Docstoc

07 Isi Pengajaran Topik 8-9

Document Sample
07 Isi Pengajaran Topik 8-9 Powered By Docstoc
					                                                       SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



 TOPIK 8         Gerakan Planet Dan Satelit



Sinopsis

Planet bergerak di sekelilingi matahari dan satelit (semulajadi atau buatan
manusia) bergerak disekelilingi planet. Gerakan jasad-jasad semawi dalam orbit
masing-masing adalah tertakluk kepada daya-daya yang bertindak di antara
jasad-jasad tersebut. Dalam bahagian ini, anda akan mengkaji gerakan jasad-
jasad semawi melalui hukum-hukum Kepler untuk menerangkan kejadian-
kejadian yang berlaku disekeling anda akibat pergerakan-pergerakan tersebut.


Hasil Pembelajaran

    1.   Menerangkan hukum-hukum Kepler
    2.   Membincangkan medan graviti dan hukum kegravitian semesta Newton
    3.   Menunjukkan pergerakan planet dan satelit
    4.   Membincangkan berat dan tanpa berat


 Gambaran Keseluruhan



                                                     Gerakan Planet
                                                       dan Satelit


                  Hukum-hukum     Kegravitian                Gerakan Planet          Berat dan
                     Kepler        Semesta                     dan Satelit          Tanpa Berat


  Hukum Kepler    Hukum Kepler   Hukum Kepler        Kejadian Siang     Gerakan
                                                                                   Medan Graviti
    Pertama          Kedua          Ketiga            dan Malam        Rerograde



                 Rajah 8.1 Gambarajah Keseluruhan Isi Kandungan


8.1 Hukum-hukum Kepler

Planet-planet mengelilingi matahari adalah dalam gerakan berbentuk elips
dengan matahari sebagai satu fokusnya. Paksi putaran hampir kesemua planet
dan satelit adalah berserenjang dengan satah ecliptic. Hampir semua planet
bergerak dalam arah yang sama. Pada tahun Johannes Kepler mencadangkan
tiga hukum untuk gerakan planet .

                                                20
                                                   SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




                  Rajah 8.2 Orbit planet mengelilingi matahari

Hukum-hukum Kepler

Hukum Kepler Pertama (1609)
  • Orbit planet mengelilingi satu bintang adalah elips dengan bintang pada
     satu fokus.




                                bintang




Hukum Kepler ke 2 (1609):


                                                             Planet




                             Matahari


         Paling                                                           Paling
         pantas                           Pusat                           perlahan

                        Jarak                     Jarak
                        Perihelion                Aphelion




                       Rajah 8.3 Hukum Kepler kedua
                                           21
                                                SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Menyatakan bahawa satu garisan yang menyambung satu planet dan
bintangnya mencangkupi kawasan yang sama dalam sela masa yang sama.
Apabila planet beredar di dalam orbit elipsnya, jaraknya daripada matahari akan
berubah-ubah. Luas yang sama dilalui pada sebarang tempoh masa kerana
jarak daripada planet ke bintang yang di orbitnya berubah.

Supaya ia dapat mencakupi luas yang sama, halaju planet sentiasa berubah-
ubah, dan lajunya bertambah atau berkurang mengikut kedudukannya daripada
matahari. Oleh itu, planet bergerak paling pantas semasa di kawasan perihelion
dan paling perlahan di kawasan aphelion (Hukum keabadian momentum sudut).




                          Berhampiran peihelion, dalam 30
                          hari sebuah planet mengcakumi
                          satu luas yang pendek tapi lebar




                          Berhampiran aphelion, dalam 30
                          hari sebuah planet mengcakumi
                          satu luas yang panjang tapi sempit




     Rajah 8.4 Luas yang dicakupi dalam tempoh 30 hari adalah sama




                                          22
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Hukum Kepler Ketiga (1618)

Hukum ini menyatakan nisbah kuasa dua tempoh sebarang 2 planet yang
beredar mengelilingi matahari adalah sama dengan nisbah kuasa tiga jarak
purata mereka daripada matahari.

       Kuasa dua tempoh 2 planet mengeliingi
       matahari berkadar dengan kuasa tiga           Tp2 ~ a3 ................(i)
       jarak purata dari matahari
       Maka

       Jika 2 planet mempunyai tempoh Ta and                2           3
                                                       Ta   ra 
       Tb dan jarak purata ra and rb                     
                                                      T   r 
                                                       b  b
                                                     ..............................(ii)
            di mana
            T = tempoh perbintangan objek dalam tahun
            a = paksi semi major objek (dalam AU)

Persamaan (i) menunjukkan kuasadua tempoh perbintangan (sidereal period)
planet yang mengorbit, Tp adalah berkadaran dengan kuasatiga paksi semi-
major orbit, a

Oleh itu, bukan sahaja panjang orbit meningkat dengan jarak, laju orbit juga
berkurang, supaya peningkatan tempoh perbintangan adalah lebih daripada
berkadaran.

8.2 Kegravitian semesta

Newton meramalkan bahawa daya yang menarik dua jasad semawi (contohnya
planet dan matahari) adalah sama dengan daya yang menarik objek ke bumi.
                                M
                                                 m



                                        R

Sekiranya dua jasad dipisahkan dengan jarak R, daya graviti F yang bertindak
antara dua jasad berjisim M dan m, dan yang dipisahkan oleh jarak R adalah




      di mana: G adalah pemalar graviti (G = 6.67 x 10-11 m3/kg s2)

Hubungan d antara F, G, M, m dan R2 dinamakan Hukum Kegravitian Semesta

                                       23
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



8.3 Menggunakan hukum kegravitian semesta Newton

   (1) Daripada Hukum Kegravitian Semesta Newton dan Hukum Kepler kita
       boleh mencari perkaitan antara halaju jasad v, jisim M dan jejari R jasad
       tersebut

              Hukum kegravitian
              semesta
              Hukum Newton

              Jika F1 = F2, maka



                                                    ……..(i)


       Ini menunjukkan bahawa bagi gerakan jasad dalam suatu orbit, halaju
       jasad v akan bertambah apabila jejari orbit R adalah kecil.

   (2) Daripada Hukum Kepler ketiga

              Hukum Kepler Ketiga


              Tetapi k = malar
                       =
              Maka



8.4 Gerakan planet dan satelit

Satelit adalah mana-mana objek yang mengorbit bumi, matahari dan mana-mana
jasad semawi. Ia boleh dikategorikan sebagai satelit semulajadi atau satelit
buatan manusia. Contoh satelit semulajadi adalah bulan, planet dan komet,
sementara satelit buatan manusia adalah seperti yang dilancarkan ke angkasa
lepas bagi tujuan komunikasi, kajian saintifik, kaji cuaca dan sebagainya.

Satelit kadangkala mengorbit dalam laluan yang dipanggil elips . Dalam kes
sebegini jasad utama terletak di pusat elips.




                                      24
                                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Kejadian siang dan malam

Daripada pergerakan planet-planet mengelilingi matahari, fikirkan bagaimana
siang dan malam.


                                                 Bumi
                      matahari terbit                       matahari jatuh




                                                                                     ufuk

                matahari                                                             matahari

                TIMUR                                                                BARAT
                (matahari                                                            (matahari
                terbit)                                                              jatuh)



                    Gerakan ketara satu daripada ‘bintang petang-pagi’



                                             Rajah 8.5

Gerakan ketara planet-planet yang orbitnya lebih besar daripada bumi gerakan
songsangan (retrograde motion)

                                                  Latarbelakang bintang

                                Timur                                        Barat




                                        Marikh




                                                                      Bumi

                                                        Matahari




                     Rajah 8.6 Gerakan ketara planet yang orbitnya
                     lebih besar daripada orbit bumi




                                                   25
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Kadangkala satu objek di langit kelihatan bergerak ke belakang dibandingkan
dengan pergerakan system. Ia di katakan dalam keadaan gerakan sonsangan
(retrograde motion). Satu contoh yang paling lazim adalah dalam system suria di
mana planet Marikh bergerak secara ketara ke barat (biasanya ke timur) pada
kedudukan 3-5 pada rajah di atas. Hal ini berlaku kerana Marikh mempunyai
orbit yang lebih besar daripada bumi, maka bergerak lebih perlahan pada
orbitnya.

Kedua-dua planet sedang bergerak ke timur, tetapi oleh kerana bumi bergerak
lebih laju pada orbitnya, pada satu kedudukan ia kelihatan seperti memotong
Marikh. Jika berlatarbelakangkan bintang, Marikh akan kelihatan semakin
perlahan, kemudian pegun dan kemudian bergerak pada arah bertentangan.

Hal ini akan berlaku selama beberapa bulan sehingga ia kembali kepada
pergerakan asalnya ke timur (kedudukan 6-7).


8.5 Berat dan tanpa berat


Tanpa berat adalah satu sensasi yang dialami oleh sesorang individu bila tiada
objek menyentuh, menolak atau menariknya. Tiada daya-daya sentuhan yang
bertindak kekatasnya. Contohnya adalah bila anda jatuh bebas, satu-satu daya
yang bertindak ke atas anda adalah graviti (daya bukan sentuhan) Daya graviti
tidak boleh dirasai, maka anda akan merasa seakan-akan kehilangan berat.

Contoh lain adalah apabila anda berada di taman-taman tema. Sekiranya anda
menaiki roller coaster dan tiba-tiba rasa terangkat daripada tempat duduk anda,
ini menunjukkan tiada sentuhan berlaku antara anda dan kerusi, kerana tidak
ada daya normal bertindak ke atas anda. Satu-satu daya yang bertindak ke atas
anda adalah daya graviti. Dalam hal ini, anda akan berasa kehilangan berat.

Oleh itu, jika berat merujuk kepada daya tarikan graviti ke bumi, maka
kehilangan berat pula bermaksud sesorang itu masih menerima daya tarikan
graviti bumi, bukan hilang beratnya. Angkasawan biasanya mengalami sensasi
tanpa berat di angkasa lepas.

