ELEKTROMAGNET bab3

ELEKTROMAGNET

KESAN MAGNET BAGI KONDUKTOR YANG MEMBAWA ARUS

APAKAH ELEKTROMAGNET????????- Elektromagnet boleh dihasilkan dengan

menyalurkan arus elektrik melalui gegelung dawai yang melilit pada suatu teras besi lembut

Apabila arus melalui gegelung, ia akan menghasilkan medan magnet.

Teras besi lembut akan bertindak sebagai magnet sementara apabila arus dihidupkan.

Apabila arus dimatikan, ia akan kehilangan kesan magnetnya.

APAKAH MEDAN MAGNET??? Corak medan magnet diwakili oleh

garis medan yang menunjukkan bentuk medan .

Garis medan magnet yang rapat menunjukkan bahawa ia merupakan medan yang kuat.

Arah medan ialah arah yang ditunjukan oleh jarum kompas yang diletakkan diantara medan magnet.

Menentukan Arah Medan Medan bagi Wayar yang Membawa Arus

• Peraturan Genggaman Tangan Kanan- Ibu jari menunjukkan arah arus dan jari yang

menggenggam menunjukan arah medan

Medan Magnet daripada Arus dalam Dawai Lurus

• Jarak pemisahan antara bulatan semakin bertambah.• Medan magnet yang menghampiri dawai lebih kuat

berbanding medan magnet yang menjauhi dawai.• Kekuatan medan magnet berkurang apabila jarak dari dawai bertambah.

Medan Magnet daripada Arus dalam Gegelung Bulat

Medan Magnet daripada Arus dalam Solenoid

• Kekutuban magnet ditentukan dengan melihat pada hujung solenoid.

• Kutub utara ialah arus mengalir melawan jam.

• Kutub selatan ialah arus mengalir mengikut arah jam.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Medan Magnet Bagi sebuah Elektromagnet.

Arus yang mengalir melalui solenoid Bilangan lilitan solenoid per unit panjang solenoid. Penggunaan teras besi

APLIKASI ELEKTROMAGNET

• Loceng Elektrik- Apabila suis dihidupkan, arus mengalir melaluiSolenoid & solenoid dijadikan elektromagnet.- Plat besi lembut ditarik oleh elektromagnetMenyebabkan penukul menghentam pada Loceng & bunyi dihasilkan.- Apabila litar terputus, tiada arus mengalir Melalui solenoid.Kemagnetan solenoid pun hilang & angker besi tidak ditarik oleh solenoid..

Cuping Telinga Telefon/Pembesar Suara• Fungsi cuping telinga

telefon@pembesar suara Menukarkan isyarat elektrik kepada bunyi. Apabila isyarat elektrik yang merupakan arus yang berubah-ubah melalui Solenoid, suatu medan Magnet yang berubah-ubah Dibentuk. Medan magnet menarik Diafragma dengan daya yang berubahubah. -Ini menyebabkan diafragma bergetar

dan Suatu bunyi dihasilkan.

• KERETAPI “ MAGLEV”- Elektromagnet yang besar digunakan

dalam keretapi MAGLEV.-Elektromagnet menghasilkan daya

tolakan yang kuat untuk menolak badan keretapi sedikit jarak diatas landasan keretapi.

- Maka keretapi MAGLEV dapat bergerak dengan laju kerana mengalami

kurang geseran diantara roda dengan landasan.

DAYA BERTINDAK PADA KONDUKTOR YANG MEMBAWA ARUS DALAM MEDAN

MAGNET• Apakah yang berlaku pada konduktor

yang membawa arus dalam medan magnet???????

- Apabila suatu dawai yang membawa arus I diletak dalam suatu medan magnet, dawai itu mengalami suatu daya.

- Daya ini dihasilkan oleh kerana saling tindak di antara medan magnet

yang dihasilkan oleh arus dan yang dihasilkan oleh magnet kekal.

Bagaimana Konduktor yang membawa Arus dalam Medan Magnet Mengalami Daya?

• Daya magnet ialah daya yang ber tindak pada konduktor yang membawa arus dalam suatu medan magnet.

• Daya pada konduktor yang membawa arus disebabkan oleh gabungan dua medan magnet

a) medan magnet daripada arus elektrik dalam konduktor b)medan magnet daripada magnet kekal

• Arah daya magnet, F yang bertindak pada dawai boleh ditentukan menggunakan Petua Tangan Kiri Fleming.

a)Medan magnet kekal- Garis medan seragam dari kutub utara ke kutub selatan.

b)Medan magnet terhasil oleh konduktor membawa arus.- Garis medan membulat mengikut peraturan gengaman tangan kanan.

c) Paduan kedua-dua medan magnet apabila saling bertindih.- Dua medan bertindih menghasilkan daya paduan medan magnet yang dikenali

sebagai medan lastik.d)Bahagian atas, dua medan dalam arah yang sama dan menghasilkan medan magnet

yang kuat.e) Bahagian bawah , dua medan dalam arah yang berbeza dan menghasilkan medan

magnet yang lemah.

Faktor yang mempengaruhi magnitud daya pada

konduktor yang membawa arus dalam medan magnet.

• panjang medan magnet- Semakin panjang satu konduktor, semakin kuat

medan magnet, maka magnitud daya saling tindakan juga bertambah.

• kekuatan medan magnet.- Magnitud daya saling tindakan bertambah apabila

medan magnet bertambah.

Bagaimana motor arus terus berfungsi (motor at) ?????????

Motor arus terus ialah satu alat yang digunakan untuk menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga kinetik.

Struktur binaan arus terus.

• Komutator- melicinkan pertukaran arah pengaliran arus dalam gegelung.

• Berus karbon/grafit- dipaksa menekan sedikit kepada komutator oleh spring jadi arus dari bateri akan memasuki gegelung.

• Spring – menekan berus jadi akan selalu bersentuhan dengan komutator.

Kelajuan motor bertambah apabila….

• kekuatan medan magnet jejarian bertambah.• arus bertambah• bilangan lilitan gegelung bertambah• Luas gegelung bertambah• Melilitkan gegelung pada teras besi.

ARUHAN ELEKTROMAGNET

• Aruhan elektromagnet ialah penghasilan arus elektrik oleh perubahan medan magnet.

• Arus teraruh ini terhasil kerana wujudnya kesan gerakan relatif di antara konduktor dengan garis medan magnet.

Bagaimana arus aruhan dihasilkan ????????

• Gerakan relatif antara konduktor dengan magnet menyebabkan

- Pemotongan fluks magnet oleh dawai lurus.

- perubahan fluks magnet merangkai satu gegelung.

Pemotongan @ perubahan fluks magnat oleh dawai gegelung menyebabkan satu daya gerak elektrik (dge) teraruh dalam dawai itu.

Gerakan relatif suatu konduktor merentasi medan magnet dihasilkan dengan

a) Menggerakkan dawai lurus dengan cepat merentasi medan magnet diantara dua plat magnet.

b) gerakan relatif antara solenoid dengan magnet.

• Setiap kali dawai lurus memotong merentasi medan magnet, @ magnet kekal bergerak ke arah solenoid, arus di aruhkan di dalam gegelung and pesongan jarum galvanometer diperhatikan.

• Arus yang terhasil dikenali sebagai arus aruhan.Daya gerak elektrik yang terhasil ialah daya gerak elektrik aruhan.

Hukum Aruhan Elektromagnet

• Terdapat dua Hukum Aruhan Elektromagnet yang utama iaitu

a) Hukum Faraday b) Hukum Lenz•

Hukum Faraday• menyatakan bahawa magnitud d.g.e teraruh berkadar

langsung dengan kadar perubahan fluks magnet atau kadar pemotongan fluks magnet.

• Berdasarkan Hukum Faraday , d.g.e teraruh bertambah apabila kadar perubahan fluks magnet bertambah.

• Maka, arus aruhan akan bertambah apabila a) Magnet yang lebih kuat digunakan.b) laju gerakan relatif bertambahc) bilangan lilitan gegelung bertambahd) luas gegelung yang lebih besar digunakan.

Hukum Lenz

• menyatakan bahawa arus aruhan mengalir dalam arah yang menghasilkan tentangan pada perubahan fluks yang menghasilkannya.

• magnet digerakkan ke arah solenoid• arus aruhan menghasilkan kutub utara untuk menolak magnet yang

mendekati solenoid.

• magnet menjauhi solenoid• arus aruhan menghasilkan kutub selatan untuk

menarik magnet yang menjauhi solenoid.

Prinsip Keabadian Tenaga

• Apabila magnet @ solenoid digerakkan menentang daya ,kerja dilakukan.

• Oleh itu tenaga mekanikal ditukarkan ke tenaga elektrik.

LatihanTunjukkan arah arus aruhan apabila magnet digerakkan

pada arah yang ditunjukkan.

Penjana Arus Terus

• Dalam penjana arus terus , dua gegelang komutator separuh bertukar sentuhan dengan berus-berus karbon bagi setiap kali setengah putaran.

• Ini memastikan arus yang dibekalkan perintang ialah arus terus.

• Gegelung AB bergerak…………………, gegelung CD bergerak ………………………

• Apabila gegelung diputarkan, sisinya memotong garis medan magnet dan arus aruhan akan mengalir dalam gegelung dari…………..

• Galvanometer akan terpesong ke……………

• Sisi AB dan CD bergerak ke………………….. ke medan magnet dan tidak……………………..garis medan magnet.

• Tiada…………………………. dihasilkan pada ketika itu.

• Galvanometer akan kembali ke…………………….

Penjana Arus Ulang Alik

• Bagi penjana arus ulang alik , gelang gelincir sentiasa bersentuhan dengan berus karbon yang sama.

• Arus yang mengalir melalui perintang ialah arus ulang alik.

Perbandingan Arus Terus & Arus Ulang Alik

Soalan

• Graf menunjukkan arus ulang alik dengan magnitud yang berubah dengan masa.

a) Apakah arus puncak?b) Apakah tempoh masa arus ulang alik?c) Apakah frekuensi arus ulang alik?

TRANSFORMERApakah transformer??- Ialah satu alat yang digunakan untuk menaikkan @

menurunkan voltan arus ulang- alik.- Memindahkan tenaga elektrik dari satu litar ke litar

lain melalui aruhan elektromagnet.

Struktur Transformer Ringkas

Transformer terdiri daripada dua litar berasingan yang mempunyai pautan magnet pada satu teras besi lembut berlamina seperti dalam rajah di atas.

 (a)Litar primer terdiri daripada gegelung primer dawai bertebat yang

dibekalkan dengan beza keupayaan input daripada satu sumber arus ulang alik.

 (b)Litar sekunder terdiri daripada gegelung sekunder dawai bertebat yang

membekalkan beza keupayaan output dalam arus ulang alik.

•

Prinsip Kerja Transformer

• Prinsip transformer adalah berdasarkan aruhan saling. (a)Apabila arus ulang alik mengalir dalam gegelung primer,perubahan

fluks magnet yang sama dengan frekuensi arus ulang alik itu terhasil.

(b)Fluks magnet daripada gegelung primer ditumpukan oleh teras besi serta dihubungkan dengan gegelung sekunder.

(c)Perubahan fluks magnet itu menghasilkan d.g.e. teraruh dalam litar sekunder, menurut Hukum Faraday.

(d)Arah arus aruhan dalam transformer adalah sentiasamenentang perubahan arus yang menghasilkan arus aruhan itu, iaitu menurut Hukum Lenz.

(e)Frekuensi arus primer dan arus sekunder adalah sama.

• Terdapat dua jenis transformer, iaitu transformer injak naik dan transformer injak turun:

(a)Transformer injak naik mempunyai beza keupayaan output yang lebih tinggi daripada beza keupayaan input kerana bilangan lilitan gegelung sekunder adalah lebih tinggi daripada bilangan lilitan gegelung primer.

(b)Transformer injak turun mempunyai beza keupayaan

output yang lebih rendah daripada beza keupayaan input kerana bilangan lilitan gegelung sekunder adalah lebih rendah daripada bilangan lilitan gegelung primer

Contoh

• Rajah di atas ialah satu litar elektrik dengan sebuah transformer. Hitungkan beza keupayaan output transformer itu serta huraikan kecerahan mentol.

• • = 20 V• Beza keupayaan output ialah 20 V, maka mentol adalah malap kerana

mentol itu memerlukan 24 V untuk kecerahan biasa

Soalan

• Sebuah lampu berpendarfluor memerlukan voltan awal 12000V untuk mengionkan wap merkuri di dalamnya.Berapakah nisbah lilitan gegelung sekunder kepada lilitan primer untuk transformer yang digunakan jika voltan pada bekalan elektrik ialah 240V?

?????????

Soalan

• Satu transformer digunakan untuk menurunkan voltan bekalan elektrik daripada 240V kepada 3V untuk menyalakan satu mentol 3V.Jika bilangan lilitan gegelung primer ialah 1600 lilitan, berapakah bilangan lilitan gegelung sekunder??????????

Kecekapan Transformer

• Transformer biasanya mempunyai kecekapan yang kurang daripada 100%, iaitu kuasa outputnya kurang daripada kuada input.

