31
1 SEE 2003 Kenapa pilih kejuruteraan elektrik ? Apakah kerja seorang jurutera elektrik ? Aplikasi kejuruteraan elektrik ? Bidang-bidang kejuruteraan elektrik Communications penghantaran informasi melalui isyarat elektrik Control System megawal process fizikal menggunakan tenaga elektrik dan isyarat elektrik Power system penjanaan, penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik Signal Processing memproses isyarat yang dikesan oleh pengesan untuk memperolehi isyarat yang dikehendaki Computer systems selalu kita jumpa dalam kehidupan kita – mesin basuh, kereta, PC, etc. Electromagnetics Bidang yang melibatkan medan magnet dan elektrik, contoh magnetron dalam microwave oven Mechatronics bidang yang menggabungkan sistem mekanikal dan sistem elektronik

Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

1

SEE 2 0 0 3 Ken a pa p ilih keju ru tera a n elek tr ik ? Apa ka h ker ja s eora n g ju ru tera elek tr ik ? Ap lika s i keju ru tera a n elek tr ik ? Bida n g-b ida n g keju ru tera a n elek tr ik Com m unic at ions pen gh a n ta ra n in form a s i m ela lu i is ya ra t elek t r ik Cont ro l Sys t e m

m ega wa l p roces s fizika l m en ggu n a ka n ten a ga elek t r ik da n is ya ra t elek t r ik

Powe r s ys t e m pen ja n a a n , pen gh a n ta ra n da n pen ga gih a n ten a ga elek t r ik Signal Proc e s s ing

m em pros es is ya ra t ya n g d ikes a n oleh pen ges a n u n tu k m em peroleh i is ya ra t ya n g d ikeh en da k i

Com put e r s ys t e m s s ela lu k ita ju m pa da la m keh idu pa n k ita – m es in ba s u h , kereta , PC, etc. Ele c t rom agne t ic s

Bida n g ya n g m eliba tka n m eda n m a gn et da n elek t r ik , con toh m a gn etron da la m m icrowa ve oven

Me c hat ron ic s b ida n g ya n g m en gga bu n gka n s is tem m eka n ika l da n s is tem elek t ron ik

Page 2: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

2

Un it pen gu ku ra n Sebelu m pen yera ga m a n du a s is tem u ta m a : En glis h da n m etr ic e.g. MKS CGS SI J is im Slu g Kilogra m gra m Pa n ja n g Ya rd Meter cen t im eter Da ya pou n d n ewton dyn e Su h u fa h ren h eit cels iu s cen t igra de Ten a ga jou le dyn e–cen t im eter jou le Ma s a s econ d s econ d s econ d Pen yera ga m a n a da la h per lu – s a lin g h u bu n g d i a n ta ra ju ru tera / s a in t is d i du n ia .

1960 SI (In tern a t ion a l Sys tem of Un its ) d ipers etu ju i s edu n ia As w e go on m ore un i t s w i l l be in t rod uced e .g . vol t , a m p ere , Wa t t e t c

Page 3: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

3

SI p refix d igu n a ka n u n tu k n om bor ya n g bes a r da n kecil

Fakt or pe ngkali Pre fix Sym bol/ abbre viat ion 10 -1 8 a t to a 10 -1 5 fem to f 10 -1 2 Pico p 10 -9 Na n o n 10 -6 Micro µ 10 -3 Milli m 1 10 3 Kilo k 10 6 Mega M 10 9 Giga G 10 1 2 Tera T 10 1 5 peta P 10 1 8 exa E

e.g. 0 .001 jou le = 1 m J 100 ,000 m eter = 100 km 0 .0000001 s econ d = 0 .1 µs You m us t k now h ow t o us e ca lcu la t or t o ch a nge t o t h es e p re fixes

Page 4: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

4

Ca s (Ch a rge) Ku a n t it i a s a s da la m lita r elek tr ik ia la h ca s

ca s pos it ive p roton da n n ega t ive elek tron Un it SI: cou lom b (C) Pergera ka n ca s (elek tron ) m en gh a s ilka n a ru s (cu rren t) Ta p i a ru s d ika itka n den ga n pergera ka n ca s pos it ive Æ da la m lita r

elek tr ik , a ra h a ru s ia la h pergera ka n ca s pos it if (ber la wa n a n den ga n pergera ka n elek tron )

