Listrik Dan Magnet_offeringc.docx

MAKALAH KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN

untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Filsafat dan Didaktif Fisika yang dibimbing Oleh Dr. Lia Yuliati, M.Pd.

Oleh: Leddy Avista Lestari Mifta Rahmadiyah Nurul Muthawi’ah

(180321864533) (180321864539) (180321864516)

PROGRAM STUDI S2 PENDIDIKAN FISIKA PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI MALANG DESEMBER 2018

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas petunjuk, hidayah, rahmat, karunia, serta inayah yang telah diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan makalah yuntuk memenuhi tugas mata kuliah Filsafat dan Didaktik Fisika. Makalah ini terdiri dari 3 Bab. Bab 1 berisi pendahuluan, bab 2 berisi pembahasan, bab 3 berisi penutup. Penulis menyadari bahwa dalam makalah ini tentu masih terdapat kesalahan yang perlu dibenahi. Dengan demikian saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak demi tercapaianya kesempurnaan makalsh ini sangat diharapkan. Penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada pembaca.

Malang, Desember 2018

Penulis

i

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .................................................................................................................... 1 1.2. Tujuan Penulisan ................................................................................................................ 2 BAB II KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN 2.1. Konsep Gaya Elektrostatik ................................................................................................. 3 2.1.1. Sejarah ......................................................................................................................... 3 2.1.2. Filsafat yang mendasari ............................................. Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Implikasi dalam pembelajaran .................................................................................... 7 2.2. Konsep Percobaan Oersted ................................................................................................. 8 2.2.1. Sejarah ......................................................................................................................... 8 2.2.2. Filsafat yang mendasari ............................................................................................. 10 2.2.3. Implikasi dalam Pembelajaran .................................. Error! Bookmark not defined. 2.3. Hukum Faraday ................................................................ Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Sejarah ....................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Filsafat yang mendasari ............................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.4 Implikasi dalam pembelajaran .................................. Error! Bookmark not defined. 2.4. Analisis Artikel………………………………………………………………………….15 BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan ....................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.

Saran ................................................................................. Error! Bookmark not defined.

REFERENSI ............................................................................ Error! Bookmark not defined.

ii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Fenomena alam kelistrikan dan kemagnetan telah ada di dunia sejak dunia ini tercipta hingga saat ini kehidupan sekeliling kita berkaitan erat dengan memanfaatkan elektromagnet (Halliday dan Resnick, 2011) . Salah satu ciptaan Tuhan adalah bumi yang memiliki kandungan magnet sebagai penyusunnya, serta fenomena kelistrikan seperti petir sebagai penyeimbang alam. Seiring berkembangnya zaman, kehidupan manusia tidak terlepas dari memanfaatkan listrik dan magnet seperti telekomunikasi, komputer, penerangan, alat-alat medis, dan sebagainya. Elektromagnetik pertama kali di pelajari oleh filsuf Yunani kuno pada tahun 600 SM yaitu Thales melalui penyelidikan sebuah batu yang telah digosok dan dapat menarik bendabenda tertentu (Whittaker, 1910). Fenomena tersebut mengarahkan pada keberadaan gaya listrik. Pada tahun 1785, Coulomb mempublikasikan penemuan mengenai gaya elektrostatis. Penyelidikan dilanjutkan para filsuf dengan menyelidiki batu yang bersifat magnetik dan dapat menarik benda-benda tertentu. Fenomena ini mengarahkan pada gaya magnetik. Penyelidikan fenomena listrik dan magnet secara terpisah berlanjut hingga pada tahun 1820. Filsuf Yunani, Oersted menunjukkan hubungan antara listrik dan magnet melalui percobaannya (Eddington, 1955; Ripley, 1964). Fenomena tersebut ditunjukkan dengan aliran listrik dapat membelokkan magnetik kompas. Pengetahuan tentang elektromagnet terus dikembangkan selama berabad-abad. Pada abad 19, Faraday mengenalkan adanya induksi terkait medan listrik dan medan magnet yang dikenal sebagai Hukum induksi Faraday (Eddington, 1955; Ripley, 1964; Whittaker, 1910). Penemuan ini terus dikembangkan hingga menjadi dasar bentuk matematis seperti yang dinyatakan oleh Maxwell dan mengarahkan pada penemuan-penemuan pada era fisika modern. Seiring berkembangnya zaman, elektromagnetik digunakan hingga saat ini yang sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia. Hampir seluruh peralatan yang digunakan manusia saat ini memanfaatkan peralatan ekektronika. Peralatan elektronika tidak dapat terpisahkan dari kemagnetan, karena tidak sedikit konstruksi alat-alat listrik tergantung pada magnet. Alat-alat listrik yang menggunakan magnet antara lain dinamo listrik pada sepeda, generator pembangkit tenaga listrik, motor-motor listrik, dan sebagainya.

1

Pentingnya mempelajari konsep kelistrikan dan kemagnetan pada siswa harus memperhatikan didaktik fisika khususnya elektromagnet. Didaktik mengarahkan pada pembelajaran sistem terbuka dalam pengajaran dan pelajaran fisika (Druxes, Born, dkk, 1983). Agar siswa memperoleh pembelajaran yang bermakna, memahami suatu konsep, maka pendidik harus memahami karakteristik materi yang akan disampaikan pada siswa. Pendidik mendesain pembelajaran sedemikian rupa agar siswa dapat menjadi layaknya saintis. Implementasi pada pembelajaran demikian harus ditinjau dari bagaimana konsep-konsep tersebut ditemukan oleh saintis. Penemuan sebuah konsep fisika dan penerapanya dalam pembelajaran tidak dapat terlepas dari aliran-aliran filsafat yang mempengaruhinya.

