Jurnal Spektrum Kisi [PDF]

Citation preview

SPEKTRUM KISI JURNAL EKSPERIMEN FISIKA 1



Oleh : NAMA



:



Anggi Dwi Novita Sari



NIM



:



171810201019



KELOMPOK :



05 B1



SHIFT



:



07:00-09:40



ASISTEN



:



LABORATORIUM FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2019



2



BAB 1. PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Spektrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengamati spektrum cahaya yang terurai setelah melewati suatu medium sehingga membentuk suatu spektrum. Spektrometer adalah alat optik untuk menghasilkan garis spektral dan mengukur panjang gelombang dan intensitasnya. Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Prinsip kerja pada spektrometer modern, sinar yang datang diubah panjang gelombangnya secara kontinue (Giancoli, 1991). Eksperimen spektrum kisi penting diketahui bahwa sperktrum kisi ini banyak manfaat dan wawasan yang diproleh untuk dapat menentukan jarak antar kisi (d) dengan mengunakan spektrometer kisi. Aplikasi ini diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada fungsi mata, pada disk CD, dan DVD. Penetapan batas mendasar pada resolusi kemera dan mikroskop serta pada TV termasuk aplikasi dari eksperimen spektrum kisi, karena pada TV menghasilkan warna-warna melalui suatu sumber. Praktikum spektrometer kisi dilakukan dengan mengamati gelombang cahaya yang melewati sebuah celah sempit. Celah sempit yang dilewati cahaya menyebabkan cahaya tersebut terdifraksi. Difraksi yang terbentuk diamati menggunakan sebuah teropong. Besar sudut datang gelombang cahaya menjadi tolak ukur untuk mendapatkan hasil pengamatan difraksi ini. Difraksi gelombang cahaya akan menghasilkan pola gelap terang yang nampak pada layar. Berdasar dari pola yang terbentuk, dapat dicari berapa panjang gelombang yang dihasilkan. Tidak hanya sudut datang yang divariasi melainkan juga posisi dari teropong. Perubahan posisi teropong dimanfaatkan untuk mengukur masing-masing sudut spektrum cahaya.



3



1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah yang digunakan dalam ekspermen spektrum kisi adalah: 1.



Bagaimana pengaruh sudut datang i = 0˚ dan i = 10˚ terhadap spektrum panjang gelombang yang dihasilkan?



2.



Bagaimana pengaruh panjang gelombang (λ) terhadap sudut masing – masing spectrum orde satu dan orde dua?



3.



Bagaimana perbandingan nλ terhadap sin θ, nλ terhadap θn pada sudut datang i = 0˚ dan i = 10˚?



1.3 Tujuan Tujuan dari eksperimen spektrum kisi ini adalah: 1.



Mengetahui pengaruh sudut datang i = 0˚ dan i = 10˚ terhadap spectrum panjang gelombang yang dihasilkan.



2.



Mengetahui pengaruh panjang gelombang (λ) terhadap sudut masing – masing spectrum orde satu dan orde dua.



3.



Mengetahui perbandingan nλ terhadap sin θ, nλ terhadap θn pada sudut datang i = 0˚ dan i = 10˚.



1.4 Manfaat Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari untuk eksperimen ini ditetapkan pada suatu cahaya yang melewati celah sempit, kemudian akan timbul berbagai warna. Kerja seperti ini dapat dilihat pada viewer, dimana warna yang dihasilkan sesuai dengan panjang gelombang yang terbentuk menjadi suatu tulisan atau gambar. Aplikasi lain diantaranya terdapat pada CD dan DVD penetapan resolusi kamera, teleskop, dan mikroskop.