Da la m 1 C ca s n ega t if m en ga n du n gi 6 .242 x 10 18 elek tron

Ca s u n tu k s a tu elek tron ia la h ???? Perp in da h a n ten a ga d i da la m lita r d ila ku ka n m ela lu i perp in da h a n ca s Ten a ga d ip in da h ka n da n d itu ka rka n ke ben tu k ya n g bergu n a , e.g. h a ba , bu n yi, ca h a ya etc. Ten a ga t ida k boleh d im u s n a h ka n da n d icip ta .

Page 5: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

5

Aru s (Cu rren t) Ka da r peru ba h a n ca s pos it if den ga n m a s a m ela lu i t it ik x den ga n a ra h d itu n ju kka n d ita k r ifka n s eba ga i a ru s m ela lu i t it ik x SI u n it : a m pere (A) J ika ka da r peru ba h a n a da la h kon s ta n t (m a la r ), 1 C ca s a ka n m ela lu i t it ik x da la m m a s a 1 s a a t jika a ru s 1 A m en ga lir Bera pa ka h b ila n ga n elek tron ya n g m elin ta s i t it ik x ?

i

X

pergera ka n elek tron

dtdq

i =

pen ga lir

Page 6: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

6

Eg. Eg.2

q q

t t

i

t

q

t

i

t

i

t

I1

I2

E lek tron bergera k da r i k ir i ke ka n a n m en gh a s ilka n a ru s 1 m A. Apa ka h n ila i a ru s I1 da n I2 ?

Page 7: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

7

Eg. 3 J ika q(t ) = 0 .01s in (200 t), da pa tka n u n gka pa n u n tu k a ru s . J en is a ru s :

a ru s teru s , a t (d irect cu r ren t , dc) – a ru s ya n g t ida k beru ba h den ga n m a s a

a ru s u la n g–a lik , a u (a ltern a t in g cu r ren t , a c) a ru s beru ba h s eca ra s in u s oida l den ga n m a s a

Page 8: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

8

volta n (volta ge) Bila m eru ju k kepa da volta n h a ru s a da t anda po larit i . Volta n m en gu ku r ju m la h ten a ga ya n g d ip in da h ka n ke a ta u da r i elem en X ba gi s et ia p cou lom b ca s ya n g m en ga lir m ela lu in ya

dqdw

v = 1 volt = I jou le/ cou lom b

J ika ten a ga 1 joule d iper lu ka n u n tu k m en ggera kka n 1 C ca s pos it if da r i term in a l a ke term in a l b m ela lu i elem en X, k ita ka ta ka n perbeza a n volta n d i a n ta ra a da n b ia la h 1 vo lt . Term in a l a d ika ta ka n 1 V leb ih pos it if da r i b (ta n da ‘+’ pa da a da n ‘–‘ pa da b )

a

b

i

elem en X

a

b

+ 5 V _

Vba =

Va b = a

b

- -5 V

+

Va b = 5V Vba = -5V

Page 9: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

9

The principle of cons ervation of energy – ten a ga t ida k boleh d im u s n a h ka n a ta u d ih a s ilka n , a pa ka h ter ja d i kepa da ten a ga ya n g d ip in da h ka n ? Ku a s a (Power) Ku a s a ba gi s a tu -s a tu elem en ia la h h a s il da ra b volta n m er in ta n gin ya da n a ru s ya n g m ela lu in ya . i = ka da r peru ba h a n ca s = dq/ d t v = ten a ga ya n g d ip in da h ka n ke elem en X ba gi s et ia p cou lom b = dw/ dq Oleh itu h a s il da ra b volta n da n a ru s

+ v1 _

_ v2 +

v1 = 2 V, v2 = ??

