Abstrak—Praktikum polarimeter bertujuan untuk mempelajari prinsip polarimeter, mengukur sudut putar jenis larutan gula sebagai fungsi konsentrasi, dan menentukan konsentrasi larutan gula dengan polarimeter. Pada percobaan ini digunakan polarimeter 1 set, beker glass, batang pengaduk, sumber cahaya natrium, gelas ukur, gula pasir, dan aquades. Percobaan ini dilakukan dengan polarimeter diamati hingga muncul pola terang-terang dan gelap-terang sesuai larutan yang dikehendaki. Prinsip yang digunakan yaitu polarisasi cahaya. Adapun hasil daripercobaan ini adalah sudut putar bidang polarisasi. Setelah dilakukan percobaan dapat disimpulkan bahwa prinsip polarimeter menggunakan polarisasi cahaya rata-rata nilai sudut putar jenis larutan gula adalah 7,86o, rata-rata konsentrasi larutan unknown adalah 0,58 gram/mol.
Kata Kunci—Konsentrasi, polarimeter, polarisasi, sudut putar
I. PENDAHULUAN
alam kehidupan sehari-hari manusia tidak akan terlepas dari penggunaaan cahaya. Tanpa ada cahaya maka manusia tidak akan melihat apa-apa, karena pada dasarnya benda yang dapat dilihat adalah benda yang memantulkan cahaya sehingga dapat terlihat oleh mata. Di balik itu semua, terdapat banyak sifat yang dimiliki oleh cahaya meliputi pemantulan, pembiasan, transmisi, dan polarisasi cahaya. Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna [1].
Teori cahaya yang telah dikemukakan sebelumnya mengalami kemajuan cukup berarti setelah James Clark Maxwell (1931-1879) pada tahun 1873 menunjukkan bahwa osilasi medan listrik meradiasikan gelombang elektromagnetik. Kecepatan perambatan gelombang yang dihitung dengan pengukuran medan listrik dan medan magnet diperoleh nilai yang sama dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa yakni 3∙108 m/s. Pada data itu Maxwell menyatakan bahwa gelombang elektromagnetik teradiasi atas spektrum inframerah, cahaya tambak, dan spectrum ultraviolet [1]. Menurut Maxwell, medan magnet akan dihasilkan di dalam ruang kosong jika terdapat perubahan medan listrik. Di situ Maxwell membuat kesimpulan awal yang lain. Jika perubahan medan magnet menghasilkan medan listrik, medan listrik yang dihasilkan itu juga akan berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah dan seterusnya. Kita menganggap bahwa gelombang menjalar melalui lubang kosong, sehingga tidak ada pemicu bagi garis E untuk berhenti atau mulai, sehingga mereka membentuk loop tertutup. Medan magnet selalu membentuk
loop tertutup, karena tidak ada magnet tunggal [2].
Sebagai suatu gelombang yang bersifat elektromagnetik, cahaya memiliki beberapa sifat tertentu. Berikut ini beberapa sifat-sifat cahaya, di antaranya yaitu:
1. Cahaya Merambat Lurus
Sifat cahaya yang merambat lurus dapat dibuktikan dengan meninjau berdasarkan dapat tidaknya suatu benda meneruskan cahaya. Benda yang sifatnya tidak tembus cahaya tidak dapat meneruskan cahaya yang mengenainya. Apabila dikenai cahaya, benda ini akan membentuk bayangan. Benda tersebut digolongkan kedalam benda gelap, yang artinya benda tersebut tidak dapat menghasilkan cahaya sendiri. Contohnya seperti karton, tripleks, kayu, tembok, dan lainnya.
2. Cahaya Dapat Dipantulkan
Cahaya juga dapat dipantulkan. Pemantulan cahaya terdiri dari pemantulan baur (pemantulan difus) dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata dan arah sinar pantulnya tidak beraturan. Sedangkan pemantulan teratur terjadi apabila cahaya mengenai permukaan yang rata, mengkilap atau licin seperti misalnya cahaya yang dipantulkan oleh cermin yang datar dan sinar hasil pantulannya memiliki arah yang teratur. 3. Cahaya dapat Dibiaskan
Pembiasan merupakan suatu peristiwa pembelokan arah rambat cahaya, dimana cahaya merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda. Apabila cahaya yang datang berasal dari zat yang kurang kerapatannya menuju ke zat yang lebih kerapatannya maka cahaya tersebut akan dibiaskan mendekati garis normal.
4. Cahaya Dapat Diuraikan
Istilah lain dari penguraian cahaya ialah dispersi. Prinsip penguraian cahaya ini ialah penguraian cahaya putih (polikromatis) menjadi cahaya dengan warna yang bervariasi (monokromatis). Contohnya adalah terjadinya pelangi, pelangi terjadi dikarenakan adanya cahaya matahari yang tampaknya berwarna putih dan sebenarnya tersusun atas variasi warna diuraikan oleh titik-titik air di awan/air hujan [2].
Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh [2].
Polarisasi cahaya adalah pembatasan atau pengutuban arah getaran gelombang transversal menjadi satu arah getar tertentu. Polarisasi merupakan proses mengurung vibrasi vektor yang menyusun gelombang transversal menjadi satu arah. Dalam radiasi tak terkutubkan, vektor berosilasi ke semua arah tegak lurus pada arah perambatan. Polarisasi cahaya merupakan vektor gelombang cahaya ke satu arah. Bidang cahaya yang terkutub-bidang dapat diputar bila melewati zat tertentu [2].
Sulistiyawati Dewi K., Novia Dwi L., Hilda Avianti, M. Zainuri
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
: noviadwilestari@gmail.com
Gambar 1. Cahaya terpolarisasi
Berdasarkan penyebabnya, polarisasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Polarisasi konsentrasi yang disebabkan oleh perubahan konsentrasi di sekitar elektrode.
2. Polarisasi overvoltage atau tegangan lebih yang disebabkan oleh jenis elektrode dan proses yang terjadi di permukaan [3].
Gelombang cahaya terpolarisasi terletak pada satu bidang yaitu bidang getar cahaya (dapat dilihat pada gambar 1). Apabila cahaya terpolarisasi dilewatkan pada larutan salah satu enansiomer, maka bidang getarnya akan mengalami perubahan posisi, yaitu berputar ke arah kanan atau kiri. Proses pemutaran bidang getar cahaya terpolarisasi, yang disebut pemutaran cahaya terpolarisasi dinamakan juga rotasi optik, sedangkan senyawa yang dapat menyebabkan terjadinya pemutaran cahaya terpolarisasi itu dikatakan mempunyai aktivitas aptik [3].
Macam macam polarisasi antara lain:
1. Polarisasi dengan absorpsi selektif dengan menggunakan bahan yang akan melewatkan (meneruskan) gelombang yang vektor medan listriknya sejajar dengan arah tertentu dan menyerap hampir semua arah polarisasi yang lain.
2. Polarisasi akibat pemantulan, yaitu jika berkas cahaya tak terpolarisasi dipantulkan oleh suatu permukaan, berkas cahya terpantul dapat berupa cahaya tak terpolarisasi, terpolarisasi sebagian, atau bahkan terpolarisasi sempurna.
3. Polarisasi akibat pembiasan ganda, yaitu dimana cahaya yang melintasi medium isotropik (misalnya air). Mempunyai kecepatan rambat sama kesegala arah. Sifat bahan isotropik yang demikian dinyatakan oleh indeks biasnya yang berharga tunggal untuk panjang gelombang tertentu. Pada kristal – kristal tertentu misalnya kalsit dan kuartz, kecepatan cahaya didalamnya tidak sama kesegala arah. Bahan yang demikian disebut bahan anisotropik (tidak isotropik). Sifat anisotropik ini dinyatakan dengan indeks bias ganda untuk panjang gelombang tertentu. Sehingga bahan anisotropik juga disebut bahan pembias ganda [3].
Pada cahaya, terdapat beberapa jenis polarisasi diantaranya sebagai berikut yaitu polarisasi linier, polarisasi lingkaran, dan polarisasi elips. Polarisasi linear yakni mempolarisasikan gelombang datar secara linear , jalan medan listrik vektor adalah linear. Polarisasi lingkaran adalah polarisasi yang terjadi ketika dua gelombang elektromagnetik yang tegak lurus yang sama 90ᵒ beda fase medan listrik searah jarum jam. Polarisasi elips yaitu polarisasi yang terjadi ketika dua plane bidang tidak sefase karena adanya amplitudo atau beda fase lebih dari 90 derajat dan hasil polarisasi bidang ellips[3].
Gambar 2. Pemutaran bidang polarisasi untuk larutan gula Polarimeter ialah alat untuk mengukur besarnya pemutaran (rotasi ) bidang polarisasi larutan zat optik aktif. Untuk mengetahui besarnya polarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif, maka besarnya perputaran itu bergantung pada beberapa faktor yakni :
1. Struktur molekul 2. Temperatur 3. Panjang gelombang
4. Banyaknya molekul pada jalan cahaya 5. Jenis zat larutan
6. Konsentrasi
Prinsip kerja alat polarimeter adalah sebagai berikut, sinar yang datang dari sumber cahaya (misalnya lampu natrium) akan dilewatkan melalui prisma terpolarisasi (polarizer), kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan. Akhirnya menuju prisma terpolarisasi kedua (analizer) [4]. Zat optik aktif adalah zat-zat yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya, yaitu zat-zat yang molekul-molekulnya mempunyai pusat asimetris dan kurang simetris disekitar bidang tunggal. Gejala pemutaran bidang polirasasi disebut aktivitas optik. Beberapa senyawa organik seperti alkaloid, antibiotika, gula, dan komponen minyak atsiri mempunyai sifat memutar bidang polarisasi sinar terpolarisasi yang melewati senyawa yang memutar bidang polarisasi kearah kanan( searah dengan perputaran jarum jam) dinamakan pemutar kanan. Yang memutar kiri disebut pemutar kiri. Biasanya didepan nama senyawa tersebut diberi tanda dengan tanda + atau d (dexrorotatory) untuk pemutar kanan, dan atau L (Levororatory) untuk pemutar kiri. Suatu senyawa dapat sekalligus menjadi pemutar kanan dan kiri dinamakan zat rasemi [4].
Sinar mempunyai arah getar atau arah rambat kesegala arah dengan variasi warna dan panjang gelombang yang dikenal dengan sinar polikromatis. Untuk menghasilkan sinar monokromatis, maka digunakan suatu filter atau sumber sinar tertentu. Sinar monokromatis ini akan melewati suatu prisma yang terdiri dari suatu kristal yang mempunyai sifat seperti layar yang dapat menghalangi jalannya sinar, sehingga dihasilkan sinar yang hanya mempunyai satu arah bidang getar yang disebut sebagai sinar terpolarisasi. Apabila bidang polarisasi tersebut terputar kearah kiri (levo) dilihat dari pihak pengamat, peristiwa ini kita sebut polarisasi putar kiri. Demikian juga untuk peristiwa sebaliknya (dextro) [4].
BAB II METODE PENELITIAN A. Alat dan Bahan
Gambar 3. Alat dan bahan praktikum polarimeter sebagai pengaduk larutan, beaker glass berfungsi sebagai wadah larutan yang akan dibuat, aquades sebagai zat pelarut, dan gula pasir sebagai media zat optik aktif.
