Paket Unit Pembelajaransman1gomoker.sch.id/pdf/data/11.pdf · pencapaian kompetensi, aplikasi di...
Transcript of Paket Unit Pembelajaransman1gomoker.sch.id/pdf/data/11.pdf · pencapaian kompetensi, aplikasi di...
Paket Unit Pembelajaran
PROGRAM PENGEMBANGAN KEPROFESIAN BERKELANJUTAN (PKB)
MELALUI PENINGKATAN KOMPETENSI PEMBELAJARAN (PKP)
BERBASIS ZONASI
MATA PELAJARAN FISIKA SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)
Medan Magnet dan Induksi
Elektromagnetik
Penulis:
Drs. Kandi, MA
Penyunting:
Lia Laela Sarah, S.Pd., MT
Dede Saepudin, M.Si, M.Pd.
Desainer Grafis dan Ilustrator:
TIM Desain Grafis
Copyright © 2019
Direktorat Pembinaan Guru Pendidikan Menengah dan Pendidikan Khusus
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengopi sebagian atau keseluruhan isi buku ini untuk kepentingan komersial
tanpa izin tertulis dari Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
iii
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah Swt., Tuhan YME, karena atas izin
dan karunia-Nya Unit Pembelajaran Program Pengembangan Keprofesian
Berkelanjutan melalui Peningkatan Kompetensi Pembelajaran Berbasis
Zonasi ini dapat diselesaikan.
Program Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan melalui Peningkatan
Kompetensi Pembelajaran Berbasis Zonasi merupakan salah satu upaya
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Jenderal Guru dan
Tenaga Kependidikan (Ditjen GTK) meningkatkan kualitas pembelajaran dan
meningkatkan kualitas lulusan. Program ini dikembangkan mengikuti arah
kebijakan Kemendikbud yang menekankan pada pembelajaran berorientasi
pada keterampilan berpikir tingkat tinggi atau higher order thinking skills
(HOTS). Keterampilan berpikir tingkat tinggi adalah proses berpikir kompleks
dalam menguraikan materi, membuat kesimpulan, membangun representasi,
menganalisis, dan membangun hubungan dengan melibatkan aktivitas mental
yang paling dasar yang sebaiknya dimiliki oleh seorang guru profesional.
Guru profesional memegang peranan yang sangat penting dalam menentukan
prestasi peserta didik. Penelitian menunjukkan bahwa 30% prestasi peserta
didik ditentukan oleh faktor guru. Dengan demikian, guru harus senantiasa
memutakhirkan dirinya dengan melakukan pengembangan keprofesian
berkelanjutan. Jika program Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan (PKB)
yang dikembangkan oleh Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
sebelumnya didasarkan pada hasil Uji Kompetensi Guru (UKG), berfokus pada
peningkatan kompetensi guru khususnya kompetensi pedagogi dan
profesional, maka Program Peningkatan Kompetensi Pembelajaran Berbasis
Zonasi yang lebih berfokus pada upaya mencerdaskan peserta didik melalui
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
iv
pembelajaran berorientasi keterampilan berpikir tingkat tinggi. Penentuan
program berbasis zonasi ini dilakukan mengingat luasnya wilayah Indonesia.
Zonasi diperlukan guna memperhatikan keseimbangan dan keragaman mutu
pendidikan di lingkungan terdekat, sehingga peningkatan pendidikan dapat
berjalan secara masif dan tepat sasaran.
Unit Pembelajaran yang sudah tersusun diharapkan dapat meningkatkan
proses dan hasil belajar. Unit Pembelajaran yang dikembangkan dikhususkan
untuk Pendidikan Menengah yang dalam hal ini akan melibatkan Musyawarah
Guru Mata Pelajaran (MGMP) SMA/SMK, Musyawarah Guru Bimbingan dan
Konseling (MGBK), Musyawarah Guru Teknologi Informasi dan Komunikasi
(MGTIK).
Kami ucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada
seluruh tim penyusun yang berasal dari PPPPTK, LPMP, maupun Perguruan
Tinggi dan berbagai pihak yang telah bekerja keras dan berkontribusi positif
dalam mewujudkan penyelesaian Unit Pembelajaran ini. Semoga Allah Swt.
senantiasa meridai upaya yang kita lakukan.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Jakarta, Juli 2019
Direktur Jenderal Guru
dan Tenaga Kependidikan,
Dr. Supriano, M.Ed. NIP. 196208161991031001
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
v
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Saya menyambut baik terbitnya Unit Pembelajaran Program Pengembangan
Keprofesian Berkelanjutan melalui Peningkatan Kompetensi Pembelajaran
Berbasis Zonasi. Unit Pembelajaran ini disusun berdasarkan analisis Standar
Kompetensi Lulusan, Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar, serta analisis
soal-soal Ujian Nasional (UN).
UN merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dari sistem pendidikan
nasional. UN adalah sistem evaluasi standar pendidikan dasar dan menengah
secara nasional dan persamaan mutu tingkat pendidikan antar daerah yang
dilakukan oleh Puspendik (Pusat Penilaian Pendidikan). Hasil pengukuran
capaian siswa berdasar UN ternyata selaras dengan capaian PISA (Programme
for International Student Assessment) maupun TIMSS (Trends in International
Mathematics and Science Study). Hasil UN tahun 2018 menunjukkan bahwa
siswa-siswa masih lemah dalam keterampilan berpikir tingkat tinggi (higher
order thinking skills) seperti menganalisis, mengevaluasi, dan mengkreasi.
Oleh karena itu, siswa harus dibiasakan dengan soal-soal dan pembelajaran
yang berorientasi kepada keterampilan berpikir tingkat tinggi (higher order
thinking skills) agar terdorong kemampuan berpikir kritisnya.
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Jenderal Guru dan
Tenaga Kependidikan (Ditjen GTK), berupaya meningkatkan kualitas
pembelajaran yang bermuara pada peningkatan kualitas siswa dengan
Program Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan melalui Peningkatan
Kompetensi Pembelajaran (PKP) Berbasis Zonasi. Program ini dikembangkan
dengan menekankan pembelajaran yang berorientasi pada keterampilan
berpikir tingkat tinggi atau higher order thinking skills (HOTS).
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
vi
Untuk meningkatkan efisiensi, efektivitas, dan pemerataan mutu pendidikan,
maka pelaksanaan Program PKP mempertimbangkan pendekatan
kewilayahan, atau dikenal dengan istilah zonasi. Melalui langkah ini,
pengelolaan Musyawarah Guru Mata Pelajaran (MGMP) SMA/SMK,
Musyawarah Guru Bimbingan dan Konseling (MGBK), Musyawarah Guru
Teknologi Informasi dan Komunikasi (MGTIK) dapat terintegrasi melalui
zonasi pengembangan dan pemberdayaan guru. Zonasi memperhatikan
keseimbangan dan keragaman mutu pendidikan di lingkungan terdekat,
seperti status akreditasi sekolah, nilai kompetensi guru, capaian nilai rata-rata
UN sekolah, dan pertimbangan mutu lainnya.
Semoga Unit Pembelajaran ini bisa menginspirasi guru untuk
mengembangkan materi dan melaksanakan pembelajaran dengan
berorientasi pada kemampuan berpikir tingkat tinggi dan bermuara pada
meningkatnya kualitas lulusan peserta didik. Untuk itu, kami ucapkan terima
kasih atas kerja keras dan kerja cerdas para penulis dan semua pihak terkait
yang dapat mewujudkan Unit Pembelajaran yang berorientasi pada
keterampilan berpikir tingkat tinggi ini. Semoga Allah Swt. senantiasa meridai
upaya yang kita lakukan.
Wassalamu’alaikum Warahmatulahi Wabarakatuh
Direktur Pembinaan Guru Pendidikan Menengah dan Pendidikan Khusus,
Ir. Sri Renani Pantjastuti, M.P.A. NIP. 196007091985032001
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
vii
Hal
KATA SAMBUTAN __________________________________ III
KATA PENGANTAR __________________________________ V
DAFTAR ISI ______________________________________ VII
PENGANTAR PAKET UNIT PEMBELAJARAN ________________ 1
UNIT PEMBELAJARAN 1 MEDAN MAGNET _________________ 3
UNIT PEMBELAJARAN 2 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK _____ 73
PENUTUP _______________________________________ 147
DAFTAR PUSTAKA _________________________________ 149
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
1
Paket unit Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik disusun sebagai
kumpulan sumber bahan ajar alternatif bagi guru yang tersusun atas Unit
Medan Magnet dan Unit Induksi Elektromagnetik. Melalui bahan bacaan pada
paket unit tersebut diharapkan guru mendapatkan tambahan pengetahuan
dan keterampilan untuk mengajarkan materi tersebut ke peserta didiknya
sesuai target kompetensi dasar (KD), terutama dalam memfasilitasi
kemampuan bernalar peserta didik. Selain itu, unit-unit ini juga aplikatif bagi
guru dan peserta didik agar dapat menerapkan dasar-dasar pengetahuan
medan magnet dan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.
Paket unit Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik terdiri dari komponen
penting dalam setiap unitnya yaitu kompetensi dasar, perumusan indikator
pencapaian kompetensi, aplikasi di dunia nyata, soal-soal tes UN/USBN,
aktivitas pembelajaran, lembar kerja peserta didik (LKPD), bahan bacaan,
pengembangan penilaian, kesimpulan dan umpan balik. Komponen-
komponen di dalam setiap unit tersebut disesuaikan dengan topik medan
magnet dan induksi elektromagnetik masing-masing dengan tujuan agar dapat
dilihat kesesuaian dengan strategi pembelajaran yang digunakan.
LKPD pada setiap unit dikembangkan agar guru dapat memfasilitasi peserta
didik untuk melatihkan kemampuan bernalar dan berketerampilan proses
sain dengan mendayagunakan media yang tersedia di sekolah. LKPD tersebut
disajikan melalui serangkaian aktivitas pembelajaran dengan menggunakan
pendekatan saintifik dan model pembelajaran yang di rekomendasikan dalam
Kurikulum 2013.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
2
Keberhasilan Saudara dalam memahami paket ini, dapat direfleksi melalui
instrumen pada umpan balik setelah melalui serangkaian proses penelaahan
yang akan dimatangkan selanjutnya melalui serangkaian implementasi di
kelas masing-masing.
Unit Pembelajaran
PROGRAM PENGEMBANGAN KEPROFESIAN BERKELANJUTAN (PKB)
MELALUI PENINGKATAN KOMPETENSI PEMBELAJARAN (PKP)
BERBASIS ZONASI
MATA PELAJARAN FISIKA SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)
Medan Magnet
Penulis:
Drs. Kandi, MA
Penyunting:
Lia Laela Sarah, S.Pd., MT
Desainer Grafis dan Ilustrator:
TIM Desain Grafis
Copyright © 2019
Direktorat Pembinaan Guru Pendidikan Menengah dan Pendidikan Khusus
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengopi sebagian atau keseluruhan isi buku ini untuk kepentingan komersial
tanpa izin tertulis dari Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
5
DAFTAR ISI
Hal
DAFTAR ISI ___________________________________ 5
DAFTAR GAMBAR _______________________________ 7
DAFTAR TABEL _________________________________ 8
PENDAHULUAN ________________________________ 9
KOMPETENSI DASAR DAN PERUMUSAN IPK _________ 11
A. Kompetensi Dasar dan Target Kompetensi ______________________________ 11
B. Indikator Pencapaian Kompetensi ________________________________________ 12
APLIKASI DI DUNIA NYATA ______________________ 13
Empat Penyebab Starter Mobil Tak Mau Berfungsi _________________________ 13
Galvanometer __________________________________________________________________ 14
Maglev Train ____________________________________________________________________ 15
SOAL-SOAL UN/USBN __________________________ 17
A. Contoh Soal UN tahun 2016 _______________________________________________ 17
B. Contoh Soal UN tahun 2017 _______________________________________________ 18
C. Contoh Soal UN tahun 2018 _______________________________________________ 19
BAHAN PEMBELAJARAN _________________________ 20
A. Aktivitas Pembelajaran ____________________________________________________ 20
Aktivitas Pembelajaran 1 ___________________________________________________________ 23
Aktivitas Pembelajaran 2 ___________________________________________________________ 26
Aktivitas Pembelajaran 3 ___________________________________________________________ 28
Aktivitas Pembelajaran 4 ___________________________________________________________ 31
B. Lembar Kerja Peserta Didik _______________________________________________ 34
Lembar Kerja Peserta Didik 1 ______________________________________________________ 34
Lembar Kerja Peserta Didik 2 ______________________________________________________ 37
Lembar Kerja Peserta Didik 3 ______________________________________________________ 40
C. Bahan Bacaan _______________________________________________________________ 42
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
6
Medan Magnet dan Gaya Magnet __________________________________________________ 42
Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) _____________________________________________________ 47
Motor Listrik _________________________________________________________________________ 54
PENGEMBANGAN PENILAIAN _____________________57
A. Pembahasan Soal-soal ______________________________________________________ 57
B. Pengembangan Soal HOTS _________________________________________________ 60
C. Refleksi Pembelajaran ______________________________________________________ 65
KESIMPULAN _________________________________67
UMPAN BALIK _________________________________69
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
7
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 1 Dinamo/Motor Starter Mobil ________________________________________ 13
Gambar 2 Galvanometer _________________________________________________________ 14
Gambar 3 Maglev _________________________________________________________________ 16
Gambar 4 Kaidah tangan kanan _________________________________________________ 42
Gambar 5 Induksi magnetik di sekitar penghantar berarus listrik ___________ 43
Gambar 6 Induksi magnetik disekitar penghantar lurus panjang berarus __ 44
Gambar 7 Induksi magnetik pada sumbu lingkaran penghantar berarus ___ 45
Gambar 8 Solenoida ______________________________________________________________ 46
Gambar 9 Toroida _________________________________________________________________ 47
Gambar 10 Kaidah tangan kanan kedua ________________________________________ 49
Gambar 11 Lintasan partikel berupa lingkaran ________________________________ 50
Gambar 12 Lintasan partikel berupa heliks ____________________________________ 51
Gambar 13 Gaya Magnetik pada Penghantar ___________________________________ 51
Gambar 14 Kaidah tangan kanan ________________________________________________ 52
Gambar 15 Dua Kawat Sejajar ___________________________________________________ 53
Gambar 16 Skema Motor Listrik DC _____________________________________________ 55
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
8
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1. Target Kompetensi Dasar _______________________________________________ 11
Tabel 2. Indikator Pencapaian Kompetensi _____________________________________ 12
Tabel 3. Indikator Desain Aktivitas Pembelajaran _____________________________ 21
Tabel 4. Kisi-kisi Soal HOTS ______________________________________________________ 61
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
9
PENDAHULUAN
Unit ini disusun sebagai salah satu aternatif sumber bahan ajar bagi guru
untuk memahami topik medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya
magnetik. Melalui pembahasan materi yang terdapat pada unit ini, guru dapat
memiliki dasar pengetahuan untuk mengajarkan materi yang sama ke peserta
didiknya yang disesuaikan dengan indikator yang telah disusun, dan terutama
dalam memfasilitasi kemampuan bernalar peserta didik. Selain itu, materi ini
juga aplikatif untuk guru sendiri sehingga mereka dapat menerapkannya
dalam kehidupan sehari-hari.
Dalam rangka memudahkan guru mempelajari konten dan cara
mengajarkannya, di dalam unit ini dimuat kompetensi dasar terkait yang
memuat target kompetensi dan indikator pencapaian kompetensi, bahan
bacaan tentang aplikasi topik medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya
magnetik dalam kehidupan sehari-hari, soal-soal tes UN topik ini di tiga tahun
terakhir sebagai acuan dalam menyusun soal sejenis, deskripsi alternatif
aktivitas pembelajaran, Lembar Kegiatan Peserta Didik (LKPD) yang dapat
digunakan guru untuk memfasilitasi pembelajaran, bahan bacaan yang dapat
dipelajari oleh guru, maupun peserta didik, dan deskripsi prosedur
mengembangkan soal HOTS. Komponen-komponen di dalam unit ini
dikembangkan dengan tujuan agar guru dapat dengan mudah memfasilitasi
peserta didik menganalisis medan magnetik, induksi magnetik pada produk-
produk teknologi, melakukan aktivitas praktik medan magnetik di sekitar
kawat lurus, medan magnetik di sekitar kawat melingkar, gaya magnetik, dan
motor listrik sekaligus mendorong peserta didik mencapai kemampuan
berpikir tingkat tinggi.
Topik medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik yang
dikembangkan pada bahan bacaan terdiri atas subtopik medan magnet di
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
10
sekitar penghantar berarus, induksi magnetik di sekitar penghantar lurus
panjang berarus listrik, induksi magnetik pada sumbu lingkaran penghantar
berarus listrik, induksi magnetik di pusat dan di ujung solenoida, induksi
magnetik di pusat dan di ujung solenoida, dan gaya magnetik (gaya Lorentz).
Selain itu, unit ini dilengkapi dengan 3 buah LKPD, yaitu 1) Medan Magnetik di
Sekitar Kawat Berarus, 2) Medan Magnet Kawat Melingkar Berarus Listrik, dan
3) Motor Listrik DC. LKPD dikembangkan secara aplikatif agar guru mudah
mengimplementasikannya di kelas.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
11
KOMPETENSI DASAR DAN PERUMUSAN IPK
A. Kompetensi Dasar dan Target Kompetensi
Sub unit pembelajaran ini dikembangkan berdasarkan Kompetensi Dasar
kelas XII:
Tabel 1. Target Kompetensi Dasar
No. Kompetensi Dasar Target Kompetensi Kelas
3.3 Menganalisis medan
magnetik, induksi
magnetik, dan gaya
magnetik pada
berbagai produk
teknologi
1. Menganalisis medan magnetik pada
berbagai produk teknologi
2. Menganalisis induksi magnetik pada
berbagai produk teknologi
3. Menganalisis gaya magnetik pada
berbagai produk teknologi
XII
4.3 Melakukan percobaan
tentang induksi
magnetik dan gaya
magnetik disekitar
kawat berarus listrik
berikut presentasi
hasilnya
1. Melakukan percobaan tentang
induksi magnetik disekitar kawat
berarus listrik
2. Mempresentasikan hasil percobaaan
induksi magnetik disekitar kawat
berarus listrik
3. Melakukan percobaan tentang gaya
magnetik disekitar kawat berarus
listrik
4. Mempresentasikan hasil tentang gaya
magnetik disekitar kawat berarus
listrik
XII
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
12
B. Indikator Pencapaian Kompetensi
Tabel 2. Indikator Pencapaian Kompetensi
INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI
(IPK) PENGETAHUAN
INDIKATOR PENCAPAIAN
KOMPETENSI (IPK) KETERAMPILAN
IPK Pendukung
3.3.1 Menjelaskan medan magnetik disekitar kawat berarus
3.3.2 Mengidentifikasi besar induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus
3.3.3 Menentukan arah medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus
3.3.4 Menjelaskan besar induksi magnetik di sekitar kawat melingkar
3.3.5 Menjelaskan induksi magnetik pada sumbu solenoida
3.3.6 Menjelaskan gaya magnetik pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnetik
3.3.7 Menentukan arah gaya magnet yang dialami oleh muatan listrik
3.3.8 Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya magnetik pada kawat lurus
3.3.9 Menentukan arah gaya magnetik pada kawat lurus
3.3.10 Menganalisis gaya magnetik di antara dua kawat sejajar berarus
4.3.1 Menyajikan hasil identifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi induksi magnetik di sekitar kawat berarus
4.3.2 Menyajikan hasil identifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya magnetik pada kawat lurus
IPK Kunci
3.3.11 Menganalisis medan magnetik pada berbagai produk teknologi
3.3.12 Menganalisis induksi magnetik pada berbagai produk teknologi
3.3.13 Menganalisis gaya magnetik pada berbagai produk teknologi
4.3.3 Melakukan percobaan tentang induksi magnetik disekitar kawat lurus berarus listrik
4.3.4 Melakukan percobaan tentang induksi magnetik disekitar kawat melingkar berarus listrik
4.3.5 Melakukan percobaan tentang gaya magnetik disekitar kawat berarus listrik
4.3.6 Mempresentasikan hasil percobaan tentang gaya magnetik disekitar kawat berarus listrik
IPK Pengayaan
3.3.14 Membandingkan prinsip kerja motor listrik dan alat ukur listrik.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
13
APLIKASI DI DUNIA NYATA
Empat Penyebab Starter Mobil Tak Mau Berfungsi
Dinamo starter, merupakan salah satu komponen mesin kendaraan yang
berfungsi untuk menghidupkan mesin. Dinamo starter mengubah energi
listrik menjadi energi gerak, yang kemudian dipakai untuk memutar poros
mesin (crankshaft).
Gambar 1 Dinamo/Motor Starter Mobil Sumber: https://www.viva.co.id/otomotif/mobil/830267-empat-penyebab-starter-mobil-tak-mau-
berfungsi
Seperti kebanyakan komponen mesin lainnya, dinamo starter juga bisa rusak.
Akibatnya, pengguna kendaraan tidak bisa menghidupkan mesin.
Jika hal ini terjadi pada sepeda motor, masih ada solusi menghidupkan mesin
dengan mengunakan engkol. Namun, untuk mobil, khususnya yang memakai
transmisi manual, satu-satunya cara menghidupkan mesin tanpa dinamo
starter adalah dengan mendorongnya.
"Ada beberapa hal, penyebab dinamo starter tidak mau menyala. Salah satu
contohnya, carbon brush habis," kata pemilik bengkel khusus servis dinamo
Angkasa Teknik, Supardi, saat berbincang dengan VIVA.co.id di Jalan Panjang,
Jakarta Barat, Selasa 4 Oktober 2016.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
14
Ada empat penyebab yang dapat membuat dinamo starter tidak berfungsi
dengan sempurna, yakni:
1. Pasokan listrik dari aki kurang. Jika aki lemah, dinamo starter tidak mau
berputar. Dinamo membutuhkan arus listrik yang besar, sehingga aki
harus benar-benar sehat.
2. Solenoid starter rusak. Solenoid memiliki dua fungsi, menghubungkan
listrik dari aki ke starter dan sebagai penghubung antara starter dengan
mesin.
3. Carbon brush habis. Komponen ini berfungsi sebagai titik penghubung
antara listrik dari solenoid dengan kumparan starter.
4. Kumparan di dalam motor starter terbakar. Umumnya ini terjadi saat
starter dipaksa bekerja keras, sehingga panas yang dihasilkan bisa
membuat kumparan starter terbakar.
Galvanometer
(a) (b)
Gambar 2 Galvanometer Sumber: Giancoli. [1998]. Fisika.
https://physicsmax.com/moving-coil-galvanometer-7907
Galvanometer adalah komponen utama dalam kebanyakan alat ukur listrik
seperti amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter. Sebagaimana ditunjukkan
pada Gambar 2(b), galvanometer terdiri dari kumparan kawat yang dipasang
sehingga bebas berputar pada poros yang berada di dalam medan magnet
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
15
yang berasal dari magnet permanen. Jika arus mengalir melalui loop kawat,
yang biasanya berbentuk persegi panjang, medan magnet memberikan torsi
pada loop. Torsi yang dialami kumparan sebanding dengan arus yang
melewatinya dan jumlah lilitan kawat loop, yaitu 𝜏 = 𝑁𝐼𝐴𝐵 sin 𝜃. Torsi ini
akan dilawan oleh torsi yang dihasilkan oleh pegas. Sehingga kumparan dan
jarum yang terpasang hanya akan berotasi sampai titik dimana torsi pegas
mengimbangi torsi yang disebabkan oleh medan magnet. Penyimpangan
jarum berbanding lurus dengan arus yang mengalir pada kumparan. Tetapi
penyimpangan ini juga bergantung pada sudut yang dibentuk oleh
kumparan terhadap medan magnet B.
