Kata Pengantar
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
karunia dan hidayah-Nya, kami dapat menyusun bahan ajar modul manual
untuk SMK Bidang Adaptif, yakni mata-pelajaran Fisika, Kimia dan Matematika.
Modul yang disusun ini menggunakan pendekatan pembelajaran berdasarkan
kompetensi, sebagai konsekuensi logis dari Kurikulum SMK Edisi 2004 yang
menggunakan pendekatan kompetensi (CBT: Competency Based Training).
Sumber dan bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2004 adalah
modul, baik modul manual maupun interaktif dengan mengacu pada Standar
Kompetensi Nasional (SKN) atau standarisasi pada dunia kerja dan industri.
Dengan modul ini, diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh
peserta diklat untuk mencapai kompetensi kerja standar yang diharapkan
dunia kerja dan industri.
Modul ini disusun melalui beberapa tahapan proses, yakni mulai dari
penyiapan materi modul, penyusunan naskah secara tertulis, kemudian
disetting dengan bantuan alat-alat komputer, serta divalidasi dan diujicobakan
empirik secara terbatas. Validasi dilakukan dengan teknik telaah ahli (expert-
judgment), sementara ujicoba empirik dilakukan pada beberapa peserta diklat
SMK. Harapannya, modul yang telah disusun ini merupakan bahan dan
sumber belajar yang berbobot untuk membekali peserta diklat kompetensi
kerja yang diharapkan. Namun demikian, karena dinamika perubahan sain
dan teknologi di industri begitu cepat terjadi, maka modul ini masih akan
selalu dimintakan masukan untuk bahan perbaikan atau direvisi agar supaya
selalu relevan dengan kondisi lapangan.
Pekerjaan berat ini dapat terselesaikan, tentu dengan banyaknya
dukungan dan bantuan dari berbagai pihak yang perlu diberikan penghargaan
dan ucapan terima kasih. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini tidak
berlebihan bilamana disampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang
sebesar-besarnya kepada berbagai pihak, terutama tim penyusun modul
(penulis, editor, tenaga komputerisasi modul, tenaga ahli desain grafis) atas
dedikasi, pengorbanan waktu, tenaga, dan pikiran untuk menyelesaikan
penyusunan modul ini.
Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pakar di bidang
psikologi, praktisi dunia usaha dan industri, dan pakar akademik sebagai
bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Diharapkan para
pemakai berpegang pada azas keterlaksanaan, kesesuaian dan fleksibilitas,
dengan mengacu pada perkembangan IPTEK pada dunia usaha dan industri
dan potensi SMK dan dukungan dunia usaha industri dalam rangka membekali
kompetensi yang terstandar pada peserta diklat.
Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua,
khususnya peserta diklat SMK Bidang Adaptif untuk mata-pelajaran
Matematika, Fisika, Kimia, atau praktisi yang sedang mengembangkan modul
pembelajaran untuk SMK.
Jakarta, Desember 2004
a.n. Direktur Jenderal Pendidikan
Dasar dan Menengah
Direktur Pendidikan Menengah Kejuruan,
Dr. Ir. Gatot Hari Priowirjanto, M.Sc.
NIP 130 675 814
DAFTAR ISI
? Halaman Sampul .....................................................................i
? Halaman Francis ......................................................................ii
? Kata Pengantar ........................................................................iii
? Daftar Isi ................................................................................v
? Peta Kedudukan Modul .............................................................vii
? Daftar Judul Modul ..................................................................viii
? Glosary ..................................................................................ix
I. PENDAHULUAN
a. Deskripsi.......................................................................... 1
b. Prasarat ............................................................................1
c. Petunjuk Penggunaan Modul ...............................................1
d. Tujuan Akhir .....................................................................2
e. Kompetensi .......................................................................3
f. Cek Kemampuan............................................................... 4
II. PEMELAJARAN
A. Rencana Belajar Peserta Diklat ....................................5
B. Kegiatan Belajar
1. Kegiatan Belajar .....................................................6
a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran.................................. 6
b. Uraian Materi .........................................................6
c. Rangkuman ...........................................................12
d. Tugas................................................................... 12
e. Tes Formatif ..........................................................14
f. Kunci Jawaban .......................................................15
g. Lembar Kerja ........................................................16
2 Kegiatan Belajar .....................................................17
a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran.................................. 17
b. Uraian Materi .........................................................17
c. Rangkuman ...........................................................40
d. Tugas................................................................... 44
e. Tes Formatif ..........................................................45
f. Kunci Jawaban .......................................................46
g. Lembar Kerja ........................................................46
III. EVALUASI
A. Tes Tertulis .......................................................................48
B. Tes Praktik....................................................................... 50
KUNCI JAWABAN
A. Tes Tertulis .......................................................................51
B. Lembar Penilaian Tes Praktik.............................................. 55
IV. PENUTUP .............................................................................59
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................60
BAB I. PENDAHULUAN
A. Deskripsi
Dalam modul ini anda akan mempelajari konsep dasar Arus Bolak Balik,
yang didalamnya dibahas: Tegangan dan Arus efektif, Rangkaian RLC
dan diagram fasor dan daya listrik serta beberapa penerapannya dalam
kehidupan sehari-hari.