B. Langkah Kerja
Percobaan polarimeter ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut. Alat dan bahan seperti pada gambar 3 dan 4 disiapkan. Temperatur dan panjang tabung larutan dicatat. Kemudian, tabung larutan diisi dengan aquades hingga terisi penuh dan tidak ada gelembung udara di dalam tabung tersebut. Titik nol ditentukan dengan memperhatikan teropong sambil alat putar diatur hingga terlihat pola terang-terang dan terang-gelap. Pengamatan untuk larutan aquades dilakukan dengan tiga kali pengulangan. Langkah yang sama digunakan pada larutan gula 6 gram dalam 50 ml larutan. Selisih pembacaan skala yang didapatkan pada pola terang-terang dan terang-gelap adalah Φ dan ditentukan sudut putar jenis larutan
(α)D
r Sedangkan, larutan unknown 50 ml larutan digunakan langkah-langkah yang sama namun dihitung konsentrasi larutan tersebut.
Adapun Flowchart yang digunakan pada percobaan ini sebagai berikut.
Rumus yang digunakan pada percobaan ini adalah :
Φ = αLC...(1)
M = Massa (g) x 1000 Mr x Volume (ml)
III. HASILDANPEMBAHASAN A. Analisa Data
Setelah melakukan percobaan Polarimeter didapatkan hasil sebagai berikut.
Tabel 1. Nilai Sudut Putar Bidang Polarisasi dan Temperatur pada Aquades
Pola Pengulangan 1 Φ Pengulangan 2 Pengulangan 3
T Φ T Φ T
Terang
Terang 64,5 29 o
46,3 29o 41,3 29o Terang
Gelap 20,1 29 o
20,4 30o 20 30o
Tabel 2. Nilai Sudut Putar Bidang Polarisasi dan Temperatur pada Larutan Gula
Pola Pengulangan 1 Pengulangan 2 Pengulangan 3
Φ T Φ T Φ T
Terang
Terang 81,9 33 o
82,7 34o 83,7 35o Terang
Gelap 9,3 34
o
10,3 35o 13,1 35o
Tabel 3. Nilai Sudut Putar Bidang Polarisasi dan Temperatur pada Larutan Unkown
Pola Pengulangan 1 Pengulangan 2 Pengulangan 3
Φ T Φ T Φ T
Terang
Terang 96,4 35 o
94,9 35,5o 90,1 35,5o Terang
Gelap 30,3 35 o
29,7 35,5o 29,5 35,5o
B. Perhitungan
Berikut adalah contoh perhitungan: Diketahui : massa gula: 6 gram
V air: 50 mL
ΦTERANG-TERANG = 81,9˚ ΦTERANG-GELAP = 9,3˚ LTABUNG = 17 cm Ditanya : (α)Dr = ...? Jawab :
Dengan menggunakan pers. (1) diperoleh, (α)Dr = Φ
L x C
(α)D
r = 81,9 – 9,3 17 x 6/180 x 1000/50
= 72,6 17 x 0,033 x 20 = 6,47oC cm2/gram
Untuk perhitungan larutan unknown sebagai berikut: Diketahui:
V air= 50 mL
ΦTERANG-TERANG = 96,4˚ START
Alat dan bahan disiapkan
Temperatur dan panjang tabung dicatat
Tabung larutan diisi penuh dengan aquades hingga terisi penuh
Titik nol ditentukan dengan memperhatikan teropong sambil alat putar diatur hingga terlihat pola
terang-terang dan terang-terang-gelap
Ditentukan Φ (besar sudut pemutaran bidang polarisasi)
Sudah diulangi tiga kali kah?
FINISH
Variasi larutan gula dan
Belum
Sudah
Gambar 4. Flowchart percobaan
ΦTERANG-GELAP = 30,3˚ LTABUNG = 17 cm α = 6,41oC cm2/gram
Ditanya= Konsentrasi larutan gula (C) dan massanya (m) Jawab=
Tabel 4. Hasil perhitungan sudut putar aquades Pengulangan
Tabel 5. Hasil perhitungan sudut putar larutan gula 6g Pengulangan
Tabel 6. Hasil perhitungan sudut putar larutan unknown Pengulangan
Percobaan polarimeter ini dilakukan dengan tujuan untuk
mempelajari prinsip kerja dari polarimeter, mengukur sudut putar jenis larutan gula (α) sebagai fungsi konsentrasi, dan menentukan konsentrasi larutan gula dengan polarimeter. Dalam percobaan ini digunakan prinsip polarisasi cahaya, yakni perubahan arah getar cahaya dimana pada awalnya suatu cahaya yang memiliki arah rambat yang menuju ke segala arah berubah menjadi satu arah saja.Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah polarimeter yang berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dan untuk menentukan konsentrasi larutan gula. Polarimeter, dimana alat ini terdiri dari polarisator yang berfungsi untuk mempolarisasi cahaya dan tidak dapat diputar-putar, serta analisator yang berfungsi untuk menganalisa cahaya terpolarisasi dan dapat diputar-putar. Tabung yang berisikan larutan gula. Larutan gula memiliki sifat sebagai zat optis aktif, sehingga dapat memutar bidang polarisasi.
Ketika suatu cahaya tak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah alat polarimeter. Pada polarimeter ada lensa yang berfungsi untuk mensejajarkan arah getar cahayanya, dimana awalnya arah getar cahaya tersebut ke segala arah. Selanjutnya, melewati polarisator yang berfungsi untuk mempolarisasikan cahaya, sehingga hanya menjadi satu arah getar saja yang lolos, dimana arah getar gelombang elektromagnetik yang lolos, dimana ada gelombang elektromagnetik maka juga akan
ada medan magnetiknya, maka kedua nya lolos melewati polarisator. Kemudian, melewati larutan gula, larutan gula ini dapat memutar sudut putar cahaya. Setelah itu, cahaya melewati analisator yang berfungsi untuk menganalisa cahaya terpolarisasi. Cahaya yang tegak lurus dengan bidang analisator akan diserap sehingga tidak dapat lolos menembus bidang. Sedangkan cahaya yang sejajar dengan analisator akan mampu menembus analisator tersebut sehingga terbentuknya pola terang. Panjang analisator ini lebih kecil daripada polarisato, sehingga ada cahaya yang langsung lolos tanpa melewati analisator. Cahaya tersebut menyebabkan terbentuknya pola gelap pada polarimeter. Dan yang terakhir, cahaya akan melewati lensa yang berfungsi untuk memusatkan/mengumpulkan cahaya pada satu titik fokus lagi. Inilah prinsip kerja dari polarimeter.
Pada percobaan pertama larutan yang digunakan bukan aquades, tetapi air minum. Sehingga tidak diketahui secara pasti zat yang terkandung pada air kran tersebut apakah dapat memutar polaritas cahaya atau tidak. Karena dengan pemutaran polaritas pada air minum, maka dapat mempengaruhi hasil percobaan. Sedangkan larutan yang digunakan pada percobaan ini adalah larutan gula, dimana larutan gula merupakan larutan atau zat optis aktif. Dimana sudah diketahui bahwa larutan gula memiliki ikatan karbon yang dapat memutar polarisasi. Selain itu juga digunakan larutan unknown yang tidak diketahui berapa konsentrasinya.
Dalam percobaan ini digunakan tiga variasi bahan yaitu air/aquades, larutan gula, dan larutan unknown. Selanjutnya larutan gula dimasukkan dalam tabung dan diusahakan tidak ada gelembung. Jika pun terdapat gelembung, maka diusahakan gelembung tersebut tidak menghalangi jalannya cahaya yang lewat pada tabung. Apabila ada gelembung yang menghalangi cahaya yang melewati tabung, hal ini akan mempengaruhi sudut putar yang didapatkan. Selanjutnya, dicari pola gelap terang dan pola terang terang.
