8.0 keelektromagnetan

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 1
BAB 3 KEELEKTROMAGNETAN
3.1 Kesan medan magnet pada suatu konduktor pembawa arus
Istilah-istilah
Besi lembut
 Medan magnet ialah kawasan di sekitar satu magnet atau satu
konduktor yang membawa arus di mana satu daya magnet akan
bertindak pada suatu bahan magnet. Medan magnet terdiri
daripada garis magnet atau fluks magnet.
 Arah medan magnet adalah arah daya magnet yang bertindak
pada kutub utara yang bergerak dalam medan magnet itu.
 Teras besi lembut ialah teras besi tulen.
Elektromagnet Elektromagnet adalah magnet yang terhasil apabila satu teras besi
lembut dililitkan dengan gegelung dawai bertebat dan arus
mengalir melalui gegelung dawai bertebat tersebut.
Aktiviti: Mengkaji corak dan arah medan magnet
 Apabila arus mengalir melalui suatu konduktor, suatu medan magnet dihasilkan di
sekeliling konduktor itu.
 Corak medan magnet yang terhasil bergantung kepada bentuk konduktor. Corak
medan magnet diwakili oleh garis medan magnet.
 Semakin rapat garis-garis medan magnet menunjukkan semakin tinggi kekuatan
medan magnet yang diterbentuk.
 Arah medan magnet bergantung kepada arah arus yang mengalir dalam konduktor
itu. Arah medan magnet yang terhasil ini dapat ditunjukkan oleh arah pesongan
jarum kompas yang diletakkan di sekitar konduktor itu.
 Bagi konduktor dawai lurus, arah medan magnet ditentukan menggunakan Petua
genggaman tangan kanan.
Petua genggaman tangan kanan
Arah arus
Arah medan
magnet
Gegelung dawai
Arus Arus
Teras besi
lembut

(a) Corak dan arah medan magnet pada dawai lurus
Pandangan atas corak medan
magnet pada dawai lurus
Dawai lurus membawa arus
 Corak medan magnet yang terhasil pada dawai lurus yang membawa arus ialah
bulatan-bulatan sepusat.
 Arah medan magnet yang terhasil bergantung kepada arah arus yang mengalir.
Jika arah arus disongsangkan, maka arah medan magnet juga disongsangkan.
Lukis garis medan magnet dan arah pesongan jarum kompas yang diletakkan di
sekeliling dawai membawa arus di bawah.
Simbol bermaksud konduktor mengalirkan arus ............................. satah kertas.
Simbol bermaksud konduktor yang mengalirkan arus ................................
daripada satah kertas.
Arah medan
magnet, B
B

(b) Corak dan arah medan magnet pada gegelung bulat
 Corak dan arah medan magnet gegelung bulat ditunjukkan pada rajah di bawah.
 Garis medan magnet di bahagian tengah-tengah gegelung merupakan laris lurus.
Pandangan atas corak medan magnet
pada gegelung bulat
Lukis garis medan magnet dan arah medan magnet yang terhasil pada gegelung bulat
membawa arus.
(c) Corak dan arah medan magnet pada solenoid
Corak medan magnet pada solenoid
 Solenoid ialah satu gegelung dawai yang dililitkan pada arah yang sama dalam
bentuk silinder.
 Corak medan magnet yang dihasilkan oleh solenoid serupa dengan corak medan
magnet bar.
 Kekutuban medan yang dihasilkan oleh solenoid dapat ditentukan dengan
mengenggam solenoid dengan tangan kanan supaya jari-jari melengkung
mengikut arah pengaliran arus. Arah ibu jari menuju ke kutub utara solenoid.
Garis medan magnetGegelung membulat
Garis medan
magnet
Arah arus
Arah kutub utara (N) solenoid

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan medan magnet bagi suatu elektromagnet
 Bilangan lilitan solenoid
Semakin bertambah bilangan lilitan solenoid, semakin bertambah kekuatan
medan magnet yang dihasilkan.
 Magnitud arus yang mengalir
Semakin bertambah magnitud arus yang mengalir, semakin bertambah kekuatan
 Ketebalan dawai
Semakin bertambah ketebalan dawai solenoid, semakin bertambah kekuatan
 Bentuk teras besi
Menggunakan teras besi lembut berbentuk U.
 Menggunakan teras besi lembut
Kekuatan medan magnet yang dihasilkan akan bertambah apabila solenoid
dililitkan pada suatu teras besi lembut.
Eksperimen: Mengkaji faktor yang mempengaruhi kekuatan elektromagnet
Inferens : .................................................................................................................................
Hipotesis: .................................................................................................................................
Tujuan : ....................................................................................................................................
Pemboleh ubah:
(i) Yang dimanipulasikan : ..........................................................
(ii) Yang bergerak balas : ..........................................................
(iii) Yang dimalarkan : ..........................................................
Senarai radas dan bahan : .....................................................................................................
...................................................................................................................................................
Susunan radas:

Prosedur:
1. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Penjadualan data:
Analisis data:
Kesimpulan:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................

Aplikasi elektromagnet
(1) Loceng elektrik  Apabila suis ditekan, litar
dilengkapkan.
 Arus mengalir dalam solenoid dan
teras besi lembut .............................
 Angker besi lembut ...........................
oleh teras besi lembut yang menjadi
....................................
 Pemukul ditarik bersama kemudian
....................... loceng dan
menghasilkan ...........................
 Sentuhan dengan skru pelaras
terbuka dan litar ..............................
 Apabila litar ........................., teras
besi hilang ..........................................
 Kepingan spring menarik angker
besi kembali, litar ............................
semula.
 Proses ini berulang dan
menghasilkan bunyi loceng tanpa
henti.
(2) Geganti Magnetik  Geganti magnet bertindak sebagai
satu suis yang menggunakan arus
kecil untuk menghidup atau
mematikan satu litar lain yang
menggunakan arus yang besar.
 Apabila suis 1 ditekan, arus
....................... melalui gegelung
solenoid dalam litar input.
 Teras besi lembut
.................................. dan angker besi
lembut .......................... menyebabkan
sesentuh ..........................
 Litar luar dilengkapkan dan alatan
elektrik pada litar luar dihidupkan.
Litar luar
Suis 1
Sesentuh
Angker besi
lembut
Elektromagnet Litar input
Loceng
Skru
pelaras
Angker besi
lembut
Pemukul
Suis
Elektromagnet
Bateri

Cuping Telinga Telefon  Kesan magnet yang terhasil sentiasa
menarik diafragma besi lembut yang
dipasang dihadapan teras besi
lembut itu.
 Apabila seseorang bercakap melalui
mikrofon telefon, tenaga bunyi
ditukarkan kepada arus elektrik yang
berubah-ubah.
 Apabila arus berubah-ubah itu
..................................... melalui
solenoid, arus ini akan menghasilkan
....................................... yang
berubah-ubah kekuatannya.
 Diafragma akan .........................
akibat tarikan yang berubah-ubah
oleh medan mangnet dengan
mengikut frekuensi bunyi tertentu.
 Getaran diafragma menyebabkan
zarah-zarah udara dihadapan
......................... dan ..............................
dan menghasilkan bunyi.
(4) Alat pemutus litar (5) Kren elektromagnet
Teras besi lembut
Diafragma
besi lembut
Magnet kekal
Butang reset
Sesentuh
Angker besi
lembut
Elektromagnet

3.2 Daya ke atas konduktor pembawa arus dalam suatu medan magnet.
Apa yang berlaku
kepada suatu
konduktor pembawa
arus dalam suatu
medan magnet?
 Suatu konduktor pembawa arus elektrik menghasilkan
medan magnet di sekelilingnya.
 Jika konduktor pembawa arus elektrik berada dalam satu
medan magnet yang lain, suatu daya akan bertindak ke
atas konduktor tersebut.
 Arah daya yang bertindak boleh ditentukan dengan Petua
Tangan Kiri Fleming.
Petua Tangan Kiri
Fleming
Aktiviti 3.2: Mengkaji daya ke atas konduktor pembawa arus dalam suatu medan
magnet
Prosedur:
1. Hidupkan suis dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod kuprum pendek.
2. Terbalikkan terminal bateri dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod
kuprum pendek.
3. Terbalikkan arah medan magnet dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod
kuprum.
Dawai bergerak ke atas
Arah daya, F
Arah arus, I
Arah medan magnet, B
I
B
F
Bateri
Suis
Rod kuprum

Pemerhatian: Tentukan arah arus mengalir pada rod kuprum pendek, arah medan
magnet dan arah daya yang bertindak.
Kesimpulan:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Bagaimana konduktor pembawa arus dalam medan magnet mengalami daya?
 Magnet kekal mempunyai medan magnet yang seragam dan selari.
(a) Medan magnet pada magnet kekal
 Konduktor membawa arus menghasilkan medan magnet di sekelilingnya.
(b) Medan magnet pada konduktor membawa arus elektrik
N S
N
S
N
S
S
N
S
N

 Kedua-dua medan magnet ini berinteraksi dan menghasilkan satu medan magnet
paduan yang dinamakan medan lastik (catapult field).
 Di bahagian atas konduktor, garis-garis medan magnet kekal dan medan magnet
konduktor adalah dalam arah yang sama. Ini menyebabkan medan magnet di
bahagian atas konduktor menjadi lebih kuat.
 Di bahagian bawah konduktor, garis-garis medan magnet kekal dan medan
magnet konduktor dalam arah yang bertentangan. Ini menyebabkan medan
magnet di bahagian bawah konduktor menjadi lebih lemah.
 Perbezaan kekuatan medan magnet di bahagian atas dan bawah ini menyebabkan
satu daya paduan dihasilkan. Daya paduan ini akan menyebabkan konduktor
ditolak dari kawasan medan magnet yang kuat ke kawasan medan magnet yang
lebih lemah.
Lukiskan medan lastik dan tentukan arah daya tolakan yang dihasilkan dalam rajah di
bawah.
(1) (2)
(3) (4)
N S SN
(a) Medan magnet konduktor berada
dalam medan magnet kekal
(b) Medan lastik (catapult field)
Daya tolakan
N S
N S S N
N S

Faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud daya yang bertindak
ke atas konduktor membawa arus dalam suatu medan magnet.
 Magnitud daya yang bertindak ke atas konduktor membawa arus dalam medan
magnet bergantung kepada:
(a) Magnitud arus yang mengalir melalui konduktor.
(b) Kekuatan medan magnet kekal.
 Semakin besar arus melalui konduktor dalam medan magnet kekal, semakin
besar daya yang bertindak ke atasnya.
 Semakin kuat medan magnet kekal, semakin besar daya yang bertindak ke atas
konduktor membawa arus yang berada di dalam medan magnet itu.
 Faktor lain yang mempengaruhi magnitud daya yang bertindak ke atas konduktor
membawa arus dalam medan magnet ialah luas keratan rentas konduktor itu.
Semakin besar luas keratan rentas konduktor, semakin besar daya yang bertindak
ke atasnya. Ini adalah kerana konduktor dengan luas keratan rentas yang besar
mempunyai rintangan yang kecil, dan dengan itu menyebabkan arus yang lebih
besar mengalir melaluinya.
Bagaimana gegelung membawa arus dalam medan magnet mengalami daya putaran?
 Apabila arus terus mengalir melalui gegelung seperti rajah di atas, satu daya
bertindak ke bawah pada sisi AB, dan satu daya bertindak ke atas pada sisi CD.
 Arah daya-daya yang bertindak ini boleh ditentukan dengan Petua tangan kiri
Fleming.
 Kesan daripada kedua-dua daya yang bertindak menghasilkan daya putaran yang
menyebabkan gegelung berputar arah jam.
Contoh: Lukiskan garis-garis medan lastik dan seterusnya tentukan arah putaran
gegelung dalam rajah di bawah.
Berus karbon
Komutator
D
C
B
A
N S

Prinsip cara kerja Motor arus terus
 Apabila arus terus mengalir melalui
gegelung, daya ke atas bertindak
pada sisi AB dan satu daya ke bawah
bertindak pada sisi CD.
 Daya putaran menyebabkan gegelung
itu berputar mengikut arah jam.
 Apabila gegelung segiempat itu
berputar ke kedudukan menegak,
pengaliran arus melaluinya akan
terputus seketika.
 Ini kerana pada kedudukan menegak,
berus karbon tidak menyentuh
komutator.
 Gegelung terus berputar mengikut
arah jam kerana inersianya.
 Putaran gegelung berterusan
menyebabkan kedudukan komutator
tertukar, lalu menukar arah arus yang
mengalir melalui gegelung.
 Dengan arah arus disongsangkan,
arah daya yang bertindak ke atas sisi
AB dan CD turut disongsangkan.
 Ini membolehkan gegelung terus
berputar dalam arah yang sama iaitu
mengikut arah jam.
 Apabila gegelung segiempat itu
berputar ke kedudukan menegak
semula, pengaliran arus melaluinya
akan terputus tetapi gegelung terus
berputar mengikut arah jam kerana
inersianya.
 Setiap kali gegelung melalui
kedudukan menegak, arah arus
melalui gegelung disongsangkan
oleh saling pertukaran sentuhan
antara komutator dengan berus
karbon membolehkan gegelung
sentiasa berputar pada arah yang
sama.
A
B C
D
A
B
C
D
A
B
C
D
A
B
C
D

Faktor-faktor yang mempengaruhi kelajuan putaran motor elektrik
Faktor-faktor Kelajuan putaran motor elektrik
Menggunakan arus yang lebih besar
Menggunakan magnet yang lebih kuat
Meningkatkan bilangan gegelung dawai
Meningkatkan diameter dawai gegelung
a
Latihan 3.2: Daya ke atas konduktor pembawa arus dalam suatu medan magnet.
(1) Rajah menunjukkan susunan radas
yang digunakan untuk mengkaji
kesan medan magnet terhadap rod
kuprum yang membawa arus elektrik.
(a) Pada rajah, tanda dan labelkan
dengan B arah medan magnet.
(b) Apabila suis dihidupkan, rod
kuprum itu diperhatikan bergolek di
atas landasan kuprum. Pada rajah
(i) Tanda dan labelkan dengan I
arah aliran arus dalam rod
kuprum itu.
(ii) Tanda dan label dengan F arah
gerakan rod kuprum itu.
(c) Terangkan bagaimana gerakan rod
kuprum itu dihasilkan.
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
(2) Apakah yang dimaksudkan dengan medan lastik.
Dengan bantuan gambar rajah terangkan bagaimanakah medan lastik terhasil?

3.3 Aruhan elektromagnet
Apakah itu aruhan elektromagnet?
 Aruhan elektromagnet adalah penghasilan daya gerak elektrik (d.g.e) aruhan
dalam satu konduktor apabila terdapat perubahan fluks magnet kesan daripada
gerakan relatif antara konduktor dan medan magnet.
 Daya gerak elektrik (d.g.e) aruhan yang terhasil akan mewujudkan arus aruhan
yang mengalir dalam konduktor tersebut.
Aktiviti : Mengkaji bagaimana aruhan elektromagnet dihasilkan.
 Aruhan elektromagnet dihasilkan dengan melakukan gerakan relatif antara
konduktor dan medan magnet.
 Gerakan relatif suatu konduktor merentasi satu medan magnet dilakukan dengan:
(1) Mengerakkan dengan cepat satu konduktor lurus ke dalam satu medan
magnet atau sebaliknya.
Pemerhatian:
........................................... antara rod kuprum dan magnet kekal secara
berserenjang menyebabkan jarum galvanometer itu ..............................
Wayar penyambung
Rod kuprum
Magnadur magnet
Galvanometer

(2) Mengerakkan magnet kekal ke dalam suatu solenoid atau sebaliknya.
Pemerhatian:
Apabila magnet bar digerakkan ke .................................. suatu solenoid, jarum
galvanometer terpesong ke satu sisi.
Apabila magnet bar ........................... di dalam solenoid, jarum galvanometer
kembali ke kedudukan asal.
Apabila magnet bar digerakkan ke .......................... dari solenoid itu, jarum
galvanometer terpesong ke sisi yang satu lagi.
Kesimpulan:
Aruhan elektromagnet akan terhasil apabila terdapat ................................................
antara konduktor elektrik dan magnet kekal.
Bagaimanakah menentukan arah pengaliran arus aruhan?
(1) Arah arus aruhan dalam suatu konduktor lurus yang digerakkan secara tegak
kepada suatu medan magnet dapat ditentukan dengan menggunakan Petua
Tangan Kanan Fleming.
S
Galvanometer
Arah gerakan
Arah arus
aruhan
Arah medan
magnet
Arah
Gerakan
Arah arus
aruhan
S
Galvanometer
U
S

(2) Arah arus aruhan dalam suatu solenoid yang disebabkan oleh gerakan relatif
dengan suatu magnet bar dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Lenz.
 Apabila kutub utara magnet digerakkan ke dalam solenoid, arus aruhan yang
terhasil dalam solenoid mengubahkan gegelung itu menjadi sebuah
elektromagnet dengan kutub utara solenoid menghadapi kutub utara magnet, dan
dengan itu menentang perubahan fluks magnet yang menghasilkannya.
 Apabila kutub utara magnet ditarik keluar daripada solenoid, arus aruhan yang
terhasil dalam solenoid mengubahkan solenoid itu menjadi sebuah elektromagnet
dengan kutub selatan solenoid menghadapi kutub utara magnet, dan dengan itu
menentang perubahan fluks magnet yang menghasilkannya.
 Arah arus teraruh yang mengalir melalui solenoid dapat ditentukan dengan
menggunakan petua genggaman tangan kanan setelah kekutuban hujung
solenoid ditentukan dengan menggunakan hukum Lenz.
Hukum Lenz:
Menyatakan bahawa arus aruhan yang terhasil sentiasa mengalir pada
arah yang menentang perubahan fluks magnet yang menghasilkannya.
Galvanometer
N S
N
Galvanometer
N S
S

Langkah penentuan arah arus aruhan dalam satu solenoid (gegelung):
Langkah 1 : Tentukan kutub solenoid yang terhasil daripada arah gerakan relatif yang
dilakukan.
Langkah 2 : Tentukan arah arus aruhan yang mengalir dalam gegelung dengan
menggunakan tangan kanan seperti ini:
Tentukan arah arus aruhan yang mengalir dalam gegelung dan arah pesongan jarum
galvanometer.
(1) (2)
(3) (4)
Arus Arus
(Kutub solenoid)
0
NS
0
NS
0
N S
0
N S

Faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud arus aruhan
 Apabila d.g.e aruhan dalam suatu konduktor bertambah, arus aruhan yang
mengalir melalui konduktor juga akan bertambah.
 Menurut hukum Faraday:
(a) Semakin bertambah bilangan lilitan pada gegelung, semakin bertambah arus
aruhan yang mengalir dalam konduktor itu.
 Magnet bar dilepaskan pada ketinggian yang sama.
 Bilangan lilitan gegelung yang lebih banyak menyebabkan kadar perubahan fluks
magnet bertambah, maka magnitud arus aruhan yang terhasil turut bertambah.
 Pesongan jarum galvanometer bertambah menunjukkan arus aruhan yang
terhasil bertambah.
2400 lilitan1200 lilitan
00
Galvanometer
N
S
S
S
N
S
Hukum Faraday:
Menyatakan bahawa magnitud d.g.e aruhan yang mengalir dalam suatu
konduktor adalah berkadar secara langsung dengan kadar perubahan
fluks magnet.

(b) Semakin bertambah laju gerakan relatif antara konduktor dan medan magnet,
semakin bertambah arus aruhan yang mengalir dalam konduktor itu.
 Bilangan lilitan dalam kedua-dua gegelung adalah sama.
 Ketinggian magnet bar yang berbeza sebelum dilepaskan ke dalam gegelung
menyebabkan kelajuan magnet bar semasa memasuki gegelung turut berbeza.
 Ketinggian magnet bar yang dilepaskan pada ketinggian yang lebih tinggi
menghasilkan magnitud laju gerakan relatif antara magnet bar dan gegelung
bertambah.
terhasil bertambah.
1200 lilitan1200 lilitan
00
Galvanometer
N
N
S
S
S
S

(c) Semakin bertambah kekuatan medan magnet, semakin bertambah arus aruhan
yang mengalir dalam konduktor itu.
 Ketinggian magnet bar dan bilangan lilitan adalah sama.
 Mangnet bar yang lebih kuat menyebabkan perubahan fluks magnet bertambah,
maka magnitud arus aruhan yang terhasil turut bertambah.
terhasil bertambah.
Aplikasi aruhan elektromagnet
Penjana arus terus (a.t)
Direct current generator (DC)
Penjana arus ulang – alik (a.u)
Alternating current generator (AC)
1200 lilitan
00
Galvanometer
S
N
S
N
S
S
1200 lilitan
Gegelung
Berus karbon
Gelang
gelincir
Gegelung
Berus karbon
Komutator

Prinsip kerja penjana arus terus (d.c generator)
 Pada kedudukan menegak, gegelung
bergerak selari dengan medan
magnet dan tidak memotong fluks
magnet.
 Oleh itu d.g.e dan arus aruhan adalah
sifar.
 Apabila gegelung berputar dari
kedudukan menegak ke kedudukan
mengufuk, d,g,e dan arus aruhan
dalam gegelung bertambah dari sifar
ke nilai maksimum.
 Apabila gegelung berputar ke
kedudukan menegak semula, nilai
d.g.e dan arus aruhan berubah dari
nilai maksimum ke sifar.
 Pada kedudukan ini, arus yang
melalui gegelung adalah sifar.
 Apabila gegelung melalui kedudukan
mengufuk, arus aruhan dalam
gegelung mengalir dalam arah yang
bertentangan.
 Kedudukan komutator bertukar dan
dengan itu arus dalam litar luar akan
sentiasa mengalir dalam arah yang
sama.
Arus
Sudut putaran0
Arus
Sudut putaran900
Arus
Sudut putaran90 1800 270
Arus
Sudut putaran90 1800

Prinsip kerja penjana arus ulang-alik (a.c generator)
 Pada kedudukan menegak, gegelung
bergerak selari dengan medan dan
dengan itu tidak memotong fluks
magnet.
 D.g.e dan arus aruhan adalah sifar.
 Apabila gegelung berputar dari
kedudukan menegak ke kedudukan
mengufuk, d.g.e dan arus aruhan
dalam gegelung bertambah dari sifar
ke nilai maksimum.
 Apabila gegelung berputar ke
kedudukan menegak semula, nilai d.g.e
dan arus aruhan berubah dari nilai
maksimum ke sifar.
 Maka, pada kedudukan ini, arus yang
melalui gegelung adalah sifar.
 Apabila gegelung melalui kedudukan
mengufuknya, arus aruhan dalam
gegelung akan mengalir dalam arah
yang bertentangan.
 Arus dalam litar luar mengalir dalam
arah yang bertentang.
Arus
Sudut putaran0
Arus
Sudut putaran900
Arus
Sudut putaran90 1800
Arus
Sudut putaran90 1800 270

Perbandingan antara arus terus dan arus ulang alik
Arus terus (a.t) Arus ulang – alik (a.u)
Lukiskan corak arus yang diperhatikan menggunakan Osiloskop Sinar Katod (OSK)
Arah arus terus adalah tetap Arah arus ulang – alik berubah-ubah
Arus terus tidak boleh melalui kapasitor. Arus ulang – alik boleh melalui kapasitor.
OSK OSK
Sumber
arus terus
Sumber arus
ulang – alik
Kapasitor Kapasitor
Perintang Perintang
Sumber arus terus Sumber arus ulang - alik

Latihan 3.3 Aruhan electromagnet.
1. Rajah menunjukkan sebuah dinamo basikal. Dinamo terdiri daripada sebuah
magnet kekal yang berputar, teras besi lembut dan satu gegelung tetap.
Apabila magnet berputar, arus aruhan dihasilkan.
(a) Apakah yang dimaksudkan dengan aruhan elektromagnet?
………………………………………………………………………………………………
Rajah (i) Rajah (ii)
(b) Rajah (i) dan Rajah (ii) menunjukkan satu magnet bar dijatuhkan dari satu
ketinggian tertentu seterusnya melalui satu gegelung. Gerakan relatif
antara magnet dan gegelung menghasilkan satu arus aruhan yang
disebabkan perubahan medan magnet berlaku.
Bandingkan;
(i) Gerakan relatif antara magnet dengan gegelung.
……………………………………………………………………………………
(ii) Bilangan lilitan gegelung.
……………………………………………………………………………………
(iii) Arus aruhan yang dihasilkan.
……………………………………………………………………………………
Magnet
Gegelung
Teras besi lembut

(c) Nyatakan hubungan antara bilangan lilitan gegelung dengan,
(i) Magnitud perubahan medan magnet
...……………………………………………………………………………………
(ii) Magnitud arus aruhan.
...……………………………………………………………………………………
(d) Rajah menunjukkan sebuah penjana a.t.
(i) Terangkan bagaimana sebuah penjana a.t berfungsi untuk
menghasilkan arus terus.
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
(ii) Lukiskan graf arus-masa untuk menerangkan jawapan anda.
N S
G
Gegelung berputar

3.4 Transformer
Transformer ialah alat yang digunakan untuk menaikkan dan menurunkan voltan arus
ulang-alik.
Transformer digunakan
dalam peralatan elektrik
Transformer yang
digunakan oleh TNB
Transformer digunakan
dalam sebuah adapter
Struktur sebuah transformer Simbol transformer
 Struktur transformer ringkas terdiri daripada dua gegelung dawai yang dililit pada
teras besi lembut.
 Gegelung yang disambung kepada bekalan kuasa arus ulang-alik disebut
gegelung primer (primary coil).
 Gegelung yang disambungkan kepada beban disebut gegelung sekunder
(secondary coil).
 Teras besi lembut berfungsi memindahkan fluks magnet yang berubah-ubah dari
gegelung primer kepada gegelung sekunder.
Prinsip kerja sebuah transformer
 Prinsip kerja sebuah transformer adalah melibatkan kelektromagnetan dan prinsip
aruhan elektromagnet.
 Apabila arus ulang-alik dengan voltan input, Vp dialirkan melalui gegelung primer,
suatu medan magnet yang berubah-ubah dihasilkan di sekeliling gegelung primer.
 Teras besi lembut dimagnetkan dan memindahkan medan magnet yang berubah-
ubah ini kepada gegelung sekunder.
 Fluks magnet yang berubah-ubah ini dipotong oleh gegelung sekunder, dengan itu
menghasilkan d.g.e aruhan dalam gegelung sekunder.
 D.ge aruhan yang terhasil dalam gegelung sekunder membolehkan satu arus ulang
alik dengan voltan output, Vs mengalir melalui beban yang disambung merentasi
gegelung sekunder.
 Magnitud voltan output, Vs bergantung kepada nisbah bilangan gegelung primer dan
bilangan gegelung sekunder.
 Transformer bekerja menggunakan arus ulang-alik (a.u).
 Jika arus terus (a.t) digunakan, medan magnet yang terhasil pada gegelung primer
adalah tetap. Maka tiada aruhan elektromagnet berlaku pada gegelung sekunder.
Gegelung primer
240 V a.u 12V
Voltan input Voltan output
Gegelung sekunder
Teras besi lembut

Jenis-jenis transformer
Transformer injak naik Transformer injak turun
 Transformer injak naik digunakan
untuk menaikkan nilai voltan.
 Transformer injak turun digunakan untuk
menurunkan nilai voltan.
 Bilangan lilitan gegelung sekunder
lebih besar daripada bilangan lilitan
gegelung primer. (Ns > Np).
 Bilangan lilitan gegelung sekunder lebih
kecil daripada bilangan lilitan gegelung
primer. (Ns < Np).
 Voltan output, Vs lebih besar daripada
voltan input, Vp. (Vs > Vp).
 Voltan output, Vs lebih kecil daripada
voltan input, Vp. (Vs < Vp).
 Arus output, Is lebih kecil daripada
arus input, Ip. (Is < Ip).
 Arus output, Is lebih besar daripada arus
input, Ip. (Is > Ip).
Aktiviti 3.4: Membina transformer ringkas
Prosedur:
(1) Lilitkan gegelung primer dan gegelung sekunder masing-masing dengan 50 lilitan
dan 25 lilitan dengan dawai bertebat.
(2) Hidupkan bekalan arus ulang-alik 1 V dan perhatikan kecerahan mentol X dan Y.
(3) Ulangi aktiviti dengan menukarkan kedudukan teras besi itu supaya gegelung
primer dan gegelung sekunder masing-masing mempunyai 25 lilitan dan 50 lilitan
dawai bertebat.
Pemerhatian:
Jenis transformer
Bilangan lilitan Kecerahan mentol
Gegelung
primer
Gegelung
sekunder
X Y
Transformer injak naik
Transformer injak turun
a
VsNp NsVp Np Ns Vs Vp

Hubungan antara bilangan lilitan gegelung primer (Np), bilangan lilitan gegelung
sekunder (Ns), voltan primer (Vp) dan voltan sekunder (Vs).
inputVoltan
outputVoltan
primergegelunglilitanBilangan
sekundergegelunglilitanBilangan

p
s
p
s
V
V
N
N

Contoh 1: Tentukan voltan output.
Penyelesaian:
Contoh 2: Tentukan voltan output.
Penyelesaian:
Hubungan antara kuasa output dan kuasa input dalam suatu transformer unggul
 Sebuah transformer memindahkan tenaga elektrik dari gegelung primer kepada
gegelung sekunder.
 Kuasa input yang diterima dari bekalan kuasa arus ulang-alik akan dipindahkan
dari gegelung primer kepada gegelung sekunder.
 Dalam suatu transformer unggul, tiada kehilangan tenaga berlaku.
 Sebuah transformer adalah 100 % cekap jika kuasa output transformer itu sama
dengan kuasa inputnya.
Kuasa input = Kuasa output
Kehilangan tenaga dalam suatu transformer
 Bagi suatu transformer secara praktikalnya akan mengalami kehilangan
sebahagian kecil tenaga terutamanya dalam bentuk tenaga haba.
 Kuasa output akan lebih rendah berbanding kuasa input.
 Maka, kecekapan transformer kurang daripada 100%.
Bekalan
kuasa a.u
Peralatan
elektrikKuasa input Kuasa output
Vp Ip = Vs Is

Kecekapan sebuah transformer
Kecekapan transformer = %100
inputKuasa
outputKuasa

= %100
IV
IV
pp
ss

Punca kehilangan tenaga dalam
transformer
Cara meningkatkan kecekapan
transformer
(1) Kesan pemanasan arus dalam
gegelung
 Tenaga haba dihasilkan dalam
gegelung semasa arus mengalir
melaluinya.
Menggunakan dawai berintangan rendah
sebagai gegelung primer dan sekunder.
 Dawai kuprum biasanya digunakan.
 Dawai kuprum dapat menggurangkan
penghasilkan tenaga haba dalam
gegelung.
(2) Kesan pemanasan arus pusar yang
teraruh dalam teras besi
 Arus pusar (eddy current) diaruhkan
dalam teras besi apabila berlaku
pemotongan fluks medan magnet
oleh konduktor.
 Arus pusar menyebabkan teras besi
menjadi panas.
Menggunakan teras besi berlamina
(berlapis).
 Menggurangkan penjanaan arus
pusar.
 Maka tenaga haba yang dihasilkan
dapat dikurangkan.
(3) Kemagnetan teras besi
 Tenaga digunakan untuk
memagnetkan dan
menyahmagnetkan teras besi setiap
kali arus ulang alik bertukar arahnya.
Menggunakan teras diperbuat daripada
teras besi lembut
 Besi lembut digunakan kerana besi
lembut mudah dimagnetkan dan
dinyahmagnetkan.
(4) Kebocoran fluks magnet
 Sebahagian fluks magnet yang
dihasilkan dalam gegelung primer
tidak dipautkan dengan gegelung
sekunder.
 Kebocoran fluks magnet
menggurangkan d.g.e aruhan dalam
gegelung sekunder.
Menggunakan bentuk teras besi yang
direka khas.
 Reka bentuk teras besi
tertentu membolehkan
fluks magnet yang
maksimum dipautkan
antara gegelung primer
dan sekunder.
 Melilitkan gegelung primer dan
gegelung sekunder lebih rapat antara
satu sama lain
Kuasa
input
Kuasa
Output
Kuasa
hilang

Latihan 3.4 : Transformer
(1) Sebuah transformer mempunyai
bilangan lilitan gegelung primer dan
sekunder masing-masing ialah 50
lilitan dan 250 lilitan. Jika voltan input
ialah 12 V a.u., berapakah voltan
outputnya?
(2) Sebuah transformer yang unggul
mempunyai bilangan lilitan gegelung
primer dan sekunder masing-masing
2400 lilitan dan 100 lilitan. Jika arus
yang mengalir dalam gegelung
sekunder ialah 5.0 A dan voltan input
240 V , Berapakah
(a) Voltan output?
(b) Arus primer?
(3) Sebuah transformer mengubahkan
beza keupayaan suatu arus ulang-alik
daripada 240 V kepada 6 V. Jika
bilangan lilitan gegelung sekunder
ialah 160, berapakah bilangan lilitan
gegelung primer?
(4) Voltan input dan voltan output sebuah
transformer unggul adalah 240 V a.u.
dan 12 V a.u. masing-masing. Jika arus
primer transformer adalah 5A,
berapakah arus sekundernya?
(5) Sebuah transformer unggul dapat
mengurangkan arus yang mengalir dari
1.1 A kepada 0.3 A. Jika voltan input
adalah 240 V a.u. berapakah voltan
output?
(6) Voltan pada gegelung primer sebuah
transformer adalah 220 V. Arus
primernya ialah 5A manakala arus
sekundernya adalah 2A. Jika
transformer itu cekap 80%, berapakah
voltan output pada gegelung
sekundernya?

(7) Gegelung primer sebuah transformer
dikenakan beza keupayaan 240 V a.u.
dan didapati voltan outputnya ialah 12
V a.u.
(a) Jika bilangan lilitan gegelung
sekunder ialah 200 lilitan,
berapakah bilangan lilitan
gegelung primer?
(b) Jika sebuah mentol 12V, 48 W
disambung merentasi gegelung
sekunder, berapakah arus
mengalir melalui mentol.
(c) Jika arus mengalir melalui
gegelung primer ialah 0.3 A,
berapakah kecekapan transformer.
(8) Jika bilangan lilitan gegelung primer dan gegelung
sekunder adalah 2000 dan 100 masing-masing dan
voltan input adalah 240 V a.u, tentukan kuasa yang
terhasil pada perintang 6? [anggapkan kecekapan
transformer adalah 100%]
(9) Bekalan 240 V a.u. dari sesalur
diturunkan menjadi 12 V a.u. dengan
sebuah transformer. Output ini
digunakan untuk menghidupkan lima
lampu 12V, 24W yang disambungkan
selari. Jika arus melalui gegelung
primer adalah adalah 0.6 A,
berapakah kecekapan transformer itu.
(10) Sebuah transformer mempunyai
kecekapan 80%. Gegelung primer
transfomer itu disambungkan ke
bekalan 240V. Jika kuasa outputnya
adalah 480 W, berapakah nilai arus
input?

3.5 Penjanaan dan penghantaran elektrik
Tenaga elektrik dijana di stesen-stesen janakuasa elektrik dan dihantar melalui
rangkaian kabel yang panjang ke seluruh negara untuk diagihkan kepada pengguna
akhir.
Sumber tenaga yang digunakan untuk menjana elektrik
 Sumber tenaga yang digunakan untuk menjana tenaga elektrik ialah seperti:
Sumber tenaga yang tidak boleh
diperbaharui
Sumber tenaga yang boleh
diperbaharui
A
Kepentingan sumber tenaga yang boleh diperbaharui.
 Bahan api fosil seperti minyak petroleum mentah, arang batu, gas asli masih
merupakan sumber tenaga utama dalam proses penjanaan elektrik.
 Bahan api fosil tidak kekal selamanya. Apabila habis digunakan, bahan api fosil
tidak dapat digantikan atau diperbaharui.
 Bahan api nuklear juga merupakan sumber tenaga yang tidak boleh diperbaharui.
Walau bagaimanapun, bahan api nuklear dapat kekal lebih lama berbanding bahan
api fosil.
 Untuk mengelak krisis tenaga, sumber tenaga yang boleh diperbaharui perlu
dieksplotasi sebaik mungkin dengan menjalankan proses penyelidikan dan
pembangunan (R&D) seterusnya dikomesialkan.
 Antara sumber tenaga yang boleh diperbaharui yang kini digunakan ialah kuasa
hidro, tenaga solar, kuasa geoterma, kuasa angin dan biojisim.
Penjanaan
tenaga elektrik
Penghantaran
tenaga elektrik
Pengagihan
tenaga elektrik
Stesen janakuasa
Transformer
injak turun
Transformer
injak naik
Kabel penghantaran

Penjanaan tenaga elektrik
 Tenaga elektrik dijana dengan menggunakan penjana elektrik atau dinamo yang
besar.
 Rotor dinamo (magnet) diputarkan oleh turbin stim atau turbin air yang disambung
kepadanya.
 Apabila magnet besar berputar dalam kawasan gegelung dawai pada sebuah
penjana, maka terhasil aruhan elektromagnet.
 Loji-loji penjanaan tenaga elektrik di Malaysia ialah loji kuasa stim dan logi kuasa
hidro (air).
Loji kuasa stim
 Dalam loji kuasa stim, bahan api seperti diesel, arang batu, gas asli atau biojisim
dibakar untuk mendidihkan air yang seterusnya menghasilkan stim bertekanan
tinggi.
 Stim bertekanan tinggi itu kemudiannya digunakan untuk memutarkan turbin
yang disambung kepada rotor sebuah penjana.
 Contoh-contoh sumber tenaga yang digunakan dalam logi kuasa stim:
Sumber tenaga arang batu
Sumber tenaga geoterma
Saluran
stim Turbin
Penjana
Kabel penghantaran
Transformer injak naik
Dandang
Arang
batu
Turbin Penjana
Kondenser
Geoterma bumi
Stim
Air
Kabel penghantaran

Logi kuasa hidro
 Empangan yang dibina bagi menakung air dalam kuantiti yang banyak.
 Air yang mengalir dengan kelajuan yang sangat tinggi pada aras yang rendah
digunakan untuk memutarkan turbin air yang disambung kepada sebuah penjana.
 Apabila magnet dalam penjana berputar dalam kawasan gegelung, maka aruhan
elektromagnet terhasil.
Sumber tenaga hidro
Logi kuasa nuklear
 Dalam logi kuasa nuklear, tenaga haba yang dihasilkan daripada proses
pembelahan nukleus uranium digunakan untuk memanaskan air supaya dapat
menghasilkan stim pada tekanan yang amat tinggi.
 Stim bertekanan tinggi itu digunakan untuk memutarkan turbin yang disambung
dengan sebuah penjana.
 Apabila magnet dalam penjana berputar dalam kawasan gegelung dawai, maka
aruhan elektromagnet terhasil.
Sumber tenaga nuklear
Empangan
Penjana
Transformer
Turbin
Penjana
Turbin
Saluran stim
Sumber
uranium
Reaktor nuklear
Air

Penghantaran tenaga elektrik
Model penghantaran tenaga elektrik
 Apabila bekalan kuasa dihidupkan, lampu pada “stesen kuasa” akan menyala
dengan terang manakala lampu pada “pengguna” menyala dengan malap.
 Pemerhatian dari model ini menunjukkan wujud kehilangan tenaga dalam kuantiti
yang kecil dalam bentuk tenaga haba semasa proses penghantaran.
 Kehilangan tenaga semasa penghantaran adalah disebabkan oleh rintangan
elektrik dalam kabel penghantaran. Jika arus, I mengalir melalui kabel berintangan
R semasa t saat, kehilangan tenaga, E yang disebabkan rintangan dalam kabel
diukur dengan menggunakan formula berikut:
RtIE 2
hilang,Tenaga
 Pengukuran kehilangan kuasa, P diukur menggunakan formula :
RIP 2
hilang,Kuasa
 Persamaan RtIE 2
 menunjukkan bahawa tenaga elektrik yang hilang semasa
penghantaran adalah:
(a) Berkadar langsung dengan kuasa dua arus yang mengalir melalui kabel.
(b) Berkadar terus dengan rintangan kabel.
(c) Berkadar terus dengan tempoh pengaliran arus melalui kabel.
 Kehilangan tenaga semasa penghantaran tenaga elektrik dapat dikurangkan
dengan:
(a) Mengurangkan arus yang mengalir melalui kabel.
(b) Menggunakan kabel berintangan rendah seperti aluminium dan kuprum.
(c) Menghantar tenaga elektrik pada voltan yang tinggi bagi mengurangkan nilai
arus mengalir melalui kabel.
 Peningkatan nilai voltan di stesen janakuasa elektrik dilakukan dengan
menggunakan transformer injak naik dan penurunan voltan pada proses
pengagihan tenaga elektrik dilakukan dengan menggunakan transformer injak
turun.
Kabel penghantaran
Transformer
injak turun
Transformer
injak naik
Bekalan kuasa a.u

Contoh 1: Kuasa elektrik dari sebuah stesen kuasa dihantar ke sebuah bandar melalui
kabel kuasa berintangan 50 . Jika stesen kuasa itu menjanakan 8 MW kuasa,
hitungkan kehilangan kuasa dalam kabel jika kuasa dihantar dengan
(a) Voltan 80 kV (b) Voltan 400 kV
Contoh 2: Cari nilai kehilangan kuasa dalam suatu kabel penghantaran apabila 20 kW
kuasa elektrik dihantar melalui kabel berintangan 1.5  apabila
(a) 200 V (b) 10 kV
Rangkaian Grid Nasional
33 kV
Industri
berat
Industri ringan
Pejabat/
bangunan
komersialTaman
perumahan
Rumah
240 V 450 V
11 kV
Stesen kuasa
11 kV - 33 kV

 Rangkaian grid nasional ialah satu sistem kabel elektrik yang menyambungkan
stesen-stesen kuasa di seluruh negara untuk membekalkan tenaga elektrik
kepada pengguna di seluruh negara.
SISTEM GRID NASIONAL DI SEMENANJUNG MALAYSIA
 Di Malaysia, tenaga elektrik dijanakan pada voltan 11 kV hingga 33 kV. Voltan
tenaga elektrik yang dijanakan itu kemudiannya dinaikkan dengan menggunakan
transformer injak naik sehingga 132 kV sebelum ia dihantar melalui kabel grid.
 Voltan yang amat tinggi dari kabel grid akan diturunkan secara berperingkat-
peringkat di substesen-substesen transformer injak turun untuk pengagihan
tenaga elektrik ke kawasan-kawasan tertentu.
Kepentingan rangkaian grid nasional
(a) Menjamin bekalan kuasa elektrik yang berterusan dan mencukupi.
Rangkaian grid nasional menjamin bekalan kuasa elektrik berterusan dan
mencukupi apabila penjana elektrik atau kabel penghantaran sesuatu kawasan
mengalami kerosakan. Kawasan yang mengalami kerosakan penjana atau kabel
penghantaran mampu ditanggung oleh penjana lain melalui kabel penghantaran
lain dalam sistem grid.
(b) Kos penghasilan kuasa elektrik dapat dioptimumkan.
Penjanaan kuasa elektrik dapat dikawal dan diselaraskan mengikut keperluan
pada waktu-waktu tertentu. Semasa waktu keperluan rendah, misalnya pada
waktu tengah malam, sesetengah penjana boleh dihentikan untuk menjimatkan
kos bahan api dan dengan itu ia dapat mengurangkan kos penjanaan secara
keseluruhannya.

8.0 keelektromagnetan

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to 8.0 keelektromagnetan

Similar to 8.0 keelektromagnetan (20)

More from MrHan Physics

More from MrHan Physics (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

8.0 keelektromagnetan