B. Prasyarat
Sebagai prasyarat atau bekal dasar agar bisa mempelajari modul ini
dengan baik, maka anda diharapkan sudah mempelajari: konsep medan
magnetik disekitar penghantar berarus listrik, gaya magnetik (gaya
Lotentz) dan penerapannya, medan magnetik disekitar penghantar
berarus listrik berbentuk lingkaran dan generator.
C. Petunjuk Penggunaan Modul
a. Pelajari daftar isi serta skema kedudukan modul dengan cermat dan
teliti karena dalam skema anda dapat melihat posisi modul yang
akan anda pelajari terhadap modul-modul yang lain. Anda juga
akan tahu keterkaitan dan kesinambungan antara modul yang satu
dengan modul yang lain.
b. Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pekerjaan dengan
benar untuk mempermudah dalam memahami suatu proses
pekerjaan, agar diperoleh hasil yang maksimum.
c. Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang
disajikan pada tiap kegiatan belajar dengan baik, dan ikuti contoh-
contoh soal dengan cermat.
d. Jawablah pertanyaan yang disediakan pada setiap kegiatan belajar
dengan baik dan benar.
e. Jawablah dengan benar soal tes formatif yang disediakan pada tiap
kegiatan belajar.
f. Jika terdapat tugas untuk melakukan kegiatan praktek, maka
lakukanlah dengan membaca petunjuk terlebih dahulu, dan bila
terdapat kesulitan tanyakan pada instruktur/guru.
g. Catatlah semua kesulitan yang anda alami dalam mempelajari
modul ini, dan tanyakan kepada instruktur/guru pada saat kegiatan
tatap muka. Bila perlu bacalah referensi lain yang dapat membantu
anda dalam penguasaan materi yang disajikan dalam modul ini.
D. Tujuan Akhir
Setelah mempelajari modul ini diharapkan anda dapat:
? Memahami konsep tegangan dan arus efektif.
? Memahami konsep tegangan dan arus maksimum.
? Memahami konsep rangkaian RLC seri.
? Memahami konsep rangkaian RLC paralel.
? Memahami konsep daya.
? Mengerjakan soal-soal yang berkaitan dengan konsep arus bolak balik
dan rangkaian RLC pada poin-poin di atas.
Cek Kemampuan
Kerjakanlah soal-soal berikut ini, jika anda dapat mengerjakan
sebagian atau semua soal berikut ini, maka anda dapat meminta langsung
kepada instruktur atau guru untuk mengerjakan soal-soal evaluasi untuk
materi yang telah anda kuasai pada BAB III.
1. Jelaskan apa yang dimaksud arus dan tegangan maksimum serta arus
dan tegangan efektif!
2. Gambarkan rangkaian kapasitif dan diagram fasornya!
3. Gambarkan rangkaian induktif dan diagram fasornya!
4. Gambarkan rangkaian Resistif murni dan diagram fasornya!
5. Arus listrik PLN yang sampai ke rumah-rumah mempunyai tegangan
220 V dan frekuensi 50 Hz.
a. Tegangan apakah yang dimaksud dengan 220 V?
b. Berapa tegangan maksimum?
c. Berapa tegangan minimum?
d. Berapa tegangan rata-ratanya?
e. Tuliskan persamaan tegangan sesaatnya!
B. KEGIATAN BELAJAR
1. Kegiatan Belajar 1
a. Tujuan kegiatan pembelajaran
? Memahami konsep tegangan dan arus bolak-balik.
? Memahami konsep tegangan efektif dan arus efektif.
? Pengukuran arus dan tegangan balok balik.
b. Uraian Materi
1) Konsep Tegangan dan Arus Bolak Balik
Arus bolak-balik fungsi sinusoida atau arus bolak-balik murni,
merupakan pokok bahasan utama dalam mempelajari listrik arus
bolak-balik. Ada sebagian buku yang mengartikan alternating current
sebagai listrik arus berubah. Di mana istilah berubah diartikan sebagai
berubah arah dan atau besarnya. Jika batasan ini digunakan maka
listrik dibedakan antara listrik arus rata dan listrik arus berubah.
