7 2 Arus,beza Keupayaan Dan Rintanagn

PELAJARAN 2 ARUS,BEZA KEUPAYAAN DAN RINTANGAN (a) Arus (I) Daripada pelajaran 1 , Arus adalah kadar pengaliran cas atau arus = kuantiti cas masa

tenaga untuk mewujudkan bezakeupayaan. Oleh itu , Beza keupayaan merentasi dua titik ialah kerja dilakukan untuk menggerakkan seunit cas. atau beza keupayaan = kerja = tenaga ca s cas atau

atau

I =

V = E

Q

Q t

Arus disebut sebagai "arus melalui......." Oleh itu untuk menyukat arus melalui suatu komponen elektrik (misalnya mentol) , ammeter mesti disambung sesiri dengan mentol

(b) Beza keupayaan (V)

Suatu jasad akan bergerak(jatuh) dari dua tempat yang berlainan ketinggian kerana terdapat perbezaan tenaga keupayaan graviti. Bagi suatu arus elektrik pula ia akan mengalir jika terdapat perbezaan keupayaan elektrik di antara dua titik dalam litar. Arus mengalir dari titik X ke Y kerana terdapat perbezaan keupayaan elektrik di antara kedua- duanya di mana sel adalah sebagai sumber

unit S.Inya bagi V = Volt(V) = Joule(J) Q = Coloumb (C)

E

1 V = 1 J C-1 Beza keupayaan disebut sebagai "beza keupayaan merentasi......." Oleh itu untuk menyukat beza keupayaan merentasi suatu komponen elektrik (misalnya mentol) , voltmeter mesti disambung selari dengan mentol

Contoh 1 Apabila suatu perintang elektrik disambung ke satu sel kering 12 C cas mengalir dan 36J tenaga elektrik di bekalkan kepada perintang.Berapakah beza keupayaan merentasi perintang itu? Penyelesaian

Contoh 2

Plot graf V lawan I

Apabila berlaku ribut petir selama 2 saat,12.5 A arus terhasil dan beza keupayaan 5 x 10 5 kV merentasi awan dan permukaan bumi.Tentukan (a) Jumlah cas terhasil (b) Jumlah tenaga yang dijanakan Penyelesaian

(C) Hubungan konduktor logam

V

dan

I

bagi

(i) Hukum Ohm

Daripada graf didapati V α I Sebagai langkah berjaga-jaga jangan gunakan nilai arus yang terlalu tinggi,supaya suhu konduktor adalah tetap. (iii) Eksperimen untuk hubungan beza keupayaan dan arus pada suatu konduktor logam Hukum Ohm Hipotesis : Jika arus bertambah maka beza keupayaan bertambah P.U.manupulatif : arus P.U respons : beza keupayaan P.U dimalarkan : suhu dawai

Hukum Ohm menyatakan beza keupayaan merentasi suatu konduktor logam berubah secara langsung kepada arus yang melaluinya jika suhu dan sifat fizik lain adalah tetap. atau V α I ,jika T adalah tetap (ii) Eksperimen untuk mentahkik Hukum Ohm

Hidupkan arus dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter. Bacaan ammeter = I dan bacaan Voltmeter = V Dengan melaraskan reostat supaya nilai arus berubah, ulangi eksperimen sebanyak 5 kali

Hidupkan arus dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter. Bacaan ammeter = I dan bacaan Voltmeter = V Dengan melaraskan reostat supaya nilai arus berubah, ulangi eksperimen sebanyak 5 kali Jadualkan data Arus,I Beza keupayaan,V

Plot graf V lawan I

Daripada graf didapati apabila arus bertambah maka beza keupayaan bertambah,maka hipotesis disokong. Sebagai langkah berjaga-jaga jangan gunakan nilai arus yang terlalu tinggi,supaya suhu konduktor adalah tetap. (iv) Konduktor Ohm Konduktor Bukan Ohm

Rintangan ialah nisbah keupayaan kepada arus yang melaluinya. @ R = V I di mana R = rintangan beza keupayaan I = arus

beza

V =

Unit S.I.nya ialah Ohm (Ω) 1 Ω = 1 V A-1

dan

Konduktor Ohm ialah konduktor yang mematuhi Hukum Ohm dimana apabila graf V lawan I atau graf I lawan V diplotkan satu graf garis lurus melalui asalan diperolehi. Berikut adalah beberapa contoh konduktor Ohm dan Konduktor Bukan Ohm.

I R =

1 V

keceunan

(ii) Eksperimen untuk menentukan rintangan suatu mentol lampu.

