Home Kurikulum Modul Ajar Karakteristik Rangkaian RLC – Kurikulum Merdeka

Modul Ajar Karakteristik Rangkaian RLC – Kurikulum Merdeka

Kurikulum · 09/02/2025 · Comments off

Topik: Karakteristik Rangkaian RLC (Resistor, Induktor, Kapasitor)
Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)

I. Identitas Modul

  • Mata Pelajaran: Fisika
  • Kelas: XII SMA
  • Topik: Karakteristik Rangkaian RLC (Resistor, Induktor, Kapasitor)
  • Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)
  • Kompetensi Dasar (KD):
    • 3.11 Menganalisis besaran-besaran pada rangkaian arus bolak-balik (AC), termasuk hubungan antara arus dan tegangan pada rangkaian seri RLC, dan daya dalam rangkaian AC.
    • 4.11 Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan rangkaian arus bolak-balik melalui perhitungan, simulasi, atau eksperimen.
  • Tujuan Pembelajaran:
    • Siswa dapat memahami karakteristik rangkaian RLC (seri dan paralel) dalam arus bolak-balik.
    • Siswa mampu menghitung besaran impedansi, arus, dan tegangan dalam rangkaian RLC.
    • Siswa dapat menjelaskan fenomena resonansi dalam rangkaian RLC serta pengaruhnya terhadap arus dan tegangan.
    • Siswa mampu melakukan simulasi atau eksperimen sederhana terkait rangkaian RLC.

II. Capaian Pembelajaran dan Profil Pelajar Pancasila

  • Capaian Pembelajaran (CP):
    • Siswa memahami karakteristik rangkaian RLC dalam arus bolak-balik, termasuk perhitungan tegangan, arus, dan impedansi, serta memahami konsep resonansi.
    • Siswa mampu menerapkan keterampilan pemecahan masalah dan berpikir kritis dalam menghitung besaran listrik pada rangkaian RLC dan menganalisis hasil eksperimen atau simulasi.
  • Profil Pelajar Pancasila:
    • Berpikir Kritis: Siswa dilatih untuk menganalisis dan memecahkan masalah terkait perhitungan pada rangkaian RLC.
    • Mandiri: Siswa mampu menyelesaikan soal dan tugas individu terkait rangkaian RLC secara mandiri.
    • Bekerjasama: Siswa bekerja dalam kelompok untuk melakukan eksperimen atau simulasi rangkaian RLC dan berdiskusi mengenai hasilnya.

III. Alur dan Kegiatan Pembelajaran

Pendahuluan (15 menit):

  1. Motivasi dan Apersepsi:
    • Guru memberikan contoh penggunaan rangkaian RLC dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada sirkuit radio, pemancar gelombang elektromagnetik, atau dalam peralatan listrik yang menggunakan motor.
    • Guru menjelaskan pentingnya memahami karakteristik rangkaian RLC karena aplikasinya yang luas dalam dunia teknologi dan industri.
    • Guru mengajukan pertanyaan pembuka: “Mengapa perangkat radio atau pemancar sinyal menggunakan rangkaian RLC, dan bagaimana resonansi dalam rangkaian ini mempengaruhi kualitas sinyal?”
  2. Penyampaian Tujuan Pembelajaran:
    • Guru menyampaikan bahwa dalam pertemuan ini siswa akan belajar tentang karakteristik rangkaian RLC, bagaimana menghitung impedansi, arus, dan tegangan dalam rangkaian tersebut, serta memahami konsep resonansi yang mempengaruhi besaran-besaran listrik pada rangkaian RLC.
  3. Motivasi Siswa:
    • Guru menjelaskan bahwa pemahaman tentang rangkaian RLC tidak hanya penting dalam studi fisika, tetapi juga dalam pengembangan teknologi modern yang melibatkan frekuensi, sinyal, dan daya listrik.

