Jurnal Sains Fisika: Fotometri [PDF]

Citation preview

Jurnal Sains Fisika (2021) Vol. : Hal. X-XX



JURNAL SAINS FISIKA Prodi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin Makassar



http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/sainfis



FOTOMETRI Nurfadillah S Amirullah1, Edysul Isdar2, Ida Masiani3, dan Sabri Yunus4, 1234



Jurusan Fisika, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar [email protected]



ABSTRACT: At the optical laboratory, physics department, faculty for natural sciences and technology, experiments with the title photometry were carried out. The aim of this experiment is to determine the relationship between light intensity and emission distance as an inverse square law, to determine the influence of the material thickness on the relative radiation intensity and to find out how the absorption and transmission coefficients can be determined depending on the materials used. The tools and materials used in this internship are light source, light meter + sensor, ruler (ruler), micrometer screw, barrier material (transparent plastic) and a darkroom that is checked for size and initial light intensity. Based on the experiments performed, it turns out that the relationship between the distance to the square inversely to the intensity is inversely proportional, with the greater the distance between the light source and the light sensor, the lower the intensity being read. From these data it can be concluded that this experiment is in line with the inverse square law theory, which states that the greater the distance between the luxmeter sensor and the light source used, the smaller the light intensity that is read, as some the light spreads and vice versa. ABSTRAK: Telah dilakkukan praktium eksperimen dengan judul Fotometri di Laboratorium Optik, Jurusan Fisika Fakukultas Sains dan Teknologi. Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat, untuk mengetahui pengaruh ketebalan bahan terhadap intensitas radiasi relative dan untuk mengetahui cara menentukan koefisien absorpbansi maupun maupun transmitansi sesuai bahan yang digunakan. Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini yaitu sumber cahaya, ligh meter + sensor, mistar (penggaris), mikrometer sekrup, bahan penghalang (plastic transparan) serta ruang gelap yang dikontrol ukurannya dan intensitas cahaya mula-mulanya. Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan diperoleh hubungan anatra jarak kuadrat kebalikan dengan ntensitas yaitu berbanding terbalik, dimana semakin besar jarak anara sumber cahaya dengan sensor cahaya maan intensitas yang terbaca akan semakin kecil. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa eksperimen ini sesuai dengan teori hukum kuadrat terbalik yang menyatakan bahwa semakin besar jarak sensor luxmeter dengan sumber cahaya yang digunakan maka intensitas cahaya yang yang terbaca juga akan semakin kecil karena sebagian dari cahaya tersebut akan menyebar dan begitupun sebaliknya. Kata Kunci: Cahaya, Fotometri, Intensitas cahaya.



*corresponding author email: [email protected] DOI: 1



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



PENDAHULUAN Cahaya adalah suatu bentuk pancaran tenaga atau energi elektromagnetik yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan kita di bumi ini, karena dengan adanya cahaya kita dapat melihat benda atau sesuatu hal dengan jelas. Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menemukan berbagai macam sumber cahaya, misalnya cahaya lampu, lilin, sinar matahari dan sebagainya. Setiap sumber cahaya memiliki nilai kuat cahaya (intensitas cahaya) yang berbeda-beda. Untuk mengukur nilai kuat cahaya dari sumbar cahaya, kita dapat menggunakan alat yang dinamakan photometer. Untuk memahami cara mengukur lebih lanjut kita melakukan percobaan photometer dengan menggunakan alat-alat dan metodemetode yang telah ditentukan. Fotometri merupakan ilmu yang mempelajari tentang pengukuran kuantitas cahaya. Cahaya yang dimaksud adalah cahaya tampak, dimana cahaya tampak adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik. Cahaya mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, misalnya cahaya lampu, dimana iluminansi cahaya bergantung pada jarak terhadap sumber cahaya tersebut. Dalam suatu percobaan tentang intensitas cahaya yang menyelidiki hubungan iluminansi cahaya dan jarak dari sumber cahaya dengan menggunakan luxmeter. Selain itu, Pencahayaan merupakan salah satu faktor penting dalam desain dan operasionalisasi sarana pendidikan. Ruang kelas adalah salah satu sarana dengan aktivitas utama baca-tulis, sehingga iluminansi cahaya minimum yang diharapkan adalah 250 lux, sedangkan standar di negara kita tentang iluminansi cahaya untuk kelas yaitu 200 - 300 lux. Menurut Saputro, dkk (2013: 25), sumber cahaya memancarkan energi dalam bentuk gelombang yang merupakan bagian dari kelompok gelombang elektromagnetik. Gambar 1 menunjukkan sumber cahaya alam dari matahari yang terdiri dari cahaya tidak tampak dan cahaya tampak.



*corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



Gambar 1. Kelompok gelombang elektromagnetik (Sumber: Saputro, dkk, 2013: 2) Kecepatan rambat V gelombang elektromagnetik di ruang bebas = 3.105 km/det. Jika frekuensi energinya = f dan panjang gelombangnya λ (lambda), maka berlaku: 𝜆=



V f



(1)



Keterangan: 𝜆 = panjang gelombang (m) 𝑉 = cepat rambat gelombang (m/s) 𝑓 = frekuensi (Hz) Panjang gelombang tampak berukuran antara 380 µm sampai dengan 780 µm seperti pada tabel berikut ini. Tabel 1. Panjang gelombang Warna Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah



Panjang Gelombang (µm) 380 – 420 420 – 495 495 – 566 566 – 589 589 – 627 627 – 780



(Sumber: Saputro, dkk 2013: 25) Cahaya adalah suatu bentuk energi radiasi yang mempunyai sifat sebagai gelombang dan partikel. Sifatnya sebagai gelombang dapat dilihat dengan terjadinya pembiasan dan pemantulan cahaya oleh suatu medium, sedangkan *corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



sifatnya sebagai partikel dapat dilihat dengan terjadinya efek foto listrik. Energi radiasi terdiri dari sejumlah besar gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Bagian-bagian suatu radiasi dapat dipisahpisahkan menjadi spektrum elektromagnetik. Cahaya Tampak hanyalah merupakan bagian kecil dari seluruh radiasi elektromagnetik. Spektrum cahaya Tampak terdiri dari komponen-komponen merah, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu, dimana masing-masing warna mempunyai panjang gelombang yang berbeda. Satuan yang banyak dipergunakan untuk menyatakan panjang gelombang adalah Angstrom, 1 Å = 10- 10 meter (Triyati, 1985:39). Fotometri merupakan ilmu yang mempelajari tentang pengukuran kuantitas cahaya. Cahaya yang dimaksud adalah cahaya tampak, dimana cahaya tampak adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik. Cahaya mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, misalnya cahaya lampu, dimana iluminansi cahaya bergantung pada jarak terhadap sumber cahaya tersebut. Dalam suatu percobaan tentang intensitas cahaya yang menyelidiki hubungan iluminansi cahaya dan jarak dari sumber cahaya dengan menggunakan luxmeter. Selain itu, Pencahayaan merupakan salah satu faktor penting dalam desain dan operasionalisasi sarana pendidikan. Ruang kelas adalah salah satu sarana dengan aktivitas utama baca-tulis, sehingga iluminansi cahaya minimum yang diharapkan adalah 250 lux, sedangkan standar di negara kita tentang iluminansi cahaya untuk kelas yaitu 200 - 300 lux (Zelviani dan Albar, 2018:7) Fotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur intensitas pencahayaan atau penyiaran. Prisip dasar potometri adalah pengukuran penyerapan sinar akibat interaksi yang mempunyai panjang gelombang tertentu dengan larutan atau zat warna yang di lewatinya. Suatu fotometer adalah kata umum yang meliputi alat-alat untuk mendeteksi intensitas cahaya hamburan, penyerapan, fluorensi. Kebanyakan fotometer berdasarkan pada sebuah fotoresistor atau fotodioda. Masing-masing mengalami perubahan sifat kelistrikan katika di sinari cahaya yang selanjutnya dapat di deteksi dengan suatu rangkaian elektronik tertentu (Frederick Bueche. 1994). *corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



