i
PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO SPEKTRUM CAHAYA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Disusun oleh: Septiana Ganeshi
NIM: 131424028
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
Scanned by CamScanner
S K R 1PS I PEN EN TU A N N M I P A N JA N G G E LOM B A N G D A R I L A M PU L U CU T A N D E NG A N A N A L ISIS FOT O SP E K T R U M CA H AY A D ipe r siap ka n da n D itulis 0 16h Septiana Gane sh i N IM 13 142402 8 Telah d ipe rtahanka n d i depa n pa nitia pe nguji pada tangg} 3 o A gu stu s 2018 da n d igyam a n t￠liih«n e m em ih i syarat J u s t M Pitiapenguii N a m qFengkap Ketu a : Dr M a rc ellin u s AQdy Rudh ito S Pd sekr etaijs D r lgnatlds Egjisantos M S AnggotaJ m rl g n a u s m s a q t o
Ang gota 2 : D rs D o m i Sev e rin us, M S i An g gota] : Ir Sr} Agustini Sula nda ri M S iI
iiiiv
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN
KERJAKAN SEGALA SESUATU DENGAN IKHLAS HATI.
Kupersembahkan untuk :
- Bapak – Ibu terkasih, terimakasih untuk semua hal yang telah beliau berikan termasuk doa yang tiada berkesudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan salah satu kewajiban ini.
- Mas Ganesha Septiadi, Dek Jessica Septiana Saraswati dan Dek Septiani Sari Savitri, terimakasih sudah memberikan semangat dan tidak pernah bosan untuk selalu mengingatkan “skripsine gek digarap”.
- Henry Iridanto, terimakasih sudah menjadi tempat berkeluh kesah ketika penulis merasa “nglokro” dan tak pernah lelah memberikan dorongan semangat selama penulis kuliah hingga selesai.
vii
ABSTRAK
PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO SPEKTRUM CAHAYA
Telah dibuat spektrometer sederhana dengan menggunakan kamera digital sebagai spektrometer konvensional. Cahaya lampu lucutan dilewatkan pada sebuah kisi akan membentuk spektrum cahaya. Dalam penelitian ini, kamera digital dimanfaatkan untuk merekam spektrum cahaya kemudian dianalisis menggunakan aplikasi video analyzer pada software Logger Pro. Hasil analisis foto spektrum pada jenis lampu lucutan yang sama, nilai panjang gelombang tiap spektrumnya berbeda karena tenaga yang dipancarkan juga berbeda. Jika semakin kecil nilai panjang gelombang spektrum pada jenis lampu lucutan yang sama, maka tenaga yang dipancarkan semakin besar.Sehingga mengakibatkan karakteristik dari masing-masing lampu lucutan tersusun atas spektrum yang berbeda. Karakteristik dari lampu lucutan merkuri berbeda dengan lampu lucutan helium dan lampu lucutan neon.
Kata kunci : Panjang gelombang, kamera digital, foto spektrum, video analyzer,
viii
ABSTRACT
DETERMINATION OF THE GAS DISCHARGE LAMP’S
WAVELENGTH VALUE OF BY SPECTRUM LIGHT PHOTO ANALYSIS
A simple spectrometer has created using a digital camera instead of a conventional spectrometer. The light of discharge lamp passed on a grating will form the spectrum light. In this research, digital camera’s were used to record the spectrum of light and then analyzed using a video analyzer application on Software Logger Pro. light discharge lamp and in the analysis using the video analyzer application on the Software Logger Pro 3.12. The result of spectral photo analysis on the same type of discharge lamp, the wavelength value of each spectrum is different because the energy emitted is also different. If the smaller the wavelength of the spectrum in the same type of discharge lamp, the greater the energy emitted. Thus resulting in the characteristic’s of each discharge lamp composed of different spectra. The characteristic’s of mercury’s discharge lamp,are different from helium’s discharge lamp and fluorescent’s lamp.
Key words : wavelength, camera digital, photo of spectrum light, video analyzer, Logger Pro, and energy emitted.
ix
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas penyertaan – Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi dengan judul “PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO SPEKTRUM CAHAYA” ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Pendidikan dari Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulisan skripsi ini merupakan suatu kerja keras yang tidak terlepas dari bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, yang telah membimbing, memberi petunjuk serta memberi motivasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku Kepala Program Studi sekaligus dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran membimbing dan meluangkan waktunya untuk menyelesaikan penelitian skripsi ini,
2. Drs. T. Sarkim, M.Ed, Ph.D., selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberi motivasi dan membimbing penulis selama menjalani studi di Prodram Studi Pendidikan Fisika,
3. Bp. Ngadiono selaku staf bengkel Fisika yang telah bersedia membantu dan menyediakan penulis fasilitas selama melakukan penelitian di Laboratorium Fisika,
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1. Latar Belakang ... 1
I.2. Rumusan Masalah ... 8
I.3. Batasan Masalah ... 9
I.4. Tujuan Penelitian ... 9
I.5. Manfaat Penelitian ... 10
I.6. Sistematika Penulisan ... 11
xii A. Gelombang ... 12 B. Interferensi Cahaya ... 12 1. Interferensi ... 12 2. Pola Interferensi ... 13 C Difraksi Cahaya ... 16 D. Kisi difraksi ... 17 E. Teori Atom ... 18
BAB III METODE PENELITIAN ... 21
A. Alat ... 22 B. Rangkaian Penelitian ... 27 C. Pengambilan Foto ... 29 D. Prosedur Penelitian ... 30 1. Pengambilan Data ... 30 2. Analisis Data ... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
A. Hasil Penelitian ... 40
1) Hasil Data ... 40
a. Penghitungan nilai jarak antarcelah pada kisi ... 40
b. Penentuan nilai panjang gelombang ... 41
a) Pengaruh variasi orde terhadap panjang gelombang ... 43
b) Pengaruh variasi jarak L terhadap panjang gelombang .. 46
xiii
d) Pengaruh variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang
gelombang ... 51
c. Perhitungan nilai tenaga transisi spektrum atom (ΔE) ... 53
1) Nilai ΔE pada jenis lampu yang sama ... 53
2) Nilai ΔE pada jenis lampu yang berbeda ... 55
B. Pembahasan ... 57
BAB V PENUTUP ... 72
A. Kesimpulan ... 72
B. Saran ... 73
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil data pengukuran jarak terang pusat ke spektrum cahaya pada lampu lucutan gas merkuri ... 42 Tabel 4.2. Hasil variasi orde terhadap panjang gelombang pada spektrum kuning lampu lucutan merkuri ... 44 Tabel 4.3. Hasil variasi jarak L terhadap panjang gelombang pada spektrum kuning lampu lucutan merkuri... 47 Tabel 4.4 Variasi jumlah celah pada kisi terhadap panjang gelombang spketrum kuning pada lampu lucutan merkuri ... 49 Tabel 4.5 Variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang gelombang spektrum kuning pada jarak L dan kisi yang sama ... 52 Tabel 4.6. Pengaruh nilai panjang gelombang terhadap nilai tenaga yang dipancarkan ... 54 Tabel 4.7 Pengaruh jenis lampu yang berbeda terhadap nilai tenaga yang dipancarkan ... 56
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema Percobaan Interferensi Celah Ganda Young. ... 13
Gambar 2.2. Skema pola interferensi yang membentuk segitiga ... 15
Gambar 2.3. Peristiwa deeksitasi ... 19
Gambar 3.1. Lampu lucutan gas merkuri ... 22
Gambar 3.2. Kamera Canon dengan lensa Fix yang digunakan ... 25
Gambar 3.3. Kamera Fujifilm yang digunakan ... 25
Gambar 3.4. Statip Lampu Lucutan ... 26
Gambar 3.5. Sumber Daya Bertegangan Tinggi... 26
Gambar 3.6. Kisi 300 L/mm ... 27
Gambar 3.7. Skema rangkaian peralatan spektroskopi sederhana yang tampak dari atas ... 28
Gambar 3.8. Foto rangkaian peralatan spektroskopi sederhana yang tampak dari atas . ... 29
Gambar 3.9. Keping kisi yang direkatkan pada lensa kamera ... 30
Gambar 3.10. Proses pengecropan hasil potret. ... 31
Gambar 3.11. Lembar kerja softwareLogger Pro 3.12 ... 32
Gambar 3.12. Dialog open folder ... 32
Gambar 3.13. Dialog open picture ... 32
Gambar 3.14. Tampilan foto yang sudah diperbesar pada lembar kerja Logger Pro. ... 33
Gambar 3.15. Ikon Set Scale ... 33
xvi
Gambar 3.17. Pengisian acuan panjang ... 34
Gambar 3.18. Ikon Set Origin ... 34
Gambar 3.19. Terang pusat yang sudah di set origin ... 35
Gambar 3.20. Ikon Add Point ... 35
Gambar 3.21. Spektrum cahaya yang sudah diadd point ... 35
Gambar 3.22. Tabel Video Analysis terisi angka berdasarkan penambahan titik pada spektrum cahaya ... 36
Gambar 3.23. Dialog New Manual Column pada menu data ... 36
Gambar 3.24. Dialog Use Parameters pada menu data ... 37
Gambar 3.25. Pemilihan angka desimal pada user parameters ... 37
Gambar 3.26. Dialog New Calculated Column ... 38
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Lampu Lucutan Gas Merkuri
a. Kisi 100 garis/mm
b. Kisi 300 garis/mm
2. Lampu Lucutan Gas Helium
a. Kisi 300 garis/mm
b. Kisi 600 garis/mm
3. Lampu Lucutan Gas Neon
a. Kisi 600 garis/mm
4. Diagram Grotrian untuk Merkuri 5. Diagram Grotrian untuk Helium
1
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pelajaran Fisika, seringkali diartikan siswa sebagai mata pelajaran yang paling menakutkan karena tingkat kesusahannya yang tergolong tinggi. Sebagai guru mata pelajaran Fisika, seringkali mencari cara atau metode pembelajaran yang menarik untuk siswa agar siswa bisa lebih tertarik, santai dan mudah mengerti materi yang diajarkan. Optika adalah salah satu pokok bahasan dalam pelajaran fisika yang membahas tentang perilaku cahaya dan gelombang elektromagnetik lain. Hal yang dapat dipelajari dalam optika adalah agar siswa dapat lebih menghargai dunia yang tampak sehari-hari karena pada Optika tidak hanya dijelaskan mengenai optik dan alat-alatnya saja melainkan berbagai fenomena [Young dan Freedman, 2003].
Materi optika dalam pelajaran fisika yang paling diminati oleh siswa adalah cahaya. Dimana cahaya tersebut dapat dipantulkan dan dibiaskan. Ketika sebuah cahaya putih (polikromatis) dilewatkan melalui celah yang sempit, maka akan mengalami peristiwa difraksi dan interferensi sehingga terurai menjadi beberapa spektrum cahaya (pola pelangi). Pelangi adalah salah satu contoh fenomena alam yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Pelangi merupakan akibat dari pembiasan dan pemantulan cahaya sehingga cahaya matahari terurai menjadi warna-warna cahaya seperti merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Mata manusia peka terhadap warna-warna
2
cahaya seperti yang terjadi pada pelangi yaitu dengan panjang gelombang sekitar 400 hingga 700 nm. Warna-warna cahaya dengan rentang nilai tersebut disebut dengan cahaya tampak [Tipler, 2001; Young dan Freedman, 2003; Halliday et al, 2010].
