FOTOMETRI [PDF]

Citation preview

FOTOMETRI Anita Purnamasari Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar Email : [email protected] Abstrak Telah dilakukan eksperimen tentang fotometri yang bertujuan untuk mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat, mengetahui pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas radiasi relatif dan menentukan koefisien transmitansi dan absorpbansi bahan penghalang yang digunakan. Fotometri adalah suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran besarn serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna dengan menggunakan detektor fotosel di mana besaran ini merupakan fungsi dari kandungan komponen tertentu yang melakukan penyerapan. Dalam bidang optika dan fotometri kemampuan mata manusia hanya sensitif dan dapat melihat cahaya dengan panjang gelombang tertentu (spektrum cahaya nampak) yang di ukur dalam besaran pokok ini. Pencahayaan (iluminasi) adalah kepadatan dari suatu berkas cahaya yang mengenai suatu permukaan. Pada eksperimen ini dilakukan dua kali kegiatan yaitu pertama yakni percobaan hukum kebalikan kuadrat dan kegiatan kedua yakni percobaan absorbansi dan transmitansi. Pada kegiatan pertama yaitu hukum kebalikan kuadrat, besar jarak r yang digunakan adalah sebesar 12 cm dan diperoleh nilai intensitas cahaya yaitu 168768 cd. Pada kegiatan kedua dengan menggunakan ketebalan benda yang diukur menggunakan micrometer sekrup dan diperoleh ketebalan 0,04 mm dengan jarak yang digunakan yaitu 40 cm diperoleh nilai rata-rata absorpbansi (α) sebesar -4,42 dan nilai rata-rata Transmitansi (T) sebesar 0,367. Berdasarkan hasil grafik diperoleh hubungan antara illuminance dengan jarak pancaran dapat terlihat bahwa semakin jauh jarak sensor dari sumber cahaya, maka akan semakin rendah illuminancenya. Sehingga dapat dikatakan bahwa hubungannya adalah berbanding terbalik. Kata Kunci : fotometri, hukum kuadrat kebalikan dan intensitas cahaya PENDAHULUAN A. Latar Belakang Fotometer merupakan alat yang digunakan mengukur intensitas pencahayaan atau penyinaran. Prinsip dasar fotometri adalah pengukuran penyerapan sinar akibat interaksi sinar yang mempunyai panjang gelombang tertentu dengan larutan atau zat warna yang dilewatinya. Suatu fotometri adalah kata umum yang meliputi alat-alat



untuk mendeteksi intensitas cahaya



hamburan, penyerapan dan fluorensi.



Kebanyakan fotometer berlandaskan pada sebuah fotoresistor atau fotodioda yang Masing-masing mengalami perubahan sifat kelistrikan ketika disinari cahaya yang selanjutnya dapat dideteksi dengan suatu rangkaian elektronik tertentu. Fotometri adalah bagian dari optik yang mempelajari mengenai kuat cahaya (intensity) dan derajat penerangan (brightness). Suatu sumber cahaya memancarkan cahaya dengan intensitas (I) tertentu tergantung pada kuat penerangannya dan jarak dari suatu titik terhadap sumber cahaya tersebut. Intensitas cahaya adalah besaran pokok fisika untuk mengukur daya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya pada arah tertentu per satuan sudut. Berdasarkan uraian di atas, hal yang melatarbelakangi dilakukannya eksperimen ini adalah untuk mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat, mengetahui pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas radiasi relatif dan menentukan koefisien transmitansi dan absorpbansi bahan penghalang yang digunakan. B. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat ? 2. Bagaimana pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas radiasi relatif ? 3. Bagaimana menentukan koefisien transmitansi dan absorpbansi bahan penghalang yang digunakan ? C. Tujuan Tujuan pada eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat. 2. Untuk menyelidiki dan mengetahui pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas radiasi relatif.