Maglev Train
Magnetically levitated train atau biasa disingkat dengan maglev train adalah
jenis kereta api yang menggunakan kekuatan magnet untuk melayang di atas
jalan penuntunnya. Karena kereta ini bergerak secara melayang beberapa
sentimeter diatas jalan penuntunnya sehingga gaya gesek dapat dikurangi dan
tidak membutuhkan roda. Kereta maglev juga memanfaatkan magnet sebagai
pendorong. Besarnya gaya dorong dan kecilnya gaya gesek menyebabkan
kereta ini mampu melaju dengan kecepatan sampai 600 km/jam, jauh lebih
cepat dari kereta biasa. Perbedaan besar antara kereta maglev dan kereta
konvensional adalah bahwa kereta maglev tidak memiliki mesin - setidaknya
bukan jenis mesin yang digunakan untuk menarik kereta biasa di sepanjang
rel baja. Mesin untuk kereta maglev agak tidak mencolok dan tidak
menggunakan bahan bakar fosil melainkan oleh medan magnet yang
diciptakan oleh kumparan listrik di dinding jalur pemandu (guideway) dan
trek bergabung untuk mendorong kereta.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
16
Gambar 3 Maglev (a) The Transrapid maglev (b) Sistem tenaga penggerak magnetik
Sumber: Physics. John D. Cutnell & Kenneth W. Johnson
Prinsip kerja maglev menggunakan prinsip medan magnet. Ketika arus dikirim
ke elektromagnet, medan magnet yang dihasilkan menciptakan magnet yang
diinduksi dalam rel yang dipasang di jalur pemandu. Gaya tarik ke atas dari
magnet yang diinduksi diimbangi oleh berat kereta, sehingga kereta bergerak
tanpa menyentuh rel atau jalur pemandu.
Levitasi magnetik hanya mengangkat kereta dan tidak bergerak maju. Gambar
4b menggambarkan bagaimana tenaga penggerak magnetik dicapai. Selain
elektromagnet levitasi, elektromagnet penggerak juga ditempatkan di
sepanjang jalur pemandu. Setiap elektromagnet di kereta ditarik dan didorong
ke depan oleh elektromagnet di jalur pemandu. Dengan menyesuaikan waktu,
kecepatan kereta bisa disesuaikan. Membalik kutub di elektromagnet jalur
pemandu berfungsi untuk mengerem kereta.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
17
SOAL-SOAL UN/USBN
Berikut ini contoh soal-soal UN topik medan magnetik, induksi magnetik, dan
gaya magnetik pada Kompetensi Dasar 3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi
magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi (Permendikbud
Nomor 37, 2018). Soal-soal ini disajikan agar dapat dijadikan sebagai sarana
berlatih bagi peserta didik untuk menyelesaikannya. Selain itu, soal-soal ini
juga dapat menjadi acuan ketika Saudara akan mengembangkan soal yang
setipe pada topik Medan Magnet.
A. Contoh Soal UN tahun 2016
No Soal
1 Sebuah muatan listrik positif q, bergerak dengan kecepatan v dalam sebuah medan magnet homogen seperti ditunjukkan pada gambar. Arah gaya magnetik F yang dialami muatan listrik q adalah....
A. ke atas tegak lurus arah v B. ke bawah tegak lurus arah v C. ke luar bidang gambar D. ke dalam bidang gambar E. ke kanan searah v
Identifikasi
Level Kognitif : Pemahaman (Level Kognitif 1)
Indikator yang bersesuaian
: 3.3.7 Menentukan arah gaya magnet yang dialami
oleh muatan listrik
Diketahui : Arah medan magnetik dan arah gerak muatan positif
Ditanyakan : Arah gaya yang dialami muatan
Materi yang dibutuhkan
: Gaya magnetik yang dialami oleh muatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
18
B. Contoh Soal UN tahun 2017
No Soal
1 Perhatikan gambar berikutdi bawah! Dua kawat lurus sejajar berarus listrik i1 = 2A dan i2 = 3A terpisah pada jarak a seperti pada gambar. Sebuah kawat penghantar yang lain (3) berarus listrik akan diletakkan di sekitar kedua kawa sehingga kawat tidak mengalami
gaya magnetik. Kawat (3) tersebut harus diletakkan pada jarak.... A. 0,5 a di kiri kawat (1) B. a di kiri kawat (1) C. 2 a di kiri kawat (1) D. a di kanan kawat (2) E. 2a di kanan kawat (2)
Identifikasi
Level Kognitif : Penalaran (Level Kognitif 3)
Indikator yang bersesuaian
: 3.3.10 Menganalisis gaya magnetik di antara dua kawat sejajar berarus
Diketahui : Besar dan arah arus pada kawat 1 dan 2 serta besar gaya yang dialami kawat 3
Ditanyakan : Letak kawat ke 3
Materi yang dibutuhkan
: Gaya magnetik di antara dua kawat sejajar berarus
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
19
C. Contoh Soal UN tahun 2018
No Soal
1 Sebuah muatan positif bergerak di bawah sebuah kawat berarus listrik yang arah arusnya searah sumbu x (+) seperti gambar. Muatan bergerak searah dengan arah arus listrik. Arah gaya Lorentz yang
dialami oleh muatan tersebut searah sumbu.... A. y (+) B. y (–) C. x (+) D. x (–) E. z (+)
Identifikasi
Level Kognitif : Aplikasi (Level Kognitif 2)
Indikator yang bersesuaian
: 3.3.7 Menentukan arah gaya magnet yang dialami oleh muatan listrik
Diketahui : Arah arus listrik dan arah gerak muatan positif
Ditanyakan : Arah gaya yang dialami muatan
Materi yang dibutuhkan
: Gaya magnetik yang dialami oleh muatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
20
BAHAN PEMBELAJARAN
Bahan pembelajaran yang diuraikan di sini merupakan contoh panduan
pembelajaran yang dapat diimplementasikan oleh Saudara ketika akan
membelajarkan topik medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik.
Bahan pembelajaran dikembangkan dengan prinsip berpusat pada peserta
didik dan berusaha memfasilitasi kemampuan berpikir tingkat tinggi. Bahan
pembelajaran ini berisikan rincian aktivitas pembelajaran, lembar kegiatan
peserta didik yang digunakan, dan bahan bacaannya.
A. Aktivitas Pembelajaran
Aktivitas pembelajaran berisi rincian alternatif kegiatan pembelajaran yang
dilakukan guru dan peserta untuk mencapai kompetensi pada topik medan
magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik. Sebelum menguraikan
aktivitas pembelajaran, terlebih dahulu disusun desain aktivitas pembelajaran
yang dapat dilihat pada Tabel 3.
Berdasarkan Tabel 3, dapat terlihat aktivitas pembelajaran untuk mencapai
masing-masing indikator yang telah ditetapkan, yang dapat dicapai dalam
empat kali pertemuan. Aktivitas pembelajaran akan diuraikan lebih rinci,
menjadi empat skenario pembelajaran. Pengembangan skenario
pembelajaran mengacu pada kriteria yang ditetapkan pada Standar Proses
(Permendikbud nomor 22 tahun 2016). Berikut ini rincian aktivitas
pembelajaran untuk masing-masing pertemuan.
Pa
ke
t Un
it Pe
mb
ela
jara
n
Pe
mb
ela
jara
n A
ljab
ar
21
Tabel 3. Indikator Desain Aktivitas Pembelajaran
Indikator Pencapaian Kompetensi
Materi/ Submateri
Aktivitas Pembelajaran
Bentuk dan Jenis Penilaian
Media Alokasi Waktu
3.3.1 Menjelaskan medan magnetik disekitar kawat berarus
3.3.2 Mengidentifikasi besar induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus
3.3.3 Menentukan arah medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus
Medan Magnetik disekitar kawat berarus
1. Praktikum tentang medan magnetik disekitar kawat lurus berarus
2. Memerinci faktor-faktor yang mempengaruhi medan magnetik disekitar kawat berarus
3. Diskusi medan magnetik disekitar kawat berarus
1. Tes Pengetahuan
a. Tes tulis PG
b. Tes tulis Uraian Terbuka
2. Observasi kegiatan praktik
3. Observasi keterampilan presentasi
4. Penilaian produk
5. Penilaian sikap
Lembar Kerja Peserta Didik
Alat dan bahan praktikum
8 x 45’
Dilaksanakan dengan 4 pertemuan
3.3.4 Menjelaskan besar induksi magnetik di sekitar kawat melingkar
Medan Magnetik disekitar kawat melingkar berarus
4. Praktikum tentang medan magnetik disekitar kawat melingkar berarus
3.3.5 Menjelaskan induksi magnetik pada sumbu solenoida
Medan Magnetik disumbu solenoida
5. Praktikum tentang medan magnetik pada sumbu solenoida
3.3.6 Menjelaskan gaya magnetik pada partikel bermuatan yang bergerak di dalam medan magnetik
3.3.7 Menentukan arah gaya magnet yang dialami oleh
Gaya Lorentz 6. Praktikum tentang gaya Lorentz pada kawat lurus
Pro
gram P
KB m
elalui P
KP b
erbasis Zo
nasi
Direkto
rat Jend
eral Gu
ru d
an Ten
aga Kepen
did
ikan
22
Indikator Pencapaian Kompetensi
Materi/ Submateri
Aktivitas Pembelajaran
Bentuk dan Jenis Penilaian
Media Alokasi Waktu
muatan yang bergerak di dalam medan magnetik
3.3.8 Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya magnetik pada kawat lurus
3.3.9 Menentukan arah gaya magnetik pada kawat lurus
7. Mengamati animasi muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnetik
3.3.10 Menganalisis gaya magnetik di antara dua kawat sejajar berarus
8. Diskusi tentang gaya atara dua kawat lurus
3.3.11 Menganalisis medan magnetik pada berbagai produk teknologi
3.3.12 Menganalisis induksi magnetik pada berbagai produk teknologi
3.3.13 Menganalisis gaya magnetik pada berbagai produk teknologi
9. Praktikum tentang motor listrik
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
23
Aktivitas Pembelajaran 1
Medan magnet adalah ruangan yang dipengaruhi oleh gaya magnet. Adanya
medan magnet di dalam suatu ruangan dapat ditunjukkan dengan mengamati
pengaruh yang dialami oleh benda magnetik yang berada di ruangan tersebut.
Medan magnet biasanya ditimbulkan oleh sebuah magnet permanen. Apakah
medan magnet bisa ditimbulkan oleh benda lain selain magnet permanen?
Untuk menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas pembelajaran 1.
Aktivitas pembelajaran 1 ini akan mencapai indikator 3.3.1, 3.3.2, 3.3.3, 4.3.1
dan 4.3.3 pada submateri medan magnetik disekitar kawat penghantar lurus
yang berarus listrik. Pertemuan ke-1 ini menggunakan model pembelajaran
Discovery Learning dengan sintak sebagai berikut.
1. Pemberian rangsangan (Stimulation). Stimulasi berfungsi untuk
menyediakan kondisi interaksi belajar yang dapat mengembangkan
dan membantu peserta didik dalam mengeksplorasi bahan
pembelajaran. Pada tahap ini peserta didik dihadapkan pada sesuatu
yang menimbulkan kebingungan dan timbul keinginan untuk
menyelidiki sendiri. Guru dapat memulai kegiatan pembelajaran
dengan mengajukan pertanyaan, anjuran membaca buku, dan aktivitas
belajar lainnya yang mengarah pada persiapan pemecahan masalah.
2. Pernyataan/Identifikasi masalah (Problem Statement). Setelah
dilakukan stimulation guru memberi kesempatan kepada peserta didik
untuk mengidentifikasi sebanyak mungkin masalah yang relevan
dengan bahan pelajaran, kemudian salah satunya dipilih dan
dirumuskan dalam bentuk hipotesis (jawaban sementara atas
pertanyaan masalah).
3. Pengumpulan data (Data Collection). Pada saat peserta didik
melakukan eksperimen atau eksplorasi, guru memberi kesempatan
kepada para peserta didik untuk mengumpulkan informasi sebanyak-
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
24
banyaknya yang relevan untuk membuktikan benar atau tidaknya
hipotesis.
4. Pengolahan data (Data Processing). Pengolahan data merupakan
kegiatan mengolah data dan informasi yang telah diperoleh para
peserta didik baik melalui wawancara, observasi, dan sebagainya, lalu
ditafsirkan.
5. Pembuktian (Verification). Pada tahap ini peserta didik melakukan
pemeriksaan secara cermat untuk membuktikan benar atau tidaknya
hipotesis yang telah ditetapkan, dihubungkan dengan hasil pemrosesan
data. Berdasarkan hasil pengolahan dan tafsiran, atau informasi yang
ada, hipotesis yang telah dirumuskan terdahulu kemudian dicek,
apakah terjawab atau tidak, apakah terbukti atau tidak.
6. Menarik simpulan (Generalization). Tahap generalisasi/menarik
kesimpulan adalah proses menarik sebuah kesimpulan yang dapat
dijadikan prinsip umum dan berlaku untuk semua kejadian atau
masalah yang sama, dengan memperhatikan hasil verifikasi.
Berdasarkan hasil verifikasi maka dirumuskan prinsip-prinsip yang
mendasari generalisasi.
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Penghantar Lurus yang Berarus
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan percobaan, diharapkan peserta mampu:
1. Menjelaskan medan magnetik disekitar kawat penghantar berarus
listrik
2. Mengidentifikasi besar induksi magnetik dan menentukan arah medan
magnetik di sekitar kawat penghantar lurus yang berarus listrik
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 2 x 45 menit
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
25
Media, Alat, dan Bahan
Kawat tembaga/nikelin (±50 cm)
Statif (2 buah)
Jarum kompas (4 buah)
Power supply (1 buah)
Ampermeter (1 buah)
Rheostat/potensiometer (1 buah)
Saklar (1 buah)
Apa yang Saudara lakukan:
1. Menunjukkan magnet batang dan jarum kompas, kemudian bertanya
“Bagaimana caranya untuk membuktikan bahwa batang besi ini sebuah
magnet?”
2. Mengajukan pertanyaan: “Apakah jarum kompas akan menyimpang
jika didekatkan dengan seutas kawat penghantar?”
3. Menunjukan seutas kawat dan baterai, “Apa yang akan terjadi jika
kawat didekatkan ke jarum kompas? Apa yang akan terjadi jika kawat
dihubungkan ke baterai kemudian didekatkan kembali ke jarum
kompas?
4. Memfasilitasi peserta didik membuat hipotesa tentang pengaruh kawat
berarus terhadap jarum kompas dan kemana arah simpangan jarum
kompas.
5. Membimbing peserta didik melakukan praktikum “Induksi Magnetik”
secara berkelompok untuk membuktikan hipotesanya.
6. Membimbing peserta didik dalam mengumpulkan data pengamatan
hasil percobaan pada kolom yang tersedia pada LKPD 1.
7. Membimbing peserta didik dalam mengolah data pengamatan hasil
percobaan untuk menjawab beberapa pertanyaan di LKPD.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
26
8. Membimbing peserta didik mendiskusikan hasil pengamatan dengan
memperhatikan pertanyaan-pertanyaan pada lembar kegiatan dan
membandingkan pengolahan dengan data-data pada buku sumber.
9. Membimbing peserta didik dalam menyimpulkan hasil percobaan
tentang besar induksi magnetik dan arah medan magnetik di sekitar
kawat penghantar lurus yang berarus listrik.
Aktivitas Pembelajaran 2
Sebelumnya kita sudah membahas besar induksi magnetik disekitar kawat
pengahantar lurus yang dialiri arus listrik. Bagaimana besar induksi magnetik
jika kawat bukan berbentuk lurus dan panjang melainkan berbentuk
melingkar. Bagaimana hubungan jari-jari lingkaran terhadap besar induksi
magnetik. Untuk menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas
pembelajaran 2.
Aktivitas pembelajaran 2 ini akan mencapai indikator 3.3.4, 3.3.5, dan 4.3.4
pada submateri medan magnetik disekitar kawat penghantar melingkar yang
berarus listrik dan solenoida. Pertemuan ke-2 ini menggunakan model
pembelajaran Discovery Learning dengan sintak 1) Pemberian rangsangan
(Stimulation); 2) Pernyataan/Identifikasi masalah (Problem Statement); 3)
Pengumpulan data (Data Collection); 4) Pengolahan data (Data Processing); 5)
Pembuktian (Verification), dan 6) Menarik simpulan/generalisasi
(Generalization).
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
27
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Penghantar Melingkar yang Berarus
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan percobaan, diharapkan peserta mampu menjelaskan besar
induksi magnetik di sekitar kawat melingkar yang berarus dan sumbu
solenoida.
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 2 x 45 menit
Media, Alat, dan Bahan
Kawat melingkar (3 buah: r ±4cm, r ±8cm, dan r ± 10 cm)
Solenoida (lilitan kawat) (1 buah: r ± 5 cm, p ± 10 cm)
Jarum Kompas (4 buah)
Power supply (1 buah)
Ampermeter (1 buah)
Rheostat/potensiometer (1 buah)
Saklar (1 buah)
Apa yang Saudara lakukan:
1. Menunjukkan sebuah kawat melingkar dan solenoida kemudian
mengajukan pertanyaan “Minggu lalu kalian sudah mempelajari medan
magnetik di sekitar kawat lurus, sekarang apakah yang terjadi terhadap
jarum kompas jika didekatkan ke kawat berarus listrik yang berbentuk
melingkar? Bagaimana pula jika didekatkan ke lilitan kawat
(solenoida)?
2. Mengajukan pertanyaan: “Apa saja yang mempengaruhi besar kecilnya
induksi magnetik disekitar kawat melingkar dan solenoida?”
3. Membimbing peserta didik membuat hipotesa tentang besar induksi
magnetik disekitar kawat melingkar dan solenoida.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
28
4. Membimbing peserta didik melakukan praktikum “Medan magnetik di
sekitar kawat melingkar dan solenoida” secara berkelompok untuk
membuktikan hipotesanya.
5. Membimbing peserta didik mengumpulkan data pengamatan hasil
percobaan pada kolom yang tersedia pada LKPD 2
6. Membimbing peserta didik mengolah data pengamatan hasil
percobaan untuk menjawab beberapa pertanyaan di lembar kerja
peserta didik (LKPD).
7. Membimbing peserta didik dalam mendiskusikan hasil pengamatan
dengan memperhatikan pertanyaan-pertanyaan pada lembar kegiatan
dan membandingkan pengolahan dengan data-data pada buku sumber
8. Membimbing peserta didik dalam menyimpulkan hasil percobaan
tentang besar induksi magnetik di sekitar kawat penghantar melingkar
dan solenoida.
Aktivitas Pembelajaran 3
Sebelumnya sudah diketahui bahwa seutas kawat penghantar yang dialiri arus
listrik akan menghasilkan medan magnetik. Apa yang akan terjadi jika kawat
penghantar listrik yang dialiri arus ditempatkan di dalam medan magnet lain?
Apa yang terjadi jika muatan bergerak di dalam medan magnet tetap? Untuk
menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas pembelajaran 3.
Aktivitas pembelajaran 3 ini akan mencapai indikator 3.3.6, s.d. 3.3.10 dan
4.3.5 s.d 4.3.6 pada submateri Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) pada kawat
penghantar lurus yang dialiri arus listrik dan pada muatan yang bergerak
dalam medan magnetik. Pertemuan ke-3 ini menggunakan pembelajaran
saintifik yang meliputi aktivitas:
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
29
1. Mengamati (Observing). Mengamati dengan indra (membaca,
mendengar, menyimak, melihat, menonton, dan sebagainya) dengan
atau tanpa alat.
2. Menanya (Questioning). Membuat dan mengajukan pertanyaan, tanya
jawab, berdiskusi tentang informasi yang belum dipahami, informasi
tambahan yang ingin diketahui, atau sebagai klarifikasi.
3. Mengumpulkan informasi/mencoba (Experimenting). Mengeksplorasi,
mencoba, berdiskusi, mendemonstrasikan, melakukan eksperimen,
atau membaca sumber lain selain buku teks.
4. Menalar (Associating). Mengolah informasi yang sudah dikumpulkan,
menganalisis data dalam bentuk membuat kategori, mengasosiasi atau
menghubungkan fenomena/informasi yang terkait dalam rangka
menemukan suatu pola, dan menyimpulkan.
5. Mengomunikasikan (Communicating). Menyajikan laporan dalam
bentuk bagan, diagram, atau grafik; menyusun laporan tertulis; dan
menyajikan laporan meliputi proses, hasil, dan kesimpulan secara lisan.
Gaya Magnetik (Gaya Lorentz)
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan aktivitas, diharapkan peserta mampu:
1. Menjelaskan gaya magnetik dan menentukan arah gaya magnetik pada
partikel bermuatan yang bergerak di dalam medan magnet.
2. Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya dan
arah gaya magnetik pada kawat lurus.
3. Menganalisis gaya magnetik di antara dua kawat sejajar berarus
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 2 x 45 menit
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
30
Media, Alat, dan Bahan
Kawat tembaga/nikelin (±50 cm)
Statif (2 buah)
Power supply (1 buah)
Ampermeter (1 buah)
Rheostat/potensiometer (1 buah)
Saklar (1 buah)
Magnet ladam (1 buah)
Apa yang Saudara lakukan:
Kegiatan 1
1. Membimbing siswa untuk mengunduh animasi muatan yang bergerak
di dalam medan magnet dari link berikut:
http://phys23p.sl.psu.edu/phys_anim/EM/indexer_EMB.html atau
dari link lain yang sesuai.
2. Memfasilitasi peserta didik mengamati arah gaya Lorentz pada muatan
yang bergerak di dalam medan magnetik dari animasi tersebut.
3. Memfasilitasi peserta didik untuk menuliskan pertanyaan yang
berkaitan dengan gaya Lorentz pada muatan yang bergerak di dalam
medan magnetik. Menuliskan pertanyaan peserta didik di papan tulis.
4. Membimbing peserta didik mencari dan mengumpulkan berbagai
literatur dan referensi yang mendukung pemecahan permasalahan
yang mereka temukan berdasarkan pengamatan.
5. Membimbing peserta didik melakukan praktikum “Gaya Lorentz pada
kawat lurus”
6. Membimbing peserta didik menganalisis informasi dari berbagai
sumber data yang terkumpulkan.
7. Membimbing peserta didik menganalisis kesesuaian antara informasi
dari literatur dan referensi dengan hasil eksperimen yang diperoleh
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
31
8. Membimbing peserta didik untuk menyimpulkan hasil percobaan gaya
Lorentz pada kawat lurus
9. Membimbing peserta didik dalam menyimpulkan tentang arah gaya
Lorentz yang bekerja pada muatan yang bergerak di dalam medan
magnetik.
10. Membimbing peserta didik dalam membandingkan arah gaya Lorentz
pada kawat lurus dengan gaya Lorentz pada muatan yang bergerak
dalam medan magnetik
11. Memfasilitasi masing-masing kelompok secara bergiliran untuk
mempresentasikan hasil kerja kelompok.
Aktivitas Pembelajaran 4
Pada pertemuan sebelumnya kita sudah membahas tentang medan magnetik
yang timbul karena kelistrikan, sehingga kita bisa melihat bahwa ada
hubungan antara kemagnetan dan kelistrikan. Apa manfaatnya bagi
kehidupan kita? Produk teknologi apa saja yang bekerja berdasarkan prinsip
induksi magnetik? Untuk menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas
pembelajaran 4.
Aktivitas pembelajaran 4 ini akan mencapai indikator 3.3.11 s.d. 3.3.13 pada
submateri penerapan medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik
pada berbagai produk teknologi. Pertemuan ke-4 ini menggunakan model
pembelajaran Discovery Learning dengan sintak 1) Pemberian rangsangan
(Stimulation); 2) Pernyataan/Identifikasi masalah (Problem Statement); 3)
Pengumpulan data (Data Collection); 4) Pengolahan data (Data Processing); 5)
Pembuktian (Verification), dan 6) Menarik simpulan/generalisasi
(Generalization) (Aryana, dkk, 2018).
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
32
Penerapan Gaya Magnetik dalam Berbagai Produk Teknologi
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan aktivitas, diharapkan peserta mampu menyimpulkan
prinsip kerja produk teknologi yang bekerja berdasarkan prinsip medan
magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik.
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran: 2 x 45 menit
Media, Alat, dan Bahan
Motor listrik
Galvanometer
Obeng
Apa yang Saudara lakukan:
1. Meminta siswa untuk mengamati produk teknologi yang bekerja
berdasarkan induksi magnetik seperti pompa air, kipas angin, mobil
tamiya dan alat ukur listrik (Galvanometer). Kemudian mengajukan
pertanyaan “Bagaimana cara kerja alat-alat tersebut?”
2. Memberikan masalah yang berkaitan dengan cara kerja komponen
yang bisa menggerakkan mobil tamiya dan menggerakan jarum
Galvanometer, contohnya:
a. Mengapa mobil ketika saklarnya ditutup bisa bergerak?
b. Apa yang menyebabkan mobil tamiya bisa bergerak ?
c. Bagaimana proses perubahan energi listrik dari baterai
sehingga menjadi energi mekanik (gerak)?
d. Bagian apa sebenarnya dari mobil tamiya yang menyebabkan
bisa bergerak?
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
33
e. Terbuat dari komponen apa sajakah bagian yang menggerakkan
mobil tamiya tersebut?
f. Mengapa ketika dihubungkan ke baterai jarum Galvanometer
bergerak dan menunjukkan nilai tertentu?
g. Mengapa ketika dilepaskan dari baterai, jarum kembali ke posisi
semula?
h. Terhubung kemanakah sebenarnya jarum Galvanometer
tersebut?
3. Memfasilitasi peserta didik untuk mencari dan mengumpulkan
berbagai literatur dan referensi yang mendukung pemecahan
permasalahan yang mereka temukan berdasarkan pengamatan motor
listrik dan Galvanometer.
4. Membimbing peserta didik dalam melakukan praktikum “Motor
Listrik” secara berkelompok dengan menggunakan LKPD yang
tersedia.
5. Membimbing peserta didik dalam mengumpulkan data pengamatan
hasil percobaan pada kolom yang tersedia pada LKPD.
6. Membimbing peserta didik dalam mengolah data pengamatan hasil
percobaan untuk menjawab beberapa pertanyaan di lembar kerja
siswa.
7. Membimbing peserta didik dalam mendiskusikan hasil pengamatan
dengan memperhatikan pertanyaan-pertanyaan pada lembar kegiatan
dan membandingkan pengolahan dengan data-data pada buku sumber.
8. Membimbing peserta didik dalam menyimpulkan prinsip kerja produk
teknologi yang bekerja berdasarkan prinsip medan magnetik, induksi
magnetik, dan gaya magnetik.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
34
B. Lembar Kerja Peserta Didik
Lembar Kerja Peserta Didik 1
MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT BERARUS
Tujuan
1. Menyelidiki medan magnetik di sekitar kawat berarus
2. Menemukan hubungan kuat arus dengan besar induksi magnetik pada
kawat berarus lsitrik
3. Menemukan hubungan jarak dengan besar induksi magnetik
4. Menentukan arah medan magnetik disekitar kawat lurus berarus
Alat dan Bahan
Kawat tembaga/nikelin (±50 cm)
Statif (2 buah)
Jarum Kompas (2 buah)
Power supply (catu daya) (1 buah)
Ampermeter (1 buah)
Rheostat (1 buah)
Saklar (1 buah)
Gauss meter (menggunakan aplikasi di HP)
Percobaan/ Prosedur
1. Rangkailah alat dan bahan seperti gambar
2. Letakkan masing-masing 1 jarum kompas di atas kawat dan di bawah
kawat.
3. Hubungkan kedua ujung kawat dengan catu daya (power supply), pilih
pada tegangan 6 volt atau 9 volt.
4. Tutuplah saklar, amati simpangan yang terjadi pada jarum kompas.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
35
5. Ubah-ubah posisi kawat terhadap jarum kompas dengan cara memutar
salah satu statif mulai dari 0o, 45o, dan 90o, amati apa yang terjadi.
6. Letakkan posisi kawat sejajar jarum kompas
7. Ubah arah arus dengan menukar kedua ujung kawat yang terhubung ke
power supply.
8. Amati simpangan yang terjadi pada jarum kompas, kemudian
tuliskan/gambarkan arah simpangan jarum pada tabel 1.
9. Ulangi langkah 6 dengan mengubah-ubah reostat/potensiometer.
Ukurlah besar induksi magnet dengan gaussmeter untuk tiap-tiap kuat
arus dan masukkan ke dalam tabel 2.
10. Ulangi langkah 6 dan 9 dengan mengubah jarak jarum kompas
terhadap kawat. Ukur besar induksi magnet dengan gaussmeter untuk
masing-masing jaraknya dan masukkan ke dalam tabel 3.
Tabel Hasil Pengamatan
Tabel 1
No Letak Jarum
Kompas Arah Arus Arah Simpangan Jarum Kompas
1 Bawah Dari A ke B
Dari B ke A
2 Atas Dari A ke B
Dari B ke A
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
36
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Tabel 2
No Besar Kuat arus
(Ampere) Besar simpangan
magnet jarum Besar induksi
magnet 1 2 3
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Tabel 3
No Jarak jarum
magnet ke kawat (cm)
Besar simpangan magnet jarum
Besar induksi magnet
1 2 3
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Pertanyaan
1. Berdasarkan kegiatan tersebut, bagaimanakah skema arah medan
induksi dengan arah kuat arus?
2. Bagaimanakah bentuk grafik antara kuat arus dengan medan magnet
induksi?
3. Berdasarkan kegiatan tersebut, bagaimanakah grafik hubungan antara
jarak titik terhadap kawat dengan medan magnet induksi?
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
37
Lembar Kerja Peserta Didik 2
MEDAN MAGNET KAWAT MELINGKAR BERARUS LISTRIK
Tujuan
1. Menemukan hubungan jumlah lilitan dengan besar induksi magnetik
pada kawat melingkar berarus lsitrik
2. Menemukan hubungan jari-jari lingkaran kumparan kawat dengan
besar induksi magnetik pada titik tersebut.
3. Menemukan hubungan arus listrik dengan besar induksi magnetik.
Alat dan Bahan
Kawat melingkar dengan jumlah lilitan dan jari-jari berbeda (3 buah: r
±4cm, r ±8cm, dan r ± 10 cm)
Power supply (1 buah)
Amperemeter (1 buah)
Jarum kompas (4 buah)
Busur derajat (1 buah)
Percobaan/ Prosedur
1. Rangkai alat dan bahan seperti gambar
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
38
2. Letakkan magnet jarum di bawah kawat seperti pada gambar dengan
posisi jarum tepat menunjuk ke arah utara (posisi 0o)
3. Gunakan kawat dengan jumlah lilitan terkecil.
4. Hubungkan baterai dengan ujung-ujung kawat supaya arus mengalir
dalam rangkaian. Amati besar arus listrik yang terukur pada ampere
meter dan simpangan yang terjadi pada jarum kompas kemudian
tuliskan pada tabel 1.
5. Lepaskan hubungan baterai pada rangkaian.
6. Ganti jumlah lilitan kawat dengan yang lebih besar kemudian
hubungkan kembali baterai pada rangkaian. Amati kembali besar arus
listrik dan besar simpangan jarum kemudian tuliskan pada tabel 1.
7. Ulangi langkah 5 dan 6 untuk jumlah lilitan berbeda.
8. Lepaskan hubungan baterai pada rangkaian.
9. Ganti kumparan kawat dengan diameter/jari-jari yang lebih
kecil/besar
10. Lakukan kembali langkah 5 dan 6 namun dituliskan pada tabel 2.
11. Lakukan pengamatan untuk menemukan hubungan kuat arus listrik
dengan medan magnet induksi.. Tuliskan hasilnya pada tabel 3
Tabel Hasil Pengamatan
Tabel 1
No Jumlah lilitan (N) Besar simpangan
magnet jarum Arus listrik (A)
1
2
3
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
39
Tabel 2
No Jari-jari kumparan (r) Besar simpangan
magnet jarum Arus listrik (A)
1
2
3
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
Tabel 3
No Besar Kuat arus
(Ampere) Besar simpangan magnet jarum
1
2
3
Kesimpulan :
.................................................................................................................................................................
Pertanyaan
Simpangan jarum menunjukkan besar medan magnet induksi yang
dihasilkan (B), maka:
1. Semakin banyak jumlah lilitan (N), maka medan magnet induksi (B)
di titik tersebut semakin ............................................................................................
Tuliskan formula matematis (kesebandingan): ..............................................
2. Semakin besar jari-jari kumparan, maka medan magnet induksi (B)
yang dihasilkan semakin ............................................................................................
Tuliskan formula matematis (kesebandingan): ...............................................
3. Semakin besar arus listrik pada kumparan, maka medan magnet
induksi (B) yang dihasilkan semakin ...........................................................
Tuliskan formula matematis (kesebandingan): ......................................
4. Buat kesimpulan umum dari seluruh hasil percobaan.
.........................................................................................................................................
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
40
Lembar Kerja Peserta Didik 3
MOTOR LISTRIK DC
Tujuan
1. Mengenali bagian bagian motor listrik
2. Merakit motor listrik
3. Menjelaskan cara kerja motor listrik
Alat dan Bahan
Motor listrik 3 volt
Perkakas obeng (-) kecil
Percobaan/ Prosedur
1. Amati motor listrik kecill dan lepaslah bagian-bagiannya (G-A) menjadi
(G-B) dengan cara membongkarnya, lihat gambar berikut.
2. Kenali dan sebutkan nama dan kegunaannya dari bagian-bagian yang
telah dilepas tersebut?
Bagian a adalah ..............................................................................................................
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
...............................................................................................................................................
Bagian b adalah .............................................................................................................
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
Bagian c adalah .............................................................................................................
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
41
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
...............................................................................................................................................
Bagian d adalah .............................................................................................................
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
...............................................................................................................................................
Bagian e adalah .............................................................................................................
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
...............................................................................................................................................
Bagian f adalah .............................................................................................................
Kegunaannya adalah untuk .....................................................................................
...............................................................................................................................................
3. Gambarkan bentuk ilustrasi motor listrik tersebut dalam bentuk
perbagiannya yang sudah dirakit?
4. Konsep-konsep IPA apa saja yang terkait, yang bisa dipelajari dari hasil
kegiatan bongkar pasang tersebut?
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
5. Jelaskan cara kerja motor listrik tersebut ketika diberi arus listrik dari
baterai 3 volt?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
6. Manfaat apa dari kegiatan bongkar pasang motor listrik ini ?
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
42
C. Bahan Bacaan
Medan Magnet dan Gaya Magnet
Medan magnet adalah daerah/ruangan yang dipengaruhi oleh gaya magnet.
Adanya medan magnet di dalam suatu ruang/daerah dapat ditunjukkan
dengan mengamati pengaruh yang dapat ditimbulkan di ruang/daerah
tersebut, di antaranya:
Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda
tersebut mengalami gaya.
Bila di ruang tersebut terdapat partikel bermuatan, maka partikel
muatan tersebut mengalami gaya.
Medan Magnet di Sekitar Penghantar Berarus
Mulanya gejala kelistrikan dan kemagnetan dianggap sebagai dua hal yang
terpisah, hingga pada tahun 1819 Hans Christian Oersted menemukan bahwa
magnet jarum kompas bila didekatkan ke kawat penghantar berarus listrik
arahnya akan berubah. Hal tersebut menunjukan bahwa disekitar kawat
berarus terdapat medan magnet. Arah penyimpangan magnet jarum kompas
bergantung kepada arah arus listriknya. Untuk memudahkan menentukan
arah medan magnet dapat menggunakan kaidah tangan kanan, yaitu arah ibu
jari menunjukkan arah aliran arus listrik dan arah lipatan jari-jari yang lainnya
menunjukkan arah putaran garis-garis medan magnet (lihat Gambar 4).
Gambar 4 Kaidah tangan kanan
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
43
Contoh:
Arus listrik mengalir sepanjang kawat listrik dari kiri ke kanan, kemanakah
arah medan di atas dan di bawah kawat?
Jawab: Arah medan magnetik di atas kawat adalah tegak lurus keluar buku
yang sedang Saudara baca (digambarkan dengan tanda titik) dan arah medan
magnetik di bawah kawat tegak lurus menembus buku yang sedang Saudara
baca (digambarkan dengan tanda x).
Kekuatan dan arah medan magnetik di sekitar arus listrik dinyatakan dengan
besaran induksi magnetik (B). Besarnya induksi magnetik pada suatu titik di
sekitar penghantar berarus pertama kali diukur oleh ilmuwan Perancis, Jean
Bastiste Biot dan Felix Savart. Menurut Biot-Savart, induksi magnet (B) di
suatu titik P yang berjarak r dari kawat penghantar dL yang berarus listrik I
adalah sebagai berikut.
1. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I).
2. Berbanding lurus dengan panjang kawat (dL).
3. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen
kawat penghantar (r).
4. Berbanding lurus dengan sinus sudut apit antara arah arus dengan
garis hubung antara titik P ke elemen kawat penghantar.
Gambar 5 Induksi magnetik di sekitar penghantar berarus listrik
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
44
Secara matematik dinyatakan sebagai
𝑑𝐵 = 𝑘𝐼𝑑𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜃
𝑟2=
𝜇𝑜
4𝜋
𝐼𝑑𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜃
𝑟2
Persamaan in dikenal sebagai Hukum Biot-Savart.
dengan :
dB = Induksi magnet di titik P (Wb/m2 atau Tesla)
I = kuat arus listrik (A)
dl = panjang elemen kawat berarus (m)
= sudut antara arah I dengan garis hubung P ke dl
k = = bilangan konstanta = 10-7 Wb A-1m-1
r = jarak dari P ke dl (m)
Induksi Magnetik di Sekitar Penghantar Lurus Panjang Berarus Listrik
Gambar 6 Induksi magnetik disekitar penghantar lurus panjang berarus
Besarnya induksi magnetik di suatu titik P yang terletak seajauh r dari kawat
penghantar lurus dan panjang yang dialiri arus sebesar I dapat diturunkan dari
hukum Biot-Savart. Dengan cara mengintegralkan dimana bawah 1 dan batas
atas 2 , maka akan diperoleh besar induksi magnetik
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
45
𝐵𝑃 =𝜇𝑜𝐼
2𝜋𝑎
dimana
BP = induksi magnetik di titik P (Wb/m2 atau Tesla)
o = permeabilitas ruang hampa (4 ×10-7 Wb A-1m-1)
I = kuat arus yang mengalir dalam kawat (A)
a = jarak titik P ke kawat penghantar (m)
Induksi Magnetik pada Sumbu Lingkaran Penghantar Berarus Listrik
Gambar 7 Induksi magnetik pada sumbu lingkaran penghantar berarus
Besar induksi magnetik pada sumbu lingkaran penghantar berarus listrik
dengan jari-jari R dapat dicari dengan cara mengintegralkan dari persamaan
Hukun Biot-Savart. Misalkan kita akan mencari besar induksi magnetik di titik
P yang berjarak r dari elemen kawat dl seperti tampak pada Gambar 7, maka
dengan mengintegralkan persamaan 𝑑𝐵 =𝜇𝑜
4𝜋
𝐼𝑑𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜃
𝑟2 akan diperoleh
𝐵 =𝜇𝑜𝐼 𝑠𝑖𝑛3𝜃
2𝑎
Jika titik P berada di titik pusat lingkaran, maka 𝜃 = 90𝑜 dan r = a, maka
demikian induksi magnetik di titik pusat lingkaran adalah:
𝐵 = 𝑁𝜇𝑜𝐼
2𝑎
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
46
dimana
B = induksi magnetik (Wbm-2 atau T)
µ0 = permeabilitas udara/vakum (4π × 10−7 WbA−1m−1)
I = kuat arus yang melalui penghantar (A)
A = jari-jari lingkaran (m)
N = jumlah lilitan kawat
Induksi Magnetik di Pusat dan di Ujung Solenoida
Gambar 8 Solenoida Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Induksi magnetik di pusat solenoid:
𝐵 =𝜇0𝑁𝐼
𝐿
Induksi magnetik di ujung solenoida:
𝐵 =𝜇0𝑁𝐼
2𝐿
dimana
B = induksi magnetik (Wbm-2 atau T)
µ0 = permeabilitas udara/vakum (4π × 10−7 WbA−1m−1)
I = kuat arus yang melalui penghantar (A)
N = jumlah lilitan kawat
L = panjang solenoida (m)
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
47
Induksi Magnetik di Sumbu Toroida
Gambar 9 Toroida Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Induksi magnetik di sumbu toroida adalah
𝐵 =𝜇0𝑁𝐼
2𝜋𝑎
dimana
B = induksi magnetik (Wbm-2 atau T)
µ0 = permeabilitas udara/vakum (4π × 10−7 WbA−1m−1)
I = kuat arus yang melalui penghantar (A)
N = jumlah lilitan kawat
a = jari-jari toroida (m)
Gaya Magnetik (Gaya Lorentz)
Gaya pada Partikel Bermuatan yang Bergerak dalam Medan Magnetik
Di atas sudah dijelaskan bahwa adanya medan magnet di dalam suatu ruang
dapat ditunjukkan dengan cara menempatkan suatu partikel bermuatan di
dalam ruang itu. Jika partikel muatan tersebut mengalami gaya, maka ruang
itu memiliki medan magnet. Berapakah besar gaya yang dialami oleh partikel
bermuatan tersebut?
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
48
Berdasarkan hasil eksperimen pada berbagai partikel bermuatan yang
bergerak dalam medan magnet diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Besarnya gaya magnet yang diberikan pada partikel sebanding dengan
muatan q dan kecepatan v partikel.
Ketika partikel bermuatan bergerak sejajar dengan vektor medan
magnet, gaya magnet yang bekerja pada partikel adalah nol.
Ketika vektor kecepatan partikel membentuk sudut berapapun ( 0)
terhadap medan magnet, gaya magnet mengarah ke arah tegak lurus
terhadap garis yang dibentuk oleh vektor kecepatan dan vektor medan
magnet.
Gaya magnet yang diberikan pada muatan positif berlawanan arah
dengan arah gaya magnet yang diberikan pada muatan negatif yang
bergerak dalam arah yang sama.
Besarnya gaya magnet yang diberikan pada partikel bergerak
sebanding dengan sin , di mana adalah sudut yang dibentuk oleh
vektor kecepatan partikel dengan arah medan magnet.
Secara matematik dapat disimpulkan bahwa
= q𝐯 𝐱
Jadi besar gaya magnetik (gaya Lorentz) yang dialami sebuah muatan yang
berada di dalam medan magnetik adalah
𝑭 = 𝒒𝒗𝑩 𝒔𝒊𝒏𝜽
dimana
F = gaya Lorentz (N)
Q = muatan partikel (C)
V = kecepatan partikel (m/s)
B = medan magnetik (T)
= sudut antara kecepatan partikel v dan medan magnetik B
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
49
Karena gaya Lorentz merupakan besaran vektor tentu memiliki arah.
Kemanakah arah gaya Lorentz yang dialami oleh partikel bermuatan yang
memasuki medan magnetik? Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan
menggunakan kaidah tangan kanan kedua seperti tampak pada Gambar 10.
Gambar 10 Kaidah tangan kanan kedua Sumber: Fisika untuk SMA dan MA Kelas XII, Suharyanto dkk.
Arah dari pergelangan tangan menuju jari-jari menyatakan arah medan
magnetik (B), arah ibu jari menyatakan arah gerak muatan (v), dan tegak lurus
terhadap telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz (F). Hal yang perlu
diperhatikan adalah, jika partikel bermuatan positif (misal proton), maka arah
gaya Lorentz searah dengan gaya F yang diperoleh dari kaidah tangan kanan
kedua. Tetapi jika partikel bermuatan negatif (misal elektron), maka arah gaya
Lorentz berlawanan arah dengan gaya F yang diperoleh dari kaidah tangan
kanan kedua atau dapat menggunakan kaidah tangan kiri.
Gaya magnetik pada partikel bermuatan mempunyai ciri, yaitu:
Vektor gaya magnetik tegak lurus terhadap medan magnet.
Gaya magnetik bekerja pada partikel bermuatan hanya ketika partikel
bergerak.
Gaya magnetik yang terkait dengan medan magnet stabil tidak bekerja
ketika partikel dipindahkan karena gaya tegak lurus terhadap
perpindahan titik aplikasinya.
Bentuk lintasan partikel bermuatan dalam suatu medan magnetik tergantung
pada arah gerak partikel tersebut saat memasuki medan magnetik.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
50
Jika partikel bermuatan bergerak sejajar terhadap medan magnet,
maka lintasan partikel adalah berupa garis lurus. Hal ini terjadi karena
partikel tidak mengalami gaya (F = 0) akibat θ = 0o sehingga sin θ = 0.
Jika partikel bermuatan bergerak tegak lurus terhadap medan magnet,
maka lintasan partikel adalah berupa lingkaran karena gaya magnetik
yang timbul berlaku sebagai gaya sentripetal.
Gambar 11 Lintasan partikel berupa lingkaran Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Jari-jari lintasannya diberikan oleh persamaan:
𝑅 =𝑚𝑣
𝐵𝑞
dimana :
R = jari-jari lintasan muatan listrik (m)
m = massa benda bermuatan listrik (kg)
v = kecepatan partikel bermuatan (m/s)
B = induksi magnet (T)
q = muatan listrik benda (C)
Jika partikel bermuatan bergerak dengan membentuk sudut terhadap
medan magnet, maka lintasan partikel adalah berupa heliks.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
51
Gambar 12 Lintasan partikel berupa heliks
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Gaya yang Dialami Penghantar Berarus dalam Medan Magnetik
Jika gaya magnetik bekerja pada satu partikel bermuatan yang bergerak
melalui medan magnet, tentu tidak mengejutkan bahwa kawat penghantar
berarus juga mengalami gaya ketika ditempatkan di dalam medan magnet.
Arus adalah sekumpulan banyak partikel bermuatan yang bergerak, oleh
karena itu, gaya yang dihasilkan oleh medan magnet pada kawat adalah jumlah
vektor dari gaya individu yang diberikan pada semua muatan.
Gambar 13 Gaya Magnetik pada Penghantar (a) Kawat penghantar lurus tanpa arus terletak di dalam medan magnet ladam, (b) Kawat penghantar lurus terletak di dalam medan magnet ladam tampak depan, (c) Kawat penghantar menyimpang ke kiri ketika dialiri arus yang arahnya ke atas, (d) Kawat penghantar menyimpang ke kanan ketika dialiri arus yang arahnya ke bawah
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
52
Arah gaya Lorentz dapat ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan kedua
(lihat Gambar 14) dengan mengganti arah v menjadi arah arus I. Arah dari
pergelangan tangan menuju jari-jari menyatakan arah medan magnetik (B),
arah ibu jari menyatakan arah arus listrik (I), dan tegak lurus terhadap telapak
tangan menunjukkan arah gaya (F).
Gambar 14 Kaidah tangan kanan
Sumber: Fisika untuk SMA dan MA Kelas XII, Suharyanto dkk.
Besarnya gaya Lorentz dinyatakan oleh persamaan
𝐹 = 𝐼𝑙𝐵 𝑠𝑖𝑛𝜃
dimana
F = gaya Lorentz (N)
I = arus listrik (A)
L = panjang kawat (m)
B = medan magnetik (T)
= sudut antara arah arus I dan medan magnetik B
Gaya Magnetik diantara Dua Kawat Sejajar Berarus
Kita sudah tahu bahwa ketika kawat penghantar dialiri arus listrik, maka
disekitarnya akan timbul medan magnetik. Apa yang akan terjadi ketika dua
utas kawat penghantar yang dialiri arus listrik diletakkan sejajar dan
berdekatan? Gambar 15 menunjukkan dua penghantar lurus paralel panjang
1 dan 2 dipisahkan oleh jarak a dan membawa arus (paralel) masing-masing
I1 dan I2. Penghantar 1 menghasilkan, medan magnetik B1 yang sama di semua
titik di sepanjang penghantar 2. Kaidah tangan kanan memberi tahu kita
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
53
bahwa arah medan magnetik ini adalah ke bawah (ketika penghantar
ditempatkan secara horizontal).
Gambar 15 Dua Kawat Sejajar (a) Dua kawat penghantar paralel lurus panjang membawa arus stabil I1 dan I2 dan
dipisahkan oleh jarak a. B1 adalah medan magnet oleh penghantar 1 di penghantar 2.
Penghantar 2 membawa arus I2 akan mengalami gaya ke samping karena
pengaruh medan B1. Arah gaya ini adalah ke arah pengahantar 1 (coba
buktikan), kita sebut gaya ini sebagai F21. Sebalikan, penghantar 1 akan
mengalami gaya F12 karena pengaruh medan magnet dari penghantar 2.
Apabila arah arus pada kedua kawat penghantar searah, maka akan terjadi
gaya tarik-menarik dan sebaliknya jika arus pada kedua kawat penghantar
berlawanan, maka akan tolak-menolak.
Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua kawat penghantar lurus
panjang sejajar dan berarus diberikan oleh
𝐹
𝑙=
𝜇0𝐼1𝐼2
2𝜋𝑎
dimana
F = gaya magnetik pada kawat kedua kawat penghantar (N)
I1 = arus listrik pada kawat penghantar 1 (A)
I2 = arus listrik pada kawat penghantar 2 (A)
µ0 = permeabilitas udara/vakum (4π × 10−7 WbA−1m−1)
a = jarak antar kedua kawat penghantar (m)
l = panjang kawat penghantar (m)
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
54
Motor Listrik
Pernahkah Saudara memperhatikan alat-alat elektronik yang ada di rumah?
Mungkin Saudara memiliki dan sering menggunakannya, seperti pompa air,
kipas angin, blender, pengering rambut, penyedot debu, mesin cuci, bor listrik,
dan obeng listrik. Komponen apakah yang menjadi bagian terpenting sehingga
alat-alat tersebut dapat berfungsi? Bagaimana cara kerjanya? Semua alat-alat
elektronik tersebut memiliki prinsip kerja yang sama yaitu mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik karena memiliki komponen utama yang sama,
yaitu motor listrik. Bagaimanakah prinsip kerja motor listrik tersebut?
Sebelum kita membahas tentang prinsip kerja motor listrik, mari kita kenali
terlebih dahulu jenis-jenis motor listrik. Pada dasarnya motor listrik dapat
dibedakan berdasarkan jenis sumber tegangan yang digunakan. Berdasarkan
jenis sumber tegangannya motor listrik dibedakan menjadi 2 jenis yaitu Motor
listrik arus searah DC (Direct Current) dan Motor listrik bolak-balik AC
(Alternating Current). Dari dua jenis motor listrik tersebut dikelompokkan lagi
menjadi beberapa jenis motor listrik yang diklasifikasikan berdasarkan
konstruksi, prinsip kerja, dan operasinya.
Pada Unit ini hanya akan dibahas jenis motor listrik DC. Pada prinsipnya
sebuah motor listrik DC terdiri atas dua bagian, yaitu bagian stator dan bagian
rotor. Bagian stator adalah bagian motor listrik yang tidak bergerak, yang
umumnya terdiri atas magnet tetap. Sedangkan bagian rotor merupakan
bagian motor listrik yang bergerak, yang umumnya terdiri atas kawat angker
penghantar listrik yang dililitkan pada jangkar. Untuk lebih jelasnya
perhatikan Gambar 16 skema motor listrik DC.
Rotor diskemakan dengan sebuah kawat angker penghantar listrik (armature)
yang membentuk persegi panjang. Pada kedua ujung kawat angker terpasang
komutator berbentuk lingkaran yang terbelah di tengahnya, komponen ini
lebih dikenal dengan sebutan cincin belah. Sedangkan stator motor tersusun
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
55
atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian
yang kontak langsung dengan cincin belah, stator dilengkapi dengan sikat
karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik dari sumber
tegangan ke kumparan rotor.
Gambar 16 Skema Motor Listrik DC Sumber: Physics. John D. Cutnell & Kenneth W. Johnson
Sekarang mari kita bahas bagaimana prinsip kerja motor listrik tersebut. Pada
saat kumparan belum dihubungkan dengan sumber tegangan, kumparan akan
tetap diam pada posisinya karena tidak ada arus yang mengalir di dalam
kumparan tersebut. Ketika kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan,
kumparan tersebut akan berputar. Mengapa berputar? Hal ini terjadi karena
menurut Oersted, ketika kumparan dialiri arus maka akan timbul medan
magnet disekitarnya. Sementara kumparan tersebut berada di dalam medan
magnet lain yang berasal dari magnet permanen, maka terjadi interaksi antara
medan magnet yang berasal dari kawat berarus dengan medan magnet dari
magnet permanen, interaksi ini berupa gaya. Kemanakah arah gaya pada
kawat penghantar tersebut? Untuk menjelaskan arah gaya pada kawat
penghantar ingatlah prinsip kaidah tangan kanan (lihat Gambar 14).
Garis gaya magnet dari magnet permanen yang disimbolkan dengan anak
panah warna merah dan huruf (B) mengarah dari kutub utara (N) ke kutub
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
56
selatan (S) seperti tampak pada Gambar 16. Berdasarkan kaidah tangan kanan,
maka kedua sisi kawat angker akan mendapatkan gaya (F) yang berlawanan
arah. Gaya dorong yang tegak lurus langsung terhadap kawat angker kanan
dan kiri ini menghasilkan torsi yang paling besar pada rotor motor. Gaya torsi
inilah yang akan memutar rotor motor. Energi putar yang dihasilkan rotor ini
disalurkan ke poros untuk memutarkan benda lain seperti kipas angin, baling-
baling pada pompa air, atau roda pada mobil mainan tamiya.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
57
PENGEMBANGAN PENILAIAN
Bagian ini memuat contoh soal-soal topik medan magnetik, induksi magnetik,
dan gaya magnetik yang muncul di UN tiga tahun terakhir dan kurang berhasil
dijawab oleh peserta didik. Selain itu, bagian ini memuat pembahasan tentang
cara mengembangkan soal HOTS yang disajikan dalam bentuk pemodelan agar
dapat dijadikan acuan oleh Saudara ketika mengembangkan soal untuk topik
ini. Saudara perlu mencermati dengan baik bagian ini, sehingga Saudara
dapat terampil mengembangkan soal yang mengacu pada indikator
pencapaian kompetensi yang termasuk HOTS.
A. Pembahasan Soal-soal
Topik medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik merupakan
topik yang muncul pada soal UN di tiga tahun terakhir. Berdasarkan hasil
analisis PAMER UN, topik ini termasuk yang kurang berhasil dijawab oleh
peserta didik di lingkup nasional. Berikut ini pembahasan soal-soalnya.
Soal UN tahun 2016
Sebuah muatan listrik positif q, bergerak dengan kecepatan v dalam sebuah
medan magnet homogen seperti ditunjukkan pada gambar. Arah gaya
magnetik F yang dialami muatan listrik q adalah....
A. ke atas tegak lurus arah v
B. ke bawah tegak lurus arah v
C. ke luar bidang gambar
D. ke dalam bidang gambar
E. ke kanan searah v
Kunci Jawaban: B
B
q +
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
58
Pembahasan
Untuk menentukan arah gaya magnetik kita bisa
menggunakan kaidah tangan kanan seperti
tampak pada gambar di samping. Arah dari
pergelangan tangan menuju jari-jari menyatakan
arah medan magnetik (B), arah ibu jari
menyatakan arah gerak muatan (v), dan tegak
lurus terhadap telapak tangan menunjukkan arah gaya (F). Berdasarkan
kaidah tangan kanan, arah gaya magnetik F yang dialami muatan listrik q
adalah ke bawah tegak lurus arah v.
Soal UN tahun 2017
Perhatikan gambar berikut!
Dua kawat lurus sejajar berarus listrik i1 = 2A dan i2 = 3
A terpisah pada jarak a seperti pada gambar. Sebuah
kawat penghantar yang lain (3) berarus listrik akan
diletakkan di sekitar kedua kawat sehingga kawat tidak
mengalami gaya magnetik. Kawat (3) tersebut harus
diletakkan pada jarak....
A. 0,5 a di kiri kawat (1)
B. a di kiri kawat (1)
C. 2 a di kiri kawat (1)
D. a di kanan kawat (2)
E. 2a di kanan kawat (2)
Kunci Jawaban: C
Pembahasan
Untuk menjawab soal tersebut kita bisa menggunakan persamaan gaya
magnetik di antara dua kawat sejajar berarus: 𝐹
𝑙=
𝜇0𝐼1𝐼2
2𝜋𝑎
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
59
Misal kawat (3) kita simpan di sebelah kiri kawat (1) pada jarak x atau berjarak
a + x dari kawat (2). Kawat (3) akan mengalami gaya dari kedua kawat (1) dan
(2) dengan besar masing-masing 𝐹
𝑙=
𝜇0𝐼1𝐼3
2𝜋𝑥 dan
𝐹
𝑙=
𝜇0𝐼2𝐼3
2𝜋(𝑎+𝑥).
Berdasarkan soal kawat (3) tidak mengalami gaya atau dengan kata lain
resultan gayanya harus nol. Dengan demikian gaya yang dialami oleh kawat
(3) karena kawat (1) harus sama dengan gaya yang dialami oleh kawat (3)
karena kawat (2) dan arahnya berlawanan. Berdasarkan rumus di atas maka
bisa kita tuliskan sebagai berikut.
𝜇0𝐼1𝐼3
2𝜋𝑥=
𝜇0𝐼2𝐼3
2𝜋(𝑎 + 𝑥)
𝜇0𝐼1𝐼3
2𝜋𝑥=
𝜇0𝐼2𝐼3
2𝜋(𝑎 + 𝑥)
𝐼1(𝑎 + 𝑥) = 𝐼2𝑥
2(𝑎 + 𝑥) = 3𝑥
2𝑎 + 2𝑥 = 3𝑥
𝑥 = 2𝑎
Jadi jawabannya 2a di kiri kawat (1).
Soal UN tahun 2018
Sebuah muatan positif bergerak di bawah sebuah kawat berarus listrik yang
arah arusnya searah sumbu x (+) seperti gambar. Muatan bergerak searah
dengan arah arus listrik. Arah gaya Lorentz yang dialami oleh muatan tersebut
searah sumbu....
a. y (+)
b. y (–)
c. x (+)
d. x (–)
e. z (+)
Kunci Jawaban: A
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
60
Pembahasan
Sebelum kita menentukan arah gaya, terlebih dahulu kita
harus menentukan arah medan magnetik. Arah medan
magnetik bisa menggunakan kaidah kaidah tangan kanan
seperti gambar berikut. Ibu jari menyatakan arah arus
listrik, dan lipatan jari yang lain menunjukkan arah
medan magnetik. Sehingga arah medan magnetik
dibawah kawat pada soal di atas adalah searah sumbu z (–).
Untuk menentukan arah gaya magnetik kita bisa
menggunakan kaidah tangan kanan seperti tampak
pada gambar dibawah. Arah dari pergelangan tangan
menuju jari-jari menyatakan arah medan magnetik
(B), arah ibu jari menyatakan arah gerak muatan (v),
dan tegak lurus terhadap telapak tangan
menunjukkan arah gaya (F). Jadi berdasarkan kaidah tangan kanan, arah gaya
magnetik F yang dialami muatan listrik q adalah ke arah sumbu y (+).
B. Pengembangan Soal HOTS
Pada bagian ini akan dimodelkan pembuatan soal yang memenuhi indikator
pencapaian kompetensi yang diturunkan dari kompetensi dasar
pengetahuan. Pengembangan soal diawali dengan pembuatan kisi-kisi agar
Saudara dapat melihat kesesuaian antara kompetensi, lingkup materi, dan
indikator soal. Selanjutnya, dilakukan penyusunan soal di kartu soal
berdasarkan kisi-kisi yang telah disusun sebelumnya. Contoh soal yang
disajikan terutama untuk mengukur indikator kunci pada level kognitif yang
tergolong HOTS.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
61
Tabel 4. Kisi-kisi Soal HOTS
No. Kompetensi
Dasar
Lingkup
Materi Materi
Indikator
Soal
Nomor
Soal
Level
Kogni
tif
Bentuk
Soal
1 2 3 4 5 6 7 8
1 3.3 Menganalisis
medan
magnetik,
induksi
magnetik,
dan gaya
magnetik
pada
berbagai
produk
teknologi
Medan
magnetik,
induksi
magnetik,
dan gaya
magnetik
Medan
magnetik d
sekitar kawat
berarus
Disajikan dua
kawat yang
saling tegak
lurus, peserta
didik dapat
menganalisis
medan
magnetik
disekitar
kedua kawat
tersebut
1 L3 Pilihan
Ganda
2 Medan
magnetik d
sekitar kawat
berarus
Disajikan
empat
gambar arus
melingkar,
peserta didik
dapat
menganalisis
besar medan
magnetik
dipusat
lingkaran
2 L3 Pilihan
Ganda
3 Gaya Lorentz
antara dua
kawat lurus
Disajikan
gambar
partikel
bermuatan di
sekitar kawat
berarus,
peserta didik
dapat
menganalisis
gaya
magnetik
yang dialami
partikel.
3 L3 Pilihan
Ganda
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
62
Kartu Soal
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : PG
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun :
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi
Nomor Soal
1
RUMUSAN BUTIR SOAL
Dua kawat panjang dan lurus saling bersilangan pada sudut tegak
lurus, dan masing-masing membawa arus I yang sama besar (lihat
gambar). Pernyataan berikut ini berkenaan dengan medan magnet
total di suatu titik akibat pengaruh kedua kawat pada gambar?
(1) Medan magnet terkuat di titik B dan D.
(2) Medan magnet terkuat di titik A dan C.
(3) Medan magnet di titik B menembus keluar kertas dan di titik D
menembus masuk ke dalam kertas
(4) Medan magnet di titik C dan di titik D menembus ke luar kertas
(5) Medan magnet di ke empat titik memiliki besar yang sama
Pernyataan yang benar adalah....
A. (1), (3)
B. (1), (5)
C. (2), (4)
D. (2), (5)
E. (3), (4)
LINGKUP MATERI
Medan magnetik,
induksi magnetik,
dan gaya magnetik
MATERI
Medan magnet disekitar kawat lurus berarus
Kunci Jawaban
A
INDIKATOR SOAL
Disajikan dua kawat yang saling tegak lurus, peserta didik dapat menganalisis medan magnetik disekitar kedua kawat tersebut
√
PAKET - …
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
63
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : PG
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun :
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi
Nomor Soal
1
RUMUSAN BUTIR SOAL
Masing-masing dari empat gambar menunjukkan tiga loop kawat
konsentris yang sama. Arus dalam loop memiliki besar I yang sama
dan memiliki arah yang ditunjukkan oleh gambar. Urutan besarnya
medan magnet total yang dihasilkan di tengah masing-masing dari
keempat gambar, dari yang terbesar ke terkecil adalah ....
A. 1, 2, 3, 4
B. 1, 2, 4, 3
C. 1, 3, 2, 4
D. 1, 4, 3, 2
E. 1, 4, 2, 3
LINGKUP MATERI Medan magnetik,
induksi magnetik,
dan gaya
magnetik
MATERI
Medan magnet disekitar kawat melingkar berarus
Kunci Jawaban
D
INDIKATOR SOAL Disajikan empat gambar arus melingkar, peserta didik dapat menganalisis besar medan magnetik dipusat lingkaran
√
PAKET - …
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
64
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : Uraian
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun :
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi
Nomor Soal
3
RUMUSAN BUTIR SOAL
Gambar di bawah menunjukkan kawat lurus sangat panjang
yang membawa arus 3.0 A. Sebuah partikel bermuatan
+6,5x10-6 C dan bergerak paralel dengan kawat pada jarak
0,050 m. Kecepatan partikel adalah 280 m/s. Tentukan besar
dan arah gaya magnet yang diberikan kawat terhadap partikel.
A. 2, 2 x 108 N ke kiri medekati kawat
B. 2, 2 x 108 N ke kanan menjauhi kawat
C. 2, 2 x 108 N ke depan menjauhi kawat
D. 2, 2 x 108 N ke belakang menjauhi kawat
E. 2, 2 x 108 N ke bawah berlawanan dengan v
LINGKUP MATERI
Medan magnetik,
induksi magnetik,
dan gaya magnetik
MATERI
Gaya Lorentz pada partikel bermuatan
Kunci Jawaban
A
INDIKATOR SOAL
Disajikan gambar partikel bermuatan di sekitar kawat berarus, peserta didik dapat menganalisis gaya magnetik yang dialami partikel.
√
PAKET - …
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
65
C. Refleksi Pembelajaran
Pada bagian ini Saudara akan melaksanakan refleksi dalam proses
pembelajaran materi Medan Magnet. Refleksi pembelajaran dilakukan dengan
melihat kesesuaian antara proses pembelajaran, peserta didik, penilaian, dan
ketercapaian KD.
1. Apakah kegiatan membuka pelajaran dapat mengarahkan dan
mempersiapkan peserta didik mengikuti pelajaran dengan baik ?
2. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap materi/bahan ajar yang
disajikan sesuai dengan yang diharapkan? (Apakah materi terlalu
tinggi, terlalu rendah, atau sudah sesuai dengan kemampuan awal
peserta didik?)
3. Bagaimana respons Saudara terhadap media pembelajaran yang
digunakan? (Apakah media sesuai dan mempermudah peserta didik
menguasai kompetensi/materi yang diajarkan?)
4. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap aktivitas pembelajaran yang
telah dirancang ? Apakah aktivitas pembelajaran tersebut dapat
melatih siswa berpikir tingkat tinggi (HOTs)?
5. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap pendekatan, model
pembelajaran, metode, dan teknik pembelajaran yang digunakan ?
6. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap teknik pengelolaan kelas
yang akan dilakukan (perlakuan guru terhadap peserta didik dalam
mengatasi masalah dan memotivasi peserta didik)?
7. Apakah Saudara dapat menangkap penjelasan/instruksi yang
diberikan pada bagian aktivitas pembelajaran ?
8. Bagaimanakah tanggapan Saudara terhadap latihan atau penilaian
yang dikembangkan ?
9. Apakah Saudara telah mencapai penguasaaan kemampuan
pembelajaran yang telah dikembangkan ?
10. Apakah kegiatan menutup pelajaran yang dikembangkan dapat
meningkatkan penguasaan peserta didik terhadap meteri pelajaran?
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
66
11. Apakah Aktivitas pembelajaran yang dirancang dapat mencapai
kompetensi dasar (KD) pada meteri terpilih sebagaimana mestinya?
(Jika tidak seluruhnya, apakah Saudara akan melakukan penyesuaian
aktivitas pembelajaran pembelajaran dalam rencana pembelajaran?)
12. Apakah kelemahan yang akan Saudara dalam melaksanakan aktivitas
pembelajaran yang telah dirancang?
13. Apakah kekuatan atau hal-hal baik yang Saudara capai dalam
mempelajari aktivitas pembelajaran ?
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
67
KESIMPULAN
Unit ini dikembangkan berdasarkan pasangan KD 3.3. Menganalisis medan
magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk
teknologi dan 4.3 Melakukan percobaan tentang induksi magnetik dan gaya
magnetik disekitar kawat berarus listrik berikut presentasi hasilnya.
Menyajikan hasil praktik dan diskusi tentang medan magnetik, induksi
magnetik, gaya magnetik, dan motor listrik. Berdasarkan KD pengetahuan
dapat diketahui bahwa indikator yang dikembangkan perlu mencapai level
analisis (C4). Artinya, KD ini sudah menuntut Saudara melatihkan kemampuan
berpikir tingkat tinggi kepada peserta didik. Adapun KD keterampilan
menuntut Saudara memfasilitasi peserta didik melakukan percobaan. Hal ini
berarti Saudara perlu memberikan ruang dan waktu kepada peserta didik
untuk mengembangkan kreativitasnya untuk menghasilkan produk berupa
laporan hasil percobaan medan magnetik, induksi magnetik, gaya magnetik,
dan motor listrik.
Penguasaan keterampilan berpikir tingkat tinggi oleh peserta didik
memerlukan proses pembelajaran yang relevan. Oleh karena itu, aktivitas
pembelajaran pada subtopik medan magnetik di sekitar kawat penghantar
lurus dan melingkar yang berarus, gaya magnetik (gaya Lorentz), dan
penerapan gaya magnetik dalam berbagai produk teknologi menggunakan
pembelajaran model discovery learning dan saintifik, dengan metode praktik
dan diskusi melalui empat kali pertemuan. Seperti telah diketahui, kedua
model pembelajaran ini merupakan model yang dapat membekalkan
kemampuan berpikir tingkat tinggi kepada peserta didik. Ketika
implementasi, pembelajaran juga dipandu dengan menggunakan LKPD yang
dirancang untuk memudahkan penguasaan konsep sesuai tingkat kognitifnya
dan penguasaan keterampilan yang mengedepankan konstruktivisme.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
68
Artinya, peserta didik memperoleh konsep dengan merumuskannya terlebih
dahulu.
Adapun konten yang dikembangkan pada subtopik medan magnetik, induksi
magnetik, dan gaya magnetik tediri atas: 1) Medan Magnet di Sekitar
Penghantar Berarus, 2) Induksi Magnetik di Sekitar Penghantar Lurus Panjang
Berarus Listrik, 3) Induksi Magnetik pada Sumbu Lingkaran Penghantar
Berarus Listrik, 4) Induksi Magnetik di Pusat dan di Ujung Solenoida, dan 5)
Gaya Magnetik (Gaya Lorentz). Subtopik ini merupakan konten yang kaya akan
pengetahuan kontekstual bagi peserta didik. Artinya, Saudara dapat
mendorong serta memfasilitasi peserta didik untuk menemukan fenomena di
kehidupan sehari-hari yang berkaitan subtopik ini. Sebagai contoh aplikasi
dunia nyata, unit ini menyajikan aplikasi medan magnetik dan gaya magnetik
pada produk teknologi yang sering dipakai dalam kehidupan sehari-hari
sehingga peserta didik dapat memahami prinsip dan juga manfaat dari medan
magnetik.
Berkaitan dengan penilaian, subtopik ini muncul dalam instrumen tes UN
selama tiga tahun terakhir. Jenis pertanyaan yang diajukan sudah sampai ke
level L3 penalaran. Oleh karena itu, Saudara perlu meyakinkan bahwa peserta
didik memahami subtopik ini dengan baik agar siap mengahadapi UN. Lebih
dari itu, Saudara perlu mengembangkan soal-soal pengetahuan subtopik ini
pada tingkat level berpikir yang lebih tinggi lagi. Artinya, Saudara dituntut
dapat memfasilitasi peserta didik agar dapat memecahkan soal-soal yang
mengedapankan kemampuan berpikir tingkat tinggi. Oleh karena itu, Saudara
perlu terus menyusun bank soal yang relevan dengan indikator yang telah
dikembangkan.
Unit Pembelajaran
Medan Magnet
69
UMPAN BALIK
Dalam rangka mengetahui pemahaman terhadap unit ini, Saudara perlu
mengisi lembar persepsi pemahaman. Berdasarkan hasil pengisian instrumen
ini, Saudara dapat mengetahui posisi pemahaman beserta umpan baliknya.
Oleh karena itu, isilah lembar persepsi diri ini dengan objektif dan jujur
dengan memberikan tanda silang (X) pada kriteria yang menurut saudara
tepat.
Lembar Persepsi Pemahaman Unit
No Aspek Kriteria
1 2 3 4
1 Memahami dengan baik semua indikator yang telah dikembangkan di unit ini.
2 Mampu menghubungkan konten dengan fenomena kehidupan sehari-hari.
3 Memhammi dengan baik bahwa aktivitas pembelajaran yang disusun dapat mengembangkan HOTS peserta didik.
4 Memahami dengan baik tahapan urutan aktivitas pembelajaran yang disajikan.
5 Mampu dengan baik mengaplikasikan aktivitas pembelajaran di dalam kelas.
6 Memahami dengan baik lembar kerja peserta didik yang dikembangkan.
7 Mampu melaksanakan dengan baik lembar kerja peserta didik yang dikembangkan.
8 Memahami konten secara menyuluh dengan baik.
9 Memahami prosedur penyusunan soal HOTS dengan baik.
10 Mampu membahas soal HOTS yang disajikan dengan tepat.
Jumlah Jumlah Total
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
70
Keterangan Umpan Balik
Skor Umpan Balik
< 70
Masih banyak yang belum dipahami, di antara konten, cara membelajarkannya, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS. Saudara perlu membaca ulang unit ini dan mendiskusikannya dengan dengan fasilitator di MGMP sampai Saudara memahaminya.
70-79
Masih ada yang belum dipahami dengan baik, di antara konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS. Saudara perlu mendiskusikan bagian yang belum dipahami dengan fasilitator atau teman lain di MGMP.
80-89 Memahami konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS dengan baik.
> 90
Memahami konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS dengan sangat baik. Saudara dapat menjadi fasilitator bagi teman-teman lain di MGMP untuk membelajarkan unit ini.
Keterangan 1= tidak menguasai 2 = cukup menguasai 3 = menguasai 4 = Sangat Menguasai
Pedoman Penskoran Skor = Jumlah Total X 100 40
Unit Pembelajaran
PROGRAM PENGEMBANGAN KEPROFESIAN BERKELANJUTAN (PKB)
MELALUI PENINGKATAN KOMPETENSI PEMBELAJARAN (PKP)
BERBASIS ZONASI
MATA PELAJARAN FISIKA SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)
Induksi Elektromagnetik
Penulis:
Drs. Kandi, MA
Penyunting:
Dede Saepudin, M.Si, M.Pd.
Desainer Grafis dan Ilustrator:
TIM Desain Grafis
Copyright © 2019
Direktorat Pembinaan Guru Pendidikan Menengah dan Pendidikan Khusus
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengopi sebagian atau keseluruhan isi buku ini untuk kepentingan komersial
tanpa izin tertulis dari Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
75
DAFTAR ISI
Hal
DAFTAR ISI __________________________________ 75
DAFTAR GAMBAR ______________________________ 77
DAFTAR TABEL ________________________________ 78
PENDAHULUAN _______________________________ 79
KOMPETENSI DASAR DAN PERUMUSAN IPK _________ 80
A. Kompetensi Dasar dan Target Kompetensi ______________________________ 80
B. Indikator Pencapaian Kompetensi ________________________________________ 80
APLIKASI DI DUNIA NYATA ______________________ 82
Dinamo Ampere ________________________________________________________________ 82
SOAL-SOAL UN/USBN __________________________ 87
A. Contoh Soal UN tahun 2016 _______________________________________________ 87
B. Contoh Soal UN tahun 2017 _______________________________________________ 88
C. Contoh Soal UN tahun 2018 _______________________________________________ 88
BAHAN PEMBELAJARAN _________________________ 91
A. Aktivitas Pembelajaran ____________________________________________________ 91
Aktivitas Pembelajaran 1 ___________________________________________________________ 93
Aktivitas Pembelajaran 2 ___________________________________________________________ 95
Aktivitas Pembelajaran 3 ___________________________________________________________ 98
B. Lembar Kerja Peserta Didik ______________________________________________ 102
Lembar Kerja Peserta Didik 1 ____________________________________________________ 102
Lembar Kerja Peserta Didik 2 ____________________________________________________ 105
Lembar Kerja Peserta Didik 3 ____________________________________________________ 109
Lembar Kerja Peserta Didik 4 ____________________________________________________ 111
C. Bahan Bacaan ______________________________________________________________ 113
Hukum Faraday ___________________________________________________________________ 113
GGL Induksi pada Konduktor yang Bergerak dalam Medan Magnetik ______ 117
Hukum Lenz _______________________________________________________________________ 119
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
76
Penerapanan Hukum Faraday ___________________________________________________ 120
Induktansi__________________________________________________________________________ 125
PENGEMBANGAN PENILAIAN ____________________129
A. Pembahasan Soal-soal ____________________________________________________ 129
B. Pengembangan Soal HOTS _______________________________________________ 133
C. Refleksi Pembelajaran ____________________________________________________ 138
KESIMPULAN ________________________________140
UMPAN BALIK ________________________________142
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
77
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 1 Dinamo Ampere _______________________________________________________ 82
Gambar 2 Lampu Indikator Accu ________________________________________________ 83
Gambar 3 Komponen-komponen Alternator ___________________________________ 85
Gambar 4 Mikrofon kumparan-bergerak _______________________________________ 85
Gambar 5 GGL Induksi ___________________________________________________________ 113
Gambar 6 Percobaan Faraday __________________________________________________ 114
Gambar 7 Fluks Magnetik _______________________________________________________ 116
Gambar 8 GGL Induksi pada Konduktor _______________________________________ 117
Gambar 9 GGL Induksi pada Kumparan Tertutup ____________________________ 118
Gambar 10 Penentuan Arah Arus Induksi _____________________________________ 119
Gambar 11 Skema Diagram Generator AC _____________________________________ 121
Gambar 12 Grafik GGL Induksi Bolak Balik ____________________________________ 122
Gambar 13 Skema Diagram Generator DC _____________________________________ 122
Gambar 14 Transformator Step Up _____________________________________________ 123
Gambar 15 Induktansi Bersama ________________________________________________ 125
Gambar 16 Induktansi Diri ______________________________________________________ 127
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
78
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1. Target Kompetensi Dasar _______________________________________________ 80
Tabel 2. Indikator Pencapaian Kompetensi _____________________________________ 80
Tabel 3. Indikator Desain Aktivitas Pembelajaran _____________________________ 92
Tabel 4. Kisi-kisi Soal HOTS ____________________________________________________ 134
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
79
PENDAHULUAN
Unit ini disusun sebagai salah satu aternatif sumber bahan ajar bagi guru
untuk memahami topik induksi elektromagnetik. Melalui pembahasan materi
yang terdapat pada unit ini, guru dapat memiliki dasar pengetahuan untuk
mengajarkan materi yang sama ke peserta didiknya yang disesuaikan dengan
indikator yang telah disusun, dan terutama dalam memfasilitasi kemampuan
bernalar peserta didik. Selain itu, materi ini juga aplikatif untuk guru sendiri
sehingga mereka dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari.
Dalam rangka memudahkan guru mempelajari konten dan cara
mengajarkannya, di dalam unit ini dimuat kompetensi dasar terkait yang
memuat target kompetensi dan indikator pencapaian kompetensi, bahan
bacaan tentang aplikasi topik induksi elektromagnetik dalam kehidupan
sehari-hari, soal-soal tes UN topik ini di tiga tahun terakhir sebagai acuan
dalam menyusun soal sejenis, deskripsi alternatif aktivitas pembelajaran,
Lembar Kegiatan Peserta Didik (LKPD) yang dapat digunakan guru untuk
memfasilitasi pembelajaran, bahan bacaan yang dapat dipelajari oleh guru,
maupun peserta didik, dan deskripsi prosedur mengembangkan soal HOTS.
Komponen-komponen di dalam unit ini dikembangkan dengan tujuan agar
guru dapat dengan mudah memfasilitasi peserta didik menganalisis fenomena
induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari, melakukan aktivitas
praktik GGL induksi, transformator, dan generator sekaligus mendorong
peserta didik mencapai kemampuan berpikir tingkat tinggi.
Topik induksi elektromagnetik yang dikembangkan pada bahan bacaan terdiri
atas subtopik hukum Faraday, GGL induksi, hukum Lenz, induktansi,
penerapan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu,
unit ini dilengkapi dengan 3 buah LKPD, yaitu 1) GGL Induksi (Hukum
Faraday), 2) GGL Induksi (Hukum Lenz), 3) Transformator Step-up Step-down,
dan 4) Efisiensi Transformator.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
80
KOMPETENSI DASAR DAN PERUMUSAN IPK
A. Kompetensi Dasar dan Target Kompetensi
Sub unit pembelajaran ini dikembangkan berdasarkan Kompetensi Dasar
kelas XII:
Tabel 1. Target Kompetensi Dasar
No. Kompetensi Dasar Target Kompetensi Kelas
3.4 Menganalisis
fenomena induksi
elektromagnetik
dalam kehidupan
sehari-hari
1. Menganalisis fenomena induksi
elektromagnetik dalam kehidupan
sehari-hari
XII
4.4 Melakukan percobaan
tentang induksi
elektromagnetik
berikut presentasi
hasil percobaan dan
pemanfaatannya
dalam kehidupan
sehari-hari
1. Melakukan percobaan tentang
induksi elektromagnetik
2. Mempresentasikan hasil percobaaan
dan pemanfaatannya dalam
kehidupan sehari-hari
XII
B. Indikator Pencapaian Kompetensi
Tabel 2. Indikator Pencapaian Kompetensi
IDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI
(IPK) PENGETAHUAN
INDIKATOR PENCAPAIAN
KOMPETENSI (IPK) KETERAMPILAN
IPK Pendukung
3.4.1 Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya ggl induksi
3.4.2 Menjelaskan timbulnya ggl induksi dalam kumparan
3.4.3 Menentukan besar GGL induksi dari persamaan fluks magnet
4.4.1 Menyajikan hasil identifikasi induksi elektromagnetik
4.4.2 Merangkai alat-alat percobaan 4.4.3 Menggunakan alat ukur listrik
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
81
yang berubah menurut fungsi waktu.
3.4.4 Menentukan grafik dari persamaan GGL induksi magnet yang berubah menurut fungsi waktu.
3.4.5 Menentukan arah arus induksi dalam kumparan berdasarkan hukum Lenz
3.4.6 Menjelaskan cara kerja generator berdasarkan konsep induksi elektromagnetik.
3.4.7 Mengidentifikasi kerugian pada transformator
3.4.8 Menjelaskan cara kerja transformator berdasarkan konsep induksi elektromagnetik.
3.4.9 Menggunakan persamaan efisiensi transformator dalam perhitungan
IPK Kunci
3.4.10 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
4.4.4 Melakukan percobaan tentang induksi elektromagnetik
4.4.5 Membuat laporan hasil percobaan tentang penyelidikan gaya gerak listrik (GGL) induksi
4.4.6 Mempresentasikan hasil percobaan tentang induksi elektromagnetik
4.4.7 Membuat generator sederhana 4.4.8 Mempresentasikan
pemanfaatan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
IPK Pengayaan
3.4.11 Membandingkan prinsip kerja generator listrik AC dan DC
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
82
APLIKASI DI DUNIA NYATA
Induksi elektromagnetik merupakan fenomena yang menunjukkan adanya
hubungan timbal balik antara medan magnet dan medan listrik. Penemuan
konsep ini membuka cakrawala dunia dalam pengembangan teknologi listrik
dan komunikasi. Salah satu penerapan terpenting dari induksi
elektromagnetik adalah pengembangan generator listrik atau dinamo dan
transformator.
Dinamo Ampere
Aki adalah salah satu komponen mobil yang sangat penting. Karena aki
berfungsi sebagai sumber listrik untuk kebutuhan perangkat mobil termasuk
sistem kelistrikan seperti starter, lampu dan lainnya. Darimanakah aki
mendapatkan daya listrik tersebut? Jawabannya adalah dinamo ampere. Aki
dapat terus terisi berkat kehadiran komponen satu ini, yang kerap juga sering
disebut sebagai alternator. Cara kerjanya adalah dengan mengubah energi
mekanik menjadi listrik arus bolak-balik. Perlu diketahui, bila alternator mobil
rusak, penggunaan daya bisa menjadi lebih besar dari pemakaian. Jika ini
terjadi, suplai tenaga dari aki bisa habis dalam kurun waktu kurang dari 30
menit. Mobil menjadi bermasalah dan bisa mogok secara tiba-tiba.
Gambar 1 Dinamo Ampere Sumber: https://carvaganza.com/ini-6-ciri-alternator-bermasalah/
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
83
Supaya hal ini tak terjadi, kenalilah ciri yang menunjukkan kondisi rusaknya
alternator seperti berikut ini.
1. Lampu Indikator Bergambar Accu Menyala
Energi listrik dari baterai yang kian menurun, akan ditunjukkan oleh
sistem mobil melalui lampu indikator yang menyala. Lampu ini terletak
pada bagian dashboard mobil dengan gambar berbentuk baterai accu.
Selain karena kondisi baterai yang melemah, bisa jadi hal ini pun
menunjukkan terjadinya masalah pada dinamo ampere. Bila lampu
tersebut menyala, namun tidak ada masalah pada aki, segera lakukan
pengecekan pada komponen alternator.
Gambar 2 Lampu Indikator Accu Sumber: https://otospector.co.id/5-ciri-dinamo-ampere-mobil-bermasalah/
2. Headlamp Meredup
Suplai listrik yang mulai melemah akibat rusaknya alternator pun dapat
Anda ketahui dari intensitas cahaya lampu mobil. Saat tengah berkendara
di malam hari, cahaya lampu tersebut akan makin kelihatan terangnya. Bila
makin meredup, cobalah lakukan pengecekan pada komponen alternator.
3. Tercium Bau Terbakar
Kerusakan pada dinamo ampere mobil bisa diketahui dengan indera Anda.
Pertama, biasanya tercium bau karet terbakar, bisa jadi kabel alternator
terbakar akibat gesekan karena belt yang tidak terpasang dengan baik.
Pastikan dari mana bau tersebut berasal, jika dari alternator, segera bawa
ke bengkel terdekat.
4. Terdengar Decitan
Hal kedua adalah bila terdengar bunyi mendecit dari ruang mesin.
Umumnya bila muncul suara seperti itu, berarti ada posisi pulley yang tidak
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
84
sejajar. Kondisi ini pun membuat belt alternator menjadi melintir sehingga
suara decitan pun keluar.
5. Baterai Tidak Berfungsi
Ada dua penyebab baterai tidak berfungsi, yaitu memang baterainya rusak
atau karena kegagalan fungsi alternator. Untuk mengetahuinya, ketika
mobil mati dikarenakan kelistrikan yang lemah, coba jumper baterai Anda
dan nyalakan kendaraan kemudian segera cabut kabel jumper tersebut.
Apabila mobil terus menyala dipastikan baterai rusak. Namun jika mesin
mobil Anda perlahan-lahan mati, hampir dipastikan ini merupakan
kerusakan pada sistem alternator.
6. Deteksi Sederhana Alternator
Untuk mengecek apakah alternator kendaraan melemah cukup
menggunakan sebuah obeng panjang atau besi panjang. Caranya dalam
keadaan mesin hidup tempelkan obeng tadi ke pulley alternator, harap
berhati-hati dalam melakukannya. Jika Anda merasakan semacam tarikan
magnet yang cukup kuat maka alternator Anda masih berkerja dengan baik
dan bila sebaliknya maka dipastikan alternator dalam kondisi gagal fungsi.
Penyebab Kerusakan Alternator
Perlu Anda ketahui, dinamo ampere mobil dikenal sebagai komponen yang
jarang mengalami kerusakan. Namun begitu, umumnya penyebab
kerusakannya diakibatkan oleh beberapa hal di bawah ini.
1. Output energi alternator tidak sesuai (terlalu tinggi). Hal ini biasanya
diakibatkan oleh pemasangan komponen elektrik yang tidak standar dan
dengan beban yang besar.
2. Kondisi yang tidak baik pada kontak antara carbon brush dengan rotor slip
rings sehingga arus listrik ke rotor coil pada alternator jadi terhambat.
3. Belt yang kendur hingga lepas dari putarannya pun dapat membuat
alternator tidak berjalan dengan baik. Jika dibiarkan, maka ciri yang sudah
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
85
disebutkan di atas seperti munculnya bau terbakar dan suara berdecit pun
akan muncul.
Gambar 3 Komponen-komponen Alternator Sumber: www.teknik-otomotif.com
Mikrofon
Gambar 4 Mikrofon kumparan-bergerak Sumber: Physics. John D. Cutnell & Kenneth W. Johnson
Ada sejumlah jenis mikrofon, salah satunya adalah mikrofon kumparan
bergerak seperti tampak pada Gambar 4. Ketika gelombang suara melalui
diafragma mikrofon, diafragma bergetar bolak-balik, dan kumparan yang
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
86
terpasang bergerak bersamanya. Di dekatnya ada magnet yang tidak bergerak.
Ketika kumparan secara bergantian mendekati dan menjauhi magnet tersebut,
maka fluks melalui kumparan berubah. Akibatnya, GGL AC diinduksikan ke
dalam kumparan. Sinyal listrik ini dikirim ke amplifier dan kemudian ke
speaker. Dalam mikrofon magnet yang bergerak, magnet tersebut melekat
pada diafragma dan bergerak relatif terhadap kumparan stasioner.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
87
SOAL-SOAL UN/USBN
Berikut ini contoh soal-soal UN topik induksi elektromagnetik pada
Kompetensi Dasar 3.4 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam
kehidupan sehari-hari (Permendikbud Nomor 37, 2018). Soal-soal ini disajikan
agar dapat dijadikan sebagai sarana berlatih bagi peserta didik untuk
menyelesaikannya. Selain itu, soal-soal ini juga dapat menjadi acuan ketika
Saudara akan mengembangkan soal yang setipe pada topik induksi
elektromagnetik.
A. Contoh Soal UN tahun 2016
No Soal
1 Berikut pernyataan tentang trafo: (1) Trafo menggunakan tegangan DC (2) Trafo dapat menaikkan tegangan DC (3) Trafo dapat menurunkan tegangan AC (4) Trafo ideal, daya primer sama dengan daya sekunder
Pernyataan yang benar adalah.... A. (1) dan (3) B. (1) dan (4) C. (2) dan (4) D. (2) dan (3) E. (3) dan (4)
Identifikasi
Level Kognitif : Pemahaman (Level Kognitif 1)
Indikator yang bersesuaian
: 3.4.7 Mengidentifikasi kerugian pada transformator
Diketahui : Fungsi trafo
Ditanyakan : Fungsi trafo yang benar
Materi yang dibutuhkan
: Trafo
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
88
B. Contoh Soal UN tahun 2017
No Soal
1 Sebuah trafo step down memiliki tegangan primer 220 volt dan tegangan sekunder 110 volt. Pada kumparan primer mengalir arus 3 ampere dan trafo memiliki efisiensi 60%, daya yang hilang akibat panas atau penyebab lainnya adalah....
A. 264 watt B. 396 watt C. 464 watt D. 482 watt E. 660 watt
Identifikasi
Level Kognitif : Aplikasi (Level Kognitif 2)
Indikator yang bersesuaian
: 3.4.9 Menggunakan persamaan efisiensi transformator dalam perhitungan
Diketahui : Tegangan primer, tegangan sekunder, arus primer dan efisiensi trafo
Ditanyakan : Daya yang hilang
Materi yang dibutuhkan
: Efisiensi trafo
C. Contoh Soal UN tahun 2018
No Soal
1 Sebuah kumparan terdiri atas 50 lilitan berada dalam fluks magnetik yang berubah terhadap waktu, yang dinyatakan dengan: 𝜙 = 5𝑡2 +10𝑡 + 1 dimana dalam weber dan t dalam detik. Besar ggl induksi yang terjadi pada ujung-ujung kumparan saat t = 2 detik adalah....
A. 1500 volt B. 1000 volt C. 950 volt D. 900 volt E. 700 volt
Identifikasi
Level Kognitif : Aplikasi (Level Kognitif 2)
Indikator yang bersesuaian
: 3.4.3 Menentukan besar GGL induksi dari persamaan fluks magnet yang berubah menurut fungsi waktu.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
89
Diketahui : Persamaan fluks magnetik
Ditanyakan : Besar ggl induksi
Materi yang dibutuhkan
: Hukum Faraday
No Soal
2 Grafik berikut ini hubungan antara GGL () terhadap waktu (t) yang dipasang pada tegangan AC.
Jika kumparan itu diputar dengan kecepatan sudut empat kali dan jumlah lilitannya dijadikan ½ kali semula, maka grafiknya adalah....
Identifikasi
Level Kognitif : Pemahaman (Level Kognitif 1)
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
90
Indikator yang bersesuaian
: 3.4.4 Menentukan grafik dari persamaan GGL induksi magnet yang berubah menurut fungsi waktu.
Diketahui : Grafik GGL induksi
Ditanyakan : Grafik GGL induksi jika kecepatan sudut dan jumlah lilitannya diubah
Materi yang dibutuhkan
: GGL Induksi
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
91
BAHAN PEMBELAJARAN
Bahan pembelajaran yang diuraikan di sini merupakan contoh panduan
pembelajaran yang dapat diimplementasikan oleh Saudara ketika akan
membelajarkan topik induksi elektromagnetik. Bahan pembelajaran
dikembangkan dengan prinsip berpusat pada peserta didik dan berusaha
memfasilitasi kemampuan berpikir tingkat tinggi. Bahan pembelajaran ini
berisikan rincian aktivitas pembelajaran, lembar kegiatan peserta didik yang
digunakan, dan bahan bacaannya.
A. Aktivitas Pembelajaran
Aktivitas pembelajaran berisi rincian alternatif kegiatan pembelajaran yang
dilakukan guru dan peserta untuk mencapai kompetensi pada topik induksi
elektromagnetik. Sebelum menguraikan aktivitas pembelajaran, terlebih
dahulu disusun desain aktivitas pembelajaran yang dapat dilihat pada Tabel 3.
Berdasarkan Tabel 3, dapat terlihat aktivitas pembelajaran untuk mencapai
masing-masing indikator yang telah ditetapkan, yang dapat dicapai dalam
empat kali pertemuan. Aktivitas pembelajaran akan diuraikan lebih rinci,
menjadi empat skenario pembelajaran. Pengembangan skenario
pembelajaran mengacu pada kriteria yang ditetapkan pada Standar Proses
(Permendikbud nomor 22 tahun 2016). Berikut ini rincian aktivitas
pembelajaran untuk masing-masing pertemuan.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
92
Tabel 3. Indikator Desain Aktivitas Pembelajaran
Indikator Pencapaian Kompetensi
Materi/ Submateri
Aktivitas Pembelajaran
Bentuk dan Jenis Penilaian
Media Alokasi Waktu
3.4.1 Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya ggl induksi
3.4.2 Menjelaskan timbulnya ggl induksi dalam kumparan
3.4.3 Menentukan besar GGL induksi dari persamaan fluks magnet yang berubah menurut fungsi waktu
3.4.4 Menentukan grafik dari persamaan GGL induksi magnet yang berubah menurut fungsi waktu
3.4.5 Menentukan arah arus induksi dalam kumparan berdasarkan hukum Lenz
GGL induksi 1. Praktikum tentang GGL induksi
2. Memerinci faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya GGL induksi
3. Diskusi tentang besar, arah, dan grafik GGL induksi
1. Tes Pengetahuan
A. Tes tulis PG
B. Tes tulis Uraian Terbuka
2. Observasi kegiatan praktik
3. Observasi keterampilan presentasi
4. Penilaian produk
5. Penilaian sikap
Lembar Kerja Peserta Didik
Alat dan bahan praktikum
12 x 45’
Dilaksanakan dengan 4 pertemuan
3.4.6 Menjelaskan cara kerja generator berdasarkan konsep induksi elektromagnetik
Generator 4. Diskusi tentang tentang generator
3.4.7 Mengidentifikasi kerugian pada transformator 3.4.8 Menjelaskan cara kerja transformator
berdasarkan konsep induksi elektromagnetik 3.4.9 Menggunakan persamaan efisiensi transformator
dalam perhitungan
Transformator
5. Diskusi tentang transformator
3.4.10 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
3.4.11 Membandingkan prinsip kerja generator listrik AC dan DC
Perapan induksi elektromagnetik
6. Diskusi tentang penerapan induksi elektromagnetik
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
93
Aktivitas Pembelajaran 1
Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya gaya gerak listrik (GGL)
induksi pada ujung-ujung kawat penghantar bila terjadi laju perubahan fluks
magnet yang dilingkupi kumparan tersebut. Fakto-faktor apa saja yang
mempengaruhi besar kecilnya GGL induksi yang timbul dalam suatu
kumparan? Untuk menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas
pembelajaran 1.
Aktivitas pembelajaran 1 ini akan mencapai indikator 3.4.1 s.d. 3.4.5 dan 4.4.1
s.d. 4.4.6 pada submateri GGL induksi dan Hukum Lenz. Pertemuan ke-1 ini
menggunakan model pembelajaran Discovery Learning dengan sintak 1)
Pemberian rangsangan (Stimulation); 2) Pernyataan/Identifikasi masalah
(Problem Statement); 3) Pengumpulan data (Data Collection); 4) Pengolahan
data (Data Processing); 5) Pembuktian (Verification), dan 6) Menarik
simpulan/generalisasi (Generalization) (Aryana, dkk, 2018).
GGL INDUKSI
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan percobaan, diharapkan peserta mampu menganalisis
fenomena induksi elektromagnetik dan mempresentasikan hasilnya.
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 4 x 45 menit (2 pertemuan)
Media, Alat, dan Bahan
Kumparan 300, 600, 1200, dan 12000 lilitan (@ 1 buah)
Inti besi lunak untuk transformator (1 buah)
Galvanometer/voltmeter (1 buah)
Magnet batang 2 buah berbeda kekuatan
Kabel penghubung secukupnya
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
94
Apa yang Saudara lakukan:
1. Memberikan stimulus dengan menayangkan video tentang cara kerja
dinamo sepeda, peserta didik diminta untuk mengemukakan pendapat
berdasarkan pengamatan video tersebut (Apa yang anda amati dari
video tersebut?)
2. Berdasarkan pendapat yang dikemukakan peserta didik, guru
mengarahkan peserta didik pada materi yang akan dipelajari yaitu
tentang gaya gerak listrik (GGL) induksi
3. Menyampaikan tujuan pembelajaran pada pertemuan yang
berlangsung.
4. Untuk mengidentifikasi masalah, peserta didik diarahkan untuk
bertanya yang berkaitan dengan pengamatan video. Pertanyaan yang
diharapkan:
o Prediksikan mengapa lampu sepeda bisa menyala tanpa
dihubungkan dengan baterai?
o Mengapa ketika sepedanya bergerak lebih cepat nyala lampu
semakin terang dan sebaliknya?
o Apa saja komponen yang ada dalam dinamo?
o Prediksikan bagaimana cara kerja dari dinamo sehingga dapat
menyalakan lampu sepeda?
o Faktor-faktor apakah yang berperan besar dalam konversi
energi dalam dinamo sepeda?
5. Membagi peserta didik kedalam kelompok kecil secara heterogen.
6. Membagikan LKPD 1 dan LKPD 2 tentang gaya gerak listrik (GGL)
induksi.
7. Memfasilitasi peserta didik melakukan percobaan tentang gaya gerak
listrik (GGL) induksi.
8. Memfasilitasi peserta didik mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan
yang terdapat dalam LKPD.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
95
9. Memfasilitasi peserta didik membuat laporan hasil percobaan.
10. Meminta perwakilan peserta didik dari salah satu kelompok untuk
mempresentasikan hasil diskusi kelompoknnya dan meminta peserta
didik dari kelompok lain untuk menanggapinya.
11. Hasil diskusi yang diharapkan:
o Penyebab timbulnya gaya gerak listrik (GGL) induksi
o Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya gerak listrik
induksi
o Persamaan hukum Faraday
o Cara menetukan arah arus induksi dalam kumparan
berdasarkan Hukum Lenz
12. Menyampaikan penguatan dan koreksi dari materi ajar dan hasil
diskusi yang dilakukan mengenai Gaya gerak listrik (GGL) induksi.
13. Mengarahkan peserta didik untuk membuat kesimpulan dan
rangkuman materi ajar dari pembelajaran yang baru saja diselesaikan.
Aktivitas Pembelajaran 2
Salah satu penerapan konsep induksi elektromagnetik adalah transformator.
Transformator adalah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak
balik (ac). Transformator untuk menaikkan tegangan disebut trasformator
step up dan untuk menurunkan tegangan disebut transformator step down.
Transformator bekerja berdasarkan hukum induksi Faraday. Pada saat
tegangan ac diberikan pada kumparan primer maka akan timbul perubahan
medan magnetik, perubahan medan magnetik ini akan menginduksi tegangan
ac yang berfrekuensi sama ke kumparan sekunder. Bagaimanakah hubungan
antara jumlah lilitan dan tegangan pada kumparan primer dan kumparan
sekunder? Untuk menjawab pertanyaan tersebut lakukanlah aktivitas
pembelajaran 2.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
96
Aktivitas pembelajaran 2 ini akan mencapai indikator 3..4.7 s.d. 3.4.9 pada
submateri transformator. Pertemuan ke-2 ini menggunakan model
pembelajaran Discovery Learning dengan sintak 1) Pemberian rangsangan
(Stimulation); 2) Pernyataan/Identifikasi masalah (Problem Statement); 3)
Pengumpulan data (Data Collection); 4) Pengolahan data (Data Processing); 5)
Pembuktian (Verification), dan 6) Menarik simpulan/generalisasi
(Generalization) (Aryana, dkk, 2018).
Transformator
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan percobaan, diharapkan peserta mampu menjelaskan
hubungan antara jumlah lilitan dan beda potensial pada kumparan primer dan
sekunder.
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 2 x 45 menit
Media, Alat, dan Bahan
Kumparan 300, 600, 1200, dan 12000 lilitan
Voltmeter AC (0 – 150 v) (2 buah)
Amperemeter AC (2 buah)
Catu daya (1 buah)
Inti besi lunak untuk transformator (1 buah)
Kabel penghubung secukupnya
Apa yang Saudara lakukan:
1. Memberikan stimulus dengan menayangkan video tentang cara kerja
transformator dari link: https://youtu.be/UchitHGF4n8 atau
https://youtu.be/Cx4_7lIjoBA. Peserta didik diminta untuk
mengemukakan pendapat berdasarkan pengamatan video tersebut
(Apa yang anda amati dari video tersebut?)
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
97
2. Mengajukan pertanyaan ”Apa bedanya transformator step up dan step
down?”
3. Menyampaikan tujuan pembelajaran pada pertemuan yang
berlangsung.
4. Untuk mengidentifikasi masalah, peserta didik diarahkan untuk
bertanya yang berkaitan dengan pengamatan video. Pertanyaan yang
diharapkan:
o Bagaimana transformator bisa mengubah tegangan?
o Bagaimana hubungan antara tegangan dan jumlah lilitan pada
kumparan primer dan sekunder?
o Apakah daya input sama dengan daya output?
5. Membagi peserta didik kedalam kelompok kecil secara heterogen.
6. Membagikan LKPD 3 tentang transformator.
7. Memfasilitasi peserta didik melakukan percobaan tentang
transformator.
8. Memfasilitasi peserta didik mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan
yang terdapat dalam LKPD.
9. Memfasilitasi peserta didik membuat laporan hasil percobaan.
10. Meminta perwakilan peserta didik dari salah satu kelompok untuk
mempresentasikan hasil diskusi kelompoknnya dan meminta peserta
didik dari kelompok lain untuk menanggapinya.
11. Hasil diskusi yang diharapkan:
o Prinsip kerja transformator
o Hubungan antara tegangan dan jumlah lilitan pada kumparan
primer dan sekunder.
o Persamaan efisiensi transformator
12. Menyampaikan penguatan dan koreksi dari materi ajar dan hasil
diskusi yang dilakukan mengenai transformator.
13. Mengarahkan peserta didik untuk membuat kesimpulan dan
rangkuman materi ajar dari pembelajaran yang baru saja diselesaikan.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
98
Aktivitas Pembelajaran 3
Pada materi sebelumnya kita sudah mempelajari bagaimana cara
menghasilkan sebuah GGL induksi. GGL induksi bisa dihasilkan dengan cara
menggerakkan magnet di dalam sebuah kumparan atau sebaliknya
memutarkan kumparan di dalam suatu medan magnet. Pada aktivitas
pembelajaran 3 kita akan melaksanakan pembelajaran berbasis projek (PjBL)
membuat pembangkit listrik sederhana (generator DC).
Generator
Tujuan Aktivitas Pembelajaran:
Setelah melakukan aktivitas, diharapkan peserta mampu:
1. Merancang generator listrik sederhana
2. Membuat generator listrik sederhana dengan menggunakan prinsip
induksi elektromagnetik
3. Membuat laporan tugas proyek generator listrik sederhana
Estimasi Waktu Aktivitas Pembelajaran : 4 x 45 menit
Media, Alat, dan Bahan
Alat dan bahan pembuatan generator mini dibebaskan kepada siswa untuk
memilihnya sendiri sesuai dengan rancangan masing-masing.
Aktivitas pembelajaran 3 ini akan mencapai indikator 3.4.6, 3.4.10, 4.4.7 dan
4.4.8 pada submateri generator listrik. Pertemuan ke-3 ini menggunakan
pembelajaran berbasis proyek (PjBL) dengan tahap-tahap: 1) penentuan
pertanyaan mendasar, 2) mendesain perencanaan proyek, 3) menyusun
jadwal, 4) memonitor peserta didik dan kemajuan proyek, 5) menguji hasil,
dan 6) mengevaluasi pengalaman
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
99
Apa yang Saudara lakukan:
1. Memberikan pertanyaan mendasar, diantaranya:
• Bagaimana prinsip kerja generator listrik?
• Komponen-komponen apa saja yang terdapat dalam generator
listrik?
• Bagaimana kita membuat generator listrik?
• Bagaimana kita membuat generator listrik sederhana (model
generator listrik)?
2. Dalam mendesain perencanaan proyek, yang harus dilakukan
diantaranya:
• Mengarahkan peserta didik berdiskusi merencanakan sebuah
proyek membuat generator listrik sederhana
• Memberikan penjelasan/aturan main berkaitan dengan proyek
“generator listrik sederhana”, misal dilakukan secara
berkelompok, waktu pengerjaannya dan penyelesaian proyek
serta jenis-jenis penilaian yang akan dilakukan.
• Memfasilitasi peserta didik mengumpulkan informasi mengenai
komponen-komponen dan prinsip kerja sebuah generator
listrik
• Memfasilitasi peserta didik membuat rancangan proyek
pembuatan generator listrik sederhana secara kolaboratif
dengan guru
• Memfasilitasi peserta didik membuat strategi penyelesaian
proyek “Generator Listrik Sederhana”, misalnya:
i. Penentuan ketua kelompok
ii. Tempat pengerjaan proyek
iii. Waktu pengerjaan perancangan
iv. Komponen/bahan-bahan yang dibutuhkan untuk
membuat generator sederhana
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
100
• Memfasilitasi peserta didik melaporkan hasil rancangan
generator listrik sederhana dan jadwal proyek di depan kelas
• Memberikan masukan kepada peserta didik terhadap
rancangan proyek
3. Selanjutnya mengarahkan peserta didik untuk menentukan jadwal
penyelesaian proyek di kelompoknya masing-masing. Berikut ini
contoh jadwal dalam kegiatan proyek pembuatan generator listrik
sederhana.
Kegiatan Rincian Kegiatan Waktu
Perancangan proyek (di pertemuan keempat)
• Mengkaji konsep induksi elektromagnetik dari buku sumber, internet atau para ahli pembuatan generator
• Merancang pembuatan generator listrik sederhana
• Melaporkan rancangan generator listrik sederhana
1 Juli
Tugas proyek di rumah (di luar kelas)
• Memperbaiki rancangan generator listrik sederhana
• Membuat generator listrik sederhana berdasarkan rancangan yang sudah diperbaiki
• Mencatat proses pembuatan generator listrik sederhana
2 Juli
3 Juli
3 Juli
Pelaporan proyek (pertemuan kelima)
• Peserta didik melakukan ujicoba generator listrik sederhana
• Peserta didik mencatat dan mengolah data hasil ujicoba
• Membuat laporkan proyek pembuatan generator listrik sederhana
4 Juli
4 Juli
4 Juli
4. Selama penyelesaian proyek, memonitor aktivitas yang penting dari
peserta didik, misal:
• waktu dan tempat pengerjaan proyek
• menanyakan kesulitan yang mereka temui pada saat pembuatan
proyek generator listrik sederhana
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
101
5. Pada saat menguji hasil, meminta peserta didik mempresentasikan
hasil proyek pembuatan generator listrik sederhana di depan kelas
yang berkaitan dengan
• desain/rancangan “generator listrik sederhana”,
• pelik-pelik pembuatan generator sederhana,
• pengujian keberfungsian “generator sederhana” yang telah
mereka buat.
6. Menfasilitasi peserta didik menjawab pertanyaan-pertanyaan yang
diberikan guru dan peserta didik lainnya berkaitan dengan generator
listrik sederhana yang telah mereka buat
7. Menilai laporan rancangan generator listrik sederhana, laporan hasil
pembuatan generator listrik sederhana sesuai rancangan
8. Memberikan saran-saran untuk perbaikan pembuatan generator listrik
sederhana.
9. Pada bagian mengevaluasi pengalaman
• Peserta didik diminta untuk mengungkapkan pengalamannya
selama menyelesaikan proyek generator listrik sederhana.
• Pada akhir proses pembelajaran, guru dan peserta didik
melakukan refleksi terhadap aktivitas selama merancang dan
membuat generator listrik sederhana.
• Guru dan peserta didik mengembangkan diskusi untuk
memperbaiki kinerja selama pembuatan generator listrik
sederhana dan proses pembelajaran, sehingga pada akhirnya
ditemukan suatu temuan baru menjawab pertanyaan yang
diajukan pada tahap awal pembelajaran.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
102
B. Lembar Kerja Peserta Didik
Lembar Kerja Peserta Didik 1
GGL INDUKSI (HUKUM FARADAY)
Tujuan
1. Menjelaskan penyebab timbulnya gaya gerak listrik (GGL) induksi
2. Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya
gerak listrik induksi pada kumparan
3. Memformulasikan persamaan hukum faraday
Alat dan Bahan
Kumparan 300, 600, 1200, dan 12000 lilitan (@ 1 buah)
Inti besi lunak untuk transformator (1 buah)
Galvanometer/voltmeter (1 buah)
Magnet batang 2 buah berbeda kekuatan
Kabel penghubung secukupnya
Prosedur Percobaan
1. Siapkanlah peralatan sesuai dengan daftar alat/bahan.
2. Rancanglah suatu percobaan untuk menyelidiki peristiwa ggl induksi
pada suatu kumparan menggunakan alat dan bahan yang sudah
disebutkan di atas.
3. Lakukan percobaan sehingga Saudara dapat:
a. membedakan pengaruh jumlah lilitan kumparan terhadap ggl
induksi.
b. membedakan pengaruh kuat medan magnet terhadap ggl
induksi.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
103
c. membedakan kecepatan perubahan medan magnet terhadap ggl
induksi.
d. membedakan arah gerakan magnet batang terhadap arah
simpangan jarum galvanometer.
4. Buatlah tabel pengamatan yang disesuaikan dengan empat percobaan
yang Anda lakukan.
Pertanyaan
1. Apa fungsi dari galvanonometer?
.................................................................................................................................................
2. Bagaimana posisi jarum galvanometer saat magnet diam di dalam
kumparan?
.................................................................................................................................................
3. Bagaimana posisi jarum galvanometer saat magnet batang digerakan
keluar masuk kumparan? Mengapa demikian?
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Jelaskan bagaimana pengaruh kecepatan gerakan magnet batang
terhadap besar simpangan jarum galvanometer!
..................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
5. Jelaskan bagaimana pengaruh kekuatan magnet batang terhadap besar
simpangan jarum galvanometer!
..................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
6. Jelaskan bagaimana pengaruh jumlah lilitan terhadap besar simpangan
jarum galvanometer!
..................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
104
Kesimpulan
Berdasarkan analsis hasil percobaan buatlah kesimpulan tentang:
1. Penyebab timbulnya GGL induksi.
..................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
2. Faktor-faktor yang menyebakan besarnya GGL induksi.
..................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
3. Simpangan jarum galvanometer pada percobaan GGL Induksi
menunjukkan bahwa dalam rangkaian ada arus yang mengalir
walaupun tidak ada sumber arus (misal: baterai). Beda potensial ini
ditimbulkan oleh adanya perubahan fluks magnetik.
a. Berdasarkan hasil percobaan, tuliskan hubungan antara gaya
gerak listrik (GGL) induksi dengan jumlah lilitan kumparan.
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
b. Kecepatan gerak magnet pada kumparan menyebabkan adanya
perubahan fluks magnetik pada kumparan. Tuliskan hubungan
antara gaya gerak listrik (GGL) induksi dengan kecepatan gerak
magnet pada kumparan!
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
c. Tuliskan persamaan hubungan antara jumlah lilitan kumparan
dan kecepatan gerak magnet pada kumparan dengan gaya gerak
listrik (GGL) induksi!
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
105
Lembar Kerja Peserta Didik 2
GGL INDUKSI (HUKUM LENZ)
Tujuan
Menentukan arah arus induksi dalam kumparan berdasarkan Hukum Lenz
Alat dan Bahan
Kumparan
Magnet batang
Galvanometer
Kabel Penghubung
Prosedur Percobaan
1. Siapkanlah peralatan sesuai dengan daftar alat/bahan!
2. Rangkaikan alat seperti pada gambar 1!
3. Gerakkan kutub utara magnet masuk ke dalam kumparan, selama
geraknya amati penyimpangan jarum galvanometer. Catat hasil
pengamatan secara kualitatif ke dalam tabel hasil pengamatan
4. Gerakkan kutub utara magnet keluar dari kumparan, selama geraknya
amati penyimpangan jarum galvanometer. Catat hasil pengamatan
secara kualitatif ke dalam tabel hasil pengamatan
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
106
5. Gerakkan kutub selatan magnet masuk ke dalam kumparan, selama
geraknya amati penyimpangan jarum galvanometer. Catat hasil
pengamatan secara kualitatif ke dalam tabel hasil pengamatan
6. Gerakkan kutub selatan magnet keluar dari kumparan, selama
geraknya amati penyimpangan jarum galvanometer. Catat hasil
pengamatan secara kualitatif ke dalam tabel hasil pengamatan
Tabel Hasil Pengamatan
No Kutub Magnet Gerakan Magnet Penyimpangan Jarum
Galvanometer 1 Utara Masuk
2 Utara Keluar
3 Selatan Masuk
4 Selatan Keluar
Pertanyaan
1. Apa fungsi dari galvanonometer?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ketika kutub utara magnet didekatkan dan masuk ke dalam kumparan,
apakah ada perubahan pada jarum galvanometer? Jika ada, kemanakah
arah perubahan jarum galvanometer?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Mengapa ketika kutub utara magnet digerakkan masuk ke dalam
kumparan dapat merubah posisi jarum pada galvanometer dengan
arah sedemikian rupa?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
107
4. Saat magnet berada diam di dalam kumparan, apakah ada perubahan
posisi pada jarum galvanometer? Mengapa?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
5. Ketika kutub utara magnet digerakkan keluar dari kumparan, apakah
ada perubahan pada jarum galvanometer? Jika ada, kemanakah arah
perubahan jarum galvanometer?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
6. Mengapa ketika kutub utara magnet digerakkan keluar kumparan
dapat merubah posisi jarum pada galvanometer dengan arah
sedemikian rupa?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
7. Ketika kutub selatan magnet didekatkan dan masuk ke dalam
kumparan, apakah ada perubahan pada jarum galvanometer? Jika ada,
kemanakah arah perubahan jarum galvanometer?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
8. Mengapa ketika kutub selatan magnet digerakkan masuk ke dalam
kumparan dapat merubah posisi jarum pada galvanometer dengan
arah sedemikian rupa?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
9. Ketika kutub selatan magnet digerakkan keluar dari kumparan, apakah
ada perubahan pada jarum galvanometer? Jika ada, kemanakah arah
perubahan jarum galvanometer?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
108
10. Mengapa ketika kutub selatan magnet digerakkan keluar kumparan
dapat merubah posisi jarum pada galvanometer dengan arah
sedemikian rupa?
..................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
11. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka gambarkan arah
garis-garis gaya magnet ketika kutub utara magnet masuk dan keluar
dari kumparan!
a. Kutub utara masuk ke kumparan
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
b. Kutub utara keluar dari kumparan
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
12. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka gambarkan arah
garis-garis gaya magnet ketika kutub selatan magnet masuk dan
keluar dari kumparan!
a. Kutub selatan masuk ke kumparan
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
b. Kutub selatan keluar dari kumparan
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Kesimpulan
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
109
Lembar Kerja Peserta Didik 3
TRANSFORMATOR STEP-UP STEP-DOWN
Tujuan
Menyelidiki hubungan perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder
dengan perbandingan tegangan primer dan sekunder.
Alat dan Bahan
Kumparan 300, 600, 1200, dan 12000 lilitan
Voltmeter AC (0 – 150 v) (2 buah)
Amperemeter AC (2 buah)
Catu daya (1 buah)
Inti besi lunak untuk transformator (1 buah)
Kabel penghubung secukupnya
Percobaan/ Prosedur
1. Rakitlah alat dan bahan seperti pada gambar di bawah.
2. Pasanglah kumparan primer dan kumparan sekunder dengan jumlah
lilitan yang berbeda (jumlah lilitan primer lebih kecil dari jumlah lilitan
sekunder), lalu ukurlah besar tegangan pada kumparan primer dan
sekunder catat hasil pengukurannya pada tabel pengamatan 1.
3. Ulangi langkah no. 2 dengan menukar lilitan kumparan primer dengan
kumparan sekunder, catat hasil pengukurannya pada tabel
pengamatan 2.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
110
Tabel Pengamatan 1
No Kumparan
Primer (NP)
Kumparan Sekunder
(NS)
Tegangan Primer
(VP)
Tegangan Sekunder
(VS)
𝐍𝐒
𝐍𝐏
𝐕𝐒
𝐕𝐏
1. 300 1200 2. 600 1200 3. 600 12000
Tabel Pengamatan 2
No Kumparan
Primer (NP)
Kumparan Sekunder
(NS)
Tegangan Primer
(VP)
Tegangan Sekunder
(VS)
𝐍𝐒
𝐍𝐏
𝐕𝐒
𝐕𝐏
1. 1200 300 2. 1200 600 3. 12000 1200
4. Apakah yang dimaksud dengan efisiensi transformator dari hasil
percobaan di atas? Jelaskan!
5. Kesimpulan apakah yang Anda peroleh dari data hasil percobaan pada
tabel 1 dan tabel 2?
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
111
Lembar Kerja Peserta Didik 4
Efisiensi Transformator
Tujuan
Menghitung efisiensi transformator
Alat dan Bahan
Kumparan 300, 600, 1200, dan 12000 lilitan
Voltmeter AC (0 – 150 v) (2 buah)
Amperemeter AC (2 buah)
Catu daya (1 buah)
Hambatan 33Ω , 1 buah
Hambatan 47Ω, 1 buah
Inti besi lunak untuk transformator (1 buah)
Kabel penghubung secukupnya
Saklar
Percobaan/ Prosedur
1. Rangkailah alat-alat diatas seperti skema di bawah.
2. Hubungkan tegangan AC 3 volt yang berasal dari catu daya ke
kumparan primer transformator kemudian tutup saklar, catatlah
tegangan yang ditunjukkan oleh voltmeter dan arus yang ditujukkan
oleh amperemeter, tuliskan hasilnya pada tabel pengamatan.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
112
3. Ulangi langkah 1 dan 2 dengan mengubah hambatan beban (RL = 47
).
Beban VP (volt)
VS (volt)
IP (mA)
IP (mA)
4. Hitunglah daya yang masuk kedalam transformator pada kumparan
primer, hitung pula daya yang keluar dari transformator pada
kumparan sekunder.
5. Hitung efisiensi transformator
Kesimpulan
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
113
C. Bahan Bacaan
Hukum Faraday
Percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday di Inggris pada tahun 1831
dan secara terpisah oleh Joseph Henry di Amerika Serikat pada tahun yang
sama, peristiwa tersebut menunjukkan bahwa ggl akan timbul jika terjadi laju
perubahan fluks. Seperti yang akan kita lihat, ggl dapat diinduksi dalam
banyak cara, misalnya dengan menggerakkan batang magnet kedalam
kumparan, menggerakkan batang kumparan ke dalam medan magnet tetap,
atau memutar lilitan kawat di dalam medan magnet tetap.
Gambar 5 GGL Induksi (a) Ketika sebuah magnet digerakkan ke dalam loop kawat yang terhubung ke sebuah galvanometer, jarum galvanometer menyimpang hal ini menunjukkan adanya arus induksi dalam loop kawat. (b) Ketika magnet diam terhadap loop, tidak ada arus induksi dalam loop. (c) Ketika magnet digerakkan menjauhi loop, jarum galvanometer menyimpang ke arah yang berlawanan, menunjukkan bahwa arus induksi mengalir dalam arah yang berlawanan.
Sumber: Halliday, D., Resnick, R. (1988). Fundamentals of Physics
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
114
Mari kita perhatikan bagaimana ggl dapat diinduksi oleh medan magnetik
yang berubah. Gambar 5 menunjukkan sebuah loop kawat yang terhubung ke
sebuah galvanometer. Ketika magnet batang digerakkan ke arah loop, jarum
galvanometer menyimpang ke arah kanan seperti ditunjukkan pada Gambar
5a. Ketika magnet batang ditarik menjauhi loop, jarum galvanometer
menyimpang ke arah yang berlawanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
5c. Ketika magnet diam terhadap loop, jarum galvanometer tidak menyimpang
(Gambar 54b). Penyimpangan jarum juga terjadi jika magnet diam dan loop
yang digerakkan baik menuju atau menjauhi magnet.
Dari percobaan ini, dapat kita simpulkan bahwa jarum galvanometer akan
menyimpang jika terjadi perubahan fluks (garis gaya magnet) di dalam loop.
Hasil ini sangat luar biasa karena fakta menunjukkan bahwa timbul arus dalam
loop kawat walaupun tidak ada baterai dalam rangkaian tersebut. Arus yang
timbul akibat perubahan medan magnetik ini disebut arus induksi karena
diproduksi oleh ggl induksi.
Selanjutnya mari kita perhatikan percobaan yang dilakukan oleh Faraday
seperti diilustrasikan pada Gambar 6.
Gambar 6 Percobaan Faraday Ketika saklar di rangkaian primer ditutup, jarum galvanometer di rangkaian sekunder menyimpang sesaat. GGL induksi di rangkaian sekunder disebabkan oleh medan magnetik yang berubah melalui kumparan sekunder.
Sumber: Halliday, D., Resnick, R. (1988). Fundamentals of Physics
Kumparan primer dihubungkan dengan baterai dan dililitkan pada cincin
logam, dan ketika saklar ditutup arus dalam kumparan akan menghasilkan
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
115
medan magnetik. Kumparan sekunder juga dililitkan pada cincin dan
dihubungkan ke galvanometer. Tidak ada baterai yang terhubung ke
kumparan sekunder dan kumparan sekunderpun tidak terhubung ke
kumparan primer jadi pasti tidak akan ada arus listrik yang terdeteksi oleh
galvanometer. Tapi ketika saklar pada kumparan primer tiba-tiba ditutup atau
dibuka ternyata jarum galvanometer menyimpang hal ini menunjukkan
bahwa ada arus pada kumparan sekunder.
Arah penyimpangan jarum galvanometer pada saat saklar ditutup berlawanan
arah dengan simpangan jarum ketika saklar dibuka dan jarum akan berhenti
bergerak jika tidak ada arus dalam kumparan primer. Mengapa terjadi
demikian? Pada saat saklar ditutup, arus dalam kumparan primer
menghasilkan medan magnetik di daerah kumparan tersebut, dan medan
magnetik ini menginduksi daerah kumparan sekunder. Ketika saklar ditutup
dan dibuka maka akan terjadi perubahan besar arus, hal ini menyebabkan
terjadi perubahan medan magnetik di dalam kumparan. Perubahan medan
magnetik ini menimbulkan arus induksi di dalam kumparan sekunder.
Berdasarkan percobaan ini, Faraday menyimpulkan bahwa arus listrik dapat
dinduksikan ke dalam kumparan sekunder dengan cara mengubah besar
medan magnetik yang menembus kumparan tersebut. Secara umum Faraday
mengemukakan hukumnya tentang induksi yaitu: besarnya ggl induksi yang
timbul pada ujung-ujung kumparan sebanding dengan kecepatan perubahan
fluks magnetik yang dilingkupinya.
Pernyataan ini dinyatakan secara matematik sebagai:
𝜀 = −𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
di mana 𝚽𝑩 = ∫ 𝑩. 𝒅𝑨, yaitu fluks magnetik melalui rangkaian.
Jika rangkaian terdiri dari N lilitan, maka besar ggl induksi total yang timbul
dinyatakan sebagai:
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
116
𝜀 = −𝑁𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
dinyatakan dalam volt jika 𝒅𝚽𝑩
𝒅𝒕 dalam Wb/s. Tanda negatif (-) pada
persamaan tersebut menandakan bahwa arah arus induksi yang dihasilkan
sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang
berlawanan dengan perubahan medan magnetik penyebabnya (hukum Lenz).
Misalkan loop meliputi daerah A terletak pada medan magnetik seragam B,
seperti tampak pada Gambar 7. Fluks magnetik melalui loop sama dengan BA
cos .
Gambar 7 Fluks Magnetik Sebuah loop konduktor yang melingkupi daerah A ditembus oleh medan magnet seragam B. Sudut antara B dan normal loop adalah .
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Oleh karena itu ggl induksi dapat dinyatakan sebagai:
𝜀 = −𝑑
𝑑𝑡(𝐵𝐴 𝑐𝑜𝑠 𝜃)
Dari persamaan ini, kita melihat bahwa ggl dapat diinduksikan dalam
kumparan melalui beberapa cara:
Mengubah besarnya induksi magnetik (B) terhadap waktu.
Mengubah luas bidang kumparan yang melingkupi garis gaya medan
magnetik terhadap waktu.
Mengubah sudut antara arah medan magnetik dengan garis normal
bidang kumparan terhadap waktu.
Gabungan perubahan dari besaran-besaran di atas.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
117
GGL Induksi pada Konduktor yang Bergerak dalam Medan
Magnetik
Pada bagian ini, kita akan membahas ggl induksi yang muncul dalam
konduktor yang bergerak melalui medan magnetik. Untuk itu coba perhatikan
sebuah konduktor lurus panjang bergerak dengan kecepatan konstan melalui
medan magnetik seragam yang menembus masuk halaman buku seperti
tampak pada Gambar 8.
Gambar 8 GGL Induksi pada Konduktor
Sebuah konduktor listrik lurus dengan panjang l bergerak dengan kecepatan v melalui medan magnetik seragam B yang tegak lurus terhadap v.
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Kita asumsikan bahwa konduktor bergerak dengan kecepatan v tegak lurus
terhadap medan magnetik B. Elektron-elektron di dalam konduktor
mengalami gaya sepanjang konduktor sebesar |𝐹𝑏| = |𝑞𝑣 𝑥 𝐵| = 𝑞𝑣𝐵.
Berdasarkan Hukum kedua Newton, elektron-elektron mengalami percepatan
akibat pengaruh gaya tersebut dan bergerak sepanjang kawat.
Elektron-elektron bergerak ke ujung bawah kawat, mereka menumpuk di
sana, meninggalkan muatan positif di ujung atas konduktor. Akibat pemisahan
muatan ini menghasilkan medan listrik E dalam konduktor. Muatan-muatan
yang menumpuk di ujung-ujung konduktor bertambah sampai terjadi
keseimbangan antara gaya magnetik qvB dan gaya listrik qE yang bekerja pada
sebuah elektron dalam konduktor tersebut seperti tampak pada Gambar 8.
Pada keadaan ini, muatan berhenti mengalir. Dalam keadaan ini, gaya total
pada elektron adalah nol sesuai dengan hubungan antara medan listrik dengan
medan magnet:
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
118
∑ 𝑭 = 𝑭𝑒 − 𝑭𝑩 = 0 → 𝑞𝐸 = 𝑞𝑣𝐵 → 𝐸 = 𝑣𝐵
Karena medan listrik yang dihasilkan dalam konduktor adalah seragam, maka
hal itu berkaitan dengan perbedaan potensial pada ujung-ujung konduktor
menurut hubungan ∆V = El. Dengan demikian,
∆𝑉 = 𝐸𝑙 = 𝐵𝑙𝑣
di mana ujung atas memiliki potensial yang lebih tinggi daripada ujung bawah.
Perbedaan potensial ini dipertahankan selama konduktor bergerak melalui
medan magnetik. Jika gerakannya terbalik, maka polaritas ∆V juga terbalik.
Apa yang terjadi jika konduktor yang bergerak tersebut merupakan bagian
dari sebuah kumparan yang tertutup. Misalkan konduktor sepanjang l
dipasang pada kumparan tertutup seperti tampak pada Gambar 9. Anggap
hambatan konduktor sama dengan nol sementara hambatan kumparan
tetapnya R. Kemudian konduktor tersebut ditarik dengan gaya F sehingga
bergerak dengan kecepatan v dengan arah tegak lurus terhadap medan
magnetik tetap B. Karena konduktor yang bergerak merupakan bagian dari
kumparan tertutup maka akan timbul arus listrik pada kumparan tersebut.
Gambar 9 GGL Induksi pada Kumparan Tertutup
(a) Sebuah batang konduktor bergerak pada kumparan dengan kecepatan v karena ditarik dengan gaya F. (b) Diagram rangkaian tertutup sebagai representasi dari gambar (a).
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Laju perubahan fluks magnetik melalui loop dan ggl induksi yang timbul
sebanding dengan perubahan luas daerah kumparan yang bergerak melalui
medan magnetik. Jika konduktor ditarik sejauh x maka besar fluks magnetik
sekarang adalah 𝚽𝑩 = 𝑩𝒍𝒙. Sehingga besarnya ggl induksi yang timbul adalah
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
119
𝜀 = −𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡= −
𝑑
𝑑𝑡(𝐵𝑙𝑥) = −𝐵𝑙
𝑑𝑥
𝑑𝑡= −𝐵𝑙𝑣
Karena hambatan kumparan adalah R maka besar arus induksi pada
kumparan adalah
𝐼 = |𝜀
𝑅| =
𝐵𝑙𝑣
𝑅
Hukum Lenz
Tanda negatif pada hukum Faraday (𝜀 = −𝑁𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡) berhubungan dengan arah
arus induksinya. Arah ggl induksi dan arus induksi dapat diperoleh dari
hukum Lenz: Polaritas ggl induksi adalah sedemikian rupa sehingga
menghasilkan arus induksi yang menimbulkan fluks magnetik yang
menentang perubahan fluks magnetik penyebabnya. Untuk lebih memahami
hukum Lenz, perhatikan Gambar 10.
Gambar 10 Penentuan Arah Arus Induksi (a) Ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik di daerah yang dilingkupi kumparan. Perubahan fluks ini menimbulkan arus induksi dalam kumparan yang arahnya seperti terlihat pada gambar. (b) Arus induksi ini menimbulkan medan magnetik sendiri yang arahnya ke kiri melawan perubahan fluks yang ditimbulkan oleh magnet batang. (c) Pada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan, akibatnya pada kumparan timbul arus induksi yang arahnya seperti tampak pada gambar. (d) Arus induksi ini menimbulkan fluks magnetik yang arahnya ke kanan menentang pengurangan fluks magnetik dari magnet batang.
Sumber: Halliday, D., Resnick, R. (1988). Fundamentals of Physics
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
120
Ketika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak ada perubahan fluks
magnetik dalam kumparan. Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan
mendekati kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik di daerah yang
dilingkupi kumparan. Perubahan fluks ini menimbulkan arus induksi dalam
kumparan yang arahnya ditunjukkan seperti Gambar 10a. Arus induksi ini
menimbulkan medan magnetik sendiri yang arahnya ke kiri melawan
perubahan fluks yang ditimbulkan oleh magnet batang (Gambar 10b). Dengan
demikian fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan. Begitu juga
pada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi
pengurangan fluks magnetik dalam kumparan, akibatnya pada kumparan
timbul arus induksi yang arahnya seperti ditunjukkan pada Gambar 10c. Arus
induksi ini menimbulkan fluks magnetik yang arahnya ke kanan menentang
pengurangan fluks magnetik dari magnet batang (Gambar 10d). Dengan
demikian fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan.
Penerapanan Hukum Faraday
Generator AC
Salah satu penerapan induksi elektromagnetik yang sangat penting adalah
pembangkit arus bolak-balik (AC). Generator AC modern dengan kapasitas
keluaran 100 MW adalah mesin yang sangat berkembang. Pada bagian ini, kita
akan menjelaskan prinsip-prinsip dasar generator. Generator listrik
merupakan perangkat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Untuk memahami bagaimana generator bekerja, mari kita perhatikan
generator arus bolak-balik (AC) sederhana seperti tampak pada Gambar 10.
Dalam bentuk yang paling sederhana, generator ac terdiri dari loop berputar
yang ditempatkan di dalam medan magnetik seragam. Dalam pembangkit
listrik komersial, energi yang dibutuhkan untuk memutar loop dapat berasal
dari berbagai sumber (air terjun dalam pembangkit listrik tenaga air, uap
dalam pembangkit listrik tenaga uap). Pada saat loop berputar dalam medan
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
121
magnetik, fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop berubah terhadap waktu
sehingga menimbulkan ggl dan arus induksi dalam loop. Ujung loop
dihubungkan dengan cincin selip yang ikut berputar dengan loop. Koneksi dari
cincin selip ini, yang bertindak sebagai terminal output generator, ke
rangkaian luar yang diwakili oleh sikat tetap yang berkontak dengan cincin
selip ini.
Gambar 11 Skema Diagram Generator AC Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Misalkan loop memiliki N lilitan dengan luas penampang A dan berputar di
dalam medan magnetik dengan kelajuan sudut konstan . Jika adalah sudut
antara medan magnetik dan garis normal loop, maka fluks magnetik yang
menembus loop dalam waktu t adalah
Φ𝐵 = 𝐵𝐴 cos 𝜃 = 𝐵𝐴 cos 𝜔𝑡
Sehingga besar ggl induksi sesaat dalam loop adalah
𝜀 = −𝑁𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡= −𝑁𝐵𝐴
𝑑
𝑑𝑡(cos 𝜔𝑡) = 𝑁𝐵𝐴𝜔 sin 𝜔𝑡
Dari persamaan nampak bahwa harga ggl induksi bervariasi secara sinusoidal
terhadap waktu seperti ditunjukkan oleh Gambar 11.b. Dari persamaan ini
diperoleh bahwa GGL induksi maksimum adalah
𝜀𝑚𝑎𝑥 = 𝑁𝐵𝐴𝜔
yang dicapai ketika sin 𝜔𝑡 = ∓1 atau ketika 𝜔𝑡 = 900 𝑎𝑡𝑎𝑢 2700 . Dengan kata
lain, ketika medan magnetik pada bidang kumparan dan laju perubahan fluks
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
122
magnetik adalah maksimum. Selanjutnya, ggl sama dengan nol ketika 𝜔𝑡 =
00 𝑎𝑡𝑎𝑢 1800 , yaitu ketika B adalah tegak lurus terhadap bidang kumparan dan
laju perubahan fluks magnetik adalah nol. Untuk lebih jelas bagaimana
hubungan antara perubahan besar ggl induksi dan putaran loop,
perhatikanlah Gambar 12.
Gambar 12 Grafik GGL Induksi Bolak Balik Sumber: Modul PKB KK G
Generator DC
Generator dc sangat mirip dengan generator ac, kecuali kontak pada loop yang
berputar menggunakan satu cincin selip bercelah yang disebut komutator
seperti diilustrasikan pada Gambar 13.
Gambar 13 Skema Diagram Generator DC
Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Dalam konfigurasi seperti ini tegangan keluaran selalu memiliki polaritas yang
sama dan berdenyut terhadap waktu seperti tampak pada Gambar 12b. Hal ini
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
123
dapat dipahami karena kontak ke cincin selip bercelah berbalik setiap
setengah siklus. Pada saat yang sama, polaritas ggl induksi berbalik; maka,
polaritas cincin selip bercelah (yang sama dengan polaritas tegangan output)
tetap sama. Bentuk grafik keluaran berupa denyut tidak cocok untuk sebagian
besar aplikasi alat elektronik. Untuk mendapatkan keluaran dc yang lebih
halus saat ini, generator dc komersial menggunakan beberapa kumparan
sehingga ketika pulsa ini ditumpangkan, output dc hampir bebas dari fluktuasi.
Transformator
Transformator adalah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak
balik (ac). Transformator untuk menaikkan tegangan disebut trasformator
step up dan untuk menurunkan tegangan disebut transformator step down.
Sebuah transformator memiliki dua buah kumparan kawat (kawat berisolasi)
yang dililitkan pada inti besi yang dilaminasi seperti tampak pada Gambar 14.
Gambar 14 Transformator Step Up Sumber: Modul PKB KK G
Lilitan pada bagian kiri yang dihubungkan ke sumber tegangan ac disebut
kumparan primer dan lilitan sebelah kanan yang dihubungkan ke beban
disebut kumparan sekunder. Tujuan penggunaan inti besi adalah untuk
meningkatkan fluks magnetik yang melalui kumparan dan sebagai media agar
semua garis gaya magnetik di dalam kumparan primer melewati kumparan
sekunder. Sementara tujuan inti besi dilaminasi adalah untuk mengurangi
kerugian akibat arus Eddy. Kerugian akibat arus Eddy dan juga akibat adanya
perubahan energi listrik menjadi panas pada lilitan kawat tidak bisa
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
124
dihilangkan sama sekali, sehingga transformator yang digunakan sehari-hari
hanya memiliki efisiensi sekitar 90% sampai 99%.
Transformator bekerja berdasarkan hukum induksi Faraday. Pada saat
tegangan ac diberikan pada kumparan primer maka akan timbul perubahan
medan magnetik. Perubahan medan magnetik ini akan menginduksi tegangan
ac yang berfrekuensi sama ke kumparan sekunder.
Berdasarkan hukum Faraday, ggl induksi atau tegangan pada kumparan
primer adalah 𝑉𝑃 = −𝑁𝑃𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
di mana B adalah fluks magnetik yang melalui setiap lilitan. Jika kita
menganggap semua garis medan magnetik tetap ada di dalam inti besi, fluks
yang melalui lilitan primer sama dengan fluks yang melalui lilitan sekunder
sehingga tegangan sekunder adalah
𝑉𝑆 = −𝑁𝑆
𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
Besar tegangan sekunder ini bergantung pada jumlah lilitan pada setiap
kumparan. Jika fluks yang hilang sangat kecil atau diabaikan, maka berlaku
hubungan:
𝑉𝑆
𝑉𝑃=
N𝑆
𝑁𝑃
Jika 𝑁𝑆 > 𝑁𝑃 kita dapatkan transformator step up dan jika 𝑁𝑆 < 𝑁𝑃 kita
dapatkan kita dapatkan transformator step down. Untuk transformator ideal
dimana tidak terjadi kehilangan daya, yaitu daya yang disuplai sumber 𝑉𝑃 𝐼𝑃
sama dengan daya pada lilitan sekunder 𝑉𝑆 𝐼𝑆, berlaku hubungan
𝑉𝑃 𝐼𝑃 = 𝑉𝑆 𝐼𝑆 atau 𝐼𝑆
𝐼𝑃=
𝑉𝑃
𝑉𝑆
Persamaan untuk efisiensi transformator adalah
𝜂 =𝑃𝑆
𝑃𝑃=
𝐼𝑆 𝑉𝑆
𝐼𝑃 𝑉𝑃
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
125
Induktansi
Induktansi Bersama
Induktansi bersama adalah peristiwa munculnya ggl dalam sebuah kumparan
akibat adanya perubahan arus di dalam kumparan lain yang berada
didekatnya.
Gambar 15 Induktansi Bersama
Perubahan arus pada kumparan 1 menginduksi arus pada kumparan 2 Sumber: Kandi, Modul PKB, KK G
Gambar 15 menunjukkan dua buah kumparan yang saling berdekatan dimana
pada kumparan 1 mengalir arus I yang menghasilkan medan magnetik. Jika
arus pada kumparan 1 berubah maka akan menginduksi ggl pada kumparan 2.
Menurut hukum Faraday, ggl 2 yang diinduksikan ke kumparan 2 sebanding
dengan laju perubahan fluks magnetik yang melewatinya (𝑑Φ12
𝑑𝑡). Karena fluks
sebanding dengan arus yang melewati kumparan 1, 2 harus sebanding dengan
laju perubahan arus pada kumparan 1. Secara matematis dinyatakan sebagai
berikut.
𝜀2 = −𝑁2
𝑑𝛷12
𝑑𝑡= −𝑀12
𝑑𝐼1
𝑑𝑡
Hal ini juga berlaku untuk sebaliknya, jika pada kumparan 2 terjadi perubahan
arus (𝑑I2
𝑑𝑡) maka akan terjadi perubahan fluks magnetik pada kumparan 2
(𝑑Φ21
𝑑𝑡), perubahan fluks magnetik ini menginduksi kumparan 1 sehingga pada
kumparan 1 akan terjadi ggl induksi sebesar:
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
126
𝜀1 = −𝑁1
𝑑𝛷21
𝑑𝑡= −𝑀21
𝑑𝐼2
𝑑𝑡
Jadi dalam induksi bersama, ggl induksi dalam suatu kumparan selalu
sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan lain. Walaupun
penulisan konstantan M12 dan M21 dibedakan, tetapi kenyataannya keduanya
sama dan dituliskan sebagai M saja. Karena M12 = M21 = M, maka kedua
persamaan di atas dapat dituliskan menjadi
𝜀2 = −𝑀12𝑑𝐼1
𝑑𝑡 dan 𝜀1 = −𝑀21
𝑑𝐼2
𝑑𝑡
Konstanta M dinamakan induktansi bersama antara kumparan 1 dan
kumparan 2 yang memiliki satuan henry (H) mengikuti nama Joseph Henry
dan besarnya dinyatakan dengan persamaan:
𝑀 =𝑁2𝛷12
𝐼1=
𝑁1𝛷21
𝐼2
Apabila fluks magnetik yang ditimbulkan arus I1 yang mengalir pada
kumparan yang terdiri atas N1 lilitan dengan luas penampang bidang
kumparan A, maka Φ12 = 𝐵1𝐴 =𝜇0𝐼1𝑁1𝐴
𝑙. Jika nilai ini disubstitusikan pada
persamaan di atas akan kita dapatkan
𝑀 =𝜇0𝑁1𝑁2𝐴
𝑙
Induktansi Diri
Konsep induktansi berlaku juga pada kumparan tunggal yang terisolasi.
Gambar 16 menunjukkan lilitan kumparan pada silinder inti besi. Jika sumber
arus dalam kumparan berubah terhadap waktu maka akan timbul perubahan
fluks magnetik dalam kumparan. Ketika arah arus sumber seperti ditunjukkan
pada gambar, maka medan magnetik dalam kumparan akan mengarah dari
kanan ke kiri, seperti yang terlihat pada Gambar 16a. Karena arus sumber
berubah terhadap waktu, maka fluks magnetik melalui kumparan juga
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
127
berubah dan menginduksi ggl dalam kumparan. Dari hukum Lenz, polaritas ggl
induksi ini harus sedemikian rupa sehingga menentang perubahan medan
magnetik dari arus sumber. Jika arus sumber meningkat, polaritas ggl induksi
adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16b, dan jika arus sumber
menurun, polaritas ggl induksi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15c.
Efek ini disebut induktansi diri karena perubahan fluks melalui kumparan dan
resultan ggl induksi timbul dari kumparan itu sendiri. GGL yang timbul pada
peristiwa ini disebut ggl induksi diri atau sering disebut ggl balik
Gambar 16 Induktansi Diri (a) arus dalam kumparan menghasilkan medan magnetik yang mengarah ke kiri. (b) Jika arus meningkat, fluks magnetik meningkat pula dan menciptakan ggl induksi dengan polaritas seperti ditunjukkan oleh baterai putus-putus. (c) Polaritas ggl induksi akan terbalik jika arus berkurang.
Sumber: Kandi, Modul PKB, KK G
Secara kuantitatif, induksi diri dapat dijelaskan dengan hukum Faraday, yaitu
bahwa besarnya ggl induksi sama dengan negatif laju perubahan fluks
magnetik (𝜀 = −𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡). Fluks magnetik sebanding dengan medan magnetik
yang ditimbulkan oleh arus sumber, yang pada gilirannya sebanding dengan
arus sumber dalam kumparan. Oleh karena itu, ggl induksi diri ε_L selalu
sebanding dengan laju perubahan arus sumber terhadap waktu. Untuk
kumparan yang memiliki N lilitan (toroida atau solenoid ideal) yang membawa
arus sumber I, besarnya ggl induksi diri adalah
𝜀𝐿 = −𝑁𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡= −𝐿
𝑑𝐼
𝑑𝑡
dengan L adalah induktansi kumparan yang besarnya tergantung pada
geometri kumparan dan karakteristik fisik lainnya. Berdasarkan persamaan di
atas akan didapatkan:
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
128
𝑑𝐼
𝑑𝑡= 𝑁
𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
𝐿 ∫ 𝑑𝐼 = 𝑁 ∫ 𝑑Φ𝐵
𝐿𝐼 = 𝑁Φ𝐵
𝐿 =𝑁Φ𝐵
𝐼
Dari persamaan di atas kita juga dapat menuliskan induktansi kumparan
sebagai perbandingan
𝐿 = −ε𝐿
𝑑𝐼 𝑑𝑡⁄
Satuan SI dari induktansi adalah: 1 H =1 V.s
A
Pada unit sebelumnya sudah dijelaskan bahwa induksi magnetik pada
solenoida atau toroida yaitu 𝐵 =𝜇0𝐼𝑁
𝑙 dengan l adalah panjang solenoida atau
keliling toroida, sehingga berlaku
𝐿 =𝜇0𝑁2𝐴
𝑙
Apabila kumparan itu berintikan bahan dielektrikum tertentu, maka
induktansi kumparan dinyatakan sebagai:
𝐿 =𝜇𝑁2𝐴
𝑙
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
129
PENGEMBANGAN PENILAIAN
Bagian ini memuat contoh soal-soal topik induksi elektromagnetik yang
muncul di UN tiga tahun terakhir dan kurang berhasil dijawab oleh peserta
didik. Selain itu, bagian ini memuat pembahasan tentang cara
mengembangkan soal HOTS yang disajikan dalam bentuk pemodelan agar
dapat dijadikan acuan oleh Saudara ketika mengembangkan soal untuk topik
ini. Saudara perlu mencermati dengan baik bagian ini, sehingga Saudara
dapat terampil mengembangkan soal yang mengacu pada indikator
pencapaian kompetensi yang termasuk HOTS.
A. Pembahasan Soal-soal
Topik induksi elektromagnetik merupakan topik yang muncul pada soal UN di
tiga tahun terakhir. Berdasarkan hasil analisis PAMER UN, topik ini termasuk
yang kurang berhasil dijawab oleh peserta didik di lingkup nasional. Berikut
ini pembahasan soal-soalnya.
Soal UN tahun 2016
Berikut pernyataan tentang trafo:
(1) Trafo menggunakan tegangan DC
(2) Trafo dapat menaikkan tegangan DC
(3) Trafo dapat menurunkan tegangan AC
(4) Trafo ideal, daya primer sama dengan daya sekunder
Pernyataan yang benar adalah....
A. (1) dan (3)
B. (1) dan (4)
C. (2) dan (4)
D. (2) dan (3)
E. (3) dan (4)
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
130
Kunci Jawaban: E
Pembahasan
Sudah jelas
Soal UN tahun 2017
Sebuah trafo step down memiliki tegangan primer 220 volt dan tegangan
sekunder 110 volt. Pada kumparan primer mengalir arus 3 ampere dan trafo
memiliki efisiensi 60%, daya yang hilang akibat panas atau penyebab lainnya
adalah....
A. 264 watt
B. 396 watt
C. 464 watt
D. 482 watt
E. 660 watt
Kunci Jawaban: A
Pembahasan
Penyelesaian:
𝜂 = (𝑃𝑠
𝑉𝑝.𝐼𝑝) 𝑥100%
0,6 = (𝑃𝑠
220.3) 𝑥100%
Ps = 0,6 x 660
Ps = 396 watt
Daya yang hilang:
P = Pp − Ps
P = 660 − 396 = 264 watt
Soal UN tahun 2018
1. Sebuah kumparan terdiri atas 50 lilitan berada dalam fluks magnetik yang
berubah terhadap waktu, yang dinyatakan dengan: ϕ=5t2+10t+1 dimana ϕ
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
131
dalam weber dan t dalam detik. Besar ggl induksi yang terjadi pada ujung-
ujung kumparan saat t = 2 detik adalah....
A. 1500 volt
B. 1000 volt
C. 950 volt
D. 900 volt
E. 700 volt
Kunci Jawaban: A
Pembahasan
Rumus ggl induksi/ hukum faraday: 𝜀 = −𝑁𝑑𝜙
𝑑𝑡
𝜀 = −50𝑑𝜙
𝑑𝑡= −50(10𝑡 + 10) volt
𝜀 = 50(10.2 + 10) = 1500 volt
2. Grafik berikut ini hubungan antara GGL () terhadap waktu (t) yang
dipasang pada tegangan AC.
Jika kumparan itu diputar dengan kecepatan sudut empat kali dan jumlah lilitannya dijadikan ½ kali semula, maka grafiknya adalah....
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
132
Kunci Jawaban: C
Pembahasan
Ɛ = N B ω A = 4 . ½ N B ω A = 2 kali semula
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
133
B. Pengembangan Soal HOTS
Pada bagian ini akan dimodelkan pembuatan soal yang memenuhi indikator
pencapaian kompetensi yang diturunkan dari kompetensi dasar pengetahuan.
Pengembangan soal diawali dengan pembuatan kisi-kisi agar Saudara dapat
melihat kesesuaian antara kompetensi, lingkup materi, dan indikator soal.
Selanjutnya, dilakukan penyusunan soal di kartu soal
berdasarkan kisi-kisi yang telah disusun sebelumnya. Contoh soal yang
disajikan terutama untuk mengukur indikator kunci pada level kognitif yang
tergolong HOTS.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
134
Tabel 4. Kisi-kisi Soal HOTS
No
. Kompetensi Dasar Lingkup Materi Materi Indikator Soal
Nomor
Soal
Level
Kognitif
Bentuk
Soal
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2.4 Menganalisis
fenomena induksi
elektromagnetik
dalam kehidupan
sehari-hari
Induksi
elektromagnetik
Penerapan
induksi
elektromagnetik
Disajikan sebuah gitar listrik,
peserta didik dapat menganalisis
cara menghasilkan suara dalam
gitar listrik
3 L3 Uraian
2 Induksi
elektromagnetik
GGL induksi Disajikan gambar loop kawat di
sekitar kawat lurus berarus,
peserta didik dapat menganalisis
arah arus induksi dalam loop
1 L3 PG
Induksi
elektromagnetik
Arus induksi Disajikan gambar cincin tembaga
yang memasuki medan magnet,
peserta didik dapat menganalisis
arah arus induksi dalam cincin
2 L3 P3
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
135
Kartu Soal
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : PG
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun : Kandi
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.4 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
Nomor Soal
1
RUMUSAN BUTIR SOAL
Sebuah loop kawat ABCD bergerak menjauhi penghantar kawat
lurus dan panjang yang dialiri arus I. Bagiamanakah arus induksi di
dalam loop kawat tersebut?
A. Arus induksi hanya mengalir dari A – B
B. Arus induksi hanya mengalir dari D – C
C. Arus induksi mengalir dari A – B – C – D
D. Arus induksi mengalir dari A – D – C – B
E. Arus induksi hanya mengalir dari A – B dan dari D – C
LINGKUP MATERI
Induksi
elektromagnetik
MATERI
GGL Induksi
Kunci Jawaban
C
INDIKATOR SOAL
Disajikan gambar loop kawat di sekitar kawat lurus berarus, peserta didik dapat menganalisis arah arus induksi dalam loop
√
PAKET - …
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
136
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : PG
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun : Kandi
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.4 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
Nomor Soal
2
RUMUSAN BUTIR SOAL
Gambar di atas menunjukkan
medan magnet di daerah
empat persegi panjang yang
arahnya tegak lurus keluar
bidang kertas. Di luar bidang
itu tidak ada medan magnet.
Sebuah cincin tembaga
dijatuhkan ke dalam medan
magnet tersebut mulai posisi
1 sampai posisi 5. Karena
tidak ada medan magnet
diluar bidang segi empat,
maka tidak ada fluks yang
melalui cincin pada posisi 1
dan 5. Sehingga tidak ada ggl
induksi atau arus induksi
pada cincin di posisi tersebut.
Berikut ini yang benar
tentang arus induksi pada
cincin di posisi 2, 3 dan 4
adalah....
A. arah arus I2 searah jarum jam, arah I3 dan I4 berlawanan
arah jarum jam
B. arah arus I2 berlawanan arah jarum jam, I3 dan I4 searah
jarum jam
C. arah arus I2 dan I3 searah jarum jam dan I4 berlawanan
arah jarum jam
D. arah arus I2 searah jarum jam, I3 = 0 dan I4 berlawanan arah
jarum jam
E. arah arus I2 berlawanan arah jarum jam, I3 = 0 dan I4 searah
jarum jam
LINGKUP MATERI
Induksi
elektromagnetik
MATERI
GGL Induksi
Kunci Jawaban
E
INDIKATOR SOAL
Disajikan gambar cincin tembaga yang memasuki medan magnet, peserta didik dapat menganalisis arah arus induksi dalam cincin
√
PAKET - …
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
137
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KARTU SOAL
Tahun Pelajaran 2018/2019
Jenis Sekolah : SMA Kurikulum : 2013
Kelas : XII Bentuk Soal : Uraian
Mata Pelajaran : Fisika Nama Penyusun : Kandi
KOMPETENSI DASAR
Buku Sumber : Pengetahuan/ Pemahaman
Aplikasi Penalaran
3.4 Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
Nomor Soal
3
RUMUSAN BUTIR SOAL
Aplikasi yang menarik dari hukum Faraday adalah produksi suara
dalam sebuah gitar listrik seperti terlihat pada gambar.
Sebuah kumparan yang disebut kumparan pickup dililitkan pada
sebuah magnet yang ditempatkan di dekat senar gitar. Senar gitar
tersebut terbuat dari logam yang dapat dimagnetisasi. Berdasarkan
konsep induksi elektromagnetik, bagaimanakah suara dalam gitar
listrik tersebut dapat dihasilkan?
LINGKUP MATERI
Induksi
elektromagnetik
MATERI
Penerapan induksi elektromagnetik
INDIKATOR SOAL
Disajikan sebuah gitar listrik, peserta didik dapat menganalisis cara menghasilkan suara dalam gitar listrik
Pedoman Penskoran
No. Uraian Jawaban/Kata Kunci Skor
1 Kumparan pickup, ditempatkan di dekat senar gitar, yang terbuat dari logam yang
dapat dimagnetisasi. Magnet permanen di dalam kumparan memagnetisasi bagian
senar yang terdekat ke kumparan.
Ketika senar bergetar pada beberapa frekuensi, bagian yang termagnetisasi
menghasilkan fluks magnet yang berubah melalui kumparan.
Perubahan fluks menginduksikan ggl dalam kumparan yang diumpankan ke amplifier.
Keluaran dari amplifier dikirim ke pengeras suara, yang menghasilkan gelombang
suara yang kita dengar.
2,5
2,5
2,5
2,5
Total Skor 10
√
PAKET - …
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
138
C. Refleksi Pembelajaran
Pada bagian ini Saudara akan melaksanakan refleksi dalam proses
pembelajaran materi Induksi Elektromagnetik. Refleksi pembelajaran
dilakukan dengan melihat kesesuaian antara proses pembelajaran, peserta
didik, penilaian, dan ketercapaian KD.
1. Apakah kegiatan membuka pelajaran dapat mengarahkan dan
mempersiapkan peserta didik mengikuti pelajaran dengan baik ?
2. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap materi/bahan ajar yang
disajikan sesuai dengan yang diharapkan? (Apakah materi terlalu
tinggi, terlalu rendah, atau sudah sesuai dengan kemampuan awal
peserta didik?)
3. Bagaimana respons Saudara terhadap media pembelajaran yang
digunakan? (Apakah media sesuai dan mempermudah peserta didik
menguasai kompetensi/materi yang diajarkan?)
4. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap aktivitas pembelajaran yang
telah dirancang ? Apakah aktivitas pembelajaran tersebut dapat
melatih siswa berpikir tingkat tinggi (HOTs)?
5. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap pendekatan, model
pembelajaran, metode, dan teknik pembelajaran yang digunakan ?
6. Bagaimana tanggapan Saudara terhadap teknik pengelolaan kelas
yang akan dilakukan (perlakuan guru terhadap peserta didik dalam
mengatasi masalah dan memotivasi peserta didik)?
7. Apakah Saudara dapat menangkap penjelasan/instruksi yang
diberikan pada bagian aktivitas pembelajaran ?
8. Bagaimanakah tanggapan Saudara terhadap latihan atau penilaian
yang dikembangkan ?
9. Apakah Saudara telah mencapai penguasaaan kemampuan
pembelajaran yang telah dikembangkan ?
10. Apakah kegiatan menutup pelajaran yang dikembangkan dapat
meningkatkan penguasaan peserta didik terhadap meteri pelajaran?
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
139
11. Apakah Aktivitas pembelajaran yang dirancang dapat mencapai
kompetensi dasar (KD) pada meteri terpilih sebagaimana mestinya?
(Jika tidak seluruhnya, apakah Saudara akan melakukan penyesuaian
aktivitas pembelajaran pembelajaran dalam rencana pembelajaran?)
12. Apakah kelemahan yang akan Saudara dalam melaksanakan aktivitas
pembelajaran yang telah dirancang?
13. Apakah kekuatan atau hal-hal baik yang Saudara capai dalam
mempelajari aktivitas pembelajaran ?
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
140
KESIMPULAN
Unit ini dikembangkan berdasarkan pasangan 3.4 Menganalisis fenomena
induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari dan 4.4 Melakukan percobaan
tentang induksi elektromagnetik berikut presentasi hasil percobaan dan
pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari. Menyajikan hasil praktik dan
duiskusi tentang GGL induksi, transformator, dan generator. Berdasarkan KD
pengetahuan dapat diketahui bahwa indikator yang dikembangkan perlu
mencapai level analisis (C4). Artinya, KD ini sudah menuntut Saudara
melatihkan kemampuan berpikir tingkat tinggi kepada peserta didik. Adapun
KD keterampilan menuntut Saudara memfasilitasi peserta didik melakukan
percobaan. Hal ini berarti Saudara perlu memberikan ruang dan waktu kepada
peserta didik untuk mengembangkan kreativitasnya untuk menghasilkan
produk berupa laporan hasil percobaan GGL induksi, transformator, dan
generator.
Penguasaan keterampilan berpikir tingkat tinggi oleh peserta didik
memerlukan proses pembelajaran yang relevan. Oleh karena itu, aktivitas
pembelajaran pada subtopik hukum Faraday, GGL induksi, hukum Lenz,
induktansi, penerapan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
menggunakan pembelajaran model discovery learning dan saintifik, dengan
metode praktik dan diskusi melalui empat kali pertemuan. Seperti telah
diketahui, kedua model pembelajaran ini merupakan model yang dapat
membekalkan kemampuan berpikir tingkat tinggi kepada peserta didik.
Ketika implementasi, pembelajaran juga dipandu dengan menggunakan LKPD
yang dirancang untuk memudahkan penguasaan konsep sesuai tingkat
kognitifnya dan penguasaan keterampilan yang mengedepankan
konstruktivisme. Artinya, peserta didik memperoleh konsep dengan
merumuskannya terlebih dahulu.
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
141
Adapun konten yang dikembangkan pada subtopik induksi elektromagnetik
tediri atas: 1) Hukum Faraday, 2) GGL Induksi, 3) Hukum Lenz, 4) Induktansi
dan 5) Penerapan Induksi Elektromagnetik. Subtopik ini merupakan konten
yang kaya akan pengetahuan kontekstual bagi peserta didik. Artinya, Saudara
dapat mendorong serta memfasilitasi peserta didik untuk menemukan
fenomena di kehidupan sehari-hari yang berkaitan subtopik ini. Sebagai
contoh aplikasi dunia nyata, unit ini menyajikan aplikasi induksi
elektromagnetik pada produk teknologi yang sering dipakai dalam kehidupan
sehari-hari sehingga peserta didik dapat memahami prinsip dan juga manfaat
dari medan magnetik.
Berkaitan dengan penilaian, subtopik ini muncul dalam instrumen tes UN
selama tiga tahun terakhir. Jenis pertanyaan yang diajukan sudah sampai ke
level L3 penalaran (C4). Oleh karena itu, Saudara perlu meyakinkan bahwa
peserta didik memahami subtopik ini dengan baik agar siap mengahadapi UN.
Lebih dari itu, Saudara perlu mengembangkan soal-soal pengetahuan subtopik
ini pada tingkat level berpikir yang lebih tinggi lagi. Artinya, Saudara dituntut
dapat memfasilitasi peserta didik agar dapat memecahkan soal-soal yang
mengedapankan kemampuan berpikir tingkat tinggi. Oleh karena itu, Saudara
perlu terus menyusun bank soal yang relevan dengan indikator yang telah
dikembangkan.
Program PKB melalui PKP berbasis Zonasi Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan
142
UMPAN BALIK
Dalam rangka mengetahui pemahaman terhadap unit ini, Saudara perlu
mengisi lembar persepsi pemahaman. Berdasarkan hasil pengisian instrumen
ini, Saudara dapat mengetahui posisi pemahaman beserta umpan baliknya.
Oleh karena itu, isilah lembar persepsi diri ini dengan objektif dan jujur
dengan memberikan tanda silang (X) pada kriteria yang menurut saudara
tepat.
Lembar Persepsi Pemahaman Unit
No Aspek Kriteria
1 2 3 4
1 Memahami dengan baik semua indikator yang telah dikembangkan di unit ini.
2 Mampu menghubungkan konten dengan fenomena kehidupan sehari-hari.
3 Memahami dengan baik bahwa aktivitas pembelajaran yang disusun dapat mengembangkan HOTS peserta didik.
4 Memahami dengan baik tahapan urutan aktivitas pembelajaran yang disajikan.
5 Mampu dengan baik mengaplikasikan aktivitas pembelajaran di dalam kelas.
6 Memahami dengan baik lembar kerja peserta didik yang dikembangkan.
7 Mampu melaksanakan dengan baik lembar kerja peserta didik yang dikembangkan.
8 Memahami konten secara menyuluh dengan baik.
9 Memahami prosedur penyusunan soal HOTS dengan baik.
10 Mampu membahas soal HOTS yang disajikan dengan tepat.
Jumlah Jumlah Total
Unit Pembelajaran
Induksi Elektromagnetik
143
Keterangan Umpan Balik
Skor Umpan Balik
< 70
Masih banyak yang belum dipahami, di antara konten, cara membelajarkannya, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS. Saudara perlu membaca ulang unit ini dan mendiskusikannya dengan dengan fasilitator di MGMP sampai Saudara memahaminya.
70-79
Masih ada yang belum dipahami dengan baik, di antara konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS. Saudara perlu mendiskusikan bagian yang belum dipahami dengan fasilitator atau teman lain di MGMP.
80-89 Memahami konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS dengan baik.
> 90
Memahami konten, cara membelajarkan, mengembangkan penilaian dan melaksanakan penilaian berorientasi HOTS dengan sangat baik. Saudara dapat menjadi fasilitator bagi teman-teman lain di MGMP untuk membelajarkan unit ini.
Keterangan 1= tidak menguasai 2 = cukup menguasai 3 = menguasai 4 = Sangat Menguasai
Pedoman Penskoran
𝑆𝑘𝑜𝑟 =𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
40𝑥 100
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
147
Besar harapan kami, Unit-unit pembelajaran yang telah dikembangkan ini
dapat menjadi acuan Saudara dalam mengembangkan desain pembelajaran
dan penilaian yang berorientasi Higher Order Thinking Skills (HOTS) yang
terintegrasi dengan 5 (lima) unsur utama Penguatan Pendidikan Karakter
(PPK) dan literasi dalam rangka mencapai kecakapan Abad ke-21. Selanjutnya,
saudara dapat menerapkan desain yang telah disusun dalam pembelajaran
kepada peserta didik di kelas masing-masing.
Dalam rangka mencapai tujuan tersebut, Saudara perlu memahami unit-unit
ini dengan baik. Oleh karena itu, unit-unit perlu dipelajari dan dikaji lebih
lanjut oleh Saudara bersama guru-guru IPA lainnya dalam Program
Peningkatan Kompetensi Pembelajaran (PKP) di MGMP di Zona masing-
masing. Saudara bersama guru-guru lainnya perlu mengkaji dengan baik
semua komponen unit pembelajaran yang disajikan sehingga dapat
memudahkan Saudara mengimplementasikannya di kelas. Selain itu, saudara
dapat mengantisipasi kesulitan-kesulitan yang mungkin dihadapi.
Unit-unit pembelajaran dikembangkan agar memudahkan Saudara dalam
menyusun Rencana Pelaksanaan Pembelajaran (RPP). Hal ini karena aktivitas
pembelajaran yang disajikan merupakan acuan umum langkah pembelajaran
untuk mencapai masing-masing KD. Saudara perlu memerinci aktivitas
pembelajaran menjadi skenario di dalam RPP agar lebih mudah
diimplementasikan. Selain itu, Saudara masih perlu mengembangkan soal-soal
tes dan instumen penilaian lainnya yang berorientasi HOTS dengan mengacu
pada contoh yang disajikan.
Dalam melaksanakan kegiatan praktikum sesuai LKPD, Saudara dapat
memenuhi kebutuhan alat dan bahan yang digunakan dengan bahan-bahan
yang terdapat di lingkungan masing-masing (kontekstual). Begitu pula dalam
148
mengalokasikan waktu pembelajaran, saudara dapat menyesuaikannya.
Selain itu, Saudara dapat mengadaptasi langkah-langkah pembelajaran yang
disajikan di unit pembelajaran untuk mengembangkan RPP topik-topik
lainnya.
Selama mengimplementasikan unit-unit ini, Saudara perlu terus
merefleksikan dan mengevaluasi keefektifan, keberhasilan serta
permasalahannya. Permasalahan-permasalahan yang ditemukan dapat
langsung didiskusikan bersama guru lainnya, instruktur, kepala sekolah, atau
pengawas agar dapat dengan segera menemukan solusinya. Setiap
keberhasilan, permasalahan, dan solusi yang ditemukan selama pembelajaran
perlu Saudara tuliskan dalam bentuk karya tulis best practice atau lainnya.
Pada akhirnya, Saudara dapat melaksanakan pembelajaran dengan baik,
peserta didik mencapai hasil belajar yang optimal, sekaligus Saudara dapat
menghasilkan karya tulis yang berguna bagi pengembangan keprofesian.
Dalam rangka perbaikan dan pengembangan unit-unit lainnya, Kami
mengaharapkan saran, masukan, dan usulan penyempurnaan yang dapat
disampaikan kepada tim penulis melalui surat elektronik (e-mail).
Paket Unit Pembelajaran
Paket Judul Unit
149
_____________. (2016). Peraturan Menteri Pendidikan dan Kebudayaan Nomor 22
Tentang Standar Proses Pendidikan Dasar dan Menengah. Jakarta:
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia.
_____________. (2018). Peraturan Menteri Pendidikan dan Kebudayaan Nomor 37
Tentang Perubahan atas Peraturan Menteri Pendidikan dan
Kebudayaan. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
Republik Indonesia.
_____________. (2019, 06 26). Ayo, Kenali 5 Ciri yang Menunjukkan Dinamo
Ampere Mobil Bermasalah! Diambil kembali dari Ottospector:
https://otospector.co.id/5-ciri-dinamo-ampere-mobil-bermasalah/
Cutnell, J. J. (2012). Physics, 9th Edition. New York: John Wiley & Sons Inc.
Febrian, R. (2019, 06 26). Ini 6 Ciri Alternator Bermasalah. Diambil kembali
dari Carvaganza: https://carvaganza.com/ini-6-ciri-alternator-
bermasalah/
Giancoli, D. (2005). Physics: Principles with Applications 6th Edition. New
Jersey: Prentice Hall.
Halliday, D. R. (2014). Fundamentals of Physics Extended, 10th Edition. New
York: Wiley & Sons, Inc.
R.A. Serway, J. J. (2010). Physics for Scientists and Engineers with Modern
Physics, 8th Edition. California: Thomson Brooks/Cole.
Suharyanto. (2009). Fisika untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Pusat
Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
150
Viva, T. (2019, 06 19). Empat Penyebab Starter Mobil Tak Mau Berfungsi.
Diambil kembali dari VIVA.co.id:
https://www.viva.co.id/otomotif/mobil/830267-empat-penyebab-
starter-mobil-tak-mau-berfungsi
148