RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

TINGKAT SATUAN PENDIDIKAN : SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)MATA PELAJARAN : FISIKAKELAS/ SEMESTER : XII/ IALOKASI WAKTU : 8 × 50’STANDAR KOMPETENSI : Menerapkan konsep kelistrikan dan

kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi.

KOMPETENSI DASAR:

2. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi

INDIKATOR

A. Kognitif

1. Produk

a. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor lurus.

b. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor berbentuk

lengkung.

c. Menjelaskan prinsip kerja peralatan teknologi yang menerapkan konsep medan

magnet induksi.

d. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami berkas bermuatan listrik

di dalam medan magnet.

e. Menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik.

f. Menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep Gaya

Lorentz.

2. Proses

a. Menganalisis pengaruh besar dan arah arus listrik, bentuk konduktor, dan jarak

terhadap besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik.

b. Menyusun rencana kegiatan eksperimen sederhana

B. Psikomotor

1. Trampil menyusun rencana kegiatan eksperimen

2. Trampil melakukan kegiatan eksperimen Gaya Lorentz sesuai rencana yang telah

disusun

3

C. Afektif

1. Karakter

a. Hati-hati

b. Teliti

c. Jujur

d. Bertanggung jawab

e. Disiplin

f. Sabar

g. Rela berbagi

h. Demokratis

2. Kompetensi social

a. Bertanya

b. Menjawab pertanyaan

c. Menjadi pendengar yang baik

d. Memberikan tanggapan terhadap pendapat teman dan guru

e. Mengkritisi teman dan guru secara santun

TUJUAN PEMBELAJARAN

A. Kognitif

1. Produk

a. Siswa dapat menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan medan

magnet induksi yang terbangkit di sekitar arus listrik.

b. Siswa dapat menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar

kawat berarus listrik melalui eksperimen sederhana secara berkelompok.

c. Siswa mampu menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan besar dan

arah gaya Lorentz antar kawat berarus listrik, melalui eksperimen sederhana

secara berkelompok.

d. Siswa dapat menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik

melalui eksperimen sederhana secara berkelompok.

e. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan

konsep medan magnet induksi.

4

f. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan

konsep Gaya Lorentz.

2. Proses

a. Diberiukan alat, bahan dan format LKS, sehingga siswa dapat merancang dan

melaksanakan kegiatan eksperimen sederhana sesuai format LKS yang

diberikan.

b. Berdasarkan data-data yang diperoleh melalui kegiatan eksperimen, siswa

dapat menjelaskan besaran-besaran fisis yang mempengaruhi besar dan arah

gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik.

B. Psikomotor

Disediakan alat, bahan dan format LKS, siswa dapat merancang dan melakukan

kegiatan eksperimen untuk melihat pengaruh kuat arus listrik, arah arus listrik dan

jarak terhadap besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik.

C. Afektif

1. Karakter:

Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan

terlihat bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan karakter

ketelitian, kehati-hatian, kejujuran, kesabaran, sadar akan hak orang lain dan

demokratis.

2. Ketrampilan Sosial:

Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan

terlihat bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan prilaku

social bertanya, menjawab pertanyaan, menjadi pendengar yang baik,

memberikan tanggapan terhadap pendapat teman dan guru, mengkritisi teman dan

guru secara santun.

MATERI AJAR

A. Medan Magnet Induksi

1. Pengertian

Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya

masih dirasakan oleh magnet lain. Kuat medan magnet pada suatu ruang

ditentukan oleh kerapatan garis induksi. Dimana garis induksi merupakan garis

5

hayal yang bersinggungan dengan medan magnet di semua titik. Sedangkan arah

medan magnet antara dua kutup adalah dari kutup utara ke kutup selatan. Secara

sederhana diperlihatkan pada gambar berikut:

Gambar 1 Garis Induksi

Jumlah garis induksi yang menembus bidang secara tegak lurus tiap satuan luas:

(1)

Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis

induksi dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya.

(2)

B= rapat garis-garis induksi

= Permeabilitas zat itu.

Bila rapat garis induksi dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis

induksi ( ) yang menembus bidang seluar A m2 dan

mengapit sudut dengan kuat medan adalah :

= B.A Sin Weber (3)

2. Medan Magnet oleh Arus Listrik

1. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus

Terbangkitnya medan magnet di sekitar arus listrik diselidiki oleh Oersted, ahli

tersebut mengamati penyimpangan jarum kompas yang berada di dekat kawat yang

dialiri arus listrik. Arah penyimpangan jarum kompas relative terhadap arah arus

dapat ditentukan menggunakan aturan tangan kanan. Perhatikan gambar 2 berikut:

6

Gambar 2

Besar dan arah medan magnet induksi di sekitar penghantar listrik yang terentang

lurus diselidiki oleh dua ahli Biot dan Savart, yang dikenal dengan nama hukum

Biot Savart. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3 di bawah ini:

Gambar 3

Medan magnet oleh elemen penghantar sepanjang dl adalah:

dB = (4)

Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding

dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.

B = . (5)

B dalam W/m2

I dalam Ampere

a dalam meter

Jika kawat tidak panjang, maka medan magnet induksi dapat ditentukan

menggunakan bantuan gambar 4 berikut:

Gambar 4

7

Medan magnet induksi pada ririk yang berjarak a dari kawat adalah:

(6)

Contoh 1:

Kabel listrik terentang lurus sepanjang 4 meter, dialiri arus listrik 4 ampere.

Tentukan arah dan kuat medan magnet yang terbangkit pada titik A yang berada

pada jarak 3 meter dari salah satu ujungnya, seperti terlihat pada gambar 5.