3. Untuk menentukan koefisien transmitansi dan absorpbansi bahan penghalang yang digunakan. D. Manfaat Manfaat pada eksperimen ini adalah agar mahasiswa mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat, mengetahui pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap intensitas radiasi relatif dan menentukan koefisien transmitansi dan absorpbansi bahan penghalang yang digunakan. TINJAUAN PUSTAKA A. Cahaya Menurut



Pamungkas



(2015:



121),



cahaya



merupakan



gelombang



elektromagnetik yang dapat dilihat dengan mata. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sebagian dari energi ini diubah menjadi cahaya tampak (visible light). Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang elektromagnetik. Kecepatan rambat (v) gelombang elektromagnetik di ruang bebas sama dengan 3 x 108 meter per detik. Jika frekuensi (f) dan panjang gelombang l, maka berlaku : λ=



(1)



dimana : λ = panjang gelombang(m) v = kecepatan cahaya (m/s) f = frekuensi (Hz) Panjang gelombang cahaya tampak berkisar antara 340 nanometer (nm) hingga 700 nanometer (nm), di mana jika diuraikan cahaya ini akan terdiri atas beberapa daerah warna seperti yang terlihat pada Gambar 1 berikut ini:



Gambar 1 Warna-warna Spektrum (Sumber: pamungkas, dkk 2015:122)



Ketika cahaya dengan panjang berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis) mengenai suatu zat, maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap. Di dalam suatu molekul yang memegang peranan penting adalah elektron valensi dari setiap atom yang ada hingga terbentuk suatu materi. Elektron-elektron yang dimiliki oleh suatu molekul dapat berpindah (eksitasi), berputar (rotasi) dan bergetar (vibrasi) jika dikenai suatu energi. Pada spektrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat dan cahaya setelah melewati zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah I t/I0 atau I0/It (perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah melewati materi (sampel). Cahaya yang diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang hamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum lambert-beer atau Hukum Beer, berbunyi “jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan”. Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung banyaknya cahaya yang hamburkan: (2) atau %



(3)



Menurut Gunadhi (2002: 49), alat ukur cahaya (luxmeter) adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarna intensitas cahaya di suatu tempat. Besarnya intensitas cahaya ini perlu untuk diketahui karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup. Untuk menegtahui intensitas cahaya ini maka diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya sehingga cahaya yang diterima oleh sensor dapat diukur dan ditampilkan pada sebuah tampilan digital. B. Hukum Fotometri Menurut Adriana dkk (2015: 5-6), terdapat dua hukum dalam fotometri yaitu: A. Hukum kuadrat Terbalik Titik P adalah sumber cahaya dengan kuat penerangan I, jika A, B dan C adalah permukaan bola yang berjari-jari 1 m, 2m dan 3m dari titik P dan mempunyai sudut ruang ruang yang sama maka: EA : E B : EC =



(4)



Jadi, penerangan suatu permukaan yang tegak lurus terhadapat cahaya jatuh berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari permukaan tersebut ke sumber. B. Hukum Cosinus Lambert



Gambar 2 Hukum Cosinus Lambert (Sumber: Adriana dkk, 2015: 6)



Hukum kuadrat terbalik dipakai untuk cahaya jatuh tegak lurus permukaan. Jika arah cahaya jatuh tidak tegak lurus yaitu membuat sudut θ dengan sudut normal maka luasnya menjadi A cos θ. Penerangan pada sebuah titik di atas



suatu permukaan berbanding lurus dengan cosinus sudut antara cahaya jatuh dan arah normal. Hal ini disebut Hukum Cosinus Lambert. (5) Keterangan: E = derajat pancaran (Lux) Iθ = Besarnya kuat penerangan pada arah tersebut (Cd) d = jarak dari sumber (m2) maka dapat dikatakan suatu permukaan ternyata sama terangnya jika dilihat dari arah manapun. (6) Keterangan: I = kuat penerangan (Cd) A = Luas Permukaan (m2) θ = sudut (°) C. Besaran Fotometri 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 cm2 platina 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 lumen (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 m 2 dari kulit bola yang berjarijari 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. Jika arus cahaya (F) menerangi merata suatu bidang seluas A m2, maka kuat penerangan bidang tersebut: (7) Keterangan: F = arus cahaya (Lumen) A = luas bidang (m2) E = kuat penerangan (Luks) d. Terang Cahaya Terang Cahaya merupakan besar kuat cahaya tiap 1 cm2 dari luas permukaan sumber cahaya. (8) Keterangan : e = terang cahaya (lilin/cm2 atau stilb) I = kuat cahaya (candela) A = luas permukaan sumber cahaya (m2) C. Luminansi Menurut Puturuhu dkk (2018: 62), luminansi adalah suatu ukuran untuk terang suatu benda. Luminansi yang terlalu besar akan menyilaukan mata. Luminansi suatu sumber cahaya atau permukaan yang memantulkan cahaya yaitu intensitas cahayanya dibagi luas semu permukaan. Luas semu permukaan adalah luas proyeksi sumber cahaya pada suatu bidang rata yang tegak lurus pada arah pandang, dan bukan luas permukaan seeluruhnya. Faktor refleksi suatu permukaan ikut menetukan luminansi terhadap terang suatu benda yang diterangi oleh lampu.



(9) METODE EKSPERIMEN A. Waktu dan Tempat Eksperimen ini dilakukan pada hari Senin, 30 Desember 2019 pada pukul 11.00-12.15 WITA di Laboratorium Fisika Optik Lantai 2 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. B. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen ini yaitu sumber cahaya, light meter + sensor, mistar, mikrometer sekrup, bahan penghalang (plastik transparan) dan ruangan yang gelap. C. Prosedur Kerja 1. Kegiatan 1: Percobaan Hukum Kebalikan Kuadrat a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan lalu merangkai percobaan.



Gambar 2. Rangkaian eksperimen fotometeri



b. Menyalakan sumber cahaya dan mengatur sensitivitas light meter. c. Mengukur intensitas cahaya mula-mulanya dan ukuran ruangan yang digunakan. d. Mengatur posisi sumber cahaya dengan menarik atau mendorong mistar hingga ujung kanan tepat berimpit skala 10 cm.



e. Mencatat hasil penunjukan yang terbaca pada light meter pada posisi tersebut. f. Mengulangi kembali setiap selang 5 cm sampai 100 cm. g. Membuat grafik hubungan antara illuminance (lux) sebagai sumbu y terhadap 1/r2 sebagai sumbu x. 2. Kegiatan 2: Percobaan Absorpbansi dan Transmitansi a. Menyiapkan bahan penghalang (plastik transparan) dengan berbagai ketebalan lalu mengukur masing-masing tebalnya dengan menggunakan mikrometer sekrup. b. Mengatur jarak antara sensor light meter dengan sumber cahaya. c. Menempatkan bahan penghalang (plastik transparan) pertama antara sensor light meter dengan sumber cahaya. Mencatat hasil penunjukan yang terbaca pada light meter. d. Melanjutkan pengukuran 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 ketebalan (sumbu x). HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Kegiatan 1. Percobaan Hukum Kebalikan Kuadrat E0 = 0 No



Jarak (cm)



E (lux)



I/r2 (cd)



1



12



1172



168768



2



20



220



88000



3



28



107



83888



4



36



61



79056



5



44



40



77440



6



52



27



73008



7



60



20



72000



Irerata



91737,14



Analisis data 1. Hitung intensitas cahaya -



Data I I = E . r2 = 1172 lux . (12)2 m = 1172 lux . 144 m = 168768 cd



2. Hitung intensitas rerata diperoleh:



91737,14 cd Grafik



Hubungan antara Illuminance (E) terhadap liminious intensity (I) E (lux)



1500 1000 500



0 0



50000



100000



150000



r (cm)



Grafik 1. Hubungan antara illuminance dan intensitas



200000



Kegiatan 2. Percobaan Absorbansi dan Transmitansi E0 = 40 R = 44 cm No



Ketebalan (mm)



E (lux)



1



0,04



29



-8,039



0,725



2



0,06



21



-10,739



0,525



3



0,10



17



-8,556



0,425



4



0,20



13



-5,619



0,325



5



0,42



10



-3,300



0,25



6



0,83



7



-2,099



0,175



7



1,61



6



-1,178



0,15



-4,42



0,367



Rata-rata



Analisis Data 1. Hitung absorpbansi (α) -



Data I



-8,039 2. Hitung absorbansi (α) rerata



T



= -4,42 3. Hitung transmitansi (T) -



Data I



4. Hitung transmitansi (T) rerata



0,367



Grafik



Hubungan antara absorbansi terhadap ketebalan 0 0



0,5



1



1,5



-500



𝑎



-1000 -1500 -2000 -2500



t (mm)



Grafik 2. Hubungan antara absorpbansi terhadap ketebalan



2



T (Transmitansi)



Hubungan antara Transmitansi terhadap Ketebalan 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0



0,5



1



1,5



2



t (mm)



Grafik 3.Hubungan antara transmitansi dan ketebalan B. Pembahasan Fotometri adalah suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran besarn serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna dengan menggunakan detektor fotosel di mana besaran ini merupakan fungsi dari kandungan komponen tertentu yang melakukan penyerapan. Dalam bidang optika dan fotometri kemampuan mata manusia hanya sensitif dan dapat melihat cahaya dengan panjang gelombang tertentu (spektrum cahaya nampak) yang di ukur dalam besaran pokok ini. Pencahayaan (iluminasi) adalah kepadatan dari suatu berkas cahaya yang mengenai suatu permukaan. Pada percobaan fotometri dilakukan dua kegiatan yaitu pertama yakni percobaan hukum kebalikan kuadrat dan kegiatan kedua yakni percobaan absorbansi dan transmitansi. Pada kegiatan pertama yaitu hukum kebalikan kuadrat, besar jarak r yang digunakan adalah sebesar 12 cm, 20 cm, 28 cm, 36 cm, 44 cm, 52 cm dan 60 cm. Nilai iluminance yang diperoleh secara berturut-turut ialah 1172 lux, 220 lux, 107 lux, 61 lux, 40 lux, 27 lux dan 20 lux. Sehingga diperoleh intensitas cayaha secara berturut-turut 168768 cd, 88000 cd, 83888 cd, 79056 cd, 77440 cd, 73008 cd dan 72000 cd. Pada kegiatan kedua dengan menggunakan ketebalan benda yang



diukur menggunakan mikrometersekrup dan diperoleh ketebalan 0,04 mm, 0,06 mm, 0,10 mm, 0,20 mm, 0,42 mm, 0,83 mm dan 1,61 mm. Adapun jarak yang digunakan pada percobaan ini adalah 40 cm. . Variabel yang dihitung adalah absorpbansi (α) dan Transmitansi (T). Sehingga diperoleh nilai rata-rata absorpbansi (α) sebesar -4,42 dan nilai rata-rata Transmitansi (T) sebesar 0,367 Berdasarkan hasil grafik diperoleh hubungan antara illuminance dengan jarak pancaran dapat terlihat bahwa semakin jauh jarak sensor dari sumber cahaya, maka akan semakin rendah illuminancenya. Sehingga dapat dikatakan bahwa hubungannya adalah berbanding terbalik. Dan hubungan antara absorpbansi terhadap ketebalan berbanding lurus yaitu semakin tebal suatu bahan maka semakin sedikit absorpbansi yang dihasilkan. Sedangkan untuk hubungan antara transmitansi terhadap suatu ketebalan bahan diperoleh hubungan berbanding terbalik yaitu semakin tebal suatu bahan maka transmitansi yang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa intensitas cahaya berbanding terbalik dengan jarak pancar dan berbanding lurus dengi intensitas penerangan. PENUTUP A. Kesimpulan Kesimpulan pada eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Hubungan antara intensitas cahaya dengan jarak pancaran sebagai hukum kebalikan kuadrat berbanding terbalik yaitu semakin jauh jaraknya semakin kecil intensitas cahaya yang dihasilkan. 2. Pengaruh ketebalan bahan penghalang terhadap pengaruh intensitas radiasi yaitu semakin banyak penghalang yang digunakan maka intensitas radiasi semakin kecil. begitupun sebaliknya semakin sedikit bahan penghalang maka intensitas radiasi yang dihasilkan semakin besar. 3. Besarnya nilai absorbansi rerata yaitu -4,42 , sedangkan nilai transmitansi rerata yaitu sebesar 0,367. B. Saran



Saran pada percobaan ini adalah sebaiknya saat melakukan percobaan cahaya didalam ruang hanya berasal dari sumber cahaya agar tidak mempengaruhi proses pengambilan data sehingga data yang diperoleh akurat dan bagus. DAFTAR PUSTAKA Adriana, Yunita. 2015. Rancang Bangun Alat Ukur Efisiensi Lampu Pijar Berbasis Mikrokontroler. Jakarta: Universitas Indonesia Gabriel, J F. 1988. Fisika Kedokteran. Jakarta: Buku Kedokteran EGC. Gunadhi, albert. 2002. Perancangan dan Implementasi Alat Ukur Cahaya Sederhana. Surabaya: Universias Widya Mandala Surabaya Pamungkas, dkk. 2015. Perancangan dan Realisasi Alat Pengukur Intensitas Cahaya. Bandung: Universitas Telkom Paturuhu, Victor dkk. 2018. Pengaruh Intensitas Penerangan Pada Laboratorium Dan Bengkel Jurusan Teknik Elektro. Ambon: Politeknik Negeri Ambon