Cahaya yang dilewatkan melalui celah sempit akan mengalami peristiwa interferensi dan difraksi. Pada interferensi, cahaya yang melewati dua celah maupun banyak akan menghasilkan pola gelombang yang sifatnya konstruktif (pola terang) dan destruktif (pola gelap). Dari pola gelombang yang dihasilkan dari peristiwa interferensi ini, maka dapat diketahui besaran panjang gelombang cahayanya [Alonso, 1992; Halliday et al, 2010].
Panjang gelombang merupakan suatu jarak ketika pola suatu gelombang tersebut berulang. Selain interferensi, panjang gelombang juga dapat diketahui dengan cara mendifraksikannya. Pada saat cahaya melewati banyak celah, cahaya akan mengalami pelenturan di belakang celah sehingga peristiwa ini disebut dengan difraksi. Salah satu alat yang biasa digunakan untuk mengukur panjang gelombang dengan cara mendifraksikannya pada banyak celah adalah kisi difraksi [Young dan Freedman, 2003; Tipler, 2001].
Penelitian untuk menentukan panjang gelombang spektrum cahaya dari suatu sumber cahaya telah banyak dilakukan sebelumnya. Di tingkat universitas, praktikum tentang menentukan panjang gelombang suatu spektrum cahaya sudah pernah dilakukan di Laboratorium Pendidika Fisika Universitas Sanata Dharma. Pada praktikum optika tentang kisi difraksi, sedangkan pada praktikum fisika atom dan inti tentang spektroskopi atom.
Pada praktikum optika kisi difraksi, digunakan lucutan merkuri sebagai sumber cahaya. Cahaya dari sumber tersebut kemudian dilewatkan melalui kisi Rowland dengan banyak celah tiap milimeternya. Lampu lucutan dan kisi difraksi diletakkan saling tegak lurus yang kemudian di amati oleh praktikan. Selanjutnya jarak kisi ke lampu dan jarak setiap spektrum ke terang pusat di ukur untuk menentukan nilai panjang gelombang setiap spektrum [Tim Penyusun, 2014].
Kelebihan praktikum kisi difraksi ini salah satunya adalah sederhana dan mudah untuk praktikum siswa di tingkat SMA maupun universitas, namun terdapat juga kelemahannya. Salah satu kelemahannya adalah keping kisi yang dipegang oleh praktikan itu sendiri sehingga posisi keping kisi sangat mudah tergeser dari posisi awalnya. Hal ini dapat terjadi jika praktikan tidak sadar kalau kisi bergeser dimana kemungkinan penyebabnya adalah tangan praktikan tidak stabil ketika memegang kisi, sehingga posisi spektrum yang semula teramati posisinya juga berubah. Dari adanya kelemahan yang mungkin terjadi pada praktikum ini, maka diharapkan pada penelitian yang akan dilakukan, memungkinkan keping kisi tidak dipegang oleh praktikan melainkan terpasang pada suatu penyangga sehingga posisi kisi maupun spektrum cahaya yang teramati tetap.
Pada praktikum fisika atom dan inti tentang spektroskopi atom, digunakan lampu lucutan merkuri, neon dan helium sebagai sumber cahaya. Keping kisi Rowland yang mempunyai banyak celah tiap satu satuan milimeter digunakan untuk melewatkan berkas cahaya sehingga ketika
4
diamati, terlihat spektrum cahaya yang terletak di sebelah kanan dan kiri lampu. Spektrometer konvesional yang sudah terkalibrasi dari pabriknya digunakan pada praktikum ini.
Spektrometer adalah suatu alat yang digunakan untuk melihat dan mengukur spektrum dari sumber cahaya. Spektrometer tersusun atas kolimator, meja pendifraksi, dan teleskop. Dibawah meja spektrometer terdapat piringan yang disebut dengan skala vernier, yang terdiri dari skala utama dan skala nonius. Skala vernier ini prinsipnya sama seperti mikrometer sekrup. Kolimator merupakan sebuah tabung yang dilengkapi dengan lensa akromatik dimana salah satu ujungnya terdapat sebuah celah. Lebar celah tersebut dapat diatur menggunakan sekrup pengatur yang terdapat pada ujung kolimator di dekat celah [Tim penyusun, 2014].
Spektrometer konvensional diletakkan didepan lampu lucutan dan keping kisi diletakkan di meja pendifraksi kemudian diatur sedemikian rupa sehingga pada saat lampu dinyalakan, spektrum cahaya dapat teramati. Teleskop yang dipasang pada rangka putar terlebih dahulu dipastikan ke arah depan, sehingga pada skala vernier akan menunjukkan skala tepat di angka 0. Ketika lampu lucutan dinyalakan, atom-atom gas penyusun lampu tersebut dipercepat dengan tegangan tinggi dalam tabung lampu sehingga atom-atom tersebut mengalami proses eksitasi dan deeksitasi. Kemudian cahaya dari lampu lucutan yang lewat melalui celah kolimasi sempit dan dibuat sejajar oleh lensa.
