MODUL AJAR
BAB: ENERGI TERBARUKAN
SUB BAB : ENERGI & BENTUK-BENTUK ENERGI
INFORMASI UMUM
I. IDENTITAS MODUL
Nama Penyusun : Sartika Yulianti, S.Pd Satuan Pendidikan : SMA Muttaqien Jakarta Fase / Kelas : E - X (Sepuluh)
Mata Pelajaran : IPA (Fisika) Prediksi Alokasi Waktu : 2 JP (40 x2) Tahun Penyusunan : 2022
II. KOMPETENSI AWAL
Sebelumnya, peserta didik telah mempelajari pembahasan mengenai kimia hijau yang merupakan salah satu tujuan program pembangunan berkelanjutan SDGs. Wawasan peserta didik akan diperluas lagi melalui pembahasan energi terbarukan yang merupakan salah satu tujuan program pembangunan berkelanjutan SDGs lainnya. Dengan penggunaan energi terbarukan yang ramah lingkungan, keseimbangan ekosistem dan keanekaragaman hayati yang dipelajari pada materi biologi dapat terjaga, serta menjadi salah satu solusi guna mengurangi dampak pemanasan global.
III. PROFIL PELAJAR PANCASILA
Melalui pengembangan sejumlah pengetahuan dan keterampilan, pelajar menjadi pribadi yang memiliki profil pelajar Pancasila sebagai berikut :
• Beriman, bertaqwa kepada Tuhan Yang Maha Esa dan berakhlak mulia
• Mandiri
• Mernalar kritis
• Kreatif
• Bergotong royong
IV. SARANA DAN PRASARANA
• LCD proyektor,
• Komputer,
• Tayangan slide PowerPoint (ppt),
• Video pembelajaran yang telah disiapkan, dan
• Media lain.
V. TARGET PESERTA DIDIK
• Peserta didik regular/ tipikal: umum, tidak ada kesulitan dalam mencerna dan memahami materi ajar
• Peserta didik dengan kesulitan belajar: memiliki gaya belajar yang terbatas hanya satu gaya misalnya dengan kinestetik. Memiliki kesulitan dengan bahasa dan pemahaman materi ajar, kurang percaya diri, kesulitan berkonsentrasi jangka panjang, dsb.
• Peserta didik dengan pencapaian tinggi: mencerna dan memahami dengan cepat, mampu mencapai keterampilan berfikir arah tinggi (HOTS), dan memiliki keterampilan memimpin
.
VI. MODEL PEMBELAJARAN
Blended learning melalui model pembelajaran dengan menggunakan Project Based Learning (PBL) terintegrasi pembelajaran berdiferensiasi berbasis Social Emotional Learning (SEL).
KOMPONEN INTI
I. TUJUAN PEMBELAJARAN
• Mendefinisikan pengertian usaha.
• Mendefinisikan energi berdasarkan konsep usaha.
• Mengidentifikasikan macam-macam bentuk energi dasar yang ada dalam kehidupan sehari-hari.
• Menganalisis bentuk energi yang terlibat pada penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
II. PEMAHAMAN BERMAKNA
• Bentuk bentuk energi dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari
• Transformasi energi dan dampaknya bagi kehidupan manusia.
• Hukum Kekekalan energi
• Masalah – Masalah Konsumsi Energi
• Energi alternatif terbarukan III. PERTANYAAN PEMANTIK
• Bentuk energi apa yang masih dapat digali lebih lanjut lagi pada kincir air ini?
• Adakah potensi energi di sekitar Kalian yang belum digali seperti kincir air?
IV. KEGIATAN PEMBELAJARAN PERTEMUAN KE-1
Kegiatan Pendahuluan (10 Menit)
• Doa; absensi; menyampaikan tujuan pembelajaran; dan menyampaikan penilaian hasil pembelajaran
• Memotivasi siswa untuk tercapainya kompetensi dan karakter yang sesuai dengan Profil Pelajar Pancasila; yaitu 1) beriman, bertakwa kepada Tuhan Yang Maha Esa, dan berakhlak mulia, 2) mandiri, 3) bernalar kritis, 4) kreatif, 5) bergotong royong, dan 6) berkebinekaan global, yang merupakan salah satu kriteria standar kelulusan dalam satuan pendidikan.