Inti (105 menit):

  1. Penjelasan Konsep Karakteristik Rangkaian RLC (45 menit):
    • Konsep Dasar Rangkaian RLC: Guru menjelaskan bahwa rangkaian RLC adalah rangkaian listrik yang terdiri dari resistor (R), induktor (), dan kapasitor (C), dan rangkaian ini beroperasi dengan arus bolak-balik (AC).
    • Impedansi pada Rangkaian RLC: Guru memperkenalkan konsep impedansi sebagai hambatan total dalam rangkaian AC, yang merupakan kombinasi dari hambatan resistif (R), reaktansi induktif (XL), dan reaktansi kapasitif (XC). Impedansi total dalam rangkaian seri RLC dihitung dengan rumus: Di mana:
      • XL=ωL  adalah reaktansi induktif,
      • XC=1/ωC  adalah reaktansi kapasitif, dan
      • ω=2πf adalah frekuensi sudut dari arus bolak-balik.
    • Hubungan Arus dan Tegangan: Guru menjelaskan bahwa dalam rangkaian RLC, arus dan tegangan bisa memiliki perbedaan fase, tergantung pada dominasi dari komponen induktif atau kapasitif. Pergeseran fase (ϕ) antara arus dan tegangan dihitung dengan: Di mana ϕ\phi adalah sudut fasa.
    • Konsep Resonansi dalam Rangkaian RLC: Guru menjelaskan bahwa resonansi terjadi ketika reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC), sehingga:XL=XC atau ωL=1/ωC Pada kondisi ini, impedansi menjadi minimum dan arus dalam rangkaian mencapai nilai maksimum. Guru menjelaskan pentingnya resonansi dalam aplikasi teknologi, seperti pemrosesan sinyal.
  2. Latihan Perhitungan Rangkaian RLC (30 menit):
    • Siswa diberi beberapa soal perhitungan untuk menghitung impedansi, tegangan, dan arus pada rangkaian RLC, serta kondisi resonansi. Contoh soal:
      • Hitung impedansi total dari rangkaian seri RLC dengan R=10 Ω, L=0.2 H, C=50 μF, dan frekuensi f=50 Hz.
      • Hitung arus maksimum dan tegangan pada rangkaian saat terjadi resonansi.
    • Siswa bekerja secara individu terlebih dahulu, kemudian berdiskusi dalam kelompok kecil untuk menyelesaikan soal yang lebih menantang.
  3. Eksperimen/Simulasi Rangkaian RLC (30 menit):
    • Siswa melakukan simulasi rangkaian RLC menggunakan software PhET atau alat laboratorium (jika tersedia). Mereka akan menyusun rangkaian RLC seri dan memvariasikan nilai L, C, atau frekuensi untuk mengamati perubahan arus dan tegangan.
    • Siswa melakukan pengukuran terhadap besaran arus dan tegangan pada setiap komponen rangkaian (resistor, induktor, dan kapasitor) dan mencatat bagaimana rangkaian berperilaku saat mendekati kondisi resonansi.
  4. Diskusi Hasil Simulasi dan Presentasi (15 menit):
    • Setelah simulasi, setiap kelompok akan mempresentasikan hasil pengamatan mereka dan membahas hubungan antara komponen , , dan dalam rangkaian RLC.
    • Diskusi mengenai bagaimana rangkaian berperilaku pada kondisi resonansi dan implikasinya pada aplikasi teknologi, seperti pada sistem pemancar radio atau penerima sinyal.

