Rpp elektromagnet (by kamilap corp.)

1,736 views
1,627 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,736
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
69
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Rpp elektromagnet (by kamilap corp.)

  1. 1. RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN TINGKAT SATUAN PENDIDIKAN : SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA) MATA PELAJARAN : FISIKA KELAS/ SEMESTER : XII/ I ALOKASI WAKTU : 8 × 50’ STANDAR KOMPETENSI : Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi. KOMPETENSI DASAR: 2. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi INDIKATOR A. Kognitif 1. Produk a. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor lurus. b. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor berbentuk lengkung. c. Menjelaskan prinsip kerja peralatan teknologi yang menerapkan konsep medan magnet induksi. d. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami berkas bermuatan listrik di dalam medan magnet. e. Menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik. f. Menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep Gaya Lorentz. 2. Proses a. Menganalisis pengaruh besar dan arah arus listrik, bentuk konduktor, dan jarak terhadap besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik. b. Menyusun rencana kegiatan eksperimen sederhana 1
  2. 2. B. Psikomotor 1. Trampil menyusun rencana kegiatan eksperimen 2. Trampil melakukan kegiatan eksperimen Gaya Lorentz sesuai rencana yang telah disusun C. Afektif 1. Karakter a. Hati-hati b. Teliti c. Jujur d. Bertanggung jawab e. Disiplin f. Sabar g. Rela berbagi h. Demokratis 2. Kompetensi social a. Bertanya b. Menjawab pertanyaan c. Menjadi pendengar yang baik d. Memberikan tanggapan terhadap pendapat teman dan guru e. Mengkritisi teman dan guru secara santun TUJUAN PEMBELAJARAN A. Kognitif 1. Produk a. Siswa dapat menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan medan magnet induksi yang terbangkit di sekitar arus listrik. b. Siswa dapat menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar kawat berarus listrik melalui eksperimen sederhana secara berkelompok. 2
  3. 3. c. Siswa mampu menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan besar dan arah gaya Lorentz antar kawat berarus listrik, melalui eksperimen sederhana secara berkelompok. d. Siswa dapat menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik melalui eksperimen sederhana secara berkelompok. e. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep medan magnet induksi. f. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep Gaya Lorentz. 2. Proses a. Diberiukan alat, bahan dan format LKS, sehingga siswa dapat merancang dan melaksanakan kegiatan eksperimen sederhana sesuai format LKS yang diberikan. b. Berdasarkan data-data yang diperoleh melalui kegiatan eksperimen, siswa dapat menjelaskan besaran-besaran fisis yang mempengaruhi besar dan arah gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik. B. Psikomotor Disediakan alat, bahan dan format LKS, siswa dapat merancang dan melakukan kegiatan eksperimen untuk melihat pengaruh kuat arus listrik, arah arus listrik dan jarak terhadap besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik. C. Afektif 1. Karakter: Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan terlihat bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan karakter ketelitian, kehati-hatian, kejujuran, kesabaran, sadar akan hak orang lain dan demokratis. 2. Ketrampilan Sosial: Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan terlihat bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan prilaku social bertanya, menjawab pertanyaan, menjadi pendengar yang baik, memberikan 3
  4. 4. tanggapan terhadap pendapat teman dan guru, mengkritisi teman dan guru secara santun. MATERI AJAR A. Medan Magnet Induksi 1. Pengertian Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain. Kuat medan magnet pada suatu ruang ditentukan oleh kerapatan garis induksi. Dimana garis induksi merupakan garis hayal yang bersinggungan dengan medan magnet di semua titik. Sedangkan arah medan magnet antara dua kutup adalah dari kutup utara ke kutup selatan. Secara sederhana diperlihatkan pada gambar berikut: Gambar 1 Garis Induksi Jumlah garis induksi yang menembus bidang secara tegak lurus tiap satuan luas: B A = φ (1) Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis induksi dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya. H B = µ (2) 4
  5. 5. B= rapat garis-garis induksi µ = Permeabilitas zat itu. Bila rapat garis induksi dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis induksi ( φ ) yang menembus bidang seluar A m2 dan mengapit sudut θ dengan kuat medan adalah : φ= B.A Sinθ Weber (3) 2. Medan Magnet oleh Arus Listrik 1. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus Terbangkitnya medan magnet di sekitar arus listrik diselidiki oleh Oersted, ahli tersebut mengamati penyimpangan jarum kompas yang berada di dekat kawat yang dialiri arus listrik. Arah penyimpangan jarum kompas relative terhadap arah arus dapat ditentukan menggunakan aturan tangan kanan. Perhatikan gambar 2 berikut: Gambar 2 Besar dan arah medan magnet induksi di sekitar penghantar listrik yang terentang lurus diselidiki oleh dua ahli Biot dan Savart, yang dikenal dengan nama hukum Biot Savart. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3 di bawah ini: Gambar 3 5
  6. 6. Medan magnet oleh elemen penghantar sepanjang dl adalah: dB = 0 4 µ π I r . sin∆  θ 2 (4) Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat. B = 0 2 µ . I aπ . (5) B dalam W/m2 I dalam Ampere a dalam meter Jika kawat tidak panjang, maka medan magnet induksi dapat ditentukan menggunakan bantuan gambar 4 berikut: Gambar 4 Medan magnet induksi pada ririk yang berjarak a dari kawat adalah: B i a = −0 1 2 4 µ π θ θ(cos cos ) (6) Contoh 1: Kabel listrik terentang lurus sepanjang 4 meter, dialiri arus listrik 4 ampere. Tentukan arah dan kuat medan magnet yang terbangkit pada titik A yang berada pada jarak 3 meter dari salah satu ujungnya, seperti terlihat pada gambar 5. 6 A a θ1 r
  7. 7. θ2 Gambar 5 Penyelesaian: θ1 = 900 , θ2 = tan-1 (3/4) = 370 cos θ1 = 0 dan cos θ2 = 0,8. Menurut persamaan (6), besar medan magnet induksi yang terbangkit pada titik A adalah: 2727 7 /1067,10/10)3/32()8,00( 34 4./104 mWbmWb m AmAWb B −− − ×=×=− × ×× = π π Dari gambar 5 terlihat arah arus listrik ke kanan. Menurut aturan tangan kanan arah medan magnet pada titik A menjauhi bidang gambar. 2. Medan Magnetik di oleh Penghantar Berbentuk Lingkaran. 7 l = 4m I
  8. 8. Gambar 6 Perhatikan gambar 5, titik A pada sumbu kawat melingkar. Jika kawat itu terdiri atas N lilitan, besarnya induksi magnetik di A dirumuskan : B = 0 2 µ . a I N r . . . sin2 1α atau B = 0 2 µ . a I N r 2 3 . . (7) Arah medan magnet induksi ditentukan menggunakan aturan tangan kanan. Medan magnet induksi di pusat kumparan, Dalam hal ini r = a dan α = 900 Besar induksi magnetik di pusat lingkaran. B = 0 2 µ . I N a . (8) B dalam W/m2 . I dalam ampere. N jumlah lilitan. a jari-jari lilitan dalam meter. Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. B. Aplikasi Medan Magnet Induksi 1. Solenoide Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral. Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi medan magnet dapat ditentukan dengan tangan. Perehatikan gambar 7 8
  9. 9. Gambar 7 Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah : N dx  . atau n dx, n banyaknya lilitan tiap satuan panjang di titik P. Bila 1 sangat besar dibandingkan dengan a, dan p berada di tengah-tengah maka α1= 0 0 dan α2 = 180 0 Induksi magnetik di tengah-tengah solenoide : B n I= 0 2 2 µ . B n I= 0 µ (9) Bila p tepat di ujung-ujung solenoide α1= 0 0 dan α2 = 90 0 B n I= 0 2 1 µ . B n I= 0 2 µ (10) Contoh 2: Tentukan besar dan arah medan magnet induksi pada pertengahan sumbu solenoid yang panjangnya 20 cm, dialiri arus listrik 4 ampere dan terdiri dari 50.000 lilitan per meter. Penyelesaian: 9
  10. 10. Berdasarkan persamaan (9) besarnya medan magnet pada pertengahsan sumbu solenoid adalah: 2217 0 /100,2000.50./104 mWbmmAWbnIB −−− ×=××== πµ 2. Toroida Sebuah solenoide yang dilengkungkan sehingga sumbunya membentuk lingkaran di sebut Toroida. Bila keliling sumbu toroida 1 dan lilitannya rapat, maka induksi magnetik pada sumbu toroida. B n I= µ (11) n dapat diganti dengan N R2π N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida. 1. Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda tersebut mengalami gaya. 2. Bila di ruang terdapat partikel/benda bermuatan, maka benda tersebut mengalami gaya. C. Gaya Magnetik Muatan yang bergerak di dalam medan magnet mengalami penyimpangan atau dibelokan gerakannya oleh medan magnet. Gejala ini yang diselidiki oleh Oersted. Gaya yang dialami oleh muatan tersebut disebut gaya Lorentz, karena ahli inilah yang berhasil mengukur secara cermat gaya interaksi antara arus dengan medan magnet tersebut. besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai : F = B I  sin α (12) F = gaya Lorentz. B = induksi magnetik medan magnet. 10
  11. 11. I = kuat arus.  = panjang kawat dalam medan magnet. α = sudut yang diapit I dan B. D. Gerakan Partikel Bermuatan di dalam Medan Magnet dan Medan Listrik 1. Spektograp Massa Sebuah spektrograp massa menerapkan konsep menggerakan partikel bermuatan di dalam gabungan medan listrik dan medan medaan magnet. Diatur medan listrik, medan magnet dan kecepatan partikel bermuatan saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Gerakan partikel bermuatan di dalam medan tersebut juga menerapkan hukum Newton dalam memperhitungkan resultan gaya yang bekerja pada partikel. Massa partikel dihitung dengan menerapkan Hukum II Newton. Berdasarkan hukum II newton, didapatkan informasi tentang massa partikel. Karena partikel dengan massa berbeda akan mengalami percepatan berbeda di dalam medan listrik dan medan magnet. Bagan sebuah spektrograp massa diperlihatkan pada gambar 8: 11
