LAPORAN SPEKTRUM KISI, Papers of Experimental Physics

Download LAPORAN SPEKTRUM KISI and more Papers Experimental Physics in PDF only on Docsity! SPEKTRUM KISI LAPORAN MINGGUAN EKSPERIMEN FISIKA 1 Oleh : OLE LABORATORIUM FISIKA MODERN DAN OPTOELEKTRONIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2023 Nama : Ike Agustin Nim : 211810201033 Kelompok : 6 (Enam) Shift : 1 (Satu) Asisten : Juwita Topisto Wibowo ii DAFTAR ISI DAFTAR ISI ................................................................................................................. ii DAFTAR TABEL ........................................................................................................ iii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... iv DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. v RINGKASAN .............................................................................................................. vi BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................... 2 1.3 Tujuan Praktikum ................................................................................................ 2 1.4 Manfaat Praktikum .............................................................................................. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 4 2.1 Sejarah ................................................................................................................. 4 2.2 Teori .................................................................................................................... 4 2.3 Gambar ................................................................................................................ 8 BAB III METODE EKSPERIMEN .............................................................................. 9 3.1 Rancangan Penelitian .......................................................................................... 9 3.2 Jenis dan Sumber Data ...................................................................................... 10 3.3 Definisi Operasional Variable ........................................................................... 10 3.4 Metode Analisis Data ........................................................................................ 10 3.4.1 Rumus ......................................................................................................... 10 3.4.2 Tabel ........................................................................................................... 11 3.5 Kerangka Pemecahan Masalah .......................................................................... 11 3.5.1 Diagram Percobaan ..................................................................................... 11 3.5.2 Alat dan Bahan ........................................................................................... 13 3.5.3 Prosedur kerja ............................................................................................. 13 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 15 4.1 Hasil .................................................................................................................. 15 4.2 Pembahasan ....................................................................................................... 17 BAB V KESIMPULAN .............................................................................................. 20 5.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 20 5.2 Saran .................................................................................................................. 20 LAMPIRAN ................................................................................................................ 22 v DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 .................................................................................................................. 22 Lampiran 2 .................................................................................................................. 22 Lampiran 3 .................................................................................................................. 22 Lampiran 4 .................................................................................................................. 