MODUL IPA
PETUNJUK BELAJAR:
Langkah-langkah yang harus kalian lakukan dalam PJJ dengan menggunakan MODEL DABLOG ini adalah sebagai berikut.
1. Usahakan memiliki buku siswa cetakan terbaru (dari perpustakaan sekolah)
2. Baca dan pahamilah tujuan pembelajaran dengan baik.
3. Selesaikan Bab ini dalam 4 x pertemuan dengan rincian pertemuan pertama "Konsep Dasar Kemagnetan", pertemuan kedua " Gaya Lorentz dan arahnya", pertemuan ketiga "Elektromagnet dan Percobaan Faraday", Pertemuan keempat "Prinsip Kerja Transformator"
4. Mulailah mempelajari modul ini dengan fokus dan konsentrasi jangan lupa berdo'a, bila mengalami kesulitan diskusikan dengan temanmu atau gurumu.
5. Setelah kamu merasa memahami materi, kerjakan tugas dan latihan soal dalam buku tulismu.
6. Periksalah hasil pekerjaanmu dengan mencocokkan kunci jawaban dalam MODEL DABLOG ini.
7. Selanjutnya kerjakan tes akhir, bila kamu mendapatkan nilai sekurang-kurangnya 75 berarti kamu bisa melanjutkan ke KD berikutnya, jika belum kalian harus mengulang untuk mempelajari KD ini kembali.
A. PENDAHULUAN
Pernahkah kalian mengamati burung yang sedang bermigrasi? Burung dapat bermigrasi pada jalur yang relatif tetap tanpa tersesat, bagaimana itu bisa terjadi? Ternyata burung dapat mengenali posisinya dengan mendeteksi medan magnet bumi layaknya sebuah alat GPS (Global Positioning System). Selain burung hewan lain yang dapat mendeteksi medan magnet adalah ikan salmon, penyu, lobster duri dan bakteri. Seorang nelayan juga dapat mengenali arah dengan alat sederhana yaitu kompas. Kalian sudah pernah belajar tentang kemagnetan saat masih SD bukan? Cobalah untuk mengingatnya kembali. Dalam bab ini, kalian akan mempelajari teori dasar kemagnetan, elektromagnet, percobaan Faraday dan Prinsip Kerja Generator serta Prinsip kerja dari Transformator.
Kompetensi Dasar:
3.6 Menerapkan konsep kemagnetan, induksi elektromagnetik, dan pemanfaatan medan magnet dalam kehidupan sehari-hari termasuk pergerakan/navigasi hewan untuk mencari makanan dan migrasi.
4.6 Membuat karya sederhana yang memanfaatkan prinsip elektromagnet dan/atau induksi elektromagnetik.
Tujuan Pembelajaran:
Setelah pembelajaran daring, peserta didik dapat :
6. Menunjukkan sikap tanggung jawab, rasa ingin tahu, dan percaya diri.
Tujuan Pembelajaran:
Setelah pembelajaran daring, peserta didik dapat :
Tujuan Pembelajaran:
Setelah pembelajaran daring, peserta didik dapat :
B. KEGIATAN BELAJAR
Kegiatan Belajar 1
TEORI DASAR KEMAGNETAN
Mengapa jarum kompas selalu menunjuk arah utara selatan? Mengapa jika magnet batang digantung juga menunjukkan arah utara selatan? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, maka ingatlah kembali tentang kemagnetan bumi dan karakteristik magnet.
Ingat prinsip magnet:
- Magnet selalu memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan
- Kekuatan magnet terletak pada kutub-kutubnya
- Kutub-kutub yang sama akan tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang bebeda akan tarik menarik
- Daerah disekitar magnet disebut medan magnet
1. Kemagnetan Bumi
Bumi merupakan layaknya magnet batang raksasa yang membujur dengan arah utara-selatan. Kutub utara magnet bumi terletak di kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi terletak di kutub utara bumi. Oleh karena itulah kutub utara magnet jarum kompas selalu menghadap ke utara karena ditarik oleh kutub selatan magnet bumi yang berada di kutub utara bumi. Namun seringkali penunjukan arah jarum kompas mengalami penyimpangan. Bila kutub utara jarum kompas menyimpang terhadap arah utara bumi (vertikal) maka sudut yang dibentuk disebut dengan sudut deklinasi, sedangkan jika kutub utara jarum kompas menyimpang terhadap arah timur bumi (horizontal) maka sudut sudut yang dibentuk disebut sudut inklinasi.
