03 - Modul A+ Fizik Tg5 [PDF]

Citation preview

Bab



3



Elektrik



Electricity



Arus dan Beza Keupayaan



3.1



Buku Teks m.s. 92-99



Current and Potential Difference



Nota



A I



1. Medan elektrik adalah kawasan di mana suatu cas elektrik mengalami daya elektrik.



Electric field is a region where an electrical charge experience electric force.



2. Sifat corak medan elektrik:



Characteristics of electric field lines:



• Bergantung kepada bentuk jasad bercas Depends on the shape of charged object



S A



• Garis medan elektrik bermula dari cas positif dan berakhir di cas negatif Electric fileld lines start on positive charges and end on negative charges



• Garis medan elektrik menolak antara satu sama lain Electric field lines repel each other



• Garis medan elektrik tidak pernah bersilang atau memintas antara satu sama lain The electric field lines nerver cross over or intercept



• Semakin rapat garis daya semakin kuat medan The closer the line the stronger the field



3. Corak medan elektrik di sekeliling objek bercas positif sentiasa menghala keluar dari objek manakala corak medan elektrik di sekeliling objek bercas negatif menghala ke dalam objek. Dua cas yang berbeza saling menarik dan dua cas yang sama saling menolak.



N A P



The electric field lines around the positively charged object always point out of the object while the electric field lines around the negatively charged object always point towards the object. Two different charges attract each other and two same charges repel each other.



Satu sfera bercas positif



Satu sfera bercas negatif



+



–



Single positively charged sphere



Dua sfera bercas sama Two same charges spheres



Single negatively charged sphere



+



Sfera bercas dengan plat satah bercas



Two different charges spheres



+



+



–



Dua plat satah selari bercas



A charged sphere and a charged plate



+



Dua sfera cas berbeza



Two charged plates in parallel



– – – – – – –



+ + + + + + +



– – – – – – –



4. Kekuatan medan elektrik, E ditakrifkan sebagai daya yang bertindak ke atas seunit cas positif yang terletak dalam medan elektrik tersebut. Electric field strength, E is defined as a force acting on one unit of positive charged in the electric field.



F



E = —– q



iaitu/ which E = kekuatan medan elektrik/ electric field strength (N C-1) F = daya elektrik/ electric force (N) q = kuantiti cas elektrik/ quantity of electric charge (C)



68



5. Kekuatan medan elektrik ialah satu kuantiti vektor. Magnitudnya ditentukan dengan menggunakan F persamaan takrif E = — q . Arah medan elektrik mesti mengikut arah tindakan daya ke atas satu cas ujian positif.



The intensity of electricity ia a vector quantity. Its magnitude is determined by using equation above. The direction of electric field must follow the direction of acting force on a positively charge. Q



+



Q



–



F



F + Daya tolakan q Repulsive force +



Daya tarikan Attractive force







6. Medan elektrik antara dua plat selari yang bercas adalah sentiasa seragam.



A I



Electric field between two parallel charged plates is always uniform.



Kekuatan medan elektrik, E yang dihasilkan ialah



Medan magnet seragam Uniform magnetic field



The electric field strength, E that produced is



V E = —– d iaitu/ which E = kekuatan medan elektrik (V m–1)



electric field strength is (V m–1)



S A



V = beza keupayaan antara dua plat selari (V)







potential difference between two parallel plates (V)



d = jarak di antara dua plat selari (m)







+ + + + + + +







distance between two parallel plates (m)



– – – – – – –



7. (a) Arus elektrik, I ditakrifkan sebagai kadar pengaliran cas, Q dalam satu konduktor.



Electric current, I is defined as the rate of charge flow in a conductor.



(b) Unit S.I. bagi arus, I ialah ampere, A.







N A P S.I. unit for current is ampere, A.



V



Q I = —– di mana/ where Q = ne t iaitu/ which Q = jumlah cas/ total charges t = masa/ time n = bilangan elektron/ number of electron e = cas satu elektron/ electron charge (–1.6 × 10–19 C)



A



Rajah/Diagram 3



(c) Arus elektrik diukur menggunakan ammeter dan dihubungkan secara bersiri dengan komponen elektrik seperti Rajah 3 di atas.



Current is measured using ammeter and arranged in series with electric component as Diagram 3 above.



(d) Arus adalah kuantiti scalar.



Current is a scalar quantitiy.



8. (a) Beza keupayaan, V di antara dua titik dalam suatu medan elektrik ialah kerja, W yang dilakukan untuk menggerakkan satu coulomb cas, Q melalui dua titik itu.







Potential difference between two points in an electric field is work done, W to carry one coulomb of charge through the two points.



W V = —– Q



iaitu/ which V = beza keupayaan/ potential difference W = kerja dilakukan/ work done Q = cas yang digerakkan/ amount of charge moved



(b) Unit S.I. beza keupayaan, V ialah volt, V atau J C–1



S.I. unit of potential difference, V is volt, V or J C–1







Potential difference is measured using voltmeter that is arranged in parallel with the bulb.



(c) Beza keupayaan diukur menggunakan voltmeter yang disambungkan secara selari dengan mentol.



69







A Mengkaji corak medan elektrik menggunakan kit medan elektrik To study the electric field lines by using electric field kit



Isi tempat kosong dan lukis pemerhatian bagi eksperimen di bawah. TP 3



Fill in the blanks and draw the observation for experiment below.



Prosedur Procedure



1. Serbuk semolina ditaburkan dengan seragam di atas permukaan minyak Semolina powder is dispersed evenly on the surface of oil.



2. Bekalan kuasa V.L.T. dihidupkan/ The E.H.T power supply is switched on.



Bekalan kuasa V.L.T. E.H.T. power supply



3 2



4



+



5 6



3. Serbuk semolina di atas permukaan minyak bergerak mengikut arah medan elektrik dan seterusnya garis medan elektrik dapat diperhatikan/ Semolina powder on the surface of the oil moving in the



–



A I



1



direction of electric field



0



and thus the electric field lines can be observed.



• Bekalan V.L.T digunakan bagi menghasilkan medan elektrik yang kuat di antara dua plat/ The E.H.T power supply is used to produce strong electric



Serbuk semolina Semolina powder



S A



field between two plates.



Elektrod titik Pointed electrode



• Minyak zaitun mempunyai kekonduksian elektrik yang rendah . Oleh itu serbuk semolina bergerak bebas di atas



Piring petri Petri dish



low permukaannya/ Olive oil has electrical conductivity. Thus, semolian powder move freely on the surface of the oil.



Pemerhatian Observation:



Sfera bercas dengan plat satah bercas



Dua sfera bercas



A charged sphere and a charges plate



N A P +



–



+







–



–



Two charged parallel plate



+



–



+ + + + + + + +



Two charged sphere



Dua plat satah selari bercas



–



+



+ + + + + + +



– – – – – – –



B Kesan medan elektrik ke atas bola polistirena bersalut logam Effect electric field on metal coated polystrene ball Lengkapkan penerangan di bawah. TP 3



Complete the explanation below.



(a) Apabila bola polistirena bersalut logam ditarik menyentuh plat positif, bola itu akan menerima lebihan cas positif negatif menolak dan ditarik ke plat (cas yang sama saling dan cas menarik yang berlainan saling ).



positive When the metal coated polystrene ball is pulled and touched on positive plate, the ball receives remaining negative repel plate ( the like charges each other and unlike charges and is pulled towards attract each other). charges



70



(b) Apabila bola polistirena menyentuh plat negatif, casnya akan dineutralkan, seterusnya bola menerima lebihan cas negatif positif dan ditarik ke plat .



+



When the ball touched negative plate, its charged is neutralise, then negative



the ball receives remaining positive



pulled towards



Bebola polistirena bersalut cat logam Metal coated polystyrene ball



Penebat Insulator



–



Logam Metal



charges and is



Logam Metal



plate.



(c) Proses ini akan berulang menyebabkan bola tersebut berayun.



This process is repeated and cause the ball to oscillate.











dikurangkan



dikurangkan



.



reduced



Distance between two metal plates is



(ii) Berat bola



A I



.



reduced ./ Mass of the ball is . ditingkatkan ./ Voltage of power supply is



(iii) Voltan pada bekalan kuasa







Bekalan kuasa V. L.T. E.H.T. power supply



The speed of the ball is increased when;



(i) Jarak antara dua plat logam



C Kesan medan elektrik ke atas nyalaan lilin Effect electric field on flame



increased



S A



Lengkapkan pernyataan berikut berdasarkan rajah yang diberi. TP 2



Complete the following statement based on the diagrams given.



(a)



+



–



.



heat



of the flame ionises the positive



air molecules to become negative



–



.



mengionkan molekulmolekul udara disekeliling nyalaan api untuk positif menghasilkan ion dan ion



The



Bekalan kuasa V. L.T. E.H.T. power supply



+



Haba



negatif



N A P +



––



+



(d) Kelajuan bola dapat ditingkatkan apabila;



and



ions.



(b) Apabila suis bekalan kuasa dihidupkan, ion positif tertarik ke arah plat negatif manakala plat positif. The



ion negatif



positive ions



negative plate while the attracted to positive plate.



–



+ _ + _ _ +



tertarik ke arah



are attracted to the negative ions



are



(c) Nyalaan lilin tersebar ke kedua-dua arah bertentangan tetapi lebih luas ke arah plat negatif .



The flame is dispersed in two opposite directions but more to the



negative plate



.



besar



(d) Jisim ion positif lebih daripada ion negatif. Ini menyebabkan nyalaan api tersebar dengan tidak sekata.



71



larger The mass of the positve ions are than the negative ions. This causes the uneven dispersion of the flame.



Eksperimen Wajib 3.1



Uji Kendiri



3.1 Soalan/ Questions



Jawapan/ Answers



1. Sebanyak 12 A arus mengalir melalui sebuah kipas selama 30 minit. Berapa banyakkah cas mengalir melalui kipas tersebut pada masa ini?



Q = It = (12)(30 × 60) = (12)(1800) = 21 000 C



2. Cas sebanyak 120 C melalui suatu titik dalam sebuah komputer selama 5 saat. Berapakah arus yang mengalir di dalam komputer tersebut?



Q I = —– t 120 = —–– 5 = 24 A



3. Arus sebanyak 1.5 A mengalir melalui satu perintang dalam sebuah litar selama 15 s. Berapakah bilangan elektron yang mengalir melalui perintang tersebut pada masa ini? [Cas untuk satu elektron = 1.6 × 10–19 C]



Q = ne, Q = It ne = It 1.5 × 15 n = ———–— 1.6 × 10–19 n = 1.406 × 1020



A current of 12 A flows through a fan for 30 minutes. How many charge flows through the fan during this time?



A charge of 120 C passes through a point in a computer in 5 seconds. What is the current flowing in the computer?



A current of 1.5 A flows through a resistor in a circuit for 15 s. How many electrons flow through the resistor during this time? [Charge of an electron =1.6 × 10–19 C]



Q = It = 400 × 10–3 × 5 × 60 = 120 C



400 m A current flows for 5 minutes in a bulb. What is the quantity of charge flows in the bulb?



Rintangan



3.2



A I



S A



4. Arus sebanyak 400 m A mengalir selama 5 minit dalam sebiji mentol. Berapakah kuantiti cas yang mengalir dalam mentol tersebut?



Resistance



N A P



Nota



Buku Teks m.s. 100-113



Konduktor ohm/ Ohmic conductor Konduktor yang mematuhi hukum Ohm dikenali sebagai konduktor ohm. Beza keupayaan, V  yang merentasi suatu konduktor berkadar secara terus dengan arus, I yang mengalir melaluinya.



A conductor that obeys Ohm’s law is known as ohmic conductor. The potential difference across the conductor is directly proportional to the electric currents, I flow through it.



Konduktor bukan ohm/ Non ohmic conductor Konduktor yang tidak mematuhi hukum Ohm dikenali sebagai konduktor bukan ohm. Contoh konduktor ini ialah mentol berfilamen tungsten. Beza keupayaan, V yang merentasinya, meningkat secara mendadak apabila arus, I yang mengalir melaluinya meningkat. A conductor that does not obey Ohm’s law is known as non ohmic conductor such as tungsten filament bulb. The potential difference is suddenly increasing when current flow through it.



1. Jadual 1 menunjukkan arus, beza keupayaan dan rintangan dalam litar sesiri dan litar selari



Table 1 shows current, potential difference and effective resistance in series circuit and parallel circuit.



Jadual 1 / Table 1



Litar sesiri/ Series circuit



Litar selari / Parallel circuit I



V



A I A I



V I1



I2



A



A V1



I3



I



A V2



V3



72



V2



V1 A I1



A I2



V3 A I3



Litar selari / Parallel circuit



Arus yang melalui setiap mentol adalah sama.



Jumlah arus dalam litar bersamaan dengan jumlah arus melalui mentol pada setiap cabangan.



