peraga fenomena kelistrikan akibat perbedaan …

57
PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN TEMPERATUR PADA PASANGAN KAWAT TEMBAGA DAN SENG (Skripsi) Oleh: Kurnia Astari Pratama FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2018

Upload: others

Post on 04-Nov-2021

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAANTEMPERATUR PADA PASANGAN KAWAT TEMBAGA DAN SENG

(Skripsi)

Oleh:

Kurnia Astari Pratama

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2018

Page 2: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

ABSTRAK

PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAANTEMPERTUR PADA PASANGAN KAWAT TEMBAGA DAN SENG

Oleh

Kurnia Astari Pratama

Tujuan penelitian pengembangan ini adalah menghasilkan alat peraga fenomena

kelistrikan yang berbasis lingkungan dan petunjuk penggunaannya (user manual)

untuk pembelajaran fisika materi sumber energi listrik, mengetahui kelayakan dan

spesifikasinya. Penelitian pengembangan ini menghasilkan produk alat peraga

disertai user manual yang telah diuji spesifikasi dan kelayakannya.

Berdasarkan uji yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa; nilai koefisien

seebeck pada pasangan kawat tunggal, seri, paralel berturut-turut sebesar 0,004

mV/0C, 0,064 mV/0C, 0,004 mV/0C; volume wadah sisi dingin dan sisi panas

konverter adalah 3,3 liter; suhu sisi dingin konverter adalah 0°C; dan suhu sisi

panas konverter berada pada rentang 30°C-90°C. Hasil Uji kelayakan alat peraga

fenomena kelistrikan dan user manual menyatakan bahwa produk layak untuk

digunakan untuk mengamati perilaku perubahan panas menjadi listrik dengan skor

2,79 pada uji kelayakan fisik dan skor 3,11 pada uji ahli desain.

Kata kunci: efek seebeck, energi listrik, energi panas, konversi energi,

pengembangan.

Page 3: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAANTEMPERATUR PADA PASANGAN KATA TEMBAGA DAN SENG

Oleh

Kurnia Astari Pratama

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai GelarSARJANA PENDIDIKAN

Pada

Program Studi Pendidikan FisikaJurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2018

Page 4: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …
Page 5: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …
Page 6: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …
Page 7: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Cimahi pada tanggal 27 Mei 1995, sebagai anak pertama dari

tiga bersaudara dari pasangan Bapak Sutoyo Abdul Latif dan Ibu Ratni. Penulis

mengawali pendidikan formal pada tahun 1999 di TK Al- Maqom. Pada tahun

2000 penulis melanjutkan pendidikannya di SD Negeri 1 Tulung Balak hingga

tahun 2006. Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 1

Kotagajah. Pada tahun 2013, penulis diterima dan terdaftar sebagai mahasiswa

regular program studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan MIPA, Fakultas

Keguruan dan Ilmu Pendidikan di Universitas Lampung melalui jalur SBMPTN.

Sejak SD, penulis aktif mengikuti lomba mata pelajaran seperti Olimpiade IPA,

LCT IPA,OSN Fisika dan MTQ tingkat Mahasiswa. Pada tahun 2005 penulis

sempat mewakili kabupaten Lampung timur untuk mengikuti Olimpiade IPA dan

LCT IPA di tingkat provinsi. Pada tahun 2008 dan 2011 Penulis Sempat mewakili

kabupaten Lampung tengah dalam mengikuti Olimpiade Sains Nasional Bidang

Fisika di Lampung. Saat di bangku kuliah, penulis aktif mengikuti kegiatan UKM

KOPMA sebagai staff administrasi, UKM BOROHMAH sebagai bendahara

departemen, HIMASAKTA sebagai anggota divisi kewirausahaan dan BEM

sebagai anggota dinas pemberdayaan wanita. Pada tahun 2015 penulis sempat

mendapat juara tiga seleksi MTQ cabang khottil tingkat mahasiswa unila.

Page 8: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

Pada tahun 2016, penulis melaksanakan kegiatan KKN-KT ( Kuliah Kerja Nyata-

Kependidikan Terintegrasi) di Desa Bumi Nabung Timur, Kecamatan Bumi

Nabung dan PPL di SMP Negeri 2 Bumi Nabung, Kabupaten Lampung Tengah.

Page 9: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

PERSEMBAHAN

Tahap demi tahap telah kulalui berbagai suka dan duka telah kujalani demi

tercapainya cita-cita yang terpuji. Tak lupa rasa syukur pun selalu ku ucapkan

dalam hati.

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan limpahan rahmat dan

karunia-Nya. Dengan kerendahan hati, penulis mempersembahkan karya

sederhana ini kepada:

1. Ibu dan Bapak tersayang yang senantiasa dengan sepenuh hati

memberikan segala yang terbaik untukku yang tak mungkin bisa dibalas

walau sampai akhir hayat. Mudah-mudahan kelak Allah SWT

memudahkan saya untuk memberikan kebhagiaan dan membuat kalian

bangga, jauh lebih besar dari ini.

2. Abah, Nenek, Umi tersayang yang selalu memberikan bantuan baik moril

ataupun materil. Semoga Allah SWT memberikan kebahagiaan kepada

kita di dunia, dan mempersatukan kita semua di syurga-Nya kelak.

3. Adik-adikku Mu’alimatus Sa’diah dan Zulfa Nur Latifah yang selalu

memberikan bantuan baik secara moril. Kekompakan dan kekeluargaan

kita selalu menjadi kebahagiaan tersendiri buatku. Semoga Allah SWT

memberikan kebahagiaan kepada kita di dunia, dan mempersatukan kita

sekeluarga besar di syurga-Nya kelak.

Page 10: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

4. Calon Imamku yang membuatku merasa termotivasi untuk menjadi

manusia yang lebih baik lagi dan menyemangati hingga selesainya skripsi

ini.

5. Almamater yang telah memberikan pengalaman berharga dan tak

terlupakan, FKIP Universitas Lampung.

Page 11: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

MOTTO

“Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya

sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari

sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. Dan

hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”

(QS. Al-Insyirah : 5-8)

“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-rang tidak menyadari

betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah”

(Thomas Alva Edison)

“Hidup adalah perjuangan yang harus dimenangkan, tantangan yang harus

dihadapi, dan anugerah yang harus disyukuri”

(Merry Riana)

Page 12: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

SANWACANA

Bismillahirohmanirrohim.

Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan ridho-

Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “pengembangan perangkat

konversi energi panas menjadi energi listrik”. Penulis menyadari bahwa terdapat

banyak bantuan dari berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Oleh

karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Dr. H. Muhammad Fuad, M.Hum., selaku Dekan Fakultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Caswita, M.Si., selaku Ketua Jurusan Pendidikan MIPA.

3. Bapak Drs. Eko Suyanto, M.Pd., selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika

dan serta Pembimbing II, yang banyak memberikan masukan dan kritik yang

bersifat positif dan membangun.

4. Bapak Drs. Eko Suyanto, M.Pd., selaku Pembimbing Akademik dan Pembimbing

I atas kesabarannya dalam memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi kepada

penulis selama menyelesaikan skripsi.

Page 13: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

5. Bapak Wayan Suana, S.Pd., M.Si., selaku Pembimbing II atas kesabarannya dalam

memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi kepada penulis selama menyelesaikan

skripsi.

6. Bapak Dr. Abdurrahman, M.Si., selaku Pembahas atas kesediaan dan

keikhlasannya memberikan bimbingan, saran dan kritik kepada penulis dalam

proses penyusunan skripsi ini.

7. Bapak dan Ibu Dosen serta Staf Program Studi Pendidikan Fisika dan Jurusan

Pendidikan MIPA.

