Listrik Magnet [PDF]

Citation preview

RPS MATAKULIAH PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN FISIKA Mata Kuliah : Listrik Magnet Dosen : Drs. Rudy Kustijono, M.S. Abd. Kholiq, S.Pd., M.T. Diah Hari Kusumawati, S.Si., M.Si. Setyo Admoko, S.Pd., M.Pd. Dr. Frida Ulfah Ermawati, M.Sc. Capaian Pembelajaran Matakuliah/Kompetensi 1. Memiliki kemampuan untuk berpikir kritis dan menggunakan konsep yang tepat untuk menganalisis secara kualitatif masalah atau situasi yang melibatkan fisika dalam hal ini kelistrikan dan kemagnetan. 2. Memiliki kemampuan untuk menggunakan konsep fisika dan metode matematika/komputasi yang tepat untuk mendapatkan solusi dari masalah kuantitatif dalam menyelesaikan masalah listrik magnet. 3. Menguasai materi, struktur, dan konsep ilmu fisika serta penerapannya dalam teknologi. 4. Mengimplementasikan proses berpikir tingkat tinggi (kritis, kreatif, logis, dan pemecahan masalah) dalam mempelajari proses dan gejala fisika khususnya listrik magnet baik secara induktif maupun deduktif. 5. Menggunakan bahasa simbolik dan numerik secara kreatif dalam mendeskripsikan proses dan gejala kelistrikan dan kemagnetan secara kualitatif dan kuantitatif. Deskripsi Matakuliah Maka Kuliah Listrik Magnet ini mencakup pembahasan tentang konsep-konsep: Analisis vektor, gradien, divergensi, curl, teorema Stokes, medan listrik, hukum Coulomb, medan listrik, hukum Gauss, potensial listrik, dipol listrik, multipol energi listrik, kerapatan energi medan, persamaan Laplace dan persamaan Poisson, syaratsyarat batas, metode bayangan, metode pemisahan variabel. bahan dilektrik: vektor polarisasi, muatan polarisasi, vektor perpindahan D, hukum Gauss untuk D. Arus Listrik: aliran muatan listrik, persamaan kontinuitas. Medan magnet: gaya Lorentz, hukum Biot-Savart, potensial vektor, hukum Ampere, momen dipol magnetik, potensial saklar, magnetisasi, kutub magnetik, hukum Ampere untuk H, bahan magnetik, histerisis. Imbas magnetik, arus perpindahan, persamaan-persamaan Maxwell. Pembelajaran dilakukan dengan metode diskusi dan melakukan kegiatan di laboratorium (proses pemgambilan data, pelaporan dan presentasi hasil kegiatan laboratorium). Referensi 1. David J Griffiths, 1999. , &ldquo Introduction to Electrodynamics&rdquo, Second edition, Prentice hall, International edition. 2. Mahmud Zaki, 2000. , Medan Elektromagnetik (Bagian I), Jurusan Fisika FMIPA ITS.



Pertemuan Ke 1-2 Kemampuan Akhir Indikator



Bahan Kajian



: Memahami konsep-konsep medan elektrostatik serta mampu mengaplikasikan konsep tersebut dalam menyelesaikan soal dan masalah pada kejadian alam : 1. Menjelaskan konsep dasar medan elektrostatik dari muatan 2. Menjelaskan gaya interaksi dari muatan titik yang merupakan hukum fundamental kelistrikan 3. Menghitung kuat medan listrik di dalam ruang hampa di sekitar muatan listrik 4. Mendiskusikan medan listrik untuk muatan terdistribusi kontinu : Elektrostatik: 1. Medan elektrostatik 2. Hukum Coulumb 3. Medan listrik 4. Distribusi muatan kontinu



Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab 4. Tugas Sumber Belajar Media : David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition. Waktu : 4 X 50 Pengalaman Belajar : 1. Mendiskusikan konsep dasar medan elektrostatik dari muatan 2. Memahami konsep gaya interaksi dari muatan titik 3. Menentukan besar kuat medan listrik muatan di titik di dalam ruang hampa di sekitar muatan listrik 4. Menghitung besar kuat medan listrik untuk muatan yang terdistribusi berupa garisluasan dan volume Strategi Penilaian Bentuk Penilaian