Graviti sifar selalu digunakan sebagai sinonim tanpa berat, tanpa berat dalam
orbit bukan graviti yang disingkir atau berkurang dengan nyata.


8.6 Medan graviti

Medan graviti adalah model yang digunakan dalam bidang fizik untuk
menerangkan bagaimana graviti wujud di alam semesta. Mengikut konsep asal,
graviti adalah daya antara titik jisim jisim.

                                      26
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




         Dari F = ma, daya graviti       daya graviti, Fg = mg
         Maka medan graviti, g

         Dari rumus,



                                            =
         Maka medan graviti, g


        Persamaan            menunjukkan bahawa medan graviti, g semakin
         berkurang apabila jarak titik daripada jisim, R semakin jauh.

8.7 Contoh soalan dan latihan

1. Galileo menjumpai 4 bulan Jupiter. Io, yang diukurnya adalah 4.2 unit
   daripada pusat, mempunyai tempoh 1.8 hari. Dia mengukur jejari orbit
   Ganymede sebagai 10.7 unit. Gunakan Hukum Kepler yang ke 3 untuk
   mencari tempoh Ganymede.

2.    Matahari mempunyai jisim 2x1030 kg, dan berjarak 1.5x108 km, manakala
     jisim Bulan adalah 7.35x1022 kg, dan 3.8x105 km jauhnya. Yang manakah
     menghasilkan pengaruh graviti yang lebih kuat ke atas bumi?
     A. Matahari
     B. Bulan
     C. Mereka adalah lebih kurang sama.
     D. Tidak berkenaan

3. Bulan Jupiter yang keempat, Callisto, mempunyai tempoh 16.7 hari. Cari
   jarak daripada Jupiter menggunakan unit yang sama digunakan Galileo


4. Satu satelit berjarak 225 km daripada permukaan bumi. Apakah halaju
    orbitnya?
   (radius of Earth, RE = 6.37 x 106 m, mass of Earth, ME = 5.98 x 1024 kg,
   G = 6.67 x 10-11 N-m2/kg2

5. Jika Bumi dua kali lebih besar tetapi sama saiz, apa akan jadi kepada g?

8.8 Rujukan

http://www.physicsclassroom.com/Class/circles/u6l4d.cfm


                                       27
                                                  SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




  TOPIK 9          Fizik Dalam Muzik


Sinopsis

Bunyi ada disekeliling kita. Dalam bahagian ini, anda akan dapat membezakan
bunyi melalui keamatan dan frekuensinya yang membezakan bunyi dari segi
kekuatan dan kenyaringannya. Selain itu, anda juga dapat mengkaji fenomena
resonans dan kejadian-kejadian yang berlaku akibatnya. Perbezaan kualiti bunyi
oleh alat-alat muzik yang berbeza juga akan dibincangkan.


Hasil Pembelajaran

    1.   Menerangkan bagaimana bunyi dihasilkan
    2.   Mengaitkan keamatan bunyi dengan kekuatannya
    3.   Mengaitkan frekuensi dengan kenyaringan
    4.   Membincangkan bagaimana konsep gelombang bunyi dan resonans
         digunakan untuk menerangkan kualiti bunyi yang dihasilkan oleh alat-
         alat muzik yang berbeza.



                                        FIZIK DALAM
                                           MUZIK


       Bunyi dan     Keamatan &    Frekuensi &    Gelombang       Kualiti      Alat-alat
      Gelombang      Kenyaringan   Kelangsingan    Tekanan        Bunyi         muzik
      Membujur

                                       Resonans



                     Rajah 9.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan

Isi kandungan

9.1 Bunyi dan gelombang membujur

Gelombang bunyi ialah sejenis gelombang membujur yang boleh merambat
melalui pepejal, cecair dan gas. Maka gelombang bunyi dirujuk sebagai
gelombang membujur kerana molekul-molekul udara (zarah-zarah medium)
bergerak dalam arah yang selari dengan arah gerakan gelombang. Hasil getaran
membujur seperti itu adalah disebabkan oleh mampatan dan regangan udara.


                                            28
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Tenaga dipindahkan oleh getaran molekul-molekul udara dalam siri mampatan
dan rengangan udara. Gelombang bunyi memerlukan medium tertentu untuk
ianya bergerak. Oleh itu gelombang bunyi tidak dapat merambat dalam keadaan
vakum.

Gerakan perambatan molekul-molekul udara ini menghasilkan gelombang
dengan halaju v, panjang gelombang l dan frekuensi gelombang λ di mana

                                       v = fλ
9.2 Keamatan dan kenyaringan

Bunyi adalah gelombang yang mempunyai amplitud, atau tinggi. Amplitud
pengukuran tenaga gelombang, lebih besar tenaga gelombang lebih tinggi
amplitudnya. Bila amplitud meningkat, keamatan bunyi juga meningkat.
Keamatan adalah amaun tenaga yang dipunyai bunyi dalam satu ruang. Bunyi
mempunyai keamatan yang tinggi dalam kawasan yang lebih kecil.Oleh itu, bunyi
yang mempunyai keamatan yang tinggi adalah lebih kuat. Membesarkan
amplitud bunyi, membuat ia nyaring. Mengecilkan amplitud, bunyi akan menjadi
perlahan




     T
     e
     k
     a
     n
     a
     n


                 Kawasan mampatandan regangan




          Rajah 9.2 Kawasan mampatan dan regangan gelombang bunyi

Amplitud gelombang berkait dengan jumlah tenaga yang dibawanya. Gelombang
dgn amplitud yang tinggi membawa jumlah tenaga yang besar. Gelombang
dengan amplitud yang kecil membawa jumlah tenaga yang kecil.

Bunyi dengan keamatan yang tinggi adalah lebih nyaring. Keamatan bunyi relatif
diberi dalam unit bel (B). Skala keamatan yang lebih kecil didapati dengan
menggunakan unit yang lebih kecil, decibels (dB).




                                      29
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



                          Bunyi dan nilai desibel

                              Punca bunyi           Desibel
                    Boeing 747                        140
                    Siren Pertahanan Awam             130
                    Tukulan penukul                   120
                    Konsert rock                      110
                    Pengetam rumput                   100
                    Motorsikal                         90
                    Penyedut hampagas                  70
                    Perbualan                          60
                    Lampu isyarat                      50
                    Bunyi hingar                       40
                    Bisikan                            30

9.3 Frekuensi dan kelangsingan

Langsing membezakan antara bunyi yang rendah dan tinggi. Bila seorang
penyanyi menyanyi dengan not yang berlainan, kita boleh mendengar perbezaan
antara dua bunyi itu kerana kelangsingannya adalah berbeza.




           Rajah 9.3 Kawasan mampatan dan regangan tala bunyi

Frekuensi adalah bilangan gelombang dalam satu unit masa di mana satu jarak
gelombang adalah satu mampatan dan satu regangan. Apabila seorang
penyanyi menyanyi dengan not yang sama, kita dengar lagu itu berbeza kerana
frekuensinya berlainan.

Unit frekuensi adalah hertz. Satu hertz adalah bilangan kitaran satu mampatan
dan satu regangan dalam satu saat. Bunyi tinggi mempunyai frekuensi tinggi
sementara bunyi rendah mempunyai frekuensi rendah. Contohnya, petir
                                      30
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



mempunyai frekuensi 50 hertz, sementara wisel mempunyai frekuensi 1,000
hertz.

Hanya gelombang bunyi antara 20 Hz to 20 kHz memulakan impuls saraf yang
diterjemahkan oleh otak manusia sebagai bunyi. Jika f lebih rendah daripada 20
Hz adalah dalam kawasan infrasonik (e.g gelombang yang hasilkan oleh gempa
bumi, angin dan pola angin) di mana beberapa sesetengah binatang seperti
gajah dan lembu boleh mendengar dan memberi amaran awal tentang gangguan
cuaca contohnya Bunyi yang lebih daripada 20 kHz adalah kawasan gelombang
ultrasonic. Gelombang ultrasonik boleh dikesan oleh binatang-binatang seperti
anjing (melebihi 45 kHz, kucing 70 kHz, kelawar 100kHz)


9.4 Resonan

Apabila satu alat muzik dipetik atau dipalu; ia akan bergetar. Tenaga akan
dipindahkan kepada alat itu dan ia akan bergetar dengan satu frekuensi yang
dipanggil frekuensi aslinya.

Satu objek yang bergetar dengan frekuensi aslinya boleh memaksa objek kedua
yang mempunyai frekuensi asli yang sama untuk bergetar sama. Keadaan ini
dinamakan resonans.




                                      Tacoma Narrows Bridge di Washington

(i) Gelas yang pecah                   (ii) Jambatan runtuh
                        Rajah 9.4 Fenomena resonans

Sebuah gelas mempunyai frekuensi asli yang mana ianya bergetar. Seorang
penyanyi boleh memecahkan gelas tersebut dengan menyanyi dengan not yang
sama frekuensi. Frekuensi yang sama ini menyebabkan tenaga dipindahkan


                                      31
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



daripada bunyi ke gelas sehingga getaran sangat kuat lalu ia pecah. Ini
dinamakan resonans.

Jambatan ini direka bentuk dengan satu frekuensi asli yang sama dengan
frekuensi yang dihasilkan oleh bunyi yang melaluinya. Hasilnya, setiap kali angin
bertiup, jambatan itu akan mula berguling dan berayun, menghasilkan resonan
yang tidak dapat dikawal disebabkan frekuensi asli ini. Dua bulan selepas
pembinaan pada akhir tahun 1940's, gerakan ini menyebabkan jambatan runtuh
dengan dramatik sekali.
9.5 Mengesan gelombang tekanan


                      Bunyi sebagai gelombang tekanan




                T
                e
                k
                a
                n                                                   Masa
                a
                n




              C: mampatan   R: regangan

                                   Rajah 9.5

Oleh kerana gelombang bunyi terdiri daripada pengulangan pola tekanan tinggi
dan tekana rendah yang bergerak melalui medium, ia kadang kala dikenali juga
sebagai gelombang tekanan.