8. Ibu dan Bapak penulis tercinta, yang selalu memberikan doa, motivasi dan

dukungan yang sangat besar bagi penulis dalam perjalanan hidup penulis dari

masa kecil hingga saat ini.

9. Teman-teman seperjuangan Pendidikan Fisika A 2013, terimakasih untuk

kebersamaannya, semoga kesuksesan selalu menyertai kita.

10. Kakak-kakak Program Studi Pendidikan Fisika 2010 dan 2012, terimakasih telah

memberikan petunjuk, arahan dan bantuan sehingga Program pendidikan S1

Pendidikan fisika ini dapat diselesaikan.

11. Teman-teman Program Studi Pendidikan Fisika A 2012, Fisika 2013, Fisika 2014,

dan Fisika 2015, terima kasih atas dukungan dan kebersamaannya. Semoga

kebahagian dan kesuksesan selalu menyertai kita.

12. Sahabat seperjuangan KKN-KT Se-kecamatan Bumi Nabung, khususnya

kelompok desa Bumi Nabung Timur: Ana Wahyunurohmah, Ana, Tita, Cindy,

Arya, Sandra, Sinta, dan Citra, semoga kekeluargaan kita tetap utuh sampai nanti.

13. Kepada semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini.

Page 14: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

Penulis berdoa semoga semua amal dan bantuan mendapat pahala serta balasan dari

Allah SWT dan semoga skripsi ini bermanfaat. Amin.

Bandar Lampung, Mei 2018Penulis,

Kurnia Astari Pratama

Page 15: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

DAFTAR ISI

HalamanDAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xviii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1

B. Rumusan Masalah................................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5

D. Manfaat Penelitian .................................................................................. 5

E. Ruang Lingkup Penelitian ...................................................................... 6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Pengembangan....................................................................... 7

B. Alat Peraga sebagai Media Pembelajaran............................................... 11

C. Pembelajaran IPA Berbasis Praktikum................................................... 14

D. Energi Panas (Termal) dan Energi Listrik .............................................. 15

E. Konversi Energi Panas menjadi Listrik .................................................. 17

F. Termoeliktrik .......................................................................................... 17

G. Daya Listrik ............................................................................................ 19

H. Rangkaian Listrik.................................................................................... 20

III. METODE PENELITIAN

A. Desain Pengembangan........................................................................... 22

B. Prosedur Pengembangan......................................................................... 23

Page 16: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

C. Teknik Pengumpulan Data ..................................................................... 30

D. Teknik Analisis Data .............................................................................. 31

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengembangan ............................................................................ 34

B. Pembahasan .......................................................................................... 50

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan............................................................................................... 57

B. Saran..................................................................................................... 57

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Page 17: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Model Pengembangan Media Instruksional .......................... 22

2. Cara Pembuatan Pasangan Kawat Logam .................................... 25

3. Menentukan Polaritas Rangkaian Seebeck .............................. 25

4. Skema Percobaan Rangkaian Seebeck .................................... 27

5. Desain Rangkaian Seri ............................................................ 27

6. Desain Rangkaian Paralel........................................................ 28

7. Desain Alat Bagian Dalam...................................................... 28

8. Desain Alaat Bagian Luar ....................................................... 29

9. Konverter Energi Bagian Dalam ............................................. 41

10. Konverter Energi Bagian Luar ................................................ 41

11. Bagian Konverter Energi......................................................... 42

12. Rangkaian Paralel.................................................................... 43

13. Rangkaian Seri ........................................................................ 43

14. Rangkaian Multitester .............................................................. 44

15. Grafik Hasil Pengukuran Pasangan Kawat Tunggal ................ 47

16. Grafik Hasil Pengukuran Pasangan Kawat Seri ......................... 48

17. Grafik Hasil Pengukuran Pasangan Kawat Paralel .................... 48

Page 18: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Konversi Skor Penilaian menjadi Pernyataan Nilai Kualitas.... 33

2. Identifikasi Spesifikasi Produk.................................................. 38

3. Hasil Uji Spesifikasi Petunjuk user manual ....................................... 39

4. Hasil Uji Kelayakan .................................................................. 51

5. Hasil Uji Ahli Desain ................................................................ 51

Page 19: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Hasil Analisis LKS dan Buku Siswa.................................................... 62

2. Desain Alat Peraga ............................................................................... 65

3. Daftar Alat dan Bahan ......................................................................... 69

4. Daftar Harga Bahan.............................................................................. 73

5. Langkah Kerja Pembuatan Produk....................................................... 74

6. Penentuan Prosedur Pengukuran .......................................................... 77

7. Data Pengukuran Menggunakan Alat Peraga Fenomena Kelistrikan .. 80

8. Analisis Data Hasil Pengukuran........................................................... 84

9. Standar Deviasi, Kesalahan Relativ, dan Sensitivitas ...............................90

10. Menentukan Koefisien Seebeck ......................................................... 97

11. Kisi-kisi Instrumen Uji Kelayakan Fisik ........................................... 100

12. Instrumen Uji Ahli Kelayakan Fisik .................................................. 103

13. Hasil Uji Kelayakan Fisik.................................................................. 107

14. Analisis Hasil Uji Kelayakan Fisik.................................................... 111

15. Rangkuman Uji Ahli Kelayakan Fisik............................................... 114

16. Kisi-kisi instrumen Uji Ahli Desain .................................................. 115

17. Instrumen Uji Ahli Desain ................................................................. 119

18. Hasil Uji Ahli Desain......................................................................... 124

Page 20: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

19. Rangkuman Uji Ahli Desain.............................................................. 129

20. Petunjuk Penggunaan Alat Peraga Fenomena Kelistrikan................. 130

Page 21: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Siswa kurang bahkan tidak memahami materi pembelajaran fisika yang

bersifat sukar dimungkinkan karena faktor belajar siswa yang kurang efektif,

bahkan siswa sendiri tidak merasa termotivasi di dalam mengikuti

pembelajaran di kelas. Pembelajaran fisika untuk saat ini membosankan

seperti yang dirasakan oleh kebanyakan siswa terutama jenjang SMA. Masih

banyak pembelajaran fisika dilakukan dengan meminta siswa untuk menghafal

rumus-rumus, dan mengerjakan soal-soal yang ada di dalam buku tanpa harus

memahami konsep, fakta dan pengalaman empirik. Hal semacam ini yang

membuat siswa kehilangan kesempatan untuk memperoleh pengalaman

belajar secara empirik dan pembelajaran fisika menjadi kurang menarik.

Kecenderungan pembelajaran fisika yang kurang menarik merupakan hal

wajar dialami oleh guru yang tidak memahami kebutuhan dari siswa. Pada

dasarnya, belajar merupakan hasil konstruksi sendiri sebagai hasil interaksinya

terhadap lingkungan belajar. Profesionalisme guru dibutuhkan dalam proses

pembelajaran ini, yaitu guru tidak cukup hanya dengan kemampuan

membelajarkan siswa, tetapi juga harus mampu mengelola informasi dan

lingkungan untuk memfasilitasi belajar siswa (Ibrahim dkk., 2001). Asumsi

Page 22: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

2

semacam ini terkait dengan paradigma atau paham konstruktivisme dalam

konsep belajar. Konsep lingkungan yang dimaksud meliputi tempat belajar,

metode, media, sistem penilaian, serta sarana dan prasarana.

