commit to user
i
MENGGUNAKAN METODE EFEK FARADAY
Disusun Oleh :
ANIK SUGIYARNI
M 0206016
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
ii
Skripsi ini dibimbing oleh :
Pembimbing I
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :
Hari : Kamis
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Ketua Jurusan Fisika
commit to user
iii
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENENTUAN KONSENTRASI GLUKOSA DALAM GULA PASIR MENGGUNAKAN METODE EFEK FARADAY” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum
pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu
dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 20 Desember 2010
commit to user
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian...17
3.3. Alat dan Bahan...17
3.3.1. Alat Penelitian...17
3.3.2. Bahan Penelitian...19
3.4. Prosedur Penelitian...20
3.4.1. Diagram Alir Penelitian...20
3.4.1.1. Persiapan Alat dan Bahan...21
3.4.1.2. Penguluran Arus Listrik dan Medan Magnet...21
3.4.1.3. Pembuatan Larutan...22
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN...25
4.1. Perubahan Medan Magnet Terhadap Arus Listrik...25
commit to user
xii
4.2. Larutan Aquades...27
4.2.1. Hasil...27
4.2.2. Pembahasan...27
4.3. Larutan Glukosa...28
4.3.1. Hasil...28
4.3.2. Pembahasan...29
4.4. Larutan Gula Pasir...31
4.4.1. Hasil...31
4.4.2. Pembahasan...32
BAB V. PENUTUP...34
5.1. KESIMPULAN...34
5.2. SARAN...34
commit to user
xiii
Halaman
Gambar.2.1. Kuat medan listrik dan medan magnet pada gelombang
elektromagnetik. E dan B saling tegak lurus ... 6
Gambar.2.2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik ... 8
Gambar.2.3. Polarisasi Linier ... 9
Gambar.2.4. Polarisasi Melingkar... 10
Gambar.2.5. Polarisasi Ellips ... 11
Gambar.2.6. Polaroid ... 12
Gambar.2.7. Peristiwa Polarisasi Efek Faraday ... 14
Gambar.3.1. Rangkaian utama alat penelitian ... 18
Gambar.3.2. Skema rangkaian alat-alat penelitian...18
Gambar.3.3. Diagram Alir Penelitian ... 20
Gambar.4.1. Grafik kuat medan magnet terhadap jarak l pada jarak antar kutub L=1 cm dengan arus listrik I= 1A sampai I= 4A ... 25
Gambar.4.2. Grafik rata-rata medan magnet terhadap variasi arus listrik pada jarak antar kutub L= 1 cm...26
Gambar.4.3. Grafik perputaran sudut dengan rata-rata medan magnet pada larutan aquades 1 cm...27
Gambar.4.4. Grafik perputaran sudut dengan rata-rata medan magnet pada panjang larutan glukosa 1 cm dengan variasi konsentrasi 10% sampai 50%...28
Gambar.4.5. Grafik hubungan konstanta Verdet dengan konsentrasi larutan glukosa pada panjang larutan d= 1cm...29
Gambar.4.6. Grafik perputaran sudut dengan larutan gula pada panjang larutan d= 1 cm...32
commit to user
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data-data penelitian dan Hasil Pengukuran
Lampiran 2. Perhitungan
commit to user BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Fenomena elektromagnetik yang ditunjukkan Faraday pada tahun 1845
mengenai konsep garis gaya adalah tentang intensitas medan magnet yang dapat
memutar bidang cahaya terpolarisasi dan sekarang dikenal dengan nama efek Faraday
(Sujadmoko, 2004). Perputaran bidang polarisasi dapat berupa polarisasi linier,
polarisasi melingkar dan polarisasi ellips. Perbedaan dari tiga polarisasi tersebut
adalah bentuk bidang arah perambatan medan listriknya.
Suatu bahan tertentu dapat memiliki sifat optik aktif, yang pada umumnya
dimiliki oleh zat molekul organik kompleks. Bila sebuah cahaya terpolarisasi linier
jatuh pada bahan optik aktif, maka cahaya yang keluar dari bahan akan tetap
terpolarisasi linear. Gula termasuk zat yang memiliki sifat optik aktif dan memiliki
dua jenis yaitu monosakarida dan disakarida. Monosakarida dibagi menjadi beberapa
jenis diantaranya adalah glukosa dan fruktosa. Masing-masing gula tersebut memiliki
kemampuan memutar bidang polarisasi yang berbeda-beda. Glukosa memutar bidang
polarisasi cahaya ke kanan, sedangkan fruktosa memutar bidang polarisasi ke kiri
(Risvan Kuswurj,2008).
Glukosa merupakan salah satu jenis gula pereduksi yang terdapat dalam
madu. Glukosa dalam madu berguna untuk memperlancar kerja jantung dan
meringankan gangguan penyakit hati. Glukosa merupakan sumber energi untuk
seluruh jaringan sisitem otot. Ada bererapa cara untuk menentukan konsentrasi
glukosa dalam suatu larutan. Penentuan konsentrasi glukosa dapat dilakukan dengan
metode pengukuran konvensional seperti metode osmometri, polarimetri,
refraktometri, Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT) maupun berdasarkan reaksi
gugus fungsional dari senyawa sakarida. Metode ini dapat menentukan kadar gula
pereduksi total tetapi tidak dapat menentukan gula pereduksi secara individual.
commit to user
Metode KCKT mempunyai keuntungan yaitu dapat digunakan pada senyawa dengan
bobot molekul besar dan senyawa yang tidak tahan panas.
Penentuan sudut putar polarisasi pada larutan glukosa dapat dilakukan dengan
menggunakan prinsip efek Faraday. Prinsip efek Faraday yaitu ketika sebuah bahan
optik aktif gkukosa dikenai medan magnet luar, glukosa dapat memutar bidang
polarisasi cahaya dengan sudut tertentu.