θ2

Gambar 5

Penyelesaian:

θ1 = 900, θ2 = tan-1 (3/4) = 370

cos θ1 = 0 dan cos θ2 = 0,8.

Menurut persamaan (6), besar medan magnet induksi yang terbangkit pada titik A

adalah:

Dari gambar 5 terlihat arah arus listrik ke kanan. Menurut aturan tangan kanan arah

medan magnet pada titik A menjauhi bidang gambar.

2. Medan Magnetik di oleh Penghantar Berbentuk Lingkaran.

8

A

l = 4m I

a

θ1

r

Gambar 6

Perhatikan gambar 5, titik A pada sumbu kawat melingkar. Jika kawat

itu terdiri atas N lilitan, besarnya induksi magnetik di A dirumuskan :

B = . atau

B = . (7)

Arah medan magnet induksi ditentukan menggunakan aturan tangan kanan.

Medan magnet induksi di pusat kumparan, Dalam hal ini r = a dan = 900

Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.

B = . (8)

B dalam W/m2.

I dalam ampere.

N jumlah lilitan.

a jari-jari lilitan dalam meter.

Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.

B. Aplikasi Medan Magnet Induksi

1. Solenoide

Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral.

Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi

medan magnet dapat ditentukan dengan tangan. Perehatikan gambar 7

9

Gambar 7

Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang

solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah : atau n dx, n

banyaknya lilitan tiap satuan panjang di titik P. Bila 1 sangat besar

dibandingkan dengan a, dan p berada di tengah-tengah maka 1= 0 0 dan 2 =

180 0 Induksi magnetik di tengah-tengah solenoide :

(9)

Bila p tepat di ujung-ujung solenoide 1= 0 0 dan 2 = 90 0

(10)

Contoh 2:

Tentukan besar dan arah medan magnet induksi pada

pertengahan sumbu solenoid yang panjangnya 20 cm,

dialiri arus listrik 4 ampere dan terdiri dari 50.000 lilitan

per meter.

Penyelesaian:

Berdasarkan persamaan (9) besarnya medan magnet pada

pertengahsan sumbu solenoid adalah:

2. Toroida

Sebuah solenoide yang dilengkungkan sehingga sumbunya

membentuk lingkaran di sebut Toroida. Bila keliling sumbu toroida 1

dan lilitannya rapat, maka induksi magnetik pada sumbu toroida.

10

(11)

n dapat diganti dengan

N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida.

1. Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda

tersebut mengalami gaya.

2. Bila di ruang terdapat partikel/benda bermuatan, maka benda tersebut

mengalami gaya.

C. Gaya Magnetik

Muatan yang bergerak di dalam medan magnet mengalami penyimpangan atau

dibelokan gerakannya oleh medan magnet. Gejala ini yang diselidiki oleh Oersted.

Gaya yang dialami oleh muatan tersebut disebut gaya Lorentz, karena ahli inilah yang

berhasil mengukur secara cermat gaya interaksi antara arus dengan medan magnet

tersebut.

besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai :

F = B I sin (12)

F = gaya Lorentz.

B = induksi magnetik medan magnet.

I = kuat arus.

= panjang kawat dalam medan magnet.

= sudut yang diapit I dan B.

D. Gerakan Partikel Bermuatan di dalam Medan Magnet dan Medan Listrik

1. Spektograp Massa

Sebuah spektrograp massa menerapkan konsep menggerakan partikel

bermuatan di dalam gabungan medan listrik dan medan medaan magnet. Diatur

medan listrik, medan magnet dan kecepatan partikel bermuatan saling tegak lurus

satu dengan yang lainnya. Gerakan partikel bermuatan di dalam medan tersebut

11

juga menerapkan hukum Newton dalam memperhitungkan resultan gaya yang

bekerja pada partikel.

Massa partikel dihitung dengan menerapkan Hukum II Newton. Berdasarkan

hukum II newton, didapatkan informasi tentang massa partikel. Karena partikel

dengan massa berbeda akan mengalami percepatan berbeda di dalam medan listrik

dan medan magnet.

Bagan sebuah spektrograp massa diperlihatkan pada gambar 8:

Gambar 8Sumber: muh.burhan.students-blog.undip.ac.id

Berkas partikel bermuatan dari sumber S dilewatkan melalui celah S1

memasuki daerah yang diberi medan listrik yang mengarah ke bawah, berasal dari

dua keping sejajar dan medan magnet yang arahnya menuju bidang gambar; jadi

medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet . Gaya magnetic dan gaya

elektrostatis terhadap berkas partikel dibuat sama dan berlawanan arah sehingga,

berlaku hubungan

Fe = Fm atau

Sehingga arah gerakan partikel adalah seperti terlihat pada gambar 8. Sedangkan

besar kecepatan atau laju partikel di daerah antara celah S1 dan celah S2 adalah:

12

(13)

Keluar dari celah S2 partikel memasuki daeran yang hanya diberi medan magnet

yang arahnya tegak lurus terhadap arah kecepatan partikel. Arah gerakan partikel

ke kanan, sedangkan arah medan magnet menuju bidang gambar, yang berakibat

lintasan partikel berbentuk lingkaran. Di dalam ruang yang berisi medan magnet

ini gaya Lorentz terhadap partikel diimbangi oleh sentripetal. Gaya sentripetal

sama besar dan berlawanan arah dengan gaya Lorentz. Sehingga berlaku

hubungan:

. Dimana m adalah massa partikel, v laju yang berharga konstan, Q

muatan, dan B kuat medan magnet. Massa partikel tesebut adalah:

(14)

Laju partikel dapat disubstitusi dari persamaan (14), sehingga didapatkan massa

partikel: (15)

2. Siklotron

Aplikasi gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet

adalah siklotron. Penampang atas dari sebuah siklotron diperlihatkan pada gambar

9:

13

Gambar 9Sumber: Departements.knox.edu

Skema medan dan dan lintasan partikel di dalam siklotron disajikan pada gambar

10:

Gambar 10Sumber: Physics.rutgers.edu

Perhatikan gambar 10, arah medan magnet B dari bawah ke atas, karena kutub

utara terdapat di bawah dan kutub selatan berada di atas. Medan listrk berasal dari

generator DC yang memberikan beda potensial listrik terhadap kedua keeping

14

setengah lingkaran. Beda potensial inilah yang membasngkitkan medang listrik dan

menggerakan partikel bermuatan dengan arah seperti diperlihatkan oleh tanda

panah.

Berhubung arah gerak partikel terhadap medan magnet saling tegak

lurus, maka lintasan partikel berbentuk lingkaran. Sehingga berlaku persamaan

seperti pada spektograp massa. Dimana:

atau .

Proses Pembelajaran

A. Pertemuan Pertama

Kegiatan

Pembukaan

1. Memberikan motivasi awal kepada siswa dengan mendemonstrasikan pembuatan

medan magnet induksi. (Apersepsi)

2. Menyampaikan tujuan pembelajaran produk, proses, psikomotor, ketrampilan soaial,

dan karakter.(Invitasi)

Kegiatan Inti

1. Menyampaikan informasi tentang medan magnet induksi dilengkapi dengan contoh cara

menentukan medan magnet di sekitar arus listrik.

2. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran-

besaran yang menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik.

(Konfirmasi)

4. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang dan memberi

15

penjelasa agar di dalam kelompok siswa bekerjasama mengerjakan latihan soal yang

terdapat di dalam lembar kerja dan membuat penjelasan terhadap hasil analisis

kelompok terhadap satu aplikasi medan Magnet induksi di dalam industri. (Klarifikasi)

5. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan

masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami, mengkaji

lebih dalam dengan baik solusi dari setiap tugas yang harus mereka selesaikan saat

kerja kelompok. (kolaborasi, eksplorasi, dan elaborasi)

6. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain

menyampaikan hasil diskusi kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi

mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan.

(Klarifikasi)

Penutupan

1. Melalui penerapan metode diskusi kelas guru menuntun siswa untuk menysun resume

materi pelajaran tentang medan magnet induksi (Klarifikasi dan kolaborasi)

2. Menyampaikan materi ajar pada pertemuan berikutnya.

3. Membagikan pekerjaan rumah menganalisis minimal 1 aplikasi medan magnet induksi

pada sebuah produk teknologi.

4. Mengucapkan salam penutup.

B. Pertemuan Kedua

Kegiatan

Pembukaan

1. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran pada pertemuan sebelumnya medan

magnet induksi, cara membuat, besaran yang mempengaruhi besar dan arah medan

magnet induksi, serta aplikasinya dalam industry; serta kaitannya dengan kegiatan

pembelajaran hari ini. (Klarifikasi)

2. Menyampaikan tujuan pelajaran (Invitasi)

Kegiatan Inti

1. Mengorganisasikan siswa dalam kelompok kooperatif sesuai dengan pembagian yang

sama dengan pertemuan pertama.

2. Membagikan format Lembar Kerja eksperimen sederhana, set peralatan dan bahan

untuk melakukan kegiatan eksperimen medan magnet induksi. Memberikan

penjelasan target kerja kelompok dan cara mencapai tujuan kerja kelompok.

16

(Klarifikasi)

3. Memandu kelompok untuk merencanakan kegiatan eksperimen sederhana, secara

berkolaborasi di dalam kelompok, dengan cara mengisi format LKS yang sudah

tersedia. (Kolaborasi dan elaborasi)

4. Memantau kerja kelompok untuk melakukan eksperimen sederhana tentang medan

magnet di sekitar kawat berarus listrik. Saling berbagi tanggung jawab, memberi

kesempatan kepada teman satu kelompok, bekerja dengan sabar, teliti, dan hati-hati.

Guna memastikan tidak ada siswa yang menominasi peran atau sebaliknya tidak ikut

berpartisipasi. (Klarifikasi)

5. Membimbing siswa untuk mencatat data hasil pengamatan secara benar dan tepat.

6. Membimbing kelompok berdiskusi , saling bertukar pendapat secara adil untuk

melakukan analisis data hasil eksperimen yang telah dicatat.

7. Membimbing kelompok untuk merumuskan kesimpulan.

9. Memberikan kesempatan pada masing-masing kelompok untuk menyampaikan

kesimpulannya, secara bergantian. Kelompok yang tidak presentasi mendengarkan

dengan baik apa yang disampaikan temannya. (Klarifikasi)

10. Memberi kesempatan kepada siswa untuk kembali pada posisi tenpat duduk klasikal

dan bersiap untuk mengikuti quiz.

Penutupan

1. Memandu siswa untuk membuat resume.

2. Membagikan lembar jawaban Quiz

3. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk mengerjakan Quiz

4. Memberikan pekerjaan rumah berupa penuntasan penyelesaian tugas laporan

kegiatan eksperimen dan menganalisis tiga contoh aplikasi medan magnet indukasi

dalam teknologi. (eksplorasi dan elaborasi)

5. Mengucapkan salam penutup.

C. Pertemuan Ketiga

Kegiatan

Pembukaan

1. Mengucapkan salam pembuka

2. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran sebelumnya dan kaitannya

dengan materi pelajaran hari ini. (Klarifikasi)

17

3. Menyampaikan tujuan pembelajaran (Invitasi)

Kegiatan Inti

1. Menyampaikan hasil penilaian kelompok pada saat kerja diskusi dan dan quiz, serta

memberi penghargaan kepada siswa dan kelompok terbaik.