Potensi alam atau kekayaan alam di daerah setempat yaitu sebagai konsep

lingkungan, kurang diperhatikan oleh kebanyakan guru untuk dimanfaatkan

sebagai media pembelajaran fisika. Dimana pada hakekatnya dalam

pembelajaran fisika dimulai dengan pengamatan dengan panca indra yang

melibatkan fenomena alam (Yahdi, 1994: 200), yaitu memberikan pengalaman

langsung pada siswa yang berkaitan dengan materi fisika yang akan diajarkan

(Sutrisno, 2014: 43) atau dipandang sebagai ilmu yang empirik. Pemanfaatan

potensi alam bisadijadikansebagai media pembelajaranfisika. Media

pembelajaran tersebut yang kemudian dapat mempresentasikan materi yang

akan diajarkan melalui metode praktikum.

Berdasarkan tinjauan kurikulum tingkat SMA yang termuat di dalam silabus

dan hasil analisis beberapa LKS serta buku siswa SMA kelas XII, tidak

terdapat materi konversi energi yang lebih rinci mengenai konversi energi

panas menjadi energi listrik. Guru masih terkendala dalam mempresentasikan

konversi energi panas menjadi energi listrik, sehingga siswa tidak memahami

materi pembelajaran fisika tersebut.Materi konversi energi panas menjadi

energi listrik jugasangat diperlukan dalam pembelajaran fisika. Hal ini

diperlukan untuk memperkaya pengetahuan siswa tentang sumber energi

listrik selain energi kimia, nuklir, dan matahari. Dengan memahami materi

tersebut siswa mempunyai peluang yang lebih besar untuk mencari alternatif

Page 23: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

3

sumber energi listrik di dalam kehidupan mereka sehari-hari. Namun

perangkat peraga konversi energi panas menjadi energi listrik masih sulit

ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.

Saefuldan Sunardi (2006:17) menyebutkanbahwa“Pada tahun 1822, Thomas

Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat bismuth diantara

kawat-kawat tembaga. Hubungan (sambungan) tersebut diberi suhu yang

berbeda. Ternyata pada rangkaian tersebut muncul arus listrik. Munculnya

arus listrik tersebut mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-

ujung kedua sambungan.”Berdasarkan percobaan tersebut, dapat disimpulkan

bahwa perbedaan suhu antara kedua sambungan tersebut dapat menimbulkan

arus listrik. Sehingga alat ini dapat digunakan untuk menjelaskan konversi

energy panas menjadi energi listrik. Penelitian ini kemudian diulangi lagi oleh

penulis dengan mengacu pada percobaan yang telah dilakukan oleh Thomas

Seebeck, tetapi dengan menggunakan logam yang ada di lingkungan sekitar

Universitas Lampung.

Berdasarkan percobaan yang dilakukan sejak tanggal 11 Oktober 2016 sampai

tanggal 06 Desember 2016 di laboratorium pendidikan fisikaUniversitas

Lampung. Penulis menggunakan berbagai macam pasangan kawat logam

dalam melakukan penelitian ini. Selain jenis logam yang dipakai, panjang, dan

suhu pada masing-masing logam juga divariasikan.

Berdasarkan penelitian pendahuluan yang telah dilakukan dengan

menggunakan berbagai macam pasangan kawat logam seperti pasangan kawat

tembaga (Cu) dan besi (Fe), pasangan kawat tembaga (Cu) dan seng (Zn),

Page 24: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

4

serta timbal (Pb) dan seng (Zn), diketahui bahwa pasangan kawat seng (Zn)

dan tembaga (Cu), setiap kenaikan suhu 100 C maka tegangannya juga naik.

Semakin tinggi suhu maka tegangan yang terbaca pada multimeter cenderung

semakin besar. Hal ini menunjukkan hubungan antara tinggi suhu dan besar

potensial yang dihasilkan adalah berbanding lurus. Hubungan ini juga

ditunjang dari grafik hubungan antara tinggi suhu dan besar tegangan yang

mendekati linear (lihat lampiran), dengan mempertimbangkan keteraturan

kenaikan tegangan dan karakteristik sifat logam maka penulis memilih

pasangan kawat tembaga (Cu) dan seng (Zn) sebagai fokus penelitian karena

pasangan kawat ini dapat menjelaskan gejala efek Seebeck secara empirik dan

tidak menimbulkan korosi. Pada penelitian ini satu buah pasangan kawat telah

menunjukkan fenomena kelistrikan berdasarkan konsep seebeck, yakni dengan

adanya arus listrik yang mengalir pada pasangan kawat yang menghasilkan

tegangan. Karena tegangan yang dihasilkan oleh satu pasangan kawat itu

sangat kecil, maka peneliti mencoba untuk memperbesar tegangan dengan

cara menyusun pasangan logam secara seri dan secara paralel.

Dalam penelitian ini diharapkan bias menajdi solusi keterbatasan perangkat

peragaan perubahan energi panas menjadi energi listrik yang dapat membantu

siswa untuk mendalami perilaku perubahan energi panas menjadi energi listrik

dengan menggunakan alat dan bahan yang tersedia di sekitar (berbasis

lingkungan). Alat peraga ini dipresentasikan dengan menggunakan prinsip

kerja efekseebeck.

Page 25: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

5

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian

ini sebagai berikut:

1. Bagaimanakah peraga konversi untuk mendalami perilaku perubahan

panas menjadi listrik dengan konsep efekseebeck berbasis lingkungan

menggunakan pasangan kawat seng (Zn) dan tembaga (Cu)?

2. Bagaimanakah hubungan peningkatan besar tegangan yang dihasilkan jika

pasangan kawat disusun secara seri dan parallel oleh peraga konversi energi

panas menjadi energi listrik dengan konsep efek seebeck berbasis lingkungan

menggunakan pasangan kawat seng (Zn) dan tembaga (Cu)?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian pengembangan ini adalah:

1. Mengembangkan peraga konversi energi panas menjadi energi listrik

dengan konsep efek seebeck berbasis lingkungan dan mengetahui kinerja

peraga tersebut.

2. Mengetahui hubungan peningkatan jumlah besar tegangan yang dihasilkan jika

pasangan kawat disusun secara seri dan parallel, oleh peraga konversi energi

panas menjadi energi listrik dengan konsep efek seebeck berbasis lingkungan

menggunakan pasangan kawat seng (Zn) dan tembaga (Cu)?

D. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh melalui penelitian pengembangan ini adalah sebagai

solusi keterbatasan perangkat peragaan perubahan energi panas menjadi energi listrik

Page 26: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

6

sehingga dapat membantu siswa untuk mendalami perilaku perubahan energi panas

menjadi energi listrik.

E. Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian pengembangan ini dibatasi dalam ruang lingkup berikut:

1. Pengembangan yang dimaksud beroerientasi untuk merancang suatu

produk, yaitu prototype converter energi panas menjadi energi listrik disertai

petunjuk penggunaan (user manual).

2. Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah kawat tembaga

(Cu) dan seng (Zn).

3. Uji validasi adalah uji ahli desain dilakukan oleh ahli desain Pendidikan

FisikaUniversitas Lampung.

4. Uji keterpenuhan spesifikasi produk alat konversi dilakukan melalui

percobaan langsung dan berdasarkan datasheet termoelektrik.

5. Pengembangan perangkat peragaan konversi energi dibatasi hingga uji coba

produk (terpenuhinya spesifikasi produk).

Page 27: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

7

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Pengembangan

Penelitian pengembangan merupakan jenis penelitian yang berorientasi pada

pengembangan dan validasi produk. Penelitian pengembangan sering dikenal

dengan Research and Development (R&D). Menurut Setyosari (2010:214)

penelitian pengembangan adalah suatu proses yang dipakai untuk

mengembangkan dan memvalidasi produk pendidikan.

Badarudin (2011:1) mengemukakan bahwa:

Pengembangan perangkat pembelajaran adalah serangkaian prosesatau kegiatan yang dilakukan untuk menghasilkan suatu perangkatpembelajaran berdasarkan teori pengembangan yang telah ada.

Borg dan Gall dalam Wahyudi (2011:1) mengemukakan bahwa:

Riset dan pengembangan bidang pendidikan (R & D) adalah suatuproses yang digunakan untuk mengembangkan dan mengesahkanproduk bidang pendidikan.

Berdasarkan pemaparan di atas dapat disimpulkan bahwa penelitian

pengembangan adalah serangkaian proses untuk menghasilkan atau

memperbaiki suatu produk pembelajaran yang sudah ada kemudian divalidasi

berdasarkan teori pengembangan yang telah ada melalui beberapa proses atau

tahapan-tahapan agar sesuai sesuai dengan tujuan yang diinginkan.

Page 28: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

8

Prosedur penelitian pengembangan menurut beberapa pendapat antara lain:

Menurut Suyanto, prosedur pengembangan media instruksional (2009: 322)

memuat tujuh langkah sebagai berikut.

a. Analisis kebutuhan

Analisis kebutuhan dapat dilakukan dengan cara melaukan observasi untuk

mendapatkan informasi bahwa diperlukan adanya pengembangan.

b. Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan

Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan telah dilakukan

dengan menginventarisir segala sumber daya yang dimiliki, baik sumber

daya guru maupun sumber daya sekolah yaitu perpustakaan dan

laboratorium .

c. Identifikasi spesifikasi produk

Identifikasi spesifikasi produk dilakukan untuk mengetahui ketersediaan

sumber daya yang mendukung pengembangan produk, dengan

memperhatikan hasil analisis kebutuhan dan identifikasi sumber daya yang

dimiliki.

d. Pengembangan produk

Tahap selanjutnya yaitu pengembangan produk, pada tahap ini dilakukan

pembuatan produk berdasarkan spesifikasi produk yang telah dibuat

sebelumnya.

e. Uji internal (Uji kelayakan produk)

Uji kelayakan dilakukan oleh ahli, baik desain maupun ahli materi.Pada

tahap ini saran dan masukan dari penguji mengenai produk dijadikan

Page 29: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

9

pedoman untuk melaukukan penyempurnaan produk, sebelum dilanjutkan

ketahap berikutnya.

f. Uji eksternal (Uji kemanfaatan produk)

Uji eksternal dilakukan untuk mengetahui kemanfaatan produk dalam

pembelajaran. Uji eksternal dikenakan pada siswa pada lembaga

pendidikan lebih luas yang dijadikan sebagai objek observasi.

g. Produksi

Tahap tarakhir adalah produksi, dapat dilakukan apabila produk telah

dinyatakan efektif melalui beberapa pengujian dan selanjutnya dapat

diterapkan pada setiap lembaga pendidikan.

Menurut Sugiyono (2011 : 298), langkah-langkah penelitian dan

pengembangan ada sepuluh langkah sebagai berikut:

1. Potensi dan masalah

Potensi adalah segala sesuatu yang apabila didayagunakan akan memiliki

nilai tambah, sedangkan masalah dapat dijadikan potensi apabila kita dapat

mendayagunakanya.

2. Mengumpulkan informasi

Setelah potensi dan masalah ditunjukan secara faktual, dan up to date

selanjutnya perlu dikumpulkan berbagai informasi yang dapat digunakan

sebagai bahan untuk perencanaan produk yang diharapkan dapat mengatasi

masalah tersebut.

3. Desain produk

Produk yang dihasilkan dalam penelitian dan pengembangan bermacam-

macam. Dalam bidang teknologi, orientasi produk teknologi yang dapat

Page 30: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

10

dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia adalah produk yang berkualitas,

ergonomis dan bermanfaat ganda.

4. Validasi desain

Merupakan suatu kegiatan untuk menilai apakah rancangan produk bersifat

rasional atau tidak, dalam hal ini metode mengajar baru secara rasional akan

lebih efektif dari yang lama atau tidak. Dikatakan secara rasional, karena

validasi disini masih bersifat penilaian berdasarkan pemikiran rasional, belum

berdasarkan fakta lapangan.

5. Perbaikan desain

Yang bertugas memperbaiki desain adalah peneliti yang akan menghasilkan

produk yang lebih bagus.

6. Uji coba produk

Dalam bidang pendidikan, desain produk seperti metode mengajar baru

langsung diuji coba, setelah divalidasi dan revisi.

7. Revisi produk

Setelah pengujian terhadap produk berhasil, dan mungkin ada revisi yang

tidak terlalu penting selanjutnya produk yang berupa metode mengajar baru

diterapkan dalam lingkup pendidikan yang luas.

8. Uji coba pemakaian

Pengujian efektifitas metode mengajar baru pada sampel yang terbatas

tersebut menunjukan bahwa metode mengajar baru lebih efektif daripada

metode lama.

9. Revisi produk

Page 31: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

11

Dilakukan apabila dalam pemakaian dalam lembaga pendidikan terdapat

kekurangan dan kelemahan. Dalam uji pemakaian sebaiknya pembuat

produk selalu mengevaluasi bagaimana kinerja produk.

10. Pembuatan produk massal

Apabila produk baru tersebut telah dinyatakan efektif melalui berbagai

pengujian, maka dapat diproduksi secara massal dan dapat diterapkan

disetiap lembaga pendidikan.

Sedangkan menurut Asyhar (2011: 95) sebagai berikut:

(1) Analisis kebutuhan dan karakteristik siswa, (2) merumuskan tujuanpembelajaran, (3) merumuskan butir-butir materi,(4) menyusuninstrumen evaluasi, (5) menyusun naskah/ draft media,(6) melakukanvalidasi ahli dan (7) melakukan uji coba/ tes dan revisi.

Dalam melakukan penelitian pengembangan mengikuti prosedur

pengembangan yang sudah ada, mulai dari menganalisis kebutuhan sampai

melakukan uji coba dan kemudian produksi.

B. Alat Peraga sebagai Media Pembelajaran

Alat peraga merupakan sesuatu yang dapat digunakan untuk membantu proses

pembelajaran dalam menerangkan/mewujudkansuatu konsep. Anderson dalam

Lestari (2006: 2), alat peraga digunakan sebagai media atau perlengkapan

untuk membantu para pengajar. Alat peraga pengajaran adalah alat atau bahan

yang digunakan oleh pembelajar untuk: (l) membantu pembelajar dalam

meningkatkan keterampilan dan pengetahuan pembelajar; (2)

Page 32: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

12

mengilustrasikan dan memantapkan pesan dan informasi; dan (3)

menghilangkan ketegangan dari hambatan dan rasa malas peserta didik.

Dari segi pengadaannya, alat peraga dapat dikelompokkan sebagai alat peraga

sederhana dan alat peraga buatan pabrik. Pembuatan alat peraga sederhana

biasanya memanfaatkan lingkungan sekitar dan dapat dibuat sendiri,

sedangkan alat peraga buatan pabrik pada umumnya berupa perangkat keras

dan lunak yang pembuatannya memiliki ketelitian ukuran serta memerlukan

biaya tinggi.

Nilai-nilai penggunaan alat peraga dalam proses pembelajaran diantaranya

sebagai berikut:

a. Dapat mengurangi terjadinya verbalisme,

b. Dapat memperbesar minat dan perhatian siswa,

c. Hasil belajar bertambah mantap,

d. Memberikan pengalaman yang nyata dan dapat menumbuhkan kegiatan

berusaha sendiri pada setiap siswa,

e. Menumbuhkan pemikiran yang teratur dan berkesinambungan,

f. Membantu tumbuhnya pemikiran dan membantu berkembangnya bahasa,

g. Membantu berkembangnya efisiensi dan pengalaman belajar.

