Rpp elektromagnet (by kamilap corp.)
-
Upload
kamilap-corp-kamil-arif-patarai -
Category
Education
-
view
1.466 -
download
2
Transcript of Rpp elektromagnet (by kamilap corp.)
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
TINGKAT SATUAN PENDIDIKAN : SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)MATA PELAJARAN : FISIKAKELAS/ SEMESTER : XII/ IALOKASI 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
B. Psikomotor
1. Trampil menyusun rencana kegiatan eksperimen
1
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.
c. Siswa mampu menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan besar dan arah
gaya Lorentz antar kawat berarus listrik, melalui eksperimen sederhana secara
berkelompok.
2
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
tanggapan terhadap pendapat teman dan guru, mengkritisi teman dan guru secara
santun.
MATERI AJAR
3
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:
(1)
Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis induksi
dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya.
(2)
B= rapat garis-garis induksi
= Permeabilitas zat itu.
4
Bila rapat garis induksi dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis
induksi ( ) yang menembus bidang seluar A m2 dan mengapit
sudut dengan kuat medan adalah :
= B.A Sin 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
Medan magnet oleh elemen penghantar sepanjang dl adalah:
5
dB = (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 = . (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:
(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
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:
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.
Gambar 6
7
l = 4m I
Perhatikan gambar 5, titik A pada sumbu kawat melingkar. Jika kawat itu
terdiri atas N lilitan, besarnya induksi magnetik di A dirumuskan :
B = . atau
B = . (7)
Arah medan magnet induksi ditentukan menggunakan aturan tangan kanan.
Medan magnet induksi di pusat kumparan, Dalam hal ini r = a dan = 900
Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.
B = . (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
Gambar 7
Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang
solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah : 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 1= 0 0 dan 2 = 180 0 Induksi magnetik di
tengah-tengah solenoide :
(9)
Bila p tepat di ujung-ujung solenoide 1= 0 0 dan 2 = 90 0
(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:
Berdasarkan persamaan (9) besarnya medan magnet pada
pertengahsan sumbu solenoid adalah:
9
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.
(11)
n dapat diganti dengan
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 (12)
F = gaya Lorentz.
B = induksi magnetik medan magnet.
I = kuat arus.
= panjang kawat dalam medan magnet.
10
= 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:
Gambar 8Sumber: muh.burhan.students-blog.undip.ac.id
11
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)
2. Siklotron
Aplikasi gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet
adalah siklotron. Penampang atas dari sebuah siklotron diperlihatkan pada gambar 9:
12
Gambar 9Sumber: Departements.knox.edu
Skema medan dan dan lintasan partikel di dalam siklotron disajikan pada gambar 10:
Gambar 10Sumber: Physics.rutgers.edu
13
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 .
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
14
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
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)
15
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.
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
16
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.
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)
17
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
2. Menyampaikan jawaban tes formatif (Klarifikasi))
3. Menyampaikan salam penutup.
MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN
Model Pembelajaran : Pembelajaran Kooperatif
18
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
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:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
D. Rumusan Masalah: Bagaimanakah pengaruh arah arus, besar arus listrik dan jarak
terhadap besar dan arah Gaya Lorentz antar dua penghantar?
20
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
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:
21
CatudayaS
P Kawat Penghantar 2 Q Q
A
P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’
A
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
-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:
22
CatudayaS
P Kawat Penghantar 2 Q Q
A
P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’
A
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
(mA)Kedua I2
(mA)12345
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
23
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
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
24
CatudayaS
P Kawat Penghantar 2 Q Q
A
P Kawat Penghantar 1 Q’ Q
A
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
___________________________________________________________________________
_____________________________________________
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.
- Besar gaya Lorentz berbanding terbalik dengan jarak kedua penghantar.
Alat dan Bahan yang dipilih:
Catu daya 1 bh
Kabel penghubung 8 bh
26
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
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
27
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
345Catatan: 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:
3. Pengaruh Jarak terhadap Gaya Lorentz
No Arah Arus Pada
Kawat
Kuat Arus (mA) Jarak (cm) Simpangan
(cm)
Pertama Kedua Pertama Kedua
28
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
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
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
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
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?
33
OA B
C
D
I
6. Jelaskan prinsip kerja dari sebuah syklotron!
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:
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
34
25 m
P
I
Sehingga besarnya medan magnet induksi adalah 1,5525 × 10-7 N/Am =
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 = .
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
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 × 10-13N)/ 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
= 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
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
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
39
1 Memilih alat dan bahan 15
2 Membuat rangkaian secara benar 35
3 Melakukan pengamatan dan
pengukuran berulang dengan variasi
kuat arus
25
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
40
No Rincian Tugas Kinerja
(RTK)
Kategori Penilaian Keterangan
A B C D
1 Hati-hati
2 Teliti
3 Jujur
4 Bertanggung jawab
5 Disiplin
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:
41
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
Pengamat,
( )
42