LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKAPERTEMUAN VI POLARISASI CAHAYA

Nama

: Yohana YosafinaNIM

: 1142101184Tgl Praktikum: 19 Maret 2012No. Praktikum: XAsisten Dosen: Samuel ToraTEKNIK INFORMATIKAUNIVERSITAS KRISTEN IMANUELYOGYAKARTA2012Bab. 1 Tujuan PraktikumSetelah melakukan praktikum ini diharapkan dapat:1. Mengamati polarisasi cahaya.2. Mengukur aktivitas optik larutan gula.Bab. 2 Teori2.1 Cahaya terpolarisasi linear. Menurut teori elektromagnetika cahaya adalah gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang transversal yang merambatkan medan listrik dan medan magnet dengan laju c=2,99.108m/s. Arah vektor medan magnet tegak lurus arah perambatannya seperti digambarkan pada Gambar 1. Cahaya yang terpolarisasi seperti pada Gambar 1 dinamakan cahaya yang terpolarisasi linear atau terpolarisasi bidang.

Gambar 1. Gelombang elektromagnetik yang terpolarisasi linear. Vektor medan listrik dan vektor medan magnet tegal lurus arah perambatan gelombang.

Karena hubungan antara kuat medan listrik dengan besar induksi magnetic adalah E=cB maka arah getar gelombang electromagnet seperti pada Gambar 1 cukup ditinjau dalam arah vektor madan listrik E saja. Bila arah rambat gelombang adalah kea rah sumbu z positif maka gelombang pada Gambar 1 dapat dinyatakan sebagai:

E(z,t) = E0cos(kz-t)

(1)

k = ; v adalah kecepatan rambat gelombang

Vektor E0 tegak lurus dengan arah perambatan, yaitu sumbu z positif; jadi terletak pada bidang xy sehingga persamaan (1) dapat dinyatakan sebagai:

E(z,t) = i.E0xcos(kz-t) + j.E0ycos(kz-t)

(2)atau

E(z,t) = Ex(z,t) + Ey(z,t)

(3)Semua gelombang terpolarisasi linear kea rah sumbu z positif dapat dinyatakan sebagai superposisi dua gelombang terpolarisasi linear yang saling tegak lurus, dalam hal ini adalah gelombang dalam arah getar x dan gelombang dalam arah getar y. Tampak bahwa kedua komponen arah getar kea rah x, Ex, dan ke arah y, Ey, mempunyai fase yang sama. Gelombang terpolarisasi linear dapat diperoleh pula sebagai superposisi Ex dan Ey yang mempunyai beda fase 180o.

2.2 Cahaya terpolarisasi lingkaran dan elips

Ditinjau superposisi dua gelombang beramplitudo sama besar yang arah getarnya saling tegak lurus tetapi mempunyai beda fase 90o seperti dirumuskan pada persamaan (4).

E(z,t) = E0[i.cos(kz-t) + j.cos(kz-t-x/2)]

(4)

= E0[i.cos(kz-t) + j.sin(kz-t)]

Dilihat pada titik z tertentu misalnya z=0, dengan bertambahnya waktu i, tampak bahwa vektor E(z,t) berputar dari arah sumbu y positif ke arah sumbu x positif. Dilihat dari sumbu i positif (melihat ke arah gelombang datang) tampak bahwa arah getar gelombang berputar ke kanan. Gelombang dengan arah getar seperti itu disebut gelombang terpolarisasi lingkaran dalam arah putar kanan. Gelombang terpolarisasi lingkaran dalam arah putar kiri dapat dinyatakan dengan persamaan (5).

E(z,t) = E0[i.cos(kz-t) - j.sin(kz-t)]

(5)

Gambar 2: Vektor medan listrik gelombang terpolarisasi lingkaran dilihat kea rah datang gelombang.

Jika beda fase antara dua gelombang dengan arah getar saling tegak lurus tidak sama dengan 90o dan juga tidak sama dengan 0o atau 180o maka superposisinya akan berupa gelombang terpolarisasi elips putar kanan atau putar kiri. Demikian pula halnya apabila amplitude kedua gelombang tersebut tidak sama. Secara umum gelombang terpolarisasi elips dapat dinyatakan sebagai persamaan (6):

E(z,t) = i.E0xcos(kz-t) j.E0ycos(kz-t-)(6)

E0x E0y0o,90o,180oPersamaan (4), (5), dan (6) menunjukkan bahwa gelombang terpolarisasi lingkaran dan gelombang terpolarisasi elips dapat dihasilkan dari superposisi dua gelombang terpolarisasi linear yang arah getarnya saling tegak lurus. Hal sebaliknya juga berlaku, yaitu bahwa gelombang terpolarisasi lingkaran, atau elips. Berikut ini ditunjukkan bahwa gelombang terpolarisasi linear merupakan superposisi gelombang terpolarisai lingkaran putar kanan dan putar kiri.

E = i.E0cos(kz-t)

= [i.cos(kz-t) + j.sin(kz-t)] + [i.cos(kz-t) + j.sin(kz-t)]

= Eputar kanan + Eputar kiri

(7)2.3 Cara membuat cahaya alami terpolarisasi linear

Setiap cahaya yang dipancarkan oleh atom atau oleh muatan yang dipercepat terpolarisasi dengan cara tertentu, dapat secara linear, lingkaran atau elips. Sumber cahaya alami terdiri dari sejumlah besar atom yang masing-masing memancarkan cahaya dengan arah polarisasinya sendiri-sendiri. Dengan demikian cahaya yang terpancarkan adalah cahaya dengan vektor medan listrik ke segala arah tegak lurus perambatan cahaya. Keadaan demikian dikatakan bahwa cahaya alami tak terpolarisasi. Vektor medan listrik cahaya tak terpolarisasi tersebut dapat diuraikan menjadi dua komponen yang tegak lurus misalnya seperti persamaan (3).

Cahaya alami dijadikan terpolarisasi dengan cara menghilangkan salah satu komponen tegak lurus vektor medan listriknya yaitu dengan melakukan melewati polarisator. Prinsip kerja salah satu jenis polarisator (polaroid) digambarkan pada Gambar 3

Gambar 3: Prinsip kerja polarisator polarid. Polarisator poraid tersusun dari bahan transparan yang pada permukaannya terdapat kisi-kisi konduktor sejajar yang sangat tipis. Jarak antara kisi yang satu dengan yang lain sangat kecil dalam orde panjang gelombang cahaya. Cahaya dengan medan listrik dalam arah tegak lurus deangan kiri konduktor dilakukan sedangkan yang sejajar diserap.

Pada polaroid terdapat kisi-kisi sejajar amat tipis yang bersifat sebagai konduktor. Elektron-elektron dapat bergerak sepanjang kisi-kisi tersebut yaitu sepanjang sumbu x seperti pada gambar 3, oleh karena pengaruh medan listrik dalam arah sumbu x. Tetapi medan listrik dalam arah sumbu y tidak berpengaruh apa-apa karena elektron tidak dapat bergerak partikal. Jadi energi medan listrik dalam arah sumbu x diserap oleh elektron-elektron dalam kisi untuk gerak elektron sepanjang kisi. Energi ini selanjutnya akan didisipasikan menjadi panas oleh tumbukan electron dengan atom-atom kisi konduktor. Proses demikian mengakibatkan hilangnya komponen medan listrik dalam arah sejajar dengan kisi-kisi konduktor. Jadi tinggal cahaya dengan komponen Ey saja yang diteruskan oleh polaroid, menghasilkan cahaya terpolarisasi linear dalam arah polarisasi sumbu y. Polarisator pada gambar 3 dikatakan mempunyai sumbu polarisasi ke arah sumbu y.2.4 Hukum Malus

Satu cahaya tidak terpolarisasi atau terpolarisasi linear dapat diketahui dengan cara melewatkannya melalui polarisator yang dapat diputar. Sesuai dengan pembahasan bagian 3 jelas bahwa jika cahaya tersebut terpolarisasi linear maka ada posisi polarisator yang tidak melakukan cahaya tersebut, yaitu jika arah polarisasi cahaya tegak lurus dengan sumbu polarisasi polarisator. Hal ini dapat diamati dengan menyusun dua buah polarisator seperti pada Gambar 4.

Gambar 4: Susunan polarisator yang menghadap sumber cahaya tetap dinamakan polarisator karena bertugas memolarisasi cahaya dari sumber cahaya. Polarisator yang kedua dinamakan analisator karena digunakan untuk memeriksa cahaya yang dilakukan oleh polarisator pertama. Misal cahaya yang keluar dari polarisator mempunyai medan listrik E0 dan intensitas I0. Jika sumbu polarisasi analisator membentuk sudut terhadap sumbu polarisasi polarisator maka hanya komponen medan listrik dalam arah sumbu polarisasi analisator saja yang dilakukan, yaitu E = E0cos. Karena intensitas sebanding dengan kuadrat kuat medan listrik maka intensitas cahaya yang keluar dari analisator memenuhi persamaan:

I = I0cos2

(8)Persamaan (8) disebut hokum Malus.

Sesuai dengan persamaan (8) dengan bertambahnya beda sudut polarisasi antara sumbu polarisator dan sumbu analisator maka intensitas akan berkurang hingga 0 untuk = 90o.

2.5 Aktivitas optik larutan gula

Beberapa bahan memiliki sifat yang menarik dalam melakukan cahaya. Cahaya yang terpolarisasi linear dalam satu bahan dapat mengalami pemutaran arah polarisasi, seperti ditunjukkan gambar 5. Bahan tersebut dikatakan memiliki aktivitas optik.

Gambar 5: Perputaran arah polarisasi cahaya dalam bahan. Setelah nmenempuh jarak sejauh d ke arah sumbu z, arah polaritas terputar sebesar susut .

Arah polarisasi cahaya berangsur-angsur berubah dengan semakin dalam cahaya memasuki bahan. Dilihat ke arah datang, tampak bahwa arah polarisasi cahaya terputar ke kanan sehingga bahan tersebut disebut zat putar kanan (dextrorotatory = putar kanan, levordotatory = putar kiri). Sebagai contoh gula (sukrosa) bersifat putar kanan, kwarsa bersifat putar kanan atau putar kiri.

Pada bagian 3.2 dijelaskan bahwa cahaya terpolarisasi linear dapat dinyatakan sebagai jumlah (superposisi) cahaya terpolarisasi lingkaran putar kanan dan putar kiri yang memiliki tetapan gelombang k=/v yang sama (lihat persamaan (7)). Terputarnya arah polarisasi cahaya pada suatu bahan dapat dijelaskan bahwa tetapan gelombang k untuk komponen putar kanan dan putar kiri berbeda. Misal tetapan gelombang komponen putar kanan dan kiri berturut-turut adalah ka dan ki, vektor medan listrik cahaya dalam bahan dapat dituliskan sebagai:

E = Eputar kanan + Eputar kiri

=[i.cos(kaz-t) + j.sin(kaz-t)] + [i.cos(kiz-t)-j.sin(kiz-t)]

= i [cos(kaz-t) + cos(kiz-t)] + j [sin(kaz-t) sin(kiz-t)]

= E0cos[(ka+ki)z/2-t)].{i.cos( z) + j.sin( z)}(8)Persamaan (8) menunjukkan bahwa menuju kea rah z positif, vektor E berputar ke kiri jika ka-k1>0 dan berputar ke kanan jika ka-k1