Prinsip-prinsip penggunaan alat peraga sebagai berkut:

a. Menentukan alat peraga dengan tepat,

b. Menetapkan atau memperhitungkan subjek dengan tepat,

c. Menyajikan alat peraga dengan tepat,

Page 33: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

13

d. Menempatkan atau memperlihatkan alat peraga tepat waktu, tempat, dan

situasi yang tepat.

Alat peraga dalam pengajaran dapat bermanfaat sebagai berikut: meletakkan

dasar-dasar yang kuat untuk berpikir sehingga mengurangi verbalisme, dapat

memperbesar perhatian siswa, meletakkan dasar-dasar yang penting untuk

perkembangan belajar, sehingga belajar akan lebih mantap. Melihat peranan

alat peraga dalam pengajaran, maka pelajaran fisika merupakan pelajaran

yang paling membutuhkan alat peraga, karena pada pelajaran ini siswa

berangkat dari yang abstrak yang akan diterjemahkan ke sesuatu yang

konkret. Menggunakan alat peraga, hal-hal yang abstrak dapat disajikan

dalam bentuk model-model yang berupa benda konkret yang dapat dilihat,

dipegang, diputarbalikkan sehingga dapat lebih mudah dipahami. Fungsi

utamanya adalah untuk menurunkan keabstrakan konsep agar siswa mampu

menangkap arti konsep tersebut (Hamalik dalam Herlina, 2010: 1).

Dilihat dari segi pengadaannya, alat peraga dapat dikelompokkan sebagai alat

peraga sederhana dan alat peraga buatan pabrik. Pembuatan alat peraga

sederhana biasanya memanfaatkan lingkungan sekitar dan dapat dibuat

sendiri, sedangkan alat peraga buatan pabrik pada umumnya berupa

perangkat keras dan lunak yang pembuatannya memiliki ketelitian ukuran

serta memerlukan biaya tinggi.

Nilai-nilai penggunaan alat peraga dalam proses pembelajaran diantaranya

sebagai berikut:

a. Dapat mengurangi terjadinya verbalisme,

Page 34: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

14

b. Dapat memperbesar minat dan perhatian siswa,

c. Hasil belajar bertambah mantap,

d. Memberikan pengalaman yang nyata dan dapat menumbuhkan kegiatan

berusaha sendiri pada setiap siswa,

e. Menumbuhkan pemikiran yang teratur dan berkesinambungan,

f. Membantu tumbuhnya pemikiran dan membantu berkembangnya bahasa,

g. Membantu berkembangnya efisiensi dan pengalaman belajar.

Prinsip-prinsip penggunaan alat peraga sebagai berkut:

a. Menentukan alat peraga dengan tepat,

b. Menetapkan atau memperhitungkan subjek dengan tepat,

c. Menyajikan alat peraga dengan tepat,

d. Menempatkan atau memperlihatkan alat peraga tepat waktu, tempat, dan

situasi yang tepat.

C. Pembelajaran IPA Berbasis Praktikum

Kegiatan laboratorium terutama praktikum merupakan interaksi siswa dengan

materi atau kegiatan mengamati dan memahami dunia alam (Lunetta. dkk

dalam Score, 2008: 5). Kegiatan laboratorium juga memberikan kesempatan

pada siswa untuk mengembangkan keterampilan kognitif atau kemampuan

berpikir logis, keterampilan afektif, dan keterampilan psikomotor (Gabel,

1994: 99-107).

Siswa dapat membangun konsep dan mengkomunikasikan berbagai fenomena

yang terjadi dalam IPA kepada siswa serta mengatasi miskonsepsi pada siswa

Page 35: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

15

karena siswa memperoleh konsep berdasarkan pengalaman nyata atau segi-

segi teori dapat diterapkan kepada problem yang nyata. Pengalaman nyata

tersebut dapat mengembangkan kemampuan berfikir siswa yaitu disebut

keterampilan kognitif. Untuk keterampilan afektif, siswa dapat belajar

merancanakan kegiatan secara mandiri, belajar bekerja sama dan

mengkomunikasikan informasi mengenai bidangnya. Untuk keterampilan

psikomotor siswa dapat belajar memasang peralatan sehingga benar-benar

berjalan dan memakai peralatan dan instrumen tertentu (Utomo dan Ruijter,

1994: 69).

D. Energi Panas (Termal) dan Energi Listrik

1. Energi Panas (Termal)

Culp (1996: 6) menjelaskan:

Energi termal adalah jenis energi yang berkaitan dengan getaranatomik dan molekular. Energi jenis ini adalah bentuk energi dasardengan arti kata, semua bentuk energi lain dapat dikonversi secarapenuh ke energi ini, tetapi pengkonversian energi termal menjadibentuk energi lain dibatasi oleh hukum kedua termodinamika.Bentuk transisional dari energi termal adalah panas dan padaumumnya dinyatakan dalam satuan kalori atau British thermal unit.

Sedangkan menurut Bueche (2006: 139):

Panas adalah energi yang dipindahkan dari suatu sistem dengantemperatur yang lebih tinggi ke suatu system dengan temperaturyang lebih rendah dimana keduanya mengalami kontak melaluitumbukan partikel-partikel penyusunnya.

.

Page 36: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

16

Selanjutnya Giancoli (2001:491) menjelaskan bahwa energi panas atau

energi termal adalah jumlah total dari semua energi pada semua molekul di

sebuah benda. energi ini mengacu pada energi total dari semua molekul

pada benda.

Berdasarkan beberapa penjelasan di atas, dapat disimpulkan kalor atau

energi panas adalah suatu bentuk energi yang mengalir dari suatu benda ke

benda lain akibat perbedaan temperatur di antara kedua benda tersebut.

2. Energi Listrik

Menurut Pujianto, dkk (2016:197), engeri listrik merupakan energi yang

paling banyak dimanfaatkan dalam kehidupan manusia. Energi listrik

dapat diubah menjadi berbagai macam energi misalnya,seperti penggunaan

lampu pijar yang mengubah energi kinetik menjadi energi cahaya dan

energi kalor, penggunaan kipas angin yang mengubah energi listrik

menjadi energi angin, dan penggunaan setrika yang mengubah energi listrk

menjadi energi panas.

Menurut Culp (1996:4) menjelaskan bahwa energi listrik merupakan jenis

energi yang berhubungan dengan arus dan akumulasi elektron.Energi jenis

ini biasanya dinyatakan dalam satuan daya dan waktu, seperti watt-jam

atau kilowatt-jam.Aliran elektron merupakan bentuk transisional dari

energi listrik.Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medan induksi.

Energi medan elektrostatik merupakan energi yang berkaitan dengan

medan listrik yang dihasilkan oleh terakumulasinya muatan (elektron)

pada pelat-pelat kapasitor. Energi medan induksi adalah energi yang

Page 37: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

17

berkaitan dengan medan magnet akibat aliran elektron yang melaui

kumparan induksi.

E. Konversi Energi Panas menjadi Energi Listrik

Culp (1996: 385-386) menjelaskan:

Beberapa sistem konversi yang digunakan untuk menghasilkan energilistrik sering disebut sebagai pengubah energi langsung (direct-energyconverter).Energi panas dapat langsung diubah menjadi energi listrik,misalnya dalam converter termoelektrik (thermoelectric converter) dankonverter termionik (thermionic converter).

Ada sejumlah sistem berbeda yang dapat digunakan untuk mengubahenergi termis ke listrik, tetapi yang banyak digunakan hanyalahgenerator termoelektrik dan generator termionik.

F. Termoelektrik

Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan

Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam

sebuah rangkaian di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum

kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata

bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi

pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang

menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan

efek Seebeck.

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk

melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua

buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik

Page 38: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

18

dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan

pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan

panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada

tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan

Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi

termoelektrik.

