Keelektrikan

Soalan Berstruktur – Separuh Hayat

by

Rajah 3 menunjukkan graf keaktifan-masa bagi radioisotop Kalium-42. Radioisotop ini memancarkan zarah beta dan digunakan sebagai penyurih untuk mengukur kandungan garam dalam badan manusia.

  1. Nyatakan satu ciri-ciri zarah beta. [1 markah]
    Bercas negatif
  2. Berdasarkan Rajah 3, tentukan separuh hayat kalium-42. Tunjukkan kepada graf bagaimana anda menentukan separuh hayat bagi kalium-42.
    12 jam
  3. Berdasarkan separuh-hayat itu, nyatakan mengapa Kalium-42 sesuai digunakan sebagai penyurih. 
    Kalium-42 mempunyai setengah hayat yang pendek, maka dedahan yang berlebihan tidak berlaku.
  4. Hitung masa yang diambil bagi radioisotop Kalium-42 berkurang menjadi \(\frac{1}{8}\) daripada keaktifan asalnya. [2 markah]
    \(1 \underset{ T _{\frac{1}{2}}}{\longrightarrow} \frac{1}{2} \underset{ T _{\frac{1}{2}}}{\longrightarrow} \frac{1}{4} \underset{ T _{\frac{1}{2}}}{\longrightarrow} \frac{1}{8}\)
    Masa yang diambil untuk aktiviti kaliun-42 menjadi \(\frac{1}{8}\) daripada aktiviti asalnya.
    \[
    \begin{aligned}
    &=3 T _{\frac{1}{2}} \\
    &=3 \times 12 \text { jam }  \\
    &=36 \text {jam } 
    \end{aligned}
    \]



Langkap-langkah untuk Menjimat Tenaga Elektrik

by

  1. Gunakan lampu-lampu yang berkecekapan tinggi.
  2. Beli peralatan elektrik yang mempunyai kecekap tinggi.
  3. Gunakan perkakas elektrik yang mempunyai fungsi padam sendiri automatik.
  4. Pilih peralatan elektrik dengan saiz dan ciri yang paling sesuai dengan keperluan anda.
  5. Penggunaan semua peralatan elektrik dengan betul
    1. Melancarkan penyejukan peti sejuk dengan kerap
    2. Mengguna mesin basuh hanya apabila sudah penuh
    3. Menggosok pakaian hanya apabila anda mempunyai beberapa  helai pakaian untuk digosok.
    4. Pembersihan penapis udara secara berkala di unit penyaman udara dan juga pengering pakaian.

Kecekapan Alat-alat Elektrik

by

  1. Kecekapan alat elektrik diberikan oleh persamaan berikut
  2. Biasanya, kecekapan alat elektrik adalah kurang daripada 100% kerana tenaga yang hilang sebagai haba dan kerja yang dilakukan untuk mengatasi geseran dalam mesin.

Contoh 1
Sebuah lampu bertanda ‘240V, 50W’. Sekiranya ia menghasilkan cahaya output 40W, berapakah kecekapan lampu itu?

Jawapan:

Contoh 2
Satu motor elektrik menaikkan satu jisim 2kg ke ketinggian 5m dalam masa 10s. Sekiranya arus input 2A dibekalkan oleh sumber 12V, cari kecekapan motor elektrik itu..

Jawapan:
Kuasa input, 

Kuasa output

Penggunaan Tenaga Elektrik

by

Mengira Kos Penggunaan Elektrik

  1. Kuantiti tenaga elektrik yang digunakan dalam masa tertentu diberi oleh formula berikut:
  2. Semakin besar kuasa satu alat elektrik, semakin tinggi tenaga yang digunakan untuk setiap saat.
  3. Semakin lama masa penggunaan, semakin tinggi tenaga elektrik yang digunakan.
  4. Kos penggunaan elektrik harian adalah berdasarkan jumlah kilowatt-jam (kWj) tenaga elektrik yang digunakan.
  5. Kilowatt jam kadang-kadang dikenali sebagai unit elektrik domestik.
  6. Kilowatt-hour (kWj) adalah tenaga yang digunakan oleh alat-alat elektrik pada kadar 1000 Watt dalam satu jam.
    1 kWh = (1000 W) × (60 × 60 s) = 3.6 MJ

Contoh:
Sekiranya TNB mengenakan 22 sen untuk setiap kWj tenaga elektrik yang digunakan, hitung jumlah kos penggunaan cerek elektrik 2kW selama 15 minit bersama dengan satu mentol filamen 20 W selama 8 jam.

Jawapan:
Tenaga elektrik yang digunakan oleh cerek,

Tenaga elektrik yang digunakan oleh mentol,

Jumlah tenaga digunakan,

Kos = 0.66×22cent=14.52cent

Kadar Elektrik

by

  1. Rajah di atas adalah contoh label kadar kuasa elektrik.
  2. Alat elektrik yang bertanda 240V, 1200W bermaksud bahawa alat elektrik akan menggunakan tenaga 1200J dalam setiap saat jika beza keupayaan dibekalkan adalah 240V.

Contoh
Satu mentol berkadar 240V/80W beroperasi di bawah satu sumber elektrik 120V. Cari rintangan dan arus mengalir melaluinya.
Jawapan:

Arus mengalir melalui mentol itu

Jumlah Kuasa

by
Dalam litar semua jenis sambungan (siri atau selari), kuasa yang terlesap di seluruh litar sama dengan jumlah kuasa terlesap di setiap perintang individu.
.

Contoh 1:
2 mentol sama berintangan 3Ω disambungkan ke satu sumber d.g.e. 12V. Cari kuasa yang terlesap dalam litar jika mentol-mentol itu disambung secara
a.  bersiri
b. selari

Jawapan:
a.

Arus mengalir melalui kedua-dua mentol,

Kuasa terlesap di setiap mentol,

Jumlah kuasa,

b.

Beza keupayaan merentasi kedua-dua mentol= 12V
Kuasa setiap mentol, 

Jumlah kuasa, 

Contoh 2:
Satu pemanas 800W digunakan untuk memanas 250 cm³ air dari 30 hingga 100 ° C. Hitungkan masa minimum diperlukan?
[Ketumpatan air = 1000kg/m³; Muatan haba tentu air = 4200J°C-1 kg-1]

Jawapan:
Tenaga dibekalkan oleh pemanas, E = Pt

Tenaga diserap oleh air, E = mcθ

Kita menganggap bahawa semua tenaga yang dibekalkan oleh pemanas ditukarkan menjadi tenaga haba dan diserap oleh air, maka

Kuasa Elektrik

by

Kuasa

  1. Kuasa elektrik, P ditakrifkan sebagai kadar tenaga yang dibekalkan kepada litar (atau kadar kerja yang dilakukan) oleh satu sumber elektrik.
  2. Unit kuasa elektrik adalah Watt (W).
  3. Kuasa satu Watt adalah sama dengan 1 Joule kerja dilakukan dalam satu saat.
  4. Kuasa elektrik satu komponen dalam  litar elektrik boleh didapati dari persamaan berikut:

    Di mana
    P = kuasa
    T = masa
    I = arus
    V = beza keupayaan
    R = rintangan

Contoh 1:
Arus 0.50A mengalir melalui perintang 100Ω. Berapakah kuasa terlesap dalam perintang itu?

Jawapan:

Contoh 2
Diberi satu saterika elektrik mempunyai elemen pemanas berintangan 50Ω. Sekiranya arus mengalir melaluinya adalah 4A, hitung tenaga haba yang dihasilkan dalam 2 minit.

Jawapan:
Kuasa saterika,

Tenaga haba dihasilkan,

Contoh 3
Berapakah kuasa yang terlesap dalam mentol 4Ω yang disambungkan kepada satu bateri 12V? Berapakah kuasa yang terlesap dalam mentol 2Ω yang disambungkan kepada bateri yang sama? Mentol mana lebih cerah?

Jawapan:
Anggap bahawa mentol adalah perintang

Kuasa terlesap dalam perintang 4Ω,

Kuasa terlesap dalam perintang 2Ω,

Kuasa mentol 2Ω lebih tinggi, oleh itu ia lebih terang.

[Kesimpulan: Semakin rendah rintangan satu beban/perintang dalam litar, semakin besar kuasa terlesap melalui beban itu]

Contoh 4

Satu bateri unggul dengan d.g.e 12 V disambungkan secara bersiri kepada dua mentol berintangan R1 = 4Ω dan R2 = 2Ω. Berapakah arus dalam litar dan kusa dilesapkan di dalam setiap mentol?

Jawapan:
Beza keupayaan merentasi kedua-dua perintang, V = 12V
Rintangan setara kedua-dua perintang, R = 4 + 2 = 6Ω
Arus di dalam litar,

Kuasa dilesapkan dalam R1

Kuasa dilesapkan dalam R2

[Kesimpulan: Dalam sambungan bersiri, semakin besar rintangan perintang, semakin besar kuasa dilesapkan]

Contoh 5

Rajah di atas menunjukkan beberapa sel unggul disambungkan selari dengan dua perintang berintangan 2Ω dan 4Ω masing-masing. Cari kuasa yang hilang dalam
a. perintang 4Ω
b. perintang  2Ω

Jawapan:
a. Beza keupayaan merentasi kedua-dua perintang = 12V
Kuasa perintang 2Ω,

b.
Kuasa perintang 4Ω,

[Kesimpulan: Dalam sambungan yang selari, semakin rendah rintangan, semakin besar kuasa perintang.]

Tenaga Elektrik

by
  1. Dari definisi beza keupayaan, kerja elektrik yang dilakukan diberikan oleh persamaan W = QV
    Di mana
    W = kerja, Q = cas, V = beza keupayaan
  2. Oleh kerana kerja yang dilakukan mestilah sama dengan tenaga melakukan kerja, oleh itu kita juga boleh mengatakan bahawa tenaga elektrik (E) juga diberikan oleh formula E = QV

Contoh
Diberi beza keupayaan melintasi sebiji mentol adalah 240V dan arus yang mengalir melalui mentol itu adalah 0.25A. Cari tenaga yang hilang dalam mentol dalam 30 saat. 

Jawapan:
Formula arus,
I= Q/t
maka
Q=It

Tenaga hilang,

Graf Linear

by

Daripada persamaan,

E = V + Ir

Maka

V = -rI + E

Pakti-Y = Beza keupayaan (V)
Paksi-X = Arus (I)
Kecerunan graf, m = – rintangan dalam (r)
Pintasan-Y pada graf, c = d.g.e.

Contoh:

Graf di atas menunjukkan perubahan beza keupayaan melawan arus elektrik dibekalkan oleh satu sel.
Berapakah rintangan dalam dandaya gerak elektrik sel itu?

Jawapan:
d.g.e. = pintasan-y = 3V

Rintangan dalam,
r = -kecerunan graf
r=− −3 6 =0.5Ω

Persamaan Serentak

by
Contoh 1
Apabila satu perintang 1Ω disambungkan ke terminal sel, arus yang mengalir melaluinya ialah 8A. Apabila perintang itu digantikan oleh perintang lain dengan rintangan 4Ω, arus berubah menjadi 2⅔A. Cari
  1. Rintangan dalam sel
  2. D.g.e. sel

Jawapan:
Eksperimen 1
R1 = 1Ω
I1 = 8A

E = IR+Ir
E = (8)(1)+(8)r
E−8r = 8 ——(1)

Eksperimen 2
R2 = 4Ω
I2 = 2⅔A

E=IR+Ir
E=(2⅔ )(4)+(2⅔ )r
3E−8r=32 ——(2)

Selesaikan persamaan serentak
E = 12V, r = 0.5Ω

Contoh 2
Rajah di atas menunjukkan bahawa beza keupayaan terminal bateri ialah 1.2V apabila perintang 4 Ω disambungkan kepadanya. Beza keupayaan terminal menjadi 1.45V apabila perintang itu digantikan oleh satu perintang lain yang berintangan 29Ω. Cari
  1. Rintangan dalam, r
  2. D.g.e. bateri.

Jawapan:
Eksperimen 1
V1 = 1.2V
R1 = 4Ω
I= V/R
I= 1.2/4 =0.3A

E=V+Ir
E=1.2+0.3r
E−0.3r=1.2 ——(1)

Eksperimen 2
V2 = 1.45V
R2 = 29
I= V/R
I= 1.45/29 =0.05A

E=V+Ir
E=1.45+0.05r
E−0.05r=1.45 ——(1)

Selesaikan persamaan serentak
E = 1.5V, r = 1Ω