12 SMK ISLAM PB SOEDIRMAN 1

MODUL

FISIKA

UNTUK SMK KELAS

12

SMK ISLAM PB SOEDIRMAN 1

Oleh RUDY DJATMIKO, S.Si

NAMA

: ...

KELAS

: ...

ALAMAT :

_...

...

...

No Telp

: ...

E-Mail

: ...

WebSite : ...

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, dengan Ilmu-Nya yang Maha Luas, serta kemurahan hatinya, hingga kumpulan Modul Fisika untuk Siswa SMK kelas 12 ini dapat diselesaikan.

Modul Fisika SMK Kelas 12 ini disusun sesuai dengan Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan Mata Pelajaran Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) / Madrasah Aliyah Kejuruan (MAK). Karenanya materi yang diuraikan dalam modul ini tidak akan melenceng dari tujuan kurikulum.

Materi dalam Modul Fisika Smk Kelas 12 ini disajikan dengan seringkas dan sejelas mungkin. Hal ini dimaksudkan agar Siswa bisa lebih cepat menangkap inti dari materi yang sedang dipelajari.

Kritik dan saran sangat Penulis harapkan demi kesempurnaan modul ini. Kritik dan saran dapat disampaikan melalui email rudyjatmiko@yahoo.com. Semoga modul ini dapat menghantarkan Siswa SMK menuju sukses.

Jakarta, 01 Agustus 2013 Penulis

DAFTAR ISI

BAB. 1.

KEMAGNETAN

A. Sifat Magnet ... 1 B. Medan Magnet ... 2 C. Gaya Magnet ... 5 D. Induksi Elektromagnet ... 6 E. Gelombang Elektromagnetik ... 10

BAB. 2.

OPTIK

A. Optika Geometri ... 22

B.

Pembiasan Pada Lensa ... 26

C.

Alat-Alat Optik ... 28

BAB. 3.

LISTRIK STATIS DAN DINAMIS

A. Gaya Listrik ... 42

B. Medan Listrik ... 43

C. Hukum Gauss ... 44

D. Potensial Listrik ... 45

E. Kapasitor ... 47

BAB. 4.

LISTRIK ARUS SEARAH

A. Hukum Khirchoff ... 57

B. Hukum Ohm ... 61

C. Daya Dan Energi Listrik ... 61

BAB. 5.

ARUS BOLAK-BALIK

A. Arus Bolak-Balik ... 73

B. Impedansi, Tegangan, dan Arus Bolak-Balik ... 74

1

BAB 1

KEMAGNETAN

STANDAR KOMPETENSI

• Menerapkan konsep magnet dan elektromagnet

KOMPETENSI DASAR

Menguasai konsep kemagnetan

Menguasai hukum magnet dan elektromagnet Menggunakan magnet

Menggunakan elektromagnet

A.

SIFAT MAGNET

1. Garis Gaya Magnet

Semua magnet mempunyai kutub yang berlainan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Dua kutub yang senama akan tolak menolak, sedang dua kutub yang berbeda akan tarik menarik.

Di sekitar magnet akan terdapat medan magnet yang digambarkan sebagai suatu garis gaya magnet. Semakin jauh, semakin kecil besar medan magnetnya dan semakin sedikit jumlah garis gaya magnetnya. Arah garis gaya magnet adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.

2. Sifat Magnetik Bahan

Bahan magnetik dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu bahan ferromagnetic, bahan paramagnetic, dan bahan diamagnetic.

a. Bahan Ferromagnetic

bahan ferromagnetic adalah bahan yang sangat mudah dipengaruhi oleh medan magnet. Bahan ini dapat dijadikan sebagai magnet permanent. Contoh bahan ferromagnetic yaitu: besi, baja, nikel, kobal.

b. Bahan Paramagnetic

bahan paramagnetic adalah bahan yang tidak mudah dipengaruhi oleh medan magnet. Bahan ini tidak dapat dijadikan magnet permanent. Contoh bahan paramagnetic yaitu: mangan, platina, aluminium, timah.

c. Bahan Diamagnetic

bahan diamagnetic adalah bahan yang tidak dapat dipengaruhi oleh medan magnet. Contoh bahan diamagnetic yaitu: bismuth, timbal, perak, emas, tembaga.

2

B.

MEDAN MAGNET

1. Medan Magnet dan Arus Listrik

Menurut

Christian Oersted

(1777 – 1851): di sekitar arus listrik terdapat medan magnet.

Arah garis gaya yang dihasilkan di sekitar arus listrik tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

2. Rumus Biot-Savart

Menurut Biot-Savart: besarnya induksi magnetik di sebuah titik P yang berjarak r dari sebuah elemen arus yang panjangnya ∆l

adalah:

• Berbanding lurus dengan kuat arus

• Berbanding lurus dengan panjang elemen arus

• Berbanding lurus dengan sinus sudut antara garis singgungnya pada elemen arus dengan garis penghubung antara eleman arus dan titik P tersebut.

• Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P terhadap elemen arus

• Arah induksi magnet tersebut tegak lurus bidang yang melalui elemen arus dari titik P.

Berdasarkan hal diatas, dapat dirumuskan:

Atau 2 sin r dl i k dB= ⋅ ⋅ θ 2 0 sin 2 r dl i dB θ π µ _⋅ ⋅ ⋅ =

3

Kedua rumus diatas dikenal sebagai Rumus Biot-Savar.

3. kuat medan magnet

a. Besar Medan Magnet Di Sekitar Kawat Lurus

Besarnya medan magnet di titik P pada gambar di

samping, dirumuskan:

B : besarnya medan magnet pada titik P (weber/m2 atau tesla)

µ0 : permeabilitas ruang hampa = 7

10

4

π

× − weber/A m i : kuat arus listrik (A)

a : jarak titik P ke kawat berarus (m)

b. Besar Medan Magnet Di Sekitar Kawat Melingkar Suatu kawat listrik berbentuk seperti

pada gambar di samping, jika dialiri arus listrik maka besar medan magnet pada titik P di rumuskan:

a : jari-jari lingkar kawat (m)

r : jarak titik P ke kawat berarus (m)

Ө : sudut antara titik P ke kawat berarus dengan garis vertikal Sedangkan besarnya medan magnet di pusat lingkaran dirumuskan:

a i B ⋅ ⋅ = π µ 2 0 2 0 2 sin r a i B ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = µ θ a i B ⋅ ⋅ = 2 0 µ

4

c. Besar Medan Magnet Di Sekitar Kawat Solenoida

Solenoida adalah suatu lilitan atau kumparan yang rapat. Besarnya medan magnet pada titik di tengah solenoida dirumuskan:

Dan besarnya medan magnet pada titik di ujung solenoida dirumuskan:

d. Besar Medan Magnet Di Sekitar Kawat Toroida

Toroida adalah solenoida yang dilengkungkan hingga melingkar. Besarnya medan magnet pada titik pusat sumbu toroida dirumuskan:

B : besarnya medan magnet pada titik P (weber/m2 atau tesla) µ0 : permeabilitas ruang hampa = 4

π

×10−7weber/A m

i : kuat arus listrik (A)

a : jarak titik P ke kawat berarus (m)

l N i B= µ0 ⋅ ⋅ l N i B ⋅ ⋅ ⋅ = 2 0 µ r N i B ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = π µ 2 0

5

C.

GAYA MAGNET

Kawat berarus listrik bila berada di dalam medan magnet, akan mengalami suatu gaya akibat pengaruh medan magnet tersebut. Gaya ini disebut gaya magnetik atau sering disebut gaya lorentz.

1. Arah Gaya Magnet

Bila arus i, medan magnet B, dan gaya magnetik F, maka arah vektor dari ketiga besaran tersebut adalah seperti ditunjukkan pada gambar.

Untuk memudahkan mengingat arah

tersebut, dapat digunakan kaidah tangan kanan. Pada kaidah tangan kanan, berlaku: a. ibu jari menunjuk arah arus;

b. empat jari lainnya menunjuk arah medah magnet;

c. arah gaya magnet yaitu keluar dari telapak tangan.

2. Gaya Lorentz

Besar gaya lorentz (gaya magnetik) yang dialami oleh penghantar yang panjangnya l dan dialiri arus i yang memotong medan magnet dengan membentuk sudut Ө adalah:

Bila arah arus yang mengalir tegak lurus dengan arah medan magnet, maka besar gaya lorentz yang terjadi adalah:

F : gaya magnetik atau gaya lorentz (N) B : kuat medan magnet (Tesla)

i : kuat arus listrik (A) l : panjang kawat (m) θ sin ⋅ ⋅ ⋅ =B i l F l i B F = ⋅ ⋅

6

D.