Cahaya sejajar dari lensa akan diteruskan melewati celah pada kisi. Spektrum cahaya yang dipancarkan merupakan spektrum yang khas yang menyusun lampu lucutan tersebut. Dengan menggeser teropong pada satu sisi spektrometer, maka akan teramati letak suatu spektrum pada sudut berapa pda skala vernier. Dari data yang diperoleh, maka dapat ditentukan nilai panjang gelombang suatu spektrum cahaya dari suatu lampu lucutan. Selain itu, dari panjang gelombang yang sudah diketahui dapat diketahui pula tenaga yang dipancarkanuntuk melakukan deeksitasi [Tim Penyusun, 2014]. Dari praktikum ini, penggunaan spektrometer konvensional sudah bagus dan memenuhi standar penelitian, namun jika digunakan untuk praktikum ditingkat SMA sangat sulit karena dari segi harga, harganya mahal. Sehingga diharapkan pada penelitian yang akan dilakukan dapat dibuat spektrometer lain yang sederhana, murah dan dapat dijangkau guna praktikum ditingkat SMA.
Penelitian berbasis komputer telah banyak dilakukan, antara lain pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier Labpro [Asriningsih, 2008], identifikasi dan
pengukuran konsentrasi pewarna merah dalam sampel minuman
menggunakan detektor emission spectrometer dan colorimeter [Anggoro, 2016] dan penentuan nilai koefisien konduktivitas termal pada beberapa jenis kayu menggunakan sensor suhu dan Logger Pro [Pratama, 2017]. Sedangkan penggunaan kamera untuk penelitian juga juga telah dilakukan, antara lain peluruhan pada ketinggian air dalam tabung sebagai model peluruhan bahan
6
radioaktif yang diamati dengan menggunakan rekaman video [Apriati, 2017] dan pemanfaatan kamera digital untuk mengukur panjang gelombang spektrum neon [Deomedes et al, 2012]. Software Logger Pro dilengkapi dengan berbagai program terkait dengan hukum-hukum fisika bahkan pada bidang ilmu yang lain seperti kimia dan biologi. Software Logger Pro juga dilengkapi dengan video analyzer yang mempermudah peneliti dalam menganalisa data [Anggoro, 2016; Apriati, 2016].
Penelitian lain yang berbasis komputer dan menggunakan kamera dilakukan oleh Rodrigues, M, M. B. Marques, dan P. Simeão Carvalho pada tahun 2016. Kamera yang digunakan adalah kamera digital yang mempunyai resolusi sebesar 14 MP. Keping kisi yang digunakan adalah 530 celah/mm. Laser dan lampu lucutan merkuri serta helium digunakan sebagai sumber cahayanya.
Kamera dalam penelitian ini dapat difungsikan sebagai spektrometer dan mata untuk melihat spektrum cahaya. Keping kisi yang direkatkan pada kamera diharapkan supaya kisi tidak mudah bergeser. Ketika menggunakan sumber cahaya laser, penelitian dilakukan diruangan yang gelap, sedangkan sumber cahayanya lampu lucutan, penelitian bisa dilakukan diruangan yang terang. Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa foto spektrum cahaya yang kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai panjang gelombang spektrum tersebut. Foto tersebut kemudian di analisis menggunakan analisis video pada software Tracker yang sudah terinstal pada komputer [Rodrigues, 2016].
Dalam penelitian tersebut, terdapat kelebihan maupun kelemahannya. Kelebihan pada penelitian ini adalah kamera yang harganya relatif lebih murah dibandingkan spektrometer konvensional dapat digunakan untuk menentukan nilai panjang gelombang. Penelitian ini kemungkinan bisa digunakan untuk alternatif praktikum di tingkat SMA. Namun terdapat kelemahan pada penelitian ini, yaitu software yang digunakan masih tergolong baru, sehingga malah menjadi sulit untuk mengoperasikannya. Oleh karena itu, penelitian yang akan dilakukan diharapkan dapat menggunakan software yang mudah dan biasa dipergunakan di Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma. Sehingga harapannya nanti bisa digunakan sebagai alternatif lain dalam praktikum.
Penelitian yang akan dilakukan ini bertujuan memanfaatkan kamera sebagai pengganti spektrometer konvensional dan mata pengamat untuk melihat spektrum cahaya. Selain itu, untuk menentukan nilai panjang gelombang yang dihasilkan melalui kisi difraksi yang kemudian dianalisis menggunakan aplikasi analisis foto pada Software Loger Pro. Penggunaan kamera bertujuan untuk mempermudah mengidentifikasi spektrum cahaya dapat dilihat melalui layar kamera maupun komputer. Data yang ditampilkan berupa hasil foto spektrum yang kemudian ditampilkan pada software Logger Pro yang sudah terinstal di komputer. Sumber cahaya yang akan digunakan adalah lampu lucutan karena lampu tersebut tersedia di Laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma. Selain itu, jenis dari gas yang terkandung dalam lampu lucutan sudah banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari, misalnya
8
merkuri, neon, helium dan sebagainya. Hasil foto spektrum yang didapatkan kemudian digunakan untuk menentukan nilai panjang gelombang dari lampu lucutan.
Selain dalam bidang fotografi, kamera yang akan digunakan dalam penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan. Para guru diharapkan dapat menjadikan metode yang akan dilakukan pada penelitian ini sebagai salah satu referensi dalam melaksanakan praktikum. Penelitian ini dapat meningkatkan pembelajaran di tingkat SMA pada materi fisika optika serta fisika atom dan molekul. Hal ini dikarenakan penjelasan materi dan praktikum masih minim dan jarang dilakukan, sehingga penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu sarana pendukung dalam memahami teori-teori fisika yang ada. Metode dalam penelitian ini juga dapat digunakan untuk praktikum pada tingkat universitas.
A. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah yang telah dipaparkan maka masalah yang akan dikaji adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana caranya memanfaatkan kamera sebagai pengganti spectrometer untuk melihat spektrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombang? 2. Bagaimana pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya untuk menentukan
B. Batasan Masalah
Untuk memberikan batasan pada masalah yang akan dikaji, maka pada penelitian ini masalah dibatasi pada:
1. Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu lucutan jenis Merkuri, helium dan neon.
2. Pengukuran dibatasi pada orde pertama spektrum cahaya lampu lucutan neon dan helium sedangkan merkuri sampai orde kedua.
3. Pada lampu lucutan merkuri hanya digunakan kisi 100 dan 300 celah/mm. 4. Pada lampu lucutan helium hanya digunakan kisi 300 dan 600 celah/mm. 5. Pada lampu lucutan neon hanya digunakan kisi 600 celah/mm.
6. Hasil foto spektrum dianalisis dengan video analysis dari software Logger
Pro.
7. Besarnya tenaga yang dipancarkan dihitung.
8. Penggunaan 2 buah kamera yang beresolusi tinggi yaitu:
a) 20,2 MP dengan jarak L yang digunakan adalah antara 0,35 meter dan 0,82 meter, dan
b) 12 MP dengan jarak L yang digunakan adalah 0,075 meter.
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Memanfaatkan kamera sebagai pengganti spektrometer dan mata untuk melihat spektrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombang.
10
2. Memanfaatkan hasil foto untuk menentukan nilai panjang gelombang pada lampu lucutan menggunakan video analyzer pada software Logger Pro .
D. Manfaat Penelitian
1. Bagi Peneliti
a. Mengetahui pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya untuk memperoleh data.
b. Mengetahui salah satu pemanfaatan kamera untuk penelitian.
c. Menambah kemampuan dalam menganalisis data dengan menggunakan video analyzer pada software Logger Pro.
2. Bagi Pembaca
a. Menambah wawasan tentang pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya pada kamera untuk penelitian.
b. Menambah wawasan tentang Software Logger Pro.
c. Mengetahui pemanfaatan kamera untuk melihat spektrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombangnya.
3. Bagi Pembelajaran Fisika
a. Sebagai salah satu cara atau metode praktikum untuk menunjukkan spektrum cahaya.
b. Mengetahui nilai panjang gelombang pada lampu lucutan menggunakan analisis foto spektrum pada Logger Pro.
E. Sistematika Penulisan
1. BAB I Pendahuluan
Pada bab I akan diuraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
2. BAB II Dasar Teori
Pada bab II akan diuraikan tentang dasar-dasar teori pendukung dalam penelitian spektroskopi.
3. BAB III Metode Penelitian
Pada bab III akan diuraikan tentang alat-alat yang akan digunakan saat penelitian berlangsung serta langkah-langkah dalam melakukan penelitian. 4. BAB IV Hasil dan Pembahasan
Pada bab IV akan diuraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan selama penelitian berlangsung.
5. BAB V Penutup
12
BAB II DASAR TEORI
A. Gelombang
Gelombang merupakan energi yang merambat dalam suatu medium. Gelombang merambatkan energinya merata keseluruh medium. Peristiwa perambatan energi dari sumber ke seluruh medium memerlukan waktu. Dalam perambatannya medium yang dilaluinya tidak ikut merambat [Asriningsih, 2008]. Dengan kata lain, gelombang adalah gangguan fisik yang dihasilkan pada suatu titik dalam ruang, dan kemudian menghasilkan suatu efek pada tempat lain [Alonso, 1992].
B. Interferensi Cahaya
1. Interferensi
Interferensi merupakan hasil interaksi sumber individual satu sama lain [Alonso, 1992]. Peragaan efek interferensi cahaya oleh Thomas Young dalam tahun 1801, meletakkan teori gelombang cahaya pada dasar eksperimen yang kukuh. Melalui percobaannya ini, Young berhasil memperoleh panjang gelombang cahaya dan ini merupakan hasil pengukuran pertama bagi besaran yang sangat penting ini [Halliday dan Resnick, 1993].
2. Pola Interferensi
Pola interferensi cahaya dari dua sumber atau lebih dapat diamati hanya jika sumber-sumber tersebut koheren dengan kata lain, hanya jika sumber-sumber sumber-sumber tersebut sefase atau memiliki perbedaan fase yang konstan terhadap waktu. Pancaran cahaya oleh atom yang acak berarti bahwa dua sumber cahaya yang berbeda umumnya tak koheren.
Pada percobaan Young, setiap celah bertindak sebagai sumber garis, yang ekivalen dengan sumber titik dalam dua dimensi. Pola interferensi diamati pada layar yang jauh dari celah tadi, yang dipisahkan sejarak d. pada jarak yang sangat jauh dari celah, garis-garis dari kedua celah ke satu titik R di layar akan hampir sejajar, dan perbedaan lintasan d sin θ, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1
[Tipler, 2001].
Gambar 2.1. Skema Percobaan Interferensi Young
Ketika sumber cahaya melewati sebuah keping dengan jumlah celah yang banyak dan berjarak sama, maka cahaya tersebut akan di belokkan kemudian diteruskan menuju ke layar. Gambar 2.1 merupakan perwakilan atau sebagian skema dari banyaknya celah yang dilewati oleh cahaya. Karena layarnya sangat jauh (berjarak L)
14
dibandingkan dengan jarak pisah celah (d), sinar dari celah-celah tersebut ke suatu titik di layar hampir sejajar, dan perbedaan lintasan diantara kedua sinar (P) sama dengan d sin θ. Perhatikan gelombang cahaya datar yang datang secara normal pada kisi tembus (Gambar 2.1) dan anggap bahwa lebar setiap celah sangat kecil sehingga saling berinterferensi dan menghasilkan spektrum cahaya dengan panjang gelombangnya masing-masing.
