Salah Konsep Dalam Menganalisis Litar Elektrik Asas

Penulis: Profesor Madya Dr. Chi Chin Yap
Jabatan Fizik Gunaan, Fakulti Sains dan Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia

Litar elektrik merupakan salah satu topik yang penting dalam kurikulum sains fizik di peringkat sekolah menengah dan universiti. Namun demikian, terdapat segolongan pelajar yang masih tidak mampu menguasai topik litar elektrik tersebut dengan baik. Salah satu faktor yang menyumbang kepada masalah ini adalah pelajar mengamalkan konsep yang salah dalam menyelesaikan masalah litar elektrik. Berikut merupakan beberapa salah konsep yang biasa dijumpai di kalangan pelajar:

1. Penggunaan (consumption) arus oleh komponen elektrik

Rajah 1 menunjukkan litar elektrik ringkas yang terdiri daripada satu bateri dan satu mentol. Segelintir pelajar membuat tanggapan bahawa arus yang sampai di titik B adalah lebih kecil daripada arus di titik A. Dalam kes ini, pelajar beranggapan bahawa sebahagian arus yang mengalir daripada titik A ke B telah digunakan oleh mentol. Maka, arus akan berkurang selepas arus mengalir menerusi mentol tersebut. Konsep ini adalah tidak betul kerana arus yang sama sepatutnya diperolehi di titik A dan B. Dalam litar bersiri seperti Rajah 1, arus adalah sama di mana-mana kedudukan dalam litar iaitu mematuhi Hukum Kirchoff Pertama yang menyatakan jumlah arus yang masuk adalah sama dengan jumlah arus yang keluar pada satu titik dalam satu litar.

2. Kedudukan perubahan komponen elektrik dalam litar

Rajah 2 menunjukkan litar elektrik yang terdiri daripada satu bateri, satu suis dan tiga mentol yang mempunyai rintangan sama. Pelajar sering beranggapan bahawa kecerahan mentol A kekal tidak berubah walaupun suis ditutup dalam litar elektrik. Mereka berpendapat bahawa perubahan yang berlaku dalam bahagian litar elektrik selepas mentol A tidak akan menjejaskan arus dan seterusnya kecerahan mentol tersebut. Konsep ini adalah tidak betul sama sekali kerana sebarang perubahan sama ada sebelum atau selepas bahagian tertentu dalam litar elektrik akan memberi kesan kepada keseluruhan litar tersebut. Dalam kes ini, apabila suis ditutup, rintangan berkesan hasil daripada ketiga-tiga mentol akan berkurang. Sehubungan dengan itu, arus yang mengalir dalam litar akan bertambah dan seterusnya menyebabkan kecerahan mentol A bertambah.

3. Bateri sebagai suatu sumber arus yang tetap

Rajah 3 menunjukkan dua litar elektrik yang masing-masing mempunyai satu mentol dan dua mentol. Bateri yang digunakan dalam kedua-dua litar tersebut adalah sama dan ketiga-tiga mentol mempunyai rintangan yang sama. Pelajar mempunyai kecenderungan untuk menyatakan bahawa kecerahan mentol dalam kedua-dua litar tersebut adalah sama. Keadaan ini adalah kerana mereka mempunyai salah konsep bahawa bateri merupakan suatu sumber arus yang tetap. Mereka beranggapan bahawa arus yang sama mengalir dalam litar walaupun bilangan mentol yang berbeza dimasukkan dalam litar tersebut. Konsep yang betul ialah beza keupayaan suatu bateri adalah tetap dan bukan arusnya. Dalam kes ini, apabila dua mentol disambung secara bersiri dalam litar b, rintangan berkesan akan bertambah. Menurut Hukum Ohm, arus yang mengalir dalam litar b akan berkurang dan hasilnya kecerahan mentol filamen turut berkurang jika dibandingkan dengan mentol dalam litar a.

4. Salah taksir Hukum Ohm

Rajah 4 menunjukkan litar elektrik yang terdiri daripada satu bateri, satu mentol dan satu suis. Pelajar sering melakukan kesilapan bahawa rintangan mentol akan berubah apabila suis ditutup atau dibuka. Mereka beranggapan bahawa apabila suis dibuka, tiada arus yang mengalir dalam litar, maka beza keupayaan merentasi mentol juga bernilai sifar. Sehubungan dengan itu, menurut Hukum Ohm, voltan = arus × rintangan, rintangan mentol akan menjadi sifar juga. Konsep ini adalah tidak betul kerana rintangan merupakan ciri mentol tersebut dan ia tidak bergantung kepada arus yang mengalir melaluinya dan voltan merentasinya. Dalam kes ini, nilai rintangan mentol adalah tetap tidak kira sama ada suis ditutup atau dibuka.

Sebagai kesimpulan, guru sekolah dan pensyarah universiti memainkan peranan penting dalam memastikan pelajar mengamalkan konsep fizik yang betul dalam menganalisis litar elektrik. Pada masa yang sama, pelajar juga seharusnya tidak mengelak daripada bertanya dalam kelas sekiranya mereka kurang memahami konsep fizik yang betul. Salah konsep dalam menganalisis litar elektrik wajar dibetulkan sejak pelajar belajar di sekolah menengah supaya masalah yang sama tidak berlanjutan ke peringkat pembelajaran lebih tinggi.

Rujukan

[1] Paula Vetter Engelhardta, P. V. & Beichner, R.J. 2004. Students’ understanding of direct current resistive electrical circuits. American Journal of Physics 72: 98-115.

[2] Suchai, N. & Thasaneeya, R. N. 2012. Students’ understanding about the brightness of light bulbs connected in DC electric circuits. Proceedings of the 2012 AAEE Conference.

[3] Hussain, N. H., Latiff, L. A. & Yahaya, N. 2012. Alternative Conception about Open and Short Circuit Concepts. Procedia – Social and Behavioral Sciences 56: 466-473.