Sumber dan kegunaan elektrik

PENGENALAN

Apa itu elektrik

Setiap benda di alam seperti bintang, planet, tubuh anda dan sebagainya terbina daripada atom yang memang tidak dapat kita lihat kerana saiznya yang terlalu kecil.

Setiap atom mempunyai nukleus yang letaknya di tengah. Nukleus dikeliling oleh zarah yang lebih kecil iaitu elektron yang bergerak mengelilingi nukleus. Bahan seperti logam, yang membenarkan arus elektrik melaluinya dengan mudah dinamakan penkonduksian dan mempunyai elektron bebas bergerak melintasi bahagian luar atom yang lain. Apabila wayar logam dihubungkan kepada sebuah bateri, elektron bebas mula bergerak di sepanjang wayar tersebut, dari satu atom ke atom yang lain. Pergerakan elektron inilah dinamakan arus elektrik.

SUMBER ELEKTRIK

BAGAIMANA ELEKTRIK DIHASILKAN

Elektron mengalir menghasilkan arus elektrik. Daya yang boleh menggerakkan elektron keluar dari orbitnya mengalirkan arus menjadi punca tenaga elektrik. Kesemua punca-punca tenaga elektrik ini berdasarkan dua kriteria iaitu cas negatif menolak elektron sementara cas positif menarik elektron. Atau kedua-dua cas ini masing-masing menolak dan menarik elektron secara berterusan

Haba sebagai sumber elektrik

Tenaga haba bertukar menjadi tenaga elektrik melalui prinsip termokupel. Jika dua logam yang berlainan jenis yang dibelit dan dipanaskan di hujungnya bersama-sama, beza upaya akan wujud di antara kedua-dua logam tersebut kerana elektron bebas dari satu logam berpindah kepada logam yang satu lagi dan cas-cas elektrik akan dihasilkan. Perbezaan suhu antara hujung logam yang dipanaskan dan yang yang tidak dipanaskan menentukan banyaknya tenaga elektrik.

Tenaga elektrik yang diperoleh secara kepanasan tidaklah besar, namun tenaga ini amat berguna seperti dalam alat penyukat suhu kepanasan enjin kereta, ketuhar dan relau gas automatik.

Geseran sebagai sumber elektrik

Apabila dua bahan yang berlainan digosok atau digeserkan antara satu sama lain, elektron di dalam suatu bahan akan keluar dari atomnya dan berpindah ke bahan yang satu lagi. Ini menyebabkan bahan yang menerima kelebihan elektron akan bercas negatif dan bahan yang kehilangan elektron bercas positif. Sebagai contoh, jika sebatang kaca digeserkan dengan kain sutera pada satu arah, elektron yang berada di batang kaca itu akan berpindah ke kain sutera dan menjadikan batang kaca itu bercas positif sementara kain sutera yang menerima elektron akan bercas negatif.

Walaupun penghasilan tenaga elektrik secara geseran ini kecil, ia masih digunakan oleh sesetengah alat elektrik. Misalnya dalam alat pembersih kotoran, penapis udara, mesin fotostat, proses mengecat dan janakuasa Van de Graaff.

Tindakan kimia sebagai sumber elektrik

Jika dua bahan logam tertentu dimasukkan ke dalam bekas yang mengandungi bahan kimia tertentu satu tindakan kimia akan berlaku di mana elektron kedua-dua bahan tersebut akan bergerak bebas. Jika seutas dawai disambungkan di antara kedua-dua bahan logam itu, arus elektrik akan mengalir. Bateri kereta, lampu suluh, mesin kira dan sebagainya adalah contoh alat-alat yang menggunakan tindakan kimia untuk menghasilkan tenaga elektrik.

Contoh;

Sel Kering

Voltan yang dihasilkan oleh sel kering adalah sebanyak 1.5 volt. Karbon yang berada di tengah-tengah bertindak sebagai punca positif. Campuran ammonium klorida dan mangan bertindak sebagai elektrolit dan bekas zink bertindak sebagai punca negatif.

Sel alkali

• digunakan dalam peralatan bervoltan rendah seperti peralatan permainan kanak-kanak, lampu suluh dan jam dinding

• terdapat dalam pelbagai saiz dan voltan yang berlainan seperti 1.5V, 6V, 9V, dan 12V.

• tidak boleh dicas semula

Sel merkuri

• didapati dalam pelbagai saiz

• digunakan dalam kalkulator dan jam tangan

• tidak boleh dicas semula

Sel lithium

• digunakan dalam peralatan yang menggunakan voltan tinggi dalam jangka masa yang lama

• Contoh peralatan = kamera, computer, dan telefon bimbit

• boleh dicas semula

Sel nikel kadmium

• digunakan pada peralatan tanpa wayar (cordless)

• boleh dicas semula

Sel Basah

Tenaga yang dihasilkan lebih tinggi daripada sel kering dan ia dapat dicas semula. Sel basah seperti sel asid plumbum terdiri daripada plumbum, plumbun peroksida, asid sulfurik, dan kayu kertas. Plumbun peroksida sebagai elektrod positif dan plumbum sebagai elektrod negatif dan asid sulfurik cair sebagai elektrolitnya. Kayu kertas ialah penyelang. Bekas sel basah dibuat daripada plastik atau getah. Plat positif berbilangan ganjil dan plat negatif berbilangan genap. Voltan sel asid plumbum biasa ialah 2 volt. Voltan sel basah kereta dan lori ialah 6 volt dan 12 volt. Apabila paras elektrolit berkurangan,boleh dipenuhkan dengan air suling.

Cahaya sebagai sumber elektrik

Cahaya merupakan satu tenaga. Ia mengandungi zarah-zarah halus yang dikenali sebagai foton. Apabila foton-foton ini terkena pada bahan-bahan tertentu seperti selenium, elektron bebas pada selenium akan bergerak keluar jika seutas dawai disambungkan kepadanya. Di antara bahan yang akan membebaskan elektron apabila terkena cahaya ialan caesium, lithium dan selenium.

Bahan kimia seperti selenium, natrium dan kalium dapat ditukarkan kepada tenaga elektrik apabila menerima pancaran cahaya. Prinsip ini digunakan dalam sel solar

pada kalkulator dan pada meter dedahan cahaya untuk kamera.

Sel solar

• satu sumber arus terus di mana pancaran cahaya matahari boleh menghasilkan arus elektrik

• digunakan untuk menghidupkan jam digital, mesin pengira digit dan stesen janakuasa solar yang memberi bekalan elektrik di makmal angkasa

Sel foto

• menerima cahaya matahari menghasilkan tenaga elektrik.

• Semakin tinggi keamatan cahaya, semakin tinggi tenaga elektrik dihasilkan

Fotovoltan merupakan satu contoh bagaimana tenaga elektrik diperolehi daripada cahaya. Apabila dua daripada bahan yang peka kepada cahaya itu dicantumkan dan dipancarkan cahaya pada satu daripada permukaannya, elektron dari salah satu bahan itu akan berpindah kepada bahan yang lain. Ini menyebabkan satu bahan mengalami kelebihan elektron dan satu bahan lagi mengalami kekurangan elektron. Bahan yang mengalami kelebihan elektron akan menjadi bercas negatif sementara bahan yang kekurangan elektron akan menjadi bercas positif. Jika seutas dawai bersama meter penyukat arus disambungkan di antara dua bahan itu, jarum meter akan bergerak menandakan tenaga elektrik telah terhasil.

Sel solar yang digunakan untuk menghidupkan jam digital,mesin pengira digit dan stesen janakuasa solar yang memberi bekalan elektrik di makmal angkasa ialah beberapa contoh penggunaan tenaga elektrik yang diperoleh daripada tenaga cahaya.

Tekanan sebagai sumber elektrik

Apabila sejenis hablur seperti kuarza atau garam Rochelle dihimpit dan ditekan di antara dua logam, elektron yang terdapat pada hablur itu akan berpindah ke salah satu logam itu dan menjadikan logam itu bercas negatif. Logam yang satu lagi akan ditarik elektronnya oleh hablur itu dan menjadi bercas positif.

Pada masa ini, dua kekutuban yang bertentangan telah wujud. Jika disambungkan logam-logam itu dengan meter galvanian, jarum meter itu akan bergerak. Ini menunjukkan arus telah mengalir dan tenaga elektrik telah dihasilkan. Kuasa elektrik yang dihasilkan bergantung kepada banyaknya tekanan dikenakan ke atas Kristal(hablur)yang terkapit di antara dua plat logam. Tenaga elektrik yang diperolehi daripada tekanan tidaklah besar, namun begitu ia tetap berguna untuk penggunaan seharian. Misalnya ia digunakan pada mikrofon tekanan dan kepala pemain piring hitam dan penyala gas