2. Menyampaikan informasi tentang gaya magnetic (gaya Lorentz) dilengkapi dengan

contoh cara menentukan besar arah gaya Lorentz, melalui metode diskusi kelas.

(Kolaborasi dan Klarifikasi)

3. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran-

besaran yang menentukan besar dan arah gaya Lorentz. (Klarifikasi)

4. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk bertanya tentang materi ajar yang

belum dipahami.

5. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang sesuai

dengan kelompok pada pertemuan kedua, untuk bekerjasama melakukan kegiatan

eksperimen sederhana tentang gaya Lorentz.

6. Membagikan format LKS eksperimen dan set eksperimen yang dilengkapi dengan

penjelasan target kerja kelompok dan cara pencapaiannya. (Klarifikasi)

7. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan

masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami

dengan baik merencanakan dan melakukan eksperimen sederhana tentang Gaya

Lorentz. (Kolaborasi dan elaborasi)

8. Memberikan rambu-rambu untuk menyusun laporan kegiatan eksperimen tentang

gaya Lorentz. (Invitasi)

7. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain

menyampaikan hasil kerja kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi

mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan.

Penutupan

1. Melakukan diskusi kelas untuk menyusun rangkuman tentang Gaya Lorentz.

2. Memberikan tugas rumah, untuk menganalisis minimal 1 aplikasi Gaya Lorentz

dalam bidang industri. (Elaborasi)).

3. Menyampaikan rencana kegiatan pembelajaran pada pertemuan berikutnya, yaitu tes

formatif tentang medan magnet induksi dan Gaya Lorentz.

E. Pertemuan Keempat

18

Pembukaan

1. 1. Mengucapkan salam pembuka

2. 2. Mengkondisikan kelas supaya siswa siap mengerjakan tes formatif.

Kegiatan Inti

1. Membagikan soal formatif

2. Memberikan waktu kepada siswa untuk mengerjakan tes formatif. Sambil

mengamati siswa bekerja, untuk meyakinkan siswa bekerja secara mandiri.

Penutupan

1. Mengumpulkan lembar jawaban siswa

2. Menyampaikan jawaban tes formatif (Klarifikasi))

3. Menyampaikan salam penutup.

MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN

Model Pembelajaran : Pembelajaran Kooperatif

Metode Pembelajaran: Diskusi Kelas, Diskusi kelompok dan eksperimen

SUMBER PEMBELAJARAN

1. Silabus

2. Lembar Kerja Siswa

3. Power Point

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standar Nasional Pendidikan (BSNP), 2007, Model Silabus dan Rencana

Pelaksanaan Pembelajaran, Jakarta.

Tipler, Paul A, 1991, IPA untuk IPA dan Teknik Edisi ketiga Jilid 1 (terjemahan oleh Prasetio, Lea dan Adi, Rahmad W), Jakarta: Erlangga,.

I Made Atra, Fisika untuk SMA, 2009, Jakarta: PT. Piranti.

19

LEMBAR KERJA SISWA

A. Tujuan Kegiatan

Menganalisis pengaruh besar arus, arah arus dan jarak terhadap besar dan arah Gaya Lorentz.

B. Teori Singkat

Baca sumber belajar anda dan tulis definisi dari Gaya Lorentz, besaran-besarean fisis

yang menentukan besar dan arahnya, serta aplikasi Gaya Lorentz dalam produk teknologi,

pada tempat di bawah ini:

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

20

________________________________________________________________________

C. Alat dan Bahan

1. Pilih alat dan bahan yang diperlukan untuk mencapai tujuan eksperimen !

2. Tulis nama, spesifikasi dan jumlah alat dan bahan yang dibutuhkan! Pada tempat di

bawah ini:

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

D. Rumusan Masalah: Bagaimanakah pengaruh arah arus, besar arus listrik dan jarak

terhadap besar dan arah Gaya Lorentz antar dua penghantar?

Hipotesis : Tulis hipotesis anda tentang hubungan antara:

- Arah arus dengan besar dan arah gaya Lorentz

- Kuat arus listrik dengan besar dan arah gaya Lorentz

- Jarak terhadap besar dan arah Gaya Lorentz

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Kegiatan Pertama:

Variabel: - Variabel Tetap : Kuat arus listrik dan jarak antar kawat

-Variabel Bebas : Arah arus listrik

21

- Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz

Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk

menganalisis hubungan antara kuat arus dan Gaya Lorentz

antar dua kawat berarus.

E. Percobaan

1. Pengaruh Besar dan Arah Arus Listrik terhadap Besar dan arah Medan Magnet

Induksi

a. Cara Kerja

1) Buat rangkaian seperti gambar berikut:

2) Atur hubungan catu daya dengan kedua kawat penghantar, sehingga anda

mengetahui arah arus listrik pada kedua kawat (se arah atau berlawanan arah).

3) Tutup saklar dan amati apa yang terjadi pada kedua penghantar (bila tidak

teramati, perbesar kuat arus). Tandai dan catat apa yang terjadi pada table.