BAB 2. DASAR TEORI



2.1 Spektrometer Kisi Tahun 1804, seorang ahli optika Jerman bernama Josef Von Fraunhofer yang mempelajari penemuan Sir Issac Newton meneliti spektrum yang dibentuk oleh cahaya yang berasal dari matahari dan melihat adanya sejumlah garis kelam yang melintasinya. Ia juga menetapkan alur-alur spektrum matahari kemudian alur-alur tersebut dikenal dengan nama garis-garis Fraunhofer. Sekitar tahun 1905 terdapat alat yang digunakan untuk melihat cahaya dalam spektrum. Zat yang akan diamati diletakkan di dalam tabung dan cahaya putih yang memancar melaluinya dipecah oleh gesekan difraksi. Di atas bagian tapik tiang terbawah di bagian tengah. Pengamat melihat spektrum melalui tabung (Beiser, 1991). Spektrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengamati spektrum cahaya yang terurai setelah melewati suatu medium sehingga membentuk suatu spektrum. Spektrometer adalah alat optik untuk menghasilkan garis spektral dan mengukur panjang gelombang dan intensitasnya. Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Pada spektrometer modern, sinar yang datang diubah panjang gelombangnya secara kontinue (Giancoli, 1991). Menurut (Priyambodo, 2010), Spektrum kasat mata merupakan bagian dari spektrum optik, mata normal manusia dapat menerima panjang gelombang dari 400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm. Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya biasanya memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah hijau dari spektrum optik. Warna pencampuran seperti pink atau ungu, tidak terdapat dalam spektrum ini karena warna-warna tersebut hanya akan didapatkan dengan mencampurkan beberapa panjang gelombang. Panjang gelombang yang kasat mata didefinisikan oleh jangkauan spektral jendela optik, wilayah spektrum elektromagnetik yang melewati atmosfer bumi hampir tanpa mengalami pengurangan intensitas atau sangat sedikit. Radiasi elektromagnetik di luar jangkauan panjang gelombang optik atau jendela transmisi lainnya, hampir seluruhnya diserap oleh atmosfer, dikatakan jendela optik karena manusia tidak



5



bisa menjangkau wilayah di luar spektrum optik. Inframerah terletak sedikit di luar jendela optik, namun tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Tabel 2.1 Warna-warna di dalam spektrum Warna



Panjang Gelombang (nm)



Ungu



380-450



Biru



450-495



Hijau



495-570



Kuning



570-590



Jingga



590-620



Merah



620-750



Pink



1000-10.000



2.2 Difraksi Difraksi pertama kali diungkapkan oleh Fransisco Grenaldi (1618-1663). Kemudian Newton dan Huggen mengenalkan fenomena difraksi. Namun Huggen tidak mempercayai difraksi meskipun ia yakin benar, kebenaran menurut teori gelombang cahaya. Huggen berpendapat bahwa cahaya adalah gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar, merambat dalam medium. Difraksi merupakan penyebaran arah pada gelombang cahaya saat melewati celah sempit dari panjang gelombang (Halliday,1984). Difraksi timbul karena adanya efek kedua yang dihasilkan dari difraksi yaitu interferensi. Pada dasarnya interferensi disebut sebagai interaksi dari beberapa gelombang cahaya di suatu daerah, yaitu diperoleh dari menjumlahkan antar gelombang itu akan selalu sefase. Ineterferensi yang paling sederhana adalah interferensi yang terjadi pada dua celah sempit (Hans, 2002).



6



2.3 Peristiwa Difraksi Menurut Soedojo (1992), peristiwa penyebaran berkas cahaya secara beraturan kearah tertentu, apabila melewati celah sempit dinamakan difraksi. Peristiwa tersebut dapat terjadi bukan hanya saat berkas cahaya melewati suatu celah sempit, tetapi juga bisa melewati tapi suatu objek dan juga bila melewati sepotong kawat lurus. Hal tersebut menyebabkan difraksi terbagi menjadi dua, yaitu difraksi fresnel dan difraksi fraunhofer. Peristiwa difraksi dapat dijelaskan seperti gambar berkut:



Gambar 2.1 Peristiwa Difraksi (Sumber: Soedojo, 1992) Menurut Zemansky (1994), jika sebuah cahaya monokromatik dijatuhkan pada sebuah kisi, sebagian akan dietruskan dan sebagian lagi akan dibelokkan. Akibat pelenturan tersebut, akan tampak suatu pola difraksi berupa pola-pola pita terang dan gelap. Intensitas pola-pola terang mencapai maksimum pada pita pusat, yang memenuhi persamaan: 𝑛𝜆 = 𝑑 sin 𝜃 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝜆 =



𝑑 sin 𝜃 𝑛



(2.1)



Terdapat dua jenis sumber cahaya yaitu bahan yang berpenjar karena membara dan lecutas listrik. Berpencarnya bahan terjadi karena atom-atom bahan adalah bentuk cahaya berdasarkan teori atom, kemungkinan tingkat energi atom berupa diskrit, artinya tidak mengambil nilai yang sembarang. Pada saat atom tenaganya turun maka tingkat-tingkat energi atom itu halus sekali, artinya sangat rapat satu dengan yang lain, maka atom tersebut sudah dapat dikatakan memancarkan segala macam warna dan menampilkan spektrum cahaya yang kontinu (Soedojo,1992).