Menurut klasifikasi ini arus pulsa termasuk listrik arus berubah.
Menurut hukum Faraday tentang GGL induksi, perubahan
fluks magnet akan membangkitkan GGL pada ujung-ujung suatu
kumparan. Besarnya GGL berbanding langsung dengan jumlah lilitan,
kuat medan magnet dan besarnya frekuensi perubahan fluks magnet.
Pada dinamo atau generator, GGL induksi diperoleh dengan memutar
kumparan di dalam medan magnet.
) Konsep pengukuran tegangan efektif dan Arus
Efektif
Alat ukur yang sering dipakai di dalam pengukuran arus dan
tegangan bolak balik ialah Amperemeter AC dan voltmeter AC. Setiap
alat ukur listrik mempunyai batas ukur yang berbeda-beda, sehingga
sebelum menggunakan alat ukur tersebut perlu mengetahui batas
maksimum yang boleh diukur.
Amperemeter AC dipasang seri pada rangkaian listrik, sedangkan
voltmeter AC dipasang paralel. Selain alat ukur di atas masih ada alat
ukur yang dinamakan Osiloskop yang dapat mengukur arus dan
tegangan AC sekaligus dapat melihat bantuk gelombangnya. Alat alat
ukur listrik kebanyakan hanya mengukur nilai arus dan tegangan efektif.
Contoh soal 1
Sebuah generator listrik terdiri dari sebuah loop bujursangkar 10 lilitan
dengan rusuk 50 cm. Loop kemudian diputar dengan 60 putaran per
sekon. Berapakah besar induksi magnetik yang diperlukan untuk
menghasilkan ggl induksi maksimum sebesar 170 volt?
Tugas
1. Arus listrik PLN yang sampai ke rumah mempunyai tegangan 220 V
dan frekuensi 50 Hz. Tentukan:
(a) Tegangan maksimum.
(b) Kecepatan sudut.
(c) Tegangan efektif.
2. Sebuah rangkaian ac kapasitif mempunyai frekwensi sudut 100?
rad/s dan Vm = 220 V, Jika C = 20 ? F, tentukan kuat arus yang
melalui rangkaian pada t = 0,004 s!
3. Suatu kumparan dengan induktansi diri 100 mH dan hambatan
tidak diketahui dan sebuah kapasitor 1 ? F di susun seri dengan
suatu osilator berfrekuensi 5000 rad/s. Jika sudut fase antara
tegangan power suplai dan kuat arus 60o , tentukan hambatan
kumparan.
4. Ggl induksi pada suatu generator mempunyai persamaan, ? = 200
sin(100? t)
Tentukan:
a. Tegangan maksimum
b. Kecepatan sudut
c. Frekuensi putaran
d. Periode
e. Lukiskan grafik ggl sebagai fungsi waktu.
5. Suatu kumparan dihubungkan dengan tegangan bolak balik. Melalui
data percobaan hasil pengukuran dengan ohm meter, voltmeter
dan ampermeter yaitu 30 ohm, 5 volt dan 100 miliampere.
Tentukan Reaktansi induktif kumparan.
6. Sebutkan dua cara untuk memperbesar reaktansi induktif!
7. Kumparan berbentuk bujursangkar dengan sisi 20cm terdiri 400
lilitan kumparan bersumbu putar tegak lurus medan magnet 2
tesla diputar dengan kecepatan sudut 50 rad/s. Maka, tentukan GGL
induksi maksimum yang timbul!
8. Pada suatu kumparan terdiri 100 lilitan terjadi perubahan fluks
secara beraturan dari 2 x 10-2 Weber menjadi 10-2 Weber selama
0,2 sekon maka tentukan GGL induksi yang timbul!
9. Suatu kumparan dengan 1000 lilitan diberikan medan magnet, bila
terjadi perubahan fluks magnet sebesar 4 x 10-3 Weber dalam
waktu `1 sekon. Maka tentukan besar GGL induksinya!
10. Bagaimanakah caranya untuk menimbulkan GGL induksi pada
sebuah kumparan?
e. Tes Formatif
1. Suatu kumparan dengan 1000 lilitan diberikan medan magnet, bila
terjadi perubahan fluks magnet sebesar 5 x 10-3 Weber dalam
waktu 1 sekon. Maka tentukan besar GGL induksinya!
