1 Laporan resmi praktikum Fisika Modern

Abstrak—Sebuah percobaan tentang spektrometer telah dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari teori spektrometer prisma dengan pendekatan eksperimental, menentukan indeks bias prisma kaca, menentukan panjang gelombang dengan menggunakan prisma yang telah dikalibrasi, dan untuk mengamati spektrum warna cahaya dari panjang gelombang tertentu. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini seperangkat spektrometer dan lampu gas Hidrogen dan lampu gas Helium. Spektrum warna yang dihasilkan dari lampu gas Hidrogen yaitu merah, orange, kuning, hijau muda, hijau tua dan ungu dan bersifat

kontinu, sedangkan spektrum warna pada Helium yaitu warna merah, jingga, hijau, biru dan ungu dan bersifat diskrit. . Pada pengukuran lampu gas Hidrogen dan lampu gas Helium, panjang gelombang spektrum merah lebih pendek daripada panjang gelombang spektrum ungu. Dari grafik juga dapat dilihat bahwa semakin panjang gelombang referensinya, semakin pendek indeks biasnya. Panjang gelombang untuk lampu gas Hidrogen, warna merah 681.25 nm, warna orange 543.75 nm, warna kuning 537.5 nm, warna hijau muda 500 nm, warna hijau tua 443.75 nm, dan warna ungu adalah 393.75 nm. Sedangkan untuk lampu gas helium panjang gelombang untuk warna merah adalah 716,67 nm, warna jingga 650 nm, warna hijau 533,33 nm, warna biru 450 nm, dan ungu 416.67 nm.

Kata Kunci—spektrometer, spektrum warna, panjang gelombang spektrum warna.

I. PENDAHULUAN

Pektrometer adalah alat yang digunakan untuk mengamati dan mengukur sudut deviasi cahaya

datang karena pembiasan dan dispersi. Spektrometer atau spektroskop adalah alat untuk mengukur panjang gelombang dengan akurat dengan menggunakan kisi difraksi, atau prisma, untuk memisahkan panjang gelombang cahaya yang berbeda.[3] Dengan menggunakan hukum Snellius, indeks bias dari kaca prisma untuk panjang gelombang tertentu untuk spektrum warna tertentu dapat ditentukan.

S

n =

sin12( α+β )

sin12α

.........................................(1.1)

Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang bisa dilihat oleh mata. Kecepatan cahaya adalah 2,99 x 108 m/s. Sifat-sifat cahaya antara lain cahaya bergerak lurus ke segala arah , cahaya dapat di refraksikan atau dipantulkan, cahaya dapat dibiaskan (refleksi) dan cahaya dapat diuraikan (dispersi), dan cahaya dapat mengalami interferensi.[2] Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut memberikan batasan kira-kira untuk warna-warna spektrum:[1]

Warna Range

Ungu 380-450 nm

Biru 450-495 nm

Hijau 495-570 nm

Kuning 570-590 nm

Jingga 590-620 nm

Merah 620-750 nm

Gejala dispersi adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik). Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, yaitu cahaya yang mempunyai bermacam-macam panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Semakin kecil panjang gelombangnya, maka semakin besar indeks biasnya. Dispersi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya. Tiap-tiap cahaya memiliki sudut deviasi yang berbeda-beda. Selisih antara sudut deviasi cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi.[4]

SPEKTROMETER Latifatul Hidayah, Nurul Rosyidah

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: latifatul.hidayah12@mhs.physics.its.ac.id

2 Laporan resmi praktikum Fisika Modern

Gambar 1. Prisma segitiga[1]

Prinsip kerja dari Spektrometer adalah cahaya didatangkan lewat celah sempit yang disebut kolimator. Kolimator ini merupakan fokus lensa, sehingga cahaya yang diteruskan akan bersifat sejajar. Cahaya sejajar, kemudian diteruskan ke kisi untuk kemudian ditangkap oleh telescop yang posisinya dapat digerakkan. Perbedaan dari indeks bias dari tiap-tiap zat atau bahan menjelaskan perbandingan kecepatan cahaya saat di medium pertama dengan medium kedua. Indeks bias ini sangat dibutuhkan untuk eksperimen-eksperimen berikutnya yang membutuhkan pengetahuan dari bahan apa yang dapat digunakan untuk melewatkan suatu cahaya menjadi terdispersi menjadi cahaya-cahaya yang lain, yang pada akhirnya dapat menentukan panjang gelombang hasil dispersi[2]. Cahaya yang masuk pada sebuah kisi yang jarak celahnya diketahui didispersikan ke dalam sebuah spektrum. Sudut-sudut deviasi dari maksimum-minimum kemudian diukur, dan persamaan

dsinϴ = mλ (m= 0,±1.±2,...)digunakan untuk menghitung panjang gelombang. Dengan menggunakan sebuah kisi yang mempunyai banyak celah, maka dihasilkan maksimum-minimum yang sangat tajam, dan sudut deviasi dapat diukur secara sangat teliti. Setiap panjang gelombang yang dipancarkan oleh sumbernya akan menghasilkan bayangan terpisah celah pengkolimasi dalam spektroskop yang disebut garis spektrum. Seberkas garis yang bersesuaian dengan m=1 disebut spektrum orde 1.[6] Bila suatu gas dipanaskan maka gas itu memancarkan cahaya yang panjang gelombangnya tertentu, tergantung dari molekul gas tersebut. Pengukuran ini terkadang digunakan dalam penentuan gas pada bintang jatuh. Alat spektrometer terdiri dari sumber cahaya, celah, lensa, kisi, teleskop,dan yang paling penting adalah plat sudut. [5]

II. METODE `

Gambar 2. Gambar rangkaian alat spektrometer

Langkah awal yang dilakukan dalam melakukan percobaan ini yaitu mempersiapkan alat dan bahan. Alat dan bahan yang digunakan yaitu satu set spektrometer, lampu gas Helium, lampu gas Hidrogen, trafo step up dan step down, hambatan geser( rheostat), serta power supply. Setelah peralatan dipersiapkan peralatan dirangkai. Lampu Hidrogen/ Helium diletakkan di belakang celah kolimator tepat agar sinar dapat sampai pada prisma. Sebelum dihubungkan dengan sumber tegangan, lampu gas helium/ hidrogen dipasang dan pastikan peralatan terpasang dengan tepat dan pada tempatnya, dikarenakan dalam praktikum ini menggunakan sumber tegangan tinggi (PLN). Setelah semua terpasang dengan benar, spektrometer dihubungkan dengan sumber PLN. Fokus teropong diatur agar dapat melihat benda di jauh tak terhingga. Kemudian besar sudut pelurus kolimator ditentukan dengan menggunakan penggaris yang ditarik tegak lurus terhadap skala vernier. Besar sudut deviasi ditunjukkan pada skala vernier yang tertera pada spektrometer. Cara pembacaan skala vernier sama dengan pembacaan alat ukur pada jangka sorong. Dari alat – alat yang digunakan dalam praktikum, mempunyai fungsi yang berbeda. Kolimator berfungsi sebagai celah yang memfokuskan cahaya dari lampu gas agar sampai tepat pada prisma. Setelah lampu dinyalakan cahaya yang masuk pada prisma dibiaskan lalu kemudian didispersikan menjadi spektrum warna yang mempunyai panjang gelombang yang berbeda – beda. Dari masing – masing spektrum warna yang terjadi, didapatkan indeks bias (n) dengan membidikkan teleskop pada masing – masing warna tersebut. Dari indeks bias n tersebut dibuatlah grafik antara indeks bias dan lamda refrensi. Dari hasil regresi linear dapat ditentukan lamda dari hasil perhitungan. Lamda pada tiap – tiap spektrum warna

3 Laporan resmi praktikum Fisika Modern

ini yang nantinya akan dihitung dan dibandingkan dengan lamda refrensi. Berikut adalah Flowchart nya:

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah dilakukan percobaan Spektrometer dengan tiga kali pengulangan, maka diperoleh data sudut deviasi sebagai berikut :

3.1 Tabel data sudut deviasi pada lampu gas helium

Warnaβ (sudut deviasi) β rata-

rata1 2 3Merah 71,6 71,7 71,7 71,67Jingga 72,2 72,2 72,2 72,2Hijau 73,3 73,2 73,2 73,23

Biru 73,9 73,9 73,9 73,9Ungu 74.3 74.3 74.3 74.3

3.2 Tabel data sudut deviasi pada lampu gas hidrogen

Warnaβ (sudut deviasi) β

rata-rata1 2 3

Merah 71.3 71.3 71.3 71.3Orange 71.4 71.3 71.3 71.33Kuning 71.5 71.5 71.5 71.50Hijau Muda 72,5 72,2 72,2 72.3Hijau Tua 73.6 73,7 73.7 73.67Ungu 74.7 74.7 74.8 74.73

Percobaan dilakukan dengan menggunakan spektrometer dan dua macam lampu gas, yaitu lampu gas Helium dan lampu gas Hidrogen. Pengaturan peletakan spektrometer haruslah mengikuti standard penggunaan alat. Karena apabila lampu gas diletakkan di ujung penjepit spektrometer, akan menimbulkan percikan api. Selain itu, dalam lampu gas Hidrogen juga terdapat Hidrogen, sedangkan pada lampu gas Helium berisi Helium. Sebelum praktikum dimulai, diukur terlebih dahulu titik nol dari spektrometer yaitu 290.10. Dilakukan tiga kali pengulangan untuk menentukan sudut dari setiap spektrum warna dengan cara memvariasi pengamatnya. Data yang didapatkan adalah spektrum warna dari setiap lampu gas yang diamati serta sudut deviasi yang dihsilkan oleh setiap spektrum warna yang diamati oleh pengamat yang berbeda. Spektrum warna yang berbeda – beda itu terjadi dikarenakan proses pembiasan dan dispersi yang terjadi pada prisma. Jadi, cahaya dari lampu gas Helium dan Hidrogen itu dihasilkan dari tumbukan yang sangat keras dari muatan - muatan pada lampu gas dengan muatan – muatan yang terdapat pada arus listrik yang bertegangan tinggi(menggunakan sumber tegangan PLN). Kemudian cahaya yang dipancarkan difokuskan oleh kolimator agar tepat jatuh mengenai prisma. Selanjutnya berkas cahaya yang mengenai prisma akan dibiaskan untuk kemudian didispersikan menjadi spektrum warna yang berbeda – beda.

Setelah diamati, spektrum warna yang dipancarkan oleh lampu gas Hidrogen bersifat kontinu yaitu setiap spektrum warnanya saling berdekatan. Warna-warna yang dipancarkan adalah merah, orange, kuning, hijau muda, hijau tua dan ungu. Dengan rata-rata sudut deviasinya adalah berturut-turut sebesar 71.3, 71.33, 71.50, 72.3, 73.67, 74.73. Spektrum warna yang dipancarkan oleh lampu gas Helium bersifat diskrit, yaitu warna satu dan warna yang lain tidak saling

Rangkai alat

Lampu gas dipasang

Atur letak lampu dibelakang Kolimator

Lampu gas telah dicoba semua?

Sambungkan dengan PLN

Atur letak teleskop agara semua warna

terlihat

Sudut pelurus ditentukan

Finish

Sudut Deviasi didapat

Start

Ganti dengan lampu gas lain

4 Laporan resmi praktikum Fisika Modern

berdekatan, atau saling berjauhan, sehingga dapat dengan mudah diamati. Spektrum warna yang teramati adalah warna merah, jingga, hijau, biru dan ungu. Dengan rata-rata sudut deviasinya adalah sebesar 71.67, 72.2, 73.23, 73.9, 74.3.

Data hasil percobaan pada kedua lampu gas dapat diketahui bahwa pada warna ungu memiliki sudut deviasi yang merupakan sudut terbesar yaitu sebesar 74.3 derajat pada lampu gas Helium dan senilai 74.73 derajat pada lampu gas Hidrogen. Sementara itu warna merah merupakan sudut deviasi terkecil dengan nilai 71.67 derajat pada lampu gas Helium dan senilai 71.3 derajat pada lampu gas Hidrogen.Hal ini terjadi dikarenakan besar sudut deviasi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Karena warna ungu merupakan warna yang meliki panjang gelombang terkecil sehingga sudut deviasi yang dihasilkan terbesar. Begitu juga pada warna merah, karena panjang gelombangnmya terbesar maka sudut deviasinya terkecil.

Dari data hasil percobaan pada tabel 3.1 dan tabel 3.2 dapat dihitung nilai indeks bias untuk masing-masing spektrum warna dengan menggunakan persamaan (1.1) dengan α=¿600 karena pada prisma merupakan segitiga sama sisi. Dari perhitungan tersebut, diperoleh hasil indeks bias sebagai berikut:

3.3 Tabel data indeks bias pada lampu gas helium

Warna Indeks bias (n)

Merah 1,824Kuning 1,828Hijau 1,835Biru 1,84

Ungu 1,842

n rata 1.833.4 Tabel data indeks bias pada lampu gas hidrogen

Warna Indeks bias (n)

Merah 1,833Orange 1,822Kuning 1,823

Hijau Muda 1,829Hijau Tua 1,838

Ungu 1,846

n rata 1.83

Dari hasil perhitungan di atas, maka dapat dirata-rata nilai dari indeks bias pada masing – masing lampu. Untuk lampu Hidrogen diperoleh nilai indeks bias sebesar 1.83 dan pada lampu Helium sebesar 1.83. Sehingga diperoleh indeks bias dari prisma kaca adalah 1.83. Setelah didapatkan data indeks bias, langkah selanjutnya adalah nilai panjang gelombang dari masing warna untuk setiap lampu gas dengan menggunakan formula Cauchy yaitu n = A+B. Nilai panjang gelombang dapat diperoleh dengan meregresi linier antara indeks bias dengan panjang gelombang referensi berikut ini.

Gambar 3.1 Grafik indeks bias dengan panjang gelombang refrensi pada lampu gas hidrogen

350 400 450 500 550 600 650 7001.761.781.801.821.841.86

f(x) = − 0.000151122071516646 x + 1.9090726674887

grafik hidrogen

ƛ

inde

ks b

ias (

n)

Gambar 3.2 Grafik indeks bias dengan panjang gelombang refrensi pada lampu gas helium

Dari grafik di atas, mengacu pada persamaan Cauchy n = A+B diperoleh nilai kosntanta A pada lampu gas Helium adalah -0.00006 dan nilai konstanta B adalah 1.867. Sementara pada lampu Hidrogen, nilai A adalah -0.0002 dan nilai B adalah 1.9091. Setelah nilai konstanta A dan B diperoleh, maka langkah selanjutnya menghitung . Dari Formula Cauchy diperoleh nilai panjang gelombang dari masing – masing spektrum warna dan tersaji dalam tabel berikut.

300 400 500 600 7001.80

1.85f(x) = − 6.48920327624722E-05 x + 1.86780342516754

grafik helium

grafik heliumLinear (grafik he-lium)

ƛ

inde

ks b

ias (

n)

5 Laporan resmi praktikum Fisika Modern

Tabel 3.5 Panjang gelombang pada lampu gas Helium

Warna (nm)

Merah 716.67Jingga 650Hijau 533.33Biru 450

Ungu 416.67Tabel 3.6 Panjang gelombang pada lampu gas

Hidrogen

Warna (nm)

Merah 681.25Orange 543.75Kuning 537.5

Hijau Muda 500Hijau Tua 443.75

Ungu 393.75

Berdasarkan pada tabel diatas, dapat diketahui bahwa nilai panjang gelombang tertinggi adalah warna merah pada kedua lampu gas tersebut. Dan warna yang memiliki panjang gelombang terpendek adalah warna ungu. Dari hasil panjang gelombang di atas langkah selanjutnya adalah mencari error dengan panjang gelombang yang diperoleh dari referensi. Berikut adalah nilai error untuk panjang gelombang.Tabel 3.7Nilai error pada panjang gelombang lampu

gas Helium

Warna Percobaan

(nm)

referensi Error

Merah 716.67 680 1.053Jingga 650 580 1.12Hijau 533.33 530 1.006Biru 450 450 1

Ungu 416.67 380 1.096

Tabel 3.8 Nilai error pada panjang gelombang lampu gas Hidrogen

Warna Percobaan

(nm)

referensi Error

Merah 681.25 680 1Orange 543.75 620 0.87

Kuning 537.5 580 0.92Hijau Muda

500 525 0.95

Hijau Tua

443.75 480 0.92

Ungu 393.75 400 0.98

IV. KESIMPULAN

Dari percobaan spektrometer yang telah dilakukan ini, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa spektrometer adalah alat yang dapat mendispersikan cahaya putih menjadi spektrum-spektrum warna. Spektrum warna pada Hidrogen yaitu merah, orange, kuning, hijau muda, hijau tua dan ungu , sedangkan spektrum warna pada Helium yaitu warna merah, jingga, hijau, biru dan ungu. Indeks bias kaca prisma adalah 1.83. Kemudian untuk panjang gelombang untuk lampu gas Hidrogen, warna merah 681.25 nm, warna orange 543.75 nm, warna kuning 537.5 nm, warna hijau muda 500 nm, warna hijau tua 443.75 nm, dan warna ungu adalah 393.75 nm. Sedangkan untuk lampu gas helium panjang gelombang untuk warna merah adalah 716,67 nm, warna jingga 650 nm, warna hijau 533,33 nm, warna biru 450 nm, dan ungu 416.67 nm.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten Laboratorium Elektronika Dasar Nurul Rosyidah dan Nofyantika Wulandari yang telah membimbing praktikam hingga selesai mengerjakan laporan ini. Terimakasih tak lupa kepada rekan – rekan satu kelompok terimakasih atas kerjasamanya, dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian laporan ini.

DAFTAR PUSTAKA[1] Alonso, Marcelo.1994.”Dasar – Dasar Fisika Universitas”.

Erlangga:Jakarta.[2] Dosen – Dosen Fisika ITS.2012.”Fisika II”.Yanasika:surabaya.[3] Giancoli, C Douglas.2001.”Fisika Edisi ke 5”. Erlangga:Jakarta.[4] Serway, Raymond A. 2004. “Physics for Science and Enginers”.

Pomora: Thompson.[5] Tippler, Paul A. 1991. “Fisika untuk Sains dan Teknik”.

Erlangga:Jakarta..[6] Sears, Zemansky, Young F. 2001. “Fisika Universitas”. Erlangga:

Jakarta.