Hasil percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data seperti pada tabel 4, 5, dan 6. Pada tabel tersebut terlihat bahwa jenis zat berpengaruh terhadap sudut putar polarisasi. Rata-rata nilai sudut putar aquades adalah 30,4o ; rata-rata nilai sudut putar larutan gula adalah 71,86o ; rata-rata nilai sudut putar larutan unknown adalah 63,96o. Dengan menggunakan rumus pada persamaan 1, maka larutan unknown dapat dihitung nilai konsentrasinya.
Apabila bidang polarisasi tersebut terputar kiri (levo) dilihat dari pihak pengamat, peristiwa ini disebut polarisasi putar kiri. Demikian juga peristiwa sebaliknya (dextro). Rotasi optis yang diamati atau diukur dari suatu larutan bergantung pada jumlah senyawa dalam tabung sampel, panjang jalan atau larutan yang dilalui cahaya, temperature pengukuran, dan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Sudut putar jenis larutan optik aktif (rotasi spesifik) untuk sinar natrium pada temperature T bergantung pada konsentrasi sampel (larutan gula) yang digunakan. Berhubungan dengan pengadukan gula pada larutan yang kurang sempurna/kurang larut seluruhnya. Jika hal ini terjadi, maka butiran gula yang belum teraduk secara sempurna yang dimasukan kedalam tabung percobaan, dapat mengganggu jalannya cahaya yang melewati tabung seperti halnya udara pada tabung karena molekul gula dalam bentuk padatan memiliki ikatan antar molekul yang lebih besar di bandingkan gula yang telah larut.
menggunakan alat polarimeter. Ketika pengamatan dilakukan, pengamat baru mengetahui secara jelas bagaimana cahaya yang terang dan bagaimana yang gelap. Hal ini dikarenakan warna gelap dan kurang gelap pada percobaan sulit dibedakan, karena persepsi setiap orang berbeda-beda. Begitu juga sebalikanya untuk bagian yang terang. Adapun faktor eksternal yakni ruang yang digunakan bukan ruang hampa sehingga masih ada gesekan udara yang mempengaruhi. Kemudian faktor yang lain adalah suhu pada tabung saat percobaan. Dari persamaan yang digunakan, dikurangi Φ larutan gula dengan Φ air dimana suhu yang digunakan ketika percobaan larutan dengan air berbeda. Hal ini dapat mempengaruhi perhitungan. Dikarenakan jika terdapat molekul lain didalam air dan bereaksi kemudian terjadi perbedaan suhu, maka dapat mempengaruhi Φ air.
Sehingga Φ air pada suhu tertentu akan berbeda-beda
besarnya.
IV. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang didapat dari percobaan polarimeter adalah prinsip polarimeter menggunakan polarisasi cahaya, rata-rata sudut putar jenis larutan gula adalah 7,86o, rata-rata konsentrasi larutan unknown adalah 0,58 gram/mol.
UCAPANTERIMAKASIH
Terima kasih kepada Novia Dwi Lestari dan Hilda Avianti selaku asisten laboratorium pada percobaan polarimeter yang telah membimbing selama praktikum tak lupa juga terima kasih kepada Bapak M. Zainuri selaku dosen Gelombang dan Optik yang telah memberikan bantuan secara moril selama praktikum. Serta terima kasih untuk teman-teman praktikum yang selalu senantiasa bekerja sama demi kelancaran selama praktikum.
DAFTARPUSTAKA [1] Giancoli. 2005. ―Fisika Edisi ke 5‖. Jakarta: Erlangga.
[2] Pain, H.J. 2005. ―The Physics of Vibrations and Waves‖. England: John Wiley.
[3] Tippler. 2001. ―Fisika untuk Sains dan Teknik‖. Jakarta: Erlangga. [4] Young, Hugh D.;Freedman, Roger A. 2012. ―University Physics with
