Kelas: XII SMA
Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)
Kurikulum: Merdeka
I. Kompetensi Dasar
- Capaian Pembelajaran (CP)
- Siswa memahami konsep medan magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus listrik.
- Siswa mampu menganalisis hubungan antara arus listrik, medan magnet, dan jarak dari kawat pada berbagai jenis rangkaian (kawat lurus, lingkaran, atau solenoida).
- Siswa mampu melakukan percobaan sederhana untuk mengamati dan menghitung medan magnet di sekitar kawat berarus.
- Profil Pelajar Pancasila yang Dikembangkan
- Bernalar kritis: Siswa mampu menganalisis fenomena medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik di sekitar kawat.
- Mandiri: Siswa mampu melakukan percobaan dan mengukur medan magnet dengan disiplin dan tanggung jawab.
- Bergotong royong: Siswa bekerja sama dalam kelompok untuk menyelesaikan percobaan tentang medan magnet di sekitar kawat berarus.
- Tujuan Pembelajaran
- Siswa dapat menjelaskan konsep dasar medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui kawat lurus dan kumparan.
- Siswa dapat menghitung besar medan magnet menggunakan hukum Biot-Savart dan hukum Ampere.
- Siswa dapat melakukan percobaan sederhana untuk mengamati medan magnet di sekitar kawat berarus, serta menggambar garis-garis medan magnet yang dihasilkan.
II. Persiapan Pembelajaran
- Materi Pokok
- Konsep medan magnet.
- Medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus berarus.
- Medan magnet di sekitar kumparan (solenoida).
- Hukum Biot-Savart: dimana:
- B = medan magnet (tesla),
- μ0 = permeabilitas magnetik ruang hampa (4π×10−7 Tm/A),
- I = arus listrik (ampere),
- r = jarak dari kawat (meter).
- Aplikasi medan magnet dalam teknologi seperti elektromagnet dan motor listrik.
- Media dan Sumber Belajar
- Media: PowerPoint (PPT), video simulasi medan magnet di sekitar kawat berarus, alat peraga berupa kawat, magnet, kompas, dan alat pengukur (galvanometer atau sensor medan magnet).
- Sumber Belajar:
- Buku teks fisika kelas XII.
- Artikel dan video tentang medan magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus.
- Simulasi interaktif medan magnet pada kawat (misalnya dari situs PhET atau sumber lainnya).
- Metode Pembelajaran
- Diskusi interaktif dan tanya jawab.
- Demonstrasi eksperimen sederhana.
- Eksperimen kelompok untuk mengamati medan magnet di sekitar kawat berarus.
- Problem-based learning (PBL) melalui soal perhitungan medan magnet dan aplikasinya dalam teknologi.
III. Langkah-langkah Pembelajaran
A. Kegiatan Pembuka (10 menit)
- Orientasi dan Apersepsi (5 menit)
- Guru membuka pelajaran dengan memperkenalkan konsep medan magnet yang muncul di sekitar kawat berarus listrik, serta bagaimana hal ini ditemukan oleh Hans Christian Ørsted pada abad ke-19.
- Guru menanyakan kepada siswa: “Apakah kalian pernah melihat atau menggunakan elektromagnet, seperti yang ada di mesin MRI atau di junkyard? Bagaimana kira-kira medan magnet bisa dihasilkan oleh arus listrik?”
- Motivasi dan Tujuan Pembelajaran (5 menit)
- Guru menjelaskan bahwa siswa akan mempelajari bagaimana arus listrik yang mengalir melalui kawat dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya, serta bagaimana menghitung besar medan magnet tersebut.
- Tujuan pembelajaran dijelaskan: siswa akan memahami prinsip medan magnet di sekitar kawat berarus, menghitung besarnya, dan melakukan percobaan untuk mengamati garis-garis medan magnet.
B. Kegiatan Inti (105 menit)
- Penjelasan Konsep Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus (30 menit)
- Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus: Guru menjelaskan bahwa medan magnet dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui kawat, dengan arah medan magnet ditentukan oleh aturan tangan kanan.
- Aturan Tangan Kanan: Guru menjelaskan aturan tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus. Siswa diminta untuk menggunakan tangan kanan, dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik, dan jari-jari lainnya melingkar menunjukkan arah medan magnet.
- Hukum Biot-Savart: Guru menjelaskan bahwa besar medan magnet di sekitar kawat lurus dapat dihitung menggunakan persamaan Biot-Savart:
.Guru menjelaskan setiap variabel dalam persamaan: B (medan magnet), μ0\mu_0 (permeabilitas magnetik), I (arus), dan r (jarak dari kawat). - Medan Magnet pada Kumparan (Solenoida): Guru menjelaskan medan magnet di sekitar solenoida (kumparan kawat), yang jauh lebih kuat daripada medan magnet di sekitar kawat lurus karena kumparan memperkuat medan magnet.
- Guru menunjukkan ilustrasi medan magnet di sekitar kawat lurus dan solenoida menggunakan diagram garis-garis medan magnet.
- Demonstrasi Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus (15 menit)
- Guru melakukan demonstrasi sederhana untuk menunjukkan medan magnet di sekitar kawat lurus berarus.
- Langkah-langkah Demonstrasi:
- Hubungkan kawat lurus dengan baterai sebagai sumber arus listrik.
- Letakkan kompas di sekitar kawat untuk mengamati defleksi jarum kompas akibat medan magnet.
- Amati bagaimana medan magnet berubah ketika besar arus diubah (misalnya, dengan menggunakan baterai berbeda).
- Guru menunjukkan bahwa jarum kompas akan berputar mengikuti arah medan magnet di sekitar kawat, yang sesuai dengan aturan tangan kanan.
- Eksperimen: Mengamati Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus (45 menit)
- Tujuan Eksperimen: Siswa akan melakukan percobaan untuk mengamati dan mengukur medan magnet di sekitar kawat berarus serta menentukan arah garis-garis medan magnet.
- Alat dan Bahan:
- Kawat tembaga lurus.
- Sumber daya (baterai atau power supply DC).
- Kompas.
- Penggaris.
- Galvanometer atau sensor medan magnet (jika tersedia).
- Langkah-langkah Eksperimen:
- Hubungkan kawat tembaga lurus dengan sumber daya untuk menciptakan arus listrik.
- Letakkan beberapa kompas kecil di berbagai titik di sekitar kawat untuk mengamati arah medan magnet.
- Gunakan penggaris untuk mengukur jarak dari kawat ke titik pengamatan (kompas), dan catat defleksi jarum kompas di berbagai posisi.
- Jika menggunakan galvanometer atau sensor medan magnet, ukur besar medan magnet di beberapa titik di sekitar kawat dan catat hasilnya.
- Gambarkan garis-garis medan magnet di sekitar kawat berdasarkan pengamatan defleksi jarum kompas atau hasil pengukuran.
- Pengamatan dan Analisis: Siswa mencatat hasil pengamatan, menghitung besar medan magnet menggunakan hukum Biot-Savart, dan menggambar garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh kawat.
- Diskusi dan Latihan Soal (15 menit)
- Setelah melakukan eksperimen, siswa melakukan diskusi kelompok untuk membahas hasil pengamatan dan perhitungan.
- Guru memberikan soal latihan perhitungan medan magnet di sekitar kawat lurus berarus. Contoh soal:
- “Hitung besar medan magnet pada jarak 5 cm dari kawat lurus yang dialiri arus sebesar 10 A. Gunakan μ0=4π×10−7 Tm/A.”
- Siswa mengerjakan soal dan membahas jawabannya bersama-sama.
C. Kegiatan Penutup (20 menit)
- Refleksi Pembelajaran (10 menit)
- Guru mengajak siswa untuk merefleksikan apa yang telah mereka pelajari tentang medan magnet di sekitar kawat berarus.
- Pertanyaan reflektif yang diajukan, misalnya: “Bagaimana medan magnet di sekitar kumparan berbeda dari medan magnet di sekitar kawat lurus?” atau “Bagaimana medan magnet berperan dalam teknologi elektromagnet dan motor listrik?”
- Penugasan (5 menit)
- Siswa diminta untuk menulis laporan hasil eksperimen yang mencakup pengamatan, perhitungan medan magnet, dan gambar garis-garis medan magnet.
- Guru juga memberikan tugas tambahan: meneliti aplikasi medan magnet di sekitar kawat berarus dalam teknologi sehari-hari, seperti elektromagnet atau generator listrik, dan menuliskan laporan singkat tentang satu aplikasi.
- Penutup dan Evaluasi (5 menit)
- Guru menutup pelajaran dengan merangkum materi yang telah dipelajari dan memberikan evaluasi terhadap keterlibatan siswa dalam proses pembelajaran.
- Guru mengumumkan topik pembelajaran berikutnya, seperti induksi elektromagnetik atau gaya magnet pada kawat berarus.
IV. Penilaian
- Penilaian Pengetahuan:
- Soal-soal perhitungan medan magnet di sekitar kawat lurus dan solenoida, serta pemahaman konsep medan magnet.
- Penilaian Keterampilan:
- Laporan hasil eksperimen yang mencakup pengamatan medan magnet, perhitungan besar medan magnet, dan gambar garis-garis medan magnet.
- Penilaian Sikap:
- Observasi keterlibatan siswa dalam diskusi, kerja sama dalam kelompok saat eksperimen, serta ketelitian dan kedisiplinan dalam melakukan pengukuran.
V. Lampiran
- Lembar Kerja Siswa (LKS): Berisi langkah-langkah eksperimen, pengamatan, dan soal perhitungan medan magnet.
- Materi Tambahan: Artikel atau video tutorial tentang medan magnet di sekitar kawat berarus dan penerapannya dalam teknologi.
Lampiran 1: Lembar Kerja Siswa (LKS)
Lembar Kerja Siswa: Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus
Kelas: XII SMA
Nama: …
Tanggal: …
A. Tujuan Kegiatan
- Mengamati dan memahami medan magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus.
- Menggunakan hukum Biot-Savart untuk menghitung besar medan magnet di sekitar kawat berarus.
- Menggambar garis-garis medan magnet berdasarkan hasil pengamatan.
B. Alat dan Bahan
- Kawat tembaga lurus
- Sumber daya (baterai atau power supply DC)
- Kompas kecil
- Penggaris
- Galvanometer atau sensor medan magnet (jika tersedia)
C. Langkah-langkah Eksperimen
- Hubungkan kawat tembaga lurus dengan sumber daya untuk menciptakan arus listrik.
- Letakkan beberapa kompas kecil di berbagai titik di sekitar kawat untuk mengamati arah medan magnet.
- Ukur jarak dari kawat ke titik pengamatan dan catat defleksi jarum kompas.
- Jika menggunakan sensor medan magnet, ukur besar medan magnet di berbagai titik di sekitar kawat.
- Gambar garis-garis medan magnet berdasarkan pengamatan.
D. Pertanyaan Refleksi
- Bagaimana arah medan magnet berubah ketika arah arus listrik diubah?
- Apa yang terjadi pada besar medan magnet ketika jarak dari kawat diperbesar?
- Bagaimana medan magnet di sekitar kumparan berbeda dari medan magnet di sekitar kawat lurus?
Lampiran 2: Rubrik Penilaian
A. Penilaian Laporan Eksperimen
| No | Aspek Penilaian | Kriteria Penilaian | Skor |
|---|---|---|---|
| 1 | Pengukuran Medan Magnet | Pengukuran dilakukan dengan benar dan teliti | 0-10 |
| 2 | Pengamatan Defleksi Kompas | Pengamatan akurat dan sesuai arah medan magnet | 0-10 |
| 3 | Perhitungan Medan Magnet | Perhitungan menggunakan hukum Biot-Savart tepat | 0-10 |
| 4 | Penyusunan Laporan | Laporan lengkap, rapi, dan jelas | 0-10 |
| Total Skor | 0-40 |
Dengan modul ini, siswa akan mendapatkan pemahaman yang komprehensif tentang medan magnet di sekitar kawat berarus, melakukan percobaan untuk membuktikan teori, serta melihat aplikasi konsep ini dalam teknologi modern.