Penelitian termoelektrik muncul kembali tahun 1990 setelah sempat

menghilang hampir lima dasawarsa karena efisiensi konversi yang tidak

bertambah. Setidaknya ada tiga alasan yang mendukung kemunculan tersebut.

Pertama, ada harapan besar ditemukannya material termoelektrik dengan

efisiensi yang tinggi, yaitu sejak ditemukannya material superkonduktor

High-Tc pada awal tahun 1986 dari bahan keramik. Kedua, sejak awal 1980,

teknologi material berkembang pesat dengan kemampuan menyusun material

tersebut dalam level nano. Teknologi analisis dengan XPS, UPS, STM juga

memudahkan analisis struktur material. Ketiga, pada awal tahun 1990,

tuntutan dunia tentang teknologi yang ramah lingkungan sangat besar. Ini

memberikan imbas kepada teknologi termoelektrik sebagai sumber energi

alternatif (Sukur,2004: 4).

1. Bahan Termoelektrik

Menurut Sutjahja (2011: 2) bahan termoelektrik adalah bahan unik yang

dapat mengkonversi energi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya,

tanpa menghasilkan gas beracun karbondioksida maupun polutan lain

Page 39: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

19

seperti elemen logam berat. Termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek,

yaitu efek Seebeck, Thompson dan Peltier.

Diyastari, dkk (2015) menjelaskan elektromotansi termal adalah sifat

termometrik dari termokopel. Sifat termometrik merupakan sifat suatu

bahan yang mudah berubah karena pengaruh suhu, contohnya yaitu

pemuaian logam.

2. Efek Seebeck

Konsep Seebeck menggambarkan bahwa jika dua buah material logam

yang tersambung berada di lingkungan dengan dua temperatur berbeda,

maka di material tersebut akan mengalir arus listrik atau gaya gerak listrik.

Jika tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian, di antara kedua logam

tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut

dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh karena

aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan

magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Fenomena

tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck (Putra, 2009: 2).

G. Daya Listrik

Bueche (2006: 191) menjelaskan, Daya Listrik P (satuan watt) yangdihasilkan sumber energi dalam membawa muatan q (dalam satuan coulomb)melintasi potensial yang naik V (dalam satuan volt) dalam waktu t (dalamsatuan detik) sebagai berikut:

Page 40: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

20

( ) = ℎ =Karena = , rumus ini dapat pula dituliskan sebagai berikut:( ) =

H. Rangkaian Listrik

Menurut Alexander Wijaya, setiap peningkatan rentang suhu akan

menghasilkan peningkatan tegangan dan arus listrik,pada rangkaian seri,

peningkatan jumlah TEC menghasilkan peningkatan tegangan listrik

sedangkan arus listrik yang dihasilkan relatif sama besar sedangkanpada

rangkaian paralel, peningkatan jumlah TEC menghasilkan peningkatan arus

listrik sedangkan tegangan listrik yang dihasilkan relatif sama besar.

Bila dua atau lebih sumber ggl, seperti baterai disusun seri maka voltase total

merupakan jumlah aljabar dari voltase masing- masing. Sumber ggl juga dapat

disusun secara paralel, yang jika ggl sama dapat menyediakan lebih banyak energi

jika dibutuhkan arus yang besar. Masing-masing sel pada rangkaian paralel harus

menghasilkan sebagian saja dari arus total, sehingga kehilangan yang disebabkan

oleh resistansi internal lebih kecil dari untuk suatu sel tunggal dan baterai akan mati

lebih lambat (Giancoli, 2014: 108-109).

Mohamad Ramdhani (2005) menjelaskan, rangkaian listrik paralel adalah

suatu rangkaian listrik dimana semua input komponensatu sama lain tersusun

paralel. Jika arus yang melalui tahanan R1 dinyatakan dengan I1, R2

dinyatakan

I1= , I2 = , I3 =

Page 41: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

21

Sifat dari rangkaian paralel adalah beda potensial pada masing- masing

cabang adalah sama. Sedangakan pada rangkaian listrik seri adalah suatu

rangkaian listrik, dimana input suatu komponen berasal dari output komponen

lainnya. Hal inilah yang menyebabkan rangkaian listrik seri dapat menghemat

biaya. Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya

memiliki sebuah titik utama yang tida terhubung menuju elemen pembawa

arus pada suatu jaringan. Karena semua elemen disusun seri maka jaringan

tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri, arus yang lewat sama

besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri. Beda potensial pada

masing-masing hambatan dapat dihitung dengan persamaan hukum Ohm,

V=IR, yang berarti bila harga masing- masing resitor adalah V1 : V2 : V3 =

IR1 : IR2 : IR3. Karena pada rangkaian seri ini arusnya sama besar disetiap

hambatan.

Page 42: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

22

III. METODE PENELITIAN

A. Desain Pengembangan

Desain pengembangan ini menggunakan pendekatan penelitian pengembangan

(research and development / R &D). Berdasarkan tujuan dari penelitian dan

pengembangan yang dilakukan yaitu untuk menghasilkan perangkat konversi

energi panas menjadi energi listrik, maka metode penelitian yang digunakan

mengacu pada prosedur pengembangan media intruksional pembelajaran.

Metode penelitian tersebut seperti diungkapkan oleh Suyanto (2009) berupa

enam prosedur pengembangan produk dan uji produk, yaitu:

1. Analisis kebutuhan2. Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan3. Identifikasi spesifikasi produk4. Pengembangan produk5. Uji produk6. Produksi

Pengembangan yang dilakukan adalah pembuatan perangkat peraga sebagai

media pembelajaran berupa perangkat peragaan konversi energi untuk fisika

SMA pada konsep perubahan energi panas menjadi energi listrik sebagai salah

satu solusi keterbatasan sumber energi listrik. Alat peraga yang dikembangkan

dapat digunakan untuk mendalami perilaku perubahan panas menjadi listrik

menggunakan efek seebeck berbasis lingkungan.

Page 43: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

23

B. Prosedur Pengembangan

Dengan mengadopsi model pengembangan research and development, maka

prosedur pengembangan yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 3. Model Pengembangan Media Instruksional Diadaptasi dariProsedur Pengembangan Produk dan Uji Produk menurut Suyanto (2009:322).

Analisis data

UjiProduk

PengembanganProduk

IdentifikasiSpesifikasiProduk

IdentifikasiSumberdaya

AnalisisKebutuhan

Preparasi Sampel

Pembuatan Pasangan kawatLogam

PengukuranVo

Kesimpulan dan Produksi

Page 44: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

24

1. Analisis Kebutuhan

Menganalisis beberapa LKS dan buku siswa dilakukan untuk memenuhi

tuntutan pada tahap ini, yaitu mengidentifikasi bahwa perlu dikembangkan

perangkat peragaan konversi panas menjadi listrik. Permasalahan

yangdiharapkan adalah tidak ada materi pembelajaran yang signifikan

untuk memahami konsep konversi panas menjadi listrik. Hal inilah yang

akan digunakan sebagai dasar dalam pengembangan alat percobaan yang

akan dibuat.

2. Identifikasi Sumber Daya

Identifikasi sumber daya untuk memenuhi analisis kebutuhan yang telah

diungkapkan sebelumnya, dilakukan dengan menginventarisir sumber

daya yang dimilliki. Pengembangan produk yang berdasarkan prinsip

termoelektrik dianggap masih sangat terbatas terutama aplikasi untuk

keperluan pembelajaran. Oleh karena itu peneliti akan mengembangkan

seperangkat produk peragaan konversi energi panas menjadi energi listrik

untuk keperluan pembelajaran fisika dengan memanfaatkan potensi dari

bahan-bahan disekitar.

3. Identifikasi Spesifikasi Produk

Identifikasi spesifikasi produk akan dilakukan untuk mengetahui ketersediaan

sumber daya yang mendukung pengembangan produk, dengan memperhatikan

hasil analisis kebutuhan dan identifikasi sumber daya yang dimiliki. Pada tahap

ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

Page 45: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

25

a. Topik atau materi pokok pembelajarannya adalah pembangkit energi listrik.

b. Peralatan dan bahan-bahan dalam pembuatan perangkat peragaan konversi

energi panas menjadi energi listrik sebagai salah satu media pembelajaran

fisika materi sumber energi listrik.

c. Pembuatan langkah kerja pembuatan alat.

d. Penentuan jumlah percobaan dan judul percobaan.

e. Penentuan pengambilan data percobaan.

4. Pengembangan Produk

Pengembangan alat konversi energi panas menjadi energi listrik mengikuti

tahapan dengan metode penelitian eksperimen. Tahapan-tahapan tersebut yaitu

:

a) Preparasi Sampel

Preparasi sampel dilakukan dengan mempersiapkan kawat berbagai jenis

logam. Kawat logam tersebut dibersihkan dengan amplas agar permukaan

bersih dari kotoran termasuk karat.

b) Pembuatan Pasangan Logam

Gambar 4. Cara pembuatan pasangan kawat logam

Page 46: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

26

Pada tahap ini, kawat logam yang telah disiapkan akan dipasangkan.

Kawat logam yang telah disiapkan tersebut, selanjutnya digabungkan

pada salah satu ujung logam dengan cara melilit. Pada pasangan-

pasangan logam mempunyai titik pertemuan atau yang sering disebut

lilitan. Titik pertemuan tersebut agar terhubung dengan sempurna perlu

dibungkus atau dilapisi dengan silver glue paint dan carbon.

Pada penelitian ini terdapat beberapa variasi yang diharapkan selain

untuk menampilakan fenomena konversi energi dari panas ke listrik,

juga memperbesar tegangan dan arus yang dihasilkan sampel, dengan

cara menserikan ataupun memparalelkan rangkaian pasangan kawat

logam.

c) Penenentuan polaritas pada rangkaian seebeck

Gambar 5. Menentukan polaritas rangkaian Seebeck

Pada gambar 5, sambungan logam di sebelah kanan dipanaskan (hoot)

dan sambungan logam kiri didinginkan (cool). Pemanasan disebelah

kanan menjadikan electron pada pita valensinya dapat berpindah ke

pita konduksi baik di logam A ataupun logam B, karena jumlah

elektron pada pita konduksi logam A lebih banyak dibandingkan

elektron pada pita konduksi logam B, maka elektron pada pita

Page 47: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

27

konduksi logam A berdiusi ke pita konduksi logam B. Sehingga

elektron bergerak ke bawah pada logam B (kanan) atau arus listrik

bergerak pada logam B (kiri) ke bawah. Sedangkan pada logam A

elektron bergerak dari kiri ke kanan dan arus listrik dengan arah

sebaliknya.

Berdasarkan penjelasan tersebut maka logam B di kanan disebut

sebagai kutub negatip dan logam B di kiri disebut sebagai kutub

positip. Polar = Kutub.

d) Pengukuran Vo berdasarkan panjang kawat

Pada tahap ini dilakukan pengukuran pada sampel atau logam yang

sudah dipasangkan. Ujung-ujung sampel berupa lilitan yang sudah

dilapisi silver paint dan karbon tersebut celupkan masing-masing ke

dalam dua jenis air, yaitu air panas dan es melebur. Setelah itu, ujung-

ujung yang lain pada sampel dihubungkan atau diukur dengan

multimeter digital. Skema dari proses percobaan pengukuran di atas

seperti pada Gambar 6.

Gambar 6. Skema Percobaan Rangkaian Seebeck Pengaruh Perubahan TemperaturTerhadap Tegangan Seebeck

Zn

Page 48: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

28

e) Desain rangkaian seri dan parallel

Pada bagian ini pasangan kawat disusun secara seri atau paralalel

dengan tujuan untuk memperbesar tegangan yang dihasilkan. Desain

rangkaian seri-paralel dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8.

Gambar 7. Desain rangkaian seri

Gambar 8. Desain rangkaian parallel

Page 49: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

29

f. Desain alat

(a)

Gambar 9. Desain alat bagian dalam

Gambar 10. Desain alat bagian luar

Page 50: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

30

5. Uji Produk

Tahap kelima adalah tahap uji produk. Uji produk ini merupakan uji

kelayakan produk yang berupa alat konversi energi panas menjadi energi

listrik yang telah dikembangkan (prototipe I). Kelayakan alat konversi

energi panas menjadi energi listrik diuji menggunakan uji kinerja alat

dalam percobaan di laboratorium. Selain itu juga dilakukan uji

keterpenuhan spesifikasi produk. Sedangkan user manual diuji

kelayakannya oleh ahli desain. Setelah mengalami uji spesifikasi dan uji

kualitas produk, maka prototipe I telah mendapat saran-saran perbaikan

dari ahli desain dan telah dihasilkan prototipe II.

6. ProduksiTahap keenam adalah tahap produksi. Tahap ini merupakan tahap akhir

penelitian pengembangan. Pada tahap ini dilakukan produksi setelah

dilakukan serangkaian perbaikan dan pengujian. Produksi dilakukan

dengan membuat prototipe alat konversi energi panas menjadi energi

listrik beserta petunjuk penggunaan alat berdasarkan desain konverter yang

telah mengalami perbaikan setelah melalui pengujian-pengujian. Produksi

yang dilakukan berupa prototipe, bukan produksi masal.

C. Teknik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan

metode observasi dan angket.

Page 51: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

31

1. Metode Observasi

Observasi yang dimaksud adalah observasi lapangan maupun studi pustaka

mengenai hal yang berkaitan dengan konversi energi panas menjadi energi

listrik. Untuk menemukan konsep-konsep atau landasan-landasan teoritis

yang memperkuat produk yang akan dibuat. Melalui studi literatur dikaji pula

ruang lingkup produk dan ketersediaan materi terkait pada sumber-sumber

belajar fisika SMA kelas XII sebelumnya. Melalui studi literatur juga untuk

mengetahui langkah-langkah yang paling tepat untuk mengembangkan

produk dan memberikan gambaran yang berkaitan dengan bahan

termoelektrik. Selain studi literatur, studi lapangan atau dengan kata lain

disebut sebagai pengukuran kebutuhan dan penelitian dalam skala kecil.

2. Metode Angket

Instrumen angket uji ahli digunakan untuk mengumpulkan data tentang

kelayakan produk berdasarkan kesesuaian desain dan isi materi sumber energi

listrik pada produk yang telah dikembangkan. Instrumen angket diberikan

kepada Ahli desain dan ahli materi untuk mengumpulkan data kelayakan

produk. Sedangkan untuk mengumpulkan data keterpenuhan spesifikasi

produk, angket uji spesifikasi produk yaitu prototipe alat peraga konversi

energi yang disertai dengan user manual

D. Teknik analisis data

Teknik Analisis data angket pada penelitian ini adalah dengan caramenganalisis angket uji ahli desain dan materi, menganalisis angketkelayakan dan keterpenuhan spesifikasi produk yang dikembangkan.

Page 52: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

32

1. Uji Validasi Ahli

Angket uji validasi ahli digunakan untuk menguji kesesuaian isi pada

produk, yaitu alat konversi energi panas menjadi energi listrik beserta user

manual. Instrumen penilaian uji ahli desain dan kelayakan fisik, memiliki

2 pilihan jawaban sesuai konten pertanyaan, yaitu “ya” dan “tidak”.

Revisi dilakukan pada konten yang diberikan jawaban tidak. Analisis

angket uji validasi ahli berisi masukan, komentar, kritik dan saran yang

diperoleh dari angket

2. Uji Keterpenuhan Spesifikasi Produk

Angket uji spesifikasi produk digunakan untuk menguji apakah spesifikasi

produk alat konversi energi panas menjadi energi listrik telah terpenuhi

sesuai dengan telah diidentifikasi sebelumnya. Uji yang kenakan yaitu

untuk mengetahui informasi detail mengenai alat konversi energi panas

menjadi energi listrik. Sensitivitas alat konversi dihitung berdasarkan data

pengukuran yang dihasilkan saat proses pengembangan alat dilakukan. Uji

sensitivitas untuk mengetahui perbandingan hasil keluaran/instrumen

pengukuran terhadap perubahan variabel masukan yaitu daya listrik

(tegangan dan arus listrik). Harga yang diperoleh dengan melakukan plot

pada grafik, kemiringan dari garis lurus adalah sensitivitas. Uji dilakukan

dengan cara melakukan pengukuran menggunakan alat konversi energi

panas menjadi energi listrik dan memasukan nilai-nilai hasil pengukuran

pada persamaan garis berikut.

Page 53: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

33

y= mx + c

Sumber: Roberts (2012: 1)

Analisis data berdasarkan instrumen uji validasi ahli dan uji spesifikasi

produk dilakukan untuk menilai sesuai atau tidaknya produk yang

dihasilkan sebagai sumber belajar dan media pembelajaran.

Skor penilaian total pada instrumen uji kelayakan fisik dan desain dapat

dicari dengan menggunakan rumus:

= ℎℎ 4Hasil dari skor penilaian tersebut kemudian dicari rata-ratanya dari

sejumlah subyek sampel uji coba dan dikonversikan ke pernyataan

penilaian untuk menentukan kualitas dan tingkat kemanfaatan produk yang

dihasilkan berdasarkan pendapat pengguna. Pengkonversian skor menjadi

pernyataan penilaian ini dapat dilihat dalam Tabel 1.

Tabel 5. Konversi Skor Penilaian menjadi Pernyataan Nilai Kualitasmenurut Suyanto (2009: 227)

Skor

Penilaian

Pernyataan

Penilaian

Kelayakan

Pernyataan

Penilaian

Kualitas

3,26 - 4,00 Sangat layak Sangat baik

2,51 – 3,25 Layak Baik

1,76 – 2,50 Kurang layak Kurang baik

1,01 – 1,75 Tidak layak Tidak baik

Page 54: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

57

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Simpulan dari pengembang ini adalah:

1. Dihasilkan sebuah alat peraga konversi energi panas menjadi energi listrik

dengan konsep efek seebeck berbasis lingkungan yang dilengkapi dengan

petunjuk penggunaan (user manual). Produk alat peraga fenomena

kelistrikan akibat perbedaan temperatur pada pasangan kawat logam yang

disertai dengan petunjuk penggunaan, layak digunakan sebagai pelengkap

perangkat pembelajaran fisika materi konversi energi panas menjadi energi

listrik dengan skor pada uji kelayakan fisik dan skorpada uji ahli desain.

2. Pada pasangan kawat tembaga dan seng semakin besar nilai ∆ maka

semakin besar pula tegangan keluaran yang dihasilkan. Peningkatan

jumlah kawat yang disusun secara seri menghasilkan peningkatan besar

tegangan keluaran. Sedangkan peningkatan jumlah kawat yang disusun

secara paralel tidak menunjukkan peningkatan besar tegangan.

B. Saran

Saran dari pengembangan ini adalah:

Page 55: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

58

1. Hendaknya membaca petunjuk penggunaan yang tersedia dengan

seksama baik cara penggunaa, perawatan dan penyimpanan alat sebelum

menggunakan alat peraga fenomena kelistrikan.

2. Hendaknya menggunakan alat peraga ditempat yang memiliki intensitas

cahaya yang mencukupi.

Page 56: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

DAFTAR PUSTAKA

Asyhar, Rayanda. 2011. Kreatif Mengembangkan Media Pembelajaran.Jakarta :Gaung Persada (GP) Press Jakarta.

Badarudin. 2011. Model Pengembangan Perangkat Pembelajaran. (Online),(http:// ayahalby.wordpress.com /2011/02/23/model-pengembangan-perangkat-pembelajaran/), diakses3 Desember 2014.

Bueche , FrederickJ., Eugene Hecht. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh.Jakarta: Erlangga.

Culp, Archie W.1996.Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Jakarta: Erlangga.

Diyastari, Annisa. 2015. Analisis Elektromotansi Termal antara Pasangan LogamAluminium, Nikrom dan Platina sebagai Termokopel. Jurnal Vol 2 (3)

Giancoli, Douglas C. 2014. Physics. Jakarta: Erlangga

Herlina, Cici. 2010. Alat Peraga. (Online), (http://pendidikanmatematika.files.wordpress.com), diakses 01 Januari 2017.

Ibrahim, H., Sihkabuden, Suprijanta, & Kustiawan, U. 2001.Media pembelajaran:Bahan sajian program pendidikan akta mengajar. FIP. UM.

Lestari, Linda Puji. 2006. Keefektifan Pembelajaran dengan Menggunakan AlatPeraga dan LKS.(Online),(http://digilib.unnes.ac.id.skripsi/archives/doc.pdf), diakses 15 Desember2016.

Pujianto, Supardianingsih, Chasanah, dan Risdiyani. 2016. Fisika. Jakarta: IntanPariwara.

Putra, Nandy, RaldiArtonoKoestoer, M. Aditya, Ardian Roekettino, dan BayuTrianto. 2009. Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik Untuk KendaraanHybrid.Jurnal. Jakarta: Universitas Indonesia.

Ramdhani, Mohammad. 2005. Rangkaian Listrik. Jurnal. Bandung: STT Telkom

Page 57: PERAGA FENOMENA KELISTRIKAN AKIBAT PERBEDAAN …

60

Setyosari, Punaji. 2010. Metode Penelitian Pendidikan dan Pengembangan.Prenada Media Group. Jakarta.

Sugiyono. 2010. Metode Penelitian Pendidikan. Bandung: CV Alfabeta.

Sukur, Edi. 2004. Melirik Teknologi Termoelektrik sebagai Sumber EnergiAlternatif. (Online), (http://www.energi.lipi.go.id), diakses 8 Januari 2017.

Sunardi, dan Saeful. 2006. Teknologi elektrik sebagai Sumber Energi. SkripsiTeknik Elekto, Jurusan Teknik, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret,Surakarta.

Sutjahja, M. Inge. 2010. Penelitian Bahan Termoelektrik Bagi Aplikasi KonversiEnergy dimasa Datang.Jurnal. Bandung : ITB.

Sutrisno, Edy. (2011). Manajemen Sumber Daya Manusia.Jakarta: KencanaPrenada Media Group.

Suyanto, Eko. 2009. Pengembangan Contoh Lembar Kerja Fisika Siswa denganLatar Penuntasan Bekal Awal Ajar Tugas Studi Pustaka dan KeterampilanProses Untuk SMA Negeri 3 Bandarlampung.Prosiding Seminar NasionalPendidikan 2009. Bandarlampung:Unila.

Utomo, T. dan Ruijter, K. (1990). Peningkatan dan Pengembangan Pendidikan.Jakarta: Gramedia.

Wahyudi, Adip. 2011. Model Penelitian Pengembangan Borg and Gall (1983).(Online), (http://adipwahyudi.blogspot.com/2011/01/model-penelitian-pengembangan-borg-and.html), diakses 3 Februari 2015.

Yahdi, Umar. 1994. Fisika mekanika. Jakarta: Universitas Gunadarma.