Daya Atas Arus dan Medan Magnet

Daya Atas Arus dan Medan Magnet

DAYA ATAS ARUS DAN MEDAN MAGNET

1.0 PENGENALAN

Apabila satu konduktor berarus diletakkan di dalam medan magnet, satu daya akan dihasilkan. Daya ini akan menyebabkan pergerakan. Prinsip ini digunakan dalam motor elektrik dank on pembesar suara.

2.0 KESAN SALING TINDAKAN ANTARA KONDUKTOR MEMBAWA ARUS DENGAN MEDAN MAGNET

Rajah 1 : Kesan Daya Terhadap Dawai Kuprum Berarus Di Dalam Medan Magnet

Susunan yang ditunjukkan dalam Rajah 1 di atas boleh digunakan untuk mengkaji kesan saling tindakan antara konduktor membawa arus dengan medan magnet. Magnet magnadur disusunkan dengan keadaan kutub berlawanan menghadapi satu sama lain.

Rajah 2

Rajah 3

Rajah 3

Apabila suis dihidupkan, dawai kuprum mengufuk PQ akan bergantung kepada arah medan magnet dan arah pengaliran arus. Untuk setiap kes, didapati arah medan magnet, arah pengaliran arus dan daya adalah berseranjang antara satu sama lain.

Rajah 4

Apabila medan magnet dipusingkan supaya selari dengan arah pengaliran arus, tiada pergerakan akan berlaku pada dawai kuprum PQ kerana tiada daya dihasilkan.

3.0 Medan Lastik

Apabila satu konduktor membawa arus berada dalam satu medan magnet kekal, saling tindakan antara dua magnet menghasilkan satu daya.

Dua medan magnet yang terlibat itu ialah :a. Medan magnet kekal yang dihasilkan oleh magnet magnadur. Medan itu merupakan medan seragam yang menghala dari utara ke selatan.b. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus dalam konduktor.

Rajah 5

Kedua-dua medan magnet jika diletakkan berseranjang antara satu sama lain akan bertindih untuk menghasilkan satu paduan medan magnet.

Rajah 6 Di sebelah kiri konduktor, kedua-dua medan magnet adalah searah, maka satu medan magnet yang lebih kuat dihasilkan. Garis-garis medan magnet lebih rapat antara satu sama lain.

Di sebelah kanan konduktor, kedua-dua medan magnet adalah berlawanan arah. Jadi, satu medan magnet yang lemah dihasilkan. Garis-garis medan magnet adalah lebih jarang antara satu sama lain.

Ketidakseimbangan medan magnet menyebabkan konduktor ditolak dari medan magnet yang lebih kuat ke arah medan magnet yang lemah.

Paduan medan magnet ini dinamakan medan lastik kerana garis-garis medan magnet yang lengkung itu seolah-olah menyerupai satu tali kenyal lastik yang teregang.

Selepas konduktor keluar dari kawasan medan magnet kekal, medan lastik tidak wujud lagi. Maka, tiada daya bertindak pada konduktor berarus di luar medan magnet kekal.

4.0 Peraturan tangan Kiri Fleming ( Peraturan Motor )

Penentuan arah daya dengan cara melukis medan lastik adalah merumitkan.

Kita boleh menggunakan Peraturan Tangan Kiri Fleming ( Peraturan Motor ).

Arah daya pada konduktor berarus adalah berseranjang kepada arah pengaliran arus dan arah medan magnet.

Peraturan Tangan Kiri Fleming :

5.0 Aplikasi Daya Saling Tindakan Antara Konduktor Membawa Arus Dengan Medan Magnet.

Rajah 7 : Peraturan Tangan Kiri Fleming

Info :

Bukakan ibu jari, jari telunjuk dan jari tengah supaya ketiga-tiga jari adalah lurus dan berseranjang antara satu sama lain.Ibu jari Menunjukkan arah daya, FJari telunjuk Menunjukkan arah medan magnet, BJari tengah Menunjukkan arah arus , I( Selalu ingatkan perkataan FBI )

Contoh 1:

Rajah 8 menunjukkan arah tindakan medan magnet dan arah pengaliran arus dalam satu dawai konduktor. Dengan menggunakan Peraturan Tangan Kiri Fleming, ramalkan arah tindakan daya ke atas konduktor tersebut.

Rajah 8 Penyelesaian :

Daripada Peraturan Tangan Kiri Fleming :

Arah daya

Contoh 2 :

Lukiskan medan lastik untuk medan magnet kekal dan dawai berarus yang ditunjukkan dalam Rajah 9. Seterusnya, tandakan arah tindakan daya yang terhasil.

Rajah 9 Penyelesaian :

5.0 Aplikasi Daya Saling Tindakan Antara Konduktor Membawa Arus Dengan Medan Magnet

Rajah 10 : Pembesar Suara

Pembesar suara terdiri daripada satu kon kertas yang bersambung kepada satu silinder dengan gegelung terikat padanya seperti Rajah 10 di atas.

Magnet kekal berbentuk silinder menghasilkan medan jejarian yang berseranjang dengan arus.

Arus ulang-alik dari amplifier akan mengalir melalui gegelung.

Daya yang terhasil bertindak ke atas gegelung dan menggetarkan kon kertas.

Kon kertas akan bergetar mengikut frekuensi arus ulang-alik ( yang sama dengan frekuensi bunyi ). Udara dimampat dan direnggangkan oleh kon kertas untuk menghasilkan bunyi itu.MOTOR ARUS TERUS ( a.t )

Rajah 11 : Binaan Sebuah Motor Arus Terus Ringkas

Struktur Binaan

Motor a.t terdiri daripada satu gegelung dawai segiempat yang diletakkan di antara dua magnet kekal.

Kedua-dua hujung gegelung dipaterikan kepada satu komutator yang terdiri daripada satu gelang kuprum berpecah dua.

Dua berus karbon diapksa menekan sedikit kepada komutator itu oleh spring.

Arus sentiasa mengalir dari berus P ke gegelung melalui berus Q.

Prinsip Kerja Motor a.t

Katakan, gegelung itu pada kedudukan mengufuk dan arah pengaliran arus dalam gegelung adalah seperti dalam Rajah 11 dengan berus P dan Q masing-masing bersentuhan dengan X dan Y. Arus mengalir dari a ke b pada sisi kanan gegelung dan c ke d pada sisi kiri gegelung.

Satu medan lastik terhasil seperti yang ditunjukkan pada Rajah 12.

Rajah 12 : Medan Lastik Dalam Motor a.t

Arah daya pada sisi ab dan cd ditentukan dengan Peraturan Tangan Kiri Fleming.

Pasangan daya itu menyebabkan gegelung berputar mengikut ara jam sehingga ia mencapai satu kedudukan menegak.

Rajah 13 : Prinsip Kerja Motor a.t

Pada kedudukan menegak, berus tidak lagi bersentuhan dengan komutator.

Oleh itu, bekalan arus akan terputus. Tetapi, gegelung it uterus berputar disebabkan oleh inersia dan momentumnya.

Selepas kedudukan menegak itu, komutator menyentuh berus-berus sekali lagi.

Berus P akan bersentuhan dengan Y manakala berus Q pula akan bersentuhan dengan X. Arus sekarang mengalir dalam gegelung pada arah dcba.

Daya pada sisi ab sekarang adalah ke atas manakala daya pada sisi cd adalah ke bawah. Akibatnya, gegelung it u terus berputar dalam arah ikut jam.

Proses ini berulangan setelah gegelung melampaui kedudukan menegak sekali lagi.

Kegunaan komutator ialah untuk menukarkan arah pengaliran arus dalam gegelung setiap kali gegelung melampaui kedudukan menegak. Ini memastikan gegelung terus berputar dalam satu arah sahaja.

Kelajuan motor bertambah apabila :

a. Kekuatan magnet bertambahb. Arus bertambahc. Bilangan lilitan bertambahd. Luas gegelung bertambahe. Melilitkan gegelung pada teras besi.

METER GEGELUNG BERGERAK

Rajah 14 : Meter gegelung Bergerak

Meter gegelung bergerak terdiri daripada gegelung dawai kuprum bertebat dililitkan pada silinder besi lembut.

Silinder besi lembut itu diletakkan dalam satu medan jejarian yang dibekalkan oleh sepasang magnet yang berkutub melengkung.

Gegelung itu disangka di atas alas permata.

Arus mengalir menerusi spring pengawal halus X dan melalui gegelung sebelum keluar menerusi spring pengawal halus Y. Spring X dan Y dililitkan pada arah berlawanan. Daya putaran yang terhasil pada gegelung oleh arus akan menghasilkan satu putaran mengikut arah jam dan petunjuk akan berputar bersama dengan gegelung itu.

Gegelung akan berhenti apabila daya putaran pada gegelung diimbangkan oleh daya putaran tentangan oleh spring.

Medan jejarian dan spring yang mematuhi Hukum Hooke memastikan sudut putaran gegelung itu berkadar langsung dengan arus yang mengalir, iaitu I 0. Maka, skala linear digunakan.

Apabila arus bertambah lagi, sudut putaran turut bertambah sehingga sekali lagi daya putaran diimbangkan oleh daya putaran tentangan spring. Penunjuk akan memberikan bacaan arus yang lebih besar.

Apabila bekalan arus diputuskan, daya putaran tentangan dari spring memulihkan egelung dan penunjuk ke kedudukan asal. Penunjuk kembali ke tanda sifar.

Meter gegelung bergerak boleh digunakan untuk mengukur arus dalam mikroampere dan miliampere apabila kepekaan meter ditingkatkan.

Kita boleh meningkatkan kepekaan sebuah meter gegelung bergerak dengan :

a. Menggunakan magnet yang lebih kuat.b. Menambahkan luas gegelung.c. Menambahkan bilangan lilitan gegelungd. Menggunakan spring pengawal yang kurang keras.

Info :

SOALAN

1. Rajah berikut menunjukkan seutas dawai dalam satu medan magnet kekal.

a. Berikan dua cara supaya daya saling tindakan antara konduktor membawa arus dengan medan magnet dapat ditambahkan.b. Denganmenggunakan Peraturan tangan kiri Fleming, lukiskan arah daya yang bertindak ke atas dawai tersebut.c. Nyatakan dua cara untuk menyongsangkan arah daya saling tindakan.

2. Terangkan mengapa kon pembesar suara bergetar apabila arus yang berubah-ubah mengalir melalui lingkaran dawainya.

3.

Rajah di atas menunjukkan dua kepingan logam yang serupa dan diletakkan berhampiran satu sama lain. Kedua-dua kepingan logam disambungkan kepada bateri. Apakah daya yang akan wujud antara dua kepingan logam itu? Berikan satu inferens tentang daya yang bertindak antara lilitan satu solenoid.

Jawapan

1. Rajah berikut menunjukkan seutas dawai dalam satu medan magnet kekal.

a. Berikan dua cara supaya daya saling tindakan antara konduktor membawa arus dengan medan magnet dapat ditambahkan.i. Menambahkan arusii. Menggunakan magnet yang lebih kuat

b. Denganmenggunakan Peraturan tangan kiri Fleming, lukiskan arah daya yang bertindak ke atas dawai tersebut.

F

BI

c. Nyatakan dua cara untuk menyongsangkan arah daya saling tindakan. i. Menyongsangkan arah arus.ii. Menyongsangkan arah medan magnet

2. Terangkan mengapa kon pembesar suara bergetar apabila arus yang berubah-ubah mengalir melalui lingkaran dawainya.

Apabila arus mengalir pada satu arah, daya yang terhasil menggerakkan kon pembesar suara ke satu arah tertentu ( katakana kea rah luar ). Apabila arah arus terbalik, daya yang terhasil akan bertindak pada arah yang berlawanan iaitu kon pembesar suara bergerak kea rah dalam. Maka, kon pembesar suara akan terus bergetar selagi arus yang berubah-ubah terus mengalir melalui lingkaran dawainya.

3.

Rajah di atas menunjukkan dua kepingan logam yang serupa dan diletakkan berhampiran satu sama lain. Kedua-dua kepingan logam disambungkan kepada bateri. Apakah daya yang akan wujud antara dua kepingan logam itu? Berikan satu inferens tentang daya yang bertindak antara lilitan satu solenoid.

Daya tarikan kerana arah pengaliran arus adalah sama. Inferens : Lilitan-lilitan menarik satu sama lain.

Terlebih dahulu, saya mengucapkan syukur ke hadrat Ilahi kerana dengan berkatNya saya telah menyiapkan dan melengkapkan tugasan yang telah diberikan kepada saya.Secara keseluruhannya, sepanjang saya membuat dan menyiapkan tugasan ini terdapat banyak kekangan masa dan masalah yang telah saya alami terutama sekali ketika mencari maklumat tentang tajuk keselamatan dalam litar kerana tajuk ini tidak terdapat dalam buku rujukan dan hanya terdapat maklumat sedikit sahaja dalam modul.Namun,tanpa sokongan dan bantuan daripada ibubapa, keluarga dan rakan-rakan seperjuangan yang lain maka saya rasa tidak mungkin saya akan menyiapkan tugasan yang diberikan ini mengikut tarikh dan masa yang telah ditetapkan.Di samping itu, tanpa penerangan dan bantuan daripada pensyarah kami iaitu En.Abu Bakar Bin Abdullah mungkin saya tidak tahu dan faham bagaimana hendak membuat dan menghasilkan tugasan ini seperti yang telah ditetapkan. Secara kesimpulannya, saya telah menggunakan masa yang diberikan kepada kami untuk mencari maklumat dan menyiapkan tugasan yang telah diberikan ini dengan sempurna dalam tempoh masa dan tarikh yang telah dan dapat mempelajari mengenai tajuk daya atas arus dan medan magnet yang belum saya fahami sebelum ini.Akhir sekali,sekalung penghargaan saya ucapkan kepada semua yang terlibat secara langsung dan tidak langsung dalam menyiapkan dan menghasilkan tugasan saya ini. Kerajasama daripada semua amat saya hargai dalam melaksanakan dan menjayakan tugasan yang telah diberikan kepada saya ini.Sekian.ZAIDAH RAZALI/PPG SCE2 AMBILAN JUN 2012

Zaidah Razali/PPG SCE 2/ SCE 3105