Fotometri adalah titrasi untuk mengukur kandungan suatu zat dalam campuran dengan mengukur absorb. Fotometri merupakan peralatan dasar dilaboratorium klinik untuk mengukur intensitas atau kekuatan cahaya suatu larutan. Sebagian besar laboratorium klinik menggunakan alat ini karena alat ini dapat menentukan kadar suatu bahan didalam cairan tubuh seperti serum atau plasma. Prinsip dasar fotometri adalah pengukuran penyerapan sinar akibat interaksi sinar yang mempunyai panjang gelombang tertentu dengan larutan atau zat warna yang dilewatinya (Rahmat. 2010). Menurut



Gabriel



(1988:170-171),



Terdapat



besaran



fotometri,



diantaranya: a. Intensitas Cahaya (I) Intensitas Cahaya (I) adalah jumlah arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya tiap satuan sudut ruang. Satuan intensitas cahaya adalah lilin Internasional yang didefinisikan sebagai “Satu lilin internasional (Cd= Kandela) adalah kuat cahaya yang memberikan cahaya sebanyak 1/20 kali banyaknya cahaya yang dipancarkan oleh 1 cm2platina pada titik lebur”. b. Fluks cahaya (F) Fluks cahaya (F) adalah banyaknya daya yang dipancarkan dari sumber cahaya tiap satuan waktu. Satuan fluks cahaya adalah l umen (Lm) yang didefinisikan sebagai “Satu lumen adalah arus cahaya dari sumber cahaya sebanyak 1 kandela dalam 1 steradial. Atau arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya yang menembus bidang seluas 1 m2 dari kulit bola yang berjari- jari 1 m dimana di pusat bola terdapat 1 lilin Internasional ”. c. Kuat penerangan (E) Kuat penerangan (E) adalah jumlah arus cahaya tiap satuan luas. Satuan penerangan adalah Luks. Satu luks didefinisikan sebagai kuat penerangan bidang yang tiap 1 m2 bidang tersebut menerima arus cahaya 1 lumen. *corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



d. Terang Cahaya Terang Cahaya merupakan besar kuat cahaya tiap 1 cm2 dari luas permukaan sumber cahaya. Menurut Adriana, dkk (2015: 5), hukum kuadrat terbalik menyatakan bahwa penerangan pada sebuah permukan yang tegak lurus cahaya jatuh berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari permukaan tersebut ke sumber.



Gambar 2. Hukum kuadrat terbalik (Sumber: Adriana, dkk, 2015: 5) Berdasarkan uraian diatas, maka hal yang melatarbelakangi dilakukannya eksperimen fotometri yaitu untuk mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat, mengetahui pengaruh ketebalan bahan terhadap intensitas radiasi relatif dan mengetahui cara menentukan koefisien transmitansi maupun absorpbansi bahan penghalang yang digunakan. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan tanggal 26 Desember 2019 pada pukul 11.0012.00 WITA di Laboratorium Optik, Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. B. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini yaitu: sumber cahaya, ligh meter + sensor, mistar (penggaris), mikrometer sekrup, bahan penghalang (plastic transparan), dan ruang gelap yang dikontrol ukurannya dan intensitas cahaya mula-mulanya.



*corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



C. Prosedur Kerja Prosedur kerja pada praktikum ini adalah sebagai berikut : Kegiatan 1: Percobaan Hukum Kebalikan Kuadrat. a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, lalu merangkai alat dan bahan tersebut (sesuai arahan dari pembimbing). b. Menyalakan sumber cahaya dan mengatur sensitivitas light meter. c. Mengukur intensitas cahaya mula-mula dengan ukuran ruangan yang digunakan. d. Mengatur posisi sumber cahaya dengan menarik atau mendorong mistar hingga ujung kanan tepat berimpit dengan skala 10 cm e. Mencatat hasil penunjukan yang terbaca pada light meter pada posisi tersebut. f. Mengulang kembali untuk setiap selang jarak ... cm sampai ... cm g. Membuat grafik hubungan antara illuminance (lux) sebagai sumbu y terhadap l/r2 sebagai sebagai sumbu x. Kegiatan 2: Percobaan Absorpbansi dan Transmitansi. a. Menyiapkan bahan penghalang (plastik transparan) dengan berbagai ketebalan, lalu mengukur masing-masing tebalnya dengan micrometer sekrup. b. Mengatur jarak antara sensor light meter dengan sumber cahaya sejauh ... cm (sesuai arahan dari pembimbing). c. Menempatkan bahan penghalang (plastic transparan) pertama antara sensor light meter dengan sumber cahaya. Kemudian mencatat hasil penunjukan yang terbaca pada light meter. d. Melanjutkan dengan mengukur untuk bahan penghalang yang lain dengan tebal yang berbeda-beda. e. Membuat grafik hubungan antara absorpbansi (sumbu y) terhadap ketebalan (sumbu x) dan transmitansi (sumbu y) terhadap (sumbu x).



*corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pegamatan Tabel 1. Hasil pengukuran intensitas cahaya tanpa bahan penghalang E0 = 0 lux NO 1 2 3 4 5



r (cm) 18 26 34 42 50



E (lux) 118 58 34 22 15



Tabel 2. Hasil Pengukuran intensitas cahaya dengan bahan penghalang R = 42 cm NO 1 2 3 4 5



E0 = 22 lux t (mm) 0,19 1,14 1,71 2,28 2,85



E (lux) 16 13 10 8 6



B. Analisis Data Tabel 4. Hukum Kebalikan kuadrat NO 1 2 3 4 5



r (m) 0,18 0,26 0,34 0,42 0,5



E (lux) 118 58 34 22 15 Rata-rata



1. Menghitug luminious intensity (I) 𝐼 = 𝐸 × 𝑟2 𝐼 = 118 × 0.182 𝐼 = 118 × 0,0324 I = 3,82 cd



*corresponding author email: [email protected] DOI:



I (Cd) 3,82 3,92 3,93 3,88 3,75 3,86



Nurfadillah S Amirullah, dkk.







JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



Menghitung intensitas rerata (Irerata) Irerata =



( Σi=¿) n



Irerata =



3,82+ 3,92+3,93+ 3,88+3,75 5



Irerata = 3,86 cd



Tabel 4. Menghitung Absorpbansi dan Transmintasi r = 42 cm No 1 2 3 4 5



E0 = 22 lux t (m) 0,00019 0,00114 0,00171 0,00228 0,02185 Rata-rata



E (lux) 16 13 10 8 6



α -1676,07 -461,48 -461,08 -443.68 -59,46



T 0,72 0,59 0,45 0,36 0,27



-620,35



0,56



2. Menghitung Absorpbansi



α=



ln



E1 E0 t



16 22 α= 0,00019 ln



α=



−0,318 0,00019



α =−1676,07 



Menghitung α rerata α rerata =



(Ʃ i=n α ) n



α rerata=



(−1676,07 ) + (−461,48 )+ (−461,08 ) + (−443,68 )+(59,46) 5



α rerata=−620,35 3. Menghitung Transmintasi



*corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



T=



E1 E0



T=



16 22



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



T = 0,72







Menghitung TRerata TRerata =



0,72+0,59+0,45+0,36+ 0,27 5



TRerata = 0,56 C. Grafik Grafik 1. Hubungan antara Illuminance (Lux) dengan satu per kuadrat jarak dari sumber pemancarnya



Illuminance (lux)



Hubungan antara lux dengan satu per kuadrat jarak 140 120 100 80 60 40 20 0 0.15



0.2



0.25



0.3



0.35



0.4



0.45



0.5



Satu per kuadrat jarak (m) Grafik 2. Hubungan antara absorpbansi dan ketebalan



*corresponding author email: [email protected] DOI:



0.55



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



Absorpbansi



Hubungan antara ketebalan bahan penghalang dengan absorbansi 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0



0



0



0



0



0.02



Ketebalan (m)



Grafik 3. Hubungan antara Transmintansi dan ketebalan



Transmintansi



hubungan antara ketebalan bahan penghalang dan transmintansi 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0



0



0



0



0



0.02



Ketebalan (m)