Dinar (2007) telah melakukan penelitian tentang efek Faraday pada gelas
flinta. Ketika sebuah bahan Gelas flinta dikenakan medan magnet kuat, bahan ini
menjadi optik aktif (Sayan, 1997). Pada penelitian tersebut menggunakan bahan Flint
Glass dengan panjang 30 mm dan medan magnet yang digunakan sebesar
(1,0924±0,006)T. Hasil penelitian didapatkan bahwa medan magnet yang dihasilkan
oleh elektromagnetik dapat membuat gelas flinta mampu memutar bidang polarisasi
cahaya. Perputaran bidang polarisasi sebanding dengan rapat medan magnet rata-rata,
dan panjang medium optic. Faktor kesebandingan tersebut dinamakan konstanta
Verdet.
Setyawan (2008) telah melakukan penelitian tentang efek Faraday pada bahan
transparan KDP. Pada penelitian tersebut menggunakan medan magnet luar yang
dihasilkan dari kumparan dengan jumlah lilitan 810, menggunakan kawat berdiameter
0,8 mm dan medan magnet yang dihasilkan sebesar 194,23 mT. Panjang gelombang
sinar laser yang digunakan sebesar 632,8 nm dan 532 nm. Hasil penelitian didapatkan
bahwa setelah bahan transparan mendapat pengaruh medan magnet luar, maka terjadi
perubahan sudut polarisasi pada bahan KDP. Semakin besar medan magnet yang
diberikan maka semakin besar perubahan sudut polarisasi yang terjadi. Untuk variasi
panjang gelombang sinar laser yang digunakan diperoleh bahwa semakin kecil
panjang gelombang yang digunakan maka perubahan sudut polarisasi semakin besar.
Dari uraian diatas, maka peneliti tertarik untuk mempelajari tentang cara
menentukan konsentrasi glukosa dalam larutan gula pasir menggunakan metode efek
commit to user
rangkaian alat yang dapat digunakan untuk mengamati peristiwa efek Faraday dan
menentukan konstanta Verdet.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimana identifikasi sifat optik aktif dari glukosa dalam medan magnet
luar dengan menggunakan metode efek Faraday?
2. Berapa besar medan magnet yang dihasilkan?
3. Bagaimana menentukan konsentrasi glukosa menggunakan efek Faraday?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengukur nilai konstanta Verdet pada larutan glukosa berbagai
konsentrasi.
2. Mencari hubungan matematis antara konstanta Verdet dengan konsentrasi
glukosa.
3. Menentukan konsentrasi glukosa dalam gula pasir.
1.4. Batasan Masalah
Permasalahan penelitian ini dibatasi pada besar medan magnet maksimum
0,305 T dengan konsentrasi glukosa 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% menggunakan
sumber cahaya laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm serta panjang
larutan 1 cm.
1.5. Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini dapat memberi manfaat sebagai berikut:
1. Menambah pengetahuan tentang sudut putar polarisasi yang terjadi pada
commit to user
2. Memberikan alternatif metode penentuan konsentrasi glukosa dalam gula
pasir.
1.6. Sistematika Penulisan
Laporan skripsi ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I Merupakan bab pendahuluan, berisikan tentang latar belakang
penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, serta sistematika penulisan skripsi.
BAB II Tinjauan pustaka, membahas secara umum tentang cahaya dan optik.
Diantaranya adalah gelombang elektromagnetik, polarisasi, polaroid,
efek optik, konstanta Verdet, sifat optik aktif yaitu gula.
BAB III Metode Penelitian, membahas tentang waktu, tempat dan pelaksanaan
penelitian, alat dan bahan yang diperlukan, serta langkah-langkah
dalam penelitian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan, membahas tentang sudut putar polarisasi pada
larutan glukosa, nilai konstanta Verdet pada larutan glukosa dengan
berbagai konsentrasi dan penentuan nilai konsentrasi glukosa dalam
gula.
commit to user BAB II
DASAR TEORI
2.1. Cahaya
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambatkan medan listrik
dan medan magnet yang berposisi tegak lurus satu sama lain dan bergetar tegak lurus
terhadap arah rambatan. Gelombang cahaya memiliki panjang gelombang dan
frekuensi tertentu yang nilainya dapat dibedakan dalam spektrum
elektromagnetiknya. Cahaya juga termasuk gelombang transversal yang berarti
cahaya merambat tegak lurus terhadap arah rambatannya. (Foster, 1997).
2.2. Gelombang Elektromagnetik (GEM)
Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell
dengan mengacu pada hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan yang tampak
pada:
a. Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan bahwa arus listrik
menghasilkan medan magnet. Bila jarum kompas diletakkan di dekat kawat
yang dialiri arus listrik, maka jarum kompas akan menyimpang. Jarum
kompas dibelokkan oleh medan magnet.
b. Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnet pada
kumparan dapat menimbulkan arus induksi yang menghasilkan medan
listrik.
Berdasarkan pada penemuan Faraday bahwa “Perubahan fluks magnetik dapat
menimbulkan medan listrik” maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru yang
isinya bahwa “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka
perubahan fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesa ini
dikaenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet (Foster, 1997).
Bila hipotesis Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan
mengakibatkan perubahan medan magnet serta sebaliknya dan keadaan ini terus akan
commit to user
berulang. Medan magnet (B) atau medan listrik (E) yang muncul akibat perubahan
medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi
tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet ini yang disebut
sebagai gelombang elektromagnetik sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.1 .