The current flows through each bulb is the same.



The total current in the circuit equals to the sum of the currents passing through bulb in its branches.



I = I1 = I2 = I3



I = I1 + I2 + I3 Beza keupayaan yang dibekalkan oleh sel kering dikongsi oleh semua mentol.



The potential difference supplied by the dry cells is shared by all the bulb.



Beza keupayaan yang dibekalkan oleh sel kering adalah sama untuk setiap mentol. The potential difference is the same across each bulb.



B = V1 = V2 = V3



V = V1 + V2 + V3 Rintangan berkesan/ Effective Resistance:



A I



Rintangan berkesan/ Effective Resistance: 1 1 1 1 —– = —– + —– + —– R1 R2 R3 R



R = R1 + R2 + R3



S A



2. Rintangan, R adalah nisbah beza keupayaan dengan arus.



Resistance, R is the ratio of the potential differense to the current.



3. (a) Kerintangan, ρ adalah sifat penentangan semula jadi suatu bahan terhadap pengaliran arus elektrik.



Resistivity, ρ is characteristics of material that naturally opposes the electric current flow.







Unit for resisitivity is ohm-meter (Ω m).



(b) Unit bagi kerintangan ialah ohm-meter (Ω m).



(c) Dawai yang dibina daripada bahan yang mempunyai paras kerintangan yang rendah merupakan pengalir elektrik yang baik. 4. Faktor yang mempengaruhi rintangan dawai adalah panjang dawai, l, kerintangan, ρ, dan luas keratan rentas dawai, A







N A P



Factors that affect resistance of wire are lenght of wire, l, resistivity, ρ and cross sectional area of wire, A.



ρl R = —– A iaitu /which R = rintangan/ resistance ρ = kerintangan dawai (pemalar) resistivity of wire (constant) l = panjang dawai/ length of wire A = luas keratan rentas dawai cross sectional area of wire



R∞l



1 R∞— A











l R∞— A



A Menyelesaikan masalah bagi sambungan litar kombinasi bersiri dan selari Solve problem for combination of series and parallel circuit



Empat buah perintang disusun secara sesiri dan selari seperti dalam Rajah 1. Apabila suis S ditutup, hitung TP 3



Four resistances are arranged in series and parallel as in diagram 1. When switch S is closed, calculate



(a) rintangan berkesan, RT



24 V







effective resistance, RT.







current flow through ammeter







potential diffrence and current across resistance of 2 Ω.



(b) arus yang mengalir melalui ammeter A



(c) beza keupayaan dan arus yang merentasi perintang 2 Ω



S 6Ω 2+5Ω



8Ω 2Ω



Rajah/Diagram 1



73



Eksperimen Wajib 3.2



Litar sesiri/ Series circuit



Penyelesaian/ Solution: (a) rintangan berkesan/ effective resistance, RT  Menyelesaikan masalah bagi susunan litar selari.



Solving problem for parallel circuit.



1 Rj



1 6



1 2



—– = — + —



Rj = 1.5 Ω



 Susun semula perintang (Rajah 3) dan menyelesaikan masalah bagi susunan perintang sesiri.



6Ω







Arrange resistance (Diagram 3) and solving problem for series circuit arrangement



2Ω







RT = 8 + 1.5 + 2.5 = 12 Ω



(b) arus yang mengalir melalui ammeter/ current flow through ammeter, I   Lukis anak panah arah arus dan labelkan nilai arus dan beza keupayaan yang merentasi setiap perintang seperti Rajah 3. Draw arrow for current direction and label current and potential difference that across each resistance as in Diagram 3.



24 V = —– Jawapan/ Answer: I = — 12 R =2A



A I



(c) beza keupayaan dan arus yang merentasi perintang 2 Ω







potential diffrence and current across resistance of 2 Ω.



Jawapan/ Answer: V2 = IR = 2 × 1.5 = 3V







A I



24 V



I 8Ω



S



I



1.5Ω



V1



S A



V2 3 I2 = –— = — R 2 = 1.5 A



I



2.5Ω



V2



V3



Rajah/Diagram 3



B Aplikasi kerintangan dawai dalam kehidupan harian Application resistivity of wire in daily life Elemen pemanas/ Heating element TP 2



N A P



1. Tenaga elektrik bertukar menjadi tenaga haba dengan menggunakan elemen pemanas. Electrical energy is converted to heat energy by using heating element.



Elemen pemanas digunakan dalam alatan elektrik seperti periuk nasi, 2. cerek, seterika dan periuk ketuhar. Heating element and oven.



is used in electrical appliances such as rice cooker, kettle, iron



Elemen pemanas Heating element



Tiub pemanas dalam seterika Element tube in iron



3. Elemen pemanas ini diperbuat daripada bahan yang mempunyai kerintangan dan takat lebur yang tinggi serta tahan lama walaupun dipanaskan dan disejukkan berulang kali. high resistivity and melting point



These heating elements are made of material that has even was heated and cooled for several times.



and long lasting



4. Dawai nikrom adalah sejenis aloi (campuran logam nikel dan kromium). Kerintangannya yang tinggi (1.5 × 10-6 Ω m pada suhu 200 °C) dan takat lebur yang tinggi (14000 °C) di mana tidak terhakis pada suhu tinggi dan tidak mengembang dengan banyak apabila dipanaskan. Sifat ini menjadikannya elemen pemanas yang sangat efisyen. Nichrome wire is an aloy (mixture of nickel and chromium). High resistivity (1.5 × 10-6 Ω m at 200 °C) and high melting point (14000 °C) that cause no corrosive at higher temperature and experience small expansion when heating. This properties make the heating element most efficient.



Pendawaian elektrik di rumah/ Electrical wiring at home TP 2 (a) Dawai penyambung/ Connecting wire 1. Pendawaian elektrik di rumah melibatkan dawai penyambung dari papan suis utama ke soket plag atau suis seperti Rajah 5. Electrical wiring at home involved connecting wire from main switch to plug or switch as in Diagram 5.



Rajah/Diagram 5 74



2. Peralatan elektrik ada yang disambung terus ke suis seperti lampu dan kipas siling dan ada yang disambung ke soket melalui plag seperti ‘air cooler’. There are electrical appliances that connected directly to the switch such as lamp and ceiling fan while some of them are connected to socket through plug such as air cooler.



3. Panjang dawai yang digunakan bergantung kepada kedudukan soket dan suis. The length of connecting wire is depending on socket and switch.



4. Wayar penyambung terdiri daripada dawai-dawai logam yang halus seperti Rajah/Diagram 6 Rajah 6. Biasanya, dawai kuprum atau aluminium digunakan kerana mempunyai kerintangan rendah untuk mengelakkan dawai menjadi panas apabila arus mengalir melaluinya.



Connecting wire consists of very thin metal wires as in Diagram 6. Copper wire and aluminium wire are normally used because of their



low resisitivity



to avoid the wires become hot when the current flow through them.



(b) Fius/ Fuse



A I



1. Fius boleh didapati pada papan suis utama dan plag seperti Rajah 7. Fuse can be found on main switch board and plug as in Diagram 7.



2. Fius berfungsi mengawal arus elektrik berlebihan mengalir bagi mengelakkan kerosakan barangan elektrik dan berlakunya kebakaran. Fuse act to control exceeded electric current flow so that no damage of electrical appliance and no burning happens.



S A



3. Dawai yang digunakan adalah sangat halus dengan kerintangan dawai yang rendah serta mempunyai takat lebur tertentu yang akan melebur apabila arus berlebihan mengalir melaluinya. low resistivity The wire used is very thin with point that will melt when exceeded current flow through it.



and has specific melting



Rajah/Diagram 7



Jadual kerintangan elektrik beberapa contoh bahan pada 20 °C Table of electrical resistivity for several materials at 20 °C



Jenis bahan



Kerintangan



N A P Type of material



Nama Bahan



Material’s name



Nikel



Nickel



Zink



7 × 10-8



4.9 × 10



Kuprum Copper



Perak Silver



Konstanta



Constantan



2.8 × 10-8 2.4 × 10-8



Non conductor



0.98 × 10-7



Nikrom/ Nichrome



1.1 × 10-6 1 × 10-5



75



Germanium



Resistiviy



(Ω m)



4.6 × 10-1



Gallium Arsenide



Silikon/ Silicon



6.4 × 102



Kayu (basah) Wood (wet)



Kaca/ Glass



Hard rubber



Kuartz Quartz Superconductor



Kerintangan



5 × 10−7 to 10 × 10−3



Getah keras



Superkonduktor



Platinum/ Platinum



Germanium



Carbon (diamond)



4.9 × 10-7



1.0 × 10-7



Material’s name



Karbon (berlian)



1.6 × 10-8



Besi/ Steel



Carbon (graphite)



Bukan Konduktor



1.7 × 10-8



2.2 × 10-7



Nama bahan



Gallium Arsenide



-8



Plumbum/ Lead



Karbon (graphite)



Type of material Semiconductor



Tungsten/ Tungsten



Emas/ Gold



Jenis bahan



Semikonduktor



Zinc



Alluminium



Conductor



(Ω m)



5.5 × 10-8



Aluminiu



Konduktor



Resisitivity



1 × 103 1 – 10000 × 109 1 × 1012 1 – 100 × 1013 7 × 1017



Cesium/ Cesium (Tc = 1.5K)



0 (pada atau di bawah Tc)



Plumbum/ Lead (Tc = 7.2 K)



0 (pada atau di bawah Tc)



Superkonduktor/ Superconductor rintangan sifar . Contohnya ialah logam, seramik dan bahan (a) Superkonduktor ialah bahan yang mempunyai organik yang dapat mengalirkan arus elektrik dengan baik apabila berada pada suhu tertentu. Bahan ini tidak kehilangan tenaga elektrik dalam bentuk haba, bunyi dan tenaga yang lain.



zero resistance Superconductor is a material that has . For examples are metal, ceramic and inorganic material that can conduct electricity efficiently at specific temperature. These materials have no electrical energy loss in the form of heat, sound and others.



(b) Berdasarkan Rajah 9, graf menunjukkan apabila suhu superkonduktor berkurang, rintangan juga akan berkurang sehingga mencapai suhu tertentu yang suhu genting, Tc dikenali sebagai di mana rintangan jatuh secara tiba-tiba



kepada sifar.



Based on Diagram 9, the graph shows that when the temperature of superconductor decreasing, then resistance also decreases until achieve specific temperature which is known as critical temperature, Tc . Critical temperature is achieved when resistance suddenly reduced to zero.



(c) Superkonduktiviti berlaku apabila bahan superkonduktor berada pada atau lebih rendah daripada suhu genting.







Rintangan Resistance



A I



0



Superconductivity occurs when superconductor material at or lower than its criticle temperature.



S A



C Menyelesaikan masalah melibatkan rumus rintangan dawai Solve problem involving formulae of resistance of wire



TC



Suhu/ K Temperature



Rajah/Diagram 9



1. Hitungkan jumlah rintangan bagi segulung wayar kuprum dengan panjang 10.0 m dan luas keratan rentas 2.0 mm2. Diberi nilai kerintangan kuprum pada suhu 20°C adalah 1.72 × 10−8 Ω m.



Calculate the total resistance for a roll of copper wire with length 10.0 m and cross sectional area 2.0 mm2. Given the resistivity of copper at 20°C is 1.72 × 10−8 Ω m.



N A P



Penyelesaian/ Solution:  Tuliskan semua data dengan menggunakan simbol dan dalam unit S.I.







Write all data using symbol and its S.I. unit.







Write the formulae and substitute the value of data



ρl R = —– A (1.72 × 10–8)(10.0) = ———————–– 2.0 × 10–6 = 0.086 Ω



Panjang dawai/ Length of wire, l = 10.0 m Luas keratan rentas dawai Cross sectional area of wire,



A = 2.0 mm2 = 2.0 × 10–6 m2 Kerintangan dawai kuprum,



 Tuliskan formula dan masukkan nilai data







Resistivity of copper wire,



ρ = 1.72 × 10−8 Ω m



2. Bagi tujuan pendawaian di rumannya, Rahim membeli segulung wayar aluminium tulen berjejari 0.5 mm dan panjangnya adalah 500 m. Diberi nilai kerintangan aluminium pada suhu 20°C adalah 2.8 × 10−8 Ω m. Berapakah nilai rintangan wayar aluminium tersebut? TP 3 For his wiring home, Rahim bought a roll of aluminium wire with radius 0.5 mm and its length about 500 m. Given the value of the resisitivity of aluminium at 20°C is 2.8 × 10−8 Ω m. What is the resistance of the aluminium wire?