: Tugas terstruktur : Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang Medan elektrostatik Hukum Coulumb Medan listrik dan Distribusi muatan kontinu pada Chapter 2 buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Kriteria Penilaian



: Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar



Kemampuan Akhir



: Memahami konsep garis-garis medan pada medan listrik dan mampu menerapkan hukum Gauss dan operator curl dalam menghitung kuat medan listrik



Indikator



: 1. Menjelaskan konsep dari garis-garis medan pada medan listrik 2. Menerapkan Hukum Gauss untuk menghitung kuat medan listrik 3. Mendiskusikan operator curl di dalam perhitungan besar medan listrik



Pertemuan Ke 3-4



Bahan Kajian



: 1. Divergensi dan curl dari medan elektrostatik 2. Garis medan Hukum Gauss 3. Aplikasi Hukum Gauss 4. Curl dari medan listrik Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab 4. Tugas Sumber Belajar Media



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Waktu Pengalaman Belajar



Strategi Penilaian



: 6 X 50 : 1. Mendiskusikan konsep dasar medan elektrostatik dari muatan 2. Memahami konsep gaya interaksi dari muatan titik 3. Menentukan besar kuat medan listrik muatan di titik di dalam ruang hampa di sekitar muatan listrik 4. Menghitung besar kuat medan listrik untuk muatan yang terdistribusi berupa garisluasan dan volume 5. Membedakan garis-garis medan untuk medan untuk muatan positif negatif dan interaksi kedua muatan 6. Menentukan kuat medan listrik membuat permukaan Gauss pada sistem kawat panjang plat luas dan sistem muatan bola 7. Menerapkan divergensi dan curl dari medan listrik dan mengklasifikasikan berdasarkan sifat-sifat operasi dari masing-masing operator : Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian



: Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang divergensi dan curl dari medan elektrostatik; Garis medan Hukum Gauss; Aplikasi Hukum Gauss; Curl dari medan listrik yang ada pada Chapter 2 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Kriteria Penilaian



: Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar Pertemuan Ke 5-7



Kemampuan Akhir



: Memahami konsep potensial listrik dan mengaplikasikan konsep tersebut untuk menghitung potensial listrik dari muatan dengan metode yang berbeda



Indikator



: 1. Menjelaskan konsep potensial listrik 2. Memaparkan perhitungan potensial listrik dengan persamaan Laplace dan Poisson



3. Menjelaskan konsep potensial dari distribusi muatan terlokalisasi 4. Memaparkan hubungan antara medan potensial dan distribusi muatan pada bidang batas antar medium Bahan Kajian : Potensial listrik: 1. Potensial listrik 2. Persamaan poisson dan Laplace 3. Potensial dari distribusi muatan terlokalisasi 4. Elektrostatik dalam kondisi batas Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab 4. Tugas Sumber Belajar Media



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Waktu Pengalaman Belajar



Strategi Penilaian



: 9 X 50 : 1. Mendiskusikan konsep potensial listrik 2. Menghitung potensial listrik dengan persamaan Laplace dan Poisson 3. Mendiskusikan konsep potensial dari distribusi muatan terlokalisasi 4. Mendeskripsikan kaitan antara medan potensial dan distribusi muatan pada bidang batas antar medium : Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian



: Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang konsep potensial listrik menentukan potensial listrik dengan persamaan Laplace dan Poisson konsep potensial dari distribusi muatan terlokalisasi serta kaitan antara medan potensial dan distribusi muatan pada bidang batas antar medium yang tersedia pada Chapter 4 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition. : Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar



Kriteria Penilaian



Pertemuan Ke 8 Kemampuan Akhir



: Mengetahui dan memahami energi potensial dari muatan diskrit dan muatan terdistribusi kontinu



Indikator



: 1. Mendiskusikan konsep energi potensial dari muatan diskrit dari posisi tak hingga ke jarak terttu dari muatan 2. Memperluas konsep energi potensial dari muatan diskrit ke kasus muatan tersistribusi kontinu : Energi elektrostatik: 1. Energi potensial muatan diskrit 2. Energi medan elektrostatik



Bahan Kajian



Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab Sumber Belajar Media



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Waktu Pengalaman Belajar



: 3 X 50 : 1. Menghitung energi potensial dari muatan diskrit 2. Mengaplikasikan konsep energi potensial dari muatan diskrit ke muatan kontnu



Strategi Penilaian



: Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian Instrumen Penilaian



: Soal essay : Soal-soal tentang: 1. Energi potensial muatan diskrit 2. Energi medan elektrostatik yang tersedia pada Chapter 2 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Kriteria Penilaian



: Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar



Kemampuan Akhir



: Mengaplikasikan beberapa metode perhitungan potensial listrik dan menganalisis secara matematis terhadap sistem fisis yang disesuaikan dengan sistem koordinatnya



Indikator



: 1. Mendiskusikan metode ekspansi multipole untuk menghitung potensial di daerah yang jauh dari sumber muatan 2. Memaparkan keunikan solusi dari masalah elektrostatik dengan teorema pada batas potensial dan batas muatan 3. Menganalisis secara matematis terhadap sistem fisis ( dari bentuk dan simetri sistem yang bersangkutan) disesuaikan dengan pemilihan sistem koordinat tertentu dan variabel yang digunakan 4. Menjelaskan metode lain penentuan potensial untuk sistem distribusi muatan dan permukaan konduktor yang ditanahkan serta penentuan energi potensial



Bahan Kajian



: 1. Teknik khusus menghitung potensial 2. Ekspansi Multipole 3. Keunikan solusi masalah elektrostatik 4. Teorema I keunikan batas potensial 5. Teorema II keunikan batas muatan 6. Metode separasi variabel 7. Koordinat kartesian 8. Koordinat bola



Pertemuan Ke 9-11



9. Koordinat silinder 10. Metode bayangan 11. Muatan induksi 12. Energi potensial Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya Jawab 4. Tugas Sumber Belajar Media Waktu



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition. : 9 X 50



Pengalaman Belajar



: 1. Menghitung potensial dengan metode ekspansi multipole sebagai salah satu metode yang digunakan sebagai salah satu metode yang digunakan untuk menentukan besar potensial di daerah yang jauh dari sumber muatan 2. Mendiskusikan teorema kleunikan dalam penentuan potensial dari masalah elektrostatik dengan batas potensial dan batas muatan 3. Menentukan nilai potensial untuk sistem fisis dengan mempertimbangkan bentuk dan kesimetrian sisitem yang ditinjau dan disesuaikan dengan pemilihan sistem koordinat tertentu dan variabel efektif yang ditinjau 4. Menghitung potensial dengan metode bayangan untuk sistem distribusi muatan dan permukaan konduktor yang ditanahkan serta energi potensial



Strategi Penilaian



: Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian



: Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang potensial listrik dengan tenkik khusus; Ekspansi Multipole; Keunikan solusi masalah elektrostatik; Teorema I keunikan batas potensial; Teorema II keunikan batas muatan; Metode separasi variabel; Koordinat kartesian; Koordinat bola; Koordinat silinder; Metode bayangan; Muatan induksi dan Energi potensial yang tersedia pada Chapter 3 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition. : Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar



Kriteria Penilaian



Pertemuan Ke 12-13 Kemampuan Akhir



: Memahami konsep medan statik (magnetostatik ) dan hukum-hukum yang mendasari serta mengaplikasikannya dalam penentuan potensial dan ekspansi multipole



Indikator



: 1. Memahami konsep bahan magnet dan garis medan magnet 2. Mengetahui konsep bahwa muatan yang bergerak di dalam ruang bermedan magnet akan mengalami gaya lorentz 3. Memahami konsep arus dan rapat arus di dalam sistem fisis bermedan magnet 4. Mengetahui dan memahami kaitan antara arus dan medan magnet 5. Menerapkan/mengaplikasikan operator divergensi dan curl pada persamaanpersamaan medan magnet untuk menentukan medan magnet dari sebuah fisis 6. Menggunakan hukum ampere dalam perhitungan medan magnet dalam bentuk differensial maupun integral 7. Menerapkan definisi potensial vector magnetic untuk menyelesaikan hukum differensial fundamental megnetoastatik 8. Memahami kaitan antara medan magnet potensial dan rapat arus pada permukaan batas antara dua medium. 9. Menghitung ekspansi multipole khususnya suku dipole dalam potensial vektor magnetik



Bahan Kajian



:



Sumber Belajar Media



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Waktu



: 6 X 50



Pengalaman Belajar



: 1. Menjelaskan bahan magnet dan konsep garis medan magnet 2. Memaparkan konsep gaya lorentz dari muatan yang bergerak di dalam ruang bermedan magnet 3. Curah pendapat tentang konsep arus dan rapat arus yang mengalir di dalam sebuah sistem fisis 4. Memaparkan eksperimen dari Oersted dan Bio-Savert sebagai dasar untuk menetukan kaitan antara arus dan medan magnet 5. Menganalisis secara matematis operator divergensi dan curl pada persamaanpersamaan medan magnet 6. Memaparkan hukum Ampere yang dikaitkan dengan penggunaan operator divergensi dan curl yang dinyatakan dalam bentuk yang berbeda (integral)



1. Medan magnet 2. Gaya Lorentz 3. Gaya distribusi arus 4. Hukum Biot-Savart 5. Persamaan differensial magnetotastik dan hukum Ampere 6. Divergensi medan magnet 7. Curl medan magnet 8. Hukum Ampere 9. Potensial vektor 10. Potensial vektor 11. Syarat batas magnetostatik 12. Momen dipole magnetik Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab 4. Tugas



7. Mendefinisikan potensial vektor magnetik untuk menyelesaikan hukum differensial fundamental magnetostatik 8. Menguraikan kaitan antara medan magnet potensial vektor dan rapat arus pada permukaan batras antara dua medium 9. Memaparkan ekspansi multipole khususnya suku dipole yang lebih dominan bagi potensial vektor magnetik Strategi Penilaian



: Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian



: Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang Medan magnet; Gaya Lorentz; Gaya distribusi arus; Hukum Biot-Savart; Persamaan differensial magnetotastik dan hukum Ampere; Divergensi dan Curl medan magnet; Hukum Ampere dan Momen dipole magnetik yang tersedia pada Chapter 5 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Kriteria Penilaian



: Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar.



Kemampuan Akhir



: Memahami konsep gaya gerak listrik hukum Ohm dan memahami hukum induksi Faraday dan Lenz serta menghitung energi medan magnet dari medan yang berubah terhadap waktu.



Indikator



: 1. Menemukan kaitan antara gerakan muatan di dalam lintasan tertutup yang dilalui medan listrik itu sendiri yang berupa konstanta empiris 2. Memahami hukum induksi Faraday dan hukum Lenz pada medan magnet konstan dan medan magnet berubah terhadap waktu 3. Menghitung energi medan magnet dari medan yang berubah terhadap waktu



Bahan Kajian



: 1. Gaya gerak listrik dan hukum ohm 2. Gaya gerak listrik 3. Hukum Ohm 4. Hukum induksi Faraday 5. Induksi elektromagnetik 6. Induktansi 7. Energi medan magnet



Pertemuan Ke 14-15



Pendekatan/Metode/Model/ : 1. Ceramah Strategi Pembelajaran 2. Diskusi 3. Tanya jawab 4. Tugas Sumber Belajar Media



: David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Waktu



: 6 X 50



Pengalaman Belajar



: 1. Menjelaskan gerakan muatan di dalam logam (ruang bermedan listrik) atau gerakan muatan di dalam lintasan tertutup yang dilalui medan listrik 2. Memaparkan hukum induksi Faraday dan hukum Lenz pada medan magnet statis/konstan dan medan yang berubah 3. Menentukan energi medan magnet dari medan yang berubah terhadap waktu



Strategi Penilaian



: Tugas terstruktur



Bentuk Penilaian



: Soal essay



Instrumen Penilaian



: Soal-soal tentang Gaya gerak listrik; Hukum Ohm; Hukum induksi Faraday dan Induksi elektromagnetik yang tersedia pada Chapter 5 Buku David J Griffiths 2003 Introduction to Electrodynamics Third edition Prentice Hall International edition.



Kriteria Penilaian



: Nilai penuh akan diberikan kepada mahasiswa apabila semua soal dijawab dengan benar