16.1 Electromotive force, potential difference and internal resistance
Anda akan membezakan daya gerak elektrik (electromotive force, e.m.f.) dengan beza keupayaan (potential difference) dan menjelaskan kesan rintangan dalam (internal resistance) ke atas beza keupayaan terminal.
SP 16.1.1Define electromotive force, e.m.f.;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Define (Mentakrifkan)
Calon perlu mentakrifkan d.g.e. sebagai tenaga yang ditukar kepada tenaga elektrik per unit cas yang melalui sumber.
- IsiTakrifHuraian
Daya gerak elektrik (e.m.f.) ε ialah tenaga yang ditukar daripada bentuk lain kepada tenaga elektrik per unit cas yang melalui sumber, ε = W/Q; unit V.
ContohSel 1.5 V membekalkan 1.5 J tenaga kepada setiap 1 C cas.
- IsiD.g.e. dan bacaan voltmeterHuraian
D.g.e. sama dengan beza keupayaan terminal apabila sumber tidak membekalkan arus. Jumlah tenaga yang dibekalkan oleh sumber ialah W = εQ.
ContohSel 9.0 V yang menggerakkan 2.0 C cas membekalkan W = 9.0 × 2.0 = 18 J tenaga elektrik.
IstilahDefinisi
- Daya gerak elektrik, ε (e.m.f.)
- Tenaga yang ditukarkan daripada bentuk bukan elektrik (cth kimia) kepada tenaga elektrik apabila satu coulomb cas mengalir melalui sumber. ε = W/Q, unit V = J C⁻¹.
- Beza keupayaan, V (potential difference)
- Tenaga elektrik yang ditukarkan kepada bentuk lain (haba, cahaya) apabila satu coulomb cas mengalir antara dua titik dalam litar. V = W/Q, unit V.
SP 16.1.2Define potential difference;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Define (Mentakrifkan)
Calon perlu mentakrifkan beza keupayaan sebagai tenaga elektrik ditukar kepada bentuk lain per unit cas yang melalui komponen.
- IsiTakrifHuraian
Beza keupayaan V antara dua titik ialah tenaga elektrik yang ditukar kepada bentuk lain per unit cas yang bergerak antara titik itu, V = W/Q.
ContohMentol menukar 60 J apabila 5.0 C melaluinya: V = 12 V.
- IsiBeza keupayaan merentasi perintangHuraian
Bagi perintang, beza keupayaan juga boleh dikira dengan V = IR. Tenaga elektrik yang ditukar kepada haba dalam perintang ialah W = VQ.
ContohArus 0.50 A melalui perintang 24 Ω: V = 0.50 × 24 = 12 V.
SP 16.1.3Describe the difference between e.m.f. and potential difference;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Describe (Memerihalkan)
Calon perlu memerihalkan perbezaan d.g.e. dan beza keupayaan dari segi arah penukaran tenaga dan tempat ia berlaku.
- IsiArah penukaran tenagaHuraian
d.g.e.: tenaga lain kepada tenaga elektrik dalam sumber; beza keupayaan: tenaga elektrik kepada tenaga lain dalam komponen.
ContohBateri (kimia ke elektrik) lawan mentol (elektrik ke cahaya dan haba).
- IsiBacaan voltmeterHuraian
d.g.e. sama dengan beza keupayaan terminal apabila tiada arus; apabila arus mengalir V = ε − Ir < ε.
ContohVoltmeter merentasi sel terbuka 12 V membaca 12 V, tetapi 11 V apabila sel membekalkan 2.0 A.
Peta buih bergandae.m.f. vs beza keupayaan
SP 16.1.4Explain the effects of internal resistance on the terminal potential difference of a battery in a circuit.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan kesan rintangan dalam terhadap beza keupayaan terminal: V = ε − Ir berkurang apabila arus bertambah.
- IsiSusutan voltan dalamHuraian
Sebahagian tenaga hilang dalam rintangan dalam sebagai Ir, jadi V = ε − Ir.
Contohε = 12 V, r = 0.5 Ω, I = 2.0 A: V = 11 V.
- IsiKesan bebanHuraian
R luar kecil menambah I dan menambah susutan Ir; V terminal turun.
ContohLampu kereta malap seketika semasa motor penghidup dihidupkan kerana arus besar.
NotaRintangan dalam dan beza keupayaan terminal
Sel sebenar mempunyai rintangan dalam r. Apabila arus I mengalir, sebahagian tenaga hilang dalam sel sebagai susutan voltan Ir (lost volts). Beza keupayaan terminal V = ε − Ir = IR. Jika I = 0 (litar terbuka), V = ε. Semakin besar arus atau r, semakin kecil V.
Peta alirContoh: beza keupayaan terminal
- Sel ε = 12 V, r = 0.5 Ω disambung kepada R = 5.5 Ω.
- I = ε/(R + r) = 12 V/(5.5 Ω + 0.5 Ω) = 2.0 A
- Susutan voltan dalam: Ir = (2.0 A)(0.5 Ω) = 1.0 V
- V = ε − Ir = 12 V − 1.0 V = 11 V
- Semak: V = IR = (2.0 A)(5.5 Ω) = 11 V.
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- VEIR
- V = E − Ir: V (voltan terminal), E (e.m.f.), I (arus), R kecil r (rintangan dalam).
Kad imbas
- Definisi e.m.f.
- Tenaga bukan elektrik ditukar kepada tenaga elektrik per coulomb cas yang melalui sumber
- Definisi beza keupayaan
- Tenaga elektrik ditukar kepada bentuk lain per coulomb cas antara dua titik
- Beza utama ε dan V
- ε: bukan elektrik → elektrik di sumber; V: elektrik → bukan elektrik di komponen
- Rumus voltan terminal
- V = ε − Ir
- Bila V = ε?
- Apabila tiada arus mengalir (litar terbuka) atau r = 0
Semak kefahaman
Takrifkan daya gerak elektrik (e.m.f.). (SP 16.1.1)
Lihat jawapan
D.g.e. ialah tenaga yang ditukar daripada bentuk lain kepada tenaga elektrik per unit cas yang melalui sumber.
Takrifkan beza keupayaan (potential difference) antara dua titik. (SP 16.1.2)
Lihat jawapan
Beza keupayaan ialah tenaga elektrik yang ditukar kepada bentuk lain per unit cas yang bergerak antara dua titik itu.
Nyatakan satu perbezaan antara d.g.e. dan beza keupayaan dari segi penukaran tenaga. (SP 16.1.3)
Lihat jawapan
D.g.e. menukar tenaga lain kepada tenaga elektrik dalam sumber, manakala beza keupayaan menukar tenaga elektrik kepada tenaga lain dalam komponen.
Sel ε = 6.0 V, r = 0.50 Ω disambung kepada perintang 2.5 Ω. Hitung arus dan beza keupayaan terminal. (SP 16.1.4)
Lihat jawapan
I = ε/(R + r) = 6.0 ÷ 3.0 = 2.0 A; V = IR = 2.0 × 2.5 = 5.0 V.
15 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (5)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menulis takrif d.g.e. dan beza keupayaan dengan unit volt dalam kad semakan selama 8 minit.
Bukti hasil kerja: Takrif dan unit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 16.1.1, 16.1.2 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Dalam pasangan, murid membezakan d.g.e. dan beza keupayaan dengan jadual berdasarkan sumber, litar terbuka dan litar tertutup.
Bukti hasil kerja: Jadual perbandingan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 16.1.3 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid mengira voltan terminal bateri berkerintangan dalam r apabila arus mengalir dan menggunakan V = ε − Ir.
Bukti hasil kerja: Lembaran pengiraan berunit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 16.1.4 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis graf V melawan I bagi bateri untuk menentukan ε dan r daripada pintasan dan kecerunan graf.
Bukti hasil kerja: Graf, nilai ε dan r; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 16.1.4 · Latihan sepadan: aras Menganalisis - Menilai
Aktiviti: Murid menilai kesan rintangan dalam pada bateri lama pada kecerahan mentol dan menjustifikasi mengapa voltan terminal berkurang apabila arus besar.
Bukti hasil kerja: Ulasan bertulis dengan angka; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 16.1.4 · Latihan sepadan: aras Menilai
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.