Spektrum Kisi [PDF]

Citation preview

SPEKTRUM KISI PROPOSAL EKSPERIMEN FISIKA I



Oleh Nama



: Violita Riyanda Safitri



NIM



: 161810201043



Kelompok



: A9



Nama Asisten :



LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKA DAN FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2018



BAB 1 PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Praktikum spektrum kisi dilakukan bertujuan untuk menentukan jarak antar kisi (d) dengan menggunakan spectrometer kisi. Kisi difraksi penting untuk menganalisis spektum gelombang elektromagnetik yang memiliki daerah yang luas dan lebih menguntungkan dari pada menggunakan prisma. salah satu hal yang menguntungkan adalah kisi difraksi yang tidak bergantung pada sifat-sifat disfersi ari bahan hanya bergantung pada geometri ( bentuk kuran) dan kisi. Kisi difraksi banyak digunakan untuk mengukur panjang gelombang cahaya. Pengukuran dilakukan dengan melewatkan cahaya pada kisi difraksi yang sudah diketahui jarak antar celah kisinya. Hubungan antara jarak antar celah kisi difraksi, panjang gelombang dan sudut difraksi untuk berbagai orde dibahas dalam buku teks fisika dasar dan buku optika. Hubungan ini berlaku untuk sinar yang datang secara tegak lurus terhadap kisi difraksi atau sinar dengan sudut datang sama dengan nol. Hal ini ditunjukkan dalam gambar yang menyertai perumusannya, akan tetapi penjelasannya tidak dinyatakan secara tegas. Oleh karena itu pengukuran-pengukuran yang berdasar pada hubungan tersebut, harus memenuhi persyaratan sudut datang sama dengan nol ( Halliday, 1977 ). Eksperimen spektrum kisi dengan menyusun peralatan seperti pada diagram yang sudah tersedia. Pasang tabung sumber cahaya pada power supply tube, untuk diletakkan sumber cahaya tersebut tepat di depan celah spektrometer, buka celah spektrometer antara 1-2 mm, kemudian hidupkan sumber cahaya. Perhatiakan pada tabung sumber cahaya akan cepat rusak jika digunakan secara terus menerus. Oleh karena itu tabung sumber cahaya tersebut secara teratur dengan menghidupkan tidak lebih dari 30 detik, kemudian dimatikan (kira-kira 30 detik) lalu dihidupkan lagi secara periodik. Diletakkan kisi difraksi pada meja spektrometer sehingga arah cahaya datang tegak lurus terhadap kisi difraksi, Letakkan teropong pada arah datangnya sumber cahaya, bahwa garis penunjuk pada mikroskop teropong tepat



ditengah bayangan sumber cahaya. Dicatat posisi teropong dengan membaca pada skala sudut spektrometer, bahwa sumber cahaya akan didifraksi oleh kisi ke dalam komponen spektrum cahaya pada orde satu, orde dua, orde tiga. Di sisi kiri dan sisi kanan kisi difraksi, dengan memindahkan posisi sudut teropong, diukur posisi sudut masing-masing spektrum cahaya untuk orde satu dan orde dua. Dicatat posisi masingmasing spektrum cahaya tersebut, dilakukan langkah yang sama untuk spectrum cahaya pada sisi kiri. Pada pengukuran ini, geserlah posisi kisi difraksi sehingga arah cahaya datang pada sudut 10o terhadap arah normal kisi, diletakkan teropong pada arah sumber cahaya.



1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari praktikum Spektrum Kisi yaitu 1.



Bagaimana pengaruh besar sudut difraksi untuk setiap orde pengukuran ?



2.



Bagaimana pengaruh panjang gelombang terhadap



?



1.3 Tujuan Tujuan dari praktikum Spektrum Kisi yaitu 1.



Mengetahui pengaruh besar sudut difraksi untuk setiap orde pengukuran.



2.



Mengetahui pengaruh panjang gelombang terhadap .



1.4 Manfaat Manfaat eksperimen spektrum kisi, berguna sebagai pengaruh sudut datang pada kisi difraksi, kedaan deviasi minimum juga digunakan untuk menentukan jarak antar celah kisi. Untuk itu, berbeda dari metode konvensional yang menggunakan sudut datang nol, di sini sudut datang akan divariasi.



