i BUKU SISWA DASAR DAN PENGUKURAN LISTRIK 1 i Kontributor Naskah: MH Sapto Widodo ii KATA PENGANTAR Kurikulum 2013 adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Faktor pendukung terhadap keberhasilan Implementasi Kurikulum 2013 adalah ketersediaan Buku Siswa dan Buku Guru, sebagai bahan ajar dan sumber belajar yang ditulis dengan mengacu pada Kurikulum 2013. Buku Siswa ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang sesuai. Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi, mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan kemampuan mencipta . Sebagaimana lazimnya buku teks pembelajaran yang mengacu pada kurikulum berbasis kompetensi, buku ini memuat rencana pembelajaran berbasis aktivitas. Buku ini memuat urutan pembelajaran yang dinyatakan dalam kegiatan-kegiatan yang harus dilakukan peserta didik. Buku ini mengarahkan hal-hal yang harus dilakukan peserta didik bersama guru dan teman sekelasnya untuk mencapai kompetensi tertentu; bukan buku yang materinya hanya dibaca, diisi, atau dihafal. Buku ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan kurikulum 2013, peserta didik diajak berani untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Buku ini merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu buku ini perlu terus menerus dilakukan perbaikan dan penyempurnaan. Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian buku ajar ini. Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas kerjasamanya. Mudah-mudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan generasi seratus tahun Indonesia Merdeka (2045). Jakarta, Januari 2014 Direktur Pembinaan SMK Drs. M. Mustaghfirin Amin, MBA iii DAFTAR ISI Kontributor Naskah: ............................................................................................. i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii I. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 A. Deskripsi ..................................................................................................... 1 B. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar ...................................................... 2 C. Silabus........................................................................................................ 4 D. Rencana Aktivitas Belajar ......................................................................... 23 II. PEMBELAJARAN .................................................................................. 24 A. Kegiatan Belajar 1 .................................................................................... 24 Menerapkan Arus dan Potensial Listrik .......................................................... 24 1. Konsep Arus Listrik ................................................................................ 25 1.1. Muatan Listrik dan Fenomena Listrik Statis ...................................... 25 1.2. Teori Atom ....................................................................................... 27 1.3. Fenomena Gaya Listrik .................................................................... 29 1.4. Medan Listrik .................................................................................... 33 1.5. Hukum Coulomb .............................................................................. 34 1.6. Arus Elektron ................................................................................... 38 1.7. Besaran Nilai Arus Listrik ................................................................. 41 1.8. Sifat-sifat Arus Listrik ....................................................................... 43 2. Potensial Listrik ...................................................................................... 49 2.1. Pengertian Potensial Listrik .............................................................. 50 2.2. Pembangkitan Tegangan Listrik ....................................................... 55 B. Kegiatan Belajar 2 .................................................................................... 60 Memeriksa Bahan-bahanListrik ...................................................................... 60 1. Konduktor ............................................................................................... 61 2. Isolator ................................................................................................... 65 3. Semikonduktor ....................................................................................... 69 C. Kegiatan Belajar 3 .................................................................................... 73 Memeriksa Sifat Elemen Pasif dalam Rangkaian Arus Searah dan Peralihan73 1. Elemen Pasif Rangkaian Listrik .............................................................. 74 iv 1.1. Resistor dan Resistansi.................................................................... 77 1.2. Induktor dan Induktansi .................................................................... 