Modul Ajar: Persamaan Arus Bolak-Balik (AC)

Topik: Persamaan Arus Bolak-Balik (AC)
Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)


I. Identitas Modul

  • Mata Pelajaran: Fisika
  • Kelas: XII SMA
  • Topik: Persamaan Arus Bolak-Balik (AC)
  • Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)
  • Kompetensi Dasar (KD):
    • 3.11 Menganalisis besaran-besaran pada rangkaian arus bolak-balik (AC), termasuk persamaan arus dan tegangan pada rangkaian seri RLC, daya dalam rangkaian AC, dan konsep resonansi dalam rangkaian RLC.
    • 4.11 Menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan arus bolak-balik (AC) dan komponen-komponennya melalui eksperimen atau simulasi.
  • Tujuan Pembelajaran:
    • Siswa memahami konsep dasar arus bolak-balik (AC) dan persamaannya.
    • Siswa mampu menganalisis besaran tegangan dan arus pada rangkaian AC sederhana.
    • Siswa mampu menyelesaikan perhitungan terkait dengan amplitudo, frekuensi, dan fasa dari arus dan tegangan AC.

II. Capaian Pembelajaran dan Profil Pelajar Pancasila

  • Capaian Pembelajaran (CP):
    • Siswa memahami konsep dasar tentang arus bolak-balik, persamaan arus AC, dan penerapannya dalam rangkaian listrik.
    • Siswa mengembangkan keterampilan pemecahan masalah dalam konteks fisika, baik melalui perhitungan matematis maupun pemodelan fisika.
  • Profil Pelajar Pancasila:
    • Berpikir Kritis: Siswa dilatih untuk menganalisis dan menyelesaikan permasalahan terkait dengan persamaan arus bolak-balik.
    • Mandiri: Siswa diharapkan dapat menyelesaikan soal-soal secara mandiri dan melakukan refleksi atas pemahaman mereka.
    • Gotong Royong: Dalam simulasi rangkaian AC, siswa bekerja dalam kelompok untuk menyelesaikan tugas dan mempresentasikan hasilnya.

III. Alur dan Kegiatan Pembelajaran

Pertemuan 1 (45 menit – 1 JP)
Pendahuluan (10 menit):

  1. Motivasi dan Apersepsi:
    • Guru memberikan contoh penggunaan arus bolak-balik (AC) dalam kehidupan sehari-hari (misalnya, alat-alat listrik rumah tangga seperti kulkas, lampu, dan kipas angin).
    • Guru menjelaskan pentingnya arus bolak-balik dalam sistem kelistrikan yang digunakan di rumah, industri, dan transportasi.
  2. Penyampaian Tujuan Pembelajaran:
    • Guru menjelaskan tujuan pembelajaran hari ini yaitu memahami konsep dan persamaan dasar arus AC, serta aplikasi arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari.

Inti (30 menit):

  1. Eksplorasi Konsep Arus Bolak-Balik:
    • Guru menjelaskan perbedaan antara arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC), serta bentuk gelombang sinusoidal arus AC.
    • Guru menjelaskan persamaan dasar arus AC: I(t)=Imaks⋅sin⁡(ωt+ϕ)  di mana:
      • I(t) adalah arus pada waktu tt,
      • Imaks adalah arus puncak (amplitudo),
      • ω  adalah frekuensi sudut (rad/s),
      • ϕ  adalah fase awal arus.
  2. Visualisasi Grafik Gelombang AC:
    • Guru menggambarkan grafik gelombang arus AC terhadap waktu, memperlihatkan bagaimana persamaan arus mempengaruhi bentuk gelombang.
    • Diskusi mengenai frekuensi, amplitudo, dan fase serta pengaruhnya terhadap bentuk gelombang.
  3. Latihan Sederhana:
    • Siswa diberikan contoh soal perhitungan untuk menemukan arus pada waktu tertentu, dengan data Imaks, ω, dan ϕ.
    • Diskusi hasil perhitungan.

Penutup (5 menit):

  • Guru menutup sesi dengan merefleksikan persamaan arus AC yang telah dipelajari.
  • Guru memberikan tugas individu untuk menyelesaikan soal latihan terkait persamaan arus AC di rumah.

Pertemuan 2 (45 menit – 1 JP)

Pendahuluan (10 menit):

  1. Tinjauan Materi Sebelumnya:
    • Guru mengulas materi tentang arus AC yang telah dibahas sebelumnya.
    • Siswa diberikan kesempatan untuk bertanya dan mendiskusikan soal-soal latihan yang dikerjakan di rumah.
  2. Tujuan Pembelajaran Hari Ini:
    • Memperdalam pemahaman tentang besaran-besaran arus bolak-balik seperti tegangan dan frekuensi serta hubungan antara arus dan tegangan.

Inti (30 menit):

  1. Tegangan pada Arus AC:
    • Guru menjelaskan persamaan tegangan pada arus bolak-balik yang mirip dengan persamaan arus: V(t)=Vmaks⋅sin⁡(ωt+θ) di mana:
      • V(t) adalah tegangan pada waktu tt,
      • Vmaks adalah tegangan puncak (amplitudo),
      • θ adalah fase awal tegangan.
  2. Hubungan Arus dan Tegangan:
    • Guru menjelaskan bagaimana fase antara arus dan tegangan bisa berbeda pada rangkaian AC, terutama dalam rangkaian yang melibatkan elemen resistor, induktor, dan kapasitor.
    • Diskusi tentang perbedaan fase arus dan tegangan pada berbagai elemen rangkaian.
  3. Latihan Perhitungan:
    • Guru memberikan soal untuk menghitung tegangan dan arus pada waktu tertentu serta menentukan perbedaan fase antara keduanya.

Penutup (5 menit):

  • Guru menutup sesi dengan ringkasan hubungan antara arus dan tegangan.
  • Guru memberikan tugas kelompok berupa eksperimen simulasi rangkaian AC menggunakan software simulasi.

Pertemuan 3 (45 menit – 1 JP)

Pendahuluan (10 menit):

  1. Review Singkat:
    • Guru mengulas materi tentang arus dan tegangan AC yang telah dipelajari.
    • Siswa memberikan laporan singkat tentang hasil tugas kelompok (eksperimen simulasi).
  2. Tujuan Pembelajaran Hari Ini:
    • Mempelajari lebih dalam penerapan persamaan arus AC dalam rangkaian RLC.

Inti (30 menit):

  1. Rangkaian Seri RLC:
    • Guru menjelaskan bagaimana persamaan arus dan tegangan bekerja dalam rangkaian seri RLC (resistor, induktor, dan kapasitor).
    • Diskusi tentang fenomena resonansi dalam rangkaian AC dan bagaimana arus dan tegangan berperilaku pada kondisi resonansi.
  2. Simulasi Rangkaian AC:
    • Siswa melakukan simulasi rangkaian seri RLC menggunakan software simulasi (misalnya PhET), kemudian menganalisis hasilnya.
    • Diskusi kelompok mengenai hasil simulasi dan pemahaman resonansi.

Penutup (5 menit):

  • Guru menutup pembelajaran dengan kesimpulan tentang persamaan arus AC dalam rangkaian RLC.
  • Guru memberikan tugas individu berupa soal latihan untuk memperkuat pemahaman tentang konsep resonansi.

IV. Penilaian

Penilaian Formatif:

  1. Tugas Individu:
    • Siswa menyelesaikan soal latihan tentang persamaan arus AC dan hubungan antara arus dan tegangan.
      Contoh Soal:
    • Hitung arus pada waktu t=0,5t = 0,5 detik jika diketahui Imaks=5I_{\text{maks}} = 5 A, frekuensi f=50f = 50 Hz, dan fase ϕ=0\phi = 0.
  2. Tugas Kelompok:
    • Siswa melakukan simulasi rangkaian AC dan mempresentasikan hasilnya di kelas.

Rubrik Penilaian Formatif:

Aspek Penilaian Kriteria Skor
Pemahaman Konsep Memahami konsep arus AC dengan benar 4
Memahami konsep dengan beberapa kesalahan 3
Pemahaman kurang, masih 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 4
Cukup berpartisipasi 3
Kurang berkontribusi 2
Tidak berkontribusi 1

V. Materi Ajar dan Sumber Belajar

Materi Ajar:

  1. Konsep arus bolak-balik (AC) dan perbedaannya dengan arus searah (DC).
  2. Persamaan arus dan tegangan dalam arus bolak-balik.
  3. Hubungan fase antara arus dan tegangan.
  4. Aplikasi rangkaian AC (seri RLC, resonansi).

Sumber Belajar:

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

VI. Refleksi Guru

  • Pengamatan Proses Pembelajaran: Guru mengamati keaktifan siswa dalam diskusi dan eksperimen, serta menganalisis hasil pekerjaan siswa sebagai bahan evaluasi.
  • Pengembangan Materi Selanjutnya: Guru dapat memperluas materi ke penerapan praktis arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari seperti pada transformator dan transmisi listrik.
  • Arus Bolak-Balik: Pengertian dan Aplikasi
  • Persamaan Arus Bolak-Balik: Konsep dan Penerapan