Magnet bumi berasal dari pergerakan partikel bermuatan listrik dalam cairan inti luar bumi saat terjadinya rotasi bumi.
Magnet bumi mengakibatkan adanya medan magnet. Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang mengancam kesehatan. Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi. Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron terlepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora.
2. Feromagnetik, Paramagnetik dan Diamagnetik
Berdasarkan kemampuan suatu benda terhadap pengaruh magnet, benda dapat digolongkan menjadi dua, yaitu :1. Benda magnetik, adalah benda atau zat yang dapat dipengaruhi magnet.
Benda magnetik dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
a. Feromagnetik, adalah zat yang dapat ditarik sangat kuat oleh magnet. Sehingga zat ini mudah dijadikan magnet. Contoh: baja, besi, kobalt, dan nikel.
b. Paramagnetik, adalah zat atau bahan yang memiliki sifat kemagnetan sedang. Contoh: alumunium, platina.
c. Diamagnetik, adalah zat atau bahan yang tidak bisa ditarik oleh magnet. Contoh: emas, seng, dan perak.
2. Benda non magnetik, adalah benda yang tidak dapat dipengaruhi olehmagnet. Contoh: kertas, kaca, plastic, alumunium, dan PVC.
3.Membuat Magnet dan Menentukan Kutubnya
Logam ferromagnetik dapat dibuat menjadi magnet dengan cara menyearahkan magnet elementer. Magnet elementer dapat disearahkan arahnya dengan tiga cara yaitu : Menggosok logam dengan magnet, mnginduksi logam dengan magnet, dan melilitkan penghantar berarus listrik DC pada logam.
a. Menggosok logam dengan magnet, yaitu logam digosok secara serah dengan menggunakan salah satu kutub magnet.
Ujung A akan berkutub Utara sedangkan ujung B akan berkutub selatan. Ujung Q akan berkutub selatan sedangkan ujung P akan berkutub utara.
b. Menginduksi logam, yaitu logam cukup didekatkan dengan magnet, maka logam akan menjadi magnet pula.
c. Mengaliri logam dengan listrik DC, yaitu dengan cara melilitkan kabel berisolasi ke logam kemudian dihubungkan dengan baterai atau akumulator (sumber tegangan DC)
4. Medan Magnet
Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya magnet. Medan magnet digambarkan berupa garis-garis gaya magnet yang arahnya dari kutub utara ke kutub selatan magnet.Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah.Pola garis – garis gaya magnet pada dua kutub yang berdekatan.
TUGAS 1 :
Jawablah pertanyaan sebagai berikut ini!
1. Bagian terkuat dari magnet terletak pada ... .
2. Bila kutub-kutub yang sama dari dua buah magnet didekatkan maka ... .
3. Bila kutub-kutub yang berbeda dari dua buah magnet didekatkan maka ... .
4. Perhatikan gambar berikut!
a. Ujung P memiliki kutub ...
b. Ujung Q memiliki kutub ...
c. Logam besi menjadi magnet yang bersifat ...
5. Perhatikan gambar berikut!
a. Ujung A memiliki kutub ..., ujung B memiliki kutub ...
b. Ujung C memiliki kutub ..., ujung D memiliki kutub ...
c. Logam besi menjadi magnet yang bersifat .... , logam Baja menjadi magnet bersifat ... .
6. Perhatikan gambar berikut!
a. Ujung X memiliki kutub ...
b. Ujung Y memiliki kutub ...
c. Logam besi menjadi magnet yang bersifat ...
Kegiatan Belajar 2
ELEKTROMAGNETIK
1. Medan magnet disekitar kawat berarus listrik
Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan oleh Hans Christian Oersted (1770-1851). Oersted menemukan bahwa jika sebuah kompas diletakkan disekitar kawat berarus listrik, maka jarum kompas akan bergerak (menyimpang).