4) Balik arah arus listrik pada salah satu kawat, amati dan catat apa yang terjadi pada

kedua penghantar tersebut pada table berikut:

Pengaruh Arah arus listrik terhadap Gaya Lorentz

No Jarak Antar

Kawat (cm)

Arah Arus Listrik Arah Simpangan

Kawat Pertama Kawat Kedua

1 1 s/d 3 cm P ke Q P’ ke Q’ Saling mendekati

2 1 s/d 3 cm P ke Q Q’ ke P’ Saling menjauhi

Kegiatan Kedua:

Variabel: - Variabel Tetap : Arah arus dan jarak antar kawat

22

CatudayaS

P Kawat Penghantar 2 Q Q

A

P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’

A

-Variabel Bebas : Kuat arus listrik

- Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz

Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk

menganalisis hubungan antara arah arus dan Gaya Lorentz

Cara Kerja:

1) Buat rangkaian seperti gambar berikut:

2) Atur hubungan catu daya dengan kedua kawat penghantar, sehingga anda

mengetahui arah arus listrik pada kedua kawat (se arah atau berlawanan arah).

3) Atur posisi tombol catu daya untuk mendapatkan besar pada kedua kawat

penghantar listrik, sesuai kebutuhan (ingat mulailah dari nilai yang kecil).

4) Buat garis lurus sejajar kawat, persis pada pertengahan jarak kedua kawat.

Catat besar kuat arus yang terbaca pada masing-masing amperemeter (A).

5) Amati dan catat keadaan kedua kawat penghantar (sama-sama lurus atau

melengkung?). Bila melengkung tandai dengan pensil untuk mengetahui arah

dan besar simpangan kedua kawat.

6) Lakukan langkah 4) dan 5) sebanyak lima kali dengan cara memperbesar arus

yang berbeda dan masukan datanya ke dalam tabel berikut:

Hubungan Kuat Arus dan Gaya Lorentz

No. Jarak Antar

Kawat cm

Arah Arus pada Kawat

Kuat Arus Kawat

Kuat Arus Kawat

Arah dan Besar Simpangan

Pertama Kedua Pertama I1

(mA)Kedua I2

(mA)12

23

CatudayaS

P Kawat Penghantar 2 Q Q

A

P’ Kawat Penghantar 1 Q’ Q’

A

345

Kegiatan Ketiga: Pengaruh Jarak terhadap Besar Gaya Lorentz

Variabel: - Variabel Tetap : Besar dan arah arus listrik

-Variabel Bebas : Jarak antar kawat penghantar

- Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz

Perencanaan Eksperimen: Anda diminta untuk melaksanakan eksperimen untuk

menganalisis hubungan antara jarak antar kawat dan Gaya

Lorentz.

a. Cara Kerja

1) Buat rangkaian seperti gambar berikut:

2) Catat jarak antar kawaat penghantar (pilih jarak terbesar, misalnya 5 cm).

3) Buat garis lurus pada pertengahan jarak kedua kawat pada pertengahan panjang

penghantar.

4) Pilih harga kuat arus dan arahnya pada kedua kawat penghantar, dengan

mengatur tombol catu daya.

5) Tutup saklar. Catat simpangan yang terjadi pada kedua kawat.

6) Lakukan pengukuran untuk lima ukuran jarak berbeda.

7) Catat hasil pengukuran pada table berikut:

Pengaruh Jarak terhadap Gaya Lorentz

No Arah Arus Pada

Kawat

Kuat Arus (mA) Jarak (cm) Simpangan

(cm)

Pertama Kedua Pertama Kedua

1 P ke Q P’ ke Q’

24

CatudayaS

P Kawat Penghantar 2 Q Q

A

P Kawat Penghantar 1 Q’ Q

A

2

3

4

5

6 P ke Q Q’ ke P’

7

8

9

10

Analisis

1. Bagaimana pengaruh arah arus listrik terhadap arah simpangan kawat penghantar?

2. Lukis grafik hubungan kuat arus terhadap simpangan kawat penghantar, Berdasarkan

grafik yang diperoleh, rumuskan hubungan antara kuat arus dengan simpangan kawat

penghantar.

3. Lukis grafik hubungan jarak (d) terhadap besar simpangan kawat penghantar.

Berdasarkan grafik tersebut jelaskan hubungan antara jarak terhadap simpangan.

KESIMPULAN:

1. Apakah Hipotesis anda diterima?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

2. Bagaimana kesimpulan anda dari percobaan yang telah dilakukan?

3. Amati 3 aplikasi medan magnet induksi dalam industri dan jelaskan prinsip kerjanya!

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

25

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

KUNCI LKS GAYA LORENTZ

Rumusan Masalah: Bagaimanakah pengaruh arah arus, besar arus listrik dan jarak

terhadap besar dan arah medan magnet induksi pada suatu titik?

Hipotesis : - Arah gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik tergantung pada arah

arus listrik pada kedua kawat.

- Besar gaya lorentz berbanding lurus dengan besarnya kuat arus

listrik.

- Besar gaya Lorentz berbanding terbalik dengan jarak kedua

penghantar.