Pola interferensi yang dihasilkan pada layar yang jauh dari kisi tersebut ialah pola akibat banyak sumber cahaya yang berjarak sama. Interferensi maksimal berada pada sudut θ yang diberikan oleh:
d sin θ = n λ n = 0, 1, 2, … (1)
dimana d: banyaknya celah tiap satu satuan millimeter n: bilangan orde ke-n
λ: panjang gelombang cahaya sumber (nm)
Kedudukan maksimum interferensi tidak tergantung pada jumlah sumbernya, tetapi lebih banyak sumber yang ada, semakin tajam dan semakin besar intensitas maksimum yang akan terjadi.
Sedangkan interferensi minimum terjadi di
d sin θ = (n + 1
2 ) λ n = 0, 1, 2, … (2)
Perbedaan fase δ di titik R ialah 2π/λ kali perbedaan lintasan d sin θ
δ = 2𝜋
𝜆 d sin θ (3)
Dari gambar 2.1 dapat diambil skema berupa segitiga seperti pada gambar 2.2. Jarak P yang diukur sepanjang layar dari terang
pusat O ke terang pertama R pada orde ke-n dihubungkan oleh sudut θ oleh:
Gambar 2.2. Skema pola interferensi yang membentuk segitiga
Dimana :
L: jarak dari celah kisi ke sumber cahaya (m)
d: jarak antarcelah (m)
P: jarak dari terang pusat ke orde n (m)
Maka, dari gambar 2.2 diperoleh persamaan:
tan θ = 𝑃𝐿 (4)
dengan L merupakan jarak dari celah ke layar. Untuk θ yang kecil, tan θ adalah sangat hampir mirip dengan sin θ [Young dan Freedman, 2003], sehingga dapat diperoleh
sin θ ≈ tan θ = 𝑃
𝐿 (5)
sehingga d sin θ diberikan oleh
d sin θ ≈ d𝑃
16
Dengan mensubstitusikan persamaan (6) ke dalam persamaan (1), dapat diperoleh bahwa persamaan (7) berlaku hanya untuk sudut kecil
d 𝑃
𝐿 = n λ (7)
Dengan demikian, untuk sudut yang kecil, panjang gelombang yang diukur di sepanjang layar pola terang ke-n diberikan oleh
λ =𝑑 𝑃
𝐿 𝑛 (8)
C. Difraksi Cahaya
Difraksi merupakan karakteristik semua jenis gelombang cahaya sehingga dapat terjadi peristiwa pelenturan cahaya ke belakang penghalang, seperti misalnya sisi daripada celah. Kita dapat melihat difraksi cahaya melelui sela-sela jari yang dirapatkan dan diarahkan pada sumber cahaya yang jauh [Halliday dan Resnick, 1986]. Padahal menurut Huygens, tiap-tiap titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau sebagai sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang menyebar keluar ke segala arah dengan laju yang sama dengan laju perambatan gelombang itu [Young and Freedman, 2003].
Difraksi teramati apabila sebuah gelombang terdistorsi oleh suatu perintang yang mempunyai dimensi yang sebanding dengan panjang-gelombang dari suatu panjang-gelombang. Perintang itu dapat berupa sebuah layar dengan sebuah lubang atau celah yang mengizinkan sebagian kecil muka gelombang datang untuk lewat. Perintang dapat juga merupakan sebuah
benda kecil, seperti kawat, cakram, yang menghalangi lewatnya sebagian kecil muka gelombang [Young and Freedman, 2003].
Pada zaman Maxwell (pertengahan 1880-an), cahaya yang diketahui hanyalah cahaya tampak, infra merah, dan ultraviolet. Karena Maxwell, kita dapat mengetahui barisan spektrum gelombang elektromagnetik atau yang disebut dengan pelangi Maxwell [Halliday, Resnick dan Walker, 2010]. Hanya bagian yang sangat kecil dari spektrum ini yang dapat dideteksi secara langsung melalui indera penglihatan manusia. Jangkauan ini dinamakan dengan cahaya tampak. Panjang gelombangnya kira-kira 480 sampai 700 nm (400 sampai 700 x 10-9 m), dengan frekuensi yang
bersesuaian dengan kira-kira 750 sampai 430 Hz (7,5 sampai 4,3 x 1014
Hz).
D. Kisi difraksi
Apabila banyaknya celah dalam sebuah percobaan interferensi ditambah (jarak antara celah-celah yang berdekatan dibuat konstan) maka akan memberi pola interferensi dimana maksimum-maksimum berada dalam posisi yang sama, tetapi semakin tajam dan semakin sempit, daripada dengan dua celah. Karena maksimum-maksimum ini begitu tajam, maka posisi sudutnya, dengan demikian juga panjang gelombangnya, dapat diukur sampai dengan ketelitian yang sangat tinggi [Young dan Freedman, 2003].
18
Alat yang bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya, yang terdiri atas sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada permukaan datar disebut dengan kisi difraksi. Dengan demikian, kisi dapat dibuat dengan memotong alur-alur yang berjarak sama pada kaca atau plat logam dengan mesin penggaris presisi. Pada kisi tembus, cahaya lewat melalui celah bening di antara garis.