Berdasarkan pentingnya mempelajari konsep kelistrikan dan kemagnetan yang didasarkan bagaimana konsep tersebut ditemukan oleh para saintis, maka dalam makalah ini akan dijelaskan sejarah penemuan 3 konsep kelistrikan yaitu konsep gaya elektrostatika, Percobaan Oersted, dan Hukum Faraday yang dikaitkan dengan aliran filsafat yag mempengaruhinya dan implementasinya dalam pembelajaran fisika.

1.2 Tujuan Berdasarkan latar belakang, maka tujuan penulisan makalah ini adalah: 1. Menjelaskan sejarah penemuan konsep gaya elektrostatika, aliran filsafat yang mendasarinya, serta implementasi dalam pembelajaran fisika 2. Menjelaskan sejarah penemuan konsep percobaan Oersted, aliran filsafat yang mempengaruhinya, serta implementasi dalam pembelajaran fisika 3. Menjelaskan sejarah penemuan konsep hukum Faraday, aliran filsafat yang mempengaruhinya, serta implementasi dalam pembelajaran fisik

2

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1. Konsep Gaya Elektrostatik 2.1.1. Sejarah Konsep Gaya Elektrostatik Ditemukan Pada mulanya, fenomena elektrostatis dipercaya sebagai keajaiban. Kepercayaan pada masa Yunani kono, batu amber yang digosok-gosokkan dengan bulu kucing dapat menarik benda-benda kecil dan ringan seperti bulu binatang. Thales Miletus menjelaskan bahwa batu amber tersebut mempunyai kekuatan, kemudian membuat serangkaian observasi sekitar 600 SM. Berdasarkan observasinya, ia percaya bahwa gesekan lah yang membuat sifat ini pada amber, dan sebaliknya untuk mineral seperti magnetite, tidak membutuhkan penggosokan. Thales tidak mempercayai daya tarik yang disebabkan efek magnetik, tapi penelitian selanjutnya akan membuktikan hubungan antara kemagnetan dan kelistrikan.

Gambar 1, Amber yang digosokan ke bulu kucing. Pada tahun 1600, saintis Inggris William Gilbert membuat penelitian yang seksama tentang kemagnetan dan kelistrikan, ia membedakan efek kemagnetan dari listrik statis yang dihasilkan batu amber. Dia membuat kata latin baru ‘electricius’ (dari kata electron, dalam bahasa yunani berarti amber) untuk menunjukkan batu amber dapat menarik benda-benda kecil setelah digosok-gosokkan.

Terdapat beberapa peneliti yang berusaha membuktikan fenomena elektrostatis. Menurut Whittaker (1910), penyelidik tersebut diantaranya adalah Daniel Bernoulli dan Alessandro Volta yang keduanya mengukur gaya antara lempengan (plat) kapasitor, dan Franz Aepinus yang memperkirakan hukum kebalikan kuadrat (inverse-square law) pada 1758. Kemudian Joseph Priestley seseorang berkebangsaan Inggris mengusulkan bahwa gaya listrik mengikuti sebuah hukum kuadrat terbalik, sama dengan hukum Newton tentang gravitasi 3

umum. Namun, dia tidak menggeneralisasikan atau menguraikan itu. Tahun 1769, seorang fisikawan dari skoltandia John Robison mengumumkan bahwa, berdasarkan pada pengukurannya, gaya tolak antara dua bidang dengan muatan yang sama berubah-ubah sebagai x−2.06. Hingga pada akhirnya pada tahun 1785, seseorang berkebangsaan Perancis Charles Augustin de Coulomb mempublikasikan laporan pertamanya tentang kelistrikan dan kemagnetan yang dia ungkapkan dalam hukum yang dia buat (Eddington, 1955; Ripley, 1964; Whittaker, 1910). Publikasi ini penting untuk perkembangan teori elektromagnetik. Dia menggunakan neraca puntir (torsion balance) untuk meneliti gaya tolak dan tarik-menarik muatan partikel, serta menentukan bahwa besarnya gaya listrik antara dua titik muatan sebanding dengan hasil muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak diantara keduanya.

Gambar 2, Torsion Balance (Neraca Puntir) Perangkat yang digunakan Coulomb disebut ”Torsion Balance” atau neraca puntir yang terdiri dari dua bola bermuatan A dan B. Bola dapat berputar dan memuntir benang serat. Bola B merupakan bola yang tidak bisa bergerak sedangkan C merupakan pengimbang bola A. Gaya elektrostatik timbul ketika bola bermuatan B mendekati muatan A. Jika muatannya sejenis muncul gaya elektrostatik sehingga batang A-C berputar. Besarnya gaya elektrostatik sebanding dengan putaran dari pasangan bola AC. Putaran ini, melalui serat (fiber) ringan D yang terukur melalui busur E. Ketika besarnya muatan B diperbesar dengan diberi muatan tambahan atau diperkecil dengan cara megalirkan muatannya ke tanah, Coulomb mengamati pada skala E, puntiran menjadi besar ketika muatan ditambah dan menjadi kecil ketika muatan dikurangi. Hal ini menunjukkan bahwa gaya

4

elektrostatik

sebanding

dengan

besar

masing-masing

muatan.