- Pada saat kawat tidak dialiri arus listrik ( I = 0 ), jarum kompas tidak menyimpang ).
- Pada saat kawat dialiri arus listrik ke atas, kutub utara jarum kompas menyimpang ke kanan.
- Pada saat kawat dialiri arus listrik ke bawah, kutub utara jarum kompas menyimpang ke kiri.
Perhatikan gambar (b). Arah medan pada titik sebelah kiri kawat akan menuju ke pembaca, sedangkan arah medan pada titik sebelah kanan kawat akan menembus layar.
2. Gaya Lorentz
Fisikawan Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853-1928) melakukan eksperimen bahwa jika sebuah kawat berarus listrik diletakkan di dalam sebuah medan magnet, maka kawat akan ditarik atau didorong ke arah tertentu. Tarikan atau dorongan pada kawat tersebut dikenal dengan gaya lorentz.
Besarnya gaya lorentz dihitung dengan rumus berikut ini.
(Rumus ini hanya berlaku apabila F, B dan I saling tegak lurus)
Video Percobaan Gaya Lorentz dapat dilihat pada Link berikut ini:
https://www.youtube.com/watch?v=j02LRCvjJMg&t=342s
Sebuah kawat berarus listrik 2 A yang panjangnya 20 cm berada di dalam medan magnet sebesar 15 T dengan arah tegak lurus. Tentukanlah :
a. Besar gaya lorentz!
b. Arah gaya lorentz jika arah medan ke kanan dan arah arus listrik ke atas!
3. Percobaan Faraday dan Induksi Elektromagnetik
Seorang ilmuwan dari Jerman yang bernama Michael Faraday (1991 – 1867) memiliki gagasan dapatkah medan magnet menghasilkan arus listrik? Gagasan ini didasarkan oleh adanya penemuan dari Oersted bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.Pada tahun 1831 Faraday berhasil membangkitkan arus listrik dengan menggunakan medan magnet. Percobaan Faraday adalah sebagai berikut.
Pada saat magnet digerakkan (keluar- masuk) dalam kumparan, jarum galvanometer menyimpang. Penyimpangan jarum galvanometer menunjukkan bahwa di dalam kumparan mengalir arus listrik. Arus listrik seperti ini disebut arus induksi. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial. Beda potensial ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi). Timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan disebabkan karena adanya perubahan garis gaya magnetik yang memotong kumparan. Sedangkan peristiwa terjadinya tegangan pada ujung-ujung kumparan karena adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut dengan induksi elektromagnetik.
Sayarat utama timbulnya arus listrik pada kumparan adalah ketika terjadi perubahan garis gaya medan magnet (fluks) yang menembus kumparan. Agar terjadi perubahan fluks secara terus menerus, maka harus ada gerakan secara terus menerus. Prinsip inilah yang digunakan untuk membuat generator. Besarnya GGL induksi yang dihasilkan ditentukan oleh banyaknya lilitan dan kecepatan perubahan fluks.
Generator dibedakan menjadi 2 jenis yaitu, generator tipe AC dan Generator tipe DC. Berikut perbedaan keduanya.
TRANSFORMATOR
Fluks magnetik yang terkonsentrasi pada inti besi kemudian diteruskan ke kumparan skunder yang akan menghasilkan tegangan baru dengan tetap mempertahankan dayanya (selama tidak ada kebocoran arus).
|
Trafo Step Up |
Trafo Step Down |
|
Jumlah kumparan skunder lebih banyak |
Jumlah kumparan skunder lebih sedikit |
|
Tegangan skunder lebih besar |
Tegangan skunder lebih kecil |
|
Kuat arus listrik lebih kecil |
Kuat arus listrik lebih besar |
Perhatikanlah ketika tegangan skunder dinaikkan maka arus listrik skundernya justru menurun, dan bergitu sebaliknya.
Percobaan pembuatan Trafo dperagakan dalam video berikut ini.
https://www.youtube.com/watch?v=WBoKsTmqOlc&t=11s
Rumus Trafo :
1. Efisiensi trafo
Contoh :
Sebuah trafo memiliki efisiensi 80%. Apabila trafo tersebut memiliki daya primer sebesar 350 W, berapakah daya skundernya?
Diketahui efisiensi trafo = 80%; Pp = 350 W,
maka daya skundernya (Ps) adalah :
Ps = (80% x 350)/100% = 0,8 x 350 = 280 W.
Jadi daya skundernya adalah lebih rendah yaitu 280 W. Artinya ada energi yang hilang setiap detiknya sebesar 70 W. Energi ini biasanya berubah menjadi energi panas. Oleh karena itulah setiap trafo saat digunakan akan menjadi hangat bahkan harus diberi pendingin kipas atau yang lainnya.
2. Trafo ideal
Trafo ideal adalah trafo yang mampu mempertahankan dayanya (efisiensinya 100%). Trafo jenis ini tidak mengalami panas ketika digunakan. Trafo ideal hingga saat ini belum bisa dibuat.
- Vp:Vs = Np:Ns
- Ip x Vp = Is x Vs
- Ip x Np = Is x Ns
Keterangan :
Ps = daya skunder
Pp = daya primer
Vp = tegangan primer
Vs = tegangan skunder
Ip = arus primer
Is = arus skunder
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan skunder
Contoh :
Sebuah trafo ideal memiliki jumlah lilitan primer 6000 dan jumlah lilitan skundernya 9000. Trafo dipasang pada tegangan 220 V. Pertanyaan :
a. Apakah jenis trafo tersebut?
b. Berapakah tegangan skundernya?
c. Apabila kuat arus yang mengalir pada kumparan primernya sebesar 100 mA, berapakah kuat arus pada lilitan skundernya?
Penyelesaian :
Diketahui : Np = 6000 ; Ns = 9000; Vp = 220 V.
a. Jenis trafo ini adalah trafo step up, karena Ns lebih besar dari Np
b. Tegangan skunder (Vs) dapat diketahui dari perbandingan jumlah lilitannya, karena perbandingan tegangan sama dengan perbandingan jumlah lilitan.
Vs:Vp = Ns:Np
Vs = (Ns/Np) x Vp
= (9000/6000) x 220 = (3/2) x 220 = 330 Volt.
c. Karena trafo ini adalah trafo step up, maka kuat arus skundernya menjadi lebih kecil dari kuat arus primernya.
Is x Vs = Ip x Vp
Is = ( Ip x Vp )/Vs = 100 mA x (220/330) = 66,67 mA
Diera modern ini, kemagnetan terus dikembangkan dalam berbagai produk teknologi. Misalnya adalah MRI (Magnetic Resonance Imaging) dan Kereta Maglev. Dalam dunia kesehatan MRI (Magnetic Resonance Imaging) digunakan untuk mendiagnosa dan mendeteksi penyakit organ dalam tubuh manusia, tulang dan otak tanpa menggunakan prosedur pembedahan. Sedangkan kereta maglev merupakan kereta yang dapat bergerak dengan kecepatan 650 km/jam dengan cara mengambang 1 cm di atas rel.
TUGAS 3 :
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini!
1. Jelaskanlah perbedaan antara trafo step up dan tarfo step down dari segi fungsi, jumlah lilitan dan tegangan (dalam bentuk tabel).
2. Sebuah transformator memiliki 1.500 lilitan primer dan 500 lilitan sekunder. Bila tegangan sekundernya 3 volt dan arus primernya 4 mA, berapakah tegangan primer dan arus sekundernya?
3. Sebuah transformator step down terdiri atas kumparan primer dengan 1.200 lilitan dan kumparan sekunder dengan 400 lilitan. Jika kumparan primer dihubungkan degan tegangan sebesar 330 V, berapa tegangan pada kumparan sekunder?
4. Jika daya listrik yang mengalir pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator berturut-turut sebesar 350 watt dan 150 watt, berapakah efisiensi transformator tersebut?
TEMPAT MENGUNGGAH FOTO JAWABAN TUGAS 3 (Khusus Siswa SMP N 1 Bangsri, Kab Jepara) :
https://forms.gle/rkPVHebXQ29LHeLt6
C. RANGKUMAN
1. Magnet adalah benda yang memiliki kemampuan dapat menarik benda lain. Magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik.2. Lobster duri, bakteri, merpati, elang, salmon, dan penyu laut memanfaatkan prinsip medan magnet bumi untuk navigasi, menghindari predator, dan mencari mangsa.