E. Teori Atom
Pengembangan teori kuantum atom dan molekul oleh Rutherforf, Schrodinger dan lainnya di abad ke-20 menuntun ke pemahaman emisi (pemancaran) dan absorbsi (penyerapan) cahaya oleh materi. Cahaya yang dipancarkan atau diserap oleh atom-atom diketahui sebagai perubahan energi dari elektron-elektron terluar di dalam atom. Karena perubahan-perubahan energi ini dikuantisasikan dan bukannya berlangsung kontinu, foton-foton yang dipancarkan memiliki energi diskrit dengan hasilnya adalah gelombang-gelombang cahaya dengan satu set frekuensi dan panjang gelombang yang diskrit. Jika dilihat melalui sebuah spektroskop dengan lubang lensa dari celah sempit, cahaya yang dipancarkan oleh sebuah atom kelihatan sebagai satu set diskrit garis-garis dari warna-warna atau panjang gelombang-panjang gelombang berbeda dengan jarak dan intensitas garisnya menjadi ciri-ciri elemennya [Tipler, 2001].
Elektron dapat berpindah dari aras yang paling rendah ke aras yang lebih tinggi, begitu pula sebaliknya. Jika elektron berpindah dari aras yang
paling rendah ke aras paling tinggi disebut dengan proses eksitasi. Namun, jika elektron yang sudah mencapai aras yang lebih tinggi kemudian kembali lagi menuju ke aras yang paling rendah, maka proses tersebut disebut dengan proses deeksitasi. Proses deeksitasi seperti ditunjukkan pada gambar 2.3 [Anggoro, 2016].
Gambar 2.3. Peristiwa Deeksitasi
Perpindahan tersebut disebut proses deeksitasi dengan memancarkan tenaga mengikuti persamaan 9 berikut:
ΔE = Ef - Ei (9)
dengan, ΔE: selisih tenaga (eV) Ei : tingkat energi awal (eV) Ef : tingkat energi akhir (eV)
Besarnya tenaga yang dipancarkan sebanding dengan frekuensinya mengikuti persamaan 10 berikut:
20
Maka, dari persamaan 9 dan 10 disubstitusikan menjadi persamaan 11 berikut:
ΔE = hf = Ef - Ei (11)
dengan , h : tetapan Planck sebesar 4,136 x 10-15 eV.s
f : frekuensi gelombang elektromagnetik s-1 (Hz)
Dari spektrum cahaya maka dapat diperoleh nilai panjang gelombangnya berdasarkan persamaan (8). Kemudian dari panjang gelombang maka dapat diketahui nilai frekuensinya mengikuti persamaan 12:
c = f x λ (12)
Untuk mengetahui besarnya tenaga yang dipancarkan maka persamaan 11 dan 12 dapat disubstitusikan menjadi persamaan 13
ΔE = hf = ℎ 𝑐
𝜆 (13)
dengan, ΔE : tenaga yang dipancarkan (eV) c : kelajuan cahaya sebesar 3 x 108 m/s
21
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai panjang gelombang dari lampu lucutan dengan analisis foto spektrum cahaya. Pada bab ini akan dijelaskan mengenai alat yang digunakan, rangkaian peralatan, pengambilan foto, prosedur percobaan, serta cara analisis data. Penelitian yang akan dilakukan tersusun dari peralatan yang murah dan mudah diperoleh. Sensor cahaya yang terdapat pada kamera digunakan sebagai pengganti spektrometer. Lampu lucutan jenis merkuri, helium dan neon digunakan sebagai sumber cahaya dengan pertimbangan bahwa lampu dengan jenis tersebut beredar dipasaran. Lampu jenis tersebut terjual dengan harga yang murah sehingga dapat dijangkau bagi kalangan manapun, baik itu sekolah menengah maupun tingkat universitas.
Penelitian ini diharapkan dapat menentukan nilai panjang gelombang dari suatu sumber cahaya dengan rangkaian yang sederhana. Dalam rangkaian ini digunakan lampu lucutan jenis merkuri, helium dan neon serta kisi difraksi. Kisi Difraksi yang digunakan ada beberapa yaitu, 100 celah/mm dan 300 celah/mm dan 600 celah/mm. Digunakan juga sebuah layar untuk menangkap cahaya sehingga ketika melihat spektrum cahaya bisa terlihat utuh tanpa terlihat benda-benda lainnya. Berikut alat, bahan, rangkaian peralatan, pengambilan foto, prosedur percobaan serta cara analisis data dijelaskan.
22
A. Alat
1. Lampu lucutan digunakan sebagai sumber cahaya. Lampu lucutan yang digunakan adalah merkuri, helium dan neon. Adapun contoh lampu lucutan merkuri yang digunakan seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.1. Lampu lucutan gas merkuri
2. Kamera
Kamera digunakan sebagai pengganti fungsi mata dan spektrometer untuk melihat spketrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombang. Kelebihan penggunaan kamera digital adalah kita bisa merekam data penelitian berupa foto spektrum cahaya. Sehingga data yang diperoleh sudah dicatat dalam bentuk foto oleh kamera. Selain itu, mata tidak perlu membidik atau melihat obyek melalui jendela bidikan sehingga mengurangi rasa sakit pada mata. Obyek berupa spektrum cahaya bisa dilihat melalui layar LCD pada kamera dan pengamat bisa melihat secara jelas spektrum-spektrum cahaya yang dihasilkan. Kemudian dari data yang diperoleh berupa foto spektrum cahaya bisa di analisis berulang kali menggunakan software Logger Pro.
Pada penelitian ini digunakan kamera bermerk Canon EOS 70D dan FujiFilm X-S1. Kamera Canon EOS 70D ini dipasang lensa Fix yang bermerk Yongnuo dengan titik fokus tengah f /1,8 dan tebal lensa 35 mm.
