah yang timbul , sila berbincang dengan pensyarah anda.

Selamat mencuba semoga berjaya !!!SOALAN

1) 6 sel bersambung dalam selari dengan setiap satu mempunyai voltan pangkalan E = 2V dan rintangan dalam 3.6(. Setiap sel boleh membekal arus beban maksimum 500mA bagi kala masa 3 jam yang boleh dibekalkan. Tentukan voltan keluaran litar terbuka bagi gabungan selari arus yang boleh dibekalkan. Juga, kirakan kadaran Aj dan rintangan dalam bagi bateri sel.

2) Satu bateri sel suria mengandungi 3 kumpulan bersambung secara selari 20 sel bersambung secara siri. Setiap sel mempunyai voltan pangkalan 1.5V dan rintangan dalam 0.25(. Diberi RL = 9.75(. Kirakan.

(a) Voltan pangkalan seluruh bateri.

(b) Arus I tanpa beban.

(c) Arus Io dengan beban 9.75(.

Adakah anda telah mencuba dahulu ???

Jika YA , sila semak jawapan anda .

JAWAPAN PENILAIAN KENDIRI

1)

Voltan keluaran litar terbuka bagi gabungan selari = 2V

Arus maksimum yang boleh dibekalkan = 1.5A

Kadaran Aj = 4.5Aj

Rintangan dalam bateri sel = 0.6(

2)

(a) 30V

(b) 6A

(c) 3A

5

1

E4

3

2

I1

4

I2

RL

E

UNIT 1

OBJEKTIF

EMBED MS_ClipArt_Gallery

ARUS TERUS

t

+I

I = E

R

E1

E2

E3

E4

E = E1 + E2 + E3 + E4

I = I1 = I2 = I3 = I4

r1 = r1 + r2 + r3 + r4

Eo

RL

I

+

EMBED Equation.3

Eo

RL

ri

E

I ( ri

Eo = E - Iri

I

+

+

RL

Eo

E1

E2

E3

I1

I2

I3

E = E1 = E2 = E3

Io = I1 + I2 + I3

(Rintangan dalam sel diabaikan)

4.8V

4.8V

2(

E

E

Litar setara tunggal bagi sel-sel ber-sambung secara selari

Litar setara bagi sel-sel bersambung secara selari

(Rintangan dalam sel tidak diabaikan)

E

RL

I2

E1

I1

E2

E3

E4

E5

E6

E = E1 + E2 + E3

E = E4 + E5 + E6

I = I1 + I2

AKTIVITI 1a

EMBED MS_ClipArt_Gallery

Eo

MAKLUMBALAS 1a

EMBED MS_ClipArt_Gallery

MAKLUMBALAS

EMBED MS_ClipArt_Gallery

EMBED MS_ClipArt_Gallery

PENILAIAN KENDIRI

ARUS TERUS

_1062524767.unknown

_1062526025.unknown

_1062531239.unknown

_1062532110.unknown

_1062532475.unknown

_1087630117.unknown

_1062532453.unknown

_1062531604.unknown

_1062532081.unknown

_1062527137.unknown

_1062528718.unknown

_1062526843.unknown

_1062525434.unknown

_1062525537.unknown

_1062524816.unknown

_1062488642.unknown

_1062524751.unknown

_1062524756.unknown

_1062488778.unknown

_1062488256.unknown

_1062488565.unknown

_1062488205.unknown