26

Alat dan Bahan yang dipilih:

Catu daya 1 bh

Kabel penghubung 8 bh

Katrol tetap 4 bh

Saklar 1 bh

Amperemeter 2 bh

Mistar 1 bh

Kawat penghantar 2 x 2 meter

Kegiatan Pertama:

Variabel: - Variabel Tetap: Kuat arus listrik dan jarak antara penghantar dengan

-Variabel Bebas: Arah arus listrik

- Variabel yang Merespon: Simpangan kawat (besar dan arah gaya Lorentz)

Hasil Pengamatan:

1. Pengaruh Arah arus listrik terhadap Gaya Lorentz

No Jarak Antar

Kawat (cm)

Arah Arus Listrik Arah Simpangan

Kawat Pertama Kawat Kedua

1 1 s/d 3 cm P ke Q P ke Q Saling mendekati

2 1 s/d 3 cm P ke Q Q ke P Saling menjauhi

27

Kegiatan Kedua:

Variabel: - Variabel Tetap : Arah arus dan jarak antar kawat

-Variabel Bebas : Kuat arus listrik

- Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz

Hasil Pengamatan:

2. Pengaruh Kuat Arus Listrik terhadap gaya Lorentz

No. Arah Arus Kuat Arus Kawat Pertama I1 (mA)

Kuat Arus Kawat Pertama I2 (mA)

Arah Simpangan

1 Se arah atau berlawanan2

345Catatan: 1) I1 dan I2 diisi sesuai dengan harga yang dipilih pada saat kegiatan yang mampu

memperlihatkan terjadinya simpangan pada kedua kawat penghantar.

2) Arah simpangan ke dalam bila arus kea rah yang sama dank e luar atau saling

menjauhi apabila arah arus pada kedua penghantar berlawanan,

Kegiatan Ketiga: Pengaruh Jarak terhadap Besar Gaya Lorentz

Variabel: - Variabel Tetap : Besar dan arah arus listrik

-Variabel Bebas : Jarak antar kawat penghantar

- Variabel yang Merespon : besar dan arah Gaya Lorentz

Hasil Pengamatan:

3. Pengaruh Jarak terhadap Gaya Lorentz

No Arah Arus Pada

Kawat

Kuat Arus (mA) Jarak (cm) Simpangan

(cm)

Pertama Kedua Pertama Kedua

1 P ke Q P’ ke Q’

28

2

3

4

5

6 P ke Q Q’ ke P’

7

8

9

10

Catatan : 1) Kuat arus bebas dipilih, dengan syarat pada jarak terbesar yang dipilih masih

terlihat simpangan pada kedua kawat penghantar.

ANALISIS:

1. Arah arus listrik pada kedua kawat menentukan arah simpangan pada kedua kawat

tersebut. Bila arah pada kedua kawat sama maka akan terjadi gaya tarik menarik antara

kedua kawat, bila sebaliknya akan terjadi gaya tolak menolak.

2. Grafiknya berupa grafik lurus yang menunjukan hubungan linier antara kuat arus dengan

besar gaya interaksi pada kedua kawat.

3. Grafiknya berupa garis lengkung yang menunjukan hubungan bahwa gaya interaksi

berbanding terbalik dengan jarak.

KASIMPULAN:

1. Apakah hipotesis anda diterima? Jawab : ya diterima

2. Bagaimana kesimpulan anda?

a. Melengkunganya kawat penghantar menunjukan adanya gaya Lorentz pada kedua

kawat.

b. Gaya Lorentz berupa gaya tarik menarik bila arus pada kedua kawat se arah,

sebaliknya berupa gaya tolak menolak bila arah arus pada keduanya berlawanan arah

c. Semakin besar kuat arus semakin besar pula gaya Lorentz.

d. Semakin besar jarak pemisah kedua kawat penghantar semakin kecil gaya Lorentz

antar kedua kawat.

29

3. Aplikasi Gaya Lorentz dalam Industri:

Spektograp massa, dimana gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan

magnet digunakan untuk menentukan perbandingan muatan dengan massa suatu partikel.

Dianalisis dengan menghitung resultan gaya pada partikel dan menerapkan hukum

Newton tentang gerak.

Daftar Pustaka:

Tabel Spesifikasi Lembar Penilaian

Indikator LP dan Butir Soal Kunci LP dan Butir Soal

Kognitif :

1. Produk

a. Menentukan besar dan arah

medan magnet induksi oleh

konduktor lurus.

b. Menentukan besar dan arah

medan magnet induksi oleh

konduktor berbentuk

LP1 : Produk

Butir 1

Butir 2

LP1 : Produk

Butir 1

Butir 2

30

lengkung.

c. Menjelaskan prinsip kerja

peralatan teknologi yang

menerapkan konsep medan

magnet induksi.

d. Menentukan besar dan arah

gaya Lorentz yang dialami

berkas bermuatan listrik di

dalam medan magnet.

e. Menentukan besar dan arah

gaya antar dua kawat

berarus listrik

f. Menjelaskan prinsip kerja

produk teknologi yang

menerapkan konsep Gaya

Lorentz.

Butir 3

Butir 4

Butir 5

Butir 6

Butir 3

Butir 4

Butir 5

Butir 6

2. Proses

a. Menganalisis pengaruh besar

dan arah arus listrik, bentuk

konduktor, dan jarak

terhadap besar dan arah

medan magnet induksi di

sekitar arus listrik.

b. Menyusun rencana kegiatan

dan melaksanakan kegiatan

eksperimen tentang gaya

Lorentz.

LP2 : Proses:

Pembelajaran di kelas

(diskusi kelompok dan

diskusi kelas)

Eksperimen di

laboratorium

Dipercayakan pada

judgement penilai/ Guru

Psikomotor:

1. Trampil menyusun rencana

kegiatan eksperimen

LP3: Psikomotor

Kegiatan eksperimen di

laboratorium

Kunci LP 3: Psikomotor

Kegiatan eksperimen di

laboratorium

31

2. Trampil melakukan kegiatan

eksperimen Gaya Lorentz

sesuai rencana yang telah

disusun.

Karakter:

1) Hati-hati, 2) Teliti, 3)

Jujur, 4) Bertanggung jawab, 5)

Disiplin, 6) Sabar, 7) Rela

berbagi, dan 8)

Demokratis.

LP4 Karakter:

RTK 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

dan 8

Seluruh RTK terlihat

berubah kea rah yang lebih

mencerminkan karak

seorang guru.

Kompetensi social:

1) Bertanya,

2) Menjawab pertanyaan,

3) Menjadi pendengar yang

baik, 4) Memberikan tanggapan

terhadap pendapat teman dan

guru, dan 5)

Mengkritisi teman dan guru

secara santun

LP5 Ketrampilan Sosial:

Sosial RTK 1, 2, 3, 4,

dan 5

Setelah kegiatan

pembelajaran berakhir

semua komponen RTK

tersebut menunjukan

terjadinya peningkatan.

LP 1 PRODUK

1. Seutas kawat listrik PLN terentang sepanjang 20 meter di udara pada ketinggian 25

meter. Kawat tersebut membawa arus listrik sebesar 20 ampere. Tentukan besar dan

arah medan magnet induksi per satuan panjang yang terbangkit pada permukaan tanah

pada pertengahan panjang kawat tersebut. Diketahui pemeabilitas udara µ0 = 4π × 10-7

N/A2.

2. Sebuah mainan berbentuk kipas (perhatikan gambar), dialiri arus listrik sebesar 2

ampere.

32

OA B

C

D

I

R2

R1

Tentukan besar dan arah medan magnet induksi di titik O.

3. Jelaskan prinsip kerja inductor!

4. Berkas partikel alfa disorotkan ke dalam ruang berisi medan magnet 0,6 Wb/m2

dengan laju 5× 106 m/s tegak lurus terhadap arah gerakan partikel. Tentukan pembelokan

yang dialami partikel setelah bergerak sejauh 10 cm di dalam ruang tersebut.

5. Dua utas kawat listrik sebuah bangunan terpasang sejajar pada jarak 30 cm dan masing-

masing membawa arus listrik sebesar 4 ampere. Tentukan gaya per satuan panjang yang

dialami kedua kawat tersebut! Apakah gaya tersebut gaya tarik atau gaya tolak?

6. Jelaskan prinsip kerja dari sebuah syklotron!

Kunci LP 1: Produk

Butir 1

Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan menerapkan konsep medan magnet induksi oleh

penghantar lurus. Untuk memudahkan perhitungan dapat dibantu dengan gambar berikut:

θ

.

33

25 m

P

I

Menurut aturan tangan kanan, sesuai dengan arah arus pada gambar di atas, arah medan

magnet induksi pada titik P yang berada pada pertengahan kawat di permukaan tanah di

bawahnya adalah: menembus bidang gambar, tepatnya adalah melintas tegak lurus terhadap

kawat, sehingga apabila ada orang berdiri di bawah rentangan kawatb tersebut maka medan

magnet tersebut akan menembus tubuhnya.

Besar medan magnet induksi per satua panjang yang terbangkit pada titik P dapat dihitung

menggunakan rumus:

Karena titik P bera pada pertengahan panjang kawat, maka θ1 = -θ2 = tan-1(10m/25 m) = 140.

Cos(θ) = - Cos (-θ), Cos(14) = 0,9703

Maka Cos(θ) - Cos (-θ) = 2 Cos (θ) = 1,9406

Sehingga besarnya medan magnet induksi adalah 1,5525 × 10-7 N/Am =

B = 1,5525 × 10-7 Wb/m2.

Butir 2

Bentuk kipas dapat dipandang sebagai gabungan bentuk seperempat lingkaran dan dua

segmen lurus. Relatif terhadap titik O, posisi segmen penghantar lurus memiliki arah sejajar

vector posisi. Sehingga segmen lurus tidak memberikan kontribusi medan magnet induksi.

Sehingga medan magnet induksi hanya dikontribusi oleh dua segmen berbentuk seperempat

lingkaran.

Arah medan magnet oleh kipas tersebut, menurut aturan tangan kanan oleh lengkungan luar

menjauhi bidang gambar, sedangkan oleh lengkungan dalam menuju bidang gambar. Jadi

saling melemahkan. Total Medan B tergantung pada perbandingan radius keduanya.

Besar medan magnet induksi dapat dihitung menggunakan rumus:

34

B = .

Butir 3

Sebuah inductor terbuat dari kawat penghantar yang dibuat berbentuk lilitan atau kumpatan.

Dibuat untuk menggandakan penampang lingkaran yang bertujuan untuk mendapatkan

medan magnet induksi yang yang besar sesuai keperluan. Apabila inductor dilalui arus listrik,

akan terbangking medan magnet induksi di dalam kumparan. Besarnya medan magnet

tersebut dapat dihutung menggunakan persamaan medan magnet oleh lingkaran dan dikalikan

dengan jumlah lilitan. Bila ingin medan yang lebih besar lagi, ke dalam kumparan disipkan

besi lunak yang dapat memperkuat medan magnet yang terbangkit.

Butir 4

Gerakan partikel alpha di dalam medan magnet dapat diselesaikan menggunakan bantuan

gambar berikut:

35

X X X

X X B X

X X X l

S

Tanda kali menunjukan arah medan magnet B menuju bidang gambar. Partikel alpha yang

tidak lain adalah inti atom helium bermuatan positif, bergerak dengan kecepatan v ke kanan.

S = 10 cm dan B = 0,6 Wb/m2. Muatan partikel tersebut adalah Q = 3,2 × 10-19 C. dan

massanya 4 kali massa proton, yaitu 4 × 9,31 × 10-27 kg.