Penyelesaian/ Solution:



Kerintangan aluminium/ Resistance of aluminium, ρ = 2.8 × 10−8 Ω m. Panjang wayar/ Length of wire, l = 500 m Jejari wayar/ Radius of wire, j = 0.5 mm = 0.005 m



Luas keratan rentas dawai/ Cross sectional area of wire, A = πj2 = π(0.005)2 m2



76



Rintangan wayar/ Resistance of wire, R ρl R = —– A (2.8 × 10–8)(500) = ——————— π(0.005)2 = 0.176 Ω



Uji Kendiri



3.2



1. Rajah 1 menunjukkan tiga perintang disambungkan dalam sesiri dan selari. Berapakah bacaan ammeter apabila suis S dibuka dan ditutup. Diagram 3 shows three resistors connected in series and parallel. What is the reading of the ammeter when the switch, S is opened and closed? 12 V A



S



4Ω



2Ω



A I



Rajah/Diagram 1



S A



2. Rajah 2 menunjukkan litar kombinasi lima buah perintang yang disambungkan secara sesiri dan selari. Apabila suis S ditutup, hitungkan:



Diagram 4 shows the combination of five resistiors that are connected in series and parallel. When switch S is closed, calculate



(a) nilai rintangan berkesan



KBAT Menganalisis







the value of effective resistance R.







potential difference across X and Y



(b) arus mengalir melalui ammeter current flow through ammeter, I. (c) beza keupayaan merentasi X dan Y



N A P 4Ω



4Ω



2Ω



4Ω



X



Y



2Ω



A



S







Apabila S dibuka/ When S is opened RT = 2 + 4 = 6 Ω 12 I = —– = 2A 6 Apabila S ditutup/ When S is closed 1 1 2 1 —– =—+—=— 4 4 4 Rj Rj = 2Ω RT = 2 + 2 = 4Ω 12 I = —– = 3A 4



4Ω







Penyelesaian/ Solution:



Penyelesaian/ Solution:



(a) Rintangan berkesan/ Effective resistance, R = ? 1 1 4 1 —– = — + — = — 6 2 6 Rj 6 Rj = — = 1.5 Ω 4 R = 4 + 4 + 1.5 = 9.5 Ω



(b) Arus/ Current, I = ? V = 6 V, R = 9.5 Ω V = IR V I = —– R 6 = —— = 0.632 A 9.5



(c) Beza keupayaan merentasi X dan Y



6V







Potential difference across X and Y



VXY = ? Rj = 1.5 Ω , I = 0.632 A VXY = IRj = (0.632 )(1.5 ) = 0.948 V



Rajah/Diagram 2



3. Kerintangan dawai konstantan pada suhu 20° C adalah 4.9 × 10–7 Ω m. Jika panjang dan diameter seutas dawai konstantan adalah 50.0 cm dan 4.0 mm , hitungkan rintangan dawai konstantan tersebut? The resistance of constantan wire at 20° C is 4.9 × 10-7 Ω m. If the length and diameter of a piece of constantan wire are 50.0 cm and 4.0 mm, calculate the resistance of the wire? KBAT Mengaplikasi



Penyelesaian/ Solution:



Kerintangan dawai/ Resistivity of wire, ρ = 4.9 × 10–7 Ω m Panjang dawai/ Length of wire, l = 50.0 cm = 0.5 m Diameter dawai/ Diameter of wire, d = 4.0 mm 4.0 × 10–3 Jejari dawai/ Radius of wire, j = ————– = 0.002 m 2 Luas keratan rentas dawai/ Cross sectional area, A = πj2 = π(0.002)2 m2



77



Rintangan/ Resistance, ρl R = —– A (4.9 × 10–7)(0.5) R = ————–——– π(0.002)2 = 1.95 × 10–6 Ω



Eksperimen Wajib 3.3



4. Segulung wayar kuprum yang bertebat dan berkerintangan 1.7 × 10–8 Ω m digunakan sebagai wayar penyambung semasa melakukan eksperimen di makmal sekolah. Panjang wayar tersebut ialah 3.0 m dan berdiameter 0.05 mm. Hitungkan jumlah rintangan wayar tersebut? A roll of copper wire that insulated and resistivity of 1.7 × 10–8 Ω m is used as connecting wire when conducting an experiment at school laboratory. The length of the wire is 3.0 m and its diameter is 0.05 mm. Calculate the total resistance of the wire.



Penyelesaian/ Solution: Luas keratan rentas dawai,



Kerintangan dawai/ Resistivity of wire, ρ = 1.7 × 10–8 Ω m Panjang dawai/ Length of wire, l = 3.0 m Diameter dawai/ Diameter of wire, d = 0.05 mm



Cross sectional area of wire,



A = πj2 = π(0.000025)2 m2



ρl Rintangan/ Resistance, R = —– A (1.7 × 10–8)(3.0) R = —––——–——– π(0.000025)2 = 25.97 Ω



Jejari dawai/ Radius of wire, j 0.05 × 10–3 m = ————–—– 2 = 0.000025 m



A I



S A



Daya Gerak Elektrik (d.g.e.) dan Rintangan dalam



3.3



Electromotive Force (e.m.f.) and Internal resistance



Nota



Buku Teks m.s. 114-123



1. (a) Daya gerak elektrik (d.g.e.), Ԑ ialah kerja yang dilakukan oleh satu sumber tenaga elektrik untuk menggerakan satu unit cas dalam satu litar lengkap.



N A P



Electromotive force (e.m.f.), Ԑ is the work done by a source of electrical energy in driving a unit of charge around a complete circuit.



(b) E di mana/ where E = tenaga dibekalkan/ supplied energy Ԑ = —– Q = cas yang mengalir/ charge flow Q (c) Unit S.I. untuk d.g.e. ialah volt (V) atau J C–1.



S.I. unit for e.m.f. is volt (V) or J C–1.



(d) Label 1.5 V pada sel kering menunjukkan d.g.e sel tersebut ialah 1.5 V. Ini bermaksud, sebanyak 1.5 J tenaga elektrik dibekalkan jika 1 C cas mengalir dalam satu litar lengkap.



1.5 V label on dry cell shows that e.m.f. of the cell is 1.5 V. Means, 1.5 J of the electrical energy is supplied if 1 C of charge flow around a complete circuit.



2. (a) Rintangan dalam, r dalam suatu sel kering didefinisikan sebagai rintangan yang disebabkan oleh bahan elektrolit dalam sel kering tersebut.



Internal resistance, r in a dry cell is defined as resistance that caused by the electrolyte in the dry cell.



(b) Unit S.I. bagi rintangan dalam, r ialah ohm (Ω).



S.I. unit for internal resistance is ohm (Ω).



(c) Rintangan dalam menyebabkan:







Internal resistance caused:



(i) Kehilangan tenaga (haba) dalam sel kerana kerja telah dilakukan untuk menggerakkan satu Coulomb cas bagi menentang rintangan di dalamnya. Energy lost (heat) in the cell due to work done to drive a charge of one Coulomb against the resistance of electrolyte



(ii) Susutan voltan berlaku apabila terdapat arus mengalir dalam litar tertutup, di mana beza keupayaan, V merentasi terminal sel adalah kurang berbanding d.g.e., Ԑ.



Voltage drop occurs when there is current flow in the closed circuit, which potential difference, V across cell terminal is lower than e.m.f., Ԑ.



Susutan voltan/ Voltage drop, Ir = Ԑ – V



78



3. Rajah 1 menunjukkan sebuah litar yang digunakan untuk menentukan d.g.e, E dan rintangan dalam sel, r.



Diagram 1 shows a circuit that used to determine e.m.f., E and internal resistance of cell, r.



(a) Persamaan yang menghubungkan/ Equation relating E, V, I dan/ and r:



;



Ԑ = V + Ir



V = IR Ԑ = IR + Ir = I(R + r)



V



E



di mana/ where; Ԑ = daya gerak elektrik (d.g.e.)/ electromotive force (e.m.f.) V = beza keupayaan merentasi perintang boleh ubah (reostat)



potential difference across variable resistance (rheostat)



Tiada pengaliran arus No current flowing



A



A I



(b) Apabila graf V melawan I diplotkan satu graf garis lurus berkecerunan negatif diperolehi. When graph of V against I is plotted, it shows a straight line with negative gradient. V/V



Ԑ Kecerunan = –r Gradient = –r



Rajah/Diagram 1



S A



Y= mx+ c V = –r I + Ԑ



Pintasan paksi-y/ y-intercept = Ԑ



Kecerunan/ Gradient = –r







I/A



0







Persamaan linear bagi graf adalah/ Linear equation for the graph is V = –Ir + Ԑ



4. Membandingkan susunan bateri sesiri dan selari



N A P



Compare arrangement of batteries in series and in parallel.



Susunan bateri sesiri/ Batteries in series



V2



V1



V3



Susunan bateri selari/ Batteries in parallel I1



1.5 V, rΩ



I2



V4



I



I



I



1.5 V, rΩ



1.5 V, rΩ



1.5 V, rΩ



S



I



I = arus yang mengalir/ current flow r = rintangan dalam sel kering/ resistance of dry cell







r



1.5 V, rΩ



I



I3



1.5 V, rΩ



1.5 V, rΩ



V



I4 1.5 V, rΩ V



• Nilai arus, I yang mengalir dalam semua bateri • Jumlah arus yang mengalir dalam litar, Total current flow in the circuit, adalah sama. Values of, I current flow in all batteries are the same. I = I1 + I2 + I3 + I4 • Jumlah beza keupayaan/ Total potential difference, • Beza keupayaan yang merentasi setiap bateri adalah sama iaitu V = 1.5 V V = V1 + V2 + V3 + V4 Values of potential difference, V across each battery = 6.0 V are the same. • Rintangan dalam berkesan,



• Rintangan dalam berkesan,



Effective internal resistance,



Effective internal resistance,



1 –– = rj rj =



rj = r + r + r + r = 4r



79



1 1 1 1 –– + –– + –– + –– r r r r r –– 4



5. Susunan bateri secara sesiri dapat meningkatkan nilai beza keupayaan bekalan, manakala susunan bateri secara selari pula dapat meningkatkan kapasiti arus (Amp-hour).



Arrangement of batteries in series will increase the supplied potential difference value while batteries in parallel arrangement will increase current capacitance (Amp-hour).



6. Kereta elektrik secara am mempunyai tiga komponen penting.



Generally, the electronic car has three important components: (a) Motor Elektrik/ Electronic motor (b) Pengawal DC/ DC Controller (c) Bateri DC/ DC battery



Sel ini dapat menbekalkan arus sebanyak 2650 mA yang akan mengalir melalui beban selama satu jam. This cell able to supply current of 2650 mA that flow through the load in one hour.



7. Kereta elektrik menggunakan 100% kuasa bateri untuk beroperasi manakala kereta hybrid menggunakan 25% hingga 40% kuasa bateri untuk berfungsi.



A I



Electronic car uses 100% of battery power while hybrid car uses 25% to 40% of battery power.



S A



Contoh/Example



Rajah 1 menunjukkan spesifikasi sebuah kereta elektrik (EV). Anda dikehendaki menentukan bilangan dan jenis sambungan sel suria dan bateri dalam kereta elektrik tersebut supaya dapat menghasilkan arus yang tinggi untuk berfungsi secara optimum. Diagram 1 shows a spesification of an electric vehicle (EV). You are advised to determine the number and type of connection solar cell and battery in the electric vehicle so that can produce high current to function optimally. Spesifikasi Kereta Elektrik (EV)/ Specification of Electric Vehicle (EV) Jenama/ Brand: M Tenaga bateri/ Battery energy: 65 kWh, 325 V Tempoh mengecas/ Charging period: 8 jam melalui pengecas 10 kWh 8 hours through charger 10 kWh Jarak boleh lalui/ Distance travelled: 228 km Jenis cell bateri/ Type of battery cell: Li-Ion 3.7 V, 2.6 Ah Dimensi bateri/ Dimension of battery: Jenis berselinder Panel suria untuk mengecas bateri/ Solar cell to charge battery: 150 W, 18 V



N A P



150 W, 18 V



+



–



Rajah/Diagram 1



Penyelesaian/Solution



Menentukan sambungan dan bilangan bateri/ Determine connection and number of battery Bateri perlu di sambung secara bersiri dan selari dalam kombinasi tertentu. Sambungan bersiri akan menghasilkan voltan lebih tinggi dengan arus yang sama. Manakala sambungan selari akan menggandakan kapasiti bateri (Amp-hour) dengan mengekalkan voltan. Batteries need to connect in series and parallel. Series connection will produce higher voltage with same current. Meanwhile, parallel connection will increase battery capacitance (Amp-hour) by keeping the same voltage value.



(a) Berdasarkan maklumat tenaga dan jenis bateri, langkah berikut perlu diambil;



Based on the information of energy and type of battery, the following steps must be taken;



(i) Sambungkan bateri secara bersiri bagi membentuk satu modul yang mempunyai voltan 325 V dan menghasilkan 2.6 Ah



Connect batteries in series to form one module that has voltage of 325 V and produce 2.6 Ah.