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Induksi elektromagnetik adalah gejala terjadinya arus listrik dalam suatu penghantar akibat adanya perubahan medan magnet di sekitar kawat penghantar tersebut. Arus listrik yang terjadi disebut

arus induksi

atau

arus imbas

1. Hukum Faraday

Magnet dapat ditimbulkan oleh arus listrik. Hal ini telah diselidiki oleh

Oersted.

Sebaliknya, arus listrik ternyata dapat ditimbulkan oleh gaya magnet. Hal ini diselidiki oleh

Faraday

dengan percobaannya seperti berikut

a. Sebuah kumparan yang kedua ujungnya dihubungkan dengan galvanometer (alat untuk mengukur arus listrik yang kecil). Kumparan tersebut kemudian didekati kutub utara magnet batang (lihat gambar a). Selama gerakan magnet tersebut, jarum galvanometer menyimpang dari kedudukan seimbangnya, ini berarti pada kumparan timbul arus listrik.

b. Kutub magnet kemudian dijauhkan kembali dari kumparan (lihat gambar b), jarum galvanometer ternyata menyimpang dengan arah berlawanan. Hal ini berarti bahwa arus yang terjadi pada gerakan kedua, arahnya berlawanan dengan arah pada gerakan pertama.

Bila percobaan di atas dilakukan dengan cara kumparan bergerak mendekati magnet batang yang diam, ternyata jarum galvanometer juga menyimpang. Jadi, untuk menimbulkan arus pada kumparan bisa magnetnya yang digerakkan dan kumparan diam, bisa juga kumparan yang digerakkan dan magnet diam. Tetapi bila kedua-duanya diam, pada kumparan tidak timbul arus.

Dalam percobaan di atas, dikatakan bahwa pada ujung-ujung kumparan timbul

gaya gerak listrik induksi

(disingkat: ggl). ggl sama dengan

beda

potensial

atau

tegangan

dengan satuan

volt.

7

2. Arah Arus Induksi

Arah arus induksi dapat ditentukan dengan

hukum Lentz

atau

kaidah tangan kanan.

Hukum Lentz berbunyi: ”

arah arus induksi dalam suatu

penghantar itu sedemikian rupa, sehingga

menghasilkan medan magnet baru yang melawan

perubahan garis-garis gaya magnet semula yang

menimbulkannya.”

3. Kaidah Tangan Kanan

Misalnya kawat ab digerakkan ke kanan dalam medan magnet B yang arahnya masuk bidang gambar, maka arah i ialah dari b ke a (lihat gambar). Keadaan ini dapat ditunjukkan ol eh tangan kanan, seperti tampak pada gambar .

4. Menentukan Besarnya GGL

Jika kawat ab digerakkan ke kanan dengan kecepatan tetap v dan melintasi jarak s, maka pada kawat itu bekerja gaya magnetik yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kawat sebesar F (lihat gambar).

8 v l B⋅ ⋅ − = ε l i B⋅ ⋅ − = ε

Maka, besarnya gaya lorentz yang dihasilkan adalah:

Dan besarnya ggl induksi yang dihasilkan adalah:

ε : ggl induksi (volt) B : medan magnet (tesla) i : besarnya arus listrik (A) l : panjang kawat (m) v : kecepatan (m/s)

Banyaknya garis gaya magnet (B) yang dilingkupi oleh daerah ABRQ disebut

fluks magnetik

(dengan lambang ф). Jadi, fluks magnetik dapat dirumuskan sebagai perkalian induksi magnet (kerapatan garis gaya B) dengan luas daerah yang melingkunginya.

Jadi, besarnya ggl induksi yang dihasilkan dapat ditulis:

Atau

ф : fluksi magnetik

5. Penerapan Induksi Elektromagnetik

a. Transformator

Transformator (trafo) adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan arus bolakbalik.

Transformator yang digunakan untuk memperbesar tegangan disebut

transformator step-up,

sedangkan yang digunakan untuk memperkecil tegangan disebut

transformator step-down.

A B⋅ = Φ t 1 2−Φ Φ − = ε dt dΦ − = ε

9 Sebuah transformator terdiri atas pasangan kumparan primer (N1) dan kumparan sekunder (N2) yang dililitkan pada inti besi. Kumparan primer dan kumparan sekunder tersebut sering disebut juga

coil

induksi,

yaitu berupa gulungan kawat penghantar yang dilapisi penyekat

(isolasi), sehingga antara kawat dengan kawat dan antara kawat dengan inti besi tidak ada kontak. Inti besi terbuat dari pelat berlapis-lapis

Tegangan yang dihubungkan dengan kumparan primer disebut

tegangan

primer (V1),

yaitu tegangan masuk, dan tegangan ujung-ujung kumparan sekunder disebut

tegangan sekunder (V2),

yaitu tegangan keluar

.

Pada transformator berlaku:

dan dengan: P1 : daya primer P2 : daya sekunder I1 : arus primer I2 : arus sekunder

V1 : tegangan primer atau

tegangan input

V2 : tegangan sekunder atau

tegangan output

N1 : jumlah lilitan primer

N2 : jumlah lilitan sekunder

b. Efisiensi transformator

Efisiensi transformator didefinisikan sebagai persentase

daya output

terhadap

daya input.

dengan:

η = efisiensi transformator (%) V1 = tegangan primer (volt) V2 = tegangan sekunder (volt) I1 = arus primer (A)

I2 = arus sekunder (A)

N1 = banyaknya lilitan primer % 100 1 2 × = P P η atau 100% 1 1 2 2 × ⋅ ⋅ = I V I V

η

2 2 1 1 2 1 I V I V P P ⋅ = ⋅ = 2 2 1 1 N V N V =

10 N2 = banyaknya lilitan sekunder

E.

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri dari berbagai jenis gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Rentang spektrum gelombang elektromagnetik selengkapnya ditunjukkan pada Gambar.

Pada gambar tampak bahwa frekuensi terendah atau panjang gelombang terbesar adalah

gelombang radio,

dan frekuensi tertinggi atau panjang gelombang terkecil adalah

sinar gamma.

Panjang gelombang cahaya tampak mulai dari 4 x 10-7 m (violet) sampai dengan 7 x 10-7 m (merah).

Semua gelombang elektromagnetik merambat dalam vakum dengan cepat rambat yang sama, yaitu 3 x 108 m/s

2. Karakteristik dan Penerapan Gelombang Elektromagnetik

a. Gelombang Radio

Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya, seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Pada tabel ini juga diberikan panjang gelombang tertentu untuk tiap lebar frekuensi berikut pemakaiannya.

Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut

osilator.

Gelombang radio dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula.

11 Tabel 1. Pengelompokan Gelombang Radio

Lebar frekuensi Panjang gelombang Beberapa penggunaan

Low

(LF) 30 kHz – 300 kHz

Long wave

1.500 m

Radio gelombang panjang dan komunikasi melalui jarak jauh

Medium

(MF) 300 kHz – 3 MHz

Medium wave

300 m

Gelombang medium lokal dan radio jarak jauh

High

(HF) 3 MHZ – 30 MHz

Short wave

30 m

Radio gelombang pendek dan komunikasi, radio amatir, dan CB

Very High

(VHF) 30 MHz – 300 MHz

Very short wave

3 m

Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat

Ultrahigh

-(UHF) 300 MHz – 3GHz

Ultra short wave

30 cm TV (jalur 4, 5)

Super High

(SHF) Di atas 3 GHz

Microwaves

3 cm

Radar, komunikasi satelit, telepon,

dan saluran TV

Perbandingan Antara Gelombang MF dengan Gelombang VHF dan Gelombang UHF.

Gelombang radio dengan frekuensi sekitar 1 MHz (1 000 000 Hz) disebut gelombang medium. Gelombang ini dapat digunakan sebagai alat komunikasi yang dapat membawa informasi dari satu tempat ke tempat lain. Gelombang ini mudah dipantulkan oleh lapisan atmosfer Bumi (ionosfer) sehingga tempattempat yang jauh dari pemancar dapat dicapai. Informasi bunyi yang dibawa oleh gelombang medium adalah dalam bentuk perubahan amplitudo atau modulasi amplitude (AM).

Gelombang TV (UHF) dan radio (VHF) tidak dipantulkan oleh lapisan atmosfer sehingga luas daerah jangkauannya sempit. Karena dapat menembus lapisan atmosfer (ionosfer), gelombang ini sering digunakan sebagai alat komunikasi dengan satelit-satelit. Pesawat TV dan radio FM menggunakan gelombang ini sebagai pembawa informasi. Informasi bunyi dibawa dalam bentuk perubahan frekuensi atau modulasi frekuensi

b. Gelombang Mikro

Gelombang mikro

(microwaves)

adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi

(superhigh frequency =

SHF), yaitu di atas 3 GHz (3 x 109 Hz).

Gelombang mikro dimanfaatkan dalam alat Mikrowave dan RADAR.

c. Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011 Hz sampai 1014 Hertz. Sinar inframerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi, setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

12

Dengan menggunakan pelat-pelat potret yang peka terhadap inframerah, satelit pengamat sumber Bumi mampu mendeteksi tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di Bumi. Tumbuh-tumbuhan yang berbeda akan memancarkan jumlah dan frekuensi inframerah yang berbeda.

Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut

termogram

yang digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker.

Energi yang terkandung dalam sinar inframerah merupakan energi panas yang mempunyai daya untuk

menyembuhkan penyakit cacar dan

encok.

Cahaya yang kita terima dari Matahari sebagian besar mengandung sinar ini. Sinar inframerah pada saat ini juga banyak dimanfaatkan dalam

remote

control

untuk banyak peralatan listrik seperti TV, AC, VCD, dan lain-lain. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan listrik melalui sinar inframerah yang dihasilkan oleh

light emitting diode

(LED) yang terdapat di dalam alat.

Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan membunyikan alarm.

d. Cahaya Tampak

Cahaya tampak sebagai gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi (dikenal) oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi bergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7 x 10-7 m untuk cahaya merah.

Tabel 5.2 spektrum warna

Warna Panjang Gelombang Merah ± 700 nm Jingga ± 600 nm Kuning ± 580 nm Hijau ± 500 nm Biru ± 470 nm Nila ± 440 nm Ungu (violet) ± 400 nm e. Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8 m sampai 10-7 m. Sinar ultraviolet dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Energi sinar ultraviolet kira-kira sama dengan energi yang diperlukan untuk

reaksi kimia.

Oleh karena itu, sinar ultraviolet dapat

memendarkan barium platina sianida

13

Sinar ultraviolet dari Matahari dapat merangsang badan kita untuk menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk tulang yang sehat.

Sinar ultraviolet juga membunuh bakteri dan virus. Karena itu, sinar ultraviolet digunakan untuk menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen untuk pembedahan.

Bahan kimia tertentu berpendar ketika sinar ultraviolet jatuh pada bahan tersebut. Bahan itu menyerap ultraviolet dan memancarkan cahaya tampak hingga bersinar. Pernahkah Anda memperhatikan ketika Anda menarik uang dari Bank? Teller bank menyinari buku tabungan dengan lampu khusus untuk memeriksa apakah tanda tangan di kertas isian sama dengan tanda tangan dalam buku tabungan. Tanda tangan dalam buku tabungan tidak terlihat oleh Anda, tetapi di bawah sinar ultraviolet, tanda tangan Anda akan bersinar

.

f. Sinar -X

Sinar-X mempunyai daerah frekuensi antara 1016 Hz sampai 1020 Hz. Panjang gelombangnya sangat pendek, yaitu 10-10 cm sampai 10-6 cm. Karena panjang gelombangnya sangat pendek, maka sinar-X memiliki daya tembus yang kuat. Daya tembusnya bergantung pada frekuensi. Makin tinggi frekuensi, makin kuat daya tembusnya. Daya tembushya juga bergantung pada jenis bahan yang ditembusnya. Dapat menembus buku tebal, kayu setebal beberapa sentimeter, dan pelat aluminium setebal 1 cm, tetapi suatu lapisan besi, tembaga, dan terutama timbal dengan ketebalan beberapa milimeter tidak dapat ditembus sama sekali.

g. Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi dalam daerah antara 1020 Hz sampai 1025 Hz atau panjang gelombang antara 10-15 cm sampai 10-10 cm. Daya ternbusnya besar sekali sehingga dapat menembus pelat timbal atau pelat besi yang tebalnya beberapa centimeter.

Daya tembus sinar gamma sangat besar dan dapat menyebabkan efek yang serius jika terkena jaringan hidup. Dengan pengontrolan, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel-sel kanker dan mensterilkan peralatan rumah sakit. Seperti sinar-X, sinar gamma dapat digunakan untuk memeriksa cacat-cacat pada logam. Sinar gamma dibebaskan selama reaksi inti atom. Tingkat radiasinya dapat dipantau oleh tabung Geiger-Muller sebagai detektor.

14

SOAL-SOAL LATIHAN

1. Suatu kawat yang dialiri arus listrik diletakan diatas sebuah kompas, maka jarum kompas . . .

A. tidak terpengaruh oleh arus listrik

B. menyimpang ke arah tegak lurus arah aliran arus listrik C. berputar

D. rusak

E. menyimpang searah dengan arah arus listrik 2. Sebuah kawat lurus 50 cm bergerak dengan

kelajuan 20 cm/s memotong secara tegak lurus suatu medan magnet 0,05 T. GGL yang diinduksikan pada kawat tersebut adalah . . . . A. 0,5 V B. 0,4 V C. 0,05 V D. 0,04 V E. 0,005 V

3. Sebuah kawat cincin berjari-jari 7 cm. Besarnya induksi magnetik pada 5 cm dari pusat cincin adalah 2 x 10-5 Wb. Maka, arus listrik pada kawat cincin tersebut adalah . . . . A. 1 A B. 2 A C. 3 A D. 5 A E. 7 A

4. Dua kawat panjang bersilangan saling tegak lurus terpisah sejauh 8 cm, masing-masing dialiri arus 6 ampere. Besar induksi magnet tepat di tengah antara dua kawat tersebut adalah . . . . A. Nol B. 3 x10-5 Wb/m2 C. 1.5 x10-5 Wb/m2 D. 6 x 10-5 Wb/m2 E. 642 x 10-5 Wb/m2

5. Kawat penghantar lurus panjang dialiri arus listrik 2,5 A terletak di ruang hampa. Sebuah elektron bergerak lurus sejajar kawat dengan arah berlawanan arah arus, dengan laju 6 x 10-4 m/s. Bila jarak elektron dari kawat 4 cm, gaya magnetik yang

15 dialami elektron besarnya adalah . . . .

A. 1,2 x 10-19 N ; menuju ke kawat B. 1,2 x 10-19 N ; menjauhi ke kawat C. 3,0 x 10-19 N ; menuju ke kawat D. 3,0 x 10-19 N ; menjauhi ke kawat E. 7,5 x 10-19 N ; menuju ke kawat

6. Kawat

AB

yang panjangnya 20 cm berada dalam medan magnet homogen 0,4 T dan hambatan 8 ohm. Jika kawat

AB

digerakkan ke kanan dengan kelajuan 50 m/s, gaya magnet yang dialami kawat

AB

adalah . . . .

A. 0,5 x 10-2 N B. 1,5 x 10-2 N C. 2,0 x 10-2 N D. 4,0 x 10-2 N E. 5,0 x 10-2 N

7. Sebuah solenoida yang panjangnya 10 cm. Besar induksi elektromagnetik pada titik tengah sebesar 8 x 10-3 Wb/m2. Jumlah lilitan solenoid yang dihubungkan dengan sumber arus 2 A adalah . . . .

A. 10 lilitan B. 500 lilitan C. 50 lilitan D. 1000 lilitan E. 100 lilitan

8. Sebuah kawat lurus berarus listrik 10 A diletakkan dalam ruang medan magnet homogen yang besarnya 20 Wb/m2. Jika diletakkan tegak lurus terhadap arah medan, gaya yang dialami kawat tersebut sebesar 50 N, maka panjang kawat tersebut adalah . . . . A. 10 cm B. 25 cm C. 15 cm D. 30 cm E. 20 cm

9. Sebuah toroida yang berjari-jari 8 cm dengan jumlah lilitan 500 lilitan memiliki arus listrik 4 A. Besar induksi elektromagnetik pada titik pusat toroida

16 adalah . . . . A.5 x 10-3 Wb/m2 B.10 x 10-3 Wb/m2 C.15 x 10-3 Wb/m2 D. 20 x 10-3 Wb/m2 E.25 x 10-3 Wb/m2

10. Suatu bidang yang berbentuk lingkaran berjari-jari 5 cm ditembus oleh garis-garis gaya sebesar 2 x 10-5 weber secara tegak lurus. Di sebuah titik yang ada di bidang tersebut ada medan magnet sebesar . . . . A. 8 mT

B. 2 mT C. 5 mT D. 1 mT E. 4 mT

11. Sebuah proton ditembakkan horizontal ke Barat menuju ke sebuah kawat vertikal yang dialiri arus ke atas. Partikel tersebut akan dibelokkan ke arah . . . . A. Selatan B. timur C. atas D. utara E. bawah

12. Sebuah elektron bergerak sejajar arus listrik pada kawat horizontal yang

arahnya ke utara. Lintasan elektron berada di bawah kawat. Sepanjang lintasan tersebut, elektron akan mengalami gaya magnet yang mengarah ke . . . . A. Barat

B. Bawah C. Timur D. Atas E. Selatan

13. Sebuah generator AC memiliki kumparan yang lilitannya 500 buah dan luasnya 200 cm2. Kumparan tersebut berotasi dengan frekuensi 20 Hz di dalam medan magnet 0,25 T. Ggl maksimum yang dibangkitkan adalah . . . . A. 0,1 B. 100 C. 1 D. 1000 E. 10

17 cm. Jika induksi elektromagnetik pada cincin tersebut sebesar 4 x 10-5 Wb dari titik pusat. Besar arus yang mengalir pada kawat cincin tersebut adalah . . . .

A. 10 A B. 40 A C. 20 A D. 50 A E. 30 A

15. Sebuah kumparan dengan 1600 lilitan ditembus oleh fluks magnet sebesar 1,7 x 10-3 weber dalam waktu 0,8 sekon, fluks magnet berubah menjadi 1 x 10-4 weber. Ggl induksi rata-rata yang muncul pada kumparan adalah . . . A. 0,75 V B. 32 V C. 3,2 V D. 75 V E. 7,5 V

16. Sebuah kawat penyalur daya dialiri arus 10 A dari barat ke Timur. Kawat berada 10 m di atas tanah. Titik

P

berada 8 m di sebelah utara kawat dengan ketinggian yang sama dengan kawat. Medan magnet di

P

adalah . . . . A. 2,5 x 10-7 ke timur B. 1 x 10-7 ke barat C. 2,5 x 10-7 ke bawah D. 2,5 x 10-7 ke atas E. 1 x 10-7 ke utara

17. Magnet permanen yang terpasang pada sebuah dinamo listrik yang berbentuk segi empat dan menghadap sumbu putar yang disusun secara merata di sekelilingnya adalah 25 T. Dinamo tersebut terdiri atas 100 lilitan dan panjang sisi kawat lilitan yang tegak lurus terhadap arah putar 10 cm. Dinamo diputar dengan kecepatan 5 m/s, besar ggl induksi yang dihasilkan adalah . . .

A. 1000 volt B. 2500 volt

18 C. 1500 volt

D. 5000 volt E. 2000 volt

18. Suatu kawat listrik memebentang dari selatan ke utara. Jika pada kawat tersebut mengalir arus listrik dari arah utara ke selatan, arah medan magnet yang timbul pada bagian bawah kawat tersebut adalah . . .

A. Timur B. Barat C. Timur laut D. Tenggara E. Utara

19. Suatu kawat listrik dialiri arus sebesar I. besar medan magnet yang timbul pada jarak (r) dari kawat tersebut dapat dihitung dengan rumus . . .

A. r I ⋅ ⋅ π µ 2 0 B. r I ⋅ ⋅ 2 0 µ C. I r ⋅ ⋅ π µ 2 0 D. I r ⋅ ⋅ 2 0 µ E. r I ⋅ ⋅ ⋅ π µ0 2

20. Peralatan berikut yang tidak menggunakan electromagnet adalah . . . A. Speaker

B. Bel listrik C. Trafo

D. Relai magnetik E. Lampu listrik

21. Suatu kawat listrik dialiri arus listrik sebesar lima puluh juta amper. Besarnya medan magnet pada jarak 25 m dari kawat tersebut adalah . . . (µ0= 4π × 10–7 Wb/A m) A. 0,2 T B. 0,3 T C. 0,4 T D. 0,5 T E. 0,6 T

22.Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 20 A. Berapakah besar induksi magnetik pada titik yang

19 berjarak 10 cm dari kawat?

23.Diketahui besar induksi magnetik pada titik yang berjarak 5 cm dari suatu kawat panjang berarus adalah 40 T. Berapakah besar arus listrik yang mengalir dalam kawat tersebut?

24.Sebuah kawat cincin yang berjari-jari 4 cm dialiri arus listrik sebesar 4 A.

Berapakah besar induksi magnetik pada titik pusat cincin?

25.Diketahui besar induksi magnetik pada sumbu cincin yang berjarak 6 cm dari titik pusat adalah 20 Wb/m2. Jika jari-jari cincin adalah 8 cm, maka berapakah besar arus listrik yang mengalir dalam cincin tersebut?

26.Dua buah kawat cincin berjari-jari sama yaitu 4 cm disusun sejajar pada satu sumbu yang sama dengan jarak 6 cm. Masing-masing kawat dialiri arus listrik 4 A dan 6 A dengan arah yang berlawanan. Berapakah besar induksi magnetik di tengah-tengah pada sumbu kedua cincin?

27.Sebuah solenoida dengan rapat 1.000 lilitan/cm dialiri arus listrik 6 A.

Berapakah besar induksi magnetik pada titik pusat solenoida?

28.Sebuah toroida yang berjari-jari 3 cm mempunyai jumlah lilitan sebanyak 150 lilitan, dialiri arus listrik sebesar 6 A. Berapakah besar induksi magnetik pada titik pusat toroida?

29.Sebuah toroida yang dibentuk dari solenoida yang panjangnya 8 cm dengan jumlah lilitan 200 lilitan dan berarus listrik 6 A. Berapakah besar induksi magnetik pada titik pusat toroida tersebut?

30.Dua buah kawat sejajar yang panjangnya sama-sama 12 m berjarak 20 cm satu sama lain. Jika besar arus pada masing-masing kawat sama besar 20 A dan searah, berapakah besar gaya pada masing-masing kawat?

20

SOAL LATIHAN SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Gelombang elektromagnetik yaitu . . .

a. Gelombang yang merambat melalui udara b. Gelombang yang merambat di air

c. Tanpa melalui medium

d. Gelombang yang dihasilkan oleh getaran mesin e. Gelombang yang dapat didengar

2. Yang bukan termasuk gelombang elektromagnetik adalah . . . a. Cahaya

b. Suara c. Sinar-X d. Sinar gamma e. Sinar infra merah

3. Peralatan berikut yang tidak menggunakan electromagnet adalah . . . a. Speaker

b. Bel listrik c. Trafo

d. Relai magnetik e. Lampu listrik

4. Gelombang elektromagnetik berikut yang memiliki frekuensi paling besar adalah . . .

a. Gelombang radio b. sinar Ultraviolet c. Sinar-X

d. Sinar gamma e. Sinar infra merah

5. Sebutkan paling sedikit 3 penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari yang kamu ketahui!

21

Catatan:

--- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

BAB 2

OPTIK

STANDAR KOMPETENSI Menerapkan konsep optik KOMPETENSI DASAR

Membedakan konsep cermin dan lensa

Menggunakan hukum pemantulan dan pembiasan cahaya Menggunakan cermin dan lensa

A.

OPTIKA GEOMETRI

Optika geometri adalah ilmu yang mempelajari tentang fenomena perambatan cahaya seperti pemantulan dan pembiasan.

1. PEMANTULAN

Cahaya selalu dipantulkan oleh benda. Kita dapat melihat suatu benda akibat adanya pantulan cahaya dari benda tersebut yang tertangkap oleh indra penglihatan kita.

a. Hukum Pemantulan Cahaya

Pemantulan cahaya dibedakan 2 macam yaitu : 1). Pemantulan teratur (Speculer reflection)

Yaitu : pemantulan cahaya dalam satu arah.

Contoh : pemantulan pada kertas lapis dari perak, aluminium atau dari baja.

2). Pemantulan baur (diffuse reflection)

Yaitu : pemantulan cahaya ke segala arah. Contoh : pemantulan kertas putih tanpa lapis.

b. Pemantulan Pada Cermin Datar

Cermin datar yaitu cermin yang jari-jarinya bernilai tak berhingga (∞) Sifat – Sifat Cermin Datar :

1). Jarak benda (s) = jarak bayangan (s`) 2). Bayangan bersifat maya (s` : negatif)

3). Tinggibenda (h) = tinggi bayangan (h`)

4). Bayangan tegak, ukuran bayangan sama dengan ukuran benda asli Lukisan pembentukan bayangan cermin datar adalah sebagai berikut :

*Cermin datar terpendek yang diperlukan untuk dapat melihat seluruh bayangan benda adalah : SETENGAH dari TINGGI benda itu.

Untuk dua buah cermin yang saling membentuk sudut satu dengan yang lainya, jumlah bayangan yang terjadi dari sebuah benda yang diletakkan diantaranya adalah :

23

c. Pemantulan Pada Cermin Cembung

Sifat bayangan cermin cembung selalu maya, tegak dan diperkecil.

Lukisan pembentukan bayangan karena cermin cembung dapat dilakukan dengan melihat sifat – sifat di bawah ini :

1). Berkas sinar sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari fokus (f).

2). Berkas sinar yang menuju titik pusat kelengkungan cermin ( R ) dipantulkan seolah berasal dari titik itu juga.

Pada cermin cembung berlaku:

f : jarak fokus cermin (f pada cermin cembung bernilai negatif) R : jari-jari cermin

s : jarak benda

s’: jarak bayangan (bila maya bernilai negatif, bila nyata bernilai positif) h : tinggi benda

h’: tinggi bayangan

M : perbesaran bayangan benda

d. Pemantulan Pada Cermin Cekung

Cermin cekung / cermin positif.

Sifat – sifat sinar dan penomoran ruang.

1). Berkas sinar yang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan lewat fokus (f) 2). Berkas sinar lewat fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.

3). Berkas sinar lewat titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan lewat titik itu juga. 1 360 ₋ =

α

o n ` 1 1 1 s s f = + <sub>2</sub> R f = h h s s M = ` = '

Gambar Jalannya Sinar Dan Penomoran Ruang.

1). Ruang I antara 0 < s < f 2). Ruang II antara f < s < R 3). Ruang III antara s > R

4). Ruang IV daerah di belakang cermin

Persamaan yang dipakai adalah sesuai dengan persamaan umum, yaitu :

.

• Untuk benda di ruang I. Bayangannya maya, tegak, diperbesar, berada di ruang IV

• Untuk benda tepat di f. Bayangannya terletak pada jarak tak terhingga.

2. PEMBIASAN CAHAYA

a. Hukum Snelius

Hukum snelius yaitu mengenai pembiasan pada bidang batas antara dua buah ruang yang memiliki indek bias yang berbeda. Misalnya udara dan air seperti gambar berikut: h h s s m= ` = ' ` 1 1 1 s s f = +

25

Sinar datang dari udara (memiliki indek bias N1) menuju air (memiliki indek bias N2) dan membentuk sudut terhadap bidang normal sebesar i (sudut datang), sinar tersebut kemudian dibelokan hingga membentuk sudut terhadap bidang normal sebesar r (sudut bias). Pada pembiasan sinar tersebut berlaku:

Persamaan tersebut dikenal dengan nama : H U K U M SNELLIUS.

b. Indeks Bias

a. Index bias mutlak ( atau biasa disebut “ index bias saja). Adalah perbandingan antara kecepatan cahaya di ruang hampa atau di udara ( c) dengan kecepatan cahaya di dalam bahan (v).

Nb : indeks bias

v : kecepatan cahaya di dalam bahan. λu : panjang gelombanga cahaya di udara

λb : panjang gelombang cahaya saant di dalam bahan

b. Index Bias Relatif(n21). Adalah perbandingan kecepatan cahaya di dalam bahan2 dengan kecepatan cahaya di dalam bahan1. atau perbandingan antara panjang gelombang cahaya di dalam bahan2 dengan panjang gelombang cahaya di dalam bahan1.

v₁ = kecepatan cahaya di dalam bahan 1

v₂ = kecepatan cahaya di dalam bahan 2 1

λ

= panjang gelombang di dalam bahan 1 2

λ

= panjang gelombang di dalam bahan 2 1

n = index bias mutlak bahan 1 2

n = index bias mutlak bahan 2

v

c

n

_b

=

1 ( ) 2 ( ) N Sin i⋅ =N ⋅Sin r b u b

n

λ

λ

=

2 1 21 n n n = 1 2 1 2 21 λ λ = = v v n

B.

PEMBIASAN PADA LENSA

1. JENIS-JENIS LENSA

• Lensa Konvergen / lensa positip, yang terdiri dari : plan konvek, bikonvek, dan konvek-konkaf.

• Lensa Divergen / lensa negatip, yang terdiri dari : plano konkaf, bikonkaf dan konkafkonveks.

2. SINAR-SINAR ISTIMEWA PADA LENSA CEMBUNG (LENSA POSITIP).

• Sinar yang sejaar dengan sumbu utam dibiaskan melalui titik api kedua.

• Sinar yang melalui titik api pertama akan di biaskan sejajar sumbu utama.

27

3. SINAR-SINAR ISTIMEWA PADA LENSA CEKUNG (LENSA NEGATIF)

• Sinar yang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik api pertama.

• Sinar yang menuju titik api kedua dibiaskan sejajar sumbu utama.

• Sinar yang datang melalui pusat optik lensa tidak dibiaskan tetapi diteruskan.

3. PERHITUNGAN JARAK BENDA, JARAK BAYANGAN, DAN

PERBESARAN PADA LENSA CEMBUNG DAN LENSA CEKUNG

Baik pada lensa cembung maupun pada lensa cekung berlaku persamaan lensa berikut:

f : jarak fokus lensa

Jika lensa cembung f bernilai ( + ) Jika lensa cekung f bernilai ( - ) S : jarak benda

S’: jarak bayangan

Jika bayangan nyata, s’ bernilai ( + ) Jika bayangan maya, s’ bernilai ( - ) M : perbesaran bayangan h h s s m= ` = ' ` 1 1 1 s s f = +

C.

ALAT-ALAT OPTIK

1. MATA DAN KACAMATA

a. Mata

Bagian-Bagian Mata:

CORNEA.(C): Bagian depan mata diliputi oleh membran transparan Aqueos humor (A): Daerah disebelah cornea mengandung cairan A lensa kristal atau crystalline lensa (L), Lensa kristal mempunyai index bias “rata-rata” 1,437

ciliary muscle (M): berupa tali otot yang mengikat Lensa kristal hingga tetap pada tempatnya.

vitreos humor (V): berupa cairan tipis yang sebagian besar terdiri dari air. Index bias daripada aqueos humor dan vitreos humor, keduanya hampir sama dengan index bias air, yaitu kira-kira 1,366.

Bintik kuning (Y): yaitu bagian pada sumbu lensa mata yang berbentuk cekungan yang merupakan tempat paling peka untuk menerima rangsang sinar.

Pupil (P): adalah bagian yang fungsinya untuk mengatur kuantitas cahaya (intensitas cahaya) yang masuk kemata, pupil akan secara otomatis membesar jika cahaya rendah, sebaliknya akan mengecil jika intensitas cahaya bertambah.

Beberapa Istilah Yang Perlu Diketahui Pada Mata :

Daya Akomodasi: Daya menebal dan menipisnya lensa mata, lensa paling tipis pad saat mata tidak berakomodasi.

Titik jauh (punctum remotum): Titik terjauh yang masih terlihat jelas oleh mata (tidak berakomodasi).

Untuk mata normal: titik jauh letaknya di jauh tak berhingga.

Titik dekat (punctium proximum): titik terdekat yang masih terlihat jelas oleh mata. (berakomodasi max).

29 Cacat Pada Mata.

Mata dinyatakan cacat biasanya karena : - Berkurangnya daya akomodasi mata. - Kelainan bentuk bola mata.

1). Mata Normal (Emetropi).

Pada mata normal, Dalam keadaan istirahat (tidak berakomodasi) maka bayangan jatuh tepat pada retina. Titik dekat mata normal adalah 25 cm dan titik jauhnya adalah tak berhingga.

2). Mata rabun jauh (Myopi).

Penderita miopi tidak mampu melihat benda-benda jauh. Titik jauh mata lebih dekat dari tak berhingga. Bayangan jatuh di depan retina, disebabkan karena :

- Lensa mata terlalu cembung.

- Lensa mata tidak dapat berakomodasi maximum. - As mata (sumbu mata terlalu panjang).

.

Supaya dapat melihat seperti orang normal maka penderita miopi perlu menggunakan kacamata berlensa negatif (lensa cekung).

3). Mata rabun dekat (Hypermetropi).

Penderita rabun dekat tidak mampu melihat benda-benda pada jarak dekat. Titik dekatnya lebih jauh dari 25 cm. Titik jauh tetap dianggap tak

berhingga. Bayangan jatuh dibelakang retina, disebabkan karena : - Lensa mata terlalu tipis.

- Lensa mata tak berakomodasi maximum. - As mata terlalu pendek.

Supaya dapat melihat seperti normal, maka penderita rabun dekat perlu menggunakan kaca mata lensa positip (lensa cembung).

4). Presbiopi.

Presbiopi adalah kelainan mata pada yang biasa diderita oleh orang tua, hal ini disebabkan :

- Daya akomodasi mata berkurang.

- Dapat ditolong dengan kacamata lensa rangkap.

b. Kacamata.

Kacamata pada dasanya sebuah lensa yang dipakai untuk mengatasi cacat mata, supaya diperoleh bayangan yang tepat dan jelas di retina.

Ada 2 macam :

a.Kacamata lensa positip (lensa cembung). b.Kacamata lensa negatip (lensa cekung).

Bayangan yang dibentuk oleh kacamata selalu maya. (dalam persamaan lensa, s’ bernilai negatif).

c. Lup

Lup merupakan alat optik yang paling sederhana, yaitu hanya mempergunakan sebuah lensa cembung (positip).

Saat menggunakan Lup, benda berada pada antara mata dan benda. Bayangan yang dihasilkan oleh Lup: Maya, Diperbesar, Tegak.

Fungsi lup adalah untuk meliihat-benda kecil sehingga tampak lebih besar dan lebih jelas.

Saat mata berakomodasi

Saat mata berakomodasi, lukisan pembentukan bayangan oleh lup yaitu:

Besarnya perbesaran yang dihasilkan saat mata berakomodasi yaitu:

M : perbesaran bayangan

sd : titik dekat mata (untuk mata normal, bernilai 25 cm) f : jarak fokus lup

1 + = f sd M

31 Saat mata tak berakomodasi.

Saat mata tak berakomodasi, lukisan pembentukan bayangan oleh lup yaitu:

Besarnya perbesaran yang dihasilkan saat mata berakomodasi yaitu:

Jika mata berjarak d dari lensa :

D sd x s s M = ` D = -s` + d. d. Mikroskop

Mikroskop adalah alat optik yang terdiri dari dua buah lensa yaitu : Lensa positif (obyektif) dan lensa positip (okuler) yang dipisahkan dengan jarak tertentu (d). Fungsi dari mikroskop adalah: Mengamati benda-benda renik agar tampak lebih besar dan jelas. Sifat bayangan akhir yang dihasilkan mikroskop : maya, diperbesar, terbalik.

Untuk Mata Tak Berakomodasi.

f sd M =

Bayangan jatuh tepat pada fokus okuler, sehingga bayangan yang di bentuk oleh lensa okuler di jauh tak terhingga. Berlaku:

o k o k

S

=

f

d =S`ob+fok `_ob ob ob s M s = n ok ok s M f = ob ok M =M ⋅M `ob . n ob ok s s M s f =

Untuk Mata Berakomodasi Maximum.

Bayangan jatuh pada titik dekat pengamat. Berlaku:

'

_{o k n}

S

=

S

d =S`<sub>ob</sub>+S<sub>ok</sub> `ob ob ob s M s = n 1 ok ok S M f = + ob ok M =M ⋅M `ob . n 1 ob ok s s M s f   =  +   

d : jarak antara lensa obyektif dan okuler M : perbesaran mikroskop

Mob : perbesaran lensa objektif Mok : perbesaran lensa okuler Sn : titik dekat mata

Sob : jarak benda terhadap lensa objektif Sok : jarak benda terhadap lensa okuler fob : jarak focus lensa objektif

33

e. TEROPONG

Teropong adalah alat optik yang dipakai untuk melihat benda-benda jauh agar kelihatan lebih dekat dan jelas.

1). Teropong Bintang.

• Mempergunakan dua lensa positif yaitu: lensa obyektif dan lensa okuler.

• Benda terletak jauh tak berhingga, sehingga bayangan jatuh pada fokus obyektif.

• Fokus obyektif berimpit dengan fokus okuler.

• Fokus okuler lebih kecil daripada fokus obyektif. Untuk Mata Tak Berakomodasi.

ok ob

f f

M = D= fob + fok Untuk Mata Berakomodasi.

ok ob s f M = D= fob +sok 2). Teropong Bumi.

Prinsip dari teropong ini sama dengan teropong bintang, perbedaannya terletak pada bayangan terakhir (yaitu tegak) Untuk itu harus dipasang lensa pembalik. Oleh karena itu teropong ini terdiri dari 3 buah lensa yaitu: Lensa obyektif (terdiri dari lensa positip), Lensa cembung (berfungsi sebagai lensa pembalik, terletak antara obyektif dan okuler), dan Lensa okuler ( terdiri dari lensa positip).

Untuk Mata Tak Berakomodasi d = f_ob+4f_p+ f_ok ok ob f f M =

Untuk mata berakomodasi d = f_ob+4f_p+s_ok ok ob s f M = p

SOAL-SOAL LATIHAN

1. Pernyataan di bawah ini yang tidak benar mengenai sifat bayangan dalam sebuah cermin datar adalah . . .

A. jarak bayangan di belakang cermin sama dengan jarak benda di depan cermin B. warna bayangan sama dengan ukuran benda

C. ukuran bayangan sama dengan ukuran benda D. bayangan adalah maya

E. bayangan adalah terbalik

2. Berdasarkan pengertian maya dan nyata suatu bayangan dalam optika, maka dapat dinyatakan bahwa:

1). bayangan pada layang bioskop adalah bayangan nyata 2). bayangan yang dibentuk lensa mata adalah bayangan maya 3). bayangan yang kita lihat melalui teropong adalah bayangan maya 4). bayangan yang dibentuk cermin datar adalah bayangan maya Pernyataan yang benar adalah . . .

A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 saja

E. Semua benar

3. Sebuah pensil panjangnya 10 cm diletakkan tegak 30 cm di muka cermin cembung yang jarak fokusnya 50 cm. Posisi dan panjang bayangan dari pensil tersebut adalah . . .

A. tegak 25 cm B. tegak 6.25 cm C. terbalik 25cm D. terbalik 6.25 cm E. tegak 30 cm

4. Bayangan maya yang terbentuk oleh sebuah cermin cekung tiga kali lebih besar daripada bendanya. Bila jarak fokus cermin 30 cm, maka jarak benda di depan cermin adalah . . .

A. 5 cm B. 10 cm C. 20 cm D. 30 cm E. 40 cm

5. Sebuah benda terletak 20 cm di depan sebuah lensa tipis yang berjarak fokus 4 cm. Jarak bayangan yang terbentuk oleh lensa adalah . . . A. 8 cm di depan lensa

B. 7 cm di depan lensa C. 6 cm di belakang lensa D. 5 cm di belakang lensa E. 3 cm di belakang lensa

35

6. Sebuah benda berada pada jarak 15 cm di muka lensa negatif dengan fokus 10 cm. Bayangan yang terbentuk :

1. berada di belakang lensa 2. terbalik

3. nyata 4. diperkecil

Pernyataan-pernyataan yang benar yaitu . . . A. 1, 2, dan 3

B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 saja

E. Semua benar

7. Seseorang yang titik dekatnya 50 cm hendak membaca buku yang diletakkan pada jarak 25 cm. Besar kekuatan kacamata yang harus dia gunakan adalah . . . A. -2 diptri B. 2 dioptri C. 2 1 − dioptri D. 2 1 dioptri E. 6 dioptri

8. Sifat dan kedudukan bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif sebuah teropong bintang adalah . . .

A. nyata, terbalik, dan tepat di fokus lensa objektif B. nyata, tegak, dan tepat di fokus lensa objektif C. nyata, tegak, dan tepat di fokus lensa okuler D. maya, terbalik, dan tepat di fokus lensa okuler E. maya, terbalik, dan tepat di fokus lensa objektif 9. Budi tinggi badannya 165 cm berdiri tegak di muka

cermin datar. Berapa tinggi cermin paling kecil yang diperlukan Budi untuk bercermin?

A. 16.5 cm B. 50 cm C. 75 cm D. 82.5 cm E. 160 cm

10. Sebuah benda terletak 60 cm di depan cermin cekung yang jarak fokusnya 90 cm. pada jarak berapa bayangan benda tersebut akan terbentuk? A. 180 cm di belakang cermin B. 90 cm di belakang cermin C. 60 cm di depan cermin D. 90 cm di depan cermin E. 180 cm di depan cermin

11. 12 cm di depan sebuah cermin cembung yang jarak fokusnya – 9 cm terdapat sebuah benda. Jarak bayangan benda bersebut adalah . . . A. 7/36 cm

B. 9/12 cm C. – 7/36 cm D. – 36/7 cm E. 12/9 cm

12. Bayangan benda yang diproyeksikan oleh cermin datar bersifat . . . A. nyata

B. maya C. terbalik D. diperkecil E. diperbesar

13. Sebuah benda terletak 12 cm di depan cermin cekung yang jarak fokusnya 5 cm. sifat bayangan yang dihasilkan adalah . . .

A. nyata, terbalik, diperkecil B. maya, terbalik, diperbesar C. maya, tegak, diperbesar D. nyata, tegak, diperbesar E. nyata, terbalik, diperbesar

14. Sebuah benda diletakkan 20 cm di depan sebuah cermin cekung yang jarak fokusnya 15 cm. jarak bayangan yang terbentuk adalah . . .

A. 60 cm B. 35 cm C. 20 cm D. 15 cm E. 5 cm

15. Jari-jari kelengkungan cermin cekung adalah dua kali jarak fokusnya. Suatu benda yang terletak pada jarak 6 cm di depan cermin cekung menghasilkan bayangan 9 cm. jari-jari cermin tersebut adalah . . . A. 3.0 cm B. 6.5 cm C. 7.0 cm D. 7.2 cm E. 9.0 cm

16. Sinar yang datang sejajar sumbu utama pada cermin cekung akan . . . . A. dipantulkan sejajar sumbu utama

B. dipantulkan melalui titik focus C. dibiaskan sejajar sumbu utama

D. dipantulkan melalui pusat jari-jari cermin E. dibiaskan melalui titik focus

37

17. Sebuah benda terletak 20 cm di depan sebuah lensa berjarak focus 4 cm. jarak bayangan yang terbentuk oleh lensa tersebut adalah . . .

A. 4 cm B. 5 cm C. 6 cm D. 7 cm E. 8 cm

18. Banu menggunakan lensa kacamata yang jarak fokusnya – 55 cm. suatu benda yang jaraknya 550 cm di depan banu akan terlihat seolah-olah sejauh berapa cm di depan banu?

a. 11 cm b. 50 cm c. 55 cm d. 150 cm e. 155 cm

19. Berikut adalah nama lain dari lensa cekung, kecuali . . . A. lensa konkaf

B. lensa negative C. lensa divergen D. lensa minus E. lensa konvek

20. Proyeksi bayangan berikut dihasilkan oleh cermin . .

R F F R Benda bayangan A. cermin cekung B. cermin cembung C. lensa cekung D. lensa cembung E. lensa positif

21. Pernyataan di bawah ini yang tidak benar mengenai sifat bayangan dalam sebuah cermin datar adalah . . .

A. jarak bayangan di belakang cermin sama dengan jarak benda di depan cermin

B. warna bayangan sama dengan ukuran benda C. ukuran bayangan sama dengan ukuran benda D. bayangan adalah maya

E. bayangan adalah terbalik

22. Berdasarkan pengertian maya dan nyata suatu bayangan dalam optika, maka dapat dinyatakan bahwa:

1. bayangan pada layang bioskop adalah bayangan nyata 2. bayangan yang dibentuk lensa mata adalah bayangan maya 3. bayangan yang kita lihat melalui teropong adalah bayangan maya 4. bayangan yang dibentuk cermin datar adalah bayangan maya Pernyataan yang benar adalah . . .

A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 saja

E. Semua benar

23. Sebuah pensil panjangnya 10 cm diletakkan tegak 30 cm di muka cermin cembung yang jarak fokusnya 50 cm. Posisi dan panjang bayangan dari pensil tersebut adalah . . .

A. tegak 25 cm B. tegak 6.25 cm C. terbalik 25cm D. terbalik 6.25 cm E. tegak 30 cm

24. Bayangan maya yang terbentuk oleh sebuah cermin cekung tiga kali lebih besar daripada bendanya. Bila jarak fokus cermin 30 cm, maka jarak benda di depan cermin adalah . . .

A. 5 cm B. 10 cm C. 20 cm D. 30 cm E. 40 cm

25. Sebuah benda terletak 20 cm di depan sebuah lensa tipis yang berjarak fokus 4 cm. Jarak bayangan yang terbentuk oleh lensa adalah . . .

A. 8 cm di depan lensa B. 7 cm di depan lensa C. 6 cm di belakang lensa D. 5 cm di belakang lensa E. 3 cm di belakang lensa

26. Sebuah benda berada pada jarak 15 cm di muka lensa negatif dengan fokus 10 cm. Bayangan yang terbentuk :

1. berada di belakang lensa 2. terbalik

3. nyata 4. diperkecil

39 A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 saja E. Semua benar

27. Seseorang yang titik dekatnya 50 cm hendak membaca buku yang diletakkan pada jarak 25 cm. Besar kekuatan kacamata yang harus dia gunakan adalah . . . A. -2 diptri B. 2 dioptri C. 2 1 − dioptri D. 2 1 dioptri E. 6 dioptri

28. Sifat dan kedudukan bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif sebuah teropong bintang adalah . . .

A. nyata, terbalik, dan tepat di fokus lensa objektif B. nyata, tegak, dan tepat di fokus lensa objektif C. nyata, tegak, dan tepat di fokus lensa okuler D. maya, terbalik, dan tepat di fokus lensa okuler E. maya, terbalik, dan tepat di fokus lensa objektif

29. Sebutkan dan gambarkan tiga sinar istimewa cermin cembung!

30. Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung adalah . . .

31. Jelaskan perbedaan cermin cekung dengan lensa cekung!

32. Suatu benda diletakkan pada jarak x di depan cermin cekung yang jarak fokusnya 12 cm. jika bayangan yang dihasilkan terletak pada jarak 2x, besarnya nilai x adalah . . .

33. Sebuah cermin diletakkan 12 cm di depan sebuah benda. Jika ternyata bayangan yang dihasilkan benda tersebut terletak pada 15 cm di belakang

cermin, maka tentukan: a. jarak focus cermin

b. termasuk cermin cekung atau cembung

34. Lengkapi gambar proyeksi bayangan berikut dan jelaskan sifat-sifat

bayangannya!

a

b

41

Catatan:

--- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

42

BAB 3

LISTRIK STATIS

Standar Kompetensi:

Menginterpretasikan listrik statis dan dinamis Kompetensi dasar:

Membedakan konsep listrik statis dan dinamis Menjelaskan penerapan listrik statis dan dinamis

Suatu benda yang mengandung listrik statis, muatan-muatan listriknya dalam keadaan diam ( tidak bergerak ). Dalam listrik statis tidak terdapat arus listrik karena tidak terjadi aliran muatan listrik.

A. GAYA LISTRIK

Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Jika dua benda bermuatan listrik yang sejenis, misalnya positif (+) dengan positif (+) atau negatif (-) dengan negatif (-) maka benda tersebut akan saling tolak menolak. Jika dua benda bermuatan tidak sejenis, yaitu positif (+) dengan negatif (-) maka kedua benda tersebut akan saling tarik menarik.

+

+

Muatan (+) dengan muatan (+) saling tolak menolak

Muatan (-) dengan muatan (-) saling tolak menolak

Muatan (+) dengan muatan (-) saling tarik menarik

43

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak yang terjadi dirumuskan dalam

Hukum Coulomb yang dinyatakan oleh Charles Augustin de Coulomb (1786) sebagai berikut:

Jika medium muatan bukan pada vakum atau udara, maka besar gaya Coulomb antara q1 dan q2 menjadi.

Dengan dimana

B. MEDAN LISTRIK

Medan listrik adalah daerah atau ruang di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik).

+

“Gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”

2 2 1 r q q k F = F = gaya Coulomb (N)

q1, q2 = muatan listrik 1, muatan listrik 2 (Coulomb) r = jarak antara kedua muatan (m)

k = konstanta = o πε 4 1 = 9.109 N.m2/C2

εo = permitivitas listrik dalam ruang hampa/udara yang nilainya = 8,85.10-12 C2/Nm2 ε = εrεo ε = permitivitas bahan εr = permitivitas relatif 2 2 1 1 r q q k F r bahan = ⋅

ε

atau F r F bahan ε 1 =

Medan pada muatan listrik. Tanda panah menyatakan arah medan listrik

Medan listrik digambarkan dengan garis gaya listrik yang arahnya keluar (menjauhi) untuk muatan positif dan masuk (mendekati) untuk muatan negatif

44 Kuat medan listrik secara matematis:

.

Atau

jadi, besarnya gaya listrik dapat juga ditulis:

Jika suatu titik daerah atau ruang dipengaruhi oleh beberapa medan listrik, maka Kuat medan listrik di daerah titik tersebut adalah jumlah dari kuat medan listrik yang dihasilkan oleh tiap muatan sumber pada titik tersebut.

Medan Listrik pada Dua Keping Sejajar

Medan Listrik pada Konduktor Bola Berongga

r R r permukaan Gauss II permukaan Gauss I bola konduktor E = q F

E = kuat medan listrik (N/C) F = gaya Coulomb (C) q = muatan uji (C) Q = muatan sumber (C) r = jarak muatan uji terhadap

muatan sumber (m) ₂ r Q k E= ⋅ Etotal = E1 + E2 + E3 + … 2 r Qq k F = +σ E -σ E = o ε σ σ = A q σ = rapat muatan (C/m2) dimana

a. Kuat medan di dalam bola ( r < R ) Adalah E = 0

b. Kuat medan pada kulit bola (R) E = k ₂

R q

c. Kuat medan listrik di luar bola ( r > R)

E = k ₂

r q

45

C. HUKUM GAUSS

Jika terdapat garis-garis gaya dari suatu medan listrik homogen yang menembus tegak lurus bidang seluas A (lihat gambar di bawah), maka fluks listrik (_Ф) yang melalui bidang tersebut sama dengan :

Dengan Ф = fluks listrik ( N/Cm2 atau weber (Wb))

bidang

Luas : A E

E

Luas : A

Persamaan fluks kistrik untuk medan listrik yang menembus bidang tedak secara tegak lurus adalah :

Dengan

Hukum Gauss berbunyi :

Secara matematis, Hukum Gauss dinyatakan dengan rumus: Dengan :

D. POTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL LISTRIK

1. Potensial Listrik Oleh Muatan Titik

Sebuah titik yang terletak di dalam medan listrik akan memiliki potensial listrik. Potensial listrik yang dimiliki titik tersebut besarnya adalah :

Atau dengan V = potensial listrik ( volt ) Ф = E . A

Ф = E . A . cos θ

Ф = fluks listrik (Wb) E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus medan listrik (m2) θ = sudut antara E dan garis normal bidang

garis normal

‘Jumlah garis gaya dari suatu medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu”

Ф = E . A. cos θ = o

Q ε

Q = muatan pada permukaan tertutup

εo = permitivitas udara

V = k

r Q

46

Potensial listrik merupakan besaran scalar, apabila terdapat beberapa muatan titik, maka potensial listrik pada sebuah titik merupakan jumlah aljabar potensialnya terhadap tiap-tiap muatan. Besarnya potensial di P :

2. Potensial Listrik oleh Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik di dalam bola konduktor di tiap titik adalah sama, bidang yang mempunyai potensial listrik yang sama disebut bidang eqipotensial

R

r

1. Untuk r < R ( di dalam bola )

2. Untuk r = R ( dipermukaan bola )

3. Untuk r > R ( di luar bola )

3. Potensial Listrik pada Dua Keping Sejajar

E + Q - Q Vp = k Σ r Q V = k R Q V = k R Q V = k r Q V = E . d atau V = o A Qd ε d

47 4. Energi Potensial Listrik

Muatan Q akan memberikan potensial listrik terhadap q sebesar V, akibat potensial listrik tsb, maka q akan memberkan energi sebesar :

Atau dengan

Apabila suatu muatan q dipindahkan dari titik (1) ke titik (2), maka usaha yang diperlukan adalah :

E. KAPASITOR

Kapasitor adalah peralatan listrik (komponen) elektronika yang digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam waktu yang singkat untuk dibebaskan kembali dengan cepat. Biasanya berupa sepasang konduktor kembar yang dipisahkan oleh lapisan isolator (dielektrikum). Jenis kapasitor antara lain : kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variabel. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan energi disebut kapasitas atau kapasitansi, yang dinyatakan dalam Farad (F).

Simbol kapasitor :

C

Pada gambar berikut, Sebuah kapasitor keping sejajar dihubungkan dengan sumber tegangan

V :

E

r

+q -q d + - Ep = q V Ep = r

Qq Ep = energi potensial listrik ( Joule )

W12 = Ep2 – Ep1

= q V2 – q V1 = q ( V2 – V1) W12 = q ∆V

W12 = usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q dari titik 1 ke titik 2

∆V = beda potensial ( volt )

48 Besarnya Kapasitas kapasitor adalah :

atau C = kapasitas kapasitor (Farad atau f )

q = muatan antara dua keping (C)

V = beda potensial antara dua keping (volt)

ε

= permitivitas dielektrikum bahan A= luas penampang keeping (m2) Pada keeping kapasitor juga berlaku:

d = jarak antara dua keping kapasitor (m) E = kuat medan listrik (N/C)

q = besar muatan listrik pada keeping (C) V = beda potensial antar kedua keeping (Volt)

Energi dalam kapasitor merupakan energi potensial yang tersimpan di dalam medan listrik kapasitor.

atau atau

EP = energi kapasitor (J)

q = muatan listrik kapasitor (C)

V = beda potensial antara dua keping (v) C = besar kapasitas kapasitor (F)

Beberapa kapasitor dapat dihubungkan secara seri, paralel, dan kombinasi keduanya. Hubungan seri : C1 C2 C3 Berlaku: 2 1 2 P q E C = 2 1 2 P E = ⋅ ⋅C V 1 2 P E = ⋅ ⋅q V q E d⋅ ⋅ = ⋅q V V q C = A C d ε⋅ = q1 = q2 = q3 = qgab Vgab = V1 + V2 + V3 3 2 1 1 1 1 1 C C C C_gab = + + 3 2 1 3 2 1 1 : 1 : 1 : : C C C V V V =

49 Hubungan paralel : C1 C2 C3 Berlaku:

SOAL – SOAL LATIHAN

1. Empat buah titik A, B, C, dan D bermuatan listrik. Titik A menolak titik B, titik B menarik titik C, dan titik C menolak titik D. jika muatan listrik D negative, maka muatan listrik yang lain beruturut-turut:

A. titik A positif, B positif, dan C negatif B. titik A positif, B negatif, dan C negatif C. titik A negatif, B positif, dan C positif D. titik A negatif, B negatif, dan C negatif E. titik A positif, B positif, dan C positif

2. Rumus menentukan gaya listrik yang terjadi pada dua muatan yang sejenis jika muatan benda tersebut q1 dan q2 adalah …

A. r q q k F = 1⋅ 2 B. r q k F = C. ₂ r q k F = D. 1 ₂ 2 r q q k F = ⋅ E. r k q q F ⋅ ⋅ = 1 2 qgab = q1 + q2 + q3 Vgab = V1 = V2 = V3 Cgab = C1 + C2 + C3 q1 : q2 : q3 = C1 : C2 : C3

50 3. Dua buah benda bermuatan listrik

masing-masing 9 µC dan 10 µC. Jika kedua benda tersebut terpisah sejauh 3 m, berapa besar gaya tarik-menarik yang terjadi . . . (konstanta coulomb (k) = 9 x 109 N m2 / C2) A. 9 x 10-1 N B. 9 x 10-2 N C. 3 x 10-1 N D. 3 x 10-2 N E. 3 x 10-3 N

4. Gaya tarik menarik antara dua buah benda bermuatan tertentu saat di udara adalah 900 N. jika kedua benda tersebut diletakkan di dalam bahan yang memiliki konstanta dielektrik 3, menjadi berapa gaya tarik-menarik yang terjadi? A. 300 N B. 903 N C. 2700 N D. 0,003 N E. 270 N

5. Alat yang dapat digunakan untuk mengetahui muatan listrik pada suatu benda adalah … A. elektroskop B. amperemeter C. stetoskop D. voltmeter E. multimeter

6. Suatu benda bermuatan listrik -9 µC. Jika konstanta coulomb 9 x 109 N m2 / C2, berapa besarnya medan listrik pada jarak 30 cm dari benda tersebut?

A. 9 x 106 N/C B. 3 x 106 N/C C. 18 x 106 N/C D. 3 x 105 N/C E. 9 x 105 N/C

7. Titik A terletak pada jarak 1 m dari benda bermuatan listrik - 5 µC dan 1 m dari benda bermuatan listrik 10 µC. Berapa besarnya kuat medan listrik pada titik A ?

A. 15 x 103 N/C B. 30 x 103 N/C C. 45 x 103 N/C

51 D. 30 x 104 N/C

E. 45 x 104 N/C

8. Persamaan matematis hubungan antara medan listrik dengan gaya listrik yang benar adalah … A. F =E⋅Q B. E=F⋅Q C. Q E F = D. F =E⋅r E. r E F =

9. “Banyaknya garis medan listrik (fluks listrik) pada suatu permukaan tertutup sama dengan besarnya muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut dibagi dengan εo”. pernyataan tersebut merupakan . . .

A. Isi hukum Khirchoff B. Isi hukum Coulomb C. Isi hukum Newton D. Isi hukum Gauss E. Isi hukum Ohm

10.Pernyataan yang tidak benar mengenai medan listrik yaitu . . . A. besarnya sebanding dengan besar muatan listrik

B. semakin jauh jaraknya dari sumber muatan listrik, semakin kecil medan listriknya

C. semakin dekat jaraknya dari sumber muatan listrik, semakin besar medan listriknya

D. dimiliki oleh semua benda

E. ada medan listrik positif dan ada juga medan listrik negatif

11.Persamaan matematis dari hukum gauss yang benar adalah . . .

A. ₂ r Q K A E⋅ = B. r Q K A E⋅ = C. E⋅A=Q⋅

ε

o D. A Q E= ⋅εo E. o Q A E ε = ⋅

12.Rumus untuk menentukan potensial listrik yang benar adalah … A. r Q Q k V = 1⋅ 2 B. ₂ r Q k V =