7



8



BAB 3. METODE PERCOBAAN



Eksperimen spectrometer kisi ini dilakukan untuk menentukan jarak antar kisi dengan menggunakan spectrometer kisi. Oleh karena itu, dilakukan langkah eksperimen seperti dibawah ini :



3.1



Rancangan Penelitian Berdasarkan langkah percobaan spektrum kisi yang akan dilaksanakan, rancangan



penelitian dilakukan dalam hal berikut ini : Identifikasi Permasalahan



Sumber Data



Operasional Variabel



Metode Analisis Data



Kerangka Pemecahan Masalah Gambar 3.1 Rancangan Penelitian



3.2



Identifikasi Permasalahan Permasalahan yang akan diidentifikasi pada praktikum spektrum kisi adalah menentukan



jarak antar kisi ( d ) dengan menggunakan spektrometer kisi.



3.3



Jenis dan Sumber Data



9



Jenis dan data yang dikumpulkan dalam praktikum spektrum kisi ini berupa data variasi sudut difraksi serta panjang gelombang hasil difraksi dengan variasi sudut datang sebesar 0° dan 10°.



3.4



Operasional Variabel Variabel yang berkaitan dengan praktikum spektrum kisi adalah :



3.3.1 Variabel Eksperimen Variabel yang berkaitan dengan eksperimen adalah : a. Variabel terikat Variabel terikat dalam eksperimen spektrometer kisi adalah jarak antar kisi (d) b. Variabel bebas Variabel bebas dalam eksperimen spectrometer kisi adalah perubahan sudut datang. c. Variabel kontrol : Posisi sudut teropong. Variabel kontrol dalam eksperimen spektrometer kisi adalah posisi sudut teropong.



3.5



Metode Analisis Data Metode analisis data yang digunakan pada praktikum spektrum kisi adalah:



Tabel 3.1 Tabel Pengamatan eksperimen spektrum kisi pada sudut 0° Pengukuran Orde



Spektrum



Posisi Sudut 𝜃 (°) 𝜃𝑟 (𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛)



𝜃𝑖 (𝑘𝑖𝑟𝑖)



Tabel 3.2 Tabel Pengamatan eksperimen spektrum kisi pada sudut 10° Pengukuran



Posisi Sudut 𝜃 (°)



10



Orde



𝜃𝑟 (𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛)



Spektrum



𝜃𝑖 (𝑘𝑖𝑟𝑖)



Analisis data yang digunakan pada praktikum spektrometer kisi adalah a.



Besar sudut difraksi yang didapatkan dari sisi kiri dan sisi kanan 𝜃r − 𝜃l 2



𝜃𝑛 =



(sudut yang didapatkan saat eksperimen dalam derajat) Sehingga besar lebar celah (d) 𝑛𝜆



n= 1,2,3,…



𝑑 = sin 𝜃 𝑑̅ −𝑑𝑟𝑒𝑓



Deskripansi (𝐷) = |



𝑑𝑟𝑒𝑓



| × 100% 1 𝑚𝑚 = ⋯ 𝑛𝑚 600 𝛿𝑑 ∆𝑑 = ∆𝜃 𝛿𝜃



𝑑𝑟𝑒𝑓 =



𝜕



1



∆𝑑 = (𝜕𝜃 sin 𝜃) ∆𝜃 −𝑐𝑜𝑠𝜃 = ( 2 ) ∆𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜃 ∆𝑑1 + ∆𝑑2 + ∆𝑑3 + ∆𝑑4 ∆𝑑̅ = 4 𝑑=𝑚 ∆𝜃 =



1 2



1



nst = 2 0,01o



𝑑𝜃



𝑛



D = 𝑑𝑥 = d cos 𝜃 𝜕



1



∆𝐷 = (𝜕𝜃 cos 𝜃) ∆𝜃 ∆𝐷 = (𝑠𝑒𝑐𝜃 tan 𝜃) ∆𝜃 y= mx + c



11



b.