Bilangan sel yang diperlukan untuk membentuk 1 modul



Jumlah voltan yang diperlukan oleh sebuah kereta Total voltage needed by a car



= ————————————————————— Nilai voltan yang dibekalkan oleh sebiji bateri Number of cells needed to produce 1 module Supplied voltage value by a battery



325 = —— 3.7 = 88 biji bateri/ 88 batteries



80



(ii) Sambungkan bateri secara selari bagi menghasilkan kapasiti Amp-hour yang diperlukan oleh kereta.







Connect batteries in series to produce capacitance (Amp-hour) by keeping the same voltage value.



Jumlah Amp-hour yang diperlukan oleh kereta Total Amp-hour needed by a car



Jumlah tenaga battery Total energy of batteries



= ——————————————————– Jumlah voltan diperlukan oleh sebuah kereta Total voltage needed by a car



65 000 = ———– 325 = 200 Ah







Jumlah Amp-hour yang diperlukan oleh kereta



Total Amp-hour needed by a car Bilangan modul yang perlu disambung secara selari = ———————————————————– Number of modul to connect in parallel Nilai Amp-hour untuk 1 modul



A I



Value of Amp-hour for 1 module



200 = —— 2.6 = 77 modul/ modules (b) Gambar rajah litar sambungan sesiri dan selari bateri kereta elektrik



88 bateri disambung bersiri menghasilkan 1 modul 88 batteries are connected in series to produce 1 module +– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



1 modul/ module



+– + – + – + – +– +–



2 modul/ modules



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



Jumlah bateri digunakan Total of batteries used = 88 × 77 = 6776 biji bateri/ batteries



+– + – + – + – +– +–



N A P +– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–







77 modul bateri disambung secara selari 77 module batteries is connected in parallel



S A



Diagram of series and parallel circuit of electric car.



+– + – + – + – +– +–



77 modul/ modules –



+



Menentukan bilangan dan susunan panel suria untuk mengecas bateri kereta elektrik Determine the number and arrangement of solar cell to charge battery of electric car



Pada keadaan keamatan matahari tertinggi (pukul 10.00 am hingga 4.00 pm (6 jam)) tanpa awan, panel sel suria berupaya menghasilkan arus maksimum 1.6 A. Pada waktu-waktu lain atau keadaan cuaca mendung, panel suria menghasilkan arus dalam julat 0.2A – 0.8A. At high intensity (10.00 a.m to 4.00 p.m (6 hours)) without cloud, solar cell can produce maximum current 1.6 A. At other time or cloudy weather, the solar cell produces current in range 0.2 A to 0.8 A. Tenaga yang dihasilkan oleh 1 panel suria/ Energy produced by 1 solar panel = 150 × 6 150 W, 18 V



= 900 Wh 900 Dalam unit Ah/ In Ah unit: —— = 50 Ah 18 Kecekapan penukaran ialah 70%/ Efficiency of conversion is 70% Maka, tenaga sebenar/ Then, energy = 50 × 0.7 = 35 Ah Kereta elektrik jenama M memerlukan 200 Ah untuk jarak perjalanan 228 km. Maka, bilangan panel suria yang diperlukan untuk mengecas kereta Electric car brand M need 200 Ah for distance travelled 228 km. Then, number of solar panel needed to charge the vehicle



200 = —— = 5.7 panel 35 Oleh itu, 6 panel suria 150 W, 18 V diperlukan dan disambung secara selari. Thus, 6 solar panels1500 W, 18 V are needed and connected in series



81



+



–



A Membandingkan d.g.e. dengan beza keupayaan Compare between e.m.f. and potential difference Isi tempat kosong dalam jadual di bawah. TP 2



Fill in the blanks in the lable below.



d.g.e. atau Ԑ



Beza keupayaan, V



e.m.f. or Ԑ



Potential difference, V



• Litar terbuka/ Open circuit 6



4



• Litar tertutup/ Close circuit 8



2



+ 1.5 V –



+ 1.5 V – Sel kering Dry cell



Mentol Bulb



• Bacaan voltmeter = d.g.e.







E







S



E



N A P Tiada pengaliran arus No current flowing



A



Tiada arus mengalir No current flows



Voltmeter reading, V  e.m.f. V



r



S



Ada pengaliran arus Current flowing



•



Arus mengalir



through the circuit.







Current flows



• Bacaan voltmeter adalah



r



A



melalui litar. 1.5 V



A I



S A



• Bacaan voltmeter, V  d.g.e.



Voltmeter reading = e.m.f.



V



•



8



V



Sel kering Dry cell



Mentol Bulb







6



4



10



10



V



0



2



0







melalui litar. through the circuit.



• Bacaan voltmeter adalah kurang daripada 1.5 V .



.



1.5 V



less than 1.5 V . The reading of the voltmeter is . • d.g.e. = bacaan voltmeter yang disambung terus • Jika bacaan voltmeter ialah 1.2 V, maka beza keupayaan merentasi terminal sel. 1.2 V . melintasi lampu adalah



The voltmeter reading is







e.m.f. = the reading of the voltmeter which is connected directly across the terminals of the cells.



kerja • d.g.e ialah satu sumber tenaga elektrik



If the voltmeter reading is 1.2 V, then the potential difference across the lamp



1.5 V



• Ԑ =







yang dilakukan oleh



1.2 V



• Susutan voltan/ Voltage drop,



Ir = Ԑ – V = 1.5 – 1.2 untuk menggerakan = 0.3 V satu unit cas dalam satu litar lengkap. • Beza keupayaan ialah



e.m.f. is the



work done



energy complete circuit.



by a



source of electrical



kerja



untuk menggerakan satu unit cas dalam satu litar lengkap.



in driving a unit of charge around a



Potential difference is the unit of charge



82



.



yang dilakukan di antara dua titik



work done



between two points



to transfer one



in a complete circuit.







B Membandingkan susunan bateri sesiri dan selari



Compare the arrangement of batteries in series and parallel Label pada sebiji bateri yang digunakan adalah 1.5 V, 500 mAh. Empat biji bateri yang serupa disusun secara sesiri dan selari seperti di bawah. Lengkapkan jadual di bawah jika diberi rintangan dalam bagi sebiji bateri adalah 1 Ω.



A battery is labelled with 1.5 V, 500 mAh. Four same batteries are arranged in series and parallel as in the table below. Complete the table below if the resistance of a battery is 1 Ω. TP 4



Jadual/Table 3 Susunan



Sesiri



Arrangement



Selari



Series



Parallel A



Aspek



+



+



+



+



+



+



–



–



–



–



–



–



Aspect



Beza keupayaan merentasi terminal A dan terminal B



6V



Potential difference across terminal A and terminal B.



Rintangan dalam berkesan



4Ω



Effective internal resistance



Jika sebiji mentol 6 V, 500 mA dipasang di antara terminal A dan terminal B bagi setiap litar, terangkan apakah yang berlaku kepada mentol.



A I



If a lbulb with 6 V, 500 mA is set up between terminal A and terminal B for each circuit, explain what will happen to the bulb.



The bulb light up with normal brightness for 1 hour.



N A P



Uji Kendiri



3.3



V1



S



V2



M1



Rajah/Diagram 1



A2



M2



Rajah/Diagram 2



Rajah 1 menunjukkan dua sel kering 1.5 V yang disambungkan secara sesiri dan Rajah 2 menunjukkan empat sel kering yang serupa disambung secara sesiri dan selari. Jika suis S ditutup dan diberi rintangan dalam sel kering adalah 0.5 Ω,/ Diagram 1 shows two dry cells 1.5 V that are connected in series and



diagram 2 shows four identical dry cells that are connected in series and parallel. If switch S is closed and the internal resistance of the dry cell is 0.5 Ω. (a) Kirakan/ Calculate;



(i) Jumlah d.g.e. Ԑ, yang dibekalkan oleh susunan bateri, Total e.m.f. that is supplied by dry cells arrangement.



(ii) Rintangan dalam berkesan/Effective internal resistance, rj (b) Bandingkan/ Compare; (i) Bacaan voltmeter/ Voltmeter reading, V1 dan/ and V2 (ii) Bacaan ammeter/ Ammeter reading, A1 dan/ and A2. (iii) Kecerahan mentol/ Brightness of the bulb, M1 dan/ and M2. 83



–



1.5 V 1 —Ω 4



Mentol tidak menyala kerana beza keupayaan yang dibekalkan tidak cukup untuk menyalakan mentol walaupun arus yang dibekalkan adalah tinggi.



The bulb does not light up due to the supplied potential difference not enough to light up the bulb even the supplied current is high.



Penyelesaian/ Solution: (a) (i) Jumlah d.g.e., Ԑ bagi rajah 1 dan 2 adalah sama iaitu 3 V.







S



–



2000 mA



S A



Mentol menyala dengan kecerahan yang normal selama 1 jam



+



B



500 mA



Current flow in circuit for 1 hour.







+



B



Arus mengalir dalam litar untuk 1 jam



A1



A



Total e.m.f. for diagrams 1 and 2 are the same which is 3 V.



(ii) Rajah/ Diagram 1: rj = 0.5 + 0.5 = 1.0 Ω Rajah/ Diagram 2: 1 rj = ————– = 0.5 Ω 1 1 —+— 1 1



1



2



(b) (i) Bacaan voltmeter V1 lebih kecil daripada V2.







(ii) Bacaan ammeter A1 lebih kecil daripada A2.











Voltmeter reading V1 smaller than V2.



Ammeter reading A1 smaller than A2.



(iii) Mentol M2 lebih cerah dari mentol M1







Bulb M2 appear brighter than bulb M1



Tenaga dan Kuasa Elektrik



3.4



Buku Teks m.s. 124-128



Electrical Energy and Power



Nota 1. (a) Berdasarkan definisi











Based on definition,



Tenaga elektrik/ Electrical energy, E (i) Beza keupayaan/ Potential difference, V = ————————————————— Cas yang mengalir/ Charges flow, Q E V = —– Q







E = VQ



A I



Jumlah cas/ Total charges, Q (ii) Arus/ Current, I = ————————————— Masa/ Time, t







Q I = —– t











Q = It



S A



Hubungan antara E, V, I dan t boleh dirumuskan sebagai



Relationship between E, V, I and t can be concluded as:



E = VQ E = Vlt = V(It) (b) Unit S.I. bagi tenaga elektrik ialah joule, J/ S.I. unit for electrical energy is joule, J IJ = 1 V A s







(c) 1 J ialah tenaga elektrik yang dipindahkan oleh alat elektrik apabila arus 1 A mengalir melalui alat elektrik tersebut dengan beza keupayaan 1 V merentasinya selama 1 s.







N A P



1 J is the electrical energy that is transferred by electrical appliances when 1 A of current flow through it with potential difference 1 V for 1 s.



2. (a) Hubungan antara P, V dan I boleh dirumuskan sebagai











Relationship between P, V and I can be concluded as:



Tenaga elektrik yang dipindahkan/ Transferred electrical energy, E Kuasa elektrik/ Electrical power, P = ————————————————————————————— Masa yang diambil/ Time taken, t P = IV



di mana/ where, E = Vlt



(b) Dalam suatu peralatan elektrik yang mempunyai rintangan, R, kuasa elektrik dapat diterbitkan dengan menggunakan Hukum Ohm:







In an electrical appliance that has resistance, R, the electrical power can be derived by using Ohm’s law:



P = I 2R



Rumus ini digunakan untuk mengira rintangan suatu alat elektrik daripada kadar kuasanya apabila berfungsi secara optimum.



This formulae is used to calculate resistance of the electrical appliance from its power rate when it function optimally.



V 2 P = —– R







di mana/ where V = IR



V di mana/ where I = — R



Rumus ini digunakan untuk menghitung kuasa yang hilang dalam sistem pendawaian elektrik.







This formulae is used to calculate the power loss in electrical wiring system.







Unit for electrical power is watt (W)



(c) Unit bagi kuasa elektrik ialah watt (W)



84



3. Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan tenaga dan kuasa elektrik



Solve problem in daily life that involving electrical energy and power



Contoh/Example Sebuah lampu LED (Light Emitting Diode ) yang dipasang dalam sebuah bilik berlabel 240 V 13 W. Hitungkan An LED lamp that is set up in a room labels 240 V 13 W. Calculate



(i) arus yang mengalir apabila lampu menyala dengan kecerahan normal.



current that flow when lamp light up with normal brightness.







electrical energy that is supplied to the lamp in five hours.



(ii) tenaga elektrik yang dibekalkan kepada lampu dalam masa lima jam.