Jika pengesan, (telinga manusia atau alat ciptaan manusia) digunakan untuk
mengesan gelombang bunyi, ia boleh mengesan peruabahan dalam gelombang
tekanan apabila bunyi memberi kesan terhadap alat pengesan. Bila gelombang
tekanan sampai ke telinga, satu siri kawasan tekanan tinggi dan rendah memberi
kesan kepada gegendang telinga Ketibaan berterusan kawasan tekanan tinggi
dan rendah menyebabkan gegendang telinga kepada gerakan getaran

Tekanan bunyi boleh diukur menggunakan mikrofon di udara dan hydrofon di air.
Unit SI untuk tekanan bunyi adalah pascal (simbol: Pa).




                                       32
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




                          Rajah 9.6 Hydrofon dan Mikrofon

9.6 Kualiti bunyi

Bunyi mempunyai kualiti yang membenarkan telinga untuk mengenal pasti bunyi
bunyi-bunyi yang mempunyai nada, kekuatan dan frekuensi yang berlainan. Alat-
alat muzik yang berlainan mempunyai kualiti bunyi yang berlainan.




                    Rajah 9.8   Kualiti bunyi pelbagai alat muzik




                                         33
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



9.7 Menghasilkan muzik

Alat-alat muzik menghasilkan bunyi dalam berbagai cara, namum setiap alat
musik menggunakan beberapa ciri-ciri asas bunyi.

Fizik kepada muzik mengkaji bagaimana bunyi yang menarik dan sedap boleh
dihasilkan oleh aktiviti bertali, instrumen turus udara and alat genderang
(percussion). Muzik boleh dihasilkan hanya dengan kita meniup tabung uji yang
mempunyai turus-tururs udara yang berlainan panjang




                     Rajah 9.9   Menghasilkan alat muzik




                                               injap




                                       jubir




                Rajah 9.10 Alat-alat muzik bertali dan berjubir

Alat muzik bertali, contohnya biola mempunyai empat tali. Setiap tali ditala
kepada not-not berlainan. Ia dimain samada menggunakan busur atau dipetik
menggunakan jari. Alat muzik yang ditiup melalui jubir (mouthpiece)
membolehkan pemuzik menekan injap-injap untuk mengubah panjang turus
udara, lalu menghasilkan not-not berlainan.




                                      34
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




Perbezaan muzik dan bunyi bising

Bunyi mempunyai nada (pitch) yang boleh dikenalpasti, tone yang sedap, pola
yang berulang-ulang (lihat rajah 9.11A). Bunyi bising tidak mempunyai nada,
tone yang tidak enak dan tidak ada ritma (rajah 9.11B)




                                Muzik




                                Bunyi bising


         Rajah 9.11 Perbandingan kualiti bunyi muzik dan bunyi bising


9.8 Contoh soalan dan latihan


1.   Perhatikan kejadian dan terangkan fungsi contoh bagaimana pembesar
     suara berfungsi?
2.   Mengapa panjang tali-tali pada piano berbeza?
3.   Mengapa gelas kaca pecah apabila beberapa not muzik dihasilkan?
4.   Bagaimanakah musik dan bunyi bising berbeza?


9.9 Rujukan

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/tralon.html
http://galileo.phys.virginia.edu/outreach/8thGradeSOL/WavePitchFrm.htm




                                         35
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




 TOPIK 10       TERMOMETRI DAN TERMOMETER


Sinopsis

Haba merupakan suatu bentuk tenaga yang amat diperlukan dalam kehidupan
manusia. Ia membekalkan tenaga untuk membuat badan kita panas, memasak
makanan serta membolehkan pengeluaran benda-benda yang berguna kepada
manusia. Dalam topik ini, anda akan didedahkan kepada konsep keseimbangan
dan termometri, skala suhu, jenis-jenis termometer serta keseimbangan terma.


Hasil Pembelajaran

   1.   Menerangkan konsep keseimbangan dan termometri.
   2.   Membanding beza skala suhu Celcius dan Kelvin.
   3.   Menukar suhu dari satu skala ke skala yang lain.
   4.   Memberi contoh jenis-jenis termometer dan membincangkan bagaimana
        ia digunakan untuk mengukur suhu.

Gambaran Keseluruhan

                               Termometri dan
                                 termometer


                                 Skala suhu:
               Keseimbangan                           Jenis-jenis
                                 Kelvin dan
              dan termometri                          termomter
                                   Celcius

              Rajah 10.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan

Isi Kandungan

10.1        Keseimbangan dan termometri

Suhu suatu objek menunjukkan darjah kepanasan objek itu. Haba ialah tenaga
yang mengalir dari objek yang lebih panas ke objek yang lebih sejuk.

Termometri ialah sains mengukur suhu sistem atau keupayaan sistem untuk
memindahkan haba ke satu sistem lain.

Kadar pindahan tenaga terma dari satu jasad yang lebih panas ke jasad yang
lebih sejuk akan berterusan sehingga kadar pindahan haba menjadi sama rata.


                                     36
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Maka kedua-dua jasad akan mempunyai suhu yang sama. Kedua-dua jasad
tersebut dikatakan telah mencapai keseimbangan terma.


             Buat Nota

       Untuk lebih memahami keseimbangan terma, sila baca nota-nota dalam
       laman web berikut:
       http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm
       Sila baca juga Physics: Principles and Problems
       Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal Energy
       Buat nota ringkas mengenai keseimbangan terma.


10.2    Skala suhu: Celcius dan Kelvin




                       Rajah 10.2   Perbandingan skala suhu




          Rajah 10.3    Takat didih dan takat lebur pelbagai skala suhu

                                        37
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



10.3         Jenis Termometer

Sifat fizikal bahan yang berubah dengan suhu dikenali sebagai sifat termometri
bahan itu. Termometer adalah suatu alat pengukur suhu yang dibina dengan
berdasarkan sifat termometri yang tertentu misalnya isipadu cecair, tekanan gas,
daya gerak elektrik dan rintangan dawai logam.

Termometer merkuri merupakan suatu termometer yang dibina dengan
berdasarkan sifat isipadu merkuri yang boleh berkembang dengan banyak
apabila suhu berubah.

Sesuatu termometer yang dibina akan ditentukur dengan berdasarkan takat suhu
yang tertentu. Termometer merkuri adalah ditentukur berdasarkan takat suhu
didih air(100C) dan takat beku air (0C). Antara dua takat suhu itu, julat antara
dua takat itu telah dibahagi kepada 100 bahagian dengan sebahagian
bersamaan dengan 1C. Tahukah anda apakah skala suhu SI dan hubungan
antara suhu SI itu dengan skala suhu Celsius?


                     Buat Nota




       Untuk lebih memahami tentang jenis termometer, skala dan ukuran suhu,
         sila baca maklumat terkandung dalam laman web berikut:
         http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.html
          http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm
          Sila baca juga Physics: Principles and Problems
          Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal Energy
          Buat nota ringkas mengenai jenis termometer, skala dan
          ukuran suhu.



                     Fikir



    Layari internet untuk mencuba soalan berkaitan dengan tenaga haba.
    Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh
    membuat latihan secara interaktif dalam topik tenaga haba
     http://glencoe.mcgraw-
     hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter12/interactiv
     e_tutor.html



                                       38
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Rujukan:
http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.html
(Skala Suhu Celsius)
http://www.saburchill.com/physics/chapters/0098.html
(Teori Kinetik Jirim)
http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm
(Takrifan keseimbangan terma, pindahan haba)
http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm
(Takrifan suhu, skala suhu dan termometri)
http://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm
(Kaedah pindahan haba)

Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw
Hill. (Chapter 12 Thermal Energy)




                                        39
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




TOPIK 11       CAHAYA


Sinopsis:

Kita dapat melihat objek kerana cahaya dipantulkan atau dikeluarkan olehnya.
Cahaya dikeluarkan oleh objek bersinar, lampu kalimantang, televisyen atau
LED. Namun sumber utama cahaya adalah matahari. Cahaya dari matahari
bukan sahaja dipantulkan oleh cermin atau kertas putih, tetapi oleh bulan, pokok
dan mungkin juga oleh kain yang gelap. Kita melihat objek kerana cahaya
bergerak dari objek ke mata kita. Lintasan lurus cahaya yang dipanggil sinar
cahaya mewakili lintasan sempit cahaya. Kajian sinar-sinar cahaya ini
membolehkan kita mengkaji pantulan dan pembiasan cahaya.


Hasil Pembelajaran:
1. Membincangkan pantulan dan cermin
2. Membincangkan pembiasan dan kanta
3. Membincangkan struktur dan prinsip kerja mikroskop dan teleskop

Gambaran Keseluruhan


                                    Cahaya


                             Pantulan     Pembiasan


                             Cermin           Kanta

                                Cermin
                                              Mikroskop
                                cekung

                                Cermin
                                               Teleskop
                               cembung

              Rajah 11.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan




                                         40
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



11.1 Pantulan dan Cermin

Hukum Pantulan

Pantulan cahaya pada permukaan yang licin adalah seragam, sementara
permukaan kasar dan tidak seragam akan mencapah dan berselerak.

Dua asas hukum pantulan:
         - Sudut tuju, i sama dengan sudut biasan, r.
         - Sinar tuju, sinar pantulan dan garis normal berada pada satah yang
         sama.

Cermin satah

   Cermin dapat membentuk imej kerana cahaya dari objek yang ditujukan
   kepadanya dipantulkan balik ke mata kita.




                                   Rajah 11.2

               Latihan



    Uji kafahaman anda dengan mencuba tutorial interactive pada laman
    web berikut:
    http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch1
    7/ch17_1/index.html




                                       41
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Cermin Melengkung:

Terdapat dua jenis cermin melengkung iaitu cermin cekung dan cermin
cembung. Apabila sinar cahaya yang selari terkena permukaan cermin cekung,
sinar-sinar cahaya akan difokuskan pada satu titik fokus (Rajah 11.3a).