BAB 2 DASAR TEORI



Pada



tahun



1802,



William



Hyde



Wollaston



membuat



temuan yang mencengangkan mengenai cahaya matahari. Ia menemukan bahwa spektrum matahari bukanlah seberkas cahaya yang perbatasan antara satu warna dan warna lain berupa gradasi yang sambung-menyambung tidak terputus, melainkan berisi beratus-ratus celah sempit. Tahun 1804, seorang ahli optika Jerman bernama Josef Von Fraunhofer, yang mempelajari penemuan Sir Isaac 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 (Supramono, 2005). Penggunaan spektroskopi sebagai sarana penentuan struktur senyawa memiliki sejarah yang panjang. Reaksi nyala yang populer berdasarkan prinsip yang sama dengan spektroskopi. Abad ke-19, kimiawan Jerman Robert Wilhelm Bunsen (18111899) dan fisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) berkerjasama mengembangkan spektrometer. Spektrometer membuat mereka berhasil menemukan dua unsur baru, rubidium dan cesium. Alat ini digunakan banyak kimiawan untuk menemukan unsur baru semacam galium, indium dan unsur-unsur tanah jarang. Spektroskopi telah memainkan peran penting dalam penemuan gas-gas mulia (Supramono, 2005). Difraksi adalah peristiwa penguraian cahaya monokromatik menjadi cahaya polikromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu) yang disebabkan oleh perbedaan indeks bias dari komponen-komponen warna. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang tersusun dari bermacam-macam warna cahaya. Cahaya ungu memiliki indeks bias terbesar dan cahaya merah memiliki indeks bias terkecil. Difraksi cahaya dapat terjadi jika cahaya melalui celah tunggal. Difraksi pada celah tunggal dapat mengakibatkan pola difraksi Franhoufer. Prinsip Huygens tiap bagian



celah berlaku sebagai sumber gelombang. Cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian lainnya (Zaelani, 2006). Sinar yang datang secara tegak lurus terhadap kisi difraksi, akan didifraksikan seperti yang ditampilkan pada gambar 1.



M=0



M=1 Gambar 1. Sinar datang tegak lurus terhadap kisi difraksi ( sumber : Tipler, 2001 )



Menurut ( Soedojo, 1992 ), bila jarak antar celah kisi difraksi adalah ‘d’ dan panjang gelombang cahaya yang datang adalah ‘λ’, maka hasil interferensi konstruktif ke arah sudut ‘θ’ akan memenuhi persamaan d sin θ = m λ



(1)



dengan m= 0, 1, 2, … adalah orde difraksi. Persamaan ini banyak digunakan sebagai dasar pengukuran panjang gelombang bila jarak antar celah kisi telah diketahui. Dan sebaliknya bila panjang gelombang telah diketahui, jarak antar celah kisi difraksinya juga dapat ditentukan dengan persamaan tersebut. Menurut ( Yulianto, 2011 ), berkas sinar yang datang tidak secara tegak lurus terhadap kisi difraksi, akan didifraksikan seperti pada gambar 2. Untuk keadaan seperti ini hubungan antara panjang gelombang ‘λ’, jarak antar celah kisi difraksi ‘d’ dan sudut difraksi ‘θ’ perlu dimodifikasi dengan sudut datangnya ‘i’ melalui persamaan d (sin θ + sin i) = m λ



(2)



Dari persamaan (2) dapat diperoleh θ =arc sin (k - sin i)



(3)



dengan k=mλ/d



(4)



BAB 3. METODE EKSPERIMEN



Metode eksperimen adalah cara penyajian dengan suatu percobaan, disebut juga sebagai tahapan-tahapan sistematis dalam melakukan eksperimen. Dalam hal ini terdapat rancangan eksperimen, jenis dan sumber data eksperimen, variabel eksperimen dan skala pengukuran, metode analisis data dan kerangka pemecahan masalah.



3.1 Rancangan Penelitian Secara garis besar, skema dari rancangan kegiatan eksperimen ditampilkan dalam bentuk diagram alir yang ditunjukkan pada gambar 3.1: Identifikasi Permasalahan



Kajian Pustaka



Variabel Penelitian



Kegiatan Eksperimen



Data



Analisis



Kesimpulan Gambar 3.1 Diagram Alir Rancangan Kegiatan Penelitian.



Langkah awal untuk melakukan eksperimen Spektrum Kisi dengan menyusun tabung sumber cahaya pada power supply tube yaitu melakukan permasalahan dalam percobaan Spektrum Kisi dengan tabung sumber cahaya tersebut. Dilanjutkan dengan melakukan kajian pustaka mengenai cara pengukuran dSpektrum Kisi pada tabung sumber cahaya, celah pada kisi. Melalui kajian pustaka ini, peneliti mengumpulkan dan mendapatkan sumber-sumber data. Selain itu, dilakukan pula operasional pada variabelvariabel yang akan digunakan untuk menunjang kegiatan eksperimen yang akan dilakukan. Kemudian akan diperoleh hasil berupa angka dan grafik yang kemudian dianalisis. Dari hasil analisis tersebut akan didapatkan kesimpulan berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan.



3.2 Jenis dan Sumber Data Eksperimen yang dilakukan bersifat kuantitatif, dimana data yang diperoleh dari hasil pengukuran objektif. Data yang akan di ambil berupa data kuantitas yang berupa nilai sudut difraksi dan panjang gelombang pada setiap spektrum warna yang dihasilkan, dengan sudut datang yang divariasi. 3.3 Definisi Operasional Variabel Variabel bebas yaitu faktor-faktor yang nantinya akan diukur, dipilih, dan dimanipulasi oleh peneliti untuk melihat hubungan di antara fenomena atau peristiwa yang diteliti atau diamati. Variabel bebas dalam Eksperimen Spektrum Kisi adalah posisi sudut kiri dan posisi sudut kanan. Variabel terikat yaitu faktor-faktor yang diamati dan diukur oleh peneliti dalam sebuah penelitian, untuk menentukan ada tidaknya pengaruh dari variabel bebas. Variabel terikat dalam Eksperimen Spektrum Kisi adalah spektrum cahaya warna yang dihasilkan. Variabel kontrol merupakan variabel yang diupayakan untuk dinetralisasi oleh sang peneliti dalam penelitiannya tersebut. Variabel inilah yang menyebabkan hubungan di antara variabel bebas dan juga variabel terikat bisa tetap konstan. Variabel kontrol dalam Eksperimen Spektrum Kisi adalah n, dimana n yang menyebabkan hubungan diantara variabel bebas dan variabel terikat tetap konstan.



3.4 Metode Analisis Data Analisis data yang digunakan dalam Eksperimen Spektrum Kisi adalah sebagai berikut : 3.4.1



Tabel Pengamatan



Sudut datang Posisi nol teropong =...............derajat Tabel 3.1 Sudut datang Pengukuran Orde



Posisi sudut



Spektrum



(kanan)



(derajat) (kiri)



Ungu Hijau Kuning 1 Kuning 2



Sudut datang Posisi nol teropong =...............derajat Tabel 3.2 Sudut datang Pengukuran Orde



Posisi sudut



Spektrum Ungu Hijau Kuning 1 Kuning 2



Tabel 3.3 Penyajian data Orde Warna



(kanan)



(derajat) (kiri)



3.4.2 1.



Ralat



Besar sudut difraksi yang didapatkan dari sisi kiri dan sisi kanan adalah :



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



Deskripsi



2.



Ralat grafik



3.4.3



Grafik



1.



Grafik hubungan



terhadap



2.



Grafik hubungan



terhadap sudut difraksi



3.5 Kerangka Pemecahan Masalah 3.5.1



Waktu dan Tempat Eksperimen Eksperimen Spektrum Kisi dilakukan pada hari Senin, tanggal 8 Oktober



2018 pukul 15.10 – 17.50 WIB dan bertempat di Laboratorium Optoelektronik dan Fisika Modern, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember.



3.6 Prosedur Penelitian 3.6.1



Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen spektrum kisi sebagai



berikut : 1.



Spektrometer digunakan untuk membantu mengamati garis – garis spectrum cahaya yang terbentuk.



2.



Holografic grating untuk merefleksikan berbagai panjang gelombang cahaya.



3.



Tabung sumber cahaya sebagai sumber cahaya.



4.



Power suply sebagai sumber tegangan.



3.6.2



Tata Laksana Eksperimen Tata laksana eksperimen yang dilakukan dalam Eksperimen Spektrum Kisi



sesuai dengan gambar berikut :



Gambar 3.2 Susunan Eksperimen Spektrum Kisi (Sumber : Tim Penyusun, 2017)



3.6.3



Langkah Kerja Langkah kerja yang digunakan dalam praktikum eksperimen spektrum kisi,



sebagai berikut : 1.



Peralatan disusun seperti pada gambar 3.2.



2.



Tabung sumber cahaya dipasang pada power supply tube.



3.



Sumber cahaya diletakkan tepat di depan celah spektrometer, celah spektrometer dibuka antara 1-2 mm, lalu dihidupkan sumber cahaya. Perhatikan: Tabung sumber cahaya akan cepat rusak jika digunakan secara terus menerus. Oleh karena itu digunakan tabung sumber cahaya tersebut secara teratur dengan menghidupkan tidak lebih dari 30 detik, lalu dimatikan (kira-kira 30 detik) lalu dihidupkan lagi, dst, secara periodik. On (minimal) detik 30 Off (maksimal) detik 30 sudut datang



4.



Kisi difraksi diletakkan pada meja spektrometer sehingga arah cahaya datang tegak lurus terhadap kisi difraksi,



5.



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



6.



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



7.



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



8.



Dilakukan langkah yang sama (No.7) untuk spectrum cahaya pada sisi kiri. Sudut datang



9.



Pada pengukuran ini, digeser posisi kisi difraksi sehingga arah cahaya datang pada sudut



terhadap arah normal kisi,



10. Teropong diletakkan pada arah sumber cahaya (seperti langkah No.5). Posisi sudut teropong dicatat. 11. Eksperimen dilakukan seperti langkah No. 6, 7, dan 8



DAFTAR PUSTAKA



Halliday, R. 1977. Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga. Soedojo, Peter. 1992. Azas-azas ilmu fisika jilid 3. UGM : Jogjakarta. Supramono, Eddy.2005. Fisika dasar II. Malang: UM Press. Tim penyusun eksperimen . 2017. Buku panduan eksperimen 1. Jember : Fmipa, Fisika, universitas jember. Tipler, P.A. 2001. Fisika untuk sains dan teknik jilid 2: edisi 3. Jakarta : Erlangga. Yulianto, A. 2011. Rancang spektrometer prisma. Surabaya : ITS. Zaelani,ahmad.2006. Bimbingan Pemantapan Fisika. Bandung: Yrama Widya.