PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/1
PRINSIP ASAS PEMUAT (CAPACITOR)
OBJEKTIF AM Memahami prinsip-prinsip asas pemuat dalam litar elektrik.
Un
6
OBJEKTIF Di akhir unit ini anda dapat :
Mentakrifkan pemuat beserta dengan unitnya. unitn ya.
Melukis cas-cas di atas plat pemuat.
Menjelaskan penyusunan pemuat pemuat dalam litar siri dan selari.
Memberikan contoh-contoh kesan pemuat dalam litar dan alat elektrik.
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/2
INPUT
6.0
PEMUAT
Pemuat adalah satu peranti elektrik yang berkemampuan untuk menyimpan tenaga elektrik. Kuantiti dan lamanya tenaga yang boleh disimpan bergantung kepada nilai kemuatan pemuat tersebut. Tenaga elektrik yang disimpan di dalam pemuat berbentuk cas di mana satu plat akan mempunyai cas negatif (-ve) dan plat lain mempunyai cas berlawanan iaitu cas positif (+ve) seperti seperti dalam Rajah 6.1 di bawah. Arah pengaliran arus
++++ _ _ _ _
++++ C
V
_ _ _ _
Rajah 6.1 : Cas Di Atas Plat Pemuat
Pemuat atau juga dinamakan kondenser terbina dengan dua pengalir yang disusun bertentangan antara satu sama lain dan dipisahkan oleh bahan penebat . Pengalir bagi penebat itu dipanggil plat dan penebat pemisah itu dipanggil dielektrik seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6.2(a), manakala manakala Rajah 6.2(b) pula menunjukkan simbol simbol bagi pemuat. Penebat
Pengalir
Simbol : C
(a)
(b) Rajah 6.2 : Binaan Asas Pemuat
6.1
KEMUATAN
Unit : Farad (F)
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/3
Kemuatan ialah sifat sesuatu sesuatu pemuat untuk untuk menyimpan tenaga elektrik . Ia juga boleh ditakrifkan sebagai kuantiti atau jumlah cas elektrik yang diperlukan untuk mengadakan satu satu perbez perbezaan aan upaya upaya di antara antara dua platnya. platnya. Unit Unit bagi bagi kemuat kemuatan an ialah ialah Farad Farad (F), (F), simbolnya C. Kemuatan 1 Farad bermakna suatu pemuat boleh menyimpan 1 coulomb cas elektrik apabila voltan dibekalkan pada pemuat itu ialah 1 volt. Hal ini dapat ditunjukkan secara persamaan (6.1). Kemuatan, (Farad) =
Cas(Coulomb) Bezaupaya(Volt )
(6.1)
Dalam Dalam peng penggu guna naan an hari harian an,, unit unit Farad Farad mung mungki kin n terlal terlalu u besa besarr untu untuk k digu diguna naka kan. n. Kemuatan pemuat biasanya menggunakan unit-unit gabungan yang lebih kecil misalnya mikroFarad (μF) atau pikoFarad (pF). 1 mikroFarad = 10 -6 Farad 1 pikoFarad = 10 -12 Farad
6.2
TENA ENAGA ELE LEK KTRI TRIK DI DI DAL DALAM AM PEM PEMUAT UAT
Tenaga elektrik di dalam pemuat boleh dikira dengan menggunakan persamaan (6.2) di bawah.
E
=
1 2
QV
(6.2)
Kita juga boleh menerbitkan menerbitkan beberapa formula tenaga eletrik di dalam pemuat dengan memasukkan persamaan (6.1) ke dalam persamaan (6.2).