                         (a)                                    (b)
                Rajah 11.3     Rajah sinar cermin melengkung

    Apabila sinar cahaya yang selari terkena cermin cembung, sinar-sinar
   cahaya akan dicapahkan (Rajah11.3b)

   Pusat kelengkungan, C suatu cermin ialah pusat sfera dari mana cermin itu
   dihasilkan. Jejari kelengkungan, r adalah jarak antara pusat sfera dengan
   permukaan cermin.

               Mengumpul Maklumat


    Cari maklumat bagaimana melukis rajah sinar untuk pelbagai kedudukan
    objek dari cermin cekung dan cermin cembung. Nyatakan ciri-ciri imej
    objek yang dipantulkan. Gunakan link di bawah untuk membantu anda.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror
    Using Light.doc




                                       42
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



11.2 Pembiasan dan Kanta

Pembiasan difinisikan sebagai pembengkokan cahaya bila ia melalui satu
medium ke medium lain yang mempunyai ketumpatan berbeza.




                  Rajah 11.4    Fenomena pembiasan cahaya

Indeks biasan, n bagi suatu bahan adalah:

      n = laju cahaya dalam vakum atau udara, c
          laju cahaya dalam medium,v

      n = sin i
          sin r

Nilai indeks biasan adalah berbeza-beza untuk bagi bahan berbeza seperti
ditunjukkan dalam Jadual 11.1.

       Bahan                       Indeks Biasan, n
       Udara                       1.00
       Air                         1.33
       Perspeks                    1.49
       Kaca                        1.48-1.96
       Intan                       2.42
                               Jadual 11.1




                                      43
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Kanta cembung dan kanta cekung

Sinar-sinar selari akan terbias dan bertumpu ke satu titik yang dipanggil titik
fokus.




                     Rajah 11.5    Rajah sinar kanta cebung

Cahaya selari yang memasuki kanta cekung akan akan terbias dan mencapah
keluar selepas melalui kanta cekung.




                     Rajah 11.6 Rajah sinar kanta cekung

                Mengumpul Maklumat


      Cari maklumat tentang rajah sinar kanta cembung dan kanta cekung pada
      pelbagai kedudukan objek dan nyatakan ciri-ciri imej pada kedudukan-
      kedudukan tersebut. Laman web berikut boleh membantu:
      http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html




                                         44
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



11.3 Mikroskop dan Teleskop

Kanta-kanta boleh digunakan untuk menghasilkan alat-alat optik. Antaranya,
mikroskop majmuk dan teleskop astronomi boleh dibina melalui susunan dua
kanta cembung yang berlainan kuasa.


Rajah sinar mikroskop majmuk




                 Rajah 11.7 Rajah sinar mikroskop majmuk

Rajah sinar teleskop astronomi




                 Rajah 11.8 Rajah sinar teleskop astronomi

               Fikir


Fikirkan bagaimana susunan kanta-kanta cembung boleh menghasilkan
satu kanta cembung dan kanta cekung. Laman web di bawah mungkin
boleh membantu anda:
http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.html
http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html




                                       45
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Rujukan:

http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror (Rajah sinar)
http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html(kanta)
http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.html
http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html (Mikroskop dan teleskop)
http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=16.0
(Pantulan dan Biasan melalui animasi Gelombang cahaya)
Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw-
      Hill.
(Chapter 18 Mirrors and Lenses)




                                     46
                                                SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




 TOPIK 12 LITAR ELEKTRIK DI RUMAH


Sinopsis:

Elektrik memainkan peranan yang penting dalam kehidupan seharian kita. Walau
bagaimanapun, ia boleh mendatangkan bahaya yang besar jika tidak
mengamalkan langkah-langkah keselamatan semasa menggunakannya.

Terdapat dua jenis litar di dalam pendawaian elektrik di rumah iaitu litar sesiri
dan selari. Beberapa alat-alat keselamatan didapati di dalam pendawaian elektrik
untuk melindungi pengguna daripada terkena renjatan elektrik.

Hasil Pembelajaran:
1.  Membincangkan Hukum Ohm.
2.  Membina litar-litar sesiri dan selari dan gabungan litar sesiri dan selari.
3.  Memerihalkan alat keselamatan yang digunakan dalam litar elektrik.
4.  Membincangkan kelebihan dan kekurangan menggunakan litar sesiri dan
    selari.
5. Menerangkan bagaimana kecerahan berhubungkait dengan sambungan
   lampu-lampu mentol di dalam litar.

Gambaran Keseluruhan




                                      Litar elektrik di
                                           rumah



     Gabungan litar                                                       Keselamatan dalam
                             Hukum Ohm               Aplikasi litar
     sesiri dan selari                                                           litar



                   Rajah 12.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan




                                          47
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Isi Kandungan

12.1           Gabungan litar sesiri dan selari

Terdapat dua cara asas untuk menyambung lebih dari dua komponen litar iaitu
litar sesiri dan litar selari.

Litar sesiri




                           Rajah 12.2    Susunan sesiri
Litar selari




                            Rajah 12.3 Susunan selari

Gabungan litar sesiri dan litar selari




                    Rajah 12.4 Gabungan litar sesiri dan selari
                                         48
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



12.2        Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahawa pada suhu tetap, arus yang melalui konduktor
diantara 2 titik adalah berkadar langsung dengan beza keupayaan (i.e. kejatuhan
voltan atau voltan) merentas dua titik.

Persamaan matematik yang menerangkan hubungan ini adalah:




Jika 2 kuantiti diketahui, kuantiti yang ke 3 mudah untuk ditentukan. Jika bateri
membekalkan voltan 1.5 volt dan lampu mempunyai rintangan 5 ohms, maka
arus dalam litar boleh ditentukan.

Dengan menggunakan persamaan




Masukkan nilai2:

                                                 Ampere


    Penentuan voltan, arus atau rintangan menggunakan Hukum Ohm




                             Hukum Ohm




                                       49
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Hukum Ohm dan litar sesiri


                             Litar Sesiri




                              Litar sesiri:
                     Voltan = Jumlah semua voltan.
               Semua komponen berkongsi arus yang sama.
                     Rintangan = Jumlah rintangan

Hukum Ohm dan litar selari

                             Litar Selari




                               Litar selari:
               Semua komponen berkongsi voltan yang sama
                  Jumlah arus = Kesemua cabang arus
                Jumlah rintangan = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3+….




                                      50
                                                 SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Aplikasi Hukum Ohm di dalam litar

Semasa menganalisis sebarang litar kompleks, mula-mula kira rintangan
berkesan. Rintangan berkesan beban sesiri adalah hanya menjumlahkan semua
rintangan.

Berapakah jumlah rintangan berkesan di dalam litar di bawah?




Petunjuk:
Mula-mula kira jumlah rintangan selari iaitu 1/RJ = 1/R2 + 1/R3
Kemudian jumlahkan, Rberkesan = R1 + RJ

Contoh

Dengan menggunakan rajah litar di bawah, kira rintangan berkesan, voltan yang
merentasi setiap rintangan dan arus.


                          Kombinasi litar sesiri dan selari




                                           51
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




12.3         Aplikasi litar




Rajah 12.5     Gabungan litar sesiri dan selari di dalam komponen elektronik


12.4         Keselamatan dalam litar

Untuk mengelakkan kerosakan harta dan bahaya dalam kehidupan, litar-litar di
dalam rumah dibina dengan ciri-ciri keselamatan. Antara peralatan keselamatan
yang terdapat di rumah ialah palam 3 pin, fius, pemutus litar, rod kilat dan palam
3 pin. Kebanyakan peralatan dijual dengan palam yang telah dipasang. Kabel
daripada peralatan biasanya mengandungi 3 wayar. Wayar dibuat daripada
kuprum yang disalut dengan pelindung plastik.

                                                        Bumi
                       Neutral
                                                           Hidup

                                                           Fius
         Pencengkam kabel




                                 Rajah 12.6 Palam 3 pin

                                          52
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




Pelindung dibuat daripada plastik dan diwarnakan:
      • Wayar hidup – perang.
      • Wayar neutral - biru
      • Wayar bumi – hijau dan kuning (Pelindung)
      • Wayar hidup dan neutral membawa arus ke litar.
      • Ketiga-tiga wayar dilindung oleh pelindung luar yang dibuat daripada
      plastik – kenapa?

Palam 3 pin mempunyai ciri ciri berikut:
      • Pencengkam kabel, untuk mencengkam pelindung luar kabel dan
      mengelakkan daripada tertarik keluar daripada palam.
      • Ketiga-tiga pin dibuat daripada loyang,
      • Fius
      • Bekas dibuat daripada plastik

12.5        Contoh soalan dan latihan

    1. Bagaimana rod kilat melindungi bangunan?
    2. Apakah alat2 keselamatan yang digunakan di dalam litar elektrik?


12.6        Rujukan

1. http://www.autoshop101.com/trainmodules/elec_circuits/circ109.html
2. http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_5/1.html
3. http://physics.bu.edu/py106/notes/Circuits.html




                                       53
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




 TOPIK 13     KEELEKTRIKAN DAN KEELEKTROMAGNETAN


Sinopsis:

Pelbagai peralatan elektrik di rumah menggunakan kuasa elektrik dan motor.
Topik ini memberi pendedahan dan kefahaman tentang daya dan arus dalam
medan magnet serta bagaimana prinsip ini digunakan di dalam operasi motor
elektrik serta monitor TV.

Hasil Pembelajaran:

   1. Menerangkan daya ke atas arus di dalam medan magnet.
   2. Menerangkan daya ke atas satu zarah bercas.
   3. Menerangkan bagaimana operasi motor elektrik dan pertukaran tenaga
      yang berlaku di dalamnya.
   4. Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah yang menggunakan elektrik.
   5. Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah yang menggunakan motor.
   6. Menerangkan bagaimana monitor TV berfungsi.

Gambaran Keseluruhan




                                  Kelektrikan dan
                                   kemagnetan




Daya atas arus dan                           Daya atas satu zarah
                       Motor elektrik                                         Skrin TV
 medan magnet                                       bercas



             Rajah 13.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan




                                        54
                                                   SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Isi Kandungan

13.1   Penghasilan daya (F) akibat saling tindakan antara konduktor yang
       membawa arus (I) dengan medan magnet (B)
                                                          Dawai membawa arus, I




                                                 Arah Daya, F

                                     Rajah 13.2

Satu dawai yang membawa arus (konduktor) yang diletakkan di antara dua
magnet kekal akan bertindak dengan medan magnet untuk menghasilkan daya
yang menyebabkan konduktor itu bergerak. Fenomena ini adalah disebabkan :
        (i) Magnet ada medan magnet
        (ii) Konduktor pembawa arus mempunyai medan magnet.
        (iii) Interaksi antara medan magnet dengan medan magnet konduktor
             berarus menyebabkan dawai mengalami daya mekanikal lalu
             bergerak. Arah gerakan daya ditentukan menggunakan Hukum
             Tangan Kiri Fleming.

Penentuan arah daya
                                             Medan
                                          Jari Telunjuk
                                Daya
                               Ibu Jari




                                                                   Arus
                                                                Jari Hantu




                    Rajah 13.3 Hukum Tangan Kiri Fleming

       Magnitud daya adalah,
                                          F = B I l Sinθ

       di mana
       B = ketumpatan fluks magnet,
       I = arus yang mengalir melalui konduktor

                                            55
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



       l = panjang konduktor di dalam medan
       θ = sudut antara medan magnet dan konduktor

       Bila satu konduktor lurus diletakkan berserenjang (perpendicular) dengan
       medan yang seragam (uniform field)
       θ=90°,
                                          F = BIl

Contoh Pengiraan

Suatu arus 8.5 A yang mengalir melalui medan magnet didapati mengenakan
daya 275 N. Panjang daya dalam medan magnet adalah 5 cm. Apakah nilai
medan magnet itu?

                                  F = Bil  B


Jawapan: 0.647 T

Hubungan ini adalah benar selagi arus adalah pada sudut 90° kepada medan
magnet.

Jika dawai adalah pada sudut lain kepada medan magnet, rumus perlu
mengambil kira
                      F = BIl sin θ

13.2   Motor elektrik

Kegunaan penghasilan daya akibat saling tindakan antara konduktor yang
membawa arus dengan medan magnet.




                           Rajah 13.4 Motor elektrik

Kegunaan motor elektrik ialah menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga
mekanikal. Alat-alat elektrik yang menggunakan motor elektrik ialah mesin
basuh, mesin pengisar, kipas dan lain-lain lagi.

                                       56
                                                 SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Prinsip kerja motor elektrik (arus terus)




                      Rajah 13.5 Prinsip kerja motor elektrik

Motor elektrik terdiri daripada satu angker yang terdiri daripada satu angker yang
boleh berputar diantara dua kutub magnet yang berlainan. Kedua-dua hujung
dawai gegelung disambung kepada komutator yang disentuh dengan berus
karbon.

Apabila arus dialirkan melalui gegelung, saling tindakan antara medan magnet
dari angker membawa arus dengan medan magnet kekal akan berlaku. Medan
lastik dihasilkan di dua belah sisi dawai gegelung. Medan lastik ini menghasilkan
satu daya putaran untuk memutarkan gegelung itu.

Arah daya yang bertindak ke atas angker boleh ditentukan dengan
menggunakan peraturan tangan kiri Fleming. Corak medan lastik dapat
dilukiskan.

Fungsi komutator berbelah dua yang dipasang pada angker adalah untuk
melicinkan pertukaran arah arus dalam gegelung setiap separuh putaran supaya
gegelung motor itu dapat berputar secara terus.

Lazimnya arus yang lebih besar diperlukan untuk memulakan pergerakan motor
elektrik. Apabila motor sudah berputar dengan laju seragam, arus yang lebih
kecil diperlukan. Ini kerana di dalam keadaan pegun, inersia gegelung motor
adalah besar dan daya yang lebih besar diperlukan untuk memulakan
putarannya.

Semasa gegelung motor berputar dengan laju seragam dalam medan magnet,
arus teraruh dihasilkan dan mengalir dalam arah bertentangan dengan arah arus
yang berpunca dari bekalan kuasa. Oleh itu, arus yang lebih kecil diperlukan
untuk motor berputar dengan laju seragam.




                                            57
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



13.3   Daya atas satu zarah bercas

Jika zarah bercas dianggap sebagai cas titik, medan elektrik ditakrif sebagai
daya yang di alami seunit cas:
                                     E = F/q
      di mana
      F : daya elektrik yang dialami zarah
      q : cas
      E : medan elektrik di mana zarah itu berada

Ruang sekeliling cas elektrik mempunyai sifat yang dipanggil medan elektrik
dan medan elektrik ini mengenakan satu daya ke atas objek lain yang bercas
elektrik. Daya ini menyebabkan objek menolak atau menarik bergantung kepada
cas yang ada pada objek.




               Rajah 13.6 Medan elektrik disekitar cas titik

Daya antara zarah-zarah bercas diterangkan menggunakan Hukum Coulomb.




Satu cas pegun dalam medan magnet tidak akan mengalami mana-mana daya.
Cas akan mengalami daya jika ia bergerak dalam medan magnet. Daya ini
dikenali sebagai daya magnet satu cas yang bergerak.

Magnitud daya magnet bergantung kepada:
      (a)   magnitud cas, q (unit Coulomb, C)
      (b)   halaju cas, v (unit m/s2)
      (c)   arah pergerakan cas dalam medan magnet
      (d)   kekuatan medan magnet, B (unit Tesla, T)


                                     58
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Daya pada cas yang bergerak, F = qv B

F adalah maksimum bila halaju cas adalah berserenjang (perpendicular) kepada
arah medan magnet. Jika cas, q bergerak dalam arah yang yang berserenjang
dengan medan kepada B v sin θ. Maka

                                   F = qv B sinθ

Cas titik yang bergerak berserenjang dengan medan magnet selari, B.




                            Medan Magnet, B

                                     Rajah 13.6

Daya ke atas cas adalah berserenjang kepada kedua-dua arah gerakan cas dan
arah medan magnet.

Daya yang dialami oleh cas positif mempunyai magnitud
                                      F = Bqv

Contoh pengiraan

Satu elektron di pecutkan ke 6.0 x 106 m/s2 dipesongkan oleh medan magnet
yang kekuatannya 0.82 T. Apakah daya yang bertindak ke atas elektron?
Adakah daya ini berbeza bagi proton?

Jawapan:    7.9  10-13 N




                                          59
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



13.4   Skrin TV




Bagaimanakah monitor TV berfungsi?

Gambar terhasil dengan menembak satu bim elektron (zarah bercas) daripada
senapang elektron (electron guns) di belakang ke skrin di hadapan. Elektron
dengan tenaga yang banyak, memindahkan tenaga itu ke skrin. Tenaga
dipindahkan ke titik-titik fosfor di belakang skrin.




                        Rajah 13.8 Topeng bayang

Fosfor adalah bahan yang mengeluarkan tenaga dalam bentuk cahaya, jadi ia
bercahaya. Satu topeng logam (metal mask) di belakang skrin mengandungi
lubang-lubang dalam kumpulan 3 tiik fosfor. Senapang elektron untuk warna
berlainan adalah pada tempat-tempat berlainan, ia menghentam lubang daripada
arah-arah yang agak berlainan.




                         Rajah 13.8 Titik-titik fosfor

                                      60
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




Walaupun ketiga-tiganya difokuskan pada lubang yang sama dalam topeng
logam, ia akhirnya menghentam tempat-tempat berlainan pada skrin, maka
menghasilkan cahaya pada titik-titik fosfor yang berlainan warna.

Untuk menuju ke bim, gegelung stering kuprum digunakan untuk menghasilkan
medan magnet dalam tiub. Medan menggerakkan bim elektron secara
mencancang dan mengufuk. Dengan mengenakan voltan berlainan pada
gegelung stering, bim boleh di laraskan pada mana-mana titik di atas skrin.
Magnet kekal memesongkan elektron yang lebih ringan supaya ia menghentam
skrin.

13.5        Contoh soalan dan latihan

    1. Senaraikan alatan-alatan di dalam rumah yang menggunakan tenaga
       elektrik.
    2. Terangkan perubahan tenaga dalam satu motor elektrik?
    3. Terangkan bagaimana komutator dan berus beroperasi dalam motor
       elektrik.


13.6   Rujukan

1.      http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/forwir2.html
2.      http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html
3.      http://www.s-cool.co.uk/a-level/physics/forces-in-magnetic-fields/revise-
it/forces-on-charged-particles
4.      http://www.howstuffworks.com/tv.htm




                                         61
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




TOPIK 14       PENJANAAN DAN PENGHANTARAN ELEKTRIK



Sinopsis

Setiap hari, kita menggunakan tenaga elektrik sama ada di rumah atau di tempat
kerja. Penggunaan tenaga elektrik telah menjadi suatu kewajipan dalam
kehidupan moden. Tahukah anda bagaimana arus elektrik dihasilkan? Bekalan
arus elektrik adalah hasil daripada suatu penjana arus elektrik yang besar. Di
dalam topik ini anda akan didedahkan kepada Hukum Faraday dan Hukum Lenz
yang digunakan dalam penghasilan arus aruhan menggunakan konsep aruhan
elektromagnet. Anda juga akan didedahkan dengan fungsi transformer.