Gambar 2.1. Kuat medan listrik dan medan magnet pada gelombang
elektromagnetik. Edan B saling tegak lurus
(Giancoli, 2001)
2.2.1. Sifat Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik memiliki beberapa sifat sebagai berikut:
1. Merambat di ruang vakum dengan kecepatan c = 3 x 108 m/s.
2. Merupakan gelombang transversal sehingga dapat terpolarisasi.
3. Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi..
4. Bergerak lurus, tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.
2.2.2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell terbentang
dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang
elektromagnetik dapat diidentifikasikan berdasarkan frekuensi dan panjang
commit to user
gelombang radio atau sinar-X. Gambar 2.2 menunjukkan spektrum gelombang
elektromagnetik yang terdiri atas (Soetrisno, 1979):
1. Gelombang Radio
Gelombang radio sering disebut gelombang frekuensi radio, memiliki daerah
frekuensi dari beberapa Hz sampai 109 Hz atau memiliki panjang gelombang dari
beberapa 10-3 m sampai 103 m.
2. Gelombang Mikro
Gelombang mikro sering dikenal sebagai microwaves, yaitu gelombang
elektromagnetik dengan daerah frekuensi antara 109 Hz sampai 3 x 1011 Hz, atau
daerah dengan panjang gelombang 1mm sampai 30 cm.
3. Sinar Infra Merah
Gelombang ini mencakup daerah frekuensi 3 x 1011 Hz sampai 4 x 1014 Hz
dan panjang gelombang 7,8 x 10-7 m sampai 10-3 m.
4. Cahaya Tampak
Cahaya tampak memiliki daerah spektrum yang sangat sempit dalam daerah
kepekaan mata retina kita. Daerah panjang gelombang cahaya dari 7.800 Ǻ
sampai 3.900 Ǻ dan frekuensi 4 x 1014 Hz sampai 1015 Hz dengan spektrum
warna mulai dari panjang gelombang besar adalah merah, jingga, kuning, hijau,
biru, nila dan ungu. Warna ungu mempunyai panjang gelombang terkecil.
5. Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet memiliki panjang gelombang dalam daerah antara 6 Ǻ
sampai 3.000 Ǻ dan frekuensi dari 8 x 1014 Hz sampai 3 x 1017 Hz. Matahari
merupakan sumber pancaran ultraviolet yang paling kuat.
6. Sinar X
Spektrum sinar X mencakup daerah panjang gelombang antara 0,06 Ǻ sampai
10 Ǻ dan frekuensi antara 1016 Hz sampai 1020 Hz.
7. Sinar Gamma
Sinar gamma memiliki panjang gelombang antara 10-4 Ǻ sampai 1 Ǻ dan
commit to user
gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi paling besar dan daya
tembus yang besar.
Gambar 2.2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
(Giancoli,2001)
2.3. Polarisasi
Polarisasi cahaya atau pengkutuban adalah peristiwa perubahan arah getar
gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Polarisasi hanya terjadi pada
gelombang tranversal, yang berarti bahwa cahaya merambat tegak lurus terhadap arah
osilasinya. Syaratnya adalah bahwa gelombang tersebut mempunyai arah osilasi
tegak lurus terhadap bidang rambatnya. (Soetrisno, 1979).
2.3.1. Jenis Polarisasi
2.3.1.1. Polarisasi Linier
Cahaya terpolarisasi linier (terpolarisasi bidang) jika medan listriknya
commit to user
dengan gelombang medan magnet. Bila gelombang hanya mempunyai pergeseran y,
maka gelombang tersebut terpolarisasi linier dan bergetar merambat dalam arah y.
Polarisasi linier ditunjukkan pada gambar 2.3.
Warna merah menunjukkan medan magnet B, warna biru menunjukkan
perputaran medan listrik, warna hijau menunjukkan medan listrik E, dan warna ungu
menunjukkan jenis polarisasi linier.
Gambar 2.3. Polarisasi Linier
(Dede Djuhana)
2.3.1.2. Polarisasi Melingkar
Jika vektor medan listriknya berputar pada lingkaran, maka cahaya dikatakan
terpolarisasi melingkar. Polarisasi cahaya melingkar terdiri dari dua gelombang
bidang elektromagnetik yang tegak lurus, dengan amplitudo sama dan beda fase 90°.
Jika ujung vektor medan listrik pada gelombang yang menjalar berputar searah jarum
commit to user
dengan arah jarum jam, disebut polarisasi melingkar arah kiri. Polarisasi melingkar
ini ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Polarisasi Melingkar
(Dede Djuhana)
2.3.1.3. Polarisasi Ellips
Hasil superposisi yang memberikan vektor medan listrik yang ujungnya
berputar pada sebuah ellips. Cahaya yang dipolarisasikan ellips terdiri dari dua
gelombang yang tegak lurus, dengan amplitudo tidak sama dan beda fase 90°.
Gelombang dengan polarisasi melingkar dan ellips dapat diuraikan menjadi dua
gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi ellips ini ditunjukkan pada
commit to user
Gambar 2.5. Polarisasi Ellips
(Dede Djuhana)
2.3.2. Polaroid
Berbagai macam jenis kristal yang terbentuk secara alami jika dipotong
menjadi bentuk yang tepat akan menyerap dan memancarkan cahaya secara berbeda
tergantung pada polarisasi cahaya tersebut.Kristal-kristal tersebut dapat digunakan
untuk menghasilkan cahaya yang terpolarisasi secara linier. Polaroid merupakan film
polarisasi komersial sederhana yang ditemukan oleh E.H.Land pada tahun 1938.
Material ini terdiri dari molekul-molekul hidrokarbon rantari panjang yang berjajar
seperti garis lurus ketika lembaran material direnggangkan pada satu arah selama
pembuatan. Rantai-rantai tersebut melewatkan cahaya pada frekuensi optis jika
lambaran material dimasukkan dalam larutan yang berisi yodium. Saat cahaya masuk
dengan vektor medan listriknya sejajar rantai-rantai tersebut, arus listrik mengalir
commit to user
cahaya akan ditransmisikan. Arah tegak lurus rantai-rantai tersebut disebut sumbu
transmisi.
