Modul Ajar Rangkaian Arus Bolak-Balik (AC) – Kurikulum Merdeka

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

---

I. Identitas Modul

• Mata Pelajaran: Fisika
• Kelas: XII SMA
• Topik: Rangkaian 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 hubungan antara arus dan tegangan pada rangkaian RLC (Resistor, Induktor, Kapasitor), serta daya dalam rangkaian AC.
  • 4.11 Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan rangkaian arus bolak-balik melalui perhitungan, simulasi, atau eksperimen.
• Tujuan Pembelajaran:
  • Siswa mampu memahami dan menganalisis rangkaian listrik arus bolak-balik, khususnya rangkaian seri RLC.
  • Siswa dapat menghitung arus, tegangan, impedansi, dan daya dalam rangkaian AC.
  • Siswa mampu melakukan eksperimen atau simulasi sederhana untuk mengamati hubungan antara komponen R, L, dan C dalam rangkaian AC.

---

II. Capaian Pembelajaran dan Profil Pelajar Pancasila

• Capaian Pembelajaran (CP):
  • Siswa mampu menganalisis rangkaian AC seri RLC, menghitung besaran-besaran listriknya, serta memahami konsep resonansi dalam rangkaian tersebut.
  • Siswa mampu menggunakan keterampilan berpikir kritis dan pemecahan masalah dalam menyelesaikan perhitungan serta simulasi rangkaian AC.
• Profil Pelajar Pancasila:
  • Berpikir Kritis: Siswa terlatih untuk menganalisis secara logis dan kritis saat menyelesaikan permasalahan dalam rangkaian AC.
  • Mandiri: Siswa dituntut untuk bekerja mandiri dalam memahami konsep dan menyelesaikan soal latihan yang diberikan.
  • Bekerjasama: Siswa bekerja dalam kelompok untuk melakukan simulasi rangkaian AC dan berdiskusi tentang hasilnya.

---

III. Alur dan Kegiatan Pembelajaran

Pendahuluan (15 menit):

1. Motivasi dan Apersepsi:
   • Guru memberikan contoh penggunaan arus bolak-balik (AC) dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada perangkat elektronik seperti lampu, televisi, dan kulkas.
   • Guru menjelaskan bahwa arus bolak-balik adalah jenis arus listrik yang digunakan secara luas di seluruh dunia, terutama pada sistem kelistrikan rumah tangga dan industri.
   • Guru mengajukan pertanyaan pembuka: “Mengapa perangkat rumah tangga menggunakan arus bolak-balik, dan bagaimana cara arus ini bekerja di rangkaian listrik?”
2. Penyampaian Tujuan Pembelajaran:
   • Guru menyampaikan bahwa pada pertemuan ini siswa akan belajar tentang rangkaian AC, khususnya rangkaian seri RLC (Resistor, Induktor, Kapasitor), menghitung besaran listrik yang terkait seperti arus, tegangan, impedansi, dan daya, serta memahami konsep resonansi pada rangkaian tersebut.
3. Motivasi Siswa:
   • Guru menjelaskan bahwa pemahaman tentang arus bolak-balik sangat penting untuk memahami bagaimana energi listrik disalurkan ke rumah dan industri, serta untuk merancang sistem listrik yang efisien.

---

Inti (105 menit):