Hasil Pembelajaran

 1.   Menerangkan konsep aruhan elektromagnet
 2.   Menakrifkan Hukum Faraday
 3.   Mentakrifkan Hukum Lenz
 4.   Menerang bagaimana arus elekrik boleh dijanakan.
 5.   Membezakan antara suatu penjana at dan penjana au
 6.   Menerangkan proses swainduktans
 7.   Menerangkan tentang fungsi transformer

 Gambaran Keseluruhan




                            Penjanaan Dan Penghantaran
                                      Elektrik



 Hukum           Daya                   Penjanaan     Transformer
             elektromotif     Hukum       Arus
 Faraday                       Lenz                                     Swainduktans
                (d.g.e)




                Rajah 14.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan




                                       62
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Isi Kandungan

14.1    Daya Gerak Elektrik (d.g.e)

Apabila kita mengkaji litar elektrik, kita belajar bahawa pam cas diperlukan untuk
menghasilkan aliran arus berterusan. Keupayaan meningkat, atau voltan yang
diberi kepada cas melalui pam dipanggil daya elektromotif (electromotive force –
emf atau daya gerak elektrik d.g.e) yang dijana. Daya gerak elektrik (d.g.e)
bukan daya, ia adalah peningkatan voltan dan diukur dengan unit volt. Bila dawai
digerakkan melalui medan magnet, daya bertindak ke atas cas-cas dan cas-cas
bergerak dalam arah daya. Daya elektromotif (d.g.e) ini juga dinamakan sebagai
tenaga elektrik yang dijana.

Daya gerak elektrik (d.g.e) bergantung kepada kekuatan medan magnet, B,
panjang dawai di dalam medan magnet, l, dan halaju dawai dalam medan, v .


Jika B, v, dan arah panjang dawai berserenjang antara satu sama lain,
maka:-
                     Daya gerak elektrik (d.g.e) = Blv


14.2    Aruhan Elektromagnet

Aruhan elektromagnet adalah penghasilan daya gerak elektrik (d.g.e) dalam satu
konduktor       apabila    terdapat perubahan  fluks     magnet dan gerakan
relatif antara konduktor dan medan magnet. Magnitud d.g.e aruhan menurut
Hukum Faraday dan arah d.g.e aruhan adalah menurut Hukum Lenz.

14.3    Hukum Faraday

Hukum Faraday menyatakan bahawa satu dge akan teraruh dalam satu litar
elektrik apabila terdapat perubahan fluks magnet yang berkaitan dengan litar
elektrik itu.

Magnitud dge aruhan adalah bergantung pada perubahan fluks magnet.
Magnitud dge teraruh adalah berkadar langsung dengan kadar perubahan fluks
magnet.

                                                dB
                                         E 
                                                 dt

Dimana, E ialah dge teraruh. (Induced emf)



                                        63
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Arus elektrik boleh menghasilkan medan magnet, dan medan magnet itu boleh
menghasilkan daya ke atas cas yang bergerak. Medan magnet boleh
menghasilkan arus elektrik. Daripada eksperimen diperhatikan      bahawa
perubahan medan magnet mengaruhkan dge di dalam konduktor. Memasukkan
gegelung dawai melalui magnet akan menjana dge di dalam gegelung.




                    Rajah 14.2 Alat radas menghasilkan dge


Daripada    eksperimen    diperhatikan   bahawa       perubahan      medan       magnet
menjanakan dge di dalam konduktor. Arus elektrik dijana jika ada litar tertutup
(e.g., gegelung dawai) di dalam medan magnet yang berubah-ubah.                  Medan
magnet yang tetap tidak menjana dge. Daya gerak elektrik hanya dijana bila ada
medan magnet yang berubah-ubah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud dge aruhan :-

      i. Kekuatan magnet

           Magnet yang lebih kuat akan menghasilkan dge aruhan yang lebih
           tinggi kerana ketumpatan fluks adalah lebih tinggi.

       ii. Bilangan lilitan gegelung

           Bilangan lilitan gegelung yang lebih banyak akan menghasilkan dge
           aruhan yang lebih tinggi

      iii. Laju relatif antara gegelung dengan magnet

           Laju relatif yang lebih tinggi akan menghasilkan dge aruhan yang
           lebih tinggi kerana kadar perubahan fluks magnet adalah lebih tinggi.
           Dge adalah sifar apabila magnet pegun dalam gegelung.

                                         64
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



       iv. Diameter gegelung

          Diameter gegelung yang lebih besar akan menghasilkan dge aruhan
          yang lebih tinggi kerana kadar pemotongan fluks magnet yang lebih
          tinggi.

14.4     Hukum Lenz

Hukum Lenz menyatakan bahawa arah arus aruhan adalah bergantung
kepada arah perubahan fluks magnet. Arus aruhan yang terhasil sentiasa
mengalir pada arah yang menentang perubahan fluks magnet yang
menghasilkannya.


                   Bahan Bacaan



                Layari laman web http://physics503.one-school.net/




14.5    Penjanaan Arus Elekrik

Penjanaan merupakan proses pengeluaran tenaga elektrik dengan banyaknya
yang terhasil daripada pemotongan fluks magnet oleh gegelung yang terdapat
pada sesebuah penjana. Penjana elektrik adalah alat yang menukarkan tenaga
mekanikal kepada tenaga elektrik. Lazimnya terdapat dua jenis penjana iaitu :-

a) Penjana Arus terus (a.t) adalah arus yang mengalir satu arah sahaja. Arus
   terus diperoleh daripada sumber seperti sel suria, bateri dan penjanaan arus
   terus.

b) Penjana Arus ulang alik (a.u) adalah arus yang sentiasa berubah-ubah arah
   pengalirannya mengikut perubahan kutub sumber bekalan. Penjanaan arus
   ulang-alik merupakan sumber bekalan utama di Malaysia.




                                       65
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



14.5.1 Prinsip kerja penjana arus ulang alik




                     Rajah 14.3 Penjana Arus Ulang alik


      Suatu penjana arus terus boleh diubahsuai menjadi penjana arus ulang
       alik jika komutator digantikan dengan dua gelang gelincir yang
       berasingan.
      Dua gelang gelincir yang berputar bersama dengan angker dan
       menyambungkan angker dengan litar luar melalui berus karbon.
      Mula-mula, angker dalam kedudukan menegak. Tiada perubahan fluks
       dan tiada arus teraruh.
      Apabila angker diputarkan, perubahan fluks semakin bertambah sehingga
       angker berada dalam kedudukan mengufuk. Perubahan fluks menjadi
       maksimum dan dge teraruh adalah maksimum.
      Arah arus teraruh ditentukan denagn peraturan tangan kanan Fleming.
      Apabila angker terus diputarkan, perubahan fluks semakin berkurang
       sehingga angker berada dalam keadaan menegak, tiada arus teraruh
       yang dijanakan.
      Dalam keadaan mengufuk sekali lagi, arus aruhan menjadi maksimum,
       tetapi arah aliran arus aruhan di litar luar (galvanometer) terbalik.
      Arus aruhan yang terjana berubah-ubah arah alirannya di litar luar
       mengikut kedudukan gelung. Arus aruhan ini dikenali sebagai arus ulang
       alik.
      Arus adalah positif (+) dalam satu arah dan negatif (-) dalam arah
       bertentangan.
      Gelang gelincir memainkan peranan dalam penjanaan arus ulang alik.
      Faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud arus yang dijanakan oleh
       penjanaan arus terus atau arus ulang alik adalah seperti berikut:-

       a.    Kekuatan magnet
       b.    Bilangan lilitan dalam angker
       c.    Meletakkan teras besi dalam angker
       d.    Laju putaran angker
       e.    Luas angker


                                     66
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




14.6      Swainduktans (Saling Aruhan)

Bila gelung primer disambung ke sumber voltan arus ulang alik, arus yang
berubah-ubah akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah. Medan
magnet yang berubah-ubah ini dibawa melalui teras ke gelung sekunder. Dalam
gelung sekunder, medan aruhan yang berubah-ubah mengaruhkan dge yang
berubah-ubah. Kesan ini dikenali sebagai saling aruhan (mutual inductance).

14.7      Transformer




                             Rajah 14.4 Transformer
 Transformer adalah alat untuk mengubahkan voltan satu sumber arus
ulang alik tanpa perubahan frekuensi arus ulang alik itu.
Transformer memindahkan tenaga elektrik dari satu litar arus ulang alik
kepada satu litar yang lain dengan perubahan beza keupayaan dan arus,
tanpa perubahan frekuensi

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 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

                                       67
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



      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.

5.    Terdapat dua jenis transformer iaitu

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

                                                .




                                         68
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Contoh Soalan :




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

       Penyelesaian :




                = 20 V
       Beza keupayaan output ialah 20 V, maka mentol adalah malap kerana mentol
       itu memerlukan 24 V untuk kecerahan biasa.



6.     Transformer unggul mempunyai kecekapan 100%. Transformer unggul
       boleh memindahkan kesemua tenaga elektrik dari gegelung primer
       kepada gegelung sekunder.

          Kuasa input = Kuasa output

              VpIp = VsIs

              Ip = Arus primer           Vp = Voltan primer

               Is = Arus sekunder         Vs= Voltan sekunder


14.8      Sistem penghantaran tenaga elektrik

Elektrik yang dihasilkan di loji penjanaan penghantaran elektrik dibawa melalui
talian penghantaran voltan tinggi ke syarikat penghantaran tempatan yang
mengagihkan kuasa. Stesen2 kecil dan transformer mengecilkan voltan
bersesuaian dengan penggunaan di rumah atau industri. Arus elektrik dihantar
keluar daripada loji kuasa pada voltan tinggi.(lebih kurang 25,000 volts ). Bila
elektrik bergerak pada jarak yang jauh, adalah lebih baik pada voltan tinggi.

                                          69
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Elektrik boleh dihantar lebih efisien pada voltan tinggi. Kabel talian penghantaran
yang tebal dan panjang dibuat daripada kuprum atau aluminium sebab mereka
mempunyai rintangan yang rendah.

Contoh
1. (a) Terangkan pembinaan dan prinsip kerja penjana AC dengan bantuan
       gambarajah.
   (b) Satu transformer menggunakan kuasa 240 V untuk membekalkan arus
       3.0 A pada 60 V untuk memanaskan gelung. Jika 10 % tenaga yang
       diambil daripada bekalan hilang di dalam transformer itu sendiri, apakah
       arus di dalam gegelung primer Nyatakan dua cara untuk mengurangkan
       kehilangan tenaga di dalam transformer.
   (c) Kuasa elektrik dihantar daripada stesen kuasa ke bandar melalui kabel
       penghantaran dengan jumlah rintangan 50 ohm. Jika stesen kuasa
       menjana 8 MW kuasa, kira kehilangan kuasa di dalam kabel jika kuasa
       dihantar pada 80 kV.


Contoh jawapan:

(a)   Prinsip

Bila satu konduktor lurus digerakkan berulangkali di dalam medan magnet, aruh akan
diaruhkan di dalam konduktor. Ia berdasarkan kepada fenomena aruhan elektromagnet.
       Binaan




                                   Rajah 14.6

  Kerja

  -Bila armatur berputar terhadap paksi yang berserenjang kepada medan
  magnet, ia sentiasa mengubah orientasi relatifnya. / Rajah 14.6.
  -Ini menyebabkan fluks sentiasa berubah2 berterusan dengan masa.
  - Perubahan fluks magnet ini mengaruhkan emf. / Rajah

                                        70
                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



  - Jika terminal luar armatur disambung kepda litar luar, arus elektrik
  mengalir melaluinya.
  -Pesongan jarum galvanometer menunjukkan emf teraruh.
  -Arah emf teraruh disongsangkan selepas separuh putaran gegelung.
  - Maka dalam satu putaran gegelung, arus berubah arahnya sebanyak dua
  kali di dalam gegelung.

       Untuk memahami bagaimana arah arus berubah, lihat rajah di bawah.




                                       Rajah 14.7

  -Arus yang mengubah arahnya selepas sela masa yang sama di namakan
  arus ulang alik (AC). Alat ini dipanggil Penjana Arus Ulang Alik.


   b.        Is x Vs / IpVp x 100 % = 90 %
             Ip = Is x Vs/ Vp      x 100/90
                = 3 x 60 / 240 x 100/90
                = 0.83 A
   Dua cara mengurangkan kehilangan tenaga di dalam transformer
       Menggunakan teras besi berlamina untuk mengurangkan arus Eddy.
       Menggunakan dawai kuprum yang tebal untuk membuat gegelung.

   c.    I = P/V
           = 8 x 10 6/ 80 x 10 3
           = 100 A

Kehilangan kuasa P = I2R
             = 100 x 100 x 50 W
             = 50 kW




                                          71
                                                 SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




          Rujukan
          http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/
          http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/magnetic/motorac.html




               Melayari Internet (1 jam)
               Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasi
               berkaitan dengan motor elektrik dan penjana elektrik
               http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html


14.9      Latihan

1.  Bandingkan dan bezakan antara penjana arus terus (a.t) dan penjana arus ulang-
    alik (a.u). Anda hendaklah menyatakan persamaan penjana a.t. dan pejana a.u.
    dari segi;
(a)    struktur binaan
(b)    prinsip yang diaplikasikan

2. Anda juga diminta membuat perbandingan antara dua penjana itu dari segi:
(a)  struktur binaan
(b)  output

3.     Sebuah transformer unggul mempunyai 3600 lilitan pada gegelung sekunder
       dan 120 lilitan pada gegelung primer. Kira arus dalam gegelung sekunder jika
       arus dalam gegelung primer ialah 2.0A.
       A 0.07 A                         B 72.0 A
       C 30.0 A                         D 12.5 A
4.     Sebuah transformer dengan voltan input 240V digunakan untuk menyalakan
       sebuah mentol lampu 12 V, 36 W. Jika arus primer ialah 0.20 A, berapakah
       kecekapan transformer?
       A 15%                            B 75%
       C 25%                            D 100%
5.     Sebuah transformer digunakan untuk menurunkan voltan 240 V kepada 40 V.
       Jika kecekapan transformer ialah 80% dan arus dalam gegelung primer ialah
       2.0 A , berapakah arus dalam gegelung sekunder?
       A 16 A                           B 12A
       C 9.6 A                          D 3.0 A

14.10     Rujukan:


                                            72
                                              SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw-Hill.

http://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfm
http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html




TOPIK 15        KEGUNAAN ELEKTRONIK DAN SEMIKONDUKTOR



15.0          Pengenalan

Elektronik merupakan kajian dan penggunaan peranti elekrik yang beroperasi
dengan kawalan aliran elektron atau sebarang partikel bercaj elektrik. Ia adalah
sebahagian daripada cabang sains dan teknologi yang melibatkan litar elektrik
serta komponen elektrikal aktif seperti tiub vakum, transistor, diod dan litar

                                         73
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



bersepadu. Sifat bukan linear komponen-komponen ini serta kemampuannya
mengawal aliran elektron membolehkan penguatan isyarat lemah dapat
dilakukan dan sering diaplikasikan dalam telekomunikasi dan pemprosesan
isyarat.

Semikonduktor merupakan bahan pengalir elektrik yang berada antara penebat
dan konduktor. Semikonduktor ini bersifat sebagai penebat pada suhu yang
sangat rendah tetapi pada suhu bilik ia bersifat sebagai konduktor. Contoh bahan
semikonduktor yang sering digunakan ialah silikon, germanium, galium dan
arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam elektronik kerana pengalirannya
yang dapat diubah-ubah dengan memasukkan bahan lain. Proses memasukkan
bahan lain ke bahan semikonduktor dinamakan pendopan Kebanyakan peralatan
elektronik menggunakan komponen semikonduktor untuk pengawalan elektron..
Contoh peranti elektronik yang menggunakan bahan semikonduktor adalah diod,
transistor, kapasitor, perintang dan induktor. Gabungan peranti-peranti elektronik
dalam satu hablur silikon dinamakan litar bersepadu. Litar seperti ini dikenali juga
sebagai cip silikon atau cip mikro.




                        Gambarajah 15.1 Litar Bersepadu

15.2    Hasil Pembelajaran

1.   Memahami tentang isyarat elektronik serta fungsi peranti elektronik yang
     berbeza
2.   Memahami komunikasi elektronik
3.   Memahami komponen dan kegunaan komputer
4.   Memahami Pengintegrasian teknologi: Lebuh raya maklumat super

Gambaran Keseluruhan




                                        74
                                                               SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




                                                              KEGUNAAN
                                                           ELEKTRONIK DAN
                                                           SEMIKONDUKTOR



                                                 Komunikasi                                 Lebuhraya
                        Isyarat elektronik                               Komputer
                                                  Elektronik                              Maklumat Super




       Diod                 Kapasitor            Transistor




                                                      Kegunaan
        Rektifikasi
                                                      Transistor



                      Rajah 15.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan




Isi kandungan

15.1      Peranti –Peranti Elektronik

Bahan Semikonduktor yang telah mengalami proses pendopan akan
menghasilkan peranti elektronik yang lain contohnya seperti diod, transistor,
perintang, dan kapasitor yang mempunyai fungsi masing-masing.

    Peranti                                  Simbol                                 Fungsi
   Elektronik

                                                      75
                                                SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




Diod                                                    Rektifikasi
                                                           menukarkan arus
                                                               ulangalik (AC) kepada
                                                               arus terus (DC).
                                                           arus digunakan dengan
                                                               alatan yang
                                                               membenarkan elektron
                                                               yang mengalir dalam
Satu diod, atau                                                satu arah.
"rektifier,“ adalah
alat elektronik                                                  Rektifikasi Separuh
yang                                                                Gelombang
membenarkan
arus melaluinya
dalam satu arah
sahaja.

Satu diod kristal
diperbuat
daripada dua jenis
semikonduktor
                                                            Rektifikasi Sepenuh
bersebelahan
                                                                Gelombang
antara satu sama
lain




Transistor
                                                        (i) Sebagai Amplifier:
                                                        Apabila isyarat yang agak
                                                        lemah dimasukkan ke dalam
                                                        tapak (base) di amplifikasikan
                                                        kepada arus yang lebih besar
                                                        yang     mengalir     daripada
                                                        pengeluar     (E)      kepada
Transistor adalah                                       pengumpul (C). Amplifikasi ini,
alatan elektronik     Transistor npn   Transistor pnp   boleh menjadi    100 kali atau
yang digunakan di
                                           76
                                 SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



dalam litar (circuit)                   lebih, digunakan contohnya,
untuk mengawal                          dalam sistem stereo daripada
nilai voltan dan                        pembaca pita kepada isyarat
arus yang tinggi.                       yang kuat untuk menjadikan
                                        pembesar suara berfungsi
Ada dua jenis                           (ii) Sebagai Suis:
transistor iaitu:                       isyarat yang masuk ke tapak
a)Transistor npn                        akan memutuskan arus yang
b)Transistor pnp                        mengalir daripada pengeluar
                                        kepada pengumpul.
Bahagian                                Mengeluarkan isyarat ini akan
transistor iaitu:-                      membenarkan arus mengalir
                                        lagi. Sistem elektronik
B- tapak                                digunakan untuk menjalankan
E-pengeluar                             pelbagai tugasan. Kegunaan
C-pengumpul                             utama litar elektronik adalah :--
                                        -mengawal dan memproses
                                        data,
                                        -Menukarkan kepada/daripada
                                        dan menyebarkan kuasa
                                        elektrik.
Kapasitor
                                             Boleh menyimpan cas




Kapasitor
mengandungi dua
plat konduktor
selari yang
dipisahkan
dengan lapisan
penebat yang
dipangil dielektrik
Unit untuk
Kapasitans (C)
Kapasitans diukur
dalam unit Farads


                        Jadual 15.1


                            77
                                             SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



                     Perbincangan ( 1 jam)




       Bincangkan tentang prinsip asas diod semikonduktor,transistor npn
       dan transistor pnp



15.2    Isyarat Elektronik

Dalam sistem komunikasi, maklumat dipindahkan dalam bentuk gelombang.
Gelombang yang dihantar dan diterima sebenarnya terdiri daripada tenaga
seperti bunyi, cahaya, isyarat elektrik radio dan sebagainya. Gelombang ini
merupakan isyarat elektronik. Isyarat elektronik terhasil daripada dua atau lebih
gabungan peranti elektronik dalam sesuatu litar. Contoh gelombang radio
terhasil dalam litar pengayun yang terdiri daripada sebuah kapasitor dan sebuah
induktor yang disambung secara sesiri.



15.3   Komunikasi elektronik

Komunikasi elektronik adalah proses penyampaian informasi dari dua titik.
Contoh informasi berupa audio, video atau teks Ia merupakan satu mekanisme
yang menghubungkan antara pengirim informasi dengan penerima informasi.
Mekanisme tersebut sering juga disebut sistem informasi. Ia merupakan satu
sistem telekomunikasi mengandungi tiga elemen asas yang penting:

           Satu pemancar(transmitter) yang menerima maklumat(information)
            dan menukarkannya menjadi isyarat (signal);
           Perantaraan pancaran (transmission medium) yang membawa
            isyarat;
           Satu penerima (receiver) yang menerima isyarat dan
            menukarkannnya kepada maklumat yang berguna.

Telekomunikasi melalui telefon dkenali sebagai komunikasi titik ke titik kerana ia
melalui satu pemancar dan satu penerima.

Telekomunikasi melali radio melalui siaran radio dikenali sebagai komunikasi
penyiaran kerana ia melalui satu pemancar yang kuat kepada banyak penerima

Dalam komunikasi elektronik ada medium yang berfungsi untuk mempropagasi
signal informasi elektronik. Ada dua jenis media (medium) yang popular
digunakan. Media tersebut adalah transimission line ( kabel, serabut

                                       78
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



optik, waveguide) dan gelombang radio (radio waves). Masing-masing dari
media tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan. Media transmission line
menawarkan kualiti sambungan yang baik, namun kos yang harus dikeluarkan
untuk pembangunan peralatan sangat mahal dan sifatnya tidak fleksibel.
Sedangkan untuk media gelombang radio menawarkan mobility yang tinggi serta
kos yang lebih murah namun dengan kualiti yang tidak sebaik media
transmission line.

Komunikasi telefon:

Serabut optik (optic fibres)

Tahun 1990 merupakan tahun yang mana penggunaan meluas sistem yang
menggunakan SERABUT OPTIK. Kelebihan berkomunikasi dengan serabut optik
adalah peningkatan drastik kapasiti data. Ia boleh membawa 25 kali lebih
banyak panggilan telefon dibandingkan dengan kabel kuprum

Internet

Internet adalah rangkaian sedunia komputer dan rangkaian komputer yang boleh
berkomunikasi antara satu sama lain menggunakan protokol internet (Internet
Protocol, IP). Mana-mana komputer di internet mempunyai IP yang unik yang
boleh digunakan oleh komputer lain bagi mennyampaikan maklumat kepadanya .
Dengan menggunakan alamat IP itu, mana-mana komputer di internet boleh
menyampaikan mesej kepada komputer lain. Mesej ini membawa bersama
alamat IP komputer asal yang menghantar mesej supaya komunikasi dua hala
boleh berlaku. Yang demikian internet boleh dinyatakan sebagai pertukaran
maklumat antara komputer. Internet bekerja secara berperingkat disebabkan
protokol yang menentukan bagaimana komputer dan router berkomunikasi
antara satu sama lain. Sifat rangkaian komputer adalah satu protokol berfungsi
secara tak bersandar antara satu sama lain.




                                     79
                                           SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



                  Gambarajah 15.2 Analogi Penghantaran Maklumat

Analogi penghantaran maklumat melalui internet adalah seperti bungkusan yang
dihantar melalui pos, komunkasi yang dihantar melalui internet dipecahkan
kepada paket-paket yang kecil dan dibungkus dan diberi arahan untuk
penghantaran yang dipanggil protokol


15.4   Komputer

Komputer adalah satu alat yang boleh menyimpan, memanggil semula dan
memproses data. Perkembangan dalam bidang teknologi elektronik digital
menghasilkan sistem komputer yang dapat mengumpul dan memproses data
yang banyak dan semakin laju Pada zaman sekarang, sistem komputer adalah
semakin canggih dan manusia dapat menjalankan kerja dengan pantas dan
meningkatkan pengeluaran




Struktur Asas Sistem Komputer

Semua komputer mempunyai 4 komponen asas iaitu:-

a)     alat input
b)     unit pemprosesan pusat
c)     ingatan sekunder
d)     alat output



     Alat Input                  Unit Pemprosesan                    Alat output
                                       Pusat
                                        80
                                            SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian




                               Ingatan Sekunder



                   Gambarajah 15.4 Komponen Asas Komputer


Alat input berfunsgi untuk menerima maklumat dalam bentuk nombor dan huruf.
Contoh alat input adalah papan kunci, tetikus, pena input dan kayu ria.

Alat output berfungsi untuk menerima kod mesin daripada komputer.
Contoh alat output adalah pencetak, unit paparan video, pemplot graf dan grafik.

Unit Pemprosesan Pusat adalah bahagian di mana data-data diproses. Unit ini
terdiri daripada 3 unit yang lain iaitu:-

a) Unit kawalan
   Bertindak dengan mengkaji setiap perintah dalam aturcara yang berada di
   dalam ingatan dan menghantar isyarat kawalan ke komponen lain
b) Unit arithmetic dan logik
   Berfungsi untuk melakukan pengiraan (campur, darab, tolak dan bahagi)
   serta operasi logic (dan, atau serta tidak)

c) Ingatan pusat
   Terdiri daripada 2 jenis iaitu Ingatan Baca Sahaja(Read Only Memory, ROM)
   dan ingatan Rawak Masuk ( Random Access Memory, RAM). ROM
   digunakan untuk menyimpan arahan yang diperlukan untuk membuat
   operasi. Ingatan ini kekal dan tidak akan padam apabila komputer
   dipadamkan. RAM digunakan untuk menyimpan nombor dan huruf.
   Maklumat ini disimpan dalam bentuk kod dedua. Ingatan ini adalah
   sementara dan akan padam apabila computer dipadamkan.

Ingatan sekunder menyimpan data-data di luar unit pemprosesan pusat.
Contoh ingatan sekunder seperti cakera liut, cakera keras ( hard disk) , cakera
padat, pemacu jari dan pemacu pena.

Beberapa kegunaan komputer dalam kehidupan:

         Rangkaian yang dilampirkan penyimpanan (seperti                   FreeNAS,
          Dropbox)
         Pelayan media (media Server seperti Hewlett-Packard)

                                       81
                                                SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



            Rekabentuk grafik (diterajui perisian Adobe)
            Reka bentuk seni bina (diterajui AutoCAD)
            Perbankan internet (simpanan, pinjaman, insurans, kredit, dana
             bersam.)
            Permainan
            Rangkaian sosial (Myspace, Facebook, Twitter).
            Perkongsian ilmu (WikiAnswers, Wikipedia, Lifehacker, Gizmodo)


15.5       Teknologi bersepadu: lebuhraya maklumat super

Lebuhraya maklumat super adalah satu istillah yang sering digunakan pada
tahun 1990an merujuk kepada sistem telekomunikasi digital dan rangkaian
telekomunikasi internet. Ia merupakan gabungan peranti dan bukan peranti yang
digunakan untuk mengalirkan maklumat dari satu komputer ke komputer yang
lain. Laluan atau rangkaian untuk perpindahan maklumat yang pantas ini
menggunakan rangkaian optik fiber dan internet. Contohnya world wide web.

Peranti utama yang digunakan adalah pengkalan (router), jambatan (bridge),
pengulang(repeater) dan kad antara muka rangkaian ( network interface card).
Lebuhraya maklumat juga tidak terhad kepada rangkaian komunikasi antara
komputer dengan komputer. Rangkaian telefon awam, telefon bimbit, radio,
televisyen dan rangkaian komunikasi satelit juga adalah lebuh raya maklumat.

Ruang siber adalah satu domain yang dicirikan dengan menggunakan elektronik
dan spektrum elektromagnet untuk menyimpan, mengubahsuai dan bertukar-
tukar data melalui sistem jalinan (network) dan infrastruktur fizikal. Istilah ini mula
digunakan dalam fiksyen sains, di mana memasukkan pelbagai alam maya
(virtual reality) yang dialami pengguna komputer oleh entiti yang wujud dalam
sistem komputer.



               Melayari Internet (1 jam)




   Sila rujuk lama web berikut untuk bacaan tambahan

   http://www.gcflearnfree.org/computerbasics


   untuk mencari halaju relatif http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html




                                           82
                                          SCE3105 Fizik Dalam Konteks Kehidupan Harian



15.6     Latihan
(1) Nyatakan komponen elektronik yang digunakan untuk menguatkan isyarat
    elektronik
(2) Namakan komponen-komponen elektronik yang terdapat dalam litar
    elektronik
(3) Sebuah komputer di rumah menerima pelbagai input daripada alatan-alatan
    lain. Berikan contoh alat-alat yang memberi input kepada sebuah komputer.
(4) Nyatakan bahagian-bahagian dalam sebuah komputer desktop dan
    bincangkan contoh- contoh setiap bahagian tersebut. Bincangkan alat-alat
    input, CPU dan alat-alat output.
(5) Nyatakan perbezaan perkakasan(hardware) dan perisian (software) dalam
    sesuatu komputer. Berikan contoh-contoh.

15.7   Rujukan

Buku Teks/rujukan Fizik Tingkatan 5 (umum)
http://www.gcflearnfree.org/computerbasics
http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/




                                     83

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:159
posted:11/4/2012
language:
pages:64