pembuatan alat ukur pola distribusi intensitas difraksi

Pembuatan Alat Ukur Pola Distribusi Intensitas Difraksi Cahaya

Berbasis Mikrokontroller

Akhmad Yuniar, Prawito

Departemen Fisika –Instrumentasi, FMIPA UI, Kampus UI Depok, 16424

[email protected], [email protected]

Abstrak

Dalam penelitian ini, telah dibuat sebuah alat ukur yang dapat mengukur pola distribusi intensitas

cahaya. Dengan memanfaatkan fenomena sifat cahaya, penulis ingin mengetahui besar nilai pola distribusi

intensitas difraksi pada cahaya laser yang melewati kisi difraksi. Melalui sensor OPT101 akan terukur sinyal

listrik yang nantinya akan dihubungkan ke mikrokontroler. Kemudian alat ini akan dihubungkan dengan

komputer menggunakan standar komunikasi serial. Mikrokontroler diprogram menggunakan piranti lunak

Bascom AVR, sedangkan komputer digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran diprogram dengan

menggunakan LabVIEW National-Instrument.

Kata kunci : difraksi cahaya, sensor OPT101, mikrokontroler, LabVIEW

Abstract

In this experiment, has created a measuring instrument which can measure light intensity distribution

pattern. By exploiting the phenomenon of the nature of light, the author would like to know the value of the

intensity distribution of the diffraction pattern on laser light that passes through a diffraction grating. Through

sensors will OPT101 measurable electrical signal which will be connected to the microcontroller. Then the

device will be connected to the computer using a standard serial communications. Microcontroller is

programmed using software Bascom AVR, while the computer is used to display the measurement results

programmed using LabVIEW National-Instrument.

Keywords: diffraction of light, OPT101 sensor, microcontroller, LabVIEW

1. PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan

teknologi yang semakin pesat, maka kebutuhan akan

teknologi canggih dan mempermudah manusia dalam

melakukan aktifitasnya akan semakin berkembang.

Selain itu teknologi yang lebih canggih memberikan

kemudahan dalam pengoperasiannya.

Dalam bidang ilmu pengetahuan khususnya fisika,

banyak alat ukur yang digunakan untuk mengukur

suatu besaran fisika, salah satu contohnya adalah kisi

difraksi, alat ini dapat digunakan untuk mengukur

panjang gelombang dan struktur serta intensitas garis-

garis spektrum.[4] Oleh sebab itu, perlu adanya alat

yang dapat mengatasi hal tersebut, sehingga data yang

Pembuatan alat..., Akhmad Yuniar, FMIPA UI, 2013.

dihasilkan lebih akurat, salah satu contohnya adalah

menggunakan sensor OPT101.

Dengan memanfaatkan fenomena difraksi dan

interferensi, dan dengan memvariasikan jarak antara

layar dan sensor, akan diukur besar intensitas difraksi

cahaya. Besar nilai intensitas yang terbaca sensor

tersebut akan dikonversi oleh mikrokontroler. Pada

mikrokontroler, data tersebut dikonversi dengan

teknik ADC (Analog to Digital Converter), teknik ini

berfungsi untuk mengubah besaran fisika yang terukur

berupa bentuk sinyal listrik analog ke dalam bentuk

digital. Hasil pengukuran sensor akan ditampilkan

melalui sistem akusisi data yaitu LabVIEW. Berikut

merupakan gambar ilustrasi yang dapat menjelaskan

cara kerja alat ukur ini.

Gambar 1 Blok diagram

2. METODE PENELITIAN

Difraksi merupakan pembelokan gelombang disekitar

celah atau halangan tajam yang terjadi apabila

sebagian muka gelombang dipotong oleh halangan

atau rintangan.[4]

Gambar 2 Difraksi cahaya

Alat yang bermanfaat untuk mengukur panjang

gelombang cahaya adalah kisi difraksi, yang terdiri

atas sejumlah besar garis atau celah sejajar yang

berjarak sama pada permukaan datar. Kisi dapat

dibuat dengan memotong alur-alur yang berjarak

sama pada kaca atau pelat logam dengan mesin

penggaris presisi. [4]

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk

mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik.

OPT101 adalah photodioda monolithic dengan

transimpedans amplifier pada satu chip. Di dalam

sensor OPT101 terdapat fotodioda, op-amp, resistor

internal dan 2 kapasitor. Input sensor berupa intensitas

cahaya, sedangkan output sensor berupa tegangan.

Nilai outputnya linear terhadap intensitas cahaya.

Sedangkan Op-amp berfungsi sebagai penguat

transimpedans yang mengubah arus ke tegangan.

Gambar 3 Sensor OPT101

Perancangan sistem instrumentasi ini terdiri dari

perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak

(software). Perangkat keras terdiri dari semua sistem

elektronika seperti mikrokontroler sebagai pengendali

sistem, sensor OPT101 untuk menghitung besar

intensitas hasil difraksi, driver motor untuk

pengendali kerja Motor DC. Sedangkan perangkat

lunak terdiri atas pemrograman mikrokontroler

Atmega 8535 dengan menggunakan bahasa program

BASCOM-AVR yang dilengkapi dengan komunikasi

serial dan elemen antar-muka (interfacing) antara

mikrokontroler dengan komputer, menggunakan

program LabVIEW. Berikut ini merupakan blok

diagram sistem instrumentasi:

Gambar 4 Blok diagram sistem


Gambar 5 Rancangan Alat Eksperimen

Penelitian ini membutuhkan sebuah konstruksi

mekanik yang dapat menunjang pergerakan motor

secara dua dimensi untuk mengukur dua variabel yang

diperlukan dalam penelitian ini. Yang pertama adalah

jarak antara celah dengan posisi sensor sepanjang

sumbu x dan yang kedua adalah besar intensitas

cahaya dari laser, hasil difraksi yang melintang

sepanjang sumbu y.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengambilan data dilakukan dengan mengambil

contoh data dari kisi difraksi dengan lebar celah 100

celah/mm, 300 celah/mm, dan 600 celah/mm. Untuk

mendapatkan variasi data, pengambilan dilakukan

dengan menggunakan jarak yang berbeda-beda.

Adapun untuk mendapatkan nilai distribusi intensitas,

dilakukan pengambilan data tiap 1 cm. Data tersebut

merupakan hasil difraksi cahaya yang keluar dari kisi

difraksi.

a. Hasil percobaan dengan jumlah celah/mm = 100

celah/mm dengan jarak antara kisi dengan sensor

= 17 cm.

Gambar 9 Grafik pola distribusi intensitas cahaya

dengan jarak = 17 cm dari kisi

Dengan jarak antara kisi dengan sensor makin telihat

jelas pola distribusi intensitas cahaya nya. Terlihat

titik pada m = 0, dan m = 1, yang menunjukan

perbedaan besar intensitas cahaya nya.

b. Hasil percobaan dengan jumlah celah/mm = 100


= 19 cm.

Dari grafik distribusi intensitas cahaya yang telihat

pada ploting Labview seperti satu titik yang

berdekatan. Tetapi terlihat nilai intensitas yang

berbeda dengan jarak sebelumnya. Intensitas cahaya

nya lebih kecil, sehingga pola intensitas nya seperti

merata pada beberapa titik tertentu jarak tertentu.

Dapat diakibatkan juga oleh pengambilan data yang

dilakukan oleh sensor, sehingga intensitas maksimum

nya tidak terlihat pada gambar.


dengan x = 19 cm

c. Hasil percobaan dengan jumlah celah/mm = 100


= 21 cm.

Sebagian besar pola distribusi intensitas cahaya yang

telihat pada ploting Labview telihat seperti satu titik

yang berdekatan. Tetapi dengan intensitas cahaya nya

yang relatif sama.


dengan x = 21 cm dari kisi


d. Hasil percobaan dengan jumlah celah/mm = 100


= 23 cm.

Dengan jarak yang makin menjauh antara kisi dengan

sensor terlihat bahwa jarak tiap pengambilan data

sangat berperan dalam penelitian ini. Makin jauh jarak

pengambilan datanya makin tidak terlihat pola

intensitas cahaya yang dihasilkan difraksi dari kisi.


dengan x = 23 cm dari kisi

Dari data terlihat dari labview, didapatkan juga data yang lebih lengkap untuk tiap pengambilan data beserta nilai intensitas cahaya nya. a. Percobaan dengan kisi, dengan jarak antar kisi 100

mm/celah.

Gambar 14 Grafik hubungan jarak dengan intensitas

cahaya pada jarak 23 cm dari kisi

Gambar diatas merupakan pencuplikan data intensitas

cahaya pada jarak 23 cm dari layar. Grafik tersebut

menunjukkan intensitas maksimum terdapat pada

jarak 14 cm dan 18, dengan besar intensitas sebesar 3

Lux.

b. Percobaan dengan kisi, dengan jarak antar kisi 100

mm/celah






jarak 16 cm, dengan besar intensitas sebesar 16 Lux.

c. Percobaan dengan kisi, dengan jarak antar kisi 100

mm/celah





0 1 2 3 4

0 10 20 30 Intensita

s (Lux)

Jarak (cm)

Grafik hubungan antara jarak terhadap intensitas cahaya

Series1

0

2

4

6

0 10 20 30

Intensita

s (Lux)

Jarak (cm)


Series1

0 5 10 15 20

0 10 20 30

Intensita

s (Lux)

Jarak (cm)


Series1



jarak 17 cm, dengan besar intensitas sebesar 4 Lux.

Hasil distribusi intensitas menunjukkan bahwa

intensitas maksimum terdapat pada jarak 17-23 cm

dari sumbu Y, atau bisa dikatakan ditengah sumbu

tersebut. Perbedaan intensitas menunjukkan bahwa

perbedaan titik pengambilan data yang berbeda.

Pengambilan data yang dilakukan tiap 1 cm, dapat

mengakibatkan intensitas maksimum tidak terukur

dengan sempurna. Cahaya laser yang dihasilkan

menunjukkan pola titik, sehingga intensitas

maksimum didapat apabila cahaya tersebut benar-

benar mengenai sensor.

Dari grafik tersebut, dapat dihitung panjang

gelombang laser yang digunakan. Perhitungan dapat

dilakukan dengan menggunakan rumus :

d sin θ = m λ (1)

dengan :

d = jarak antar celah (m)

θ = sudut difraksi

m = orde (0,1,2,3,4,5)

λ = panjang gelombang (m)

Dikarenakan yang diketahui dari penelitian ini hanya

panjang lintasan nya. Persamaan diatas, dapat diganti

menjadi

d b/x = m λ (2)

dengan :

b = jarak dari titik pusat ke pola difraksi

x = jarak layar ke kisi

Dengan menggunakan variabel tersebut, dapat

ditentukan besar λ yang digunakan dalam penelitian

ini:

Lebar kisi d = 1/N N 100 mm

d 0.01 mm d 1.0.E-05 m θ0 5 Lx 17 cm

θ1 4 Lx 19 cm Y 29 cm

X 21 cm λpercobaan 9.523.E-07 m

Dengan λpercobaan = 9.52381.E-07 m, dapat diketahui kesalahan relatif yang terjadi. Acuan yang digunakan disini merupakan panjang gelombang sebuah laser sebesar 6.5.E-07 m.

Kes. relatif =λpercobaan − λteori

λteori∗ 100%

Kes. relatif =9.52. E − 07 − 6.5.! − 7

6,5.! − 7∗ 100%

Kes. relatif = 46.52 %

Untuk lebar kisi = 300 mm/celah didapatkan

perhitungan:

Lebar kisi d = 1/N

N 300 mm d 0.0033333 mm d 3.333.E-06 m θ0 17 Lx 16 cm θ1 2 Lx 22 cm Y 29 cm X 23 cm

λpercobaan 8.695.E-07 m



λteori∗ 100%

Kes. relatif =8.695. E − 07 − 6.5.! − 7

6,5.! − 7∗ 100%


Untuk lebar kisi = 600 mm/celah didapatkan perhitungan:

Lebar kisi d = 1/N

N 600 mm d 0.00166667 mm d 1.6667.E-06 m θ0 4 Lx 16 cm

θ1 2 Lx 3 cm Y 29 cm

X 23 cm λpercobaan 9.420.E-07 m




λteori∗ 100%

Kes. relatif =9.420. E − 07 − 6.5.! − 7

6,5.! − 7∗ 100%


Dengan besar kesalahan yang didapatkan dari

perhitungan, didapatkan kesalahan yang besar, 33.77 -

44,92 %. Angka tersebut didapat dari perbandingan

antara panjang gelombang laser sebesar 6.5E-7.

Besarnya kesalahan yang didapatkan disebabkan oleh

pengambilan data yang dilakukan dengan mengambil

intensitas tiap 1 cm. Intensitas yang akan terukur tidak

menunjukkan titik sesungguhnya dari hasil difraksi

cahaya tersebut.

4. KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat

disimpulkan bahwa :

• Untuk lebar kisi = 100 mm/celah, distribusi

intensitas maksimum yang dihasilkan berkisar antara

3-11 Lux.


intensitas maksimum yang dihasilkan berkisar antara

3-51 Lux.


intensitas yang dihasilkan berkisar antara 3-13 Lux.

Untuk pengambilan contoh perhitungan distribusi

intensitas cahaya, didapatkan:

• Untuk lebar kisi = 100 mm/celah, panjang

gelombang yang didapatkan dari penelitian = λpercobaan

= 9.52381.E-07, dengan besar kesalahan relatif

sebesar = 46.52 %.




sebesar = 33.77 %.




sebesar = 44.92 %.

DAFTAR ACUAN

[1]Beiser, Arthur. Konsep Fisika Modern (Houw

Liong, Penerjemah), 3rd Edition. Jakarta: Erlangga.

[2]Jenkins, Francis A. & White, Harvey E.

Fundamental Of Optics.1981. New York: Mc Graw-

Hill Book Company.

[3]Sarojo, Ganijanti Aby.Gelombang dan

Optika.2011. Jakarta:Salemba Teknika.

[4] Tipler, Paul A. Fisika untuk Sains dan Teknik

(Bambang Soegijono, Penerjemah). 3rd Edition,

Cetakan 1. Jakarta: Erlangga.

[5]http://staff.ui.ac.id/internal/040603019/material/D

CMotorPaperandQA.pdf [18 Juni 2012, pukul 10.45

WIB ]

[6]http://digilib.petra.ac.id [19 September 2012, pukul

19.40 WIB)

[7]http://www.scribd.com/doc/95731167/Rotary-

Encoder ( 12 Agustus 2012, pukul 15.50 WIB.)

[8]http://konversi.wordpress.com/2009/06/12/sekilas-

rotary-encoder/

[9] http://fahmizaleeits.wordpress.com

[10]http://www.hvwtech.com/products_view.asp?Pro

ductID=343

[11]http://lab.binus.ac.id/pk/fileforum/sensortranduser

[12] Rachmanto, Arif. Skripsi. Sistem Pengukur

Panjang Fokus Lensa Cekung Berbasis

Mikrokontroler.Depok: Perpustakaan Fisika UI.

[13]Asmoro, Vani Ardi. Skripsi. Sistem Detektor Pola

Cincin Difraksi Untuk Menentukan Diameter Celah

Sirkular Berbasis Mikrokontroler. Depok:

Perpustakaan Fisika UI.

[14] Iskandar, Nur Ilham. Skripsi. Alat Ukur Panjang

Gelombang Cahaya Tampak dengan Metode Kisi

Difraksi. Depok: Perpustakaan Fisika UI.


pembuatan alat ukur pola distribusi intensitas difraksi

Documents