Penutup (15 menit):

  1. Refleksi:
    • Guru meminta siswa untuk merefleksikan hasil pembelajaran dengan menuliskan satu hal yang mereka pelajari dan satu pertanyaan atau konsep yang masih membingungkan mereka.
    • Siswa diminta untuk mendiskusikan peran rangkaian RLC dalam kehidupan sehari-hari, misalnya dalam alat-alat elektronik seperti radio dan sistem komunikasi.
  2. Tugas Akhir:
    • Guru memberikan tugas individu berupa soal latihan terkait perhitungan impedansi dan resonansi pada rangkaian RLC:  serta perhitungan daya dalam rangkaian RLC menggunakan persamaan: P=VefIefcos⁡(ϕ)
    • Siswa juga diminta untuk mengerjakan tugas kelompok berupa laporan hasil simulasi rangkaian RLC yang mencakup penjelasan tentang fenomena resonansi dan pengaruhnya terhadap arus dan tegangan.
  3. Penutupan:
    • Guru menutup pembelajaran dengan merangkum konsep rangkaian RLC, karakteristik komponen R, L, dan C, serta pentingnya memahami resonansi dalam aplikasi kelistrikan modern.
    • Guru mengingatkan siswa untuk melanjutkan latihan soal untuk memperdalam pemahaman konsep rangkaian RLC.

IV. Penilaian

Penilaian Formatif:

  1. Tugas Individu:
    • Soal perhitungan tentang impedansi, tegangan, dan arus pada rangkaian seri RLC serta perhitungan daya dalam rangkaian RLC.

    Contoh Soal:

    • Diketahui sebuah rangkaian RLC seri dengan R=10 Ω, L=0.15 H, dan C=40 μF. Hitung impedansi total rangkaian pada frekuensi 60 Hz. Tentukan pula arus yang mengalir pada rangkaian jika tegangan efektifnya adalah 120 V.
  2. Tugas Kelompok:
    • Presentasi hasil simulasi rangkaian RLC, termasuk penjelasan tentang fenomena resonansi dan perubahan arus serta tegangan pada rangkaian saat frekuensi berubah.

Rubrik Penilaian Formatif:

Aspek Penilaian Kriteria Skor
Pemahaman Konsep Memahami konsep rangkaian RLC dengan baik 4
Memahami konsep dengan beberapa kesalahan kecil 3
Pemahaman kurang, terdapat banyak kesalahan 2
Tidak memahami konsep 1
Keterampilan Hitung Menyelesaikan perhitungan dengan benar 4
Terdapat 1-2 kesalahan dalam perhitungan 3
Banyak kesalahan dalam perhitungan 2
Tidak bisa melakukan perhitungan 1
Kerja Kelompok Aktif berdiskusi dan berkontribusi dalam simulasi 4
Cukup berpartisipasi 3
Kurang berkontribusi 2
Tidak berkontribusi dalam kelompok 1

V. Materi Ajar dan Sumber Belajar

Materi Ajar:

  1. Karakteristik rangkaian RLC (seri dan paralel) dalam arus bolak-balik.
  2. Impedansi pada rangkaian RLC.
  3. Hubungan arus, tegangan, dan fase dalam rangkaian RLC.
  4. Resonansi dalam rangkaian RLC dan aplikasinya.
  5. Perhitungan daya dalam rangkaian AC.

Sumber Belajar:

  1. Buku teks Fisika kelas XII.
  2. Simulasi PhET Interactive Simulations (AC Circuits).
  3. Materi presentasi guru dan soal latihan.

VI. Refleksi Guru

  • Pengamatan Pembelajaran: Guru akan mengamati partisipasi siswa dalam diskusi dan simulasi serta menilai hasil tugas individu dan kelompok untuk mengevaluasi pemahaman siswa.
  • Evaluasi: Guru akan mengevaluasi efektivitas metode pembelajaran berdasarkan tingkat keterlibatan siswa dan pemahaman mereka. Jika perlu, guru akan memberikan penguatan tambahan terkait konsep resonansi dan perhitungan rangkaian RLC.
Budiskj
  • Modul Ajar Rangkaian Arus Bolak-Balik (AC) – Kurikulum Merdeka
    •
  • Modul Ajar Fisika Kelas XII: Rangkaian Listrik
    •
  • Modul Ajar Fisika Kelas XII: Rangkaian Majemuk
    •