Ralat Grafik 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐 𝑛𝜆 = 𝑑 sin 𝜃 𝑚=



𝑁 ∑ 𝑥𝑖 𝑦𝑖 − ∑ 𝑥𝑖 𝑦𝑖 𝑁 ∑ 𝑥𝑖 2 − (∑ 𝑥𝑖 )2



𝑐=



𝑁 ∑ 𝑦𝑖 − 𝑚 ∑ 𝑥𝑖 𝑁



y ± ∆𝑦 = (m ± 𝜎𝑚 ) 𝑥 + (c ± 𝜎𝑐 ) 𝑁



𝑁



𝑁



𝑖=1



𝑖=1



𝑖=1



1 Δ𝑦 = √ (∑ 𝑦𝑖 2 − 𝑚 ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 − 𝑐 ∑ 𝑦𝑖 ) 𝑁−2 𝑁



1 Δ𝑐 = √ ∑ 𝑥𝑖 2 𝑁−2 𝑖=1 1



𝜎𝑦 𝑁 2 Δ𝑚 = [𝑁 ∑ 𝑥𝑖 2 − (∑ 𝑥𝑖 )2 ] y ± ∆𝑦 = (m ± 𝜎𝑚 ) 𝑥 + (c ± 𝜎𝑐 ) Susunan Peralatan Spektrometer



Gambar 3.2 Susunan Peralatan Spektrometer ( Sumber : Tim Penyusun, 2018).



Keterangan :



12



S = sumber cahaya



G = kisi difraksi



S1 = celah



𝜃 =sudut difraksi



C = kolimator



T = teropong



3.6



Kerangka Pemecahan Masalah Kerangka Pemecahan Masalahpada praktikum spketrometer kisi adalah



1.



Peralatan disusun seperti pada Gambar 3.1.



2.



Tabung sumber cahaya dipasang pada power supply tube.



3.



Sumber cahaya tersebut diletakka tepat di depan celah spektrometer, celah spektrometer dibuka antara 1-2 mm, lalu sumber cahaya dihidupkan. Perhatikan : tabung sumber cahaya akan cepat rusak jika digunakan secara teus-menerus. Oleh karena itu tabung sumber cahaya terseut digunakan secara teratur dengan menghidupkan tidak lebih dari 30 detik, lalu dimatikan ( kira-kira 30 detik ) lalu dihidupkan kembali dst secara periodik.



Sudut datang (𝒊 = 𝟎°) 4.



Kisi difraksi diletakkan di atas meja spektrometer sehingga arah cahaya datanng tegak lurus terhadap kisi difraksi.



5.



Teropong diletakkan pada arah datangnya sumber cahaya, garis penunjuk diamati pada mikroskop teropong tepat ditengah bayangan sumber cahaya. Posisi teropong dicatat dengan membaca skala sudut spektrometer.



6.



Sumber cahaya yang diamati akan didifraksi oleh kisi ke dalam komponen spektrum cahaya pada orde satu, orde dua, orde tiga dan seterusnya. Di sisi kiri dan kanan kisi difraksi.



7.



Dengan memindahkan posisi sudut teropong, posisi sudut masing-masing spektrum cahaya diukur untuk orde satu dan orde dua. Posisi masing-masing spektrum cahaya tersebut dicatat.



8.



Langkah nomor 7 dilakukan kembali untuk spektrum pada sisi kiri.



Sudut datang (𝒊 = 𝟏𝟎°)



13



9.



Pada pengukuran ini, posisi kisi difraksi digeser sehingga arah cahaya datang pada sudut 10° terhadap arah normal kisi.



10.



Teropong diletakkan pada arah sumber cahaya ( seperti pada lanngkah nomor 5 ). Posisi sudut teropong dicatat.



11.



Eksperimen dilakukan seperti langkah nomor 6,7, dan 8.



14



DAFTAR PUSTAKA



Beiser, Arthur. 1991. Konsep Fisika Modern Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Giancoli, Douglas C. 1991. Physics Third Edition. New Jersey: Prentice Hall.



Halliday, R. 1984. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Hans. 2002. Azas - Azas Ilmu Fisika. Jakarta: UI. Priyambodo, Tri Kuntoro. 2010.Fisika Dasar. Yogyakarta : ANDI.



Soedojo, P. 1992. Azas – Azas Ilmu Fisika. Yogyakarta: UGM. Tim Penyusun.2018. Buku Panduan Praktikum Eksperimenn Fisika I. Jember: FMIPA.



Zemansky, Sears. 1994. University Physics Modern Physics. San Fransisco: Peurseon Addison Wesley.