80 1.3. Kapasitor dan Kapasitansi ................................................................ 85 2. Rangkaian Resistor dalam Seri, Paralel, dan Kombinasi .............................. 108 3. MemeriksaRangkaian Peralihan Resistor-Kapasitor (RC) ............................ 143 KEGIATAN BELAJAR 4 ................................................................................ 159 Menganalisis Rangkaian Listrik Arus Searah ............................................... 159 1. Teori Superposisi ................................................................................. 162 2. Teori Thevenin dan Norton ...................................................................... 167 3. Transfer Daya maksimum ........................................................................ 172 4. Teori Maxwell ........................................................................................ 174 5. Transformasi Star-Delta ........................................................................... 179 6. Rangkaian Jembatan ................................................................................ 185 E. Kegiatan Belajar 5 ..................................................................................... 188 Memeriksa Daya dan Konsumsi Energi Listrik ................................................... 188 1. Daya Listrik ........................................................................................... 191 2. Konsumsi Energi Listrik .......................................................................... 192 F. Kegiatan Belajar 6: ................................................................................... 196 Menentukan Kondisi Operasi Pengukuran Arus dan Tegangan ............................. 196 1. Pembacaan nilai ukur .............................................................................. 197 2. Meter Dasar PPMC dan Besi Putar ............................................................ 202 3. Pengukuran Arus Searah ..................................................................... 211 4. Pengukuran Tegangan ......................................................................... 218 KEGIATAN BELAJAR 7 ............................................................................... 224 Menentukan Kondisi Operasi Pengukuran Daya, Energi dan Faktor Daya Listrik ........................................................................................................... 224 1. Pengukuran Daya Listrik ......................................................................... 224 1.1. Pengukuran Daya Listrik Satu Fasa ............................................... 224 1.2. Pengukuran Daya Sistem Tiga Fasa .............................................. 231 2. Pengukuran Konsumsi Energi Listrik ........................................................ 235 2.1. Pengukuran Konsumsi Energi Listrik Satu Fasa ............................. 236 2.2. Sistem Pengukuran Energi Listrik Tiga Fasa .................................. 242 3. Pengukuran Daya Reaktif dan Faktor Daya ................................................ 244 KEGIATAN BELAJAR 8 ................................................................................ 246 Menentukan Kondisi Operasi Pengukuran Resistan Listrik ........................ 246 1. Pengukuran Resistan (Tahanan) Listrik...................................................... 246 v 1.1. Pengukuran Tahanan dengan Ohmmeter ...................................... 246 1.2. Jembatan Wheatstone ........................................................................ 253 KEGIATAN BELAJAR 9 ................................................................................ 255 Menentukan Kondisi Operasi Oskiloskop ...................................................... 255 Oskiloskop ................................................................................................. 255 1. Operasi Dasar Oskiloskop Sinar Katoda............................................... 255 2. Pengukuran Sinyal Tegangan .............................................................. 261 3. Pengukuran Arus .................................................................................. 262 4. Pengukuran Beda Phasa ...................................................................... 263 KEGIATAN BELAJAR 10 .............................................................................. 267 Menggunakan Peralatan Ukur Listrik ........................................................... 267 1. Terminologi dalam Pengukuran Listrik .................................................. 267 2. Sistem Satuan ......................................................................................... 281 3. Perancangan Kerja Proyek: ...................................................................... 287 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 296 1 I. PENDAHULUAN A. Deskripsi Kurikulum 2013 dirancang untuk memperkuat kompetensi siswa dari sisi pengetahuan, keterampilan dan sikap secara utuh. Proses pencapaiannya melalui pembelajaran sejumlah mata pelajaran yang dirangkai sebagai suatu kesatuan yang saling mendukung pencapaian kompetensi tersebut. Buku bahan ajar dengan judul Dasar dan Pengukuran Listrik ini merupakan dasar program keahlian yang digunakan untuk mendukung pembelajaran pada mata pelajaran Dasar dan Pengukuran Listrik 1, untuk SMK Program Keahlian Teknik Ketenagalistrikan yang diberikan pada kelas X semester 1. Buku ini menjabarkan usaha minimal yang harus dilakukan siswa untuk mencapai kompetensi yang diharapkan, yang dijabarkan dalam kompetensi inti dan kompetensi dasar. Sesuai dengan pendekatan yang dipergunakan dalam Kurikulum 2013, siswa diberanikan untuk mencari dari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Peran guru sangat penting untuk meningkatkan dan menyesuaikan daya serap siswa dengan ketersediaan kegiatan pada buku ini. Guru dapat memperkayanya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan-kegiatan lain yang sesuai dan relevan yang bersumber dari lingkungan sosial dan alam. Buku ini disusun di bawah koordinasi Direktorat Pembinaan SMK, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, dan dipergunakan dalam tahap awal penerapan Kurikulum 2013. Buku ini merupakan “dokumen hidup” yang senantiasa diperbaiki, diperbaharui, dan dimutakhirkan sesuai dengan dinamika kebutuhan dan perubahan zaman. Masukan dari berbagai kalangan diharapkan dapat meningkatkan kualitas buku ini. 2 B. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar KOMPETENSI INTI KOMPETENSI DASAR 1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. 1.1. Menyadari sempurnanya konsep Tuhan tentang benda-benda dengan fenomenanya untuk dipergunakan sebagai aturan dalam melaksanakan pekerjaan di bidang dasar dan pengukuran listrik 1.2. Mengamalkan nilai-nilai ajaran agama sebagai tuntunan dalam melaksanakan pekerjaan di bidang dasar dan pengukuran listrik 2. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan proaktif, dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia 2.1. Mengamalkan perilaku jujur, disiplin, teliti, kritis, rasa ingin tahu, inovatif dan tanggung jawab dalam melaksanakan pekerjaan di bidang dasar dan pengukuran listrik. 2.2. Menghargai kerjasama, toleransi, damai, santun, demokratis, dalam menyelesaikan masalah perbedaan konsep berpikir dalam melaksanakan pekerjaan di bidang dasar dan pengukuran listrik. 2.3. Menunjukkan sikap responsif, proaktif, konsisten, dan berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam melaksanakan pekerjaan di bidang dasar dan pengukuran listrik. 3. Memahami, menerapkan dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, dan prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dalam wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian dalam bidang kerja yang spesifik untuk memecahkan masalah. 3.1. Menerapkan konsep listrik (arus dan potensial listrik) 3.2. Menentukan bahan-bahan listrik 3.3. Menenetukan sifat rangkaian listrik arus searah dan rangkaian peralihan 3.4. Menerapkan teorema rangkaian listrik arus searah 3.5. Menentukan daya dan energi listrik 3.6. Menentukan kondisi operasi pengukuran arus dan tegangan listrik 3.7. Menentukan kondisi operasi pengukuran daya, energi, dan faktor daya 3.8. Menentukan kondisi operasi pengukuran tahanan (resistan) listrik 3 KOMPETENSI INTI KOMPETENSI DASAR 3.9. Menentukan kondisi operasi pengukuran besaran listrik dengan oskiloskop 3.10. Menentukan peralatan ukur listrik untuk mengukur besaran listrik. 3.11. Menerapkan hukum-hukum rangkaian rangkaian listrik arus bolak-balik 3.12. Menerapkan hukum-hukum dan fenomena rangkaian kemagnitan 3.13. Menentukan kondisi operasi dan spesifikasi piranti-piranti elektronika daya dalam rangkaian elektronik 3.14. Menentukan kondisi operasi dan spesifikasi rangkaian digital dasar 4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu melaksanakan tugas spesifik di bawah pengawasan langsung 4.1. Mendemonstrasikan konsep listrik (gejala fisik arus listrik dan potensial listrik) 4.2. Memeriksa bahan-bahan listrik 4.3. Memeriksa sifat elemen pasif dalam rangkaian listrik arus searah dan rangkaian peralihan 4.4. Menganalisis rangkaian listrik arus searah 4.5. Memeriksa daya dan energi listrik 4.6. Memeriksa kondisi operasi pengukuran arus dan tegangan listrik 4.7. Memeriksa kondisi operasi pengukuran arus dan tegangan listrik 4.8. Memeriksa kondisi operasi pengukuran tahanan listrik 4.9. Memeriksa kondisi operasi pengukuran besaran listrik dengan oskilsokop 4.10. Mendemonstrasikan penggunaan peralatan ukur listrik untuk mengukur besaran listrik 4.11. Memeriksa rangkaian listrik arus bolak-balik 4.12. Memeriksa rangkaian kemagnitan 4.13. Memeriksa kondisi operasi dan spesifikasi piranti-piranti elektronika daya dalam rangkaian listrik 4.14. Memeriksa kondisi operasi dan spesifikasi rangkaian digital dasar Next >