Materi Pelajaran Fisika Listrik Dinamis

commit to user 42 sintesis, kemampuan untuk membentuk suatu kesatuan atau pola baru, 6 evaluasi, kemampuan untuk membentuk suatu pendapat mengenai sesuatu bersama dengan pertanggungjawaban pendapatnya berdasarkan kriteria tertentu. Dalam penelitian ini instrumen yang dikembangkan untuk pengukuran prestasi belajar pada ranah kognitif adalah hanya sampai aspek kognitif analisis C4. Pertimbangan yang digunakan adalah menyesuaikan dengan tingkat perkembangan berpikir dari siswa SMP belum bisa secara kompleks mencapai kemampuan kognitif tingkat tinggi, yaitu sintesis C5 dan evaluasi C6. Sedangkan untuk ranah afektif, empat aspek tersebut di atas mengacu pada pengembangan penilaian IPA sesuai kurikulum yang berlaku di tingkat SMP. Selanjutnya, dalam pengembangan instrumen penelitian, keempat aspek ranah kognitif dan afektif tersebut dijabarkan dalam indikator penilaian yang nantinya digunakan dalam membuat soal prestasi belajar. Pada penelitian ini prestasi belajar pada ranah kognitif diukur menggunakan teknik tes dengan bentuk soal pilihan ganda. Sedangkan untuk prestasi belajar pada ranah afektif diukur menggunakan teknik non tes dengan bentuk soal angket kuisoner.

7. Materi Pelajaran Fisika Listrik Dinamis

Listrik statis dan listrik dinamis merupakan salah satu materi Fisika yang dipelajari di SMP kelas IX. Untuk mengajarkan materi listrik dinamis di SMP dapat menggunakan pembelajaran inkuiri terbimbing melalui metode eksperimen dan demonstrasi. Melalui pembelajaran inkuiri dengan eksperimen dan demonstrasi siswa dapat mengenal peralatan secara langsung dan dapat menemukan konsep listrik dinamis melalui pengamatan dan dapat diabstraksikan commit to user 43 di pikiran sehingga konsep akan bertahan lama dan dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya siswa dapat menganalisis permasalahan lampu mati dirumah dan dapat menyelesaikan permasalahan tersebut. Berikut ini adalah materi fisika listrik dinamis yang pembahasan dan kedalaman materinya sesuai dengan cakupan Standar Kompetensi Lulusan SKL dan silabus kurikulum KTSP yang berlaku di sekolah menengah pertama SMP. a. Arus dan Beda Potensial Listrik Arus listrik adalah aliran muatan listrik positif yang mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Arus listrik dapat mengalir dalam suatu rangkaian karena adanya beda potensial dan rangkaian harus tertutup. Dalam kawat penghantar terdapat arus elektron yang mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Sehingga arus listrik berlawanan arah dengan arah elektron. Rangkaian listrik tertutup adalah rangkaian yang merupakan jalan yang tidak terputus bagi elektron untuk mengalir. b. Kuat Arus Listrik I Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik positif Q yang mengalir melalui penampang kawat konduktorpenghantar tiap sekon. Kuat arus listrik dapat dirumuskan: t Q I = …………………………………………….. 1 Persamaan 1 di atas menunjukkan hubungan antara kuat arus listrik I, muatan listrik Q, dan selang waktu t. Kuat arus listrik tergantung pada hasil bagi antara muatan listrik yang mengalir terhadap waktu. Kuat arus listrik commit to user 44 mempunyai satuan ampere A, muatan listrik mempunyai satuan coulomb C dan selang waktu mempunyai satuan sekon s. Apabila muatan listrik yang mengalir banyak maka arus akan besar, sedangkan apabila muatan listrik yang mengalir sedikit, maka arus listrik akan kecil. Satu coulomb adalah muatan listrik yang melalui titik apa saja dalam rangkaian listrik ketika arus tetap satu ampere mengalir selama satu sekon. Kuat arus listrik diukur dengan amperemeter yang dipasang seri dengan rangkaiannya. Dibawah ini gambar amperemeter dan perumusan hasil pengukuran pada basic meter yang diformat sebagai amperemeter. Gambar 2. 2 Basicmeter sebagai Amperemeter Gambar 2.2 memperlihatkan basicmeter yang diseting menjadi amperemeter. Penghubung positif kabel merah dihubungkan dengan batas ukur kuat arus yang akan diukur. Pemilihan batas ukur tersebut harus cermat karena kuat arus yang diukur tidak boleh melebihi batas ukur amperemeter. Jika besar kuat arus yang diukur melebihi batas ukur maksimal ini maka alat bisa rusak. Selanjutnya penghubung negatif kabel biru dihubungkan dengan kutub 0 dari basicmeter. Basicmeter memiliki dua angka skala pada panel layar skala. Angka skala atas memiliki batas maksimal skala 50, sedangkan angka skala bawah commit to user 45 memiliki batas maksimal skala 100. Untuk mengetahui besarnya kuat arus yang diukur menggunakan basicmeter ini adalah melalui perhitungan sebagai berikut: ukur batas x maksimum skala ditunjuk yang skala Pengukuran Hasil = c. Beda Potensial Listrik Beda potensial listrik adalah banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik tiap coulomb. Satuan beda potensial adalah volt. Dua titik pada suatu rangkaian listrik mempunyai beda potensial satu volt jika untuk memindahkan muatan sebesar 1 coulumb dari potensial tinggi ke potensial rendah memerlukan energi sebesar 1 joule. Beda potensial dapat dirumuskan : Q W V = ……………………………………………. 2 Persamaan 2 diatas menunjukkan hubungan antara beda potensial V, usaha W dan muatan listrik. Beda potensial tergantung pada hasil bagi antara usaha yang dilakukan terhadap banyaknya muatan listrik. Beda potensial mempunyai satuan volt V, dan usaha mempunyai satuan joule J. Persamaan 2 di atas juga menunjukkan beda potensial berbanding lurus dengan usaha, dan berbanding terbalik dengan banyak muatan yang mengalir. Apabila usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik besar, maka beda potensial akan besar, sedangkan apabila usaha kecil, maka beda potensial akan kecil. Apabila muatan yang akan dipindahkan banyak, maka beda potensial akan kecil, sedangkan apabila muatan yang akan dipindahkan sedikit, maka beda potensial akan besar. commit to user 46 Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah voltmeter yang dipasang secara paralel dengan rangkaiannya. Dibawah ini gambar voltmeter dan perumusan hasil pengukuran pada voltmeter: Gambar 2.3 Basicmeter sebagai Voltmeter Gambar 2.3 memperlihatkan basicmeter yang diformat menjadi voltmeter. Penghubung positif kabel merah dihubungkan dengan batas ukur tegangan yang akan diukur. Pemilihan batas ukur tersebut harus cermat karena tegangan yang diukur tidak boleh melebihi batas ukur voltmeter. Jika besar tegangan yang diukur melebihi batas ukur maksimal ini maka alat bisa rusak. Selanjutnya penghubung negatif kabel biru dihubungkan dengan kutub 0 dari basicmeter. Basicmeter memiliki dua angka skala pada panel layar skala. Angka skala atas memiliki batas maksimal skala 50, sedangkan angka skala bawah memiliki batas maksimal skala 100. Untuk mengetahui besarnya tegangan yang diukur menggunakan basicmeter ini adalah melalui perhitungan sebagai berikut: ukur batas x maksimum skala ditunjuk yang skala Pengukuran Hasil = commit to user 47 d. Rangkaian Seri dan Rangkaian Paralel Rangkaian seri adalah rangkaian yang komponen listriknya dihubungkan membentuk rangkaian yang tidak memiliki percabangan di antara kutub sumber arus. Elektron mengalir dari kutub negatif sumber arus listrik melalui kabel masing-masing komponen secara berurutan dan akhirnya kembali ke sumber arus listrik melalui kutub positif. Kuat arus yang mengalir selalu sama di setiap titik sepanjang rangkaian. Rangkaian paralel adalah rangkaian yang komponen listriknya membentuk percabangan di antara kutub sumber arus listrik. Setiap bagian dari percabangan disebut rangkaian percabangan. Arus listrik yang mengalir dari sumber arus listrik akan terbagi ketika memasuki titik percabangan, dan ketika keluar daripercabangan, arus listrik akan menyatu kembali sebelum menuju kutub positif sumber arus listrik. e. Hukum Ohm Hubungan antara beda potensial dan kuat arus pertama kali ditemukan oleh George Simon Ohm dan dikenal dengan hukum Ohm. Bunyi hukum Ohm adalah: Kuat arus yang melalui suatu konduktor adalah sebanding dengan beda potensial antara ujung konduktor asalkan suhu konduktor tetap. Hubungan antara tegangan dan kuat arus secara matematis dituliskan: V = I x R ……………………. 