Kamera pertama yang digunakan adalah kamera Canon EOS dengan seri 70 D (gambar 3.2). Kamera ini mempunyai resolusi 20,2 MP dengan sensor APS-C CMOS. Kinerja autofokus dari kamera ini juga sangat cepat serta pengendalian noise sangat baik. Kamera kedua yang digunakan adalah Fujifilm dengan seri X-S1 (gambar 3.3). Kamera ini mempunyai resolusi sebesar 12 MP dengan sensor EPR CMOS. Lensa pada kamera ini dapat dilakukan perbesaran sebanyak 26 kali dengan maksimum titik fokus tengah f/2,8 dan memiliki jarak pemfokusan minimal 1 cm. Oleh karena itu, kamera ini disebut juga kamera superzoom. Noise biasa disebut dengan derau atau gangguan. Akan tetapi, dalam dunia fotografi, noise
adalah sebuah istilah untuk menyebut titik-titik berwarna yang biasanya mengganggu hasil foto sehingga membuat foto menjadi tampak tidak halus.
Sensor gambar menerima cahaya yang masuk melalui lensa dan mengubahnya menjadi muatan listrik untuk menghasilkan gambar. Setiap kamera tentu memiliki sensor yang tersusun atas jutaan pixel yang peka terhadap cahaya. Secara teori, pada saat kita melakukan foto, cahaya akan masuk ke lensa dan diterima oleh tiap pixel dari sensor yang kemudian diubah menjadi besaran sinyal tegangan. Sensitivitas dari sensor inilah yang dinyatakan dalam besaran ISO.
24
ISO adalah istilah dalam fotografi yang digunakan untuk mengukur tingkat sensitivitas sensor terhadap cahaya. Semakin tinggi ISO yang digunakan, maka sensor akan semakin sensitif sehingga kamera akan mampu menangkap gambar dengan lebih cerah sehingga tidak membutuhkan sorotan cahaya ke kamera yang lama. Jadi, semakin besar nilai ISO maka semakin sensitif pula sensor tersebut dalam menangkap cahaya sehingga foto akan nampak menjadi lebih terang (meskipun keadaan sekitar kita dalam keadaan gelap) meski menggunakan shutter
speed yang rendah.
Pada penelitian ini digunakan dua kamera dengan masing-masing resolusi, sebesar 20,2 MP dan 12 MP. MP disini berarti megapixel dimana mega mempunyai arti jutaan, sedangkan pixel menunjukkan skala resolusi (daya pisah) dari sebuah gambar dan merupakan representasi dari titik-titik kecil yang kemudian disatukan hingga menjadi sebuah gambar. Semakin besar resolusi kamera, maka semakin banyak pula jumlah pixel yang dihasilkan untuk menyusun sebuah gambar sehingga akan tampak lebih detail terutama jika dilakukan cropping atau zooming pada gambar tersebut.
Lensa Fix tersebut dirancang untuk sensor full frame dan mempunyai 7 elemen lensa dalam 5 grup dengan 7 bilah diafragma serta diameter filter 52mm sehingga ketajaman lensa, warna dan kontras yang dihasilkan juga baik. Titik fokus lensa ini sedekat 25 cm dari obyek. Pada set ini, tuas MF/AF pada lensa digeser ke posisi AF supaya lebih mudah mendapat
fokus yang akurat serta tajam tanpa memutar ring kecil pada lensa tersebut [Kurniawan, 2013].
Gambar 3.2. Kamera Canon dengan lensa Fix yang digunakan
Gambar 3.3. Kamera Fujifilm yang digunakan
3. Statip lampu lucutan digunakan untuk menjepit lampu lucutan.
Pada penelitian ini digunakan statip khusus untuk lampu lucutan seperti pada gambar 3.4 dibawah ini. Tujuan dari penggunaan statip khusus ini adalah supaya aman, karena dalam penelitian ini digunakan sumber bertegangan tinggi. Terdapat pula pelindung berbahan isolator pada kedua ujung statip penjepit lampu sehingga aman ketika digunakan. Jika menggunakan statip biasa, maka bisa terkena setrum dikarenakan tidak ada pelindung. Lampu Lucutan dipasang dengan cara menjepitkan
26
kedua ujungnya pada statip. Wujud dari lampu lucutan yang sudah dijepit pada statip seperti pada gambar 3.4 dibawh ini :
Gambar 3.4. Statip Lampu Lucutan
4. Tripod kamera digunakan sebagai penopang kamera agar tegak lurus dengan lampu lucutan dan tidak mudah goyang atau stabil.
5. Sumber daya tegangan tinggi digunakan sebagai penyedia listrik bertegangan tinggi. Sumber daya ini digunakan karena colokan berwarna merah dan hitam ini nantinya akan dihubungkan ke kedua ujung statip lampu lucutan seperti gambar 3.5.
Gambar 3.5. Sumber Daya Bertegangan Tinggi
1. Keping kisi digunakan untuk melewatkan cahaya dari sumber cahaya agar terlihat spektrum cahayanya. Adapun keping kisi yang digunakan adalah 100 dan 300 celah/mm untuk lampu merkuri, 600 celah/mm untuk lampu
neon, serta 300 dan 600 celah/mm untuk lampu helium. Berikut adalah contoh keping kisi 300 celah/mm yang digunakan:
Gambar 3.6. Kisi 300 L/mm
B. Rangkaian Penelitian
Penentuan panjang gelombang akan ditunjukkan dengan hasil foto. Kamera digunakan untuk mengganti spektrometer. Dalam penelitian ini, kamera yang digunakan adalah Canon seri 70 D dan Fujifilm X-S1 karena kamera tersebut sangat familiar dan penggunaannya pun mudah untuk semua kalangan. Untuk dapat melihat spektrum warna yang dihasilkan dari lampu lucutan jenis merkuri, neon dan helium, cahaya dari lampu dilewatkan terlebih dahulu ke sebuah keping kisi kemudian difoto. Oleh karena itu, layar yang digunakan diletