LITAR ELEKTRIK 1 EET101/4 Pn. Samila Mat Zali
STRUKTUR KURSUS Peperiksaan Akhir : 50% Ujian teori : 10% Mini projek : 10% Amali/praktikal : 30% 100%
OBJEKTIF KURSUS Mempelajari komponen-komponen utama litar elektrik dan kaedah analisis litar DC dan AC
SILIBUS KURSUS Pembolehubah Dan Elemen Litar Ulangkaji analisis litar, unit SI, voltan dan arus, kuasa, tenaga, a, elemen atas litar (pasif dan aktif) punca voltan dan arus, hukum Ohm, hukum Kirchhoff, model litar, litar dengan `dependent source'. Litar Rintangan Printang siri/selari, litar pembahagi voltan, litar pembahagi arus, pengukuran voltan dan arus, titi Wheatstone, litar setar delta-wye (Pi-Tee). Kaedah Analisis Litar Pengenalan kaedah nod-voltan, kaedah nod-voltan mengandungi `dependent sources' dan keskhas, pengenalan kaedah mesh-arus, kaedah mesh-arus mengandungi `dependent sources' dan kes khas, penjelmaan punca, litar setara Therenin dan Norton, pemindahan kuasa maksimum dan superposisi. Induktans Dan Kapasitans Induktor, hubungan voltan, arus, kuasa dan tenaga, kapasitor, hubungan voltan, arus, kuasa dan tenaga, gabungan siri-selari selari induktor dan kapasitor.
Sambutan Tertib-Pertama dan kedua Litar RL dan RC Sambutan asli litar RL dan RC, sambutan langkah (rangkap memaksa) ) litar RL dan RC, penyelesaian umum sambutan asli dan langkah, pensuisan berjujukan, pengenalan sambutan asli dan langkah litar RLC. Analisis Sinus Keadaan Mantap Punca sinus, sambutan sinus, konsep fasor dan gambar rajah fasor, elemen pasif litar dalam domain frekuensi (hubungan V-I V I untuk R, L, C), impedans dan reaktans, hukum Kirchhoff dalam domain frekuensi, teknikt eknik- teknik analisis litar dalam domain frekuensi. Pengiraan Kuasa Sinus Keadaan Mantap Kuasa ketika, kuasa purata (aktif) dan reaktif, pengiraan kuasa dan nilai rms, kuasa kompleks dan segitiga kuasa, pemindahan kuasa maksimum dalam sebutan impedans. Litar Sistem Kuasa Sistem satu dan tiga fasa (litar Y dan ), punca voltan tiga fasa seimbang, analisis litar Y - Y, analisis litar Y -,, pengiraan kuasa dalam litar tiga fasa seimbang, pengukuran kuasa purata dalam litar tiga fasa.
PEMBOLEHUBAH & ELEMEN LITAR Ulangkaji analisis litar Unit SI Arus, voltan, kuasa dan tenaga Elemen atas litar (aktif & pasif) Punca voltan dan arus Hukum Ohm Hukum Kirchhoff Model litar Litar dengan punca bersandar
Ulangkaji analisis litar Analisis : satu kajian (matematik) tentang entiti kompleks dan saling hubungan bahagian- bahagiannya.
Litar : satu saling hubungan satu peranti elektrik ringkas yang mana sekurang-kurangnya kurangnya terdapat satu laluan tertutup di mana arus boleh mengalir.
Analisis litar : kajian matematik saling hubungan bagi peranti- peranti elektrik ringkas yang mengandungi sekurang- kurangnya satu laluan tertutup Ulangkaji
Unit SI SI : International System of Unit yang diperkenalkan oleh National Bureau of Standards dalam tahun 1964 Kuantiti Panjang Jisim Masa Arus elektrik Termodinamik Luminous intensity Unit asas Meter Kilogram Saat Ampere Kelvin candela Simbol m kg s A k cd
Unit SI merangkumi sistem desimal untuk dihubungkan dengan unit yang lebih besar atau lebih kecil dengan unit asas dan menggunakan prefix piawaian untuk kuasa 10 iaitu: Pekali Prefix Simbol 10 12 Tera T 10 9 Giga G 10 6 Mega M 10 3 Kilo k 10 0 10-3 Mili m 10-6 µ 10-9 n Nano Micro 10-12 Pico p 10-15 Femto f 10-18 Atto a
Arus Arus elektrik adalah kadar perpindahan cas yang diukur dalam ampere (A) 1A=1C/s Direct current: arus kekal malar dengan masa
Alternating current: arus berubah secara sinusoidal dengan masa i = dq dt dimana i = arus dalam ampere q= cas dalam coulomb t = masa dalam saat
4 jenis arus Arus terus (direct current)
Arus Ulangalik (Alternating current)
Arus exponential
Arus Ulangalik teredam (damped)
Voltan Voltan: tenaga yang diserap atau dihabiskan untuk satu unit cas bergerak melalui satu elemen litar.. Unit: volt(v) Sempena nama ahli fizik Italy pada abad 18, Alessandro Antonio Anastasio Volta
Satu voltan adalah bersamaan satu Joule per coulomb. v = dw dq di mana v = voltan dalam volt w = tenaga dalam Joule q = cas dalam coulomb
Kuasa Kuasa adalah kadar tenaga digunakan atau diserap mengikut masa kuasa diserap = kuasa dibekalkan
p = dw dt p = ± vi di mana p = kuasa dalam watt (W=J/s) w = tenaga dalam joule (J) t = masa dalam saat (s) v = voltan dalam volt (V) I = arus dalam ampere (A)
Tenaga hukum pengabadian tenaga: jumlah bersih kuasa yang diserap oleh satu litar adalah sifar. Dengan kata lain, jumlah tenaga yang dihasilkan dalam sesuatu litar adalah sama dengan jumlah tenaga yang diserap.
w = t p dt = ( ± t 0 t t 0 vi) dt Tenaga bermaksud kapasiti untuk melakukan kerja yang diukur dalam joule (J).
Elemen Atas Litar Satu elemen atas litar yang ringkas adalah model matematik bagi satu peranti elektrik yang mempunyai dua terminal.
Elemen Atas Litar Elemen Aktif Berkemampuan membekalkan kuasa kepada litar Contoh : punca voltan dan arus Elemen Pasif Hanya mampu menerima kuasa Contoh : perintang, induktor, kapasitor, diod dan lain-lain
Punca Voltan Dan Arus Punca tak bersandar adalah penjana voltan dan arus yang tak bergantung pada pembolehubah lain yang terdapat dalam litar. Punca bersandar pula adalah penjana voltan dan arus yang bergantung pada pembolehubah litar yang lain.
Punca yang ideal adalah penjana voltan dan arus yang tak bergantung kepada arus yang melalui punca voltan atau voltan yang melintasi punca arus. Punca ideal adalah model yang digunakan untuk memudahkan analisis litar. Punca ini tidak wujud secara fizikal.
Punca tak bersandar Voltan Arus
Punca Bersandar Punca voltan bersandar dengan kawalan voltan (dependent voltage- Controlled voltage source)
Punca voltan bersandar dengan kawalan arus (dependent currentcontrolled voltage source)
Punca arus bersandar dengan kawalan voltan (dependent voltagecontrolled current source)
Punca arus bersandar dengan kawalan arus (dependent currentcontrolled current source)
HUKUM OHM Hukum Ohm menyatakan bahawa bezaupaya,, V yang melintasi suatu beban pengalir adalah berkadaran terus dengan arus,, I yang mengalir melaluinya. Sempena nama George Simon Ohm, ahli fizik Jerman pada abad ke 19.
Tafsiran ini boleh dimudahkan seperti berikut, V = IR Ω di mana R = rintangan dalam ohm ( )
Salingan rintangan dikenali sebagai konduktans,, G yang diukur dalam unit Siemens (S). G = 1 R
Hukum Kirchhoff Hukum ini diperkenalkan oleh Gustar Robert Kirchhoff iaitu seorang professor universiti di Jerman. Beliau memperkenalkan dua hukum iaitu: 1. Hukum Arus Kirchhoff 2. Hukum Voltan Kirchhoff
Hukum Arus Kirchhoff Hukum ini menyatakan bahawa perjumlahan algebra bagi arus yang masuk ke suatu nod adalah sama dengan perjumlahan algebra bagi arus yang keluar dari nod tersebut.
Takrifan di atas boleh dijelaskan secara matematik seperti berikut, I = 0 masuk Arus masuk= arus keluar Arus yang memasuki sesuatu nod adalah positif manakala arus yang keluar dari nod adalah negatif.
Hukum Voltan Kirchhoff Hukum ini menyatakan bahawa bagi satu litar tertutup, perjumlahan algebra punca voltan adalah sama dengan perjumlahan algebra kejatuhan voltan.
Takrifan matematik bagi hukum ini adalah seperti berikut, V = 0 litartertutup
MODEL LITAR Model matematik yang biasa digunakan untuk system elektrik dikenali sebagai model litar. Satu litar adalah satu saling hubungan komponen/elemen dua terminal yang mana akan menghasilkan ranting sesiri dan selari.
Litar Sesiri Dua elemen adalah sesiri jika: 1. kedua-dua elemen litar hanya mempunyai satu terminal sepunya 2. titik sepunya antara dua elemen tidak disambungkan dengan elemen pembawa arus yang lain
contoh litar sesiri
Litar Selari Dua elemen,, ranting atau rangkaian adalah selari jika mempunyai dua titik sepunya.
Contoh litar selari
Gabungan Litar Sesiri-selari selari Litar sesiri-selari selari boleh digabungkan untuk menghasilkan satu rangkaian litar yang lebih kompleks.
Contoh gabungan litar sesiri- selari
LITAR DENGAN PUNCA BERSANDAR
Dengan menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff pada gelung pertama, 500 i = 5 i + 20 (1) 0
menggunakan Hukum Arus Kirchhoff pada gelung kedua, i = i + 5 i 0 (2) i = 6i 0
Selesaikan persamaan (1) dan (2) i = i = 0 4A 24A
menggunakan Hukum Ohm untuk perintang 20Ω, v = 480V 0
Soalan 1
Jawapan 1(a) v = ( 1)(8) = 8V a 2 ( 8) p = = (1) 2 (8) = 8W 8 Ω 8
Jawapan 1(b) i = ( 50)(0.2) = 10A b 2 p = (50) (0.2) = 500W 0.2Ω
Jawapan 1(c) v = ( 1)(20) = 20V c 2 ( 20) p = = ( 1) 2 (20) = 20W 20 Ω 20
Jawapan 1(d) 50 i = = 2A d 25 2 ( 50) p = = ( 2) 2 (25) = 100W 25 Ω 25
Soalan 2 Dapatkan nilai I dan V0 untuk litar di bawah
Jawapan 2 6 18 + I + 2I + 3I = 0 6I = 12 I = 2 A V 0 = 5I = (5)(2) = 10V
Soalan 3 Dapatkan nilai arus dalam litar berikut menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff 30 30V 120V 15
Jika arah arus dipilih mengikut arah pusingan jam: 120 + 30I + 30 + 15I = 0 45I = 90 I = 2 A
Jika arah arus melawan pusingan jam: 120 + 15I 30 + 30I = 0 45I = 90 I = 2 A
Voltan pada perintang: V 30Ω = IR = (2)(30) = 60V V 15Ω = IR = (2)(15) = 30V
Kuasa yang diserap oleh perintang: p 30Ω = VI = I 2 R = (60)(2) = (2) 2 (30) = 120W p 15Ω = VI = I 2 R = (30)(2) = (2) 2 (15) = 60W
Soalan 4
Menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff ke atas kedua-dua gelung akan memberikan persamaan-persamaan dibawah: 10 3i s = 6i s = 2i + 3 0 i 0
selesaikan untuk kedua-dua arus is dan i0 dan diperolehi, i = 1. 67 s 1 A i 0 = A
Dengan menggunakan Hukum Ohm ke atas perintang 3Ω v = 3i = 3V 0 0