rencana program kegiatan - Fakultas Teknik UMK

RENCANA PROGRAM KEGIATAN
PEMBELAJARAN SEMESTER (RPKPS)
PENGANTAR RANGKAIAN LISTRIK
OLEH :
TIM Penyusun
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK-UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2009
Nama Matakuliah
: PENGANTAR RANGKAIAN LISTRIK
Kode / SKS
: TEL 107 / 3 SKS
Prasyarat
: -
Status Matakuliah
: Wajib
Deskripsi Singkat Matakuliah
:
Matakuliah Pengantar Rangkaian Listrik diberikan untuk memberikan pemahaman
yang mendalam dan kuat mengenai fenomena-fenomena, hukum-hukum dan teori-teori
kelistrikan yang merupakan pondasi bagi ilmu teknik elektro. Pembahasan dimulai dari
fenomena listrik statis (electrostatic) hingga electromagnetism dan bahan listrik.
Disamping pembentukan dasar yang kokoh mengenai prinsip-prinsip kelistrikan klasik,
ditekankan pula mengenai penerapan praktisnya dalam aplikasi teknik elektro, teori-teori
modern serta kemampuan dalam memecahkan masalah. Dengan pemberian contoh
fenomena alam atau kejadian sehari-hari yang berhubungan dengan kelistrikan, mahasiswa
akan lebih memiliki rasa ingin tahu (curiosity) dan termotivasi untuk belajar.
Tujuan Pembelajaran :
Tujuan utama pembelajaran matakuliah ini adalah, mahasiswa diharapkan akan
memiliki kemampuan sebagai berikut:
1) Pemahaman terhadap prinsip-prinsip kelistrikan yang komprehensif.
2) Mampu menganalisa dan memecahkan berbagai permasalahan, khususnya
dalam aplikasi di bidang teknik elektro.
3) Mampu
menerapkan teori
klasik
kelistrikan untuk
menjelaskan dan
menganalisa cara kerja alat-alat listrik, misalnya generator, penangkal petir,
kapasitor, superconductor dan lain-lain.
Materi Pembelajaran :
1
2
Listrik Statis
1.1 Muatan Listrik
1.2 Hukum Coulomb
1.3 Prinsip superposisi
1.4 Strategi pemecahan masalah
Medan Listrik
2.1 Pengertian medan listrik
1
3
4
5
6
7
8
9
2.2 Gaya listrik yang dialami oleh muatan dalam sebuah medan listrik
2.3 Dipol listrik
2.4 Kerapatan muatan
2.5 Medan listrik oleh distribusi muatan yang kontinyu.
Hukum Gauss
3.1 Pengantar teori flux listrik
3.2 Hukum Gauss
3.3 Konduktor
Kapasitor dan Dielektrik
4.1 Pengertian, fungsi, elemen pembentuk, cara kerja dan contoh-contoh kapasitor
di alam.
4.2 Kapasitans
4.3 Penyimpanan energi dalam medan listrik
4.4 Pengertian dan fungsi dielektrik dalam kapasitor
4.5 Perangkaian kapasitor secara seri dan paralel
Arus dan hambatan
5.1 Pengertian arus listrik dan kerapatan arus
5.2 Hukum Ohm
5.3 Hambatan, konduktivitas, dan resistivitas, hubungan hambatan dengan suhu dan
superkonduktor.
5.4 Energi listrik dan tenaga
Rangkaian Listrik (DC)
6.1 Pengertian, dan tenaga yang dihasilkan oleh electromotive force (emf)
6.2 Hukum Kirchhoff dan aturan-aturan dalam rangkaian listrik
6.3 Rangkaian seri dan paralel
6.4 Alat-alat pengukuran
6.5 Mentanahkan (grounding) sebuah rangkaian
Medan magnet
7.1 Teori magnet dan gaya magnet
7.2 Gaya magnet yang timbul pada konduktor berarus
7.3 Torque pada loop arus dalam medan magnet seragam dan tidak seragam
7.4 Partikel bermuatan yang bergeral dalam medan magnet
7.5 Aplikasi partikel bermuatan bergerak dan gaya Lorentz
Sumber-sumber medan magnet
8.1 Pengertian Efek Hall, tegangan Hall dan aplikasinya
8.2 Hukum Biot-Savart: menganalisa medan magnet sebagai kuantitas vektor dan
aplikasinya
8.3 Gaya magnet antara dua konduktor paralel
8.4 Hukum Ampere: menghitung medan magnet dari konfigurasi arus
8.5 Medan magnet pada solenoid, karakteristik, contoh aplikasi dan solenoid ideal
8.6 Flux magnet dan analogi dengan flux listrik
8.7 Hukum Gauss dalam magnetism
8.8 Bentuk umum dari hukum Ampere dan hukum Ampere-Maxwell
8.9 Magnetisme pada materi: tinjauan atomic, Bohr magneton, feromagnetik,
material paramagnetik.
Induktans
9.1 Rangkaian R-L, energi dalam medan magnet dan mutual induktans
9.2 Hukum Faraday untuk induktans dan motional emf.
9.3 Hukum Lenz, induced emf, generator dan motor.
2
9.4 Arus Eddy, Hukum Maxwell dan self inductance.
10 Bahan Listrik
10.1 Sifat termal, elektrik, magnetik dan optik dari material
10.2 struktur dan sifat logam
10.3 semikonduktor
10.4 keramik dan polimer
10.5 smart materials
Outcome Pembelajaran:
1. Mahasiswa memhami fenomena listrik statis, Hukum Coulomb, prinsip superposisi dan
mampu memecahkan masalah.
2. Mahasiswa memahami tentang pengertian medan listrik, gaya listrik yang dialami oleh
muatan dalam berbagai konfigurasi di dalam sebuah medan listrik. Mahasiswa juga
memahami tentang dipol listrik, kerapatan muatan, dan medan listrik oleh distribusi
muatan yang kontinyu.
3. Mahasiswa memahami flux listrik, Hukum Gauss dan konduktor.
4. Mahasiswa memahami pengertian, elemen pembentuk, fungsi, cara kerja dan contohcontoh kapasitor. Mahasiswa memahami dan mampu menghitung kapasitans dari
berbagai tipe kapasitor. Mahasiswa memahami konsep penyimpanan energi di dalam
medan listrik, memahami pengertian dan fungsi dielektrik dalam kapasitor serta
perangkaian kapasitor secara seri dan paralel.
5. Mahasiswa mengerti tentang arus listrik baik DC maupun AC, kerapatan arus, dan
Hukum Ohm. Mahasiswa memahami hambatan, konduktivitas, dan resistivitas serta
energi listrik dan tenaga.
6. Mahasiswa memahami rangkaian listrik DC, Hukum Kirchhoff dan aturan-aturan
dalam rangkaian listrik. Mahasiswa mengerti tentang rangkaian seri dan paralel, alatalat pengukuran dan mentanahkan sebuah rangkaian.
7. Mahasiswa memahami teori medan magnet dan gaya magnet, gaya magnet yang timbul
dari konduktor berarus, torque pada loop arus dalam medan magnet seragam dan tidak
seragam. Menguasai partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet dan
contoh aplikasinya serta gaya Lorentz.
8. Mahasiswa memahami sumber-sumber medan magnet, pengertian efek Hall dan
aplikasinya, Hukum Biot-Savart dalam menganalisa medan magnet, gaya magnet
antara dua konduktor paralel, Hukum Ampere, dan medan magnet pada solenoid.
Mahasiswa juga memahami tentang flux magnet, Hukum Gauss untuk magnetisme,
3
bentuk umum Hukum Ampere dan Hukum Ampere-Maxwell, serta magnetisme pada
materi.
9. Mahasiswa memahami tentang induktans, yang meliputi rangkaian R-L, energi dalam
medan magnet dan mutual induktans, Hukum Faraday, Hukum Lenz, induced emf,
generator dan motor serta arus Eddy dan Hukum Maxwell.
10. Mahasiswa mengenal tentang bahan-bahan (material) yang berguna untuk aplikasi
kelistrikan lengkap dengan sifat-sifatnya.
Rencana Kegiatan Pembelajaran Mingguan (RKBM):
Minggu ke
1
2
3
Topik (Pokok Bahasan)
Pendahuluan:
1 Penjelasan tata cara perkuliahan,
evaluasi, dan penilaian
2 Penjelasan silabus dan referensi
3 Penjelasan mengenai peta keterkaitan
antara tema-tema yang dibahas.
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Listrik Statis
a. Muatan listrik: pengertian
b. Hukum Coulomb: penjelasan dan
peragaan animasi tentang generator
Van de Graaff
a. Prinsip superposisi: pengertian dan
contoh pemakaiannya
b. Strategi pemecahan masalah
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Medan Listrik
a. Medan listrik: pengertian dan
animasi tentang medan yang timbul
oleh sebuah muatan titik.
b. Garis-garis medan listrik
c. Gaya yang dialami oleh muatan
dalam sebuah medan listrik
d. Dipole listrik: medan listrik oleh
sebuah dipol listrik, energi potensial
dipol listrik dan animasi.
e. Kerapatan muatan: volume,
permukaan dan garis.
f. Medan listrik oleh distribusi muatan
yang kontinyu.
3. Hukum Gauss
a. Pengantar teori flux listrik
b. Hukum Gauss: teori, penurunan
rumus untuk beberapa tipe
konduktor
c. Konduktor: pengertian dan gaya
Metode Pembelajaran
o Ceramah
o Diskusi
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
4
4
5
6
7
pada konduktor
Strategi pemecahan masalah
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Kapasitor dan Dielektrik
a. Pengertian, fungsi, elemen
pembentuk, cara kerja, dan contohcontoh kapasitor di alam.
b. Kapasitans: pengertian dan cara
menghitung berdasarkan jenis
kapasitor.
c. Penyimpanan energi dalam medan
listrik
d. Dielektrik: pengertian dan fungsi
dielektrik dalam kapasitor
e. Perangkaian kapasitor: seri dan
paralel
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Arus dan Hambatan
b. Arus listrik: pengertian, kerapatan
arus
c. Hukum Ohm
d. Hambatan, conductivity and
resistivity, hubungan hambatan dan
suhu, serta superconductor
e. Energi listrik dan tenaga
3. Rangkain Listrik (DC)
c. Electromotive force (emf):
pengertian, tenaga yang dihasilkan
oleh emf
d. Aturan-aturan dalam rangkaian
listrik: Hukum Kirchhoff
e. Rangkaian seri dan paralel
f. Alat-alat pengukuran
g. Mentanahkan (graunding) sebuah
rangkaian.
4. PR/Tugas
1. Medan Magnet
a. Gaya magnet yang timbul pada
konduktor berarus: teori, gaya
magnet pada berbagai macam dan
bentuk konduktor.
b. Torque pada loop arus dalam
medan magnet seragam
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Medan Magnet
a. Pergerakan partikel bermuatan
dalam medan magnet seragam: pola
gerakan berdasarkan gaya yang
bekerja dan periodenya.
b. Aplikasi partikel bermuatan yang
bergerak dalam medan magnet
seragam: gaya Lorentz, contoh
aplikasi pada alat-alat seperti
velocity selector, cyclotron
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o Ceramah
o Diskusi
o Demo
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
5
12
accelerator, dan lain-lain.
MID: Bahan meliputi semua yang telah
diajarkan.
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Sumber-sumber Medan Magnet
a. Efek Hall: pengertian, fungsi,
tegangan Hall.
b. Hukum Biot-Savart: menganalisa
medan magnet sebagai kuantitas
vektor, aplikasi.
c. Gaya magnet antara dua konduktor
paralel
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Sumber-sumber Medan Magnet
a. Hukum Ampere: menghitung
medan magnet dari konfigurasi
arus.
b. Medan magnet pada solenoid:
karakteristik, contoh aplikasi,
solenoid ideal.
c. Flux magnet: analogi dengan flux
listrik.
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Sumber-sumber Medan Magnet
a. Hukum Gauss dalam magnetism:
perbandingan dengan hukum Gauss
pada medan listrik.
b. Bentuk umum dari hukum Ampere,
yaitu berlaku pada medan listrik
yang bervariasi, hukum AmpereMaxwell.
c. Magnetism pada materi: tinjauan
atomic, magnetic moment, Bohr
magneton, benda-benda bersifat
magnet, material ferromagnetic,
material paramagnetic.
3. Proyek: riset kelompok tentang sebuah
alat listrik untuk dipresentasikan.
Mempresentasikan laporan proyek (hasil
riset kelompok)
13
Mempresentasikan laporan proyek (hasil
riset kelompok)
8
9
10
11
14
1. Induktans
a. Rangkaian RL, energi dalam medan
magnet, mutual inductance.
b. Hukum Faraday untuk induktans,
motional EMF.
c. Hukum Lenz, induced emf,
generator dan motor.
d. Arus Eddy, persamaan Maxwell,
dan self inductance.
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o
o
o
o
Quiz
Ceramah
Diskusi
Demo
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Seminar
Diskusi
Demo
Seminar
Diskusi
Demo
Ceramah
Diskusi
Demo
6
1. Review materi minggu sebelumnya
2. Bahan Listrik
a. Sifat termal, elektrik, magnetik
dan optik dari material
b. struktur dan sifat logam
c. semikonduktor
d. keramik dan polimer
e. smart materials
15
16
o Ceramah
o Diskusi
Ujian Akhir
PENJABARAN RKBM:
1. Kuliah Minggu 1
Menjelaskan tata cara perkuliahan, penilaian, silabus dan referensi serta keterkaitan
antara topik-topik bahasan dalam matakuliah Pengantar Rangkaian Listrik.
2. Kuliah Minggu 2
Menjelaskan mengenai teori listrik statis dengan penjabaran detail seperti tertulis dalam
Rencana Kegiatan Pembelajaran Mingguan (RKBM). Diskusi dijalankan secara
klasikal selama proses perkuliahan.
3. Kuliah Minggu 3
Dimulai dari minggu ke-3, pada setiap awal kuliah diakan quiz untuk menguji
pemahaman mahasiswa terhadap materi minggu sebelumnya. Dilanjutkan dengan
penjelasan dan diskusi tentang medan listrik dan Hukum Gauss dengan penjabaran
detail seperti pada RKBM. Demo visual akan diperagakan di kelas untuk membuat
mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori yang diberikan.
4. Kuliah Minggu 4
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang Kapasitor dan
Dielektrik dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan
diperagakan di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori
yang diberikan.
5. Kuliah Minggu 5
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang arus dan hambatan dan
rangkaian listrik (DC) dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan
diperagakan di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori
yang diberikan. Pada akhir kuliah mahasiswa diberikan tugas untuk melakukan studi
terhadap arus AC dan rangkaian AC untuk memahami perbedaannya dengan arus dan
rangkaian DC.
7
6. Kuliah Minggu 6
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang medan magnet dengan
penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan diperagakan di kelas untuk
membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori yang diberikan.
7. Kuliah Minggu 7
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang medan magnet lanjutan
dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan diperagakan di kelas
untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori yang diberikan.
8. Kuliah Minggu 8
Ujian tengah semester, dengan bahan yang telah dibahas.
9. Kuliah Minggu 9
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang sumber-sumber medan
magnet dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan diperagakan
di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori yang diberikan.
10. Kuliah Minggu 10
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang sumber-sumber medan
magnet lanjutan dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan
diperagakan di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori
yang diberikan.
11. Kuliah Minggu 11
Setelah quiz dilanjutkan dengan penjelasan dan diskusi tentang sumber-sumber medan
magnet lanjutan dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo visual akan
diperagakan di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan memahami teori
yang diberikan.
12. Kuliah Minggu 12
Presentasi
13. Kuliah Minggu 13
Presentasi
14. Kuliah Minggu 14
Menjelaskan tentang induktans dengan penjabaran detail seperti pada RKBM. Demo
visual akan diperagakan di kelas untuk membuat mahasiswa lebih tertarik dan
memahami teori yang diberikan.
8
15. Kuliah Minggu 15
Menjelaskan tentang bahan listrik dengan penjabaran detail seperti tertera pada RKBM.
16. Kuliah Minggu 16
Ujian akhir dengan bahan yang telah dibahas.
EVALUASI:
1. Pemahaman tentang listrik statis.
2. Pemahaman tentang medan listrik.
3. Pemahaman tentang kapasitor dan dielektrik.
4. Pemahaman tentang arus dan hambatan
5. Pemahaman tentang rangkaian listrik
6. Pemahaman tentang medan magnet dan sumber-sumbernya
7. Pemahaman tentang induktans
BAHAN, SUMBER INFORMASI DAN REFERENSI:
1
2
3
Halliday, D., Resnick R., 1978, Physics 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc, New York.
Giancoli D.C., 1995, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 3rd Edition,
Prentice-Hall, Inc.
Raymond A.S., John W.J., 2003, Physics for Scientist and Engineers (with Physicsnow and
Infotrack) 6th Edition, Brooks Cole.
9