Gaya Lorentz yang membelokan gerak partikel ke atas adalah:

F = 9,6 × 10-13 N.

Percepatan partikel menuju ke atas adalah:

a = F/m = (9,6 × 10-13N)/ 9,31 × 10-27 kg = 1,055 × 1014 m/s2.

Setelah bergerak sejauh 20 cm

Waktu yang dibutuhkan partikel adalah:

= 4,22 × 10-4 m.

Partikel menimpang sejauh 0,04 cm dari arah semula.

Butir 5

Gaya Lorentz antar dua kawat berarus listrik terjadi karena salah satu kawat membangkitkan

medan magnet pada posisi dimana kawat yang di sebelahnya berada. Selanjutnya medan ini

yang memberikan gaya Lorentz terhadap kawat tersebut. Sehingga besarnya Gaya Lorentz

antar dua kawat tersebut per satuan panjang adalah:

.

36

Bila arus pada kedua kawat sama, maka gaya tersebut adalah gaya tarik menarik.

Butir 6

Sebuah syklotron terbuat dari ruang yang memberikan perlakuan terhadap berkas partikel

yang bergerak di dalam medan magnet. Partikel tersebut diperlambat menerapkan prinsip

gaya Lorentz yang dikombinasi dengan gaya elektrostatis. Akibat perlambatan tersebut

partikel memancarkan berkas elektromagnetik. Frekuensi spectrum yang dihasilkan

ditentukan oleh nilai perlambatan dari gerakan berkas di dalam medan.

LP 2: Proses

Prosedur:

1. Siapkan alat dan bahan sesuai LKS yang digunakan oleh guru

2. Beri siswa tugas untuk membuktikan sebuah hipotesis tentang pengaruh kuat arus dan

jarak terhadap gaya Lorentz.

3. Siswa diminta melakukan percobaan sesuai dengan petunjuk yang terdapat di dalam

LKS.

37

4. Siswa diminta untuk mencatat hasil pengamatan pada tempat yang tersedia di dalam

LKS

5. Penentuan skor siswa mengacu pada format yang terdapat pada btabel di bawah ini

6. Beritahukan siswa tentang komponen penilaian sebelum mereka di suruh bekerja

7. Siswa diperbolehkan mengases sendiri kinerjanya, sehingga bisa mengukur

kemampuan masing-masing.

Format Asesmen Kinerja Proses

No Aktivitas Skor

Maksimum

Skor Asesmen Oleh

Siswa Sendiri Guru

1 Merumuskan hipotesis 5

2 Mengidentifikasi variabel tetap 10

3 Mengidentifikasi variable bebas 5

4 Mengidentifikasi variable yang

merespon

5

5 Mencatat data pada tempatnya 20

6 Melakukan analisis data hasil

pengamatan

25

7 Menyusun kesimpulan 15

8 Menyusun penjelasan aplikasi 15

Skor Total 100

Jakarta, 2011

Siswa Guru

( ) ( )

LP 3: PSIKOMOTOR (Eksperimen di Laboratorium)

Prosedur

1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan oleh siswa.

2. Tugasi perwakilan kelompok siswa untuk memilih alat dan bahan yang dibutuhkan.

3. Beri siswa waktu yang cukup untuk melakukan kegiatan eksperimen sesuai LKS.

4. Tentukan skor siswa sesuai dengan format asesmen kinerja pada table di bawah ini.

38

5. Berikan format asesmen kepada semua kelompok sebelum kegiatan eksperimen

dimulai.

6. Beri siswa kesempatan untuk mengases diri sendiri menggunakan format yang telah

mereka terima.

Format Asesmen Kinerja Psikomotor

No Aktivitas Skor

Maksimum

Skor Asesmen Oleh

Siswa Sendiri Guru

1 Memilih alat dan bahan 15

2 Membuat rangkaian secara benar 35

3 Melakukan pengamatan dan

pengukuran berulang dengan variasi

kuat arus

25

4 Melakukan pengamatan dan

pengukuran berulang dengan variasi

jarak

25

Skor Total 100

Jakarta, 2011

Siswa Guru

( ) ( )

LP 4: KARAKTER

Format pengamatan Prilaku Berkarakter

Nama Siswa : …………………………………………………….

Kelas : …………………………………………………….

Tanggal : …………………………………………………….

39

Petunjuk:

Untuk setiap perilakuk berkarakter di dalam tabel berikut ini yang teramati, beri penilaian

menggunakan criteria:

A = sangat baik B = baik

C = menunjukan kemajuan D = perlu perbaikan

No Rincian Tugas Kinerja

(RTK)

Kategori Penilaian Keterangan

A B C D

1 Hati-hati

2 Teliti

3 Jujur

4 Bertanggung jawab

5 Disiplin

6 Sabar

7 Rela berbagi

8 Demokratis

Jakarta, 2011

Pengamat,

( )

LP 5: KETRAMPILAN SOSIAL

Format Pengamatan Ketrampilan Sosial

Nama Siswa : …………………………………………………….

Kelas : …………………………………………………….

Tanggal : …………………………………………………….

40

Petunjuk:

Untuk setiap ketrampilan social yang terdapat di dalam table berikut ini, beri penilaian

kepada siswa menggunakan format berikut:

No Rincian Tugas Kinerja

(RTK)

Kategori Penilaian Keterangan

A B C D

1 Bertanya

2 Menjawab pertanyaan

3 Menjadi pendengar yang baik

4 Memberikan tanggapan

5 Mengkritisi teman dan guru

secara santun

Jakarta, 2011

Pengamat,

( )

41