SPEKTROMETER PRISMA
A. Tujuan Praktikum
1. Melukiskan jalannya sinar untuk spektrometer prisma
2. Menyelidiki hubungan antara sudut pembias dan sudut deviasi prisma 3. Menyelidiki hubungan antara sudut deviasi dan sudut deviasi minimum
pada prisma
4. Menentukan sudut pembias prisma 5. Menentukan deviasi minimum prisma
6. Menentukan indeks bias prisma berdasarkan deviasi minimum
B. Alat dan Bahan
Susunan spectrometer prisma dan komponen-komponen utama penyusunnya. a. Celah colimeter
b. Pengatur focus lensa c. Lensa kolimeter d. Lensa okuler teleskop
e. Pengatur lensa okuler teleskop f. Lensa objektif teleskop
g. Clamp pengatur posisi h. Meja prisma
i. Skala nonius (NST = 19,5)
j. Pengatur ketinggian posisi prisma k. Skala utama (NST = 20)
Gambar : Spektrometer Prisma
Fungsi Spektrometer Prisma untuk menganalisa dan mengukur besarnya panjang gelombang dari tiap-tiap spektrum warna yang terdiri dari :
a. Kolimator
Fungsi : sebagai penyearah sinar atau memfokuskan sinar dari cahaya yang masuk ke lensa sehingga dapat dipancarkan tepat pada prisma.
b. Meja prisma
Fungsi : sebagai tempat meletakkan prisma. c. Skala
Fungsi : untuk menunjukkan besar nilai dari sudut dispersi dan spektrum warnayang dihasilkan dan θ standart.
d. Meja Skala
Fungsi : sebagai tempat membaca sudut yang dihasilkan oleh spektrum. e. Teropong
Fungsi : sebagai penerima sinar yang didispersikan sehingga dapat diamati spektrum warna yang dihasilkan.
C. Teori Dasar
Spektrometer atau spektroskop adalah alat untuk mengukur panjang gelombang dengan akurat dengan menggunakan kisi difraksi atau prisma untuk memisahkan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Cahaya dari sumber melewati
celah sempit pada kollimator. Celah berada pada fokus lensa, sehingga cahaya paralel jatuh kisi. Teleskop yang dapat digerakkan dapat menfokuskan berkas berkas cahaya. Tidak akan ada yang terlihat pada teleskop kecuali di posisikan pada sudut θ yang sesuai dengan puncak difraksi dari panjang gelombang yang dipancarkan.
Cahaya putih bisa merupakan superposisi dari gelombang-gelombang yang membentang melalui seluruh spektrum tampak. Laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua panjang gelombang, tetapi laju cahaya tersebut dalam zat material berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda. Maka indeks refraksi sebuah material bergantung pada panjang gelombang. Kebergantungan laju gelombang dan indeks refraksi pada panjang gelombang dinamakan dispersi (Young, 2001:506).
Prisma adalah bahan optic yang dibatasi oleh dua bidang pembias yang membentuk sudut tertentu yang disebut sudut puncak (sudut pembias prisma (β) ).
Jika seberkas sinar monokromatik dalam arah AB didatangkan pada salah satu bidang pembias dengan sudut datang pertama i1 terhadap N1. Didalam prisma, sinar
akan dibiaskan dengan sudut bias pertama r1, dalam arah BC, sampai C pada bidang
pembias kedua dengan sudut datang kedua i2, dan keluar prisma dengan sudut bias
……….. (1)
Bila D = sudut deviasi prisma, yaitu sudut yang dibentuk oleh perpanjangan oleh sinar keluar prisma, besarnya D memenuhi persamaan:
……….. (2)
Dari hasil percobaan ternyata besarnya deviasi prisma tidak selalu berbanding lurus dengan besarnya sudut datang pada prisma tersebut. Jika sinar dating terhadap prisma di ubah-ubah, pada saat i1 = i2 besarnya harga deviasi D mencapai minimum = deviasi minimum (Dm), sehingga di peroleh:
……….. (3)
= besarnya sudut datang saat tejadi deviasi minimum. Sedangkan besarnya β = 2 r1. Menurut hukum snellius, indeks bias prisma dapat dihitung dengan:
……….. (4)
Dengan menggunakan persamaan yang ada maka besaran-besaran yang ingin di tentukan dapat dicari.