(d) Rintangan (R) (i)Rintangan dan Unit S.Inya

Hidupkan arus dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter. Bacaan ammeter = I dan bacaan Voltmeter = V Kirakan rintangan dengan rumus R = V I

Dengan melaraskan reostat supaya nilai arus berubah, ulangi eksperimen sebanyak 5 kali. Tentukan nilai purata rintangan. (iii) Faktor-faktor mempengaruhi rintangan

yang

Di antara faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan ialah:(a) Panjang perintang ( l) Rintangan berubah secara langsung dengan panjang ( R α I )

(b) Luas keratan rentas (A) Rintangan berubah secara songsang dengan luas keratan rentas ( R α 1 ) A

(c) Jenis bahan perintang Bagi konduktor logam seperti kuprum rintangannya adalah rendah. Bagi penebat seperti getah rintangannya adalah sangat tinggi. (d) Suhu Suhu juga mempengaruhi rintangan . Bagi konduktor logam (dawai kuprum atau filamen mentol) apabila suhu bertambah rintangannya

bertambah.Bagi aloi seperti dawai eureka dan konstantan,rintangannya hampir tak berubah walaupun suhu berubah. Bagi bahan semikonduktor seperti termistor, rintangan berkurangan bila suhu bertambah

(iv) Eksperimen untuk menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan

Sambungkan satu dawai konstantan dengan panjang tertentu di antara X dan Y Hidupkan suis dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter Bacaan ammeter = I ,Bacaan Voltmeter = V Kirakan rintangan dengan rumus R = V I Ulangi eksperimen dengan panjang dawai konstantan yang berlainan Ulangi lagi eksperimen dengan menggunakan panjang dawai konstantan yang tetap tetapi berlainan luas keratan rentas (S.W.G) nya. Ulang sekali lagi eksperimen dengan panjang dan luas keratan yang tetap tetapi dengan dawai nikrom dan manganain.

Didapati (i) apabila panjang dawai bertambah rintanganya bertambah. (ii) apabila luas keratan rentas bertambah rintangannya berkurangan (iii) apabila bahan berlainan jenis digunakan rintangannya adalah berlainan. Oleh itu di antara faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan ialah panjang,luas keratan rentas dan jenis bahan.

(vi) Eksperimen untuk mencari hubungan antara rintangan dengan panjang dawai Hipotesis:Jika panjang dawai bertambah ,maka rintangan bertambah PU.manupulatif : panjang dawai L PU. Respons : rintangan,R PU.dimalarkan : jenis dawai,suhu,tebal dawai

(v) Eksperimen untuk menunjukkan perubahan rintangan dengan suhu

Laraskan reostat sehingga mentol tak menyala Hidupkan arus dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter. Bacaan ammeter = I dan bacaan Voltmeter = V Kirakan rintangan dengan rumus R = V I Laraskan reostat hingga mentol itu malap dan kemudian menyala dengan terang dan kirakan rintangan bagi setiap keadaan kecerahan mentol Didapati apabila kecerahan mentol bertambah rintangan juga bertambah. Ini menunjukkan rintangan bagi filamen mentol bertambah apabila suhu bertambah.

Ukur panjang dawai = L Hidupkan suis dan catatkan bacaan ammeter serta bacaan voltmeter Bacaan ammeter = I ,Bacaan Voltmeter = V Kirakan rintangan dengan rumus R = V I Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan panjang dawai berlainan pula. Jadualkan data R L Plotkan graf R lawan L R L

(vii) Jenis-Jenis Perintang Perintang Karbon : Mempunyai nilai yang tetap apabila suhu berubah(Perintang piawai) Reostat : Mempunyai nilai yang berubah mengikut magnitud arus

Termistor : Mepunyai nilai rintangan yang berubah mengikut suhu di mana apabila suhu bertambah rintangannya bertambah dan arus yang kecil mengalir. Perintang foto (LDR):Perintang peka cahaya dimana rintangannya berubah mengikut kuantiti cahaya di mana apabila kuantiti cahaya bertambah,rintangannya berkurangan.

TUTORIA 1

Beza keupayaan merentasi dua titik dalam suatu kondukor logam adalah 1 Volt jika

A arus 1 A mengalir melalui konduktor selama 1 saat B kuasa 1 W dijanakan apabila 1 C cas mengalir C tenaga 1 J dijanakan apabila 1 C cas mengalir D tenaga 1 J dijanakan jika 1 A arus mengalir 2

Semasa terjadinya kilat, 16 C cas mengalir telah dipindah dari awan ke bumi dan tenaga 6.4 x 106 kJ dibebaskan.Beza keupayaan merentasi awan dan bumi adalah

(viii) Superkonduktor Superkonduktor ialah bahan yang mempunyai rinntangan sifar tetapi boleh digunakan secara praktikal.

A 10 V C E 7

3

Rintangan satu superkonduktor secara tiba-tiba akan jatuh dengan tiba-tiba kepada sifar jika suhunya rendah daripada suhu transisi superkonduktor,Tc. Contoh bahan-bahan dikenal pasti sebagai superkonduktor iaiatu aluminium (Tc= 1.2 K), Plumbum (Tc= 7.2 K), Niobium (Tc= 9.3 K), Nb3Sn (Tc= 18 K) , Nb3Ge (Tc= 23 K) dan YBa2Cu3O2 (Tc= 100 K). Digunakan dalam bidang pengangkutan , perubatan perindustrian dan pertahanan.

8

V

4.0 x 108 V 1.0 x 108 V

B D

8.0 x

2.0 x 107 V

Beza keupayaan merentasi sebiji mentol adalah 4.0 V . Jika jumlah cas yang mengalir adalah 36 C,tenaga yang terlesap dalam mentol adalah A

J

6.4 x 10

0.1 A C 9.0 J E 144 J

B

5.2 J D 126

4 Graf beza keupayaan,V dengan arus,I diperolehi daripada eksperimen menggunakan lampu neon,diod vakum,filamen mentol dan dawai eureka.Graf yang manakah berikut adalah mematuhi Hukum Ohm?

7

Di antara faktor-faktor mempengaruhi rintangan konduktor logam kecuali A B C D

8

9

Graf V lawan I di atas mewakili bagi suatu elektrolit.Pernyataan yang manakah adalah benar? A B Ohm C D

6

panjang dawai ketebalan dawai arus melalui konduktor jenis logam konduktor itu

Rintangan suatu konduktor logam bertambah apabila A B C

5

yang suatu

Suhunya dikurangkan Panjangnya dikurangkan Ketebalannya dikurangkan

Suatu komponen elektrik berlabel 12V , 2A. Berapakah rintangan komponen elektrik itu? A C E

0.67Ω 4.0 Ω 24.0 Ω

B D

6.0 Ω 14.0 Ω

10

Beza keupayaan berubah secara langsung dengan arus Elektrolit mematuhi Hukum Arus tidak mengalir melalui elektrolit ketika beza keupayaan 1.5 V Elekrolit boleh mengalirkan arus pada sebarang nila beza keupayaan

Graf V berikut suluh?

lawan I yang manakah mewakili mentol lampu

Berdasarkan graf di atas tentukan rintangan. A C E 11

500 Ω 2000 Ω 8000 Ω

B D

1000 Ω 4000 Ω

Di antara graf V lawan I berikut yang manakah berikut menunjukkan intangan yang semakin bertambah?

C E

12 A 36 A

D

24 A

14 Satu dawai berdiameter d mempunyai rintangan R.Jika diameter dawai 2d ,rintangan dawai adalah A

12

Yang manakah mempunyai nilai tertinggi?

A

Panjang / cm 100

B

C

D

C

berikut rintangan

Nilai S.W.G

E

R 4

B

R

D

R 2 2R

4R

15

32

100

20

50

32

50

20

Rajah menunjukkan graf arus I dengan beza keupayaan V bagi tiga konduktor P,Q dan R.

13

(a) Yang manakah di antara konduktor itu mematuhi Hukum Ohm? ....................................................... ...................... Apabila joki diletakkan di hujung dawai kuprum 0.5m bacaan ammeter ialah 4A dan bacaan voltmeter adalah 12 V.Jika joki diletakkan pada jarak 0.2 m,bacaan ammeter adalah A

3A

B

10 A

(b) Yang manakah di antara konduktor mempunyai rintangan yang bertambah apabila suhu meningkat. ....................................................... ......................

(c) Yang manakah di antara konduktor itu merupakan mentol dan nyatakan sebabnya. ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (d) Tentukan nilai rintangan konduktor Q. 16 (a) Nyatakan Hukum Ohm. (b) Huraikan satu eksperimen untuk mentahkik Hukum Ohm. 17 (a) Nyatakan takrif rintangan (b) Huraikan satu eksperimen untuk mencari rintangan suatu konduktor logam (c) Huraikan faktor-faktor yang mempengaruhi rintangan satu konduktor logam (d) Huraikan jenis-jenis perintang yang anda tahu.