22 Lampiran 5 .................................................................................................................. 22 vi RINGKASAN Spektrum mulai dikaji oleh Newton pada abad ke 18. Ia mengamati sinar matahari melalui kaca berbentuk prisma dan mengamati sebaran sinar putih menjadi komponen-komponen warna. Susunan-susunan komponen waran tersebut yang dikenal dengan spektrum. Difraksi merupakan gejala penyebaran arah yang dilalui oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui celah sempit. Kisi difraksi merupakan suatu piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi. Kisi terdiri dari lembaran gelas atau logam spekulum dengan garis-garis seajar yang berjumlah sangat banyak dan mempunyai jarak sama pada lembaran tersebut. Kisi bisanya digunakan dalam monokomator dan spektrum. Spektrum kisi merupakan instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum panjang gelombang cahaya, baik spektrum emisi, spektrum absorpsi, spektrum transmisi, spektrum reflektansi dan spektrum kisi dari sebuah objek. Dispersi merupakan peristiwa penguraian cahaya polikromatik menjadi cahaya monokromatik pada prisma lewat pembiasan atau pembelokkan. Hal ini dapat membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari harmonisasi berbagai cahaya warna dengan berbeda-beda panjang gelombang. Prisma adalah benda bening yang terbuat dari gelas dan dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Prisma memiliki fungsi untuk menguraikan sinar yang mengenainya. Hubungan antara panjang gelombang dengan sudut difraksi berbanding lurus. Panjang gelombang akan naik sesuai dengan besarnya nilai sudut masing-masing spektrum warna orde 1 maupun orde 2 untuk sudut datang 0o dan sudut 10o. Orde 1 memiliki warna yang lebih terang dibandingkan dengan orde 2. 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Spektrum mulai dikaji oleh Newton pada abad ke 18. Ia mengamati sinar matahari melalui kaca berbentuk prisma dan mengamati sebaran sinar putih menjadi komponen-komponen warna. Susunan-susunan komponen waran tersebut yang dikenal dengan spektrum (Yaz, 2007). Dalam kehidupan sehari-hari tidak lepas dari pengaruh cahaya. Cahaya dibagi menjadi dua macam yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik. Cahaya memiliki sifat yaitu dapat didifraksikan, contohnya ketika menggunakan proyektor dan viewer untuk menampilkan materi ataupun gambar ketika sedang melakukan presentasi. Cahaya yang dilewatkan dalam celah sempit kemudian terbentuk pola pada layer yang diletakkan dengan jarak tertentu dari sumber cahaya dan celah, dengan melakukan ekperimen spektrum kisi kali ini, praktikan dapat menentukan jarak kisi dan layer serta pola difraksi yang terbentuk dengan menggunakan spektrometer. Spektrometer merupakan alat yang digunakan untuk menentukan dan mengidentifikasi spektrum cahaya akibat adanya pola sebaran gelombang dan efek difraksi (Bramasti, 2012). Difraksi merupakan gejala penyebaran arah yang dilalui oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui celah sempit. Apabila celah sempit lebih kecil dari panjang gelombang, maka gelombang akan mengalami difraksi. Sedangkan jika celah lebih besar dari panjang gelombang, maka tidak terjadi gejala difraksi. Data yang akan didapatkan nantinya adalah besarnya sudut terlihatnya spektrum dan warna spektrum yang dapat teramati. Besarnya sudut difraksi dapat dilihat dengan merotasikan teropong melalui beberapa sudut, sehingga dengan sudut yang berbeda akan dapat diketahui besarnya jarak antar celah dalam kisi (Gribbin, 2004). Eksperimen spektrum kisi kali ini dilakukan untuk mengamati besar sudut θ kiri dan kanan. Percobaan pertama yaitu menentukan tetapan kisi pada spektrum orde satu dan dua dengan sudut datang 0o. Percobaan kedua yaitu menentukan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sejarah Kata spektrum pertama kali diperkenalkan pada abad 17 dalam bidang optika, hal ini merujuk pada rentang warna yang teramati ketika cahaya putih terdipensi oleh sebuah prisma. Kemudian istilah tersebut segera merujuk pada plot intensitas cahaya sebagai fungsi dari frekuensi atau panjang gelombang. Istilah spektrum kemudian diterapkan untuk semua sinyal yang dapat diuraikan ke dalam komponen-komponen frekuensi. Cahaya yang dilewatkan pada sebuah prisma terpisahkan ke dalam warna-warna berdasarkan panjang gelombang. Warna ungu didalah satu ujung memilki panjang gelombang terpendek dan warna merah diujung lainnya memiliki panjang gelombang terpanjang. Urutan warna dari panjang gelombang panjang ke pendek adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu. Ketika panjang gelombang terpendek melewati cahaya ungu, didapati ultraungu, sinar-x dan sinar gamma (Bueche, 2006). Kisi difraksi pertama kali ditemukan oleh Francesco Grimaldi pada tahun 1665 dengan menggunakan percobaan tentang deviasi cahaya sepanjang garis lurus, yang kemudian dikenal dengan nama difraksi. Ketika cahaya terkena penghalang, maka daerah gelombang mengalami perubahan fase dan amplitudo. Gelombang yang mengenai penghalang akan mengalami interferensi yang dapat menyebabkan distribusi kerapatannya juga terdifraksi. Semakin kecil halangan, maka penyebaran gelombang akan semakin besar. Prinsip Huygens menjelaskan bahwa setiap gelombang dapat memproduksi wavelet atau gelombang-gelombang baru dengan panjang gelombang sama dengan gelombang sebelumnya (Hecht, 2002). 2.2 Teori Kisi difraksi merupakan suatu piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi. Kisi terdiri dari lembaran gelas atau logam spekulum dengan garis-garis seajar yang berjumlah sangat banyak dan mempunyai jarak sama pada lembaran tersebut. Cahaya terdifraksi setelah 5 dipantulkan oleh spekulum, hasil yang didapat berupa cahaya maksimum. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut : 𝑚𝜆 = 𝑑(sin 𝑖 + sin 𝜃) (2.1) Keterangan : d = jarak antar kisi 𝜆 = panjang gelombang cahaya i = sudut jatuh 𝜃 = arah maksimum cahaya m = orde garis spektrum Kisi pemantul juga dapat digunakan untuk menghasilkan spektrum di dalam daerah ultraungu pada spektrum elektromagetik (Weston, dkk, 1987). Kisi biasanya digunakan dalam monokomator dan spektrum. Spektrum kisi merupakan instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum panjang gelombang cahaya, baik spektrum emisi, spektrum absorpsi, spektrum transmisi, spektrum reflektansi dan spektrum kisi dari sebuah objek (Yuliani, dkk, 2017). Spektrum kisi digunakan untuk mengamati spektrum sinar ketika dilewatkan terhadap sampel. Spektrum kisi juga dapat digunakan dalam bidang astronomi serta sebagian disiplin ilmu kimia untuk mencipktakan garis spektral serta mengukur panjang gelombang dan intensitasnya. Spektrometri mengacu pada prosedur ilmiah yang memakai instrumen spektrum (Agustina, dkk, 2022). Difraksi merupakan peristiwa pelenturan cahaya ke belakang penghalang, misalnya sisi dari celah. Difraksi cahaya dapat dilihat melalui sela-sela jari yang dirapatkan dan diarahkan pada sumber cahaya yang jatuh, misalnya pada lampu neon. Efek dari difraksi sangatlah kecil, sehingga untuk melihatnya diperlukan pengematan yang lebih. Selain itu, kebanyakan sumber cahaya berukuran sedikit lebar, sehingga pola difraksi yang dihasilkan oleh satu titik pada sumber lain saling bertindihan dengan yang dihasilkan oleh titik lain (Ariani, dkk, 2015). Difraksi gelobang cahaya dapat menghasilkan beberapa spektrum garis warna. Sumber cahaya lampu merkuri dapat mengalami difraksi setelah melewati kisi dan terjadi interferensi gelombang cahaya yang berasal dari bagian-bagian medan gelombang. Medan tersebut disebut dengan celah. Penghalang yang biasanya 6 digunakan untuk eksperimen ini adalah kisi atau celah banyak. Kisi merupakan celah sempit yang jumlahnya lebih dari dua hingga ribuan per mm. Kisi dapat menyebabkan terjadinya gabungan interferensi dan difraksi (Djuhana, 2011). Dispersi merupakan peristiwa penguraian cahaya polikromatik menjadi cahaya monokromatik pada prisma lewat pembiasan atau pembelokkan. Hal ini dapat membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari harmonisasi berbagai cahaya warna dengan berbeda-beda panjang gelombang. Prisma adalah benda bening yang terbuat dari gelas dan dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Prisma memiliki fungsi untuk menguraikan sinar yang mengenainya. Permukaan prisma disebut juga dengan bidang pembias dan sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut dengan sudut pembias. Cahaya yang nantinya masuk ke dalam prisma akan mengalami dua kali pembiasan, yaitu saat memasuki prisma dan meninggalkan prisma (Zemansky, 1954) Gambar 2.1 Dispersi Sinar Putih Oleh Prisma (Sumber : Zemansky, 1954) Gambar 2.2 Sudut Deviasi Pada Pembiasan Prisma (Sumber ; Zemansky, 1954) 9 BAB III METODE EKSPERIMEN 3.1 Rancangan Penelitian Rancangan penelitian yang digunakan dalam praktikum spektrum kisi adalah sebagai berikut Diagram 3.1 Diagram Alir Rancangan Eksperimen Langkah pertama kali yang harus dilakukan dalam eksperimen spektrum kisi kali ini yaitu menentukan atau mencari permasalahan dalam percobaan tersebut atau bisa disebut juga dengan rumusan masalah. Kajian pustaka ditulis dengan tujuan untuk menjadikan dasar referensi dilakukannya eksperimen. Kegiatan eksperimen spektrum kisi dilakukan secara langsung didalam laboratorium yang ada di fisika yaitu laboratorium fisika modern dan optoelektronika. Pengambilan data dalam eksperimen kali ini dilakukan dengan memvariasikan spektrum warna yang digunakan. Data yang diperoleh kemudian diolah, dibahas dan dibuat grafik, setelah itu ditarik kesimpulan dari hasil yang telah diperoleh. Eksperimen Data Analisis Data Identifikasi Masalah Kesimpulan Kajian Pustaka Variabel Percobaan 10 3.2 Jenis dan Sumber Data Jenis dan sumber data yang digunakan pada eksperimen spektrum kisi ini adalah jenis data dan sumber data yang bersifat kuantitatif karena jenis data yang diperoleh berupa angka. Data yang diperoleh dari hasil eksperimen adalah skala vernier atas dan bawah (sudut θ kiri dan kanan). Data yang diperoleh dibagian hasil selanjutnya dianalisis dan dibuat grafik dari hasil tersebut. 3.3 Definisi Operasional Variabel Variabel yang digunakan pada eksperimen spektrum kisi kali ini adalah variabel bebas, variabel kontrol, dan variabel terikat. 1. variabel bebas, merupakan variabel yang mampu berdiri sendiri dan tidak terikat dengan variabel lain, sehingga dapat diubah oleh praktikan. Variabel bebas pada eksperimen spektrum kisi adalah kisi dan orde spektrum. 2. Variabel kontrol, merupakan variabel yang dikendalikan agar pengaruh variabel bebas dan variabel terikat tidak terpengaruh dengan faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol eksperimen kali ini adalah besar sudut datang. 3. Variabel terikat, merupakan variabel penelitian yang diukur untuk mengetahui tidak adanya pengaruh dari variabel lain. Variabel terikat yang terdapat pada eksperimen kali ini adalah sudut θ kiri dan kanan. 3.4 Metode Analisis Data Analisis data yang digunakan dalam percobaan spektrum kisi adalah sebagai berikut : 3.4.1 Rumus Rumus yang digunakan pada saat percobaan eksperimen spektrum kisi adalah sebagai berikut : 1. Menentukan besar sudut difraksi ?̅? = 𝜃𝑟 + 𝜃𝑖 2 11 2. Menentukan tetapan kisi 𝛼 = 𝑛𝜆 sin 𝜃 3. Menentukan panjang lamda 𝜆 = 𝛼 sin 𝜃 𝑛 4. Menentukan lebar celah 𝑑 = 𝑛𝜆 sin 𝜃𝑛 dengan n = 1, 2, 3, ... 5. Menentukan nilai diskrepansi tetapan kisi dan panjang gelombang 𝐷 = | 𝑑 − 𝑑𝑟𝑒𝑓 𝑑𝑟𝑒𝑓 | × 100% 𝑑𝑟𝑒𝑓 = 1 600 ∆𝑑𝑛 = ( 𝜕 𝜕𝜃 1 sin 𝜃 ) ∆𝜃 = (− cos 𝜃 𝑠𝑖𝑛2𝜃 ) ∆𝜃 ∆𝑑 = √ (𝑑 − 𝑑)2 𝑛−1 𝑑 = 𝑚 ∆𝜃 = 1 2 𝑛𝑠𝑡 ∆𝐷 = ( 𝜕 𝜕𝜃 1 cos 𝜃 ) ∆𝜃 = sec 𝜃 tan 𝜃 3.4.2 Tabel Tabel Pengamatan yang digunakan pada eksperimen spektrum kisi adalah sebagai berikut : Tabel 3.1 Tabel Pengamatan 1 (i = 0o) Orde Warna θ Kanan θ Kiri 1 Ungu Hijau Kuning 2 Ungu Hijau Kuning 14 6. Diamati bahwa sumber cahaya akan didifraksi oleh kisi ke dalam komponen spektrum cahaya pada orde satu, orde dua, orde tiga dan seterusnya. Di sisi kiri dan sisi kanan kisi difraksi. 7. Dengan memindahkan posisi sudut teropong, diukur posisi sudut masing-masing spektrum cahaya untuk orde satu dan orde dua. Dicatat posisi masing-masing spektrum cahaya tersebut. 8. Dilakukan langkah yang sama seperti pada nomor 7 untuk spektrum cahaya pada sisi kiri. 9. Pada pengukuran sudut datang (i = 10o), digeser posisi kisi difraksi sehingga arah cahaya datang pada sudut 10o terhadap arah normal kisi. 10. Diletakkan teropong pada arah sumber cahaya seperti pada langkah nomor 5, kemudian dicatat posisi sudut teropong. 11. Dilakukan eksperimen seperti langkah pada nomor 6, 7 dan 8. 15 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Hasil yang diperoleh dari praktikum spektrum kisi kali ini adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengamatan (i = 0o) i = 0o= 147o,5’ Orde Warna θ Kanan θ Kiri 1 Ungu 162,5o.30’ 131o.6’ Hijau 166,5o .11’ 127o.16’ Kuning 167,5o.29’ 125,5o.27’ 2 Ungu 183,5o.6’ 107,5o.3’ Hijau 186o.22’ 100o.6’ Kuning 187o.10’ 99o.10’ Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengamatan (i kiri = 10o dan i kanan = 10o) i kiri = 10o= 147o.5’ i kanan = 10o = 147o.6’ Orde Warna θ Kanan θ Kiri 1 Ungu 162,5o.26’ 130,5o.30’ Hijau 164o .8’ 126o.29’ Kuning 167o.6’ 124,5o.5’ 2 Ungu 182,5o.1’ 110o.10’ Hijau 186,5o.5’ 95o.3’ Kuning 189o.3’ 93o.10’ Gambar 4.1 Grafik Sudut Lamda Orde 1 dengan i = 0o 0 100 200 300 400 500 600 700 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 la m d a( n m ) tetha (θ) Grafik sudut-Lamda orde 1 dengan i= 0ᵒ 16 Gambar 4.2 Grafik Sudut Lamda Orde 2 dengan i = 10o Gambar 4.3 Grafik Sudut Lamda Orde 1 dengan i = 10o Gambar 4.4 Grafik Sudut Lamda Orde 2 dengan i = 10o 0 100 200 300 400 500 600 700 30.00 35.00 40.00 45.00 L am d a( n m ) tetha (ᵒ) Grafik sudut-Lamda orde 2 dengan i= 0ᵒ 0 100 200 300 400 500 600 700 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 L am d a( n m ) Tetha(θ) Grafik Sudut-Lamda Orde 1 dengan i = 10ᵒ 0 100 200 300 400 500 600 700 35.00 40.00 45.00 50.00 L am d a( n m ) Tetha(θ) Grafik Sudut-Lamda Orde 2 dengan i = 10ᵒ 19 cahaya disebabkan oleh perbedaan sudut dari kedua orde tersebut. Orde 2 memiliki sudut difraksi yang lebih besar sehingga cahaya tidak begitu terang dibandingkan orde 1. Grafik yang terbentuk dari kedua eksperimen tersebut meningkat, dimana panjang gelombang akan naik sesuai dengan besarnya nilai sudut masing-masing spektrum warna orde 1 maupun orde 2 untuk sudut datang 0o dan sudut 10o. Hubungan grafik dapat diketahui berbanding lurus antara nilai sudut masing- masing spektrum warna maupun panjang gelombang pada setiap spektrum warna. 20 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapatkan dari ekperimen spektrum kisi adalah sebagai berikut : 1. Panjang gelombang dapat memepengaruhi besar sudut difraksi, dimana ketika panjang gelombang pada spektrum warna tersebut kecil maka sudut difraksi yang dihasilkan akan bernilai kecil juga. Hubungan antara panjang gelombang dengan sudut difraksi berbanding lurus. 2. Hubungan sudut difraksi dengan panjang gelombang berbanding lurus, dimana ketika sudut difraksi bernilai kecil, maka panjang gelombang dari spektrum warna tersebut juga akan bernilai kecil. 3. Hubungan antara jarak kisi dan sudut datang dapat disimpulkan bahwa, jika sudut semakin besar maka jarak antar kisi semakin menyempit. 4. Semakin jauh jarak spektrum warna dengan jarak sudut datang, maka sudut difraksi pada warna tersebut akan semakin mengecil. Orde 1 memiliki warna yang lebih terang dibandingkan dengan orde 2. 5.2 Saran Saran untuk eksperimen kali ini adalah praktikan harus paham mengenai eksperimen spektrum kisi sebelum melakukan praktikum, sehingga nantinya saat eksperimen berlangsung tidak terdapat kendala dan data yang diambil akan lebih akurat. Selain itu diharapkan supaya praktikan lebih teliti lagi dalam mengamati data yang dicari. Praktikan juga hrus paham mengenai cara-cara atau prosedur kerja dari modul praktikum sehingga saat praktikum berlangsung tidak kebingungan. 21 DAFTAR PUSTAKA Agustina, A., Anam, K., dan Bulan, S., 2022, Pembuatan Spectro-Animation sebagai Media Pembelajaran untuk Meningkatkan Pemahaman Siswa pada Konsep Struktur Atom Bohr. Jurnal Diklat Keagamaan, Vol. 16(2). Ariani, T., dan Saparini, 2015, Penentuan Pola-Pola Interferensi Menggunakan Kisi Difraksi dengan Medium Udara, Air, dan Asam Cuka. Jurnal Perspektif Pendidikan, Vol. 9 (1) : 78-89 Bramasti, R., 2012, Kamus Fisika. Jakarta : Erlangga Bueche, F., 2006, Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga Djuhana, D., 2011, Difraksi Cahaya. Depok : Universitas Indonesia Gribbin, J., 2004, Fisika Optoelektronik. Jakarta : Erlangga Hecht, E., 2002, Optics. New York : Addison Wesley Tim Penyusun, 2023, Buku Panduan Eksperimen Fisika I. Jember : Universitas Jember Weston, Francis dan Zemansky, 1987, Fisika Untuk Universitas. Jakarta : Yayasan Dana Buku Indonesia Yaz, M. A., 2007, Fisika SMA Kelas XII. Jakarta : Yudihistira. Yuliani, S. S., Useng, D., dan Achmad, M., 2017, Analisis Kandungan Nitrogen Tanah Sawah Menggunakan Spektrum Kisi. Jurnal Agritechno, 188-202. Zemansky, Sears, 1954, Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta : Bina Cipta