Penyelesaian/Solution



A I



V = 240 V, P = 13 W (i) P = VI P 13 I = — = ——– V 240 = 0.054 A



(ii) I = 0.054 A t = 5 × 60 × 60 s = 18 000 s E = Vlt = 240 × 0.054 × 18 000 = 233.28 kJ



4. Penggunaan tenaga oleh pelbagai peralatan elektrik Energy consumption of various electrical appliances



Nilai tenaga elektrik yang digunakan



The amount of electrical energy consumed



Energy consumed



The unit of measurement used



=



Kuasa elektrik Power



E = Pt



Masa × Time



• kWh = 1 unit • 1 kWh = 1 000 × 3 600 J = 3.6 × 106 J • Satu kilowatt jam ialah sebanyak 1 kW tenaga elektrik yang hilang atau dipindahkan oleh peralatan yang digunakan dalam masa 1 jam



N A P



Unit ukuran yang digunakan



S A



Tenaga yang digunakan



One kilowatt-hour is the electrical energy dissipated or transferred by a 1 kW device in 1 hour



Kos tenaga elektrik



Cost of electrical energy



Kos tenaga elektrik



= Cost of electrical energy



bilangan unit elektrik × yang digunakan units of electricity used



harga satu unit



cost per unit



5. Kecekapan peralatan elektrik



Efficiency of electrical appliances



Kecekapan semua peralatan elektrik adalah kurang daripada 100% kerana bukan semua tenaga yang dibekalkan ditukarkan kepada tenaga keluaran yang berguna.



The efficiency of all electrical appliances is less 100% because not all energy input is converted into useful energy output.



Tenaga yang digunakan oleh alat, Eo



Energy output of useful appliance, Eo Kecekapan = —————————————————– × 100% Efficiency Tenaga yang dibekalkan oleh alat, Ei Energy input of appliance, Ei



EO η = —– × 100% Ei



atau/or



Kuasa yang digunakan oleh alat, Po



Power output of useful appliance, Po Kecekapan = ————————————————– × 100% Efficiency Kuasa yang dibekalkan oleh alat, Pi Power input of appliance, Pi



85



PO η = —– × 100% Pi







A Membandingkan Kadar Kuasa dan Penggunaan Tenaga Pelbagai Alatan Elektrik Comparing Power Rate and Energy Consumption of Various Electrical Appliances



Tiga jenis lampu, iaitu lampu pijar, lampu pendarfluor dan Light Emitting Diode (LED) dapat menghasilkan kecerahan lampu yang sama. Setiap lampu dipasang selama 6 jam bagi tempoh 30 hari dan diberi takrif elektrik bagi kegunaan domestik untuk 200 unit pertama adalah RM 0.2180. TP 3



Three types of lamps, which are incandescent lamp, Compact Flouresent Lamp (CFL) dan Light Emitting Diode (LED) able to produce the same brightness. Each lamp is turned on for 6 hours in 30 days and the electricity tariff for domestic use for first 200 units is adalah RM 0.2180.



Lampu pijar 60 W



Lampu pendarfluor 18 W



Incandescent lamp 60 W



Lampu LED 10 W



CFL 18 W



LED 10 W



Jenis lampu Type of lamp



Tenaga yang digunakan Energy that is used



0.06 kW × 6 jam = 0.36 unit



0.018 kW × 6 jam = 0.108 unit



Consumption cost



30 × 0.36 × RM 0.2180 = RM 2.3544



30 × 0.108 × RM 0.2180 = RM 0.70632



E = Pt Kos penggunaan



S A



Kesimpulan: Lampu yang paling jimat penggunaan tenaga elektrik adalah Conclusion: The lowest electrical energy consumption is







A I



0.01 kW × 6 jam = 0.06 unit



LED lamp



30 × 0.06 × RM 0.2180 = RM 0.3924



lampu LED



.



.



B Cadangan langkah penjimatan penggunaan tenaga elektrik di rumah Suggestion of ways of increasing energy efficiency



N A P



Sentiasa membersihkan dan membuang habuk pada penapis udara penghawa dingin dan bilah kipas elektrik cleaning



Regularly and removing dust from the air filters of air conditioners and blades of electric fans



Tidak menyimpan makanan yang panas



ke dalam peti sejuk atau tempat sejuk beku warm food Do not put into a fridge or freezer.



Jangan memasukkan air yang berlebihan di dalam cerek elektrik daripada yang anda perlukan untuk minuman panas. Do not put more water in a kettle than you need for your hot drinks



Menggunakan peralatan elektrik penarafan 5 bintang kerana lebih cekap dan jimat tenaga Use 5-star rating electrical appliances because it is more efficient and energy saving



Memanfaatkan penggunaan tenaga yang diperlukan untuk memanaskan ketuhar dengan memasak beberapa makanan pada masa yang sama Make full use of energy needed to heat an oven by cooking several food at the same time .



Cara meningkatkan kecekapan tenaga



Sentiasa membersihkan beg penapis dalam pembersih vakum cleaning



Ways of increasing energy efficiency



regularly filter bags of vacuum cleaner



Tutup



Gunakan beban penuh di basuhan dalam mesin basuh full Use loads of washing in a washing machine.



86



semua lampu yang tidak perlu; gunakan lampu yang berkuasa rendah dan lampu pendarfluor di tempat yang sesuai Switch off



all unnecessary lights; use low-power lamps and install fluorescent lighting where it is acceptable



.







C Membuat pengauditan penggunaan tenaga elektrik berdasarkan kuasa peralatan elektrik di rumah Audit energy consumption electrical energy based on the power of electrical appliances at home



Jadual 4 menunjukkan penggunaan tenaga elektrik berdasarkan kuasa peralatan elektrik di rumah bagi bulan Jun. Berdasarkan takrif elektrik bagi kegunaan domestik untuk 200 unit pertama iaitu RM 0.2180, kirakan kos penggunaan setiap peralatan elektrik di dalam bulan tersebut. TP 4 Table 4 shows electrical emnergy consumption based on power of electrical appliances at home for June. Based on the electricity tariff for domestic use for first 200 units which is RM 0.2180, calculate consumption cost of each electrical appliance in that month.



Jadual/Table 4 Bil. No



1



2



3



4



5



6







Peralatan elektrik Electrical appliance



Televisyen Television



Peti sejuk



Refregirator



Kipas siling Ceiling fan



Ketuhar gelombang mikro Microwave oven



Mesin basuh



Kuantiti



Kuasa



Penghawa dingin Air-conditioner



Tenaga



Kos sebulan Monthly cost



(W)



Time (Jam/ Hour)



1



700



5



1



400



24



9.6



2



80



10



1.6



1



1150



0.25



0.2875



2.0025



1



2050



1.5



3.075



20.1105



1



1500



8



12



78.48



Quantity



N A P Washing machine



Masa



Power



Energy (kwj/ kwh)



(RM)



A I



700 3.5 × 0.2180 × 30 —–— × 5 = 3.5 1000 = 22.89 62.784



S A



10.464



D Perkiraan bil elektrik untuk tempoh sebulan Calculation electricity bill for a month



Jadual 5 Takrif elektrik bagi kegunaan domestik yang dikeluarkan oleh Tenaga Nasional bagi tahun 2018 – 2020 Table 5 Electricity tariff for domestic use released by Tenaga Nasional for years 2018-2020



Kategori takrif/ Tariff category



Unit/ Unit



Kadar arus/ Current rate



Takrif A- Takrif Domestik/ Tariff A – Domestic tariff Bagi 200 kWh pertama per bulan (1-200 kWj)



Sen/ kWj



For the first 200 kWh per month (1-200 kWh)



Cent/ kWh



Bagi 100 kWh seterusnya per bulan (201-300 kWj) For the next 100 kWh per month (201-300 kWh)



Bagi 300 kWh seterusnya per bulan (301-600 kWj) For the next 300 kWh per month (301-600 kWh)



Bagi 300 kWh seterusnya per bulan (601-900 kWj) For the next 300 kWh per month (601-900 kWh)



Bagi 901 kWh seterusnya per bulan (901 kWj ke atas) For the next 901 kWh per month (901 kWh onwards)



Sen/ kWj



Cent/ kWh



Sen/ kWj



Cent/ kWh



Sen/ kWj



Cent/ kWh



Sen/ kWj



Cent/ kWh



Cas minimum sebulan adalah RM 3.00/ The minimum charge monthly is RM 3.00 Berdasarkan jadual 4 dan 5, kirakan bil elektrik bagi bulan tersebut? TP 5 Based on tables 4 and 5, calculate the electricity bill for that month?



87



21.80 33.40 51.60 54.60 57.10



Penyelesaian/ Solution: Jumlah tenaga yang digunakan/ Total energy used = (3.5 + 9.6 + 1.6 + 0.2875 +3.075 + 12) × 30 = 901.875 kWj/ 901.875 kWh Jumlah bil elektrik/ Total electricity bill = (200 × 0.2180) + ( 100 × 0.3340) + ( 300 × 0.5160) + (300 × 0.5460) + (1.875 × 0.5710) = 43.60 + 33.40 + 154.80 + 163.80 + 1.07 = RM 396.67



Uji Kendiri



3.4 Soalan/ Question



Jawapan/ Answer



A I



1. Apakah tenaga yang dibekalkan oleh mentol yang berkadar 3.0 A, 9.0 V untuk 30 s?



E = VIt = (9.0(3.0)(30) = 810 J



2. Sebuah komputer yang berlabel 240 V, 1000 W dihidupkan untuk 7 jam setiap hari. Apakah tenaga elektrik yang digunakan dalam seminggu?



E = Pt = 1000(7 × 7) = 49 kWh



3. Sebuah lampu pendarfluor dengan rintangan 150 Ω dan memerlukan 240 V untuk beroperasi. Tentukan;



V 2 (a) P = —– R 2402 = ——– 150 = 384 W



What is the energy supplied by a bulb rate 3.0 A, 9.0 V for 30 s?



S A



A computer labelled 240 V, 1 000 W is switched on for 7 hours each day. What is the electric energy consumed in a week?



A fluorescent lamp with resistance of 150 Ω and requires 240 V to operate. Determine;



(a) kuasa yang dihasilkan oleh lampu tersebut.



the power produced by the lamp.



(b) tenaga diperlukan jika lima lampu pandarfluor digunakan untuk 8 jam sehari.



N A P



the energy required if there are five fluorescent lamps been used for 8 hours for a day.



4. Lampu filamen tungsten dan lampu pandarfluor setiap satunya mempunyai kadar kuasa 40 W, menghasilkan 8 W dan 38 W tenaga cahaya masingmasing. Apakah kecekapan lampu filamen dan lampu pandarfluor?



A tungsten filament lamp and fluorescent lamp each with a power rating of 40 W, produce 8 W and 38 W of light energy respectively. What is the efficiency of the filament lamp and fluorescent lamp?



KBAT Menilai



I



5.



R3 = 4 Ω



R2 = 4 Ω



the current, I in the circuit.







the energy released by R1 in 10 s.







the electrical energy supplied by the battery in 10 s.



Lampu pendarfluor/Fluorescent lamp, PO η = —– × 100% Pi 38 = —– 40 × 100% = 95%



(b) V = IR1 = 1(4) = 4 V E = VIt = 4(1)(10) = 40 J



Hitung/ Calculate (a) arus, I dalam litar.



Lampu filamen/Filament lamp, PO η = —– × 100% Pi 8 = —– 40 × 100% = 20%



(a) Rr = 4 + 4 + 4 = 12 Ω V —– 12 I =— R = 12 = 1 A



V = 12 V



R1 = 4 Ω



(b) E = Pt = 5(384 × 8) = 15.36 kWh



(b) tenaga yang dihasilkan oleh R1 dalam masa 10 s. (c) tenaga elektrik yang dibekalkan oleh bateri dalam masa 10 s.



88



(c) E = VIt = 12(1)(10) = 120 J



SPM



Soalan Berformat Kertas/Paper 1 1. Rajah 1 menunjukkan sebatang lilin yang bernyala diletakkan dalam suatu medan elektrik.



Diagram 1 shows a candle flame is placed in an electric field. Plat logam Metal plate + +



+ + +



Plat logam Metal plate _



+



_



_



_







+



Rajah/Diagram 3 Yang manakah antara berikut merupakan rajah litar bagi lampu suluh di atas?



–



The observation on the shape of the flame is due to



A bilangan ion negatif lebih besar daripada bilangan ion positif. the number of negative ions is greater than the number of positive ions.



B bilangan ion positif lebih besar daripada bilangan ion negatif.



N A P



the number of positive ions is greater than the number of negative ions.



C ion negatif lebih berat daripada ion positif.



negative ions is heavier than positive ions.







positive ions is heavier than negative ions.



D ion positif lebih berat daripada ion negatif.



A



C



B



D



4. Rajah 4 menunjukkan sistem pendawaian untuk mentol L1, L2, L3 dan L4. Setiap mentol dilabelkan 12 V, 30 W. Bekalan kuasa 12 V disambungkan merentasi XY.



2. Rajah 2 di bawah menunjukkan satu fenomena kilat. Diagram 2 shows a lightning phenomenon.



Diagram 4 shows wiring system for bulbs L1, L2, L3 and L4. Each bulb is labelled 12 V, 30 W. Power supply of 12 V is connected across XY. L1



Rajah/Diagram 2 Beza keupayaan di antara dua bahagian awan gelap ialah 108 V. Semasa kilat, 200 C cas mengalir. Hitungkan jumlah arus yang mengalir dalam masa 2 s.



The potential difference between two parts of a thundercloud is 108 V. During a lightning flash, 200 C of charges flow. Calculate the amount of currents flow in 2 seconds.



A B C D



S A



Which of the following is the circuit diagram for the above torchlight?



100 A 200 A 1 × 1010 A 2 × 1010 A



X



L3



L4



Y



Rajah/Diagram 4 Apakah nilai arus yang mengalir melalui XY? What is the value of current flowing through XY?



A B C D



89



L2



0.4 A 2.5 A 7.5 A 10.0 A



Format SPM Terbaharu



Rajah/Diagram 1 Pemerhatian pada bentuk nyalaan tersebut adalah disebabkan







A I



_



Bekalan kuasa V.L.T. E.H.T. power supply







Diagram 3 shows a torchlight containing two dry cells, a switch and a lamp.



_



Lilin Candle







3. Rajah 3 menunjukkan sebuah lampu suluh yang mengandungi dua sel kering, satu suis dan satu lampu.



5. Yang manakah kombinasi suis yang perlu ditutup untuk memastikan mentol S menyala dengan lebih terang?







Which of the following combination of switches should be closed to make bulb S light up brighter?



A



KBAT Menganalisis



A



V



V



S



1



Rajah/Diagram 7(a)



Rajah/Diagram 7(b)



Apakah perubahan pada bacaan ammeter dan voltmeter?







A B C D



2



What is the change in ammeter and voltmeter readings?



3



A I



Bacaan ammeter



Rajah/Diagram 5



Bacaan voltmeter



Ammeter reading



1 dan/and 2 1 dan/and 3 2 dan/and 3 1, 2 dan/and 3



A



Meningkat



B



Meningkat



Voltmeter reading



Meningkat



Increases



Increases



Increases



S A C



6. Rajah 6 menunjukkan periuk nasi menggunakan dawai kabel yang lebih tebal berbanding telefon bimbit. Diagram 6 shows the rice cooker with a thicker wire cabel compared with the mobile phone. KBAT Menilai



D



Menurun



Decreases



Bertambah Increases



Menurun



Decreases



Menurun



Decreases



Tidak berubah Unchanged



8. Semua mentol dalam litar di bawah adalah serupa. Litar yang manakah mempunyai rintangan berkesan yang terkecil?







N A P



Rajah/Diagram 6 Apabila ketebalan dawai meningkat, berkurangan. Mengapa?



All bulbs in the circuits below are identical. Which circuit has the smallest effective resistance?



A



rintangan B



When the thickness of the wire increases, the resistance decreases. Why? KBAT Menilai



A Luas keratan rentas yang lebih besar membolehkan lebih banyak elektron mengalir melalui wayar per unit masa.



The bigger cross-sectional area allows more electrons to flow through the wire per unit time.



B Luas lilitan yang lebih besar membenarkan banyak elektron mengalir melalui dawai per unit masa.



C



The bigger circumferential area allows more electrons to flow through the wire per unit time.



C Lebih banyak elektron wujud dalam dawai.







There are more electrons present in the wire.



7. Rajah 7(a) menunjukkan bacaan voltmeter dan bacaan ammeter, 4.00 V dan 2.00 A. Dua perintang yang sama dalam 7(a) disambungkan seperti dalam Rajah 7(b). Diagram 7(a) shows the voltmeter reading and ammeter



D



reading, 4.00 V dan 2.00 A. The two same resistor in 7(a) are connected as in Diagram 7(b).



90







KBAT Mengaplikasi



9. Rajah 9(a) menunjukkan sebuah litar yang digunakan untuk menyiasat hubungan antara arus, I dan beza keupayaan, V yang merentasi dua dawai konstantan s.w.g 24 dan s.w.g 36 yang mempunyai panjang 10 cm. Pada permulaan dawai konstantan s.w.g 24 disambungkan antara P dan Q. Kemudiannya digantikan dengan dawai konstantan s.w.g 36. Rajah 9(b) menunjukkan graf V melawan I yang diperolehi daripada eksperimen tersebut. Diagram 9(a) shows a circuit used to investigate relationship between current, I and potential difference, V that across two constantan wires of s.w.g 24 and s.w.g 36 with length of 10 cm. At the beginning, constantan wire s.w.g. 24 is connected between P and Q. Later, it is replaced by constantan wire s.w.g. 36. Diagram 9(b) shows the graph V against I obtained from the experiment. KBAT Menilai



10. Graf manakah yang mewakili graf rintangan melawan



suhu termodinamik bagi bahan superkonduktor?



Which graph represents as graph of resistance against thermodynamic temperature for superconductor material?



A



C



Rintangan Resistance



Rintangan Resistance



0



B



D Rintangan Resistance



Rintangan Resistance



A I



A P Reostat Rheostat







Q



V



2.0











N A P 0.4



0.2



0.4



0.6



0.8



the work done by an appliance in driving electrons around a circuit.



B kerja yang dilakukan oleh satu sumber untuk menggerakkan cas dalam litar.



0.8



0



S A



A kerja yang dilakukan oleh peralatan untuk menggerakkan satu unit elektron ke seluruh dalam litar.



Dawai konstantan, s.w.g 24 Constantan wire, s.w.g 24



1.2



Suhu Temperature



Electromotive force is defined as



Dawai konstantan, s.w.g 36 Constantan wire, s.w.g 36



1.6



TC



11. Daya gerak elektrik didefinisikan sebagai



Rajah/Diagram 9(a) V/V



Suhu Temperature 0



0



Suhu Temperature



Suhu Temperature 0



the work done by a source in driving a unit charge around a circuit.



C kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu unit cas melalui satu komponen.



I/A



Rajah/Diagram 9(b) Pernyataan manakah yang benar mengenai perbandingan antara dawai konstantan s.w.g. 36 dengan dawai konstantan s.w.g. 24?



Which statement is true about the comparison between constantan wire s.w.g. 24 and constantan wire s.w.g. 36?







the work done to drive a unit charge through a component.







the product of current and resistance.



D hasil arus dan rintangan.



12. Rajah 12 menunjukkan suatu litar. Diagram 12 shows a circuit.



I Rintangan dawai konstantan s.w.g. 36 lebih besar daripada dawai konstantan s.w.g. 24/ The resistance



12 V



of constantan wire s.w.g. 36 is larger than constantan wire s.w.g. 24.



R



II Luas keratan rentas dawai konstantan s.w.g. 36 lebih besar daripada dawai konstantan s.w.g 24/ The cross



A



sectional area of constantan wire s.w.g. 36 is larger than constantan wire s.w.g. 24.



III Kerintangan dawai konstantan s.w.g 36 lebih besar daripada dawai konstantan s.w.g 24/ The resistivity of constantan wire s.w.g. 36 is larger than constantan wire s.w.g. 24.



IV Apabila arus mengalir melalui dawai konstantan s.w.g 36, ia akan lebih cepat panas daripada melalui dawai konstantan s.w.g. 24./ When current flow through the constantan wire s.w.g. 36, it will become hot faster compared constantan wire s.w.g. 24.



A I dan II sahaja



C III dan IV sahaja



B II dan III sahaja



D I, III dan IV sahaja







I and II only



III and IV only







II and III only



I, III and IV only



12 V, 24 W



Rajah/Diagram 12 Apakah tenaga elektrik yang digunakan oleh lampu apabila suis ditutup selama 5 minit jika tiada rintangan dalam di dalam bateri 12 V? What is the electrical energy used by a lamp when the switch is on in 5 minutes if there is no internal resistance in the batteries of 12 V?



A 1.2 × 102 J B 3.6 × 102 J



91



C 1.4 × 103 J D 7.2 × 103 J



13. Suis empat peralatan elektrik berikut dibiarkan terbuka untuk tempoh yang berbeza. Peralatan elektrik yang manakah menggunakan jumlah tenaga yang terbesar? The following four electrical appliances are left switched on for different time. Which appliance uses the greatest amount of energy?



Peralatan



Masa



A



Pemanas air 3 kW 3 kW water heater



0.5 jam



0.5 hour



B



Plat pemanas 1.5 kW



1.5 jam



C



Kipas 1 kW



D



Seterika elektrik 750 W



Appliance



14. Sebiji fius mengandungi sekeping dawai pendek, yang akan menjadi panas dan cair apabila arus mengalir melaluinya melebihi suatu nilai tertentu. A fuse consists of a short piece of wire, which becomes hot and melts when the current flowing through it exceeds a certain value. KBAT Mengaplikasi



Time



1.5 kW hot-plate



Yang manakah antara fius berikut yang paling sesuai untuk ketuhar elektrik 5 kW, 240 V.



1.5 hours



3 jam



1 kW fan



Which of the following fuses is most suitable for a 5 kW, 240 V electric oven?



3 hours



750 W electric iron



1 jam



A 13 A B 15 A



1 hour



Kertas/Paper 2



S A



Bahagian/Section A



1. Rajah 1 menunjukkan tiga biji mentol yang serupa disambungkan dalam suatu litar. Diagram 1 shows three identical bulbs connected in a circuit.



6V



N A P A



X



A I



C 20 A D 22 A



Z



Y S



Rajah/Diagram 1 (a) Rintangan untuk setiap mentol ialah 2 Ω, hitungkan











The resistance of each bulb is 2 Ω, calculate



(i) rintangan berkesan dalam litar tersebut.



the effective resistance in the circuit.



1 1 RE = — + — 2 2



1







2



–1



+2=3Ω



[2 markah/marks]



(ii) arus dalam litar tersebut.



the current in the circuit.



V 6 I= — = — =2A R 3



[1 markah/mark]



(iii) beza keupayaan bagi mentol X, Y dan Z.



the potential difference of bulbs X, Y and Z.



VZ = IR = 2(2) = 4 V VX = VY = 2(1) = 2 V



[2 markah/marks]



92



(b) Bagaimanakah kecerahan bagi mentol X, Y dan Z?



How is the brightness of the bulbs X, Y and Z?



Kecerahan mentol Z  X = Y Brightness of bulb Z  X = Y



[1 markah/mark] (c) Apakah yang akan berlaku pada bacaan ammeter dan kecerahan mentol X, Y dan Z apabila suis S dihidupkan? Terangkan jawapan anda.







What will happen to the reading of the ammeter and the brightness of the bulbs X, Y and Z when the switch S is on? Explain your answer. KBAT Mengaplikasi



Situasi/Situation Bacaan ammeter meningkat



Penerangan/Explanation Rintangan berkesan menurun



Kecerahan mentol X dan Y meningkat



Rintangan berkesan menurun // aliran arus meningkat



Ammeter reading increases



A I



Effective resistance decreases



Brightness of bulbs X and Y increase



Kecerahan mentol X = kecerahan mentol Y



Effective resistance decreases//current flow increases



Brightness of bulb X = brightness of bulb Y



VX = VY



Mentol Z tidak menyala



Litar pintas menyebabkan arus tidak dapat melalui mentol Z



Bulb Z does not light up



S A



Short circuit causes the current does not flow through the bulb Z



[8 markah/marks]



2. Rajah 2.1 dan 2.2 menunjukkan bola ping pong yang disalut dengan cat logam berayun antara dua plat logam. Plat logam tersebut disambungkan ke bekalan Voltan Lampau Tinggi (VLT) yang menghasilkan medan elektrik yang kuat antara dua plat apabila suis dihidupkan.



Diagram 2.1 and 2.2 shows a ping pong ball coated with metal paint oscillates between two metal plates. The metal plates are connected to an Extra High Tension (EHT) supply which produce a strong electric field between the plates when the switch is on. Benang Thread



Bola ping pong yang bersalut cat logam Ping pong ball coated with metallic paint



Benang Thread



N A P Plat logam Metal plate



Plat logam Metal plate



Plat logam Metal plate



Penebat Insulator



Bola ping pong yang bersalut cat logam Ping pong ball coated with metallic paint



Penebat Insulator



Penebat Insulator



Plat logam Metal plate Penebat Insulator



v = 5 m s-1



v = 2 m s-1



3 kV V.L.T/ E.H.T



2 kV V.L.T/ E.H.T



Rajah/Diagram 2.1 Rajah/Diagram 2.2 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan medan elektrik?







What is the meaning of electric field?



Kawasan di sekitar suatu jasad yang bercas di mana jasad bercas lain mengalami suatu daya. Region around a charged object which any other charged body experience a force.



[1 markah/mark]



(b) Perhatikan Rajah 2.1 dan Rajah 2.2.











Observe Diagram 2.1 and Diagram 2.2.



(i) Bandingkan bekalan VLT.



Compare the EHT supply voltage.



Bekalan voltan VLT dalam Rajah 2.2 lebih besar daripada bekalan voltan VLT dalam Rajah 2.1. EHT supply voltage in Diagram 2.2 is more than the EHT supply voltage in Diagram 2.1.



[1 markah/mark]



93







(ii) Bandingkan halaju ayunan bola ping pong.



Compare the oscillation velocity of ping pong ball.



Halaju ayunan bola ping pong dalam Rajah 2.2 lebih tinggi daripada dalam Rajah 2.1. The oscillation velocity of ping pong ball in Diagram 2.2 is higher than that in Diagram 2.1.



[1 markah/mark]



(iii) Nyatakan hubungan antara voltan V.L.T. dengan halaju ayunan bola ping pong.



State the relationship between the E.H.T. voltage with oscillation velocity of ping pong ball.



Semakin besar voltan V.L.T., semakin tinggi halaju ayunan bola ping pong. The bigger the E.H.T. voltage, the higher the oscillation velocity of the ping pong ball.



[1 markah/mark]



A I



(iv) Kaitkan halaju ayunan bola ping pong dengan kekuatan medan elektrik.



Relate the oscillation velocity of ping pong ball with the strength of electric field.



Semakin tinggi ayunan bola ping pong, semakin kuat kekuatan medan elektrik. The higher the oscillation of ping pong ball, the stronger the strength of electric field.



[1 markah/mark]



S A



(c) Apakah yang akan berlaku pada halaju bola ping pong jika jarak antara dua plat logam ditingkatkan? Berikan satu alasan untuk jawapan anda.







What will happen to the velocity of the ping pong ball if the distance between the two metal plates increases? Give one reason for your answer.



Halaju bola ping pong berkurang. Kekuatan medan elektrik berkurang.



Velocity of the ping pong ball decreases. The strength of electric field decreases.



[2 markah/marks]



3. Seorang pelajar menjalankan eksperimen untuk mengkaji hubungan antara daya gerak elektrik, ε dan rintangan dalam, r bagi satu sel kering. Rajah 3.1 menunjukkan litar elektrik eksperimen tersebut dan graf beza keupayaan, V lawan arus, I, diplotkan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.2.



N A P



A student carries out an experiment to investigate the relationship between the electromotive force, E and internal resistance, r of a dry cell. Diagram 3.1 shows an electrical circuit for the experiment and the graph of potential difference, V, against current, I, was plotted as shown in Diagram 3.2. KBAT Menganalisis V/V



1.5



1.0



V



0.5



A



0



R







0



0.2



Rajah/Diagram 3.1



0.4



0.6



0.8



1.0



1.2



I/A



Rajah/Diagram 3.2



(a) Berdasarkan graf dalam Rajah 3.2, jawab soalan-soalan yang berikut.







Based on the graph in Diagram 3.2, answer the following questions.



(i) Apakah yang berlaku apabila I meningkat?



What happens when I increases?



V berkurang/ V decreases [1 markah/mark]



94



(ii) Tentukan nilai beza keupayaan, V apabila arus, I = 0 A. Tunjukkan pada graf tersebut bagaimana anda menentukan V.







Determine the value of the potential difference , V, when the current, I = 0.0 A. Show on the graph, how you determine V.



1.5 V [2 markah/marks] (iii) Namakan kuantiti fizikal yang mewakili nilai dalam 3(a)(ii).







Name the physical quantity that represents the value in 4(a)(ii).



d.g.e./e.m.f. [1 markah/mark] (b) Rintangan dalam, r bagi sel kering diberi







The internal resistance, r, of the dry cell is given by







where m is the gradient of the graph. Calculate the value r.



A I



r = –m di mana m ialah kecerunan graf. Hitungkan nilai r. 1.0 – 1.5 r = –m = – ———— 1.2 = 0.5 Ω



1







2



S A



(c) Daripada graf dalam Rajah 3.2,











From the graph in Diagram 3.2,



(i) nyatakan nilai V apabila I = 0.60 A. Tunjukkan pada graf bagaimana anda menentukan nilai V.



state the value of V when I = 0.60 A. Show on the graph how you determine the value of V.



1.20 V (ii) hitungkan R apabila I = 0.60 A







calculate R when I = 0.60 A



N A P



V R = — I



1.20 = —— = 2 Ω 0.6



1







[3 markah/marks]



2



[2 markah/marks]



[1 markah/mark]



(iii) apakah jumlah rintangan di dalam litar tersebut?



what is the total resistance in the circuit?



Rt = R + r = 2 + 0.5 = 2.5 Ω



[1 markah/mark]



(d) Jika kita sambungkan perintang lain, R1, selari dengan perintang R, bacaan voltmeter akan menurun. Jelaskan.







If we connect another resistor, R1, parallel to resistor R, the reading of the voltmeter will decrease. Explain.



Lebih tenaga diperlukan bagi mengatasi rintangan dalam.



KBAT Mengaplikasi



More energy are needed to overcome the internal resistance



[1 markah/mark]



(e) Hitungkan tenaga yang hilang dalam satu saat melalui rintangan dalam.







Calculate the energy lost per second through the internal resistance.



P = I2r = (0.6)2(0.5) = 0.18 J s–1 [2 markah/marks]



95



4. Rajah 4 menunjukkan peralatan elektrik yang ada di dalam sebuah rumah dan kadar kuasa pada setiap peralatan tersebut. Diagram 4 shows the electrical appliances in a house and the power rating for each of them.



Jadual/Table 4.1 Kadar kuasa/Power rating Penghawa dingin 240 V 1500 W Air-conditioner



Peti sejuk



240 V 400 W



Refrigerator



Televisyen



240 V 700 W



Television



Kipas elektrik



240 V 80 W



Electric fan



Cerek elektrik



A I 240 V 200 W



Electric kettle



Lampu filamen



240 V 100 W



Filament lamp



Lampu pendarfluor Fluorescent lamp



Rajah/Diagram 4



S A



240 V 60 W



(a) Kipas elektrik menggunakan kuasa sebanyak 80 W. Apakah yang dimaksudkan dengan kuasa elektrik?







The electric fan uses 80 W of power. What is meant by electrical power?



Kuasa ialah kadar tenaga elektrik yang hilang atau yang dipindahkan. Power is the rate of electrical energy dissipated or transferred.



(b) Nyatakan perubahan tenaga yang berlaku dalam kipas elektrik.







State the energy transformation that occurs in electric fan.



[1 markah/mark]



Tenaga elektrik/Electrical energy → tenaga kinetik/kinetic energy



N A P



[1 markah/mark]



(c) Lampu filamen menggunakan 100 J tenaga dalam satu saat tetapi hanya memindahkan 45 J tenaga yang berguna sesaat.











The filament lamp consumes 100 J of energy in one second but it only delivers 45 J of useful energy per second.



(i) Namakan tenaga yang telah dibazirkan oleh lampu tersebut.



Name the wasted energy released by the lamp.



Tenaga haba/Heat energy







[1 markah/mark]



(ii) Tenaga yang berguna bagi lampu pendarfluor ialah 75 J sesaat. Hitungkan kecekapan lampu filamen dan lampu pendarfluor.



The useful energy for the fluorescent lamp is 75 J per second. Calculate the efficiency of the filament lamp and the fluorescent lamp.



Lampu filamen



Lampu pendarfluor



Po η = —– × 100% Pi 45 = —— × 100% 100 = 45%



Po η = —– × 100% Pi 75 = —— × 100% 100 = 75%



Filament lamp



Fluorescent lamp



[4 markah/marks]



(iii) Mentol manakah yang lebih menjimatkan tenaga dan sesuai untuk digunakan? Berikan alasan untuk jawapan anda.



Which bulb is more energy saving and suitable to be used? Give a reason for your answer.



KBAT Menilai



Lampu pendarfluor. Lebih banyak tenaga cahaya yang dihasilkan dan kurang tenaga haba yang hilang. Florescent lamp. More light energy is produced and less heat energy is lost.



[2 markah/marks] 96



(d) Jadual 4.2 menunjukkan maklumat tentang penggunaan elektrik bagi sebuah isi rumah dalam satu bulan.



Table 4.2 shows the details of the uses of electricity of a household in a month.



Jadual/Table 4.2 Peralatan



Tempoh penggunaan (jam)



Appliances



Units of electricity (kWh)



240



1 500 ——– × 240 = 360 1 000



720



288



Sebuah penghawa dingin 1500 W One air-conditioner 1500 W



Sebuah peti ais 400 W



One refrigerator 400 W



Sebuah televisyen 700 W



Sebuah kipas 80 W



210



120



One fan 80 W



S A



Sebuah cerek elektrik 200 W



30



One electric kettle 200 W



Empat biji lampu filamen 100 W



40



Four filament lamp 100 W



Lima biji lampu pendarfluor 60 W



180



N A P



Five florescent lamp 60 W



(i) Lengkapkan lajur terakhir dalam Jadual 4.2.



Complete the last column of the Table 4.2.







A I



300



One television 700 W







Unit elektrik (kWj)



Time of usage (hour)



9.6



6



16



54



[2 markah/marks]



(ii) Hitung jumlah tenaga yang digunakan.



Calculate the total energy consumption.



943.6 kWj/ 943.6 kWh







[1 markah/mark]



(iii) Jadual 4.3 menunjukkan tarif elektrik bagi kegunaan domestik.



Table 4.3 shows the electricity tariffs for domestic use.



Jadual/Table 4.3



Penggunaan tenaga Energy consumption



100 unit pertama



Kadar (sen/unit) Rate (cent/unit)



20



First 100 units



900 unit seterusnya Next 900 units



1000 unit ke atas



25 30



Over 1000 units



Berapakah jumlah bil elektrik pada bulan tersebut?



What is the electricity bill for the month?



Jumlah kos/Total cost = (100 × 0.20) + (843.6 × 0.25) = RM 230.90 [2 markah/marks] 97



5. Gambar rajah di bawah menunjukkan model sebuah kereta elektrik jenama S dengan pek bateri (kombinasi bateri secara sesiri dan selari) untuk mengeluarkan 200 – 220V DC dan kuasa keluaran ialah 55 kWj. Diagram below shows a model of an electronic car brand S with pack of batteries (combination in series and in parallel) to produce 200-220 DC and output power is 55 kWh.



Bateri Battery



Rajah/Diagram 5.1



Jenama/ Brand: S Tenaga bateri/ Energy of battery: 55 kWh, 220 V Tempoh mengecas/ Charging period: 8 jam melalui pengecas 10 kWh



8 hours by charging 10 kWh



S A



Jarak boleh lalui/ Distance travelled: 380 km Jenis bateri/ Type of battery Li-Ion: 3.7 V, 2700 mAH Dimensi bateri/ Dimension of battery: Jenis 18650 berselinder Jisim satu sell/ Mass of one cell: 48 g Panel suria untuk mengecas bateri/ Solar panel to charge battery : 150 W, 18 V Rajah/Diagram 5.2







Panel sel suria Solar panel



A I



Spesifikasi Kereta elektrik (EV)/ Specification of Electric Vehicle (EV)



300 W, 33 V



+



–



(a) Rajah 7.1 menunjukkan spesifikasi kereta elektrik (EV) jenama S. Berapakah bilangan dan jenis sambungan bateri dalam kereta elektrik tersebut supaya dapat menghasilkan arus yang tinggi untuk berfungsi secara optimum?











Diagram 7.1 shows specification for electric vehicle brand S. What is the number of batteries and types of batteries connection in the electric vehicle so that can produce high current to function optimally?



N A P



Tenaga bateri/ Energy of battery: 55 kWh, 220 V Jenis bateri/ Type of battery: Li-Ion 3.7 V, 2700 mAh Sel-sel perlu disambung secara bersiri bagi membentuk satu modul yang mempunyai 220V dan 2700 mAH.



Cells are connected in series to form one module that has 220 V and 2700 mAh.



Bilangan sel yang diperlukan untuk membentuk 1 modul



Number of cells needed to produce 1 module



Jumlah voltan yang diperlukan oleh sebuah kereta Total voltage needed by a car



= ————————————————————–– Nilai voltan yang dibekalkan oleh sebiji bateri Supplied voltage value by a battery



220 = —— 3.7 = 60 biji bateri/ 60 batteries Jumlah Amp-Hour yang diperlukan oleh kereta



Total Amp-Hour needed by a car



Jumlah tenaga battery Total energy of batteries



= ——————————————————–– Jumlah voltan diperlukan oleh sebuah kereta Total voltage needed by a car



55 000 = ———– 220 = 250 Ah Bilangan modul yang perlu disambung secara selari Number of modul to connect in parallel



Jumlah Amp-Hour yang diperlukan oleh kereta Total Amp-Hour needed by a car



= ———————————————————–– Nilai Amp-H untuk 1 modul Value of Amp-H for 1 module



250 = —— 2.7 = 93 modul/ modules



98



60 bateri disambung bersiri menghasilkan 1 modul 60 batteries are connected in series to produce 1 module



Jumlah bateri digunakan Total of batteries used = 60 × 96 = 5760 biji bateri/ batteries







+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



+– + – + – + – +– +–



1 modul/ module 2 modul/ modules



A I



96 modul/ modules –



+



S A



[6 markah/marks]



(b) Rajah 5.2 menunjukkan panel suria yang digunakan untuk mengcas bateri kereta jenama S. Pada keadaan keamatan matahari tertinggi (pukul 10.00 a.m hingga 4.00 p.m (6 jam)) tanpa awan, panel sel suria berupaya menghasilkan arus maksimum 1.6 A. Pada waktu-waktu lain atau keadaan cuaca mendung, panel suria menghasilkan arus dalam julat 0.2A – 0.8A. Dengan mengambil kira kehilangan tenaga dalam panel suria sebanyak 30 %, berapakah bilangan dan jenis sambungan sel suria yang diperlukan?







Diagram 5.2 shows a solar panel used to charge battery of electric vehicle S. At the highest intensity of the Sun (10.00 a.m. to 4.00 p.m. (6 hours)) without cloud,the solar cell panel able to produce maximum current 1.6 A. At other time or cloudy weather, the solar panel produces current in range 0.2 A – 0.8 A. By considering energy loss in solar panel is about 30%, what is the number of solar cells and type of connection needed by solar cell?



N A P



Tenaga yang dihasilkan oleh 1 panel suria/ Energy produced by 1 solar panel = 300 × 6 = 1800 Wh



1 800 Dalam unit Ah / In Ah unit: ——– = 54.5 Ah 33



Panel sel suria Solar panel 300 W, 33 V



Kecekapan penukaran ialah 70% / Efficiency of conversion is 70% Maka, tenaga sebenar/ Then, energy = 54.5 × 0.7 = 38.15Ah







+



Rajah/Diagram 5.2



Kereta elektrik jenama S memerlukan 250 Ah untuk jarak perjalanan 380 km. Maka, bilangan panel suria yang diperlukan untuk mengecas kereta Electric car brand S need 250 Ah for distance travelled 380 km. Then, number of solar panel needed to charge the vehicle







250 = ——– 38.15 = 6.6 panel







Oleh itu, 7 panel suria 300 W, 33 V diperlukan dan disambung secara











–



Thus, 7 solar panels 300 W, 33 V are needed and connected in



series



selari



.



.



[4 markah/marks]



99



Bahagian/Section B 6. Rajah 6.1 menunjukkan sebuah cerek elektrik 240 V, 1000 W disambung kepada satu palam 3-pin. Diagram 6.1 shows an electric kettle 240 V, 1000 W connected to a 3-pin plug. P



Fius Fuse







Rajah/Diagram 6.1



A I



(a) Nyatakan fungsi fius dan namakan wayar yang disambungkan kepadanya dalam palam 3-pin.







State the function of fuse and name the wire connected to it in the 3-pin plug.



• Untuk memutuskan litar apabila arus yang berlebihan mengalir melaluinya.



To break the circuit when excess current flows through it



• Dawai hidup/ Live wire



S A



(b) (i) Nyatakan bahagian cerek yang disambung kepada dawai berlabel P.



State the part of the kettle which is connected to the wire labelled P.



Badan cerek/ Body of the kettle (ii) Berikan satu sebab untuk jawapan anda di 6(b)(i).







Give one reason for your answer in 6(b)(i).



N A P



[2 markah/marks]



[1 markah/mark]



Untuk mengelakkan renjatan elektrik/ To avoid electrical shock.



[1 markah/mark]



(c) (i) Nyatakan satu ciri yang digunakan sebagai bahan untuk pemanas.



State one characteristic of the material use as heater.



Kerintangan yang tinggi/ High resistance







[1 markah/mark]



(ii) Terangkan mengapa ciri yang disebutkan di 6(c)(i) sesuai untuk digunakan sebagai pemanas.



Explain why the characteristic mentioned in 6(c)(i) is suitable to be used as heater.



Lebih banyak haba dapat dibebaskan/ More heat can be dissipated. [1 markah/mark]



(d) Cerek tersebut diisi dengan air dan disambung kepada bekalan kuasa 240 V. Masa yang diambil untuk mendidihkan air adalah 30 minit.











The kettle is filled with water and is connected to power supply 240 V. The time taken to boil the water is 30 minutes.



(i) Hitungkan kuantiti haba yang diperlukan untuk mendidihkan air.



Calculate the quantity of heat required to boil the water.



Q = Pt = 1000(30 × 60) = 1800 kJ atau / or Q = Pt 30 = 1 kW × —– j/h 60 = 0.5 kWj / kWh



1 2



[2 markah/marks]



100







(ii) Kos untuk 1 unit tenaga elektrik ialah RM0.22, hitungkan kos untuk mendidihkan secerek air.



The cost of 1 unit of electricity is RM0.22, calculate the cost of boiling a kettle of water.



Q = Pt = 1000(0.5) = 0.5 kWh 1 unit = RM 0.22 0.5 unit = RM 0.11 [2 markah/marks] (e) Rajah 6.2 menunjukkan fius jenis kartrij dengan tiub kaca dan dawai fius.







KBAT Mengaplikasi



Diagram 6.2 shows a fuse of cartridge type with glass tube and fuse wire.



Dawai fius Fuse wire Tiub kaca Glass tube



A I



Penutup logam Metal cap



Rajah/Diagram 6.2











Jadual 6 menunjukkan ciri-ciri bagi empat jenis fius. Table 6 shows the characteristics of four types of fuse.



S A



Jadual/Table 6 Jenis bahan



Muatan haba tentu



Melting point



E



800



200



F



450



120



G



1 000



200



Type of material



(J kg–1 °C–1)







(°C)



N A P H







Takat lebur



Specific heat capacity



2 000



600



Kekonduksian arus



Ketebalan dawai



Conductivity of current



Thickness of the wire



Rendah/Low



Tebal/Thick



Tinggi/High



Nipis/Thin



Sederhana/Moderate



Tebal/Thick



Tinggi/High



Nipis/Thin



Terangkan kesesuaian untuk setiap ciri dalam Jadual 6 dan pilih fius yang paling sesuai. Berikan sebab untuk pilihan anda. Explain the suitability of each characteristic in Table 6 and choose the most suitable fuse. Give reasons for your choice.



Aspek Aspect



Ciri-ciri



Sebab



Characteristic



Reason



Muatan haba tentu



Rendah



Fius mudah panas



Takat lebur



Rendah



Mudah melebur apabila arus yang berlebihan mengalir



Kekonduksian arus



Tinggi



Arus mengalir dengan mudah



Ketebalan dawai



Nipis



Mudah melebur apabila arus berlebihan mengalir



Specific heat capacity



Melting point



Conductivity of current



Thickness of the wire



Low



Low



High



Thin



Fuse is easily heated



Melt easily when excess current flows through



Current flows easily



Melt easily when excess current flows through



F mempunyai muatan haba tentu yang rendah, takat lebun yang kerana Fius yang paling sesuai ialah rendah, kekonduksian arus yang tinggi dan dawai yang nipis. The most suitable fuse is



F



because



has low specific heat capacity, low melting point, high conductivity of current



it and thin wire.



[10 markah/marks]



101



7. Rajah 7.1 dan Rajah 7.2 menunjukkan dua buah litar dengan bateri X dan bateri Y yang digunakan untuk menentukan daya gerak elektrik, E dan rintangan dalam, r bagi setiap bateri. Jadual 7.1 dan Jadual 7.2 menunjukkan bacaan voltmeter dan ammeter apabila suis bagi setiap litar dimatikan dan dihidupkan. Diagram 7.1 and Diagram 7.2 show two circuits with battery X and battery Y which are used to determine the electromotive force, E and the internal resistance, r of each battery. Table 7.1 and Table 7.2 show the readings of the voltmeter and ammeter when the switch in each circuit is off and on.



KBAT Mencipta



Jadual/Table 7.1



V X



Litar bateri X



r



Circuits with battery X



Keadaan Rintangan dalam Internal resistance



A



I



R



Situation



Bacaan voltmeter



10.0 V 0.0 A



1.5 A



S A Jadual/Table 7.2



V Y



0.0 A



Ammeter reading



Litar bateri Y



r



Circuits with battery Y



Keadaan Rintangan dalam Internal resistance



I



R Perintang Resistor



Situation



Voltmeter reading



Bacaan ammeter



N A P Rajah/Diagram 7.2



Suis dimatikan



Bacaan voltmeter Ammeter reading



(a) (i) Apakah yang dimaksudkan dengan daya gerak elektrik?



What is meant by electromotive force?



Switch on



A I



10.0 V



Bacaan ammeter



Rajah/Diagram 7.1



Suis dihidupkan



Switch off



Voltmeter reading



Perintang Resistor



A



Suis dimatikan



Switch off



8.0 V



2.0 A



Suis dihidupkan Switch on



6.0 V



Daya gerak elektrik ditakrifkan sebagai kerja yang dilakukan oleh bateri untuk menggerakkan satu coulomb cas ke seluruh litar lengkap.



Electromotive force is defined as work done by the battery in driving one coulomb of charge around a complete circuit.







[1 markah/mark]



(ii) Berdasarkan Jadual 7.1 dan Jadual 7.2, bandingkan daya gerak elektrik dan bacaan voltmeter dan ammeter apabila suis dihidupkan. Nyatakan hubungan antara kehilangan voltan dengan bacaan ammeter dan rintangan dalam.



Based on Table 7.1 and Table 7.2, compare the electromotive force and the readings of voltmeter and ammeter when the switch is on. State the relationship between the voltage losses with the ammeter’s reading and internal resistance.



• d.g.e. untuk kedua-dua bateri X dan Y adalah sama. e.m.f. for both batteries X and Y are the same.



• Bacaan voltmeter untuk bateri X adalah lebih tinggi. Voltmeter reading for battery X is higher.



• Bacaan ammeter untuk bateri X adalah lebih tinggi. Ammeter reading for battery X is higher. • Semakin tinggi voltan yang hilang, semakin rendah arus. The higher the voltage loss, the lower the current. • Semakin tinggi voltan yang hilang, semakin tinggi rintangan dalam.



The higher the voltage loss, the higher the internal resistance.



[5 markah/marks]



102



(b)



Sel kering Dry cell Sel kering Dry cell



Mentol Bulb







Rajah/Diagram 7.3



Mentol Bulb



Bateri yang mempunyai rintangan dalam disambung secara bersiri dan selari seperti yang ditunjukkan pada Rajah 7.3 akan mempengaruhi kecerahan mentol. Huraikan mengapa. Batteries with internal resistance connected in series and in parallel as shown in Diagram 7.3 will affect the brightness of the bulbs. Explain why.



A I



• Mentol lebih terang apabila 4 bateri digunakan secara selari./ Bulb is brighter using 4 batteries in parallel. • 4 bateri secara selari mempunyai d.g.e. yang sama seperti 2 bateri secara sesiri.



4 batteries in parallel have the same e.m.f. as 2 batteries in series.



• Rintangan dalam untuk bateri secara selari adalah rendah./ Internal resistance for batteries in parallel is low.



S A



• Arus mengalir lebih tinggi apabila 4 bateri disambungkan secara selari.



Current flow is higher when 4 batteries are connected in parallel.



(c) Rajah 7.4 menunjukkan sebuah pembakar roti yang mengandungi elemen pemanas.







Diagram 7.4 shows a toaster that contains heating element. Gegelung pemanas Heating coil











N A P



[4 markah/marks]



Rajah/Diagram 7.4



Dengan menggunakan konsep-konsep fizik, cadang dan jelaskan ciri-ciri yang sesuai bagi elemen pemanas itu untuk meningkatkan kecekapannya. By using the concepts in physics, suggest and explain suitable modification for the heating element to increase its efficiency.



Cadangan pengubahsuaian



Sebab



Suggestion of the modification



Reasons



Takat lebur yang tinggi



Tidak mudah melebur



Muatan haba tentu elemen pemanas yang rendah



Mudah menjadi panas/ suhu meningkat dengan pantas



Elemen pemanas yang bergegelung



Lebih panjang/rintangan yang tinggi/menumpukan haba



High melting point



Does not melt easily



Specific heat capacity of the heating element is low A coiled heating element



Get hot easily/ the temperature rises faster



Longer in length/high resistance/concentrate heat



Elemen pemanas yang halus



Rintangan yang tinggi



Nikrom/tungsten/wolfrum



Rintangan yang tinggi



Thin heating element



High resistance



Nichrome/tungsten/wolfrum



High resistance



[10 markah/marks]



103