E =
1 2
CV
2
dan
E =
1 Q2 ( ) 2 C
(6.3)
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/4
Contoh 6.1 :
Sebuah Sebuah pemuat 8pF 8pF di sambungka sambungkan n ke bekalan bekalan kuasa 600V 600V.. Kirakan cas cas dan tenaga tenaga yang dapat disimpan oleh pemuat tersebut. Penyelesaian :
Diketahui cas, Q
=
CV
= (8 x10 tenaga elektrik, E =
6.3
2
)(600) = 4.8 x 10-7 C
QV = ( 4.8 x10−12 )(600) = 2.88 x 10-9 Joule
JENIS-JENIS PE PEMUAT
a) b) b) c) d) e) f) g) 6.4 6.4
1
12
−
Pemuat Pemuat Jenis Jenis Diele Dielektri ktrik k Udara Udara Boleh Boleh Ubah Ubah Pemua Pemuatt Jen Jenis is Kert Kertas as Pemua Pemuatt Jen Jenis is Poli Polies ester ter Pemu Pemuat at Jen Jenis is Mik Mikaa Pemua Pemuatt Jeni Jeniss Seram Seramik ik Pemua Pemuatt Jen Jenis is Elek Elektro trolit litik ik Pemua Pemuatt Jenis Jenis Tan Tantal talum um
KEGU KE GUNA NAAN AN PEMU PEMUA AT DAL DALAM AM LIT LITAR EL ELEK EKTR TRIK IK
a) b) c) d) e)
Mening Meninggik gikan an faktor faktor kuasa kuasa litar litar elekt elektrik rik.. Mengurangk Mengurangkan an bunga bunga api semasa semasa suis suis dibuka dibuka dalam litar. litar. Mengurangk Mengurangkan an gangguan gangguan ulangan ulangan radio dalam penghid penghidup up litar lampu pendafl pendaflour our.. Mengua Menguatkan tkan arus arus elektri elektrik. k. Meny Menyim impa pan n cas cas elek elektri trik. k.
Pelajar semua seharusnya faham di dalam pertukaran unit kerana ia mempengaruhi jawapan di dalam sebarang pengiraan. Jika tidak pasti, gunakan calculator.
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/5
AKTIVITI 6A
6.1. Berikan takrifan takrifan bagi pemuat pemuat dan kemuata kemuatan n. 6.2. Lukiskan Lukiskan gambar gambar rajah cas di atas plat plat sebuah sebuah pemuat. pemuat. 6.3. Sebuah Sebuah pemuat pemuat 50μF 50μF di sambung sambungkan kan ke ke bekalan bekalan kuasa kuasa 240V 240V.. Kirakan Kirakan cas dan dan tenaga tenaga yang dapat disimpan oleh pemuat tersebut. 6.4. Nyatakan Nyatakan tiga(3) tiga(3) kegunaan kegunaan pemuat pemuat di dalam bidang bidang elektrik. elektrik.
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/6
MAKLUM BALAS 6A 6.1. Pemuat ialah komponen elektronik yang berkemampuan untuk menyimpan cas eletrik. Kemuatan ialah sifat sesuatu pemuat yang berkemampuan untuk menyimpan cas dan tenaga elektrik. 6.2. Gambar rajah rajah cas di atas plat sebuah sebuah pemuat adalah adalah seperti seperti rajah di bawah; bawah; Arah pengaliran arus
++++ _ _ _ _ V
++++ C ____
Cas di atas plat pemuat
6.3.
Diketahui cas, Q
=
CV
= (50 x10 tenaga elektrik, E =
1 2
−6
)( 240) = 12 x 10 -3 C
QV = (12 x10 −12 )(240) = 2.88 Joule
6.3. Kegunaan pemuat di dalam dalam bidang elektrik adalah : a). Meninggikan faktor kuasa litar elektrik. b). Mengurangkan bunga api semasa suis dibuka dalam litar. c). Mengurangkan gangguan ulangan radio dalam penghidup litar lampu pendaflour. d). Menguatkan arus elektrik. e). Menyimpan cas elektrik. (Pilih tiga sahaja)
INPUT
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/7
6.5 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI MEMPENGARU HI NILAI KEMUATAN KEMUATAN
Terdapat erdapat tiga(3 tiga(3)) faktor faktor yang yang mempen mempengar garuhi uhi nilai nilai kemuat kemuatan an sebuah sebuah pemuat pemuat iaitu, iaitu, keluasan plat, jarak di antara plat dan ketelapan. 6.5. .5.1
Kelua eluasa san n Pla Platt, A
Di mana kemuatan berkadar terus dengan luas keratan rentas bagi plat. Ini bermakna kemuatan sebuah pemuat berubah mengikut keluasan plat pemuat. Keluasan plat yang besar dapat menampung banyak elektron dan dapat menyimpan banyak cas.
C ∝ A . 6.5.2
Jarak Di Antara Kedua-Dua Plat, d
Di mana kemuatan berkadar songsang dengan jarak di antara plat. Ini bermakna kemuatan bagi satu pemuat berubah apabila jarak di antara platnya berubah. Kemu Kemuat atan an akan akan bert bertam amba bah h apab apabil ilaa plat plat-p -pla latt dide dideka katk tkan an bers bersam amaa dan dan berkurangan apabila plat-platnya dijauhkan.
C ∝ 6.5.3
Ketelapan,
1 d ε
Di mana kemuatan berkadar terus dengan ketelapan pengalir.
C ∝ ε .
6.6
REGANGAN BERKEMUATAN, X C
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/8
Dalam Dalam litar litar AU arus arus dan voltan voltan bekalan bekalan sentia sentiasa sa beruba berubah-u h-ubah bah.. Oleh Oleh itu proses proses mengecas juga berubah. Pada separuh kitar pertama, ia mengecas pada satu arah arus dan pada separuh kitar kedua ia mengecas pemuat itu pada arah yang bertentangan pula. Pada masa yang sama wujud satu nilai penentangan arus ketika voltan bekalan mula menurun menurun yang dipanggil dipanggil reganga regangan n. Dalam Dalam litar litar pemu pemuat at regan reganga gan n ini ini dipa dipang nggi gill regangan regangan berkemuatan berkemuatan,. ,. Nilai regangan berkemuatan ini berkadar berkadar songsang songsang dengan nilai frekuensi voltan A.U. Dalam bentuk persamaan matematik ia boleh ditulis seperti persamaan (6.4). Simbol : X C ,
X C
1
=
ω C
X C
=
Unit : ohm ( Ω )
, di mana ω = 2π f .
1
(6.4)
2π fC
di mana, C = kemuatan (F) f = frekuensi ( Hz ) ω = halaju sudut (rads -1 ) 2π = pemalar
Contoh 6.2
Pemuat 8μF disambungkan ke ke bekalan 240V 240V, 50Hz. Kirakan berapakah nilai nilai regangan berkemuatan. Penyelesaian :
X C
6.7 6.7
=
1 2π fC
=
1 −
6
2π (8 x10 )
=
397.9Ω
PENY PENYUS USUN UNAN AN PEMU PEMUA AT DAL DALAM AM LIT LITAR SE SESI SIRI RI DAN DAN SEL SELAR ARII
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/9
Kaedah analisis litar pemuat berbeza sedikit dengan kaedah analisis litar pearuh dan perintang. Dalam bahagian ini para pelajar akan didedahkan didedahkan mengenai analisis litar sesiri, selari dan gabungan kedua-duanya. 6.7.1
Lita itar Se Sesiri C1
C2
C3
V
Rajah 6.3 : Litar Sesiri
a). Kemuatan jumlah bagi litar sesiri sesiri boleh dikira menggunakan menggunakan persamaan (6.5).
(6.5)
Persamaan (6.5) di atas boleh juga ditulis dalam bentuk persamaan (6.6).
C j
C 1C 2C 3
=
C 1C 2
(6.6)
+ C 1C 3 + C 2C 3
b). Cas setiap setiap pemuat adalah sama,
Q1
=
Q2
=
Q3
=
Q j , di mana Q j = C jV
(6.7)
c). Kejatuhan voltan pada setiap pemuat adalah berbeza bergantung bergantung kepada nilai kemuatan masing-masing dan boleh boleh dikira dengan menggunakan menggunakan persamaan (6.8). (6.8).
V C 1
=
Qj C 1
,
V C 2
=
Qj C 2
dan
V C 3
=
Qj C 3
(6.8)
Untuk dua(2) buah pemuat seperti litar Rajah 6.4 di bawah, kemuatan jumlah juga boleh dikira dengan menggunakan persamaan (6.9).
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/10
C1 V
C j
=
C 1C 2 C + C
(6.9) (6.9)
C2
Rajah 6.4 : Litar Sesiri 2 Pemuat
Kejatuhan voltan pada setiap pemuat boleh dikira dengan menggunakan formula (6.10) di bawah.
V C 1 V C 2
=
=
(
(
C 2 C 1 + C 2
)V
C 1 C 1
+
C 2
(6.10)
)V
Cas yang melalui setiap pemuat juga sama,
Q1
=
Q2
=
Q j di mana Q j = C jV .
Begitu juga untuk mengira kemuatan umlah. Pelajar digalakkan menggunakan pers.(6.5) kerana pelajar selalu cuai
6.7.2
Lita itar Se Selar lari
Pelajar digalakkan menggunakan per. (6.8) untuk mengira kejatuhan voltan pada setiap pemuat. Pers.(6.10) tidak digalakkan kerana ia
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/11
a). Kemuatan jumlah, C j bagi litar pemuat selari adalah hasil tambah semua kemuatan dalam litar. litar. Formula matematiknya adalah seperti persamaan (6.11) di bawah.
V
C1
C2
C3
Rajah 6.5 : Litar Selari
C j
C 1 + C 2
=
+ C 3
(6 .11)
b). Kejatuhan voltan pada pada setiap pemuat adalah sama ;
V C 1
=
V C 2
=
V C 3
=
V j
(6.12) c). Cas yang melalui setiap pemuat adalah berbeza bergantung bergantung kepada nilai nilai kemuatan pemuat tersebut dan ia boleh dikira dengan menggunakan persamaan (6.13). QC 1
=
V j C 1
, QC 2
V j
dan QC 3
=
C 2
V j =
C 3
(6.13) Contoh 6.3 Berapakah nilai kemuatan bagi tiga(3) buah pemuat, masing-masing dengan kemuatan 120μF jika ia disambung secara : a) selari b) sesiri Penyelesaian
a) C J
1 b)
C j
=
C 1 + C 2 + C 3 = (120+120+120) x 10 -6 = 360 x 10 -6 = 360 μF
=
1
C 1
+
1
C 2
∴ C j =
+
1
C 3
1
=
120
40µ F .
+
1 120
+
1 120
=
3 120
=
(selari)
1 40
(sesiri)
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/12
Contoh 6.4
Dua(2) buah pemuat mempunyai kemuatan masing-masing dengan nilai 6 µ F dan 10 µ F dihubungkan bersiri dengan satu bekalan kuasa 200V. 200V. Dapatkan ; a) Jumlah kemuatan b) Cas setiap pemuat c) Bezaupaya merentasi setiap pemuat. Penyelesaian :
a)
Kemuatan jumlah, C j
C j b)
C 1C 2 C 1 + C 2
=
(6)(10) 6 + 10
=
3.75 µ F
Cas setiap pemuat adalah sama ,
Q1 c)
=
=
Q2
=
Q j
6 C j V = (3.75 x10 )(200) = 750 x10 −
=
Kejatu atuhan volta ltan pada se setia tiap pemuat, at,
V 1 V 2
=
=
Qj
=
750 x10
C 1
6 x10
−
Qj
750 x10
−
C 2
=
10 x10
−
6
−
=
6
125V
6
6
=
6
−
75V
Jika di dalam suatu soalan itu mempunyai nilai yang sama unitnya, semasa penyelesaian dilakukan unit tersebut tidak perlu dimasukkan untuk memudahkan proses pengiraan. Unit hanya perlu dimasukkan pada
=
750µ C
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/13
AKTIVITI 6B
6.4. Nyatakan Nyatakan faktor-faktor faktor-faktor yang mempengaru mempengaruhi hi nilai kemuatan sebuah sebuah pemuat. 6.5. Apakah Apakah yang dimaksudk dimaksudkan an dengan regangan regangan berkemua berkemuatan. tan. 6.6 6.6 Berap Berapak akah ah nilai nilai kemu kemuata atan n bagi bagi tiga tiga(3 (3)) buah buah pemu pemuat, at, masi masing ng-ma -masi sing ng deng dengan an kemuatan 120 μF , 240 µ F dan 360 µ F jika ia disambung secara : a). Selari b). Sesiri
Selesaikan soalan dalam aktiviti ini sebelum anda menjawab soalan dalam Penilaian Kendiri.. Selamat Mencuba.
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/14
MAKLUM BALAS 6B
6.4 Terdapat erdapat tiga(3) tiga(3) faktor yang mempengaruhi mempengaruhi nilai nilai kemuatan kemuatan sebuah pemuat pemuat ; i). Keluasan plat ii). Jarak antara plat iii). Ketelapan penebat.
6.5
Regangan Regangan berkemua berkemuatan tan ialah penentan penentangan gan pengaliran pengaliran arus terhada terhadap p pemuat apabila apabila bekalan voltan mula menurun.
6.6 a) C J b)
=
1
C j
∴
C j
C 1 + C 2
+ C 3
1
1
=
C 1 =
+
= (120+240+360) x 10 -6 = 720 x 10 -6 = 720 μF
1
+
C 2
1 0.0153
C 3 =
=
1 120
1
+
240
65.45µ F .
+
1 360
=
0.0153
(sesiri)
(selari)
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/15
Penilaian Kendiri 1.
Beri erikan definisi isi bagi reg regang angan berkemu emuatan tan berse rserta rta pers ersamaan dala alam bentuk tuk matematik.
2.
Beri Berika kan n defin definis isii pemu pemuat at,, sete seteru rusn sny ya luki lukisk skan an bina binaan an asas asas pemu pemuat at beser beserta ta simb simbol ol dan dan unitnya.
3.
Lukis ukisk kan gamb gambar ar raja rajah h yang ang menu enunju njukkan kkan cas cas di atas atas plat plat pem pemuat dan dan bebe bebera rapa pa kegunaannya.
4.
Dapa Dapatk tkan an nilai nilai kemu kemuat atan an juml jumlah ah bagi bagi litar litar-li -litar tar dalam dalam Raja Rajah h K6. K6.1 1 di di baw bawah ah;; 120 µ F
i) . 40 µ F
A
60 µ F
80 µ F
20 µ F
850pF
ii). 350 µ F 200 µ F A
400 µ F B
500pF Rajah K6.1
B
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/16
MAKLUM BALAS KENDIRI 1.
Regangan Regangan berkem berkemuata uatan n ialah ialah penentan penentangan gan arus arus ketika ketika voltan voltan bekala bekalan n mula menuru menurun n yang dipanggil regangan. regangan. Dalam bentuk persamaan persamaan matematik ia boleh ditunjukkan ditunjukkan dalam persamaan di bawah.
X C
=
1 2π fC
’
di mana, C = kemuatan (F) f = frekuensi ( Hz ) ω = halaju sudut (rads-1 ) 2π = pemalar
2.
Pemua Pemuatt adala adalah h satu satu peran peranti ti elektri elektrikk yang yang berkem berkemamp ampua uan n untuk untuk menyimp menyimpan an tenag tenaga a elektrik, manakala rajah dibawah menunjukkan binaan asas dan simbolnya. Penebat
Simbol : C Unit : Farad (F)
Pengalir (a)
3.
Binaan asas pemuat
(b)
Simbol
Gambar rajah cas di atas plat sebuah pemuat adalah seperti rajah di bawah; Arah pengaliran arus
++++ ____ V
++++ C ____
PRINSIP ASAS PEMUAT
E1063/UNIT6/17
Terdapat beberapa kegunaan pemuat di dalam bidang elektrik antaranya ; a). Meninggikan faktor kuasa litar elektrik. b). Mengurangkan bunga api semasa suis dibuka dalam litar. c). Mengurangkan gangguan ulangan radio dalam penghidup litar lampu pendaflour. d). Menguatkan arus elektrik. e). Menyimpan cas elektrik
4. i).
C P = 120 + 60 + 20 = 200 µ F (selari)
1
1
=
40
C S C S
=
C AB
=
∴
∴
ii). C A
1
=
1
1
+
1
40
12
−
=
300 + 400 = 750 µ F
1
+
200 µ F =
C AB
1
1
1
+
200
200 x10− 6
+
23.53 x10
=
80
0.0425 (sesiri)
850 pF
750 x10− 6
1.19 x109
+
850 x10
12
−
=
2.44 x10
5
−
=
(sesiri)
1
1
6
−
(selari)
1
+
C A
1
=
+
23.53 µ F
=
C S + 850 x10
=
1
=
80
C P
0.0425
C AB
∴
+
=
+
1 850 x10−12
8.45 x10 10 F −
9
= 1.19 x10
24.4µ F (selari)
