Modul Ajar & RPP Fisika Kelas XII
Arus Bolak-Balik

Waktu pengerjaan: 40 menit

Tujuan: Kamu akan menyelidiki karakteristik komponen R, L, C dalam rangkaian arus bolak-balik dan menentukan impedansinya.

Petunjuk: 1) Berdoalah sebelum mulai. 2) Kerjakan langkah secara berurutan dan diskusikan dalam kelompok. 3) Catat temuan di tabel, lalu simpulkan berdasarkan bukti.

Info singkat: Arus bolak-balik (AC) adalah tulang punggung sistem kelistrikan modern, mengalirkan energi ke rumah, pabrik, dan kantor kita.

Alat & bahan: Sumber AC, resistor, induktor, kapasitor, multimeter, kabel penghubung, osiloskop

Langkah kerja:

1. Amati gambar rangkaian resistor murni di bawah ini. Hubungkan resistor 100 Ohm ke sumber AC dengan frekuensi 50 Hz.

2. Ukur tegangan (V) dan arus (I) yang mengalir pada resistor, lalu catat hasilnya pada Tabel 1.
3. Ulangi langkah 1 dan 2 untuk rangkaian induktor 20 mH dan kapasitor 100 µF secara terpisah, catat hasilnya pada Tabel 1.
4. Hitung reaktansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC) dari data yang kamu peroleh.
5. Rakit rangkaian RLC seri dengan R = 100 Ohm, L = 20 mH, dan C = 100 µF. Ukur tegangan total dan arus total, lalu hitung impedansinya.

🔒 Tabel kerja dan lembar refleksi murid tidak ditampilkan di pratinjau — keduanya ada di berkas unduhan.

Asesmen awal (diagnostik):

1. Apa yang kamu ketahui tentang arus searah?
2. Sebutkan contoh komponen pasif dalam rangkaian listrik!
3. Bagaimana hubungan antara tegangan dan arus pada hambatan murni?
4. Apa yang terjadi jika kamu menghubungkan kapasitor ke sumber tegangan?

Formatif (proses): Observasi kinerja kelompok saat melakukan percobaan dan diskusi, serta penilaian LKPD.

Sumatif (akhir): Tes tertulis yang mencakup soal pilihan ganda dan esai tentang konsep arus bolak-balik dan rangkaian RLC.

🔒 Rubrik KKTP dan kunci jawaban tidak ditampilkan di pratinjau — rubrik ada di berkas unduhan, kunci jawaban khusus member Paket Lengkap.

Arus bolak-balik (AC) adalah tulang punggung sistem kelistrikan modern, mengalirkan energi ke rumah, pabrik, dan kantor kita. Berbeda dengan arus searah (DC), AC memiliki arah dan besar yang berubah secara periodik, memungkinkan transmisi daya yang efisien dan fleksibel. Memahami karakteristiknya sangat penting untuk menguasai teknologi kelistrikan.

1. Persamaan Arus dan Tegangan Bolak-Balik
Arus bolak-balik (AC) didefinisikan sebagai arus yang besar dan arahnya berubah secara periodik. Perubahan ini umumnya mengikuti pola sinusoidal. Tegangan dan arus AC dapat dinyatakan dengan persamaan: V = Vm sin(ωt) dan I = Im sin(ωt), di mana Vm dan Im adalah tegangan dan arus maksimum (puncak), ω adalah frekuensi sudut (rad/s), dan t adalah waktu. Nilai efektif (rms) dari tegangan dan arus AC, yang setara dengan nilai DC dalam menghasilkan daya, adalah Veff = Vm/√2 dan Ieff = Im/√2. Nilai efektif ini penting untuk perhitungan daya dan rating peralatan listrik.

2. Resistor dalam Rangkaian AC
Ketika resistor murni dihubungkan ke sumber AC, arus dan tegangan pada resistor berada dalam fasa yang sama. Artinya, puncak arus terjadi pada saat yang sama dengan puncak tegangan, dan nol arus terjadi pada saat yang sama dengan nol tegangan. Hukum Ohm tetap berlaku untuk resistor dalam rangkaian AC, yaitu V = I * R, di mana R adalah resistansi resistor. Resistor mengubah energi listrik menjadi energi panas, dan tidak menyimpan energi. Perilaku ini relatif sederhana dibandingkan dengan induktor dan kapasitor.

3. Induktor dalam Rangkaian AC
Induktor adalah komponen yang menyimpan energi dalam medan magnet. Ketika induktor dihubungkan ke sumber AC, ia menimbulkan resistansi semu yang disebut reaktansi induktif (XL). Reaktansi induktif menyebabkan tegangan mendahului arus sebesar 90 derajat (π/2 radian). Rumusnya adalah XL = ωL = 2πfL, di mana L adalah induktansi (Henry) dan f adalah frekuensi (Hz). Semakin tinggi frekuensi atau induktansi, semakin besar reaktansi induktifnya, yang berarti semakin besar 'hambatan' terhadap arus AC.

4. Kapasitor dalam Rangkaian AC
Kapasitor adalah komponen yang menyimpan energi dalam medan listrik. Dalam rangkaian AC, kapasitor juga menimbulkan resistansi semu yang disebut reaktansi kapasitif (XC). Reaktansi kapasitif menyebabkan arus mendahului tegangan sebesar 90 derajat (π/2 radian). Rumusnya adalah XC = 1/(ωC) = 1/(2πfC), di mana C adalah kapasitansi (Farad). Berbeda dengan induktor, semakin tinggi frekuensi atau kapasitansi, semakin kecil reaktansi kapasitifnya, yang berarti semakin kecil 'hambatan' terhadap arus AC.

5. Rangkaian RLC Seri
Rangkaian RLC seri terdiri dari resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C) yang dihubungkan secara seri ke sumber AC. Hambatan total pada rangkaian ini disebut impedansi (Z). Impedansi memperhitungkan resistansi dan kedua reaktansi. Karena perbedaan fasa, impedansi tidak dapat dihitung dengan menjumlahkan R, XL, dan XC secara aljabar, melainkan secara vektor (fasor). Rumus impedansi adalah Z = √(R² + (XL - XC)²). Impedansi adalah ukuran total 'hambatan' rangkaian terhadap aliran arus AC.

6. Faktor Daya
Faktor daya (cos φ) adalah rasio antara daya nyata (daya yang benar-benar digunakan untuk kerja) dengan daya semu (daya total yang disuplai). Ini menunjukkan seberapa efisien daya listrik digunakan dalam rangkaian AC. Faktor daya dihitung sebagai cos φ = R/Z, di mana φ adalah sudut fasa antara tegangan total dan arus total. Nilai faktor daya berkisar antara 0 hingga 1. Faktor daya yang mendekati 1 menunjukkan efisiensi yang tinggi, sedangkan nilai yang rendah menunjukkan banyak energi terbuang.

7. Resonansi pada Rangkaian RLC Seri
Resonansi adalah fenomena yang terjadi pada rangkaian RLC seri ketika reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC). Pada kondisi resonansi, impedansi rangkaian mencapai nilai minimum (Z = R), dan arus yang mengalir dalam rangkaian mencapai nilai maksimum. Frekuensi di mana resonansi terjadi disebut frekuensi resonansi (f0), yang dapat dihitung dengan rumus f0 = 1/(2π√(LC)). Resonansi sangat penting dalam aplikasi seperti radio, di mana rangkaian disetel untuk beresonansi pada frekuensi stasiun tertentu.

8. Aplikasi Arus Bolak-Balik
Arus bolak-balik memiliki berbagai aplikasi vital. Sistem transmisi daya listrik jarak jauh menggunakan AC karena tegangan dapat dengan mudah dinaikkan atau diturunkan menggunakan transformator, meminimalkan kehilangan daya. Peralatan rumah tangga seperti AC, kulkas, dan lampu menggunakan AC. Rangkaian resonansi pada AC digunakan dalam penerima radio dan televisi untuk memilih frekuensi tertentu. Motor induksi AC juga banyak digunakan dalam industri karena efisiensi dan keandalannya. Pemahaman AC esensial untuk inovasi teknologi modern.

Rangkuman: Arus bolak-balik (AC) adalah arus yang arah dan besarnya berubah periodik, dimodelkan sinusoidal. Resistor, induktor, dan kapasitor memiliki karakteristik berbeda dalam rangkaian AC, menimbulkan resistansi, reaktansi induktif (XL), dan reaktansi kapasitif (XC). Gabungan ketiganya dalam rangkaian seri menghasilkan impedansi (Z). Resonansi terjadi saat XL = XC, menyebabkan impedansi minimum dan arus maksimum, yang diaplikasikan pada radio dan transmisi daya.

🔒 Daftar pustaka tidak ditampilkan di pratinjau — ada di berkas unduhan.

Modul ajar "Arus Bolak-Balik" mata pelajaran Fisika Kelas XII ini disusun sesuai ketentuan Kurikulum Merdeka · Pembelajaran Mendalam dan dinyatakan dapat digunakan dalam pembelajaran Tahun Pelajaran 2026/2027.

Rujukan: Permendikdasmen No. 13 Tahun 2025 (Pembelajaran Mendalam) · Permendikdasmen No. 1 Tahun 2026 (Standar Proses) · CP: Kepka BSKAP No. 046/H/KR/2025