Sehingga

Coulomb

merumuskan bahwa: 𝐹 ∝ 𝑄𝐴 𝑄𝐵 Selanjutnya ketika Coulomb mengatur jarak antar muatan A atau B, mengamati bahwa puntiran menjadi besar ketika jaraknya dekat dan menjadi kecil ketika jaraknya lebih jauh dan menyimpulkan bahwa gaya elektrostatik ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak: 1 𝑟2 Berdasarkan percobaan Coulomb dapat disimpulkan bahwa: 𝐹∝

𝑄𝐴 𝑄𝐵 𝑟2 yang berarti gaya elektrostatik sebanding dengan masing-masing muatan dan 𝐹∝

berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Untuk membuat rumusan ini menjadi eksak, artinya mengubah tanda sebanding (∝) dengan tanda =, maka diperlukan sebuah konstanta. Oleh karena sifatnya mirip dengan hukum gravitasi Newton, Coulomb melakukan percobaan untuk menemukan konstanta berdasarkan experiment yang telah dilakukan Cavendish untuk menemukan kostanta gravitasi universal G (Whittaker, 1910). Nilai dari k diukur melalui percobaan menggunakan prinsip Cavendish ketika menghitung nilai G pada konstanta gravitasi universal, yang bentuk persamaannya sangat mirip dengan gaya elektrostatik: 𝐹=G

𝑀𝑚 𝑟2

 𝐹=𝑘

𝑄𝐴 𝑄𝐵 𝑟2

Prinsip percobaan Cavendish terdiri dari dua bola bermuatan masing-masing m dan jari-jari r yang dihubungkan dengan batang ringan yang disebut dengan ”dumbell”. Dumbbel ini dapat berputar bolakbalik karena ditolak gaya elektrostatik dari dua bola lain bermassa M. Gaya tolak ini sebanding dengan torsi dengan τ = F.(d/2), sehingga jika torsi bisa diukur maka gaya bisa diukur dan jika muatan serta jarak diketahui nilai k bisa diperoleh dari hubungan persamaan: 𝐹=

𝐹𝑟𝐴𝐵2 𝑄𝐴 𝑄𝐵

Pengukuran torsi, digunakan hubungan Hooke dan dengan menghitung peride osilasi dumbell. Nilai k dari pengukuran diperoleh sekitar 9x109 Nm2/C2, nilai ini untuk medium udara atau vakum. Hukum Coulomb dirumuskan secara formal sebagai berikut: Misalkan terdapat dua partikel bermuatan listrik 1 dan 2 berjarak 12 dalam hampa udara maka akan timbul gaya interaksi yang disebut gaya Coulomb yang didefinisikan sebagai:

5

𝐹=𝑘

𝑞1 𝑞2 𝑟122

Keterangan: 𝑘 = 8.9875 × 109 𝑁. 𝑚2 /𝐶 2 F = Gaya Coulomb (Newton) 𝑞1 = Muatan pertama (coulomb) 𝑞2 = Muatan kedua (coulomb) 𝑟12 = jarak antar muatan 1 dan 2 (meter) Dari eksperimen Coulomb, didapatkan generalisasi sifat-sifat gaya listrik antara dua benda bermuatan, gaya listrik  Berbading terbalik terhadap kuadrat jarak antara kedua muatan sepanjang garis hubung kedua muatan  Sebanding dengan muatan 𝑞1 dan 𝑞2 pada kedua partikel  Tarik-menarik jika muatan berbeda jenis, dan tolak-menolak jika muatan kedua partikel sama  Merupakan gaya konservatif (Serway and Jewett, 2004).

2.1.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi Aliran-aliran filsafat yang mempengaruhi penemuan konsep gaya elektrostatis ditinjau dari sejarahnya dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Essesstialisme Penemuan konsep gaya elektrostatis didasarkan penemuan masa lalu yang ditunjukkan Coulomb melalui mengembangkan ide-ide yang telah ditemukan oleh peneliti sebelumnya, yaitu Thales, Gilbert, Daniel Bernoulli, Alessandro Volta, Franz Aepinus, Joseph Priestley, John Robison, dan Cavendish. Hal ini sesuai dengan pandangan Essentialisme mengakui adanya sejarah, dan juga mengakui perkembangan realitas yang nyata sebagai pembuktian. 2. Empirisme Percobaan yang dirancang oleh Coulomb untuk mendapatkan konsep bahwa gaya elektrostatik besarnya sebanding dengan besar muatan-muatan tersebut, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan, dan menentukan konstanta Coulomb dipengaruhi aliran filsafat empirisme. Hal ini didasari dari Coulomb yang memperoleh konsep tersebut dari indrawi melalui

6

percobaan yang dilakukannya. Aliran ini memandang bahwa realitas merupakan segala sesuatu yang tampak, yang dapat diinderawi dan semua itu didapatkan melalui pengalaman. 3. Realisme Aliran filsafat realisme memandang realitas dan pengetahuan berdasarkan apa yang nampak. Penganut realisme beranggapan bahwa realitas yang ada tidak bergantung pada apa yang kita ketahui dan metode ilmiah adalah cara yang terbaik untuk mendapatkan deskripsi yang akurat dari apa itu dunia. Percobaan yang dilakukan Coulomb, tidak hanya semata-mata dari hasil pemikiran ilmuan sebalumnya, melainkan Coulomb melihatnya sendiri melalui percobaan. Fakta atau realitas yang nampak dan diamati oleh Coulomb adalah hubungan gaya dengan besar muatan dan kuadrat jarak. 2.1.3. Implementasi dalam Pembelajaran Fisika Berdasarkan sejarah penemuan konsep dan aliran filsafat yang mempengaruhi konsep gaya elektrostatis ditemukan, maka implementasi dalam pembelajaran fisika dilakukan seolaholah menjadikan peserta didik sebagai saintis yaitu Coulomb. Peserta didik diarahkan untuk memahami bahwa gaya elektrostatik diantara dua muatan besarnya sebanding dengan besar kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar muatan tersebut. Desain pembelajaran perlu dilakukan secara sistematis sebagai berikut: 1. Pembelajaran dapat diawali dengan menunjukkan fenomena listrik statis. Fenomena dapat ditunjukkan melalui listrik statis pada serabut tali rafia dan mengamati serabut rafia sebelum dan sesudah digosokkan dengan kertas. Selain itu, fenomena juga dapat ditunjukkan dengan 2 sedotan (a dan b) mula-mula tidak digosok dengan kertas (netral), kemudian keduanya digosok dengan kertas dan keduanya didekatkan.

7

Kemudian untuk menunjukkan fenomena hubungan antara gaya dan kuadrat jarak dan besar muatan, dapat dilakukan demonstrasi menggunakan balon; meletakkan statif pada jarak 30cm, mengaitkan tali pada balon a dan b, mengukur jarak awal kedua balon tersebut,menggosok balon a dan b menggunakan kertas dalam waktu 30 detik, mengeaitkan ujung tali lainnya pada statif. Siswa diminta mengamati gerakan dua balon tersebut, dan mengukur jarak kedua balon setelah digosok. Jarak kedua balon setelah digosok merepresentasikan besarnya gaya elektrostatis. Siswa mengulangi percobaan dengan variasi lamanya waktu untuk menggosok balon. Pada level SMP demonstrasi dapat dilakukan dengan lama waktu menggosok merepresentasikan besarnya muatan pada balon. Siswa mengulangi percobaan dengan variasi jarak antar statif untuk menunjukkan hubungan antara gaya elektrostatis dan jarak.

Kemudian peserta didik berdiskusi mengenai konsep besar gaya elektrostatik. Peserta didik menerapkan konsep gaya listrik dalam penerapan berbagai kasus yang diberikan guru. Tahap berikutnya, siswa mempresentasikan hasil diskusi. Setelah presentasi, siswa megeneralisasi hasil percobaan dan dilanjutkan guru memverifikasi, dan pada tahap ini guru mengenalkan konstanta Coulomb. Pada tahap terakhir, guru mereview materi untuk menguatkan konsep siswa yang benar dan meluruskan konsep siswa yang kurang tepat, serta mengukur ketercapaian pembelajaran pada konsep gaya elektrostatis. 2.2 Konsep Percobaan Oersted 2.2.1 Sejarah Konsep dari Percobaan Oersted Ditemukan Fenomena penemuan medan magnet akibat aliran listrik secara tidak sengaja ditemukan oleh Profesor Fisika asal Denmark, Hans Christian Oersted. HansChristian Oersted (14 Agustus 1777 – 9 Maret 1851). Oersted secara tidak sengaja menempatkan kawat berarus melalui jarum magnetik. Yang mengejutkan, ia mengamati bahwa, ketika rangkaian ditutup, jarum berubah tiba-tiba, cenderung tegak lurus dengan kawat. Oersted memutuskan untuk menyelidiki lebih lanjut fenomena yang tak terduga ini. Dia mengamati bahwa jarum

8

berpindah lagi, cenderung tegak lurus dengan kawat, tapi kali ini diputar dalam arah yang berlawanan.

Oersted mengumumkan penemuannya pada bulan Juli 1820. AragoFisikawan Perancis mengulangi percobaan, sedikit dimodifikasi, menggantikan magnetik jarum dengan jarum dari besi lunak. Dia mengamati bahwa saat ini kawat arus pembawa menarik jarum besi dengan cara yang sama sebagai magnet umum. Pertemuan ini dihadiri oleh Matematikawan Perancis dan anggota dari Institut Andre Marie Ampere (1775-1836). Ampere begitu terkesan dengan fenomena ini, meskipun ia adalah seorang matematikawan dan bukan seorang fisikawan eksperimental, ia merancang dan melakukan percobaan yang akhirnya dijelaskan sifat fenomena dan hukum yang mengatur hal itu. Dalam seminggu mengikuti presentasi, ia sudah merumuskan hukum yang menggambarkan bentuk fungsional dari gaya elektromagnetik. Pertama, dipandu oleh hasil Arago, ia membuatpenemuan penting bahwa gaya magnet muncul tidak hanya antara arus dan logam,tetapi juga antara dua arus. Kemudian dirancang dan dilakukan berikut dalam empat percobaan 1. Pada percobaan pertama, ia menempatkan dua kawat, salah satu lurus satu bengkok sekitar lainnya, melakukan arus sama dan berlawanan, dan ia menemukan bahwa jarum magnet tidak mempengaruhi. 2. Dalam percobaan kedua, ia menggunakan dua kawat lagi, satu lurus dan lainnya membungkuk dalam bentuk bergelombang. Ia menemukan bahwa hasilnya adalah tidak masuk akal lagi, seperti dalam kasus dua kabel lurus. 3. Pada percobaan ketiga, ia melengkungkan kawat dengan bentuk busur melingkar dan dijamin hal ini untuk berputar bebas di sekitar sumbu yang melewatipusat lingkarandanselalu tegak lurus. Dia menghubungkan ujung kawat ke baterai dan menemukan bahwa kawat tidak bergerak sama sekaliketika didekati oleh magnet alami 4. Pada percobaan keempat, ia menempatkan tiga loop kawat melingkar, masing masing dengan jari-jari yang berbeda, tegak lurus dengan sumbu melalui titik pusat dan sedemikian rupa sehingga ia bisa memodifikasi posisi pusat, dan menghubungkannya dalam rangkaian seri (sehingga membawa arus yang sama). Ia menemukan bahwa jika jari-jari Ri dari

9

melingkar kabel memenuhi kondisi R1/R2=R2/R3=r dan jarak antara LIJ kabel memenuhi kondisi L12/L23=r, maka kawat tengah berada dalam kesetimbangan yaitu, gaya total dari dua bagian luar loop kawat melingkar adalah nol.Konsep Percobaan Oersted yaitu garis-garis medan magnetik yang dihasilkan oleh arus pada kawat lurus membentuk lingkaran dengan kawat pada pusatnya. Untuk mengetahui arah garis-garis medan magnetik dapat menggunakan suatu metode yaitu dengan kaidah tangan kanan, seperti yang terlihat pada Gambar berikut.

Ibu jari menunjukkan arah arus konvensional, sedangkan keempat jari lain yang melingkari kawat menunjukkan arah medan magnetik. Pemagnetan suatu bahan oleh medan magnet luar disebut induksi. Induksi magnetik sering didefinisikan sebagai timbulnya medan magnetik akibat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar. 2.2.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi Berdasarkan sejarah ditemukannya konsep percobaan Oersted maka dapat disimpulkan bahwa filsafat yang mendasari adalah: 1. Idealisme Percobaan yang dilakukan oleh Orested pada mulanya berdasarkan realitas/fenomena yang tidak sengaja dengan menempatkan arus kawat pembawa melalui jarum magnetik. Kemudian Oersted menyelidiki fenomena tersebut. Pengetahuan tersebut berlandaskan filsafat idealisme, karena bersesuaian dengan proses penemuan ini yang didasarkan pada pemikiran abstrak yang berkaitan dengan penjelasan sistematis yang diawali dengan mencari ide-ide yang tersembunyi. 2. Realisme Penemuan Oersted yang diawali dengan adanya realitas/fenomena bersuaiandengan aliran filsafat realisme. Aliran filsafat realisme memandang realitas dan pengetahuan berdasarkan apa yang tampak. Penemuan konsep percobaan Orested berdasarkan realita yang dialami sendiri oleh Orested bahwa jarum magnet mengalami perubahan ketika dialiri arus listrik. 3. Empirisme Sebagai tindak lanjut penemuannya tersebut, Oersted melakukan eksperimen. Penemuan konsep percobaan orested berdasarkan pengalaman langsung yang dialami oleh

10

Orested mengenai eksperimen yang dilakukannya tentang jarum magnet mengalami perubahan ketika dialiri arus listrik. Aliran empirisme memandang bahwa realitas merupakan segala sesuatu yang tampak, yang dapat diinderawi dan semua itu didapatkan melalui pengalaman. 2.2.3. Implementasi dalam Pembelajaran Fisika Implementasi dalam mengajarkan konsep berdasarkan percobaan Oersted dilandaskan dari sejarah dan filsafat yang melatar belakanginya. Pembelajaran konsep percobaan Orested dapat dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen seperti yang dilakukan oleh Orested dalam menemukan konsep percbobaannya. Salah satu contoh percobaan yang dapat dilakukan yaitu dengan melakukan eksperimen. Pengamatan perubahan arah kompas akibat arus listrik dilakukan eksperimen dengan alat-alat anatara lain; sebuah kompas, awat tembaga, sakelar, dan baterai. Kemudian menghubungkan kedua kutub baterai (+ dan -) dengan sakelar menggunakan kawat tembaga, ketika sakelar terbuka, kawat tembaga diletakkan diatas kompas dan sejajar dengan arah jarum kompas. Siswa diminta mengamati jarum kompas ketika sakelar dalam posisi On dan Off. Kemudian siswa diminta mengamati jarum kompas ketika polaritas baterainya dibalik. Siswa melakukan kembali hal yang sama, tetapi jumlah baterai ditambah.

Setelah siswa mengamati dan mengumpulkan data percobaan Oersted, siswa berdiskusi. Kemudian siswa mempresentasikan hasil percobaan di depan kelas. Di akhir pembelajaran, guru mengklarifikasi dengan memberi penguatan konsep yang terdapat pada percobaan Oersted.

2.3. Hukum Faraday 2.3.1 Sejarah Percobaan yang telah dilakukan oleh Arago pada tahun 1824 belum mampu dijelaskan dengan baik oleh Faraday dan para peneliti lainnya. Pada September 1831 Faraday kembali membahas masalah menghasilkan listrik dari magnet. Eksperimennya

11

saat ini dijelaskan dalam Penelitian Eksperimental Listrik. Perangkat pertamanya terdiri dari sebuah kumparan kayu, yang melilitkan dua belas heliks yang terpisah, diisolasi dari satu sama lain dengan belacu dan terpisah oleh belitan benang. Satu set kumparan terhubung ke baterai dan yang lain ke galvanometer. Dengan arus yang mengalir dari baterai, dia melihat tidak ada efek pada galvanometer. Kemudian, dengan baterai yang jauh lebih kuat, terdiri dari seratus sel, terhubung ke sepasang koil terisolasi, ia mencatat sedikit efek pada galvanometer ketika rangkaian itu dibuat atau rusak. Selama ada aliran arus yang stabil dari baterai, galvanometer menunjukkan tidak ada efek. Percobaan berikutnya menggunakan cincin besi dilas 6 inci di luar diameter, dari batang besi lunak T / a inci. Pada salah satu sektor cincin, ia melilitkan gulungan itu, yang meliputi sekitar 9 inci dari lingkaran, dan di bagian lain ia melilitkan satu lilitan yang mengandung sekitar 60 fcet kawat tembaga, kira-kira ‘120 inci diameternya. Dalam deskripsi Faraday tentang eksperimennya, ia menetapkan triple coil sebagai "A," dan kumparan tunggal sebagai "B." Koil "B" terhubung ke galvanometer, dan tiga gulungan bergabung bersama, dengan terminal yang terhubung ke baterai melalui sakelar. Saat rangkaian baterai berada ditutup ada defleksi kuat galvanometer di satu arah, dan ketika sirkuit dibuka ada defleksi yang sama kuat dalam arah yang berlawanan. Dalam eksperimen berikutnya, Faraday mengeluarkan baterai dan menggunakan magnet senyawa yang sangat besar. Dia memasang heliks di atas batang besi, yang memanjang di luar heliks di kedua sisinya. Saat bar membawa koil dibawa ke dekat magnet, ditarik tibatiba ke kutub. Galvanometer, yang terhubung ke kumparan, dibelokkan dengan keras saat batang tertarik ke magnet, sehingga jarum berputar. Ketika bar itu ditarik tiba-tiba jauh dari magnet, sama-sama kasar lendutan jarum galvanometer terjadi pada arah yang berlawanan. Satu putaran strip tembaga tentang batang besi cukup untuk menghasilkan osilasi jarum galvanometer. Ketika heliks tanpa batang besi digerakkan melintasi medan magnet, ada gulungan lebar dari jarum galvanometer, tetapi efeknya jauh lebih lemah daripada dengan besi itu robek. Faraday membuat banyak variasi dari eksperimen ini, dalam salah satunya menghasilkan arus stabil melalui piringan tembaga ketika diputar antara kutub magnet. Sambungan galvanorneter dibuat antara sumbu disk dan pinggirannya, dengan kontak geser pada yang terakhir. Perangkat ini akan diakui sebagai generator unipolar dan kebalikan dari roda Barlow yang dijelaskan di bab sebelumnya. Faraday menggunakan arus yang diperoleh dengan induksi dari kumparannya untuk menghasilkan percikan di antara titik-titik arang, dan dengan keluarnya cairan dari

12

kumparan yang sama dengan jarum magnet. Dia juga merancang loop kawat sederhana : terminal yang terhubung ke dua segmen komutator. Ketika lingkaran itu dihidupkan porosnya di medan magnet, galvanometernya menunjukkan arus, berdenyut searah. Sekarang menjadi jelas bagi Faraday apa arti pentingnya dari ayunan ayunan jarum kompas Arago dan revolusi jarum ketika ditempatkan di dekat piringan tembaga berputar. Induksi arus dalam disk tembaga yang dihasilkan medan magnet yang menentang gerakan relatif cakram dan jarum. Sebagian besar percobaan ini membutuhkan ruang yang singkat hanya beberapa hari, dan dalam beberapa minggu Faraday memiliki gagasan yang cukup lengkap tentang proses elektromagnetik induksi. Makalah pertamanya tentang masalah itu disampaikan ke Royal Society pada 24 November 1031, berjudul “Penelitian Eksperimental dalam Kelistrikan.” Temuan baru ini menyebabkan reaksi luar biasa di seluruh dunia. 2.3.2 Filsafat yang mendasari Adapun aliran-aliran filsafat yang mendasari perkembangan kelistrikan secara umum adalah sebagai berikut. 1. Realisme, Filsafat yang mendasari pada saat penemuan hukum faraday oleh Michael faraday adalah realisme yaitu pengamatan terhadap fenomena yang benar-benar terjadi dan dapat diamati oleh indera, misalnya ketika Orsted mempublikasikan temuannya, namun, Orsted tidak menawarkan penjelasan yang memuaskan untuk fenomena ini. Ia pun tidak mencoba menghadirkan fenomena tersebut dalam kerangka matematis. Pada tahun 1821 di Inggris, Wollaston memperjari temuan Orsted, dia mengupayakan untuk mengubah defleksi jarum dengan arus menjadi rotasi permanen melalui eksperimen. Dia juga berharap bisa menghasilkan efek timbal balik arus yang berputar mengelilingi magnet, akan tetapi eksperimen yang dilakukan oleh wallaston gagal. Ini membuat Michael Faraday berkesimpulan, jika magnet diketatkan, yang bergerak justru kawatnya.. 2. Idealisme Perkembangan ilmu kelistrikan tidak terlepas dari gagasan-gagasan dari ilmuan-ilmuan yang menyelidikinya, gagasan ini dapat dilihat dari alat-alat eksperimen yang digunakan dalam pengamatan dan gagasan-gagasan yang dikemukakan ilmuan mengenai muatan yang tidak dapat diamati oleh indera. Dari publikasi yang dilakukan oleh Orsted dan kemudian Faraday mempunyai ide dan menuangkan dalam sebuah skema.

13

3. Empirisme Kesimpulan dari hasil yang dikemukakan oleh setiap ilmuan berdasarkan pada pengalaman mereka selama eksperimen. Ketika Farady melakuakan uji coba skema mendekatkan kawan dengan magnet dan mengaliri kawat tersbut dengan arus dari baterai kimiawi sederhana. Serta ketika faraday melakukan percobaan melewatkan magnet pada kawat maka arus akan mengalir.

2.3.3 Implikasi dalam pembelajaran Implikasi penemuan dan perkembangan ilmu listrik dan magnet sampai ditemukannya Hukum Faraday di dalam mengajarkan materi kepada siswa yaitu melalui: Materi bisa disampaikan melalui metede eksperimen. 1. Siswa diminta untuk melakukan eksperimen untuk menunjukkan persistiwa induksi electromagnetik. 2. Siswa mendiskusikan fenomena yang terjadi, mengapa fenomena itu terjadi? Dan apa kesimpulan yang bisa diambil? 3. Siswa diminta untuk menyampaikan hasil diskusi. 4. Guru guru mengarahkan siswa dengan pertanyaan-pertanyaan yang akan menuntun siswa untuk mengeneralisasi hasil eksperimen bahwa perubahan fluks magnetic akan menghasilkan arus induksi sebagai mana yang dikemukakan oleh faraday. 5. Guru menyampaikan perumusan secara matematis hukum faraday yang diformulasi oleh Maxwell.

2.4. ANALISIS ARTIKEL Judul

: Real Experiments Versus Phet Simulations for Better HighSchool Students’ Understanding of Electrostatic Charging

Penulis

: Fadil Ajredini, Neset Izairi, dan Oliver Zajkov

Tahun

: 2013

Publikasi

: European Journal of Physics Education - Volume 5 Issue 1

Pada penelitian ini, peneliti menginvestigasi penguasaan konsep siswa setelah diberi tiga macam perlakuan pada 3 kelompok, yaitu 2 kelas eksperimen dan 1 kelas kontrol. Kelas eksperimen 1, diberi perlakuan pembelajaran menggunakan eksperimen virtual lab, yang kemudian disebut Sim Group. Kelas eksperimen 2, diberi perlakuan pembelajaran eksperimen

14

nyata, yang kemudian disebut Real Group. Kelas kontrol diberi perlakuan pembelajaran konvensional yaitu pembelajaran langsung (direct teaching). Implementasi pembelajaran Aktifitas pembelajaran Sim Group: Siswa berkelompok yang terdiri dari 2 siswa tiap kelompoknya. Melakukan virtual eksperimen dengan bantuan simulasi PhET. Pada simulasi PhET, siswa disajikan terdapat balon, kain, tembok, dan memunculkan fenomena elektrostatis. Pada simulasi PhET, kita dapat menampakkan jenis muatan pada balon, kain, dan tembok yang sebenarnya pada dunia nyata tak kasat mata seperti pada gambar. Siswa menginvestigasi kemudian mendiskusikan hasil percobaan virtual lab tersebut. ktifitas pembelajaran Real Group: Siswa berkelompok yang terdiri dari 5 siswa tiap kelompoknya. Melakukan eksperimen secara nyata dengan plastik, kain wol, kaca, dan kain sutera. Siswa diminta membuat plastik dan kaca menjadi bermuatan. Plastik digosok dengan kain wol, plasik akan bermuatan negatif, sedangkan kaca digosok dengan kain sutera, kaca akan bermuatan positif. Kemudian siswa menyelidiki interaksi kedua objek bermuatan tersebut.

Setelah

siswa

mengumpulkan

data,

mereka

mempresentasikan

dan

mendiskusikannya. Hasil Tes dan Pembahasan Penguasaan Konsep Salah satu soal yang dianalisis pada penelitian ini adalah siswa diminta menjelaskan apa yang terjadi diantara dua partikel ketika salah satu atau keduanya bermuatan sejenis, tak sejenis, dan netral. Siswa juga diminta menjelaskan hubungan antara gaya dan jarak, serta gaya dengan muatan. Penjelasan disertai dengan representasi gambar. Penguasaan konsep antara kelas eksperimen (Sim Group+Real Group) dan kontrol berbeda signifikan. Penguasaan konsep kelas kontrol jauh lebih baik dari pada penguasaan konsep kelas kontrol. Sim Group dan Real Group tidak berbeda signifikan, namun lebih unggul penguasaan konsep Real Group. Kesenjangan antara Sim Group dan Real Group ini disebabkan oleh tidak mengaitkan fenomena dengan konsep yang telah dipelajari sebelumnya, yaitu Hukum III Newton. Selain itu, penyebabnya adalah ketidak tahuan karena kurangnya informasi yang diberikan. Perbedaan jawaban yang diberikan siswa dari Sim Group dan Real Group dapat dilihat dari representasi gambar, menjauh atau mendekatnya partikel siswa Real Group menjawab dengan benar dan lebih realistis. Analisis Ditinjau Dari Filsafat dan Didaktik Elektrostatis Implementasi pembelajaran hendaknya disesuaikan dengan karakteristik materinya. Kareakteristik materi ditinjau dari sejarah konsep tersebut ditemukan dan filsafat yang melatarbelakanginya. Aktifitas yang diberikan pada kelompok eksperimen dan kontrol jika di

15

refleksikan pada sejarah penemuan dan filsafat yang melatarbelakanginya, aktifitas kelas eksperimen Real Group menerapkan hamper sesuai dengan didaktik elektrostatis. Konsep elektrostatis yang diimplementasikan pada Sim Group dan Real sesuai dengan salah satu latar belakang filsafat penemuan konsep elektrostatis yang dilakukan oleh Coulomb, yaitu empirisme. Keduanya sama-sama memperoleh pengetahuan melalui pengalaman yang didapat melalui indrawi. Perbedaannya terletak pada nyata dan virtual lab. Aliran empirisme memandang bahwa realitas merupakan segala sesuatu yang tampak, yang dapat diinderawi dan semua itu didapatkan melalui pengalaman. Kesenjangan penguasaan konsep antara Sim Group dan Real Group walaupun tidak signifikan, tetapi keunggulan pada Real Group diakibatkan oleh kesesuaian implementasi pada Real Group dengan latar belakang filsafat yaitu realisme. Siswa Real Group melakukan percobaan secara langsung dan diperoleh melalui metode ilmiah. Aliran filsafat realisme memandang realitas dan pengetahuan berdasarkan apa yang nampak dan metode ilmiah adalah cara yang terbaik untuk mendapatkan deskripsi yang akurat dari suatu pengetahuan. Implementasi konsep elektrostatis pada penelitian ini masih kurang sesaui karena terdapat latar belakang filsafat yang belum diterapkan. Alirat filsafat yang seharusnya muncul dalam implementasinya adalah essensialisme. Pandangan esensialisme mengakui adanya sejarah, dan juga mengakui perkembangan realitas yang nyata sebagai pembuktian. Pada penerapannya, guru sebaiknya melakukan demontrasi mengenai fenomena elektrostatis. Pada artikel ini, demonstrasi belum dilaksanakan, siswa langsung melakukan pengumpulan data. Dengan demikian implementasi konsep elektrostatis sebaiknya mengacu setidaknya pada aliran-aliran filsafat yang melatarbelakangi penemuan konsep elektrotrasis oleh Coulomb. Pada dasarnya, eksperimen nyata seperti yang dilakukan Real Group dan eksperimen virtual lab seperti yang dilakukan Sim Group sama-sama perlu dilakukan dalam pembelajaran. Penerapan eksperimen nyata dan simulasi bergantung pada karakteristik materi. Pada artikel ini, gaya elektrostatis sebaiknya dilakukan dengan eksperimen nyata dan simulasi. Mula-mula siswa diberi pengalaman langsung baik ketika demonstrasi maupun pada tahap pengumpulan informasi (fenomena makroskopis), kemudian pada tahap klarifikasi, guru dapat menyajikan simulasi yang menunjukkan fenomena mikroskopis yang menyebabkan fenomena makroskopis terjadi seperti yang telah dilakukan pada eksperimen nyata (elektron). Menentukan jenis eksperimen yang digunakan ditinjau dari keselamatan siswa jika melakukan eksperimen nyata, jenis pembelajaran ditinjau dari jarak (pembelajaran jarak jauh atau dekat), dan keabstrakan materi (Finkelstein, Perkins, Adams, dkk, 2005; Sahin, 2006; Tüysüz, 2010).

16

BAB 3 PENUTUP

3.1 Kesimpulan 1. Konsep gaya elektrostatis ditemukan dan dipublikasikan oleh Charles Augustin de Coulomb pada 1785 melalui percobaan menggunakan neraca puntir. Hasil dari percobaan Coulomb yaitu persamaan gaya elektrostatik =

2

. Filsafat yang

mendasari penemuan konsep ini yaitu essensialisme, empirisme, dan realisme. Implementasi konsep ini dalam pembelajaran fisika yaitu melalui percobaan menemukan hubungan gaya elektrostatis dengan besar muatan, serta menemukan hubungan gaya elektrostatis dengan kuadrat jaraknya. 2. Penemuan konsep percobaan Oersted adalah adanya medan magnet disekitar kawat yang dialiri listrik. Untuk mengetahui arah garis-garis medan magnetik dapat menggunakan kaidah tangan kanan. Filsafat yang mendasari penemuan konsep ini yaitu idealisme, realisme, dan empirisme. Implementasi pembelajaran konsep ini dapat dilakukan percobaan Oersted yang menunjukkan adanya penyimpangan jarum kompas ketika didekatkan dengan kawat berarus.

3. Hukum induksi Faraday diperoleh melalui eksperimen yang menyatakan hukum tentang ggl induksi yaitu: “ ggl induksi pada suatu rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks magnetic yang menembus rangkaian". Filsafat yang mendasari penemuan konsep ini yaitu realisme, empirisme, dan progresivisme.

Implementasi

pembelajaran

dapat

dilakukan

melalui

eksperimen.

3.2 Saran Keterbatasan literatur terbaru yang menjelaskan sejarah dan filsafat yang meletarbelakanginya, karena literatur sebagian besar masih menggunakan bahasa Inggris yang tidak umum digunakan dimasa kini. Dengan demikian perlu pemahaman yang baik dalam memahami sejarah penemuan konsep. Pemahaman yang benar dapat mengantarkan kita untuk menentukan aliran filsafat yang mempengaruhi penemuan konsep dan mengimplementasikannya dengan tepat.

17

DAFTAR PUSTAKA

Ajredini, F., Izairi, N., & Zajkov, O. (2014). Real Experiments versus Phet Simulations for Better High-School Students' Understanding of Electrostatic Charging. European Journal of Physics Education, 5(1), 59. Druxes, H., Born, G., Siemsen, F. 1986. Kompendium Didaktik Fisika. Bandung: CV Remadja Karya. Eddington, S. A. S. 1955. The Nature of The Physical World. London: J. M. Dent & Sons LTD. Finkelstein, N. D., Perkins, K. K., Adams, W., Kohl, P., & Podolefsky, N. (2005, September). Can computer simulations replace real equipment in undergraduate laboratories?. In AIP Conference Proceedings (Vol. 790, No. 1, pp. 101-104). AIP. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Jakarta: Penerbit Erlangga. Halliday, D., Resnick, R. 2011. Fundamental of Physics. United States of America: John Wiley &Sons Inc.

Meyer, H. W. (1971). A history of electricity and magnetism. Cambridge, Mass: MIT Press. Sahin, S. (2006). Computer simulations in science education: Implications for Distance Education. Online Submission, 7(4). Serway, Raymond A dan Jewett, John W. 2010. Fisika untuk sains dan teknik Buku 2 edisi 6. Salemba Teknika: Jakarta Ripley, J.A. 1964. The Elements and Structure of the Physical Sciences. United States of America: John Wiley &Sons Inc. Tüysüz, C. (2010). The Effect of the Virtual Laboratory on Students' Achievement and Attitude in Chemistry. International Online Journal of Educational Sciences, 2(1). Whittaker, E. T. 1910. A History of the Theories of Aether and Electricity (from The Age of Descartes to the Close the Nineteenth Century). Dublin: Ponsonby and Gibbs.

18

19