Teradapat dua buah polaroid dengan fungsi yang berbeda yaitu polarisator dan
analisator. Jika kedua polaroid berada dalam keadaan bersilangan, yaitu jika
sumbu-sumbu transmisi polarisator dan analisator saling tegak lurus maka intensitas yang
diteruskan nol. Polarisator adalah polaroid pertama yang berfungsi membuat cahaya
menjadi terpolarisasi linier dan arah polarisasinya tegak lurus arah sumbu polaroid
kedua. Analisator adalah polaroid kedua yang dipergunakan untuk menganalisa arah
atau macam polarisasi yang dihasilkan oleh polaroid pertama (polarisator). Seluruh
cahaya yang datang pada polaroid kedua diserap.
Gambar 2.6. Polaroid
(Tipler, 2001)
2.4. Efek Faraday
Cahaya mengalami sifat-sifat khusus dalam proses perambatannya antara lain
interferensi, difraksi, dispersi, absorbsi, hamburan, dan polarisasi. Selain itu cahaya
juga mengalami efek-efek elektromagnetik apabila dilewatkan dalam medan magnet
dan medan listrik seperti efek magneto-optik.
Efek magneto-optik (magneto-optic effect) yaitu perilaku cahaya yang
melewati suatu bahan dipengaruhi oleh adanya medan magnet kuat. Efek
commit to user
menunjukan bahwa ketika cahaya terpolarisasi melewati sepotong kaca yang
diletakkan dalam medan magnet, bidang polarisasi cahaya yang diteruskan berputar.
Efek ini dikenal dengan Efek Faraday. Efek Faraday merupakan suatu peristiwa yang
terjadi apabila suatu bahan optik aktif ditempatkan pada suatu medan magnet kuat
kemudian ditransmisikan cahaya pada arah medan tersebut sehingga arah
polarisasinya diputar dengan sudut β. Sudut rotasi sebanding dengan medan magnet B
dan panjang d dari medium yang dilalui dimana cahaya ditransmisikan. Efek Faraday
yang terjadi pada zat cair dan gas sama seperti yang terjadi pada zat padat. Hubungan
antara sudut polarisasi rotasi dan medan magnet dalam bahan diamagnetik adalah:
β = BV d (2.3)
dimana:
β adalah sudut rotasi (radian)
B adalah densitas fluks magnetik ke arah propagasi (tesla)
d adalah panjang jalan (meter) di mana cahaya dan medan magnet berinteraksi
V adalah konstanta Verdet untuk materi. Proporsionalitas empiris ini konstan
(radian per tesla per meter) bervariasi dengan panjang gelombang dan
temperatur dan ditabulasikan untuk berbagai material. Atau persamaan
tersebut dapat ditulis ulang menjadi:
V=
B d
b 1
Jika digambarkan grafik hubungan antara perputaran sudut polarisasi b
sebagai fungsi dari medan magnet B, maka dapat diperoleh kemiringan atau gradient
commit to user
Gambar 2.7. Peristiwa polarisasi Efek Faraday
(Mancuso S. dan Spangler S. R, 2000)
2.5. Konstanta Verdet
Konstanta Verdet merupakan konstanta optik yang menyatakan kekuatan dari
efek Faraday untuk material khusus yang bervariasi untuk masing-masing bahan dan
berubah-ubah dengan panjang gelombang cahaya λ. Pada efek Faraday, medan
magnet mengubah simetri pembiasan cahaya sebelah kanan dan kiri lingkaran
polarisasi cahaya. Hubungan antara konstanta Verdet dan panjang gelombang
bergantung sifat kritis bahan.
2.6. Material Optik Aktif
2.6.1. Sifat Optik Aktif
Bahan dikatakan memiliki sifat optik aktif apabila cahaya yang melewati
suatu bahan akan mengalami perputaran bidang getar. Bila cahaya terpolarisasi linier
jatuh pada bahan optik aktif maka cahaya yang keluar bahan akan tetap terpolarisasi
linier, arah bidang getar berputar terhadap arah bidang getar semula. Ada dua macam
optik aktif, yaitu optik aktif kanan dan optik aktif kiri. Optik aktif kanan jika cahaya
commit to user
Dan sebaliknya optik aktif kiri jika cahaya yang melalui suatu bahan mengalami
perputaran bidang polarisasi berlawanan dengan arah putar jarum jam.
2.6.2. Gula
Gula merupakan sejenis pemanis yang telah digunakan oleh manusia sejak
2000 tahun lalu untuk mengubah rasa dan sifat makanan dan minuman. Gula dibuat
dari pokok tebu atau pokok bit gula.
2.6.2.1. Jenis – jenis gula
Jenis – jenis gula secara umum digolongkan menjadi 2 bagian yaitu :
1. Monosakarida
2. Disakarida
Monosakarida atau gula ringkas menyimpan tenaga yang boleh digunakan
oleh sel-sel biologi. Gula jenis monosakarida hanya memiliki satu molekul saja.
Jenis gula monosakarida dibagi menjadi 3 jenis yaitu :
1. Glukosa
2. Fruktosa
3. Galaktosa
Disakarida merupakan dua molekul yang diikat melalui penguapan.
Jenis gula disakarida dibagi menjadi 3 yaitu :
1. Sukrosa
2. Laktosa
3. Maltosa
2.6.2.2. Glukosa
Glukosa adalah monosakarida yang banyak terdapat di alam. Glukosa disebut
juga dekstrosa. Glukosa atau nama kimianya adalah pentahidrosilheksanal (C6H12O6)
adalah salah satu monomer bagi karbohidrat. Terdapat dua jenis glukosa yaitu
commit to user
Glukosa dalam larutan memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan sehingga disebut
sebagai gula dekstrosa (Risvan Kuswurj, 1998).
2.6.2.3. Fruktosa
Fruktosa adalah jenis monosakarida yang terdapat dalam buah-buahan, madu
dan gula. Fruktosa disebut sebagai levulosa karena memutar cahaya terpolarisasi ke
arah kiri. Fruktosa bertindak sebagai penurun bahan uji Tollen dan Benedict.
2.6.2.4. Galaktosa
Galaktosa adalah diastereomer dari glukosa. Ciri-ciri kimia galaktosa
menyerupai glukosa.
2.6.2.5. Sukrosa
Sukrosa adalah sejenis disakarida yaitu heterodisakarida yang bersifat bukan
penurun dan tidak menunjukkan fenomena mutaputaran. Sukrosa memiliki rumus
kimia (C12H22O11) dan banyak terdapat dalam gula bit, gula tebu, buah nanas, dan
lobak merah. Hidrolisis sukrosa menghasilkan glukosa dan fruktosa.
2.6.2.6. Maltosa
Maltosa adalah sejenis disakarida yaitu monosakarida yang terdiri dari dua
unit glukosa yang dihubungkan dengan ikatan glikosida α-1:4. Maltosa terdapat
commit to user
17
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental.
Kegiatan dalam penelitian ini meliputi mengumpulkan bahan, setting alat penelitian,
pengambilan data, pengolahan data dan analisa.
3.2. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pusat MIPA Universitas Sebelas
Maret dimulai dari bulan Maret 2010 berakhir pada bulan Juni 2010.
3.3. Alat dan Bahan Yang Digunakan
3.3.1. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian antara lain: laser, power supply,
polarisator, teslameter F.W. Bell, elektromagnetik, analisator, layar, tempat sampel,
commit to user
Gambar 3.1. Rangkaian utama alat penelitian
commit to user
Keterangan Gambar:
1. Laser He-Ne
2. Polarisator
3. Elektromagnetik
4. Tempat larutan
5. Analisator
6. Layar
7. Amperemeter
8. Power Supply
3.3.2. Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain: glukosa, aquades,
commit to user 3.4. Prosedur Penelitian
3.4.1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap
Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian
Mulai
Persiapan Alat dan Bahan
Pengukuran I dan B pada Elektromagnet
Pembuatan Larutan Glukosa
Pengambilan Data Perputaran Sudut (b) Dengan Medan Magnet B
Pengolahan Data
Analisa Data
Kesimpulan dan Saran
commit to user
Keterangan dari diagram alir penelitian adalah sebagai berikut:
3.4.1.1. Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan alat yang dilakukan adalah mengecek alat-alat yang diperlukan
secara lengkap dalam eksperimen ini baik yang bersifat elektrik maupun mekanik
yang tersedia. Untuk alat-alat yang bersifat elektrik harus dipastikan bahwa seluruh
komponennya masih berfungsi dengan baik. Sedangkan alat-alat yang bersifat
mekanik diperhatikan apakah masih layak dipergunakan atau tidak. Kemudian
alat-alat penelitian dirangkai menjadi sebuah rangkaian penelitian yang ditunjukkan pada
gambar 3.1., kemudian melakukan setting alat utamanya
Setting alat utamanya yaitu :
1. Menempatkan layar bening sebagai tempat pembentukan bayangan.
2. Memasang 2 polarisator secara paralel diantara elektromagnetik yaitu
polariser dan analiser.
3. Menghidupkan laser dengan panjang gelombang 632,8 nm untuk mengatur
posisi kedua kumparan agar cahaya benar-benar tepat masuk di antara 2
lubang kutub magnet di dalam kumparan tersebut dan cahaya tampak pada
layar.
4. Setelah itu menyisipkan tempat larutan di antara lubang ditengah-tengah
kutub kumparan. Kemidian tuas yang berada di tengah kumparan
elektromagnetik dimajukan sehingga tepat menekan tempat larutan kemudian
dikencangkan.
3.4.1.2. Pengukuran Arus listrik (I) dan Medam Magnet (B)
Pengukuran arus listrik (I) dan medan magnet (B) dilakukan dengan
langkah-langkah sebagai berikut :
1. Membuat rangkaian alat yang terdiri dari Power Supply dengan tegangan antara
commit to user
2. Kumparan agar menghasilkan medan magnet yang searah dengan sumbu
dirangkai secara paralel.
3. Mengatur jarak antar kutub kumparan sebesar 1 cm.
4. Menghidupkan power supply. Arus diatur sebesar 1A.
5. Medan magnet diukur menggunakan Teslameter diposisi 0 sampai 1 cm dengan
pertambahan 0,2 cm.
6. Mengulangi langkah ke 4 dan 5 dengan menaikkan arus sampai dengan 4A,
sehingga didapatkan nilai medan magnet maksimum.
3.4.1.3 Pembuatan Larutan
Pembuatan larutan yang dilakukan adalah membuat larutan glukosa yaitu
masing-masing dengan konsentrasi 50%, 40%, 30%, 20% dan 10%. Cara penentuan
konsentrasi yaitu dengan menggunakan persamaan 3.1. Pembuatan larutan glokosa
ini dimulai dengan membuat larutan pada konsentrasi 50% dengan cara melarutkan
bubuk glukosa kedalam aquades kemudian dipanaskan sambil diaduk sampai bubuk
glukosa benar-benar larut di dalam aquades. Selanjutnya untuk membuat larutan
dengan konsentrasi dibawahnya tinggal menambahkan aquades menggunakan
persamaa:
V1.N1=V2.N2 (3.1.)
dimana:
V1 adalah volume glukosa
V2 adalah volume air
N1 adalah konsentrasi 100%
N2 adalah konsentrasi yang dibuat
Perhitungan pembuatan larutan glukosa ditunjukkan pada Lampiran II.