• Semasa pemindahan tenaga elektrik sebahagian tenaga elektrik hilang dalam bentuk tenaga haba.

• Kecekapan = kuasa output/kuasa input x 100%

Soalan

• Satu transformer digunakan untuk menurunkan satu voltan bekalan elektrik 240V supaya menyalakan satu mentol yang berlabel 12V,2A dengan kecerahan normal.Jika arus dalam gegelung primer 0.15A, berapakah kecekapan transformer?

Soalan

• Satu transformer digunakan untuk menyalakan 2 mentol yang berlabel 12V,24w dan disusunkan secara selari.Jika voltan bekalan elektrik 240V digunakan dan kecekapan transformer ialah 96%, hitungkan

• A) bilangan lilitan sekunder jika bilangan lilitan gegelung primer ialah 900

• B) arus yang mengalir dalam gegelung primer supayaa mentol menyala dengan kecerahan normal.

Hubungan antara bilangan lilitan gegelung dengan voltan dalam transformer (Vp,Np,Vs &

Ns)• Berdasarkan Hukum Faraday : Voltan ∝ bilangan lilitan dalam gegelung V ∝ N V = kN so Vp/Np = Vs / Ns V/N = k Vp = voltan input (primer) Vs = voltan output (sekunder) Np = bilangan lilitan dalam gegelung primer Ns = bilangan lilitan dalam gegelung sekunder

•

Perbandingan & Perbezaan antara transformer injak turun & transformer injak naik

• Transformer Injak naik-Jika Ns lebih besar dari Np, jadi Vs

akan lebih besar dari Vp.

Transformer Injak Turun- Jika Ns kurang daripada Np, jadi Vs

adalah rendah daripada Vp.

Transformer Injak Naik

• Ns > Np

Vs > Vp

Transformer Injak Turun

• Ns < Np

Vs < Vp

Apakah hubungan antara kuasa output & kuasa input dalam transformer Unggul

• Transformer memindahkan kuasa elektrik dari litar primer ke litar sekunder.

• Litar primer suatu transformer akan menerima kuasa pada suatu voltan dari bekalan kuasa a.c .Transformer menghantar kuasa ini dalam voltan yang berlainan pada alat elektrik yang disambung dengan litar sekunder.

dalam transformer unggul , tiada tenaga yang hilang semasa proses penukaran voltan.

Bekalan kuasa dari = Kuasa yang gegelung primer digunakan oleh

gegelung sekunder

Kuasa Input = Kuasa Output VpIp = VsIs

Kehilangan tenaga dalam transformer

• Dalam transformer sebenar, sebahagian tenaga adalah hilang dalam bentuk haba.

• Kuasa output kurang daripada kuasa input.• Oleh itu kecekapan transformer kurang daripada

100%• kecekapan = kuasa output /kuasa input x 100%

•

Penjanaan & Penghantaran Tenaga Elektrik

• Tenaga elektrik dijanakan di stesen kuasa, dipindahkan melalui kabel jarak jauh dan diedarkan kepada pengguna.

• Sumber tenaga untuk janakuasa elektrik.

a) tenaga yang diperbaharui b) tenaga yang tidak boleh

diperbaharui

Pelbagai cara untuk menjanakuasa elektrik

• Penghasilan elektrik melalui generator.

• Generator mempunyai magnet yang besar yang dijadikan turbin.

• Apabila magnet dimasukkan kedalam gegelung wayar , elektrik akan terhasil melalui aruhan elektromagnet.

Stesen Kuasa Arang Batu

• Arang batu dipanaskan dan tenaga haba digunakan untuk menghasilkan tekanan wap yang tinggi.

• Wap dihasilkan digunakan untuk menggerakkan generator untuk menghasilkan elektrik.

• Perubahan tenaga : tenaga kimia ke tenaga haba ke tenaga kinetik dan tenaga elektrik.

Rangkaian Grid Nasional

Apakah rangkaian grid nasional??- Jaringan kabel elektrik yang

menyambungkan stesen-stesen kuasa elektrik pengguna tenaga elektrik.

- Tenaga elektrik yang dijanakan dalam stesen-stesen kuasa elektrik pada voltan 25kV dinaikkan dengan transformer injak naik kepada 132kV sebelum dihantar kepada rangkaian grid.

- Tenaga dihantar pada voltan tinggi untuk mengurangkan kehilangan kuasa sebagai tenaga haba dalam kabel.

- Di substesen penjana elektrik , voltan diturunkan dengan transformer injak turun kepada voltan yang sesuia dengan penggunaan masing-masing.