Kegiatan Inti (90 Menit) Konstruksi Pengetahuan
• Ajaklah peserta didik diminta untuk mengamati kincir air pada Gambar 6.1 dan membaca informasi mengenai kegunaan dan cara kerja kincir air tersebut.
• Arahkan peserta didik untuk menganalisis besaran yang terkait dengan usaha kincir air pada bacaan Subbab 6.1.
• Tekankan bahwa usaha merupakan cara untuk menyalurkan energi, dan mengingatkan bahwa usaha merupakan besaran skalar.
• Arahkan peserta didik untuk mengidentifikasikan bentuk energi apa yang terlibat pada kincir air.
• Arahkan peserta didik membaca macam-macam bentuk energi yang biasa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari pada bacaan subbab 6.2.
• Arahkan peserta didik untuk berpikir bagaimana cara mengukur bentuk-bentuk energi tersebut.
Aplikasi Konsep
• Tuntunlah peserta didik untuk melakukan perhitungan secara matematis sederhana pada Aktivitas 6.1 bersama-sama dalam kelompok diskusi kecil beranggotakan dua sampai tiga orang. Berikan batasan waktu pengerjaan yang disesuaikan dengan kondisi peserta didik di kelas tersebut.
• Setelah selesai, tuntun kembali peserta didik untuk mengerjakan Aktivitas 6.2 bersama- sama dalam kelompok diskusi kecil beranggotakan dua sampai tiga orang. Berikan batasan waktu pengerjaan yang disesuaikan dengan kondisi peserta didik di kelas tersebut.
Kegiatan Penutup (10 Menit)
• Siswa dan guru menyimpulkan pembelajaran hari ini.
• Refleksi pencapaian siswa/formatif asesmen, dan refleksi guru untuk mengetahui ketercapaian proses pembelajaran dan perbaikan.
• Menginformasikan kegiatan pembelajaran yang akan dilakukan pada pertemuan berikutnya.
• Guru mengakhiri kegiatan belajar dengan memberikan pesan dan motivasi tetap semangat belajar dan diakhiri dengan berdoa.
V. ASESMEN/PENILAIAN
Jenis penilaian yang dianjurkan pada guru
Jenis Bentuk Teknik
Pengetahuan Tes Aktivitas 6.1, 6.2, 6.3, dan 6.5
Ayo Cek Pemahaman Non Tes Aktivitas 6.4, dan 6.6
Keterampilan Non Tes Aktivitas 6.7
Sikap Non tes Observasi
Contoh Rubrik Penilaian Praktikum
No Aspek Keterangan Skor
1 Perencanaan
Aktivitas 6.7 Bagian A rancangan alat
• Penjelasan prinsip kerja alat.
• Pemilihan bentuk alat dan desain alat.
• Pemilihan alat dan bahan.
• Penjelasan cara membuat.
4 poin terpenuhi 4 3 poin terpenuhi 3 2 poin terpenuhi 2 1 poin terpenuhi 1
2 Proses pelaksanaan proyek
• Persiapan perlengkapan.
• Perakitan alat.
• Pengujian alat.
• Kerjasama kelompok.
4 poin terpenuhi 4 3 poin terpenuhi 3 2 poin terpenuhi 2 1 poin terpenuhi 1 3 Laporan proyek
• Rancangan alat.
• Laporan proses perakitan.
4 poin terpenuhi 4 3 poin terpenuhi 3 2 poin terpenuhi 2
• Hasil uji coba.
• Evaluasi alat.
1 poin terpenuhi 1 4 Presentasi
• Penggunaan bahasa yang baik dan benar.
• Penyampaiannya mudah dipahami.
• Penggunaan media yang menarik.
• Kekompakan tim.