Pada prisma jika didatangkan seberkas sinar polikromatik maka sinar yang keluar dari prisma akan terurai pada masing-masing spectrum seperti pada gambar berikut:
Gambar 1.
Penguraian warna dari sinar polikromatik tersebut mengahasilkan panjang gelombang yang berbeda yang terlihat berada antara spektrum ultraviolet dan infra merah .
Diagram sdpektrumeter dan komponen-komponen penyusunnya adalah seperti gambar berikut:
Gambar 2. Diagram Spektrometer ( Tim gelombang dan optik, 2016: 1-4 ).
Indeks bias material sedikit bergantung pada panjang gelombang. Indeks bias material sedikit berkurang seiring bertambahnya panjang gelombang. Kebergantungan indeks bias pada panjang glombang yang berarti juga pada frekuensi disebut dispersi. Saat seberkas cahaya putih masuk mengenai permukaan sebuah prisma kaca pada beberapa sudut, sudut bias, untuk panjang gelombang yang lebih pendek yang mendekati ujung ungu dari spektrum cahaya tampak sedikit lebih besar dari sudut bias untuk panjang gelombang yang menuju ujung merah pada spektrum cahaya tampak tersebut. Cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dibelokkan lebih besar dari cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang. Berkas cahaya putih disebar atau didispersikan ke dalam menjadi warna-warna komponen atau panjang gelombang-panjang gelombang (Tipler, 2001:453).
Spectrometer adalah alat untuk mengukur panjang gelombang dengan akurat menggunakan kisi difraksi atau prisma, untuk memisahkan panjang gelombang yang berbeda. Cahaya dari sumber melewati celah sempit pada titik focus L. Sehingga cahaya parallel jatuh pada kisi teleskop yang dapat digerakkan sehingga
memfokuskan berkas-berkas cahaya prismea berkerja. Disperse pembelokkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda dan sudut yang berbeda pula.
Dua property cahaya yang paling jelas dapat langsung dideskripsikan dengan teori gelombang untuk cahaya adalah intensitas dan warna cahaya. Warna cahaya berhubungan erat dengan panjang gelombang atau frekuensi cahaya. Cahaya tampak yaitu cahaya yang sensitive pada masa yang jatuh pada kisaran 400 nm hinggan 750 nm. Kisaran ini dikenal dengan spectrum tampak. Cahaya putih adalah gabungan dari semua cahaya tampak dan ketika jatuh pada prisma, panjang gelombang yang akan dibelokkan dengan sudut deviasi yang berbeda pula (Giancolli,Douglas. 2001).
Prisma dapat digunakan untuk menguraikan cahaya ke dalam berbagai warna. Karena indeks bias sebuah medium bervariasi tergantung pada panjang gelombang, warna-warna cahaya yang berbeda membias dengan cara yang berbeda. Dalam hampir semua medium, merah dibiaskan paling dekat dan biru dibiaskan paling jauh(Bueche, 2006:246).
Beberapa fenomena alam yang sering kali terjadi ternyata dapat dijelaskan oleh ilmu fisika. Seperti halnya pelangi yang sering muncul dilangit, Tetsan air hujan. Telah mendispersikan cahaya yang dipancarkan oleh matahari menajadi warna-warna yang terurai tersebut memliki panjang dari sudut deviasi yang berbeda-beda. Dan sudut dalam percibaan ini akan dipelajari tentang alat yang bernama spectrometer. Prisma yang ada didalam alat ini dapat menguraikan cahay polikromatis menjadi beberapa cahaya monokratis seperti pada fenomena pelangi (Tipler.2001).
Prinsip kerja dari spectrometer adalah cahaya didatangkan lewat celah sempit yang disebut kolimator. Kolimator ini merupakan focus lensa sehingga cahaya yang diteruskan akan bersifat sejajar. Cahaya sejajar kemudian diteruskan kekisi untuk kemudian ditangkap oleh teleskop yang posisinya dapat digerakkan . perbedaan indeks bias dari tiap-tiap zat atau bahan menjelaskan perbandingan kecepatan cahaya. Saat dari 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 cahaya-cahaya yang lain pada akhirnya dapat menetukan panjang gelombang hasil disperse (Bueche,T Frederick. 2006).
Prinsip kerja dari spektrometer adalah cahaya didatangkan lewat celah sempit yang disebut collimator. Kolimator ini merupakan focus lensa. Prisma yang berada ditengah spectrometer berfungsi untuk menyebarkan cahaya. Cahaya putih tersebar pada masing-masing panjang gelombang dan menghasilkan spektrum pelangi.
Alam ruang hampa (vakum) kecepatan cahaya c adalah sama untuk setiap panjang gelombang atau warna cahaya , artinya kecepatan cahaya biru sama dengan kecepatan cahaya inframerah (Halliday, 1993 : 40-41).
Spektrometer adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati dan mengukur sudut deviasi cahaya datang karena pembiasan dan disperse. Dengan menggunakan hukum snellius, indeks bias dari kaca prisma untuk panjang gelombang tertentu atau warna tertentu dapat ditentukan.
Hubungan panjang gelombang cahaya memenuhi persamaan : λ = m.d sin θ ……….. (8) dimana :
m : bilangan bulat yang mempresentasikan orde
d : jarak antara garis-garis pada kisi. (Sutrisno, 1990: 58-59).
D. Prosedur Percobaan a. Kalibrasi alat
1. Mengkalibrasi teleskop terlebih dahulu dengan cara melihat benda yang agak jauh, kemudian dengan memutar pengatur fokus lensa okuler teleskop. Lihat benda sampai jelas.
2. Meletakkan collimeter dalam satu garis lurus dengan teleskop, lalu nyalakan lampu NA. Melihat melalui teleskop dan simetris dengan garis mendatar yang ada pada teleskop. Kalau belum, mengaturnya kembali dengan memutar sekrup pengatur posisi teleskop (pengatur turun naik).
b. Menentukan sudut Pembias Prisma
1. Meletakkan prisma di atas meja prismadengan sudut pembiasnya menghadap collimator dan mengatur posisinya hingga garis bagi sudut pembias berhimpit dengan sumbu utama collimator.
2. Mengamati bayangan tajam dari sinar pantul pada sisi pembias pertama prisma dengan mengatur posisi teleskop dan meja prisma sehingga bayangan tadi berimpit dengan garis silang tegak pada teleskop dan bayangan tetap dalam keadaan simetri dengan garis mendatar.
3. Jika sudah didapat bayangan tajam, kunci kedudukan teleskop lalu mencatat posisinya dengan skala utama dari skala nonius misalkan α1 4. Memindahkan teleskop kearah sisi pembias ke dua, melihat bayangan
tajam seperti sebelumnyadan membaca posisinya misalkan α2
Catatan : Bila pembacaan α 1 dan α 2 dengan skala nonius yang sama maka selisih kedua pembacaan akan sama dengan skala nonius yang berbeda, maka selisihnya = β
5. Mengulangi langkah 1 sampai dengan 4 sebanyak 10 kali pengamatan dan mencatat datanya.
c. Menentukan Deviasi Minimum dan Indeks Bias Prisma
1. Mengatur posisi prisma terhadap collimator sehingga sinar yang keluar membentuk sudut datang tertentu pada bidang sisi prisma.
2. Mengamati bayangan tajam berupa garis kuning dengan mengatur posisi teleskop sehingga sinar bias yang keluar tepat masuk ke teleskop.
3. Mencatat saat terjadinya deviasi minimum dengan cara merubah posisi prisma ke kiri atau ke kanan dan di saat bayangan tajam tadi membalik
arah, berarti disana terjadi deviasi minnimum. Mencatat posisi teleskop pada posisi misalnya β1
4. Memutar posisi prisma 1800 dari semula
5. Mengamati bayangan tajam dengan mengatur posisi teleskop sehingga sinar bias keluar dari bidang sisi prisma yang lain tepat masuk ke dalam teleskop.
6. Melakukan langkah 3, mencatat hasilnya misalkan β2
Catatan: untuk β1 dan β2 dengan skala nonius yang sama maka selisih 2 Dm dan jika berbeda selisihnya Dm
7. Mengulangi langkah 1 sampai 6 sebanyak 10 kali dengan merubah-ubah besar sudut datang pada prisma dan mencatat datanya dalam kolom data. E. Tabel Data F. PENGOLAHAN DATA Tabel 1. G. Pembahasan
Berdasarkan kegiatan praktikum mengenai “Spektrometer Prisma” yang telah dilakukan pada hari Kamis, 3 November 2016, maka dapat dibahas sebagai berikut :
Sebelum memulai kegiatan praktikum, terlebih dahulu alat harus di kalibrasi dengan cara melihat pada teleskop sesuai langkah-langkah pada prosedur percobaan. Setelah itu, maka kegiatan praktikum dapat dilakukan.
Percobaan pertama yaitu menghitung sudut pembias prisma (β). Untuk dapat menghitung sudut pembias prisma, dengan melakukan langkah-langkah yaiu menghadap collimator dan mengatur posisi prisma. Kemudian mengamati bayangan tajam dari sinar pantul pada sisi pembias pertama prisma dengan mengatur posisi teleskop dan meja prisma sehingga bayangan tadi berhimpit dengan garis silang tegak pada teleskop dan bayangan tetap dalam keadaan simetris dengan garis mendatar. Kemudian mengunci dudukan teleskop dan mencatat skala utama dan nonius serta
garis himpitnya untuk dapat membaca nilai α1 dan α2 Untuk mengetahui α1dengan memutar teleskop kearah kanan dan ke kiri untuk mengetahui α2 . Untuk membaca data α1 dan α2 yang diperoleh dengan menggunakan rumus :
Setelah didapatkan hasil bacaan dari α1 dan α2 dan memasukkan data pada tabel 1. Maka untuk mendapatkan hasil β data dapat diolah data dengan menggunakan rumus :
Berdasarkan ketetapan, besar sudut pembias adalah mendekati sudut 600 akan tetapi, karena terjadi kesalahan pada saat pembacaan alat ukur. Untuk mengetahui besar nilai kesalahan pada saat pembacaan alat ukur dengan menggunakan rumus :
Percobaan kedua yaitu menghitung indeks bias dan sudut deviasi minimum pada prisma. Untuk dapat menghitung sudut pembias prisma, maka terlebih dahulu mencari sinar simetris yang paling focus pada teleskop dengan memutar teleskop ke kiri untuk mengetahui hasil β1 dan ke kanan untuk mengetahui hasil β2 . Untuk membaca data β1 dan β2 yang diperoleh dengan menggunakan rumus :
Setelah didapatkan hasil bacaan dari β1 dan β2 dan memasukkan data pada tabel 2. Maka untuk mendapatkan hasil α atau deviasi minimum data dapat diolah data dengan menggunakan rumus :
berdasarkan ketetapan, besar sudut pembias α atau hasil deviasi minimum adalah mendekati sudut 500. Akan tetapi, karena terjadi kesalahan pada saat pembacaan alat ukur. Untuk mengetahui besar nilai kesalahan pada saat pembacaan alat ukur dengan menggunakan rumus :
kesalahan yang terjadi pada saat mengambil data adalah kesalahan pembacaan skala. Dimana kesulitan dalam melihat garis antara skala utama dan skala nonius yang terlalu kecil.
H. Tugas Akhir
Gambar alat spectrometer prisma yang digunakan.
Gambar pada saat kalibrasi alat Gambar
I. Kesimpulan
1. Jalannya sinar Sinar datang melalui sumbu utama lalu dibelokkan menuju garis normal
2. semakin besar sudut biasnya maka sudut deviasinya juga akan semakin besar. 3. Besarnya Sudut deviasi minimum hamper mendekati sudut deviasi
4. Sudut bias prisma pada praktikum kali ini yaitu sebesar ⁰. 5. Sudut deviasi minimum prisma sebesar ⁰.
DAFTAR PUSTAKA
Bueche, J Frederick. 2006. Fisika Universitas Edisi kesepuluh. Erlangga : Jakarta.
Giancolli,Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Erlangga : Jakarta. Haliday dan Resnick . 1993 . Fisika Jilid II . Terjemahan Erlangga : Jakarta. Sutrisno.1990.Fisika.Bandung:ITB.
Tim Gelombang dan Optik.2016.Modul Praktikum Gelombang dan
Optik.Padang:UNP.
Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik 2. Elangga : Jakarta.
Young, Hugh D dan Roger A. Freedman. 2001. Fisika Universitas Edisi Ke Sepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga
