EKSPERIMEN SPEKTRUM KISI

Rizqi Dias Kurniawati
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember
dieaz91@gmail.com

19 Desember 2011

ABSTRACT
Spectrometer is a device to result light spectrum line with various intensity and to determine distance among gap. This experiment aims to determine the distance between the gap by using a grating spectrometer. Gap spacing is influenced by the incidence angle. because of changes in the angle of incidence affects the angle of diffraction. For the spectrum of purple when i = 0° value gap is the distance between 1605nm and observed diffraction occurs at an angle of 15,5°. While when i = 10° gap spacing is reduced to 1036nm and observed diffraction occurring at an angle of 20°. So that any changes the angle of incidence (in this case is the angle binoculars) affect the diffraction angles and distances between the slit on the spectrometer.

Key words: spectrometer, diffraction, gap

PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari tidak lepas dari pengaruh cahaya. Cahaya ada dua macam yaitu cahaya polikromatik dan monokromatik. Pada cahaya polikromatik adalah cahaya yang memiliki banyak warna. Selain itu cahaya juga memiliki sifat-sifat seperti gelombang seperti difraksi dan interferensi. Difraksi adalah 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.
Untuk dapat mengamati garis spectrum warna yang terbentuk maka digunakan alat spectrometer. Data yang akan didapatkan nantinya adalah besarnya sudut telihatnya spectrum dan warna spectrum yang dapat teramati. Besarnya susut difraksi dapat dilihat dengan merotasikan teropong melalui beberapa sudut . sehingga dengan sudut datang yang berbeda akan dapat diketahui besarnya jarak antar celah (d) dalam kisi.
Pemahaman tentang gejala difraksi pada cahaya tidak cukup melalui teori saja. Dengan dilakukanya eksperimen fisika tentang gejala difraksi dan dapat mengetahui cara kerja spekrometer. Sehingga akan diperoleh kesesuaian antara teori yang didapat dengan praktik yang dilakukan.
Spektrometer sering kali digunakan untuk mengatur panjang gelombang dan untuk mengkaji struktur serta intensitas garis-garis spectrum. Peristiwa yang terjadi akibat sebuah gelombang cahaya melewati kisi contohnya adalah difraksi dan interfernsi. Difraksi adalah suatu gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui kisi. Apabila gelombang cahaya melalui sebuah celah, maka titik yang terdapat pada celah tersebut berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder. Sehingga menghasilkan gelombang cahaya baru.
Interferensi terjadi akibat adanya beberapa gelombang cahaya yaitu dengan menjumlahkan beberapa gelombang-gelombang tersebut. Hasil penjumlahan gelombang-gelombang tersebut akan memberkan intensitas yang maksimum pada satu titik. Apabila pada titik tersebut gelombang-gelombang itu sefasa. Secara umum interferensi dapat diartikan sebagi perpaduan dari atau lebih gelombang cahaya menjadi satu gelombang baru. Interferensi konstruktif terjadi untuk senar-senar yang membentuk sudut θ dengan arah normal dari titik acuan dengan selisih antar celah yang berdekatan sama dengan bilangan bulat panjanag gelombang :
d sin θ = n ⋋
dengan n=1,2,3 dst
dan lebar pita anguler pada intensitas maksimal besar
∆θm=h/(Nd cos⁡θ m)
Dimana N merupakan banyaknya celah yang digunakan.
Jika banyak celah tersebut adalah kisi maka peristiwanya disebut difraksi kisi dengan d adalah jarak pada pusat celah kisi yang berdekatan. Pada kisi difraksi jarak antar celah dimisalkan a, maka untuk sumber cahaya yang melewati celah akan bernilai a pula. Sehingga nilai intensitasnya adalah :
I=[sin⁡[Nπ sin⁡〖θ/⋋〗 ]/sin[π sin⁡〖θ/⋋〗 ] ]^2
Dengan intensitas demodifikasi oleh factor difraksi,maka akan didapat
[sin⁡[πb sin⁡〖θ/⋋〗 ]/(πb sin⁡〖θ/⋋〗 ) ]^2
Apabila cahaya yang datang terdiri dari dua panjang gelombang yang berbeda maka kedudukan maksimum dari kedua gelombang tersebut pada orde m yang sama akan terpisah apabila
∆θ=(∆⋋)/(a cos⁡θ ) dimana (m∆⋋)/(a cos⁡θ ) =⋋/(aN cos⁡θ )
Sehingga
∆θ=(∆⋋)/(aN cos⁡θ )
⋋/(∆⋋)=Nm
Besaran ini sering dinyatakan dengan daya pisah (DP). Jadi DP= ⋋/(∆⋋) = Nm , dengan N= jumlah lilitan pada kisi.
METODE EKSPERIMEN
Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen spektrometer kisi adalah:
Spektrometer digunakan untuk membantu mengamati garis – garis spectrum cahaya yang terbentuk.
Holografic grating untuk merefleksikan berbagai panjang gelombang cahaya
Tabung sumber cahaya sebagai sumber cahaya
Power supply tube sebagai sumber tegangan
Sumber : Buku Panduan Eksperimen Fisika I
Keterangan :
S = sumber cahaya
S1 = celah
C = kolimator
G = kisi difraksi
θ = sudut difraksi
T = teropong
Langkah-langkah yang akan dilakukan pada eksperimen spectrum kisi adalah sebagai berikut:
Analis yang dipergunakan pada percobaan ini adalah :
Sudut datang ( ) dapat dicari dengan menggunakan teropong. Maksudnya, bila kita menginginkan posisi sudut datang nol derajat kita menghidupkan sumber cahaya kemudian diamati pada mikroskop. Pada mikroskop terdapat cahaya putih, dan cahaya itu harus disejajarkan dengan sumbu . Ini disebut posisi nol teropong.
Posisi teropong digeser ke kanan dan ke kiri untuk mendapatkan spektrum – spektrum dari cahaya yang dipancarkan. Spektrum cahaya tersebut akan tersusun menjadi warna – warna mulai dari warna yang mempunyai panjang gelombang yang lebih kecil sampai yang paling besar yaitu merah. Ini disebut spektrum orde satu.
Pada saat di teropong tampak waran merah, kita dapat menggesernya ke arah yang sama. Pasti akan tampak warna –warna dari spektrum cahaya yang sama, namun mempunyai Itensitas yang berbeda. Ini menunjukan orde dua. Bila menginginkan orde – orde selanjutnya, dengan cara yang sama kita dapat mencarinya.
Pada saat pengamatan sudut datang dan dengan memindahkan posisi sudut teropong, didapatkan posisi masing – masing spektrum.
Dari data di atas akan didapatkan jarak antara kisi ( d ) dengan menggunakan persamaan ( bila Sudut datang i = 0°:
dengan n = 0, 1, 2, 3, dst.
sudut difraksi untuk spektrum dengan panjang gelombang .
Sehingga ralat yang digunakan adalah ralat tak langsung dengan nst :
dengan :
Ralat Nisbi ( I ) =
Keseksaan ( K ) =
Dari hubungan dan dapat dibuat grafik, ralat yang digunakan :
Pertama kita mencari persamaan garisnya dahulu, dimana memenuhi persamaan . Dengan
dan
adalah jumlah pengulangan.
Pada saat pengamatan sudut datang , Dari data diperoleh akan didapatkan jarak antara kisi ( d ) dengan menggunakan persamaan bila Sudut datang i =10° :
dengan n = 0, 1, 2, 3, dst.
sudut difraksi untuk spektrum dengan panjang gelombang .
Sehingga ralat yang digunakan adalah ralat tak langsung dengan nst :
dengan :
Ralat Nisbi ( I ) =
Keseksaan ( K ) =
Dari hubungan dan dapat dibuat grafik, ralat yang digunakan:
Pertama kita mencari persamaan garisnya dahulu, dimana memenuhi persamaan . Dengan dan
adalah jumlah pengulangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Besar Sudut Difraksi Untuk i= 00
Posisi nol teropong berada pada 0˚
pengukuran Sudut difraksi
Jarak celah (nm)
orde spektrum kanan kiri
1 Ungu 19° 19,5° 1605
hijau 15° 15,5° 1621
Untuk i=100
Posisi nol teropong berada pada 6˚
pengukuran Sudut difraksi
Jarak celah
(nm)
orde spektrum kanan kiri
1 Ungu 7° 20° 1036
hijau 11° 24° 1125
Pembahasan
Dari hasil percobaan diperoleh dua spectrum cahaya yang teramati yaitu ungu dan hijau. Pada percobaan hanya teramati pada suatu orde saja. Baik untuk i=0° dan i=10°. Adanya perubahan sudut datang (i) memberikan pengaruh perubahan sudut pada spekrum yang teramati. Yaitu pada saat i=0° untuk sepektrum unggu dapat teramati pada 15°. Tetepi saat i=10° spectrum ungu dapat teramati pada 7°. Hal ini disebabkan oleh difraksi yang terjadi saat sudut datang diubah dari 0° ke 10° mengalami penyempitan jarak celah. Dapat dilihat dari nilai d (jarak celah) untuk spectrum ungu saat i=0° (=1605 nm) sedangkan i=10° (=1036nm)
Pada setiap spectrum jarak antar celah dalam kisi dapat semakin kecil. Hal ini dikarenakan harga panjang gelombang (⋋) dari hijau sanpai ungu semakin kecil. Dapat dilihat dari hasil percobaan bahwa nilai ⋋(panjang gelombang) untuk spectrum hijau saat i=0° adalah 5,35 x 102. Saat i=10° nilai panjang gelombangnya adalah tetap yaitu 5,35 x 102. Akan tetapi nilai d untuk spectrum hijau mengalami perubahan. Yaitu yang semula 1621nm (saat i=0°) menjadi 1125nm (saat i=10˚). Dari hasil ini dapat dikatakan bahwa yang mempengaruhi jarak antar celah (d) adalah sudut datang. Sehingga panjang gelombang tidak mempengaruhi jarak antar celah pada spectrometer kisi.
Saat posisi teropong digeser (yaitu sudut datang berubah dari 0˚ ke 10˚) maka didapatkan harga θ (sudut) spectrum yang terlihat juga berubah. Warna spectrum yang terlihat merupakan urutan dari panjang gelombang yang terkecil hingga terbesar. Dari spectrum ungu yang panjang gelombangnya 4,23 x 102nm ke hijau 5,35 x 102 nm. Adanya perubahan pada sudut teropong tidak merubah panjang gelombang yang dimiliki oleh spectrum. Hal ini dapat dilihat saat i=0˚(posisi nol teropong 0˚ dan posisi nol teropong 6˚) panjang gelombang untuk spectrum ungu dan hijau adalah tetap yaitu ungu = 4,2 x 102nm dan hijau = 5,35 x 102nm. Perubahan sudut teropong hanya mempengaruhi sudut difraksi yang terjadi dan jarak antar celah pada spektrometer kisi.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari eksperimen spectrometer kisi adalah
1. Hubungan sudut datang yang terjadi tarhadap difraksi yang dihasilkan adalah berbanding lurus. Yaitu saat i=0˚ difraksi yang terjadi untuk spectrum ungu terlihat pada sudut 15,5˚. Saat i=10˚ difraksi yang terjadi telihat pada sudut 20˚. Sehingga makin besar sudut datang maka sudut difraksi yang terjadi makin besar.
2. Panjang gelombang tidak mempengaruhi jarak antar celah pada spectrometer kisi. Karena yang mempengaruhi perubahan jarak antar celah adalah sudut datang.
3. Adanya perubahan sudut teropong tidak merubah panjang gelombang yang dimiliki oleh spectrum. Karena perubahan sudut teropong hanya mempengaruhi jarak antar celah dan sudut spectrum dapat terlihat.
DAFTAR PUSTAKA
Alonso. 1994. Dasar – Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua . Jakarta : Erlangga
Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia
Lea, Prasetio. 1989. Mengerti Fisika. Yogyakarta : Andi
Halliday, D dan Resnick . 1997. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga
Soedojo, Peter. 1992. Asas – Asas Ilmu Fisika Jilid 3. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press