1. Penjelasan Konsep Rangkaian Arus Bolak-Balik (AC) dan RLC (30 menit):
   • Dasar Arus Bolak-Balik (AC): Guru menjelaskan bahwa arus bolak-balik adalah arus yang berubah arah secara periodik. Arus ini memiliki bentuk gelombang sinusoidal dengan persamaan:I(t)=Imakssin⁡(ωt+ϕ)di mana I(t) adalah arus pada waktu t, Imaks​ adalah arus maksimum, ω adalah frekuensi sudut, dan ϕ adalah fase.
   • Komponen dalam Rangkaian Seri RLC: Guru memperkenalkan komponen Resistor (R), Induktor (L), dan Kapasitor (C) pada rangkaian AC, dan menjelaskan bagaimana setiap komponen mempengaruhi arus dan tegangan:
     • Resistor: Tidak mengubah fase antara arus dan tegangan.
     • Induktor: Tegangan mendahului arus dengan pergeseran fase 90 derajat.
     • Kapasitor: Arus mendahului tegangan dengan pergeseran fase 90 derajat.
   • Impedansi dalam Rangkaian Seri RLC: Guru menjelaskan konsep impedansi total dalam rangkaian seri RLC: ​di mana Z adalah impedansi, XL=ωL adalah reaktansi induktif, dan XC=1/ωC ​ adalah reaktansi kapasitif.
   • Fasa dalam Rangkaian AC: Guru menjelaskan tentang pergeseran fase antara arus dan tegangan, serta bagaimana menghitung pergeseran fase $\varphi$ menggunakan: ​​
   • Resonansi dalam Rangkaian Seri RLC: Guru menjelaskan kondisi resonansi terjadi ketika reaktansi induktif XL ​ sama dengan reaktansi kapasitif XC​, sehingga impedansi minimum dan arus maksimum.
2. Latihan Perhitungan Rangkaian Seri RLC (30 menit):
   • Siswa diberikan contoh soal untuk menghitung impedansi, arus, dan tegangan dalam rangkaian seri RLC dengan komponen $R$, L, dan C tertentu. Misalnya:
     • Diketahui R=10 ΩR = 10, L=0.2 H, C=50 μF, dan frekuensi sumber tegangan f=50 Hz. Hitung impedansi total rangkaian, arus, dan tegangan pada setiap komponen.
   • Siswa mengerjakan soal secara individu dan berdiskusi dalam kelompok kecil untuk menyelesaikan masalah perhitungan yang lebih kompleks.
3. Eksperimen/Simulasi Rangkaian Seri RLC (45 menit):
   • Siswa melakukan simulasi rangkaian seri RLC menggunakan software PhET atau alat laboratorium (jika tersedia). Mereka akan memasang komponen $R$, $L$, dan $C$ pada rangkaian AC, lalu mengamati bagaimana arus dan tegangan berubah saat nilai $L$ atau $C$ diubah.
   • Guru memberikan bimbingan selama simulasi dan meminta siswa mencatat pengamatan mereka, khususnya tentang bagaimana kondisi resonansi terjadi saat XL=XC​.
   • Setelah simulasi, setiap kelompok akan mendiskusikan hasil yang mereka peroleh dan bagaimana hasil tersebut sesuai dengan teori yang sudah dipelajari sebelumnya.
4. Presentasi Hasil Simulasi dan Diskusi (15 menit):
   • Setiap kelompok diberikan kesempatan untuk mempresentasikan hasil simulasi dan pengamatan mereka kepada kelas. Mereka diminta menjelaskan bagaimana kondisi resonansi memengaruhi arus dalam rangkaian AC dan bagaimana besaran impedansi berubah dengan perubahan nilai $L$ dan $C$.
   • Guru memfasilitasi diskusi kelas tentang aplikasi rangkaian seri RLC dalam kehidupan nyata, seperti dalam sistem komunikasi dan transmisi sinyal.

---

Penutup (15 menit):

1. Refleksi:
   • Guru meminta siswa untuk merefleksikan pembelajaran hari ini, terutama tentang bagaimana mereka memahami konsep rangkaian AC dan perhitungan yang terlibat.
   • Siswa diminta menuliskan satu hal yang mereka pelajari dengan baik dan satu hal yang masih memerlukan pemahaman lebih lanjut.
2. Tugas Akhir:
   • Guru memberikan tugas individu berupa soal latihan tambahan untuk menghitung daya dalam rangkaian seri RLC: P=V_efI_efcos⁡(ϕ) Siswa diminta menghitung daya nyata, daya reaktif, dan daya semu pada rangkaian AC dengan data yang diberikan.
3. Penutupan:
   • Guru menutup pelajaran dengan memberikan kesimpulan tentang pentingnya memahami rangkaian seri RLC dan aplikasinya dalam sistem kelistrikan. Guru mengingatkan siswa tentang pentingnya latihan rutin untuk memperkuat pemahaman mereka.

---

IV. Penilaian

Penilaian Formatif:

1. Tugas Individu:
   • Soal perhitungan terkait impedansi, arus, dan tegangan dalam rangkaian seri RLC serta perhitungan daya nyata, reaktif, dan semu pada rangkaian AC.
2. Tugas Kelompok:
   • Presentasi hasil simulasi rangkaian AC dan diskusi tentang fenomena resonansi yang diamati.

Rubrik Penilaian Formatif:

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

---

V. Materi Ajar dan Sumber Belajar

Materi Ajar:

1. Konsep dasar arus bolak-balik (AC).
2. Komponen rangkaian seri RLC (Resistor, Induktor, Kapasitor).
3. Impedansi dalam rangkaian AC.
4. Daya dalam rangkaian AC (daya nyata, reaktif, dan semu).
5. Resonansi dalam rangkaian seri RLC.

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 menganalisis hasil tugas untuk melihat sejauh mana pemahaman siswa terhadap konsep rangkaian AC.
• Evaluasi: Guru akan mengevaluasi metode pembelajaran berdasarkan tingkat keberhasilan siswa dalam memahami materi dan menyelesaikan tugas. Jika diperlukan, guru akan memberikan pengayaan tambahan tentang perhitungan daya dan resonansi.