4 poin terpenuhi 4 3 poin terpenuhi 3 2 poin terpenuhi 2 1 poin terpenuhi 1
Nilai Akhir
Nilai akhir = (skor yang diraih)
× 25 4
VI. PENGAYAAN DAN REMEDIAL
• Setelah diingatkan kembali mengenai bentuk-bentuk energi pada Sub Bab 6.2 dan Aktivitas 6.2, mintalah peserta didik untuk mengamati potensi energi (seperti pada kincir air, masih dapat dieksplorasi menjadi pembangkit listrik mikrohidro) yang ada di lingkungan sekitar rumah peserta didik untuk dijadikan proyek akhir bab pada Aktivitas 6.7 A.
VII. REFLEKSI GURU DAN PESERTA DIDIK
• Arahkan peserta didik menuliskan poin-poin pembelajaran yang telah diperoleh pada bab ini di buku latihan.
• Mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakan apa yang telah dipelajari pada pertemuan hari ini.
• Berikanlah umpan balik kepada peserta didik :
- Usaha dilakukan gaya dorong aliran air sungai memutar kincir air sehingga dapat memindahkan air dari posisi yang rendah menuju posisi yang lebih tinggi.
- Terdapat macam-macam bentuk energi yang biasa ditemukan dalam kehidupan sehari- hari.
- Bentuk energi yang sudah dimanfaatkan oleh masyarakat pada kincir air adalah energi kinetik dan energi potensial gravitasi, yaitu energi mekanik.
- Bentuk energi lain yang masih bisa dimanfaatkan sebenarnya adalah energi listrik.
LAMPIRAN- LAMPIRAN
Lampiran 1
LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK (LKPD) Ayo Coba
Kalian sudah mendapat penjelasan mengenai energi. Cobalah lakukan Aktivitas 6.1 agar Kalian dapat memahamimya lebih lanjut.
Aktivitas 6.1
Kelompok tani dari desa tetangga terancam mengalami gagal panen akibat musim kemarau.
Mereka memutuskan membuat kincir air seperti kelompok tani Desa Manggungsari. Jika jari-jari kincir air yang mereka buat sebesar 3 meter. Jika gaya dorong aliran airnya sebesar 62,21 N, energi yang disalurkan oleh gaya dorong aliran air pada kincir air tersebut adalah ... Joule.
Ayo Identifikasi
Kalian sudah mengetahui bentuk-bentuk energi. Ayo lakukan Aktivitas 6.2.
Aktivitas 6.2
Salinlah tabel di bawah pada buku latihan Kalian dan isilah jawabannya.
A. Tentukanlah besaran-besaran yang perlu diketahui untuk mengetahui besar energi terkait beserta dimensi dan alat ukurnya.
B. Tentukanlah satuan SI dan dimensi dari besaran yang merupakan konstanta berikut ini.
C. Buktikanlah bahwa persamaan ini memiliki dimensi yang sama dengan energi.
Lampiran 2
BAHAN BACAAN GURU DAN PESERTA DIDIK Energi
Pada musim kemarau, para petani di Desa Manggungsari ini harus memindahkan air dari Sungai Citanduy menuju ke sawah mereka. Mereka menggunakan kincir air dengan rata-rata diameter sekitar 5 meter yang pada ujung-ujungnya diberi tabung bambu untuk memerangkap air seperti yang terlihat pada Gambar 6.1.
Kalian dapat membaca informasi mengenai kincir air terlebih dahulu pada link berikut https://lokadata.id/artikel/mengatasi-kekeringan-dengan-kincir-airwarisan-nenek-moyang
Banyaknya air yang mengalir pada Sungai Citanduy dinyatakan dalam besaran debit yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut.
dengan
Q = debit air (m3/s) V = volume air (m3) t = waktu (s)
Debit aliran air Sungai Citanduy saat kemarau berada pada kisaran 12,00 m3/s hingga 14,50 m3/s.
Aliran air sungai dengan debit tertentu menyediakan gaya dorong yang dibutuhkan untuk memutar kincir air dan mengangkat air pada tabung bambu hingga mencapai ketinggian sekitar 5 meter.
Gaya dorong aliran air sungai tersebut tegak lurus dengan kincir airnya. Gaya tersebut menyebabkan kincir air tersebut berputar disebut torsi. Secara matematis, torsi oleh gaya dorong aliran air sungai tersebut dinyatakan dengan persamaan berikut.
dengan τ = torsi (N.m)
F = gaya dorong yang diberikan oleh aliran air (N) r = jarak ujung kincir air terhadap poros kincir (m)
Gaya tersebut yang diberikan aliran sungai menyalurkan energi pada kincir tersebut. Oleh karena itu, Kalian dapat menyebutkan bahwa gaya dorong aliran air tersebut melakukan usaha.