3.4.1.4. Pengambilan Data
3.4.1.4.1. Aquades
commit to user
1. Menempatkan posisi polariser dan analiser pada posisi 0°.
2. Meletakkan aquades diantara kutub kumparan dengan panjang larutan 1 cm
kemudian menghidupkan laser.
3. Cahaya dilewatkan laser dengan panjang gelombang 632,8 nm.
4. Menghidupkan saklar yang memberikan arus ke kumparan.
5. Mengatur besar arus yang masuk ke kumparan dengan melihat pada
multimeter yang pertama sebesar 1A.
6. Mengatur posisi sudut pada analisator sehingga didapatkan bayangan gelap
dan terang pada layar.
7. Mengulangi langkah 1, 2, 3, 4 dan 5 dengan menaikkan arus sampai dengan
4A.
3.4.1.4.2. Glukosa
Penentuan perputaran sudut pada glukosa dilakukan dengan langkah sebagai berikut :
1. Menempatkan posisi polariser dan analiser pada posisi 0°.
2. Meletakkan larutan glukosa 50% diantara kutub kumparan dengan panjang
larutan 1 cm kemudian menghidupkan laser.
3. Cahaya dilewatkan laser dengan panjang gelombang 632,8 nm.
4. Menghidupkan saklar yang memberikan arus ke kumparan.
5. Mengatur besar arus yang masuk ke kumparan dengan melihat pada
multimeter yang pertama sebesar 1A dan didapatkan nilai medan magnet
maksimum.
6. Mengatur posisi sudut pada analisator sehingga didapatkan bayangan gelap
dan terang pada layar.
7. Mengulangi langkah 1, 2, 3, 4 dan 5 dengan larutan glukosa pada konsentrasi
40%, 30%, 20% dan 10% serta variasi arus yang melalui kumparan 1A-4A.
3.4.1.4.3. Gula Pasir
Penentuan konsentrasi glukosa dalam gula pasir dilakukan dengan langkah
commit to user
1. Membuat larutan gula dengan cara gula sebanyak 5 gram dilarutkan dalam
20 ml aquades.
2. Menempatkan posisi polariser dan analiser pada posisi 0°.
3. Meletakkan larutan gula diantara kutub kumparan dengan panjang larutan 1
cm kemudian menghidupkan laser.
4. Cahaya dilewatkan laser dengan panjang gelombang 632,8 nm.
5. Menghidupkan saklar yang memberikan arus ke kumparan.
6. Medan magnet diposisikan dalam keadaan maksimum pada arus sebesar 4A.
7. Mengatur posisi sudut pada analisator sehingga didapatkan bayangan gelap
dan terang pada layar.
3.4.1.5. Pengolahan Data
Hasil data pada penelitian ini antara lain:
1. Nilai medan magnet tiap jarak pengukuran dengan variasi arus untuk
jarak antar kutub 1cm.
2. Nilai perputaran sudut pada larutan glukosa dengan variasi arus untuk
tiap-tiap konsentrasi.
3. Nilai perputaran sudut pada larutan gula dengan medan magnet
maksimum pada arus 4A.
Hasil nilai perputaran sudut pada larutan glukosa diatas kemudian diolah yaitu
dihitung nilai konstanta Verdet untuk masing-masing konsentrasi menggunakan
persamaan 2.3. Hasil nilai perputaran sudut pada gula kemudian dihitung nilai
konstanta Verdet, selanjutnya nilai konstanta Verdet tersebut dimasukkan dalam
grafik pada gambar 4.5 sehingga konsentrasi glukosa dalam larutan gula tersebut
commit to user
25
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perubahan Medan Magnet Terhadap Variasi Arus Listrik
4.1.1. Hasil
Kuat medan magnet diukur di antara kutub kumparan dengan variasi arus
listrik I= 1A sampai dengan I= 4A dan jarak antar kutub kumparan L=1 cm.
Pengukuran tersebut dilakukan dengan variasi jarak pengukuran l = 0,2 cm dan
digambarkan pada Gambar 4.1. Kemudian berdasarkan hasil penelitian tersebut nilai
dari kerapatan medan magnet dirata-rata sehingga diketahui pengaruh arus listrik
terhadap medan magnet.
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.06
Gambar 4.1. Grafik kuat medan magnet terhadap jarak l pada jarak antar
commit to user
Gambar 4.2. Grafik rata-rata medan magnet terhadap variasi arus listrik pada jarak antar kutub L= 1cm
4.1.2. Pembahasan
Kuat medan magnet diukur di antara dua kutub kumparan dengan arus listrik
yang digunakan yaitu 1 A sampai dengan 4 A, karena batas maksimum arus listrik
yang masuk pada kumparan adalah 4A. Karena jika lebih dari 4 A maka kumparan
menjadi panas sehingga dapat merusak lilitan. medan magnet. Kuat medan magnet
dari untuk masing-masing arus pada jarak antar kutub L= 1cm diukur menggunakan
Axial Probes Teslameter dari F.W BELL untuk masing-masing jarak l = 0,0 cm
sampai l = 1cm dengan kelipatan 0,2 cm. Hasil pengukuran ditunjukkan Gambar 4.1.
Pada Gambar 4.1. terlihat bahwa kerapatan medan magnet paling besar pada arus I=
1A sampai dengan I= 4 A terjadi pada jarak ujung-ujung yang dekat dengan kutub
kumparan, sehingga pengaruh medan magnet paling kuat terjadi pada masing-masing
ujung kutub kumparan. Dari gambar diatas dapat disimpulkan medan magnet
ditengah tengah celah antar kutub elektromagnet bersifat homogen dan diperoleh nilai
konstan B= 0,305 T,nilai ini merupakan medan magnet paling kuat. Dari grafik Nilai
commit to user
ditunjukkan pada Gambar 4.2. Gambar 4.2. menunjukkan bahwa semakin besar arus
listrik yang masuk pada kumparan maka nilai rata-rata medan magnet semakin besar.
4.2. Larutan Aquades
4.2.1. Hasil
Pada eksperimen ini adalah penentuan sudut putar polarisasi pada larutan
aquades. Nilai dari perputaran sudut ini digunakan sebagai pembanding untuk
menentukan sudut putar polarisasi pada larutan glukosa. Nilai-nilai perputaran sudut
pada larutan aquades ditunjukkan pada Gambar 4.3.
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 -1.0
Gambar 4.3. Grafik perputaran sudut dengan rata-rata medan magnet pada aquades pada panjang larutan d= 1cm
4.2.2. Pembahasan
Gambar 4.3. memperlihatkan bahwa pada arus I= 1A sampai dengan arus I=
commit to user
aquades bukan termasuk senyawa optik aktif karena tidak memiliki kemampuan
memutar bidang terpolarisasi.
4.3. Larutan Glukosa
4.3.1. Hasil
Eksperimen selanjutnya yaitu menentukan nilai perputaran sudut pada larutan
glukosa dengan konsentrasi glukosa 10% sampai 50% pada d (panjang larutan)= 1cm.
Selanjutnya nilai perputaran sudut tersebut digunakan untuk menghitung nilai
konstanta Verdet pada larutan glukosa. Nilai-nilai dari perputaran sudut tersebut
ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Nilai konstanta Verdet untuk masing-masing konsentrasi glukosa dapat
dihitung menggunakan persamaan 2.1. Hasil pengukuran tersebut ditunjukkan pada
Gambar 4.5.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,010
Gambar 4.4. Grafik perputaran sudut dengan rata-rata medan magnet pada panjang larutan glukosa 1 cm dengan variasi konsentrasi 10%
commit to user
Gambar 4.5. Grafik hubungan konstanta Verdet dengan konsentrasi larutan glukosa pada panjang larutan d= 1cm
4.3.2. Pembahasan
Glukosa (C6H1206) merupakan bahan yang memiliki sifat optik aktif yang
dapat memutar bidang polarisasi ke kanan (Risvan Kuswurj, 1998). Penentuan sudut
putar polarisasi pada glukosa ini menggunakan larutan glukosa dengan panjang
larutan 1 cm pada konsentrasi 10% sampai dengan 50% . Larutan glukosa ini harus
dijadikan larutan yang homogen yaitu dengan cara serbuk glukosa dilarutkan pada
aquades kemudian dipanaskan sampai larutan glukosa terlihat bening dan mendidih.
Larutan glukosa dijadikan larutan yang homogen bertujuan agar cahaya dari sinar
laser dapat menembus larutan. Langkah-langkah dalam penentuan sudut putar
polarisasi pada glukosa yaitu meletakkan larutan glukosa diantara dua kutub
kumparan pada sumber elektromagnetik yang dialiri arus listrik dan dirangkai paralel
untuk memperoleh medan magnet yang kuat sehingga dapat memutar bidang
polarisasi. Cahaya dari sinar laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm
commit to user
pola gelap dan terang pada layar sehingga dapat diketahui terjadinya peristiwa efek
Faraday yaitu nilai perputaran sudut polarisasi β. Arus listrik yang dialirkan pada
kumparan divariasi antara 1A sampai dengan 4A, karena batas maksimum arus yang
tercantum pada pada kumparan adalah 4A sehingga jika arus yang melewati
kumparan lebih dari 4A maka terjadi kelebihan beban atau kapasitas pada rangkaian
elektromagnetik sehingga menyebabkan kumparan menjadi panas dan terjadi
kerusakan. Nilai-nilai perputaran sudut pada larutan glukosa untuk masing-masing
konsentrasi ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Prinsip Efek Faraday yaitu apabila suatu bahan optik aktif ditempatkan pada
suatu medan magnet kuat kemudian ditransmisikan cahaya pada arah medan tersebut
sehingga arah polarisasinya diputar dengan sudut β. Sudut rotasi sebanding dengan
medan magnet B dan panjang d dari medium yang dilalui dimana cahaya
ditransmisikan dan suatu tetapan yang disebut konstanta verdet. Nilai dari perputaran
sudut, besar medan magnet dan panjang larutan digunakan untuk menghitung
konstanta verdet menggunakan persamaan 2.1.
Gambar 4.4. menunjukkan bahwa pada konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40% dan
50% nilai perputaran sudutnya semakin besar bila rata-rata medan magnet yang
diberikan semakin besar. Nilai perputaran sudut paling besar pada konsentrasi
glukosa 50% dan nilai perputaran sudut paling kecil pada konsentrasi glukosa 10%.
Nilai perputaran sudut paling besar tersebut dikarenakan pada konsentrasi glukosa
50% larutan terlihat pekat sehingga cahaya yang melewati larutan terpolarisasi
maksimal yaitu cahaya yang diteruskan lebih banyak daripada cahaya yang
dipantulkan setelah cahaya melewati larutan, sedangkan pada konsentrasi glukosa
10% larutan terlihat encer sehingga cahaya yang melewati larutan tidak terpolarisasi
maksimal yaitu cahaya yang melewati larutan lebih sedikit daripada cahaya yang
dipantulkan setelah cahaya melewati larutan. Nilai perputaran sudut merupakan
selisih antara sudut gelap pada larutan glukosa dan sudut gelap pada larutan aquades.
Gambar 4.5. menunjukkan hubungan antara konstanta Verdet dengan
commit to user
konsentrasi glukosa berbeda yaitu semakin besar konsentrasi glukosa nilai konstanta
Verdet juga semakin besar. Nilai konstanta Verdet pada masing-masing konsentrasi
sesuai dengan prinsip Efek Faraday. Nilai konstanta Verdet pada masing-masing
23,00 rad/T.m, konsentrasi 30% sebesar 29,58 rad/T.m, konsentrasi 40% sebesar
35,27 rad/T.m dan konsentrasi 50% sebesar 38,72 rad/T.m.
4.4. Larutan Gula Pasir
4.4.1. Hasil
Eksperimen selanjutnya yaitu menentukan nilai perputaran sudut pada larutan
gula pasir. Nilai perputaran sudut tersebut digunakan untuk menghitung nilai
konstanta Verdet larutan gula pasir. Perlakuan yang dilakukan pada larutan gula pasir
sama dengan yang dilakukan pada larutan glukosa dengan konsentrasi larutan gula
pasir yang tidak ditentukan dan medan magnet yang digunakan sama untuk semua
larutan gula pasir yaitu medan magnet maksimum sebesar 0,3050 T. Nilai-nilai
perputaran sudut larutan gula pasir ditunjukkan pada Gambar 4.6. Nilai konstanta
Verdet untuk larutan gula pasir dapat dihitung menggunakan persamaan 2.1. Hasil
commit to user
Gambar 4.6. Grafik perputaran sudut dengan larutan gula pasir pada panjang larutan d= 1cm
Gambar 4.7. Grafik hubungan Konstanta Verdet dengan larutan gula
commit to user 4.4.2. Pembahasan
Gula merupakan sejenis pemanis yang terdiri dari monosakarida dan
disakarida. Eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan larutan gula pasir.
Larutan gula pasir dibuat dengan variasi massa gula pasir 5 gram, 10 gram, 15 gram,
20 gram, 25 gram, 30 gram, dan 35 gram yang dilarutkan dalam 20 ml aquades
dengan konsentrasi yang tidak diketahui karena konsentrasi yang ada di dalam gula
pasir adalah konsentrasi glukosa.
Gambar 4.6. menunjukkan bahwa nilai perputaran sudut semakin besar bila
larutan gula pasir semakin pekat. Nilai perputaran sudut merupakan selisih antara
sudut gelap pada larutan gula pasir dengan sudut gelap pada larutan aquades.
Perbedaan nilai perputaran sudut dapat disebabkan kerapatan partikel gula untuk
masing-masing larutan berbeda sehingga mempengaruhi cahaya yang melewati
molekul-molekul larutan.
Perbedaan nilai perputaran sudut untuk masing-masing keadaan menyebabkan
nilai konstanta Verdet yang berbeda untuk tiap keadaan. Nilai konstanta Verdet pada
masing-masing keadaan yaitu pada larutan 5 gram sebesar 16,72 rad/T.m, larutan 10
gram sebesar 27,29 rad/T.m, larutan 15 gram sebesar 27,87 rad/T.m, larutan 20 gram
sebesar 33,44 rad/T.m, larutan 25 gram sebesar 39,02 rad/T.m, larutan 30 gram
sebesar 44,59 rad/T.m, larutan 35 gram sebesar 50,16 rad/T.m.
Nilai konstanta Verdet untuk masing-masing variasi larutan gula pasir
berbeda. Semakin pekat larutan gula pasir maka nilai konstanta Verdet semakin
besar. Dari gambar 4.7. dapat disimpulkan bahwa larutan gula 35 gram dalam 20 ml
aquades adalah larutan yang homogen, karena mencakup keseluruhan dari larutan
gula pasir yang dibuat dan merupakan larutan yang bersifat optik aktif maksimum,
dimana pada larutan tersebut terjadi polarisasi yang kuat sehingga menghasilkan
sudut putar maksimum dan nilai konstanta Verdet yang besar. Berdasarkan nilai
konstanta Verdet gula pasir yang telah dihitung maka dapat ditentukan konsentrasi
commit to user
pasir adalah gula murni jenis glukosa. Cara menghitung konsentrasi glukosa dalam
commit to user
antar kutub 1 cm yaitu semakin dekat jarak pengukuran dari ujung kutub, nilai
medan magnet semakin besar.
2. Dari data yang diperoleh diketahui bahwa hubungan antara konsentrasi
glukosa dengan perputaran sudut sebanding. Semakin besar konsentrasi
glukosa, nilai perputaran sudut semakin besar.
3. Nilai konstanta Verdet pada masing- masing konsentrasi glukosa berbeda,
nilai konstanta Verdet terbesar pada konsentrasi 50% dan nilai konstanta
Verdet terkecil pada konsentrasi 10%. Nilai konstanta Verdet pada
konsentrasi 10% kecil, keadaan tersebut dikarenakan larutan terlihat encer
sehingga cahaya yang melewati larutan tidak terpolarisasi maksimal yaitu
cahaya yang melewati larutan lebih sedikit daripada cahaya yang dipantulkan
setelah cahaya melewati larutan.
4. Konsentrasi glukosa yang didapatkan dari larutan gula yaitu sebesar 63,95%.
5.2. Saran
1. Untuk mengetahui nilai sudut putar polarisasi yang maksimal, sebaiknya
menggunakan sumber cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda.
2. Untuk penelitian selanjutnya, larutan glukosa dan gula dapat diganti dengan
larutan optik aktif yang lain sehingga dapat dikaji lebih lanjut mengenai sudut