D. Pembahasan Fotometri adalah bidang kajian ilmu yang mempelajari tentang cahaya. Prinsip dasar fotometri adalah pengukuran penyerapan sinar akibat interaksi sinar yang mempunyai panjang gelombang tertentu dengan larutan atau zat warna yang dilewatinya. Fotometri sendiri merupakan suatu eksperimen dasar untuk *corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



mengukur intensitas atau kekuatan cahaya suatu larutan. Sehingga, dengan mempelajari konsep dasar cahaya melalui fotometri dapat membantu pada eksperimen tingkat lanjut dalam badang Fisika, khususnya dalam bidang optik. Pada percobaan ini dilakukan 2 kali pengambilan data yaitu pengukuran intensitas cahaya tanpa bahan penghalang dan pengukuran intensitas cahaya dengan bahan penghalang. Pada pengukuran dengan bahan penghalang dengan menggunakan jarak r sejauh 0.18 m diperoleh nilai luminasi E yang terbaca di luxmeter sebesar 118 lux dan pada perhitungan diperoleh nilai intensitas cahaya I sebesar 3,82 cd. Sedangkan pada pengukuran intensitas cahaya dengan bahan penghalang digunakan ketebalan bahan sebesa 0.00019 m diperoleh nilai luminasi E sebesar 16 lux. Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan diperoleh hubungan anatra jarak kuadrat kebalikan dengan intensitas yaitu berbanding terbalik, di mana semakin besar jarak anara sumber cahaya dengan sensor cahaya maan intensitas yang terbaca akan semakin kecil. Begitupun dengan hubungan antara ketebalan penghalang dengan intensitas cahaya, di mana semakin tebal penghalang yang digunakan maka intensitas yang terbaca akan semakin kecil. Data yang diperoleh tekah ditampilkan dalam bentuk grafik untuk menunjukkan hubungan intensitas cahaya dengan jarak dan ketebalan absorber. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa eksperimen ini sesuai dengan teori hukum kuadrat terbalik yang menyatakan bahwa semakin besar jarak sensor luxmeter dengan sumber cahaya yang digunakan maka intensitas cahaya yang yang terbaca juga akan semakin kecil karena sebagian dari cahaya ersebut akan menyebar, begitupun sebaliknya. PENUTUP Kesimpulan Kesimpulan pada praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancar sebagai hukum kebalikan kuadrat adalah jika jarak pancar yang digunakan semakin besar maka intensitas cahaya yang dihasilkan akan semakin kecil. Begitu juga sebaliknya jika semakin dekat jarak pancar yang digunakan maka intensitas cahaya yang *corresponding author email: [email protected] DOI:



Nurfadillah S Amirullah, dkk.



JurnalSains Fisika (2021) Vol.: Hal.X-XX



dihasilkan akan semakin besar. Di mana hubungan antara jarak dengan intensitas cahaya adalah berbanding terbalik. 2. Pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas relatif adalah semakin besar ketebalan bahan penghalang maka intensitas cahaya yang dihasilkan juga akan semakin kecil begitu pula sebaliknya. 3. Koefisien absorbansi dan transmitansi bahan penghalang yang digunakan adalah absrobansi rerata yang diperoleh adalah -370.8 sedang nilai transmitansi reratnya adalah 0.436. Dimana semakin tebal bahan penghalang yang digunakan maka koefisien absorpsinya akan semakin besar dan koefisien trnasimitansinya akan semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa ketebalan bahan penghalang berbanding lurus dengan koefisien absorpsi dan berbanding terbalik dengan koefisien transmitansi.



DAFTAR PUSTAKA Adriana, Yuanita. Dkk. 2015. Rancang Bangun Alat Ukur Efisiensi Lampu Pijar Berbasis Mikrokontroler. Jakarta: Universitas Indonesia. Triyati, Etty. 1985. Spetrofotometer Ultra-Violet dan Sinar Tampak serta Aplikasinya dalam Oseanologi. Jakarta: LIPI. Frederick Bueche dan David L. Wallach. 1994. Technical Physics $th Ed, John Wiley & Sons, Inc. (terjemahan). Jakarta: Erlangga. Gabriel, J F. 1988. Fisika Kedokteran. Jakarta: Buku Kedokteran EGC. Rahmat. 2010. Penerapan fotometri pdf. (diakses pada tanggal 30 November 2017). Selviani, Sri dan Albar Ahmad. 2018. Hubungan Intensitas Cahaya dan Jarak Pancaran Sebagai Hukum Kebalikan Kuadrat. Makassar: UIN Alauddin Makassar.



*corresponding author email: [email protected] DOI: