Satuan Pendidikan : SMA XXX Mata Pelajaran : Fisika (PJJ) Kelas / Semester : XII / V
Materi Pembelajaran : Medan Magnet dan Induksi Magnetik kawat lurus Alokasi Waktu : 1 pertemuan (45 - 60’)
No Kompetensi Dasar IPK
A 3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi (kognitif)
- Menganalisis hasil percobaan Oersted
- Menjelaskan medan magnetik disekitar kawat berarus
- Mengidentifikasi besar induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus
- Menentukan arah medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus - Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besar medan
magnetik pada kawat lurus
B. Tujuan : Melalui kegiatan mempelajari modul yang berbantuan augmented reality siswa dapat menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi. C. Kegiatan Pembelajaran
1. Pra Pembelajaran:
- Guru mengunggah bahan ajar modul yang berbantu augmented reality pada Google Classroom - Siswa mengunduh dan menginstal aplikasi augmented reality induksi magnetik yang telah dishare
melaui aplikasi whatapps atau mengunduh dari drive
https://drive.google.com/file/d/1zpVNpjTfja3TeJ1W5Qtd1JTn_By3Xac1/view?usp=sharing
2. Pendahuluan
- Guru menyapa peserta didik di grup kelas Google Classroom dan mengecek kehadiran siswa. - Setelah mengecek kehadiran siswa, proses pembelajaran beralih ke Google Meet.
- Guru menjelaskan tentang penggunaan modul yang berbantu augmented reality - Kemudian guru menggali konsep awal siswa berkaitan dengan medan magnet. - Guru menginformasikan tujuan pembelajaran
3. Inti
- Guru menjelaskan dengan singkat tentang medan magnet dan induksi magnetik pada kawat lurus berarus.
- Untuk lebih memahami lebih detail tentang bab ini, peserta didik secara mandiri mempelajari modul berbantu augmented reality pada kegiatan pembelajaran 1 (KP.1)
- Guru dan siswa Bersama – sama melakukan diskusi berkaitan materi yang dipelajarinya 4. Penutup
- Guru membimbing siswa menympulkan kegiatan pembelajaran - Guru menginformasikan materi untuk minggu depan
- Guru menutup forum D. Penilaian : Tertulis (PG)
Garut, Oktober 2020 Guru Mata Pelajaran
LAMPIRAN MODUL
Pendahuluan
Materi Fisika yang disajikan pada Modul Fisika SMA ini merupakan materi yang memberikan kemampuan dasar Fisika dan sangat penting untuk dikuasai. Mengapa demikian? Karena materi yang disajikan pada modul tersebut akan mempermudah dalam mempelajari Fisika.
Materi yang akan dipelajari dalam modul ini sebagian sudah Anda pelajari di SMP dan sebagian lainnya merupakan materi baru. Materi – materi yang dipelajari di SMP adalah materi kemagnetan. Pada jenjang ini, materi-materi tersebut akan diperluas dan diperdalam lagi sesuai tuntutan kompetensi di tingkat SMA/MA. Sedangkan materi baru yang akan dipelajari pada modul ini besar induksi magnetik untuk berbagai situasi, gaya Lorentz untuk benda bermuatan dan momen kopel Secara rinci, materi yang akan kamu pelajari pada bab ini adalah sebagai berikut.
No Kompetensi Inti Kompetensi Dasar
3 Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, procedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah
3.3 Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi (kognitif)
Tujuan
Setelah mempelajari modul ini Anda dapat: 1. Menganalisis hasil percobaan Oersted
2. Menjelaskan medan magnetik disekitar kawat berarus
3. Mengidentifikasi besar induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus 4. Menentukan arah medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus
Petunjuk Penggunaan Modul
Sebelum ke pembahasan materi, sebaiknya membaca terlebih dahulu petunjuk penggunaan Modul Berikut ini.
1. Berdoalah kepada Tuhan Yang Maha Esa sebelum mulai belajar
2. Bacalah modul ini dengan seksama mulai dari kata pengantar sampai dengan cek penguasaan, kemudian pahami benar seluruh informasi yang termuat di dalamnya.
3. Pelajari dan pahami semua materi induksi magnetik yang ada pada modul ini.
4. Apabila menemukan tanda AR pada gambar tertentu, artinya apabila di scan menggunakan aplikasi akan memberikan informasi virtual berisi visual 2D menjadi 3D
5. Laksanakan semua latihan, tugas dan tes yang terdapat dalam modul ini agar kompetensi Anda berkembang dengan baik.
Uraian Materi A. Medan Magnet
Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet jika ditempatkan magnet lain atau benda-benda tertentu maka akan mengalami gaya magnet. Berdasarkan asal mulanya magnet terbagi menjadi magnet alam dan magnet buatan. Untuk magnet buatan diperoleh dengan mengalirkan arus pada kawat. Medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet buatan disebut Induksi Magnet.
Peristiwa terjadinya induksi magnetik, ditemukan secara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1777-1851) adalah seorang ahli fisika dan kimia dari Denmark. Pada saat dia memberikan perkulian, dia memperhatikan adanya penyimpangan pada jarum kompas ketika dekat dengan kawat berarus listrik.
Oersted mengamati, saat jarum kompas didekatkan pada kawat berarus, jarum kompas tersebut menyimpang dari kedudukan semula. Jika arah arus dibalik, maka jarum kompas menyimpang ke arah sebaliknya. Jika arus ditiadakan, maka jarum kompas kembali menunjuk arah utara selatan. Karena jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh medan magnet, Oersted menyimpulkan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.
Untuk lebih memahami tentang fenomena ini, Oersted melakukan percobaan untuk mengetahui penyimpangan jarum kompas pada saat didekatkan pada kawat berarus listrik berikut ini gambaran percobaan Oersted tersebut
Berdasarkan hasil percobaan, Oerstead menyimpulkan bahwa:
- Arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar itu menghasilkan medan magnetik, atau di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik.
- Kuat medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar beraus listrik sama besar terhadap setiap titik yang berjarak sama dari penghantar itu
- Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang digunakan, semakin besar medan magnet magnetik yang dihasilkan.
- Arah medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar berarus listrik bergantung kepada arah arus listrik dalam penghantar itu
Gambar 1 Skema hasil percobaan Oersted
Arah induksi magnet dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan seperti gambar di samping berikut. Pada kaidah tangan kanan tersebut, ibu jari tangan kanan ke atas dan keempat jari lainnya dikepalkan (bayangkan seolah – olah menggenggam penghantar berarus). Arah ibu jari melukiskan arah arus listrik pada penghantar, dan arah lipatan keempat jari lainnya melukiskan arah garis gaya magnetik yang ditimbulkan penghantar berarus listrik itu.
Perlu diperhatikan, pada bab – bab selanjutnya akan sering disebutkan arah arus dan arah medan magnet,
Untuk arah ini, biasa digunakan istilah arah kanan (→), kiri (←), atas (↑), bawah (↓), tegak lurus bidang gambar menuju pembaca (⦿) dan tegak lurus bidang gambar menjauhi pembaca (X).
Contoh Soal
Arus listrik mengalir sepanjang kawat listrik dari kiri ke kanan, kemanakah arah medan di atas dan di bawah kawat?
Jawab
Arah medan magnetik di atas kawat adalah tegak lurus keluar buku yang sedang Anda baca dan arah medan magnetik di bawah kawat tegak lurus menembus buku yang sedang Anda baca
Dari percobaan Oersted diperoleh pernyataan kualitatif dari medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar berarus listrik. Pernyataan yang bersifat kuantitatif dikemukakan oleh Biot-Savart dan Ampere. Menurut Biot-Savart, induksi magnet (B) di suatu titik P yang berjarak r dari kawat penghantar dL yang berarus listrik I adalah sebagai berikut.
1. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I). 2. Berbanding lurus dengan panjang kawat (dL).
3. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen kawat penghantar (r).
4. Berbanding lurus dengan sinus sudut apit θ antara arah arus dengan garis hubung antara titik P ke elemen kawat penghantar.
Gambar 2 Kaidah Tangan Kanan Sumber: Physics for Scientists and Engineers, Serway
Gambar 3 Induksi magnet di sekitar kawat berarus Sumber: Paket Unit Pembelajaran Fisika PKB, Kandi
2
sin
4
oI dl
dB
r
Keterangan I = Arus (A) 𝑑𝑙 = elemen kawatθ = sudut antara elemen arus dengan garis hubung ke elemen kawat r = Jarak titik ke elemen kawat (m)
𝜇𝑜
4𝜋 = 10
-7 (Wb/Am)
B. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Berarus
Apa yang dikemukakan Biot-Savart di atas bukanlah persamaan matematis yang sudah jadi, melainkan masih perlu diselesaikan sesuai dengan kondisi tertentu. Berikut ini persamaan medan magnet untuk berbagai kondisi yang diturunkan dari persamaan matematis Biot-Savart.
1. Di sekitar kawat lurus yang pendek Perhatikan gambar berikut.
B = 𝝁𝒐 𝑰
𝟒𝝅𝒂 (cos 𝜽1 +cos 𝜽2) (Pers.1)
dengan μ0 = 4𝜋x10-7 Wb/A.m;
a= jarak dari kawat; I=arus listrik (A)
Contoh Soal
Seutas kawat lurus pendek dialiri arus 2 ampere seperti gambar berikut ini. Hitunglah gaya magnetik di titik P?
Jawab
1 2 7 7 1 1 2 2 6 6 6
(cos
cos
)
4
4
10
2
(cos 60
cos 30 )
4
0,1
4
10
2
(
3)
4
0,1
B
2 10 (0, 5 0,85)
B
2 10 (1, 35)
2, 7 10
o o oi
B
a
x
B
x
B
x
x
B
x
T
2. Di sekitar kawat lurus yang sangat panjang
Jika panjang kawat L sangat besar jika dibandingkan dengan jara a (L<< a), maka Panjang kawat dianggap panjangnya tidak berhingga, sehingga nilai θ1 = θ2 = 00. Jika besar sudut – sudut ini dimasukan
ke persamaan matematis (1) maka diperoleh persamaan berikut. B = 𝜇𝑜 𝐼 4𝜋𝑎(𝑐𝑜𝑠 0 0+ 𝑐𝑜𝑠 00) B = 𝜇𝑜 𝐼 4𝜋𝑎(1 + 1) B = 𝜇𝑜 𝐼 4𝜋𝑎(2) B = 𝝁𝒐 𝑰 𝟐𝝅𝒂 (Pers.2) dengan μ0 = 4𝜋x10-7 Wb/A.m;
a = jarak dari kawat; I = arus listrik (m) Contoh Soal
Sebuah penghantar lurus panjang dialiri arus 2 A seperti tampak pada gambar berikut. Hitunglah Besar induksi magnet di titik P!
Jawab 7 2 5 2 4 10 2 2 4 10 1 10 oi B a x B x B x T
3. Di sekitar kawat melingkar pada jarak tertentu
Sebuah penghantar berbentuk lingkaran (kumparan) berjari – jari a dan berarus listrik dengan kuat arus listrik i. Sebuah titik P terletak pada sumbu lingkaran dan berjarak y dari pusat lingkaran, atau berjarak r dari lingkaran. Berdasarkan perhitungan yang diturunkan dari persamaan biot savart, besar medan magnet di titik P diperoleh sebagai berikut.
B = 𝝁𝒐 𝑰𝑵
a= jari-jari lingkaran; I=arus listrik (m); N = jumlah lilitan
Contoh Soal:
Sebuah penghantar membentuk lingkaran berjari-jari 6 cm di aliri arus listrik 10 A seperti pada gambar di samping. Hitunglah besarnya induksi magnet di titk P yang berjarak 8 cm dari pusat lingkaran!
Solusi
dari data soal I = 10 A a = 6 cm = 6 x 10-2 m y = 8 cm r = √𝑎2+ 𝑦2 r = √62+ 82 r = 10 cm sin θ = 𝑎 𝑟 sin θ = 6 10 = 3 5 N = 1 lilitan 3 7 3 2 5 5 5
sin
2
4
10 10 1 3
( )
2 6 x10
5
4
10 10 1 27
(
)
2 6
125
9
2
10 (
)
25
2, 26 10
oIN
B
a
x
B
x
B
B
x
B
x
T
Tes FormatifTes Formatif berikut dapat digunakan untuk mengukur sejauh mana daya serap seseorang terhadap materi yang baru dibahas. Anda tentu ingin mengetahui sejauh mana daya serap Anda terhadap materi tersebut. Silahkan kerjakan tes ini dengan cara memilih A, B, C, D atau E menurut Anda Benar.
1. Salah satu fenomena pada percobaan oersted yaitu pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh seperti yang ditunjukan gambar berikut. Sebaliknya pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperkecil, ternyata ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih dekat dari sebelumnya. Fenomena ini memberikan kesimpulan bahwa …
A. Arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar itu menghasilkan medan magnetik
C. Arah medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar berarus listrik bergantung kepada arah arus listrik dalam penghantar itu
D. Kuat medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar berarus listrik sama besar terhadap setiap titik yang berjarak sama dari penghantar itu
E. Kuat medan magnet yang ditimbulkan kawat bearus dipengaruhi Panjang kawat
2. Sebuah kawat lurus diletakan secara horizontal dialiri arus listrik dari arah barat daya – timur laut. Arah medan magnet di atas kawat tersebut kea rah …
A. Utara D. Timur laut B. Barat E. Barat Daya C. Tenggara
3. Sebuah kawat lurus dialiri listrik 5 A seperti gambar berikut ini. Besar dan arah induksi magnetic di titik P adalah …
A. 4 x 10-5 ke kanan
B. 4 x 10-5 ke kiri
C. 5 x 10-5 tegak lurus menuju bidang kertas
D. 5 x 10-5 tegak lurus menjauhi bidang kertas
E. 9 x 10-5 tegak lurus menjauhi bidang kertas
Penilaian Diri
Cocokanlah hasil jawaban Anda dengan kunci jawaban tes formatif yang ada di bagian belakang modul ini. Kemudian hitunglah jumlah jawaban Anda yang benar dan gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi yang telah Anda pelajari
Rumus:
𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑠𝑎𝑎𝑛 =𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐽𝑎𝑤𝑎𝑏𝑎𝑛 𝑌𝑎𝑛𝑔 𝐵𝑒𝑛𝑎𝑟
3 𝑥 100%
Arti tingkat penguasaan yang Anda capai: 90% - 100% = baik sekali
80% - 89% = baik 70% - 79% = cukup ≤ 69% = kurang
Jika tingkat penguasaan Anda mencapai 80% ke atas, Anda telah menguasai materi ini. Tetapi jika tingkat penguasaan Anda masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi kemabali materi induksi magnetik, terutama bagian yang belum Anda kuasai
Jawaban 1. B 2. C 3. B