  12. 12. Gambar 8 Sumber: muh.burhan.students-blog.undip.ac.id Berkas partikel bermuatan dari sumber S dilewatkan melalui celah S1 memasuki daerah yang diberi medan listrik yang mengarah ke bawah, berasal dari dua keping sejajar dan medan magnet yang arahnya menuju bidang gambar; jadi medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet . Gaya magnetic dan gaya elektrostatis terhadap berkas partikel dibuat sama dan berlawanan arah sehingga, berlaku hubungan Fe = Fm atau Sehingga arah gerakan partikel adalah seperti terlihat pada gambar 8. Sedangkan besar kecepatan atau laju partikel di daerah antara celah S1 dan celah S2 adalah: (13) Keluar dari celah S2 partikel memasuki daeran yang hanya diberi medan magnet yang arahnya tegak lurus terhadap arah kecepatan partikel. Arah gerakan partikel ke kanan, sedangkan arah medan magnet menuju bidang gambar, yang berakibat lintasan partikel berbentuk lingkaran. Di dalam ruang yang berisi medan magnet ini gaya Lorentz terhadap partikel diimbangi oleh sentripetal. Gaya sentripetal sama besar dan berlawanan arah dengan gaya Lorentz. Sehingga berlaku hubungan: . Dimana m adalah massa partikel, v laju yang berharga konstan, Q muatan, dan B kuat medan magnet. Massa partikel tesebut adalah: (14) Laju partikel dapat disubstitusi dari persamaan (14), sehingga didapatkan massa partikel: (15) 12
  13. 13. 2. Siklotron Aplikasi gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet adalah siklotron. Penampang atas dari sebuah siklotron diperlihatkan pada gambar 9: Gambar 9 Sumber: Departements.knox.edu Skema medan dan dan lintasan partikel di dalam siklotron disajikan pada gambar 10: 13
  14. 14. Gambar 10 Sumber: Physics.rutgers.edu Perhatikan gambar 10, arah medan magnet B dari bawah ke atas, karena kutub utara terdapat di bawah dan kutub selatan berada di atas. Medan listrk berasal dari generator DC yang memberikan beda potensial listrik terhadap kedua keeping setengah lingkaran. Beda potensial inilah yang membasngkitkan medang listrik dan menggerakan partikel bermuatan dengan arah seperti diperlihatkan oleh tanda panah. Berhubung arah gerak partikel terhadap medan magnet saling tegak lurus, maka lintasan partikel berbentuk lingkaran. Sehingga berlaku persamaan seperti pada spektograp massa. Dimana: atau . 14
  15. 15. Proses Pembelajaran A. Pertemuan Pertama Kegiatan Pembukaan 1. Memberikan motivasi awal kepada siswa dengan mendemonstrasikan pembuatan medan magnet induksi. (Apersepsi) 2. Menyampaikan tujuan pembelajaran produk, proses, psikomotor, ketrampilan soaial, dan karakter.(Invitasi) Kegiatan Inti 1. Menyampaikan informasi tentang medan magnet induksi dilengkapi dengan contoh cara menentukan medan magnet di sekitar arus listrik. 2. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran- besaran yang menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik. (Konfirmasi) 4. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang dan memberi penjelasa agar di dalam kelompok siswa bekerjasama mengerjakan latihan soal yang terdapat di dalam lembar kerja dan membuat penjelasan terhadap hasil analisis kelompok terhadap satu aplikasi medan Magnet induksi di dalam industri. (Klarifikasi) 5. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami, mengkaji lebih dalam dengan baik solusi dari setiap tugas yang harus mereka selesaikan saat kerja kelompok. (kolaborasi, eksplorasi, dan elaborasi) 6. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain menyampaikan hasil diskusi kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan. (Klarifikasi) Penutupan 1. Melalui penerapan metode diskusi kelas guru menuntun siswa untuk menysun resume 15
  16. 16. materi pelajaran tentang medan magnet induksi (Klarifikasi dan kolaborasi) 2. Menyampaikan materi ajar pada pertemuan berikutnya. 3. Membagikan pekerjaan rumah menganalisis minimal 1 aplikasi medan magnet induksi pada sebuah produk teknologi. 4. Mengucapkan salam penutup. B. Pertemuan Kedua Kegiatan Pembukaan 1. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran pada pertemuan sebelumnya medan magnet induksi, cara membuat, besaran yang mempengaruhi besar dan arah medan magnet induksi, serta aplikasinya dalam industry; serta kaitannya dengan kegiatan pembelajaran hari ini. (Klarifikasi) 2. Menyampaikan tujuan pelajaran (Invitasi) Kegiatan Inti 1. Mengorganisasikan siswa dalam kelompok kooperatif sesuai dengan pembagian yang sama dengan pertemuan pertama. 2. Membagikan format Lembar Kerja eksperimen sederhana, set peralatan dan bahan untuk melakukan kegiatan eksperimen medan magnet induksi. Memberikan penjelasan target kerja kelompok dan cara mencapai tujuan kerja kelompok. (Klarifikasi) 3. Memandu kelompok untuk merencanakan kegiatan eksperimen sederhana, secara berkolaborasi di dalam kelompok, dengan cara mengisi format LKS yang sudah tersedia. (Kolaborasi dan elaborasi) 4. Memantau kerja kelompok untuk melakukan eksperimen sederhana tentang medan magnet di sekitar kawat berarus listrik. Saling berbagi tanggung jawab, memberi kesempatan kepada teman satu kelompok, bekerja dengan sabar, teliti, dan hati-hati. Guna memastikan tidak ada siswa yang menominasi peran atau sebaliknya tidak ikut berpartisipasi. (Klarifikasi) 5. Membimbing siswa untuk mencatat data hasil pengamatan secara benar dan tepat. 6. Membimbing kelompok berdiskusi , saling bertukar pendapat secara adil untuk melakukan analisis data hasil eksperimen yang telah dicatat. 16
  17. 17. 7. Membimbing kelompok untuk merumuskan kesimpulan. 9. Memberikan kesempatan pada masing-masing kelompok untuk menyampaikan kesimpulannya, secara bergantian. Kelompok yang tidak presentasi mendengarkan dengan baik apa yang disampaikan temannya. (Klarifikasi) 10. Memberi kesempatan kepada siswa untuk kembali pada posisi tenpat duduk klasikal dan bersiap untuk mengikuti quiz. Penutupan 1. Memandu siswa untuk membuat resume. 2. Membagikan lembar jawaban Quiz 3. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk mengerjakan Quiz 4. Memberikan pekerjaan rumah berupa penuntasan penyelesaian tugas laporan kegiatan eksperimen dan menganalisis tiga contoh aplikasi medan magnet indukasi dalam teknologi. (eksplorasi dan elaborasi) 5. Mengucapkan salam penutup. C. Pertemuan Ketiga Kegiatan Pembukaan 1. Mengucapkan salam pembuka 2. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran sebelumnya dan kaitannya dengan materi pelajaran hari ini. (Klarifikasi) 3. Menyampaikan tujuan pembelajaran (Invitasi) Kegiatan Inti 1. Menyampaikan hasil penilaian kelompok pada saat kerja diskusi dan dan quiz, serta memberi penghargaan kepada siswa dan kelompok terbaik. 2. Menyampaikan informasi tentang gaya magnetic (gaya Lorentz) dilengkapi dengan contoh cara menentukan besar arah gaya Lorentz, melalui metode diskusi kelas. (Kolaborasi dan Klarifikasi) 3. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran- besaran yang menentukan besar dan arah gaya Lorentz. (Klarifikasi) 4. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk bertanya tentang materi ajar yang belum dipahami. 17
  18. 18. 5. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang sesuai dengan kelompok pada pertemuan kedua, untuk bekerjasama melakukan kegiatan eksperimen sederhana tentang gaya Lorentz. 6. Membagikan format LKS eksperimen dan set eksperimen yang dilengkapi dengan penjelasan target kerja kelompok dan cara pencapaiannya. (Klarifikasi) 7. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami dengan baik merencanakan dan melakukan eksperimen sederhana tentang Gaya Lorentz. (Kolaborasi dan elaborasi) 8. Memberikan rambu-rambu untuk menyusun laporan kegiatan eksperimen tentang gaya Lorentz. (Invitasi) 7. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain menyampaikan hasil kerja kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan. Penutupan 1. Melakukan diskusi kelas untuk menyusun rangkuman tentang Gaya Lorentz. 2. Memberikan tugas rumah, untuk menganalisis minimal 1 aplikasi Gaya Lorentz dalam bidang industri. (Elaborasi)). 3. Menyampaikan rencana kegiatan pembelajaran pada pertemuan berikutnya, yaitu tes formatif tentang medan magnet induksi dan Gaya Lorentz. E. Pertemuan Keempat Pembukaan 1. 1. Mengucapkan salam pembuka 2. 2. Mengkondisikan kelas supaya siswa siap mengerjakan tes formatif. Kegiatan Inti 1. Membagikan soal formatif 2. Memberikan waktu kepada siswa untuk mengerjakan tes formatif. Sambil mengamati siswa bekerja, untuk meyakinkan siswa bekerja secara mandiri. Penutupan 1. Mengumpulkan lembar jawaban siswa 18
  19. 19. 2. Menyampaikan jawaban tes formatif (Klarifikasi)) 3. Menyampaikan salam penutup. MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN Model Pembelajaran : Pembelajaran Kooperatif Metode Pembelajaran: Diskusi Kelas, Diskusi kelompok dan eksperimen SUMBER PEMBELAJARAN 1. Silabus 2. Lembar Kerja Siswa 3. Power Point DAFTAR PUSTAKA Badan Standar Nasional Pendidikan (BSNP), 2007, Model Silabus dan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran, Jakarta. Tipler, Paul A, 1991, IPA untuk IPA dan Teknik Edisi ketiga Jilid 1 (terjemahan oleh Prasetio, Lea dan Adi, Rahmad W), Jakarta: Erlangga,. I Made Atra, Fisika untuk SMA, 2009, Jakarta: PT. Piranti. 19
  20. 20. LEMBAR KERJA SISWA A. Tujuan Kegiatan Menganalisis pengaruh besar arus, arah arus dan jarak terhadap besar dan arah Gaya Lorentz. B. Teori Singkat Baca sumber belajar anda dan tulis definisi dari Gaya Lorentz, besaran-besarean fisis yang menentukan besar dan arahnya, serta aplikasi Gaya Lorentz dalam produk teknologi, pada tempat di bawah ini: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ C. Alat dan Bahan 1. Pilih alat dan bahan yang diperlukan untuk mencapai tujuan eksperimen ! 2. Tulis nama, spesifikasi dan jumlah alat dan bahan yang dibutuhkan! Pada tempat di bawah ini: 20
  21. 21. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ D. Rumusan Masalah: Bagaimanakah pengaruh arah arus, besar arus listrik dan jarak terhadap besar dan arah Gaya Lorentz antar dua penghantar? Hipotesis : Tulis hipotesis anda tentang hubungan antara: - Arah arus dengan besar dan arah gaya Lorentz - Kuat arus listrik dengan besar dan arah gaya Lorentz - Jarak terhadap besar dan arah Gaya Lorentz ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ __________________________________________________ Kegiatan Pertama: Variabel: - Variabel Tetap : Kuat arus listrik dan jarak antar kawat -Variabel Bebas : Arah arus listrik - Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz 21
  22. 22. Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk menganalisis hubungan antara kuat arus dan Gaya Lorentz antar dua kawat berarus. E. Percobaan 1. Pengaruh Besar dan Arah Arus Listrik terhadap Besar dan arah Medan Magnet Induksi a. Cara Kerja 1) Buat rangkaian seperti gambar berikut: 2) Atur hubungan catu daya dengan kedua kawat penghantar, sehingga anda mengetahui arah arus listrik pada kedua kawat (se arah atau berlawanan arah). 3) Tutup saklar dan amati apa yang terjadi pada kedua penghantar (bila tidak teramati, perbesar kuat arus). Tandai dan catat apa yang terjadi pada table. 4) Balik arah arus listrik pada salah satu kawat, amati dan catat apa yang terjadi pada kedua penghantar tersebut pada table berikut: Pengaruh Arah arus listrik terhadap Gaya Lorentz No Jarak Antar Kawat (cm) Arah Arus Listrik Arah Simpangan Kawat Pertama Kawat Kedua 1 1 s/d 3 cm P ke Q P’ ke Q’ Saling mendekati 2 1 s/d 3 cm P ke Q Q’ ke P’ Saling menjauhi Kegiatan Kedua: Variabel: - Variabel Tetap : Arah arus dan jarak antar kawat 22 Catuday a S P Kawat Penghantar 2 Q Q A P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’ A
  23. 23. -Variabel Bebas : Kuat arus listrik - Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk menganalisis hubungan antara arah arus dan Gaya Lorentz Cara Kerja: 1) Buat rangkaian seperti gambar berikut: 2) Atur hubungan catu daya dengan kedua kawat penghantar, sehingga anda mengetahui arah arus listrik pada kedua kawat (se arah atau berlawanan arah). 3) Atur posisi tombol catu daya untuk mendapatkan besar pada kedua kawat penghantar listrik, sesuai kebutuhan (ingat mulailah dari nilai yang kecil). 4) Buat garis lurus sejajar kawat, persis pada pertengahan jarak kedua kawat. Catat besar kuat arus yang terbaca pada masing-masing amperemeter (A). 5) Amati dan catat keadaan kedua kawat penghantar (sama-sama lurus atau melengkung?). Bila melengkung tandai dengan pensil untuk mengetahui arah dan besar simpangan kedua kawat. 6) Lakukan langkah 4) dan 5) sebanyak lima kali dengan cara memperbesar arus yang berbeda dan masukan datanya ke dalam tabel berikut: Hubungan Kuat Arus dan Gaya Lorentz No. Jarak Antar Kawat cm Arah Arus pada Kawat Kuat Arus Kawat Kuat Arus Kawat Arah dan Besar Simpangan Pertama Kedua Pertama I1 Kedua I2 23 Catudaya S P Kawat Penghantar 2 Q Q A P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’ A
  24. 24. (mA) (mA) 1 2 3 4 5 Kegiatan Ketiga: Pengaruh Jarak terhadap Besar Gaya Lorentz Variabel: - Variabel Tetap : Besar dan arah arus listrik -Variabel Bebas : Jarak antar kawat penghantar - Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk menganalisis hubungan antara jarak antar kawat dan Gaya Lorentz. a. Cara Kerja 1) Buat rangkaian seperti gambar berikut: 2) Catat jarak antar kawaat penghantar (pilih jarak terbesar, misalnya 5 cm). 3) Buat garis lurus pada pertengahan jarak kedua kawat pada pertengahan panjang penghantar. 4) Pilih harga kuat arus dan arahnya pada kedua kawat penghantar, dengan mengatur tombol catu daya. 5) Tutup saklar. Catat simpangan yang terjadi pada kedua kawat. 6) Lakukan pengukuran untuk lima ukuran jarak berbeda. 7) Catat hasil pengukuran pada table berikut: Pengaruh Jarak terhadap Gaya Lorentz 24 Catudaya S P Kawat Penghantar 2 Q Q A P Kawat Penghantar 1 Q’ Q A
  25. 25. No Arah Arus Pada Kawat Kuat Arus (mA) Jarak (cm) Simpangan (cm) Pertama Kedua Pertama Kedua 1 P ke Q P’ ke Q’ 2 3 4 5 6 P ke Q Q’ ke P’ 7 8 9 10 Analisis 1. Bagaimana pengaruh arah arus listrik terhadap arah simpangan kawat penghantar? 2. Lukis grafik hubungan kuat arus terhadap simpangan kawat penghantar, Berdasarkan grafik yang diperoleh, rumuskan hubungan antara kuat arus dengan simpangan kawat penghantar. 3. Lukis grafik hubungan jarak (d) terhadap besar simpangan kawat penghantar. Berdasarkan grafik tersebut jelaskan hubungan antara jarak terhadap simpangan. KESIMPULAN: 1. Apakah Hipotesis anda diterima? ___________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 2. Bagaimana kesimpulan anda dari percobaan yang telah dilakukan? 3. Amati 3 aplikasi medan magnet induksi dalam industri dan jelaskan prinsip kerjanya! ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 25
  26. 26. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________________________________ KUNCI LKS GAYA LORENTZ Rumusan Masalah: Bagaimanakah pengaruh arah arus, besar arus listrik dan jarak terhadap besar dan arah medan magnet induksi pada suatu titik? Hipotesis : - Arah gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik tergantung pada arah arus listrik pada kedua kawat. - Besar gaya lorentz berbanding lurus dengan besarnya kuat arus listrik. 26
  27. 27. - Besar gaya Lorentz berbanding terbalik dengan jarak kedua penghantar. Alat dan Bahan yang dipilih: Catu daya 1 bh Kabel penghubung 8 bh Katrol tetap 4 bh Saklar 1 bh Amperemeter 2 bh Mistar 1 bh Kawat penghantar 2 x 2 meter Kegiatan Pertama: Variabel: - Variabel Tetap: Kuat arus listrik dan jarak antara penghantar dengan -Variabel Bebas: Arah arus listrik - Variabel yang Merespon: Simpangan kawat (besar dan arah gaya Lorentz) Hasil Pengamatan: 1. Pengaruh Arah arus listrik terhadap Gaya Lorentz No Jarak Antar Arah Arus Listrik Arah Simpangan 27
  28. 28. Kawat (cm) Kawat Pertama Kawat Kedua 1 1 s/d 3 cm P ke Q P ke Q Saling mendekati 2 1 s/d 3 cm P ke Q Q ke P Saling menjauhi Kegiatan Kedua: Variabel: - Variabel Tetap : Arah arus dan jarak antar kawat -Variabel Bebas : Kuat arus listrik - Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz Hasil Pengamatan: 2. Pengaruh Kuat Arus Listrik terhadap gaya Lorentz No. Arah Arus Kuat Arus Kawat Pertama I1 (mA) Kuat Arus Kawat Pertama I2 (mA) Arah Simpangan 1 Se arah atau berlawanan2 3 4 5 Catatan: 1) I1 dan I2 diisi sesuai dengan harga yang dipilih pada saat kegiatan yang mampu memperlihatkan terjadinya simpangan pada kedua kawat penghantar. 2) Arah simpangan ke dalam bila arus kea rah yang sama dank e luar atau saling menjauhi apabila arah arus pada kedua penghantar berlawanan, Kegiatan Ketiga: Pengaruh Jarak terhadap Besar Gaya Lorentz Variabel: - Variabel Tetap : Besar dan arah arus listrik -Variabel Bebas : Jarak antar kawat penghantar - Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz Hasil Pengamatan: 28
  29. 29. 3. Pengaruh Jarak terhadap Gaya Lorentz No Arah Arus Pada Kawat Kuat Arus (mA) Jarak (cm) Simpangan (cm) Pertama Kedua Pertama Kedua 1 P ke Q P’ ke Q’ 2 3 4 5 6 P ke Q Q’ ke P’ 7 8 9 10 Catatan : 1) Kuat arus bebas dipilih, dengan syarat pada jarak terbesar yang dipilih masih terlihat simpangan pada kedua kawat penghantar. ANALISIS: 1. Arah arus listrik pada kedua kawat menentukan arah simpangan pada kedua kawat tersebut. Bila arah pada kedua kawat sama maka akan terjadi gaya tarik menarik antara kedua kawat, bila sebaliknya akan terjadi gaya tolak menolak. 2. Grafiknya berupa grafik lurus yang menunjukan hubungan linier antara kuat arus dengan besar gaya interaksi pada kedua kawat. 3. Grafiknya berupa garis lengkung yang menunjukan hubungan bahwa gaya interaksi berbanding terbalik dengan jarak. KASIMPULAN: 1. Apakah hipotesis anda diterima? Jawab : ya diterima 2. Bagaimana kesimpulan anda? a. Melengkunganya kawat penghantar menunjukan adanya gaya Lorentz pada kedua kawat. b. Gaya Lorentz berupa gaya tarik menarik bila arus pada kedua kawat se arah, sebaliknya berupa gaya tolak menolak bila arah arus pada keduanya berlawanan arah 29
  30. 30. c. Semakin besar kuat arus semakin besar pula gaya Lorentz. d. Semakin besar jarak pemisah kedua kawat penghantar semakin kecil gaya Lorentz antar kedua kawat. 3. Aplikasi Gaya Lorentz dalam Industri: Spektograp massa, dimana gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet digunakan untuk menentukan perbandingan muatan dengan massa suatu partikel. Dianalisis dengan menghitung resultan gaya pada partikel dan menerapkan hukum Newton tentang gerak. Daftar Pustaka: Tabel Spesifikasi Lembar Penilaian Indikator LP dan Butir Soal Kunci LP dan Butir Soal Kognitif : 1. Produk LP1 : Produk LP1 : Produk 30
  31. 31. a. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor lurus. b. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor berbentuk lengkung. c. Menjelaskan prinsip kerja peralatan teknologi yang menerapkan konsep medan magnet induksi. d. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami berkas bermuatan listrik di dalam medan magnet. e. Menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik f. Menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep Gaya Lorentz. Butir 1 Butir 2 Butir 3 Butir 4 Butir 5 Butir 6 Butir 1 Butir 2 Butir 3 Butir 4 Butir 5 Butir 6 2. Proses a. Menganalisis pengaruh besar dan arah arus listrik, bentuk konduktor, dan jarak terhadap besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik. b. Menyusun rencana kegiatan LP2 : Proses: Pembelajaran di kelas (diskusi kelompok dan diskusi kelas) Dipercayakan pada judgement penilai/ Guru 31
  32. 32. dan melaksanakan kegiatan eksperimen tentang gaya Lorentz. Eksperimen di laboratorium Psikomotor: 1. Trampil menyusun rencana kegiatan eksperimen 2. Trampil melakukan kegiatan eksperimen Gaya Lorentz sesuai rencana yang telah disusun. LP3: Psikomotor Kegiatan eksperimen di laboratorium Kunci LP 3: Psikomotor Kegiatan eksperimen di laboratorium Karakter: 1) Hati-hati, 2) Teliti, 3) Jujur, 4) Bertanggung jawab, 5) Disiplin, 6) Sabar, 7) Rela berbagi, dan 8) Demokratis. LP4 Karakter: RTK 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, dan 8 Seluruh RTK terlihat berubah kea rah yang lebih mencerminkan karak seorang guru. Kompetensi social: 1) Bertanya, 2) Menjawab pertanyaan, 3) Menjadi pendengar yang baik, 4) Memberikan tanggapan terhadap pendapat teman dan guru, dan 5) Mengkritisi teman dan guru secara santun LP5 Ketrampilan Sosial: Sosial RTK 1, 2, 3, 4, dan 5 Setelah kegiatan pembelajaran berakhir semua komponen RTK tersebut menunjukan terjadinya peningkatan. 32
  33. 33. LP 1 PRODUK 1. Seutas kawat listrik PLN terentang sepanjang 20 meter di udara pada ketinggian 25 meter. Kawat tersebut membawa arus listrik sebesar 20 ampere. Tentukan besar dan arah medan magnet induksi per satuan panjang yang terbangkit pada permukaan tanah pada pertengahan panjang kawat tersebut. Diketahui pemeabilitas udara µ0 = 4π × 10-7 N/A2 . 2. Sebuah mainan berbentuk kipas (perhatikan gambar), dialiri arus listrik sebesar 2 ampere. R2 R1 Tentukan besar dan arah medan magnet induksi di titik O. 3. Jelaskan prinsip kerja inductor! 4. Berkas partikel alfa disorotkan ke dalam ruang berisi medan magnet 0,6 Wb/m2 dengan laju 5× 106 m/s tegak lurus terhadap arah gerakan partikel. Tentukan pembelokan yang dialami partikel setelah bergerak sejauh 10 cm di dalam ruang tersebut. 5. Dua utas kawat listrik sebuah bangunan terpasang sejajar pada jarak 30 cm dan masing- masing membawa arus listrik sebesar 4 ampere. Tentukan gaya per satuan panjang yang dialami kedua kawat tersebut! Apakah gaya tersebut gaya tarik atau gaya tolak? 6. Jelaskan prinsip kerja dari sebuah syklotron! 33 O A B C D I
  34. 34. Kunci LP 1: Produk Butir 1 Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan menerapkan konsep medan magnet induksi oleh penghantar lurus. Untuk memudahkan perhitungan dapat dibantu dengan gambar berikut: θ . Menurut aturan tangan kanan, sesuai dengan arah arus pada gambar di atas, arah medan magnet induksi pada titik P yang berada pada pertengahan kawat di permukaan tanah di bawahnya adalah: menembus bidang gambar, tepatnya adalah melintas tegak lurus terhadap kawat, sehingga apabila ada orang berdiri di bawah rentangan kawatb tersebut maka medan magnet tersebut akan menembus tubuhnya. Besar medan magnet induksi per satua panjang yang terbangkit pada titik P dapat dihitung menggunakan rumus: )cos(cos./108,0 )cos(cos 254 20/104 )cos(cos 4 21 7 21 27 21 0 θθ θθ π π θθ π µ −× =− × ×× =−= − − mAN m AAN a i B Karena titik P bera pada pertengahan panjang kawat, maka θ1 = -θ2 = tan-1 (10m/25 m) = 140 . Cos(θ) = - Cos (-θ), Cos(14) = 0,9703 Maka Cos(θ) - Cos (-θ) = 2 Cos (θ) = 1,9406 Sehingga besarnya medan magnet induksi adalah 1,5525 × 10-7 N/Am = 34 25 m P I
  35. 35. B = 1,5525 × 10-7 Wb/m2 . Butir 2 Bentuk kipas dapat dipandang sebagai gabungan bentuk seperempat lingkaran dan dua segmen lurus. Relatif terhadap titik O, posisi segmen penghantar lurus memiliki arah sejajar vector posisi. Sehingga segmen lurus tidak memberikan kontribusi medan magnet induksi. Sehingga medan magnet induksi hanya dikontribusi oleh dua segmen berbentuk seperempat lingkaran. Arah medan magnet oleh kipas tersebut, menurut aturan tangan kanan oleh lengkungan luar menjauhi bidang gambar, sedangkan oleh lengkungan dalam menuju bidang gambar. Jadi saling melemahkan. Total Medan B tergantung pada perbandingan radius keduanya. Besar medan magnet induksi dapat dihitung menggunakan rumus: B = 0 2 µ . a I .π Butir 3 Sebuah inductor terbuat dari kawat penghantar yang dibuat berbentuk lilitan atau kumpatan. Dibuat untuk menggandakan penampang lingkaran yang bertujuan untuk mendapatkan medan magnet induksi yang yang besar sesuai keperluan. Apabila inductor dilalui arus listrik, akan terbangking medan magnet induksi di dalam kumparan. Besarnya medan magnet tersebut dapat dihutung menggunakan persamaan medan magnet oleh lingkaran dan dikalikan dengan jumlah 35
  36. 36. lilitan. Bila ingin medan yang lebih besar lagi, ke dalam kumparan disipkan besi lunak yang dapat memperkuat medan magnet yang terbangkit. Butir 4 Gerakan partikel alpha di dalam medan magnet dapat diselesaikan menggunakan bantuan gambar berikut: Tanda kali menunjukan arah medan magnet B menuju bidang gambar. Partikel alpha yang tidak lain adalah inti atom helium bermuatan positif, bergerak dengan kecepatan v ke kanan. S = 10 cm dan B = 0,6 Wb/m2 . Muatan partikel tersebut adalah Q = 3,2 × 10-19 C. dan massanya 4 kali massa proton, yaitu 4 × 9,31 × 10-27 kg. Gaya Lorentz yang membelokan gerak partikel ke atas adalah: F = 9,6 × 10-13 N. Percepatan partikel menuju ke atas adalah: a = F/m = (9,6 × 10-13 N)/ 9,31 × 10-27 kg = 1,055 × 1014 m/s2 . Setelah bergerak sejauh 20 cm Waktu yang dibutuhkan partikel adalah: 36 X X X X X B X X X X l S
  37. 37. = 4,22 × 10-4 m. Partikel menimpang sejauh 0,04 cm dari arah semula. Butir 5 Gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik terjadi karena salah satu kawat membangkitkan medan magnet pada posisi dimana kawat yang di sebelahnya berada. Selanjutnya medan ini yang memberikan gaya Lorentz terhadap kawat tersebut. Sehingga besarnya Gaya Lorentz antar dua kawat tersebut per satuan panjang adalah: . Bila arus pada kedua kawat sama, maka gaya tersebut adalah gaya tarik menarik. Butir 6 Sebuah syklotron terbuat dari ruang yang memberikan perlakuan terhadap berkas partikel yang bergerak di dalam medan magnet. Partikel tersebut diperlambat menerapkan prinsip gaya Lorentz yang dikombinasi dengan gaya elektrostatis. Akibat perlambatan tersebut partikel memancarkan berkas elektromagnetik. Frekuensi spectrum yang dihasilkan ditentukan oleh nilai perlambatan dari gerakan berkas di dalam medan. 37
  38. 38. LP 2: Proses Prosedur: 1. Siapkan alat dan bahan sesuai LKS yang digunakan oleh guru 2. Beri siswa tugas untuk membuktikan sebuah hipotesis tentang pengaruh kuat arus dan jarak terhadap gaya Lorentz. 3. Siswa diminta melakukan percobaan sesuai dengan petunjuk yang terdapat di dalam LKS. 4. Siswa diminta untuk mencatat hasil pengamatan pada tempat yang tersedia di dalam LKS 5. Penentuan skor siswa mengacu pada format yang terdapat pada btabel di bawah ini 6. Beritahukan siswa tentang komponen penilaian sebelum mereka di suruh bekerja 7. Siswa diperbolehkan mengases sendiri kinerjanya, sehingga bisa mengukur kemampuan masing-masing. Format Asesmen Kinerja Proses No Aktivitas Skor Maksimum Skor Asesmen Oleh Siswa Sendiri Guru 38
  39. 39. 1 Merumuskan hipotesis 5 2 Mengidentifikasi variabel tetap 10 3 Mengidentifikasi variable bebas 5 4 Mengidentifikasi variable yang merespon 5 5 Mencatat data pada tempatnya 20 6 Melakukan analisis data hasil pengamatan 25 7 Menyusun kesimpulan 15 8 Menyusun penjelasan aplikasi 15 Skor Total 100 Jakarta, 2011 Siswa Guru ( ) ( ) LP 3: PSIKOMOTOR (Eksperimen di Laboratorium) Prosedur 1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan oleh siswa. 2. Tugasi perwakilan kelompok siswa untuk memilih alat dan bahan yang dibutuhkan. 3. Beri siswa waktu yang cukup untuk melakukan kegiatan eksperimen sesuai LKS. 4. Tentukan skor siswa sesuai dengan format asesmen kinerja pada table di bawah ini. 5. Berikan format asesmen kepada semua kelompok sebelum kegiatan eksperimen dimulai. 6. Beri siswa kesempatan untuk mengases diri sendiri menggunakan format yang telah mereka terima. Format Asesmen Kinerja Psikomotor No Aktivitas Skor Maksimum Skor Asesmen Oleh Siswa Sendiri Guru 1 Memilih alat dan bahan 15 2 Membuat rangkaian secara benar 35 3 Melakukan pengamatan dan pengukuran berulang dengan variasi 25 39
  40. 40. kuat arus 4 Melakukan pengamatan dan pengukuran berulang dengan variasi jarak 25 Skor Total 100 Jakarta, 2011 Siswa Guru ( ) ( ) LP 4: KARAKTER Format pengamatan Prilaku Berkarakter Nama Siswa : ……………………………………………………. Kelas : ……………………………………………………. Tanggal : ……………………………………………………. Petunjuk: Untuk setiap perilakuk berkarakter di dalam tabel berikut ini yang teramati, beri penilaian menggunakan criteria: A = sangat baik B = baik C = menunjukan kemajuan D = perlu perbaikan No Rincian Tugas Kinerja (RTK) Kategori Penilaian Keterangan A B C D 1 Hati-hati 2 Teliti 3 Jujur 4 Bertanggung jawab 5 Disiplin 40
  41. 41. 6 Sabar 7 Rela berbagi 8 Demokratis Jakarta, 2011 Pengamat, ( ) LP 5: KETRAMPILAN SOSIAL Format Pengamatan Ketrampilan Sosial Nama Siswa : ……………………………………………………. Kelas : ……………………………………………………. Tanggal : ……………………………………………………. Petunjuk: Untuk setiap ketrampilan social yang terdapat di dalam table berikut ini, beri penilaian kepada siswa menggunakan format berikut: No Rincian Tugas Kinerja (RTK) Kategori Penilaian Keterangan A B C D 1 Bertanya 2 Menjawab pertanyaan 3 Menjadi pendengar yang baik 4 Memberikan tanggapan 5 Mengkritisi teman dan guru secara santun Jakarta, 2011 41
  42. 42. Pengamat, ( ) 42

×