Melakukan usaha artinya cara memindahkan atau menyalurkan energi. Usaha dan energi memiliki satuan yang sama. Dalam SI satuannya adalah Joule (J). Dimensi dari usaha dan energi adalah
Secara matematis, usaha yang dikerjakan oleh gaya dorong aliran air tersebut dinyatakan dengan persamaan
dengan
W = usaha yang dikerjakan oleh gaya (J) F = gaya (N)
Δs = perpindahan (m)
Seberapa lama waktu yang digunakan untuk melakukan usaha dinyatakan dengan besaran daya.
Secara matematis, daya dinyatakan dengan persamaan matematis berikut ini.
dengan
P = daya (Watt) W = usaha (Joule) t = waktu (s)
Dalam kehidupan sehari-hari, energi tidak selalu dinyatakan dalam satuan SI, Joule. Satuan energi, kaitannya dengan daya, biasa dinyatakan dalam kilowatt.jam (kWh).
1 kWh = 1.000 W × 60 menit 1 kWh = 1.000 W × 3.600 s 1 kWh = 3,6 × 106 W.s 1 kWh = 3,6 × 106 J
Mari mencoba aplikasikan persamaan tersebut pada kincir air tersebut dengan contoh kasus berikut.
Misalkan gaya dorong yang diberikan volume air tertentu yang bergerak. Gaya F memutar kincir air hingga air terangkat sejauh 5 m dari dasar sungai, maka usaha yang dikerjakan
oleh gaya F adalah sebagai berikut.
W = F Δs W = F (5) = 5F W = 5F Joule
Maka energi yang diberikan oleh gaya dorong aliran air sungai pada kincir air adalah 5F Joule.
Bentuk-bentuk Energi
Kincir air dapat berputar karena gaya dorong aliran air. Bentuk energi yang terlibat pada peristiwa tersebut adalah energi kinetik. Pada Gambar 6.2, terlihat bahwa air mengalir keluar dari tabung bambu setelah tabung tersebut mencapai pada posisi tertinggi atau puncak kincir air. Hal tersebut terjadi akibat adanya gaya tarik dari gravitasi Bumi, sehingga energi yang disalurkan pada air dalam tabung bambu tersebut adalah energi potensial gravitasi.
Pada peristiwa kincir air tersebut, terdapat dua bentuk energi yang terlibat. Namun apakah masih ada bentuk-bentuk energi lain selain dua bentuk energi tersebut? Ya. Tentu saja masih banyak bentuk energi lainnya.
Mari besama-sama mengulas bentuk-bentuk energi.
A. Energi Kinetik
Energi yang dimiliki oleh benda bergerak lurus disebut energi kinetik. Secara matematis, dinyatakan dengan persamaan.
dengan
EK = energi kinetik (J) m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s)
Untuk menentukan energi kinetik dari suatu benda, Kalian memerlukan informasi massa benda dan kecepatan benda.
Kecepatan benda dinyatakan dengan persamaan.
Δs = perpindahan benda (m) Δt = selang waktu (s)
Pada kasus kincir air, tabung bambu yang berada pada ujung-ujung kincir bergerak pada lintasan lingkaran. Jarak yang ditempuh tabung bambu saat berputar adalah sebagai berikut.
Δs = n × Keliling lingkaran
Jika Δs disubstitusikan ke persamaan (6.6), kecepatan tabung putaran tabung bambu adalah sebagai berikut.
Jika persamaan (6.7) disubstitusikan pada persamaan (6.5), sehingga persamaan energi kinetik untuk kincir air yang berotasi adalah sebagai berikut.
dengan
EK = energi kinetik kincir yang berotasi (J) m = massa kincir air (kg)
n = banyaknya putaran r = jari-jari roda kincir (m)
t = waktu yang dibutuhkan tabung bambu untuk menempuh satu putaran (s) B. Energi Potensial Gravitasi
Di bawah pengaruh gaya gravitasi Bumi, benda akan memiliki energi yang tersimpan. Energi tersebut biasanya disebut dengan istilah Energi Potensial Gravitasi.
dengan
EP = energi potensial gravitasi (J) m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2)
h = posisi benda pada ketinggian tertentu (m)
C. Kalor
Ketika terjadi perubahan suhu pada benda, terdapat energi yang diserap atau dilepaskan oleh benda, yaitu kalor. Secara matematis kalor dinyatakan dengan persamaan berikut ini.
dengan
Q = kalor (J) m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kg.K) ΔT = perubahan suhu (K) D. Energi Listrik
Muatan listrik Q memiliki medan listrik, kemudian muatan listrik lainnya q dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain dalam pengaruh medan listrik Q, maka muatan listrik q memiliki energi. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan:
Pada persamaan tersebut, berlaku Hukum Ohm.
dengan
W = energi listrik (J)
V = beda potensial atau tegangan listrik (Volt) I = kuat arus listrik (A)
R = hambatan listrik (ohm) t = selang waktu (s)
Lampiran 3 GLOSARIUM
Energi Potensial : Kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha sebagai akibat dari posisi atau bentuknya.
Energi Potensial Gravitasi : Energi yang dimiliki oleh suatu massa karena posisinya dalam medan gravitasi.
Fosil : sisa, jejak, atau bekas binatang maupun tumbuhan masa lalu yang terawetkan di dalam Bumi
Hukum Kekekalan Energi : Hukum yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Iklim : Kondisi cuaca di wilayah tertentu dalam periode waktu yang lama Karbondioksida : Sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon, dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi, juga dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil
Metode ilmiah : Suatu prosedur atau tata cara sistematis yang digunakan para ilmuan untuk memecahkan masalah-masalah yang dihadapi Pengukuran : Kegiatan menentukan atau membandingkan suatu besaran,
dimensi, atau kapasitas dengan suatu standar atau satuan ukur tertentu.
Ramah lingkungan : Tidak bersifat merusak lingkungan
Solar Charger : Alat untuk pengisi daya listrik pada baterai misalkan baterai telepon seluler atau lainnya dengan menggunakan sumber energi matahari. Alat ini mengubah energi matahari menjadi energi listrik
Teknologi : Kumpulan alat, termasuk mesin, modifikasi, pengaturan dan prosedur yang digunakan oleh manusia / keseluruhan sarana untuk menyediakan barang-barang yang diperlukan bagi kelangsungan dan kenyamanan hidup manusia
Tenaga mikrohidro : Teknologi untuk memanfaatkan debit air yang ada di sekitar kita untuk diubah menjadi energi lain misalkan energi listrik
Tenaga surya : Teknologi untuk memanfaatkan cahaya matahari untuk diubah menjadi energi lain misalkan energi listrik
Tranfer energi : Perpindahan energi dari satu tempat ke tempat yang lain
Transformasi Energi : Disebut juga dengan konversi energi, adalah proses perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Usaha : Usaha dilakukan ketika sebuah gaya menggerakkan titik di mana ia bekerja (titik penerapan) ke arah gaya: usaha yang dilakukan = gaya × perpindahan dalam arah gaya
Watt : Satuan daya (simbol W), sama dengan laju kerja 1 joule per detik.
Lampiran 4
DAFTAR PUSTAKA
Anna Permanasari, dkk., 2021, Buku Guru dan Buku Siswa: Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMA Kelas X, Pusat Kurikulum dan Perbukuan, Jakarta.
Kemdikbud. 2020. Profil Pelajar Pancasila. Jakarta:Kemdikbud.
Kemdikbud. 2021. Capaian Pembelajaran Fase E Mata Pelajaran Fisika, Kimia, Biologi. Jakarta Ai Sri Nurhayati, Sumber Energi Listrik Alternatif.
https://sumber.belajar.kemdikbud.go.id/repos/FileUpload/sumber%20energi%20Tragedi%20Nasio nal/Topik-2.html
https://lokadata.id/artikel/mengatasiekeringan-dengan-kincir-air-warisannenek-moyang