3. Bumi adalah magnet raksasa. Sama seperti magnet lainnya, bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di kutub utara bumi.
4. Gaya magnet ditimbulkan oleh gerakan muatan listrik seperti elektron dan proton (partikel elementer penyusun magnet).
5. Berdasarkan kekuatan magnet untuk menarik benda, bahan magnet dibagi menjadi tiga, yaitu feromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik.
6. Magnet dapat dibuat dengan cara menggosok, induksi (mendekatkan), dan induksi elektromagnetik.
7. Sifat kemagnetan bahan dapat dihilangkan dengan cara memukul-mukul, memanaskan, dan meliliti magnet dengan arus searah atau AC.
8. Interaksi kawat berarus dalam sebuah medan magnet akan menghasilkan gaya, yang disebut sebagai gaya Lorentz. Besarnya gaya Lorentz tersebut dipengaruhi oleh besarnya kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Contoh penerapan gaya Lorentz dalam kehidupan sehari-hari adalah motor listrik, bel listrik, relai, dan telepon kawat.
9. Induksi elektromagnetik membahas tentang konsep arus listrik yang dapat menghasilkan medan magnet atau medan magnet yang mampu menghasilkan listrik. Contoh penerapan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari adalah generator, dinamo AC/DC, dan transformator.
10. Transformator adalah alat yang digunakan untuk merubah besar tegangan listrik. Berdasarkan penggunaanya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu trasformator step down dan transformator step up. Transformator step down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik.
11. Prinsip elektromagnetik diterapkan dalam teknologi sebagai pendeteksi penyakit dalam tubuh manusia tanpa melalui prosedur pembedahan atau MRI (Magnetic Resonance Imaging), kereta maglev, dan pembangkit listrik tenaga nuklir.
D. KUNCI JAWABAN
TUGAS 11. Kedua Kutubnya
2. Tolak menolak
3. Tarik menarik
4. a. utara b. selatan c. sementara
5. a. A kutub selatan; B kutub utara; b. C kutub selatan; D kutub utara
c. logam besi menjadi magnet sementara, logam baja menjadi magnet permanen
6. a. X kutub selatan; b. Y kutub utara; c. magnet sementara
1. Menembus layar/kertas/maju
2. FL = B.I.L = 90 x 0,02 x 0,2 = 0,36 N
3. B = (FL/I.L) = 1/(0,5 x 0,02) = 100 T
4a. X- (kutub X negatif)
b. Z+ (kutub Z positif)
TUGAS 3
|
Pembeda |
Step Up |
Step Down |
|
Fungsi |
Menaikkan tegangan |
Menurunkan tegangan |
|
Jumlah lilitan |
Jumlah lilitan skunder lebih banyak |
Jumlah lilitan skunder lebih sedikit |
|
Tegangan |
Tegangan skunder lebih besar |
Tegangan skunder lebih kecil |
2. a. Tegangan Primer :
Vp = (Np/Ns) x Vs = (1500/500) x 3 V = 9 V
Is = (Ip x Vp)/Vs = (4 mA x 9 v) / 3 V = 12 mA = 0,012 A
3. Tegangan Skunder :
Vs = (Ns/Np) x Vp = (400/1200) x 330 V = 110 V
4. Efisiensi Trafo :
𝜼=
(Ps/Pp) x 100% = (150/350) x 100% = 42,86 % atau jika dibulatkan 43 %.
E. PENILAIAN
1. Penilaian kompetensi sikap : Dilakukan selama proses pembelajaran daring dibuktikan dengan daftar hadir, kedisiplinan mengerjakan tugas, umpan balik berupa komentar, pertanyaan dan diskusi, dan kelengkapan tugas.
2. Penilaian kompetensi pengetahuan: Dilakukan diakhir pertemuan berupa tes tertulis secara daring melalui google form. link dan token akan dishare kemudian (tunggu saja ya!)
3. Penilaian kompetensi keterampilan: Dilakukan diakhir pertemuan berupa membuat
produk sederhana yang memanfaatkan prinsip kemagnetan.