2. Sebuah generator listrik terdiri dari sebuah loop bujursangkar 10
lilitan dengan rusuk 50 cm. Kemudian diputar dengan 60 putaran
perdetik. Berapakah besar induksi magnetik yang diperlukan untuk
menghasilkan GGL induksi maksimum sebesar 200 Volt ?
3. Bagaimana pengaruhnya pada GGL induksi jika yang diubah adalah
kecepatan putar kumparan, yaitu menjadi tiga kali semula ?
4. Pada suatu kumparan terdiri dari 200 lilitan terjadi perubahan fluks
beraturan dari 2 x 10-2 Weber menjadi 10-2 Weber selama 0,2
sekon maka tentukan GGL Induksi yang timbul.
5. Jelaskan dengan singkat prinsip kerja dari generator!
6. Fluks magnetik yang memasuki suatu kumparan berkurang dari 10
Wb menjadi 2 Wb dalam waktu 4 sekon. Jika kumparan terdiri dari
20 lilitan dengan hambatan 5 ohm, tentukan kuat arus listrik yang
mengalir melalui kumparan!
7. Ggl induksi pada suatu generator mempunyai persamaan, ? = 100
sin(120? t)
Tentukan:
a). Tegangan maksimum
b). Kecepatan sudut
c). Frekuensi putaran
d). Periode
8. Dinamo sepeda merupakan generator yang menghasilkan arus
bolak-balik yang dihubungkan dengan lampu sepeda, apa yang
terjadi jika sepeda bergerak dengan lambat dan cepat ?
9. Kumparan berbentuk bujursangkar dengan sisi 10 cm terdiri 200
lilitan kumparan bersumbu putar tegak lurus medan magnet 2
tesla diputar dengan kecepatan sudut 50 rad/s. Maka, tentukan GGL
induksi maksimum yang timbul!
f. Kunci Jawaban
1. (jawaban: 40 Volt)
2. (jawaban: 1,27 T)
3. (jawaban: menjadi 3 kali semula)
4. (Jawaban: 10 volt)
5. (Jawaban: Kumparan diputar di dalam medan magnet, maka
kumparan akan melingkupi fluks magnet yang menyebabkan
ujung-ujung kumparan timbul ggl induksi).
6. (Jawaban: 8 Ampere)
7. (Jawaban: (a) 100 volt, (b) 120 ? rad/s, (c) 60 Hz, (d) 0,0167 s)
8. (Jawaban: Jika bergerak lambat nyala lampu tidak terang, Jika
bergerak cepat nyala lampu menjadi terang).
9. (Jawaban: 200 volt)
Lembar Kerja
Memahami pengukuran arus dan tegangan efektif
Pengukuran arus dan tegangan efektif AC dengan menggunakan
Amperemeter AC, Voltemeter AC serta osiloskop.
1. Alat
? 1 buah Osiloskop;
? 1 buah Voltmeter AC;
? 1 buah Amperemeter AC;
? Kabel penghubung;
? 1 buah transformator step down dengan keluaran 12 V.
2. Catat arus dan tegangan keluaran pada trasformator
menggunakan amperemeter AC dan voltmeter AC!
3. Hubungkan colok osiloskop dengan titik keluaran (a dan b)
pada transformator!
4. Gambar bentuk gelombang yang tampak pada layar monitor!
5. Hitung tegangan dan arus pada gelombang tersebut!
6. Bandingkan hasil pengukuran arus dan tegangan pada point 2
dan 5.
7. Tuliskan kesimpulan pada kegiatan ini!
2. Kegiatan Belajar 2
a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran
? Memahami Rangkaian Resistif (hambatan) murni.
? Memahami Rangkaian Induktif (L).
? Memahami Rangkaian Kapasitif (C).
? Memahami Rangkaian RLC seri.
? Memahami Rangkaian RLC paralel.
? Memahami Rangkaian RLC campuran seri dan paralel.
? Memahami, membedakan daya rata-rata, daya semu dan daya
reaktif.
? Menghitung daya pada suatu rangkaian arus bolak balik.
? Menghitung Impedansi.
? Mentransformasikan susunan rangkaian bentuk delta menjadi
bentuk wye dan sebaliknya.
b. Uraian Materi
1) Rangkaian Resistif Murni
Rangkaian resistif murni hanya memiliki hambatan R, seperti
ditunjukkan pada Gambar 4 . Sebagai acuan adalah fasor arus Im yang
digambar mendatar sejajar sumbu t. Diperoleh fasor tegangan Vm
yang juga mendatar (sudut fase = ? t). Jadi pada rangkaian resistif
Tidak ada komentar:
Posting Komentar