Page 10: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

10

p = dtdw

dqdw

dtdq =⋅ = ka da r peru ba h a n ten a ga den ga n m a s a

SI u n it ia la h wa t t (W) Ba ga im a n a u n tu k k ita m en geta h u i s a m a da ku a s a d is era p a ta u d ibeka lka n ? Gu n a ka n ‘pas s ive s ign c onve nt ion ’ u n tu k m en da pa tka n ku a s a ya n g d is era p oleh elem en X

Dega n a ra h a ru s da n pola r it i volta n s eper t i ya n g d itu n ju kka n , ku a s a ya n g d is era p oleh elem en X

p = v i

+ v _

i

X

e.g. jika v = 5 V da n i = 2 A, ku a s a ya n g d is era p oleh X ia la h p = v i = 5 x 2 = 10 W

jika v = -5 V da n i = 2 A ku a s a ya n g d is era p oleh X

ia la h p = v i = (-5 ) x 2 = -10 W Î kuas a dibe kalkan o le h X

Page 11: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

11

Eg. Da pa tka n ku a s a u n tu k elem en ber iku t : Principle of Cons ervation of Energy : Da la m s et ia p ra n gka ia n lita r elek tr ik ju m la h ku a s a ya n g dis e rap m e nyam ai jum lah kuas a yang dibe kalkan .

+ va _

ia

va = 12 V ia = 2 A

+ vb _

ib

vb = 12 V ib = 1 A

_ vc +

ic

vc = 12 V ic = –3 A

Page 12: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

12

Ten a ga (En ergy) Ku a s a ia la h ka da r peru ba h a n ten a ga p = dw/ d t ∴ten a ga ya n g d ip in da h ka n d ia n ta ra t 1 da n t 2 ia la h

∫=2t

1tdt)t(pw

SI u n it : jou le a ta u wa t ts econ d J ika p (t ) = P (n ila i m a la r ) ,

w = P(t 2–t 1)

Un it ten a ga ju ga d iber i oleh : wa t th ou r (Wh ) k ilowa t th ou r (kWh )

e .g. 1 J ika la m pu 60 W s en t ia s a h idu p u n tu k s a tu bu la n , bera pa kWh ten a ga ya n g d igu n a ka n ? w = (60 x 24 x 30 )/ 1000 = 43 .2 kWh

d igu n a ka n oleh pem beka l ten a ga u n tu k m en yu ka t ten a ga d igu n a ka n oleh pen ggu n a

Page 13: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

13

J ika ta r if TNB a da la h s eper t i ber iku t : For the first 200 units per month sen/ kWh 21.8 For the next 800 units per month sen/ kWh 25.8 For each addit ional units per month sen/ kWh 27.8 Ba ya ra n ya n g d iken a ka n ia la h 43 .2 x 0 .218 = RM9.41 Eg. 2 Da pa tka n ten a ga ya n g d ip in da h ka n ke elem en Y da r i t =0 ke t = ∞ p = 24e-t W ∴ ten a ga da r i t = 0 ke t = ∞

[ ] J24e24dte24w 0t

0t

t =−==∞−

=

−∫

+ v(t ) –

i(t ) v(t ) = 12 V i(t ) = 2e–t A

Page 14: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

14

Ele m e n Lit ar (c irc uit e le m e nt s ) Lita r elek tr ik terd ir i da r i s a lin gh u bu n g (in tercon n ect ion ) elem en –elem en lita r Seca ra a m du a jen is elem en lita r : Ak t if - elem en ya n g be rke bo le han m em beka lka n ten a ga con toh : s u m ber volta n a ta u a ru s , gen era tor , ba ter i Pa s if - elem en t idak bo le h m em beka lka n ten a ga per in ta n g, in du k tor , ka pa s itor

du a elem en in i berkeboleh a n m en yim pa n ten a ga

Ele m e n akt if 1) Su m ber beba s

s u m ber volta n s u m ber a ru s 2 ) Su m ber bers a n da r (s u m ber terka wa l) s u m ber volta n

s u m ber volta n terka wa l a ru s s u m ber volta n terka wa l volta n s u m ber a ru s s u m ber a ru s terka wa l volta n s u m ber a ru s terka wa l a ru s

Ele m e n pas if p er in ta n g pera ru h pem u a t

m en yera p ten a ga

Page 15: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

15

Elem en Akt if Su m ber beba s

Su m ber volta n

Su m ber a ru s

• Su m ber volta n idea l: m en ga s ilka n volta n Vs beba s da r i a ru s ya n g m en ga lir m ela lu in ya . Volta n m er in ta n gin ya a da la h beba s da r i a ru s ya n g m ela lu in ya

• Aru s m ela lu in ya berga n tu n g kepa da lita r ya n g d is a m bu n g kepa da n ya

+ –

Vs

• Su m ber a ru s idea l: m en ga s ilka n a ru s Is beba s da r i volta n m er in ta n gin ya . Aru s m ela lu in ya a da la h beba s da r i volta n m er in ta n gin ya

• Volta n m er in ta n gin ya berga n tu n g kepa da lita r ya n g d is a m bu n g kepa da n ya

Is

Page 16: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

16

• Su m ber p ra k t ika l (s u m ber s eben a r): m em pu n ya i h a d ku a s a ya n g boleh d ibeka lka n .

p = vi jika v teta p , i Æ ∞ , p Æ ∞ t ida k wu ju d !

• Da la m kea da a n n orm a l, s et ia p s u m ber m em beka lka n ku a s a TETAPI

da la m kea da a n ter ten tu ia boleh m eyera p ku a s a . e.g. ba t tery ch a rgin g circu it – d im a n a ba ter i d i ca s m en ggu n a ka n lita r pen geca s da n a ru s m a s u k ke term in a l ‘+’ beter i.

• Su m ber idea l (u n ggu l) d igu n a ka n u n tu k m em u da h ka n a n a lis is . Su m ber bers a n da r Men gh a s ilka n a ru s a ta u volta n ya n g d iten tu ka n oleh volta n da n a ru s pa da ba h a gia n la in lita r . Ba n ya k a ka n d iju m pa i da la m m odel lita r elek tron ik

Page 17: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

17

+ −

+ vx −

v = µvx

s u m ber volta n terka wa l volta n

s u m ber volta n terka wa l a ru s

Page 18: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

18

i = βix ix

s u m ber a ru s terka wa l a ru s

s u m ber a ru s terka wa l volta n

Page 19: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

19

Da pa tka n Io da la m lita r d i a ta s .

+ −

2A

- 6V + Ix

- 12V +

9A 8 Ix

11A

+ −

4V

+ 6V -

+ −

10V

3A 8A

3

1 2 Io

Page 20: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

20

Elem en pa s if Set ia p ba h a n m em pu n ya i s ifa t ya n g cu ba m en gh a la n g pen ga lira n a ru s – s ifa t in i d iken a li s eba ga i rin t angan Rin ta n ga n berga n tu n g kepa da geom etr i ba h a n da n jen is ba h a n ya n g d igu n a ka n .

pela n gga ra n elek tron den ga n a tom ba h a n m en gu ra n gka n kela ju a n pergera ka n elek tron , oleh itu m en gu ra n gka n dq/ d t – m en gh a s ilka n h a ba – m en gh a s ilka n ‘r in ta n ga n ’ – s et ia p ba h a n m em pu n ya i ρ ya n g berbeza

L

A AL

R ρ=

Page 21: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

21

Ma ter ia l Ker in ta n ga n (res is t ivity), ρ ( ) Pengalir (cond uctors ) Alu m in iu m Copper S ilver Gold Nich rom e

2 .73 x 10 –8 1 .72 x 10 –8 1 .63 x 10 –8 1 .12 x 10 –8

S epara pengalir (s em icond uctors ) S ilicon

10 –5 ∼ 1

Penebat Ka ca Teflon

1 x 10 12

1 x 10 19 E lem en lita r u n tu k m en gh a s ilka n r in ta n ga n kea ta s pen ga lira n a ru s in i d iken a li pe rin t ang Per in ta n g (res is tor )

+ v –

i

Page 22: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

22

Hu ku m Oh m (Oh m ’s la w) 1827 oleh Georg Sim on Oh m :

Volta n m er in ta n gi per in ta n g (v) a da la h berka da r teru s den ga n a ru s m ela lu in ya (i). Pem a la r ka da ra n (con s ta n t of p ropor t ion a lity) in i d iken a li s eba ga i r in ta n ga n (res is ta n ce)

v ∝ i

v = Ri

SI u n it :

Rx =∆v/ ∆ix Ry = ∆v/ ∆iy Rx > Ry

v

i

x y

∆v

∆ix

∆iy

Page 23: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

23

R = 0 R = ∞ (in fin it i) J en is per in ta n g: a ) teta p (fixed )

b ) Boleh u ba h (va r ia b le)

poten t iom eter rh eos ta t

i ∴ v = 0 Æ R = 0 / i = 0 Lita r p in ta s (s h or t circu it )

+ v = 0 −

a

b

∴ i = 0 Æ R = v/ 0 = ∞ Lita r bu ka (open circu it )

i = 0

+ v −

a

b

Page 24: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

24

Kod wa rn a (color cod in g) Per in ta n g kecil gu n a ka n kod wa rn a (cod e cod ing) u n tu k m em pa m erka n n ila i r in ta n gn ya :

a

b

c

a

b

=

a

c

a b c d e

a : d igit per ta m a b : d igit kedu a c: ku a s a kepa da 10 a ta u pen gka li d : tolera n s i e: pera tu s ros a k u n tu k

1000 ja m opera s i

Page 25: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

25

Kea lira n (con du cta n ce) u n it SI : s iem en s (S) e.g. Apa ka h r in ta n ga n u n tu k pen ga lir copper den ga n jeja r i 1 .025 x 10 -3 m da n pa n ja n g 100 m ? Un tu k jeja r i ya n g s a m a ka ca m em pu n ya i r in ta n ga n ya n g s a m a jila L = 0 .0000000000000000001716 m

AL

Rc ρ= Ω=×

×= −− 052.0

103.3

101072.1 6

8

( ) 2623 m103.310025.1A −− ×=×π=

am0.1716101

)103.3(052.0ARL 12

6g =

××=

ρ=

R1

vi

G ==defin a s i:

Page 26: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

26

Den ga n pa n ja n g 10 m , ka ca m em pu n ya i r in ta n ga n

= 3030303030303030303 .03 Ω Pen gira a n Ku a s a u n tu k r in ta n ga n

Men ggu n a ka n pa s ive s ign con ven t ion , ku a s a ya n g d is era p oleh per in ta n g

p = vi Men ggu n a ka n h u ku m oh m ,

v = iR i = v/ R

p = (iR)i = i2R

+ v – i

AL

Rg ρ= Ω=×

×= − E 3.03103.3

10101 6

12

Rv

Rv

vp2

=

=

Page 27: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

27

e.g. Da pa tka n R da n Vs jika ku a s a d is era p oleh R ia la h 1 .6 m W

0 .4 m A R

+ Vs −

Page 28: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

28

Da pa tka n R da n I jika ku a s a d is era p oleh R ia la h 0 .25 W

12 V R − +

I

Page 29: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

29

Elem en lita r la in ya n g bercir i r in ta n ga n

a ) va r is tor – n ila i r in ta n ga n beru ba h den ga n volta n b ) Th erm is tor – n ila i r in ta n ga n beru ba h den ga n s u h u

Page 30: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

30

Nod, Cabang dan Ge lung Sa lin gh u bu n g a n ta ra elem en –elem en lita r m em ben tu k ra n gka ia n lita r . Ra n gka ia n lita r berbeza a n ta ra s a tu den ga n la in berga n tu n g kepa da ba ga im a n a elem en –elem en d is a m bu n g a ta u t opo logi ra n gka ia n ters ebu t . Ses u a tu ra n gka ia n lita r b ia s a n ya m en ga n du n gi, n od , ca ba n g, da n gelu n g Nod: Tit ik pen ya m bu n ga n 2 a ta u leb ih elem en lita r

R5

+ −

+ −

R2 R1

R3

R4

I1

V2

V1

Page 31: Asas Kejuruteraan Elektrik-nota1

31

Gelu n g: La lu a n ter tu tu p lita r ta n pa m ela lu i n od leb ih da r i s a tu ka li Ca ba n g: Ba h a gia n lita r ya n g m en ga n du n gi s a tu elem en lita r den ga n n od d i

kedu a h u ju n gn ya