3 I V R = ……………………. 4 V R I ´ = 1 ……………………. 5 commit to user 48 Persamaan 3, 4, dan 5 menunjukkan hubungan antara beda potensial, kuat arus dan hambatan listrik R. Beda potensial tergantung pada hasil kali antara arus listrik dengan hambatan listrik. Adapun hambatan listrik tergantung pada hasil bagi antara beda potensial terhadap arus listrik. Satuan hambatan listrik adalah ohm Ω. Apabila beda potensial besar, arus yang mengalir akan besar, sedangkan apabila beda potensial kecil, arus yang mengalir kecil. Apabila hambatan besar, arus yang mengalir akan kecil, sedangkan apabila hambatan kecil, maka arus yang mengalir akan besar. f. Hambatan pada Penghantar Hambatan suatu penghantar ialah hasil bagi beda potensial antara ujung penghantar dengan kuat arus yang mengalir dalam penghantar. Hambatan dapat dirumuskan sesuai dengan hukum Ohm pada persamaan 3 di atas. Hambatan kawat penghantar ditentukan oleh luas penampang, jenis kawat dan panjang kawat. Besarnya hambatan kawat penghantar: a. sebanding dengan panjag kawat; b. sebanding dengan hambatan jenis kawat; dan c. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat. Besarnya hambatan pada kawat penghantar dapat dihitung dengan persamaan: A R l r = ………………………………………….. 6 Persamaan 6 di atas menunjukkan hubungan antara hambatan listrik, hambatan jenis kawat penghantar ρ, panjang kawat l dan luas penampang A. Hambatan pada kawat penghantar tergantung pada perkalian antara hambatan jenis dengan panjang penghantar dibagi luas penampang kawat. Satuan hambataan commit to user 49 jenis kawat adalah ohm meter Ωm, satuan panjang kawat adalah meter m dan satuan luas penampang adalah meter persegi m 2 . g. Konduktor, Isolator dan Semikonduktor Kemampuan zat untuk menghantarkan arus listrik berbeda. Konduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan baik. Bahan konduktor dapat menghantarkan listrik karena pada bahan ini memiliki elektron bebas yang banyak sehingga mudah mengalir. Contoh konduktor: logam, karbon, air raksa, badan manusia,larutan elektrolit. Isolator adalah bahan yang tidak dapat atau sukar menghantarkan arus listrik. Bahan isolator sukar menghantarkan arus karena tidak mempunyai elektron bebas. Contoh isolator: karet, kaca, ebonite, porselin, plastik. Semikonduktor adalah bahan yang dalam keadaan normal bersifat isolator dan bila dipanaskan bersifat konduktor. Contoh semi konduktor: germanium, silikon. Bahan konduktor dapat menghantarkan listrik karena mempunyai banyak elektron bebas, sedangkan pada bahan isolator tidak terdapat elektron bebas. Ketika tidak ada beda potensial, elektron bebas pada bahan konduktor mengalir ke segala arah sehingga tidak mampu menghasilkan energi yang besar, tetapi ketika ada beda potensial, elektron bebas diarahkan ke satu arah sehingga dihasilkan energi yang besar yang mampu menyalakan lampu listrik. h. Hukum I Kirchoff Hukum I Kirchoff berbunyi: Jumlah arus yang memasuki suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang meninggalkan percabangan. Hukum I Kirchoff ini dapat dirumuskan dengan persamaan 7 di bawah ini: commit to user 50 å å = keluar masuk I I …………………. 7 3 2 1 I I I = + ……………......................... 8 Persamaan 7 dan 8 di atas menunjukkan arus yang masuk pada percabangan I 1 dan I 2 jika dijumlahkan akan menghasilkan nilai yang sama dengan arus yang keluar dari percabangan I 3 . Pada rangkaian seri, kuat arus yang mengalir pada setiap komponen tidak mengalami percabangan sehingga besar kuat arus dimana-mana sama. Rangkaian seri dapat dilihat pada gambar 2.4. Gambar 2.4. Rangkaian Hambatan Listrik Tersusun Seri Gambar 2.4 menunjukkan hambatan listrik resistor yang disusun secara seri, yaitu R 1 , R 2 , dan R 3 . Jika resistor dirangkai seri maka kuat arus listrik yang mengalir melewati di tiap resistor tersebut adalah sama besar yaitu: I 1 = I 2 = I 3 ……………….…. 9 Persamaan 9 menunjukkan besar arus pada rangkaian seri adalah sama di semua tempat. Hal ini disebabkan karena rangkaian seri tidak mempunyai percabangan sehingga tidak ada pembagian arus. Pada rangkaian paralel, kuat arus induk I yang mengalir pada rangkaian terbagi menjadi I 1 , I 2 dan I 3 . Dalam hal ini berlaku jumlah kuat arus yang masuk I 1 I 2 I 3 commit to user 51 pada titik percabangan P sama dengan jumlah kuat arus yanag keluar dari titik percabangan itu P. Rangkaian paralel dapat dilihat pada gambar 2.5. Gambar 2.5 Rangkaian Hambatan Listrik Susun Paralel Gambar 2.4 menunjukkan hambatan listrik resistor yang disusun secara paralel, yaitu R 1 dan R 2 . Jika resistor dirangkai paralel maka kuat arus listrik yang mengalir masuk titik P dan melewati resistor R1 dan R2, lalu keluar percabangan memalui titik Q, maka besarnya kuat arus adalah: å å = keluar masuk I I 3 2 1 I I I I + + = …………………10 Persamaan 10 di atas menunjukkan jumlah arus yang masuk pada percabangan I sama dengan jumlah arus yang keluar dari percabangan I 1 , I 2 , dan I 3 . Hal ini berlaku karena pada rangkaian paralel memiliki percabangan sehingga arus terbagi-bagi pada titik percabangan dan berlaku hukum I Kirchoff. i. Rangkaian Pengganti Seri – Paralel Hambatan pada rangkaian listrik dapat disusun seri maupun paralel. Ada dua prinsip penting dalam susunan seri pada gambar 2.4, yaitu: a. Kuat arus adalah besarnya sama pada semua titik dalam rangkaian. I 1 = I 2 = I 3 commit to user 52 b. Jumlah beda potensial pada ujung-ujung rangkaian seri sama dengan jumlah beda potensial masing-masing hambatan. Hal ini dapat dirumuskan pada persamaan 10 di bawah ini: V AD = V AB + V BC + V CD ………………………………. 11 Menurut hukum Ohm, V AD = I.R seri ; V AB = I.R 1 ; V BC = I.R 2 ; V CD = I.R 3 . Dari persamaan 11 dan hukum Ohm tersebut, maka di dapatkan: V AD = V AB + V BC + V CD I.R seri = I.R 1 + I.R 2 + I.R 3 dari persamaan 8, arus di setiap titik pada rangkaian seri sama, maka : R seri = R 1 + R 2 + R 3 Jadi, hambatan pengganti untuk rangkaian seri adalah : R seri = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + …… + R n …………………… 12 Persamaan 12 menunjukkan hambatan pengganti untuk rangkaian seri. Hambatan pengganti untuk rangkaian seri adalah jumlah tiap hambatan dipasang. Ada dua prinsip penting dalam susunan paralel pada gambar 2.5, yaitu: a. Tiap penghambat dalam susunan paralel memiliki beda potensial yang sama pada ujung-ujungnya. Hal ini dapat dirumuskan pada persamaan 13 di bawah ini : V 1 = V 2 = V 3 = V PQ ……………………………. 13 b. Pada rangkaian paralel berlaku hukum Kirchoff I. Dari persamaan 10, persamaan hukum Ohm, dan persamaan 13, maka: 3 2 1 I I I I + + = commit to user 53 3 3 2 2 1 1 R V R V R V R V paralel PQ + + = V 1 = V 2 = V 3 = V PQ 3 2 1 1 1 1 1 R R R R paralel + + = Jadi, hambatan pengganti untuk rangkaian paralel adalah : Rn R R R R R paralel 1 ....... 1 1 1 1 1 4 3 2 1 + + + + + = ………………….. 14 Persamaan 14 di atas adalah hambatan pengganti rangkaian paralel.

B. Penelitian yang Relevan

Berdasarkan penelusuran pustaka yang telah dilakukan, terdapat beberapa penelitian terdahulu yang relevan dengan penelitian ini. Penelusuran pustaka dipilah menjadi dua yaitu: 1 penelusuran penelitian yang dilakukan di luar negeri, 2 penelusuran penelitian yang dilakukan di dalam negeri. Penelitian yang dilakukan di luar negeri diantaranya oleh Mao dan Chang 1999; Wallace, Tsoi, Calkin, dan Darley 2003; dan Brickman, Gormally, Armstrong, dan Hallar 2009. Penelitian yang dilakukan di dalam negeri antara lain oleh Lestari 2007, Saraswati 2008, Broto 2009, Sudarmi 2009, Kholifudin 2009, dan Siswoyo 2009. Berikut ini penjelasan dan uraian hasil temuan dari penelitian terdahulu.

1. Penelitian Mao dan Chang 1998

Mao dan Chang 1998 meneliti Pengaruh metode pengajaran inkuiri pada mata pelajaran Sains Bumi terhadap hasil belajar dan sikap siswa tingkat sembilan. Penelitian ini dilakukan di Taiwan dengan sampel penelitian adalah 557 siswa kelas Sembilan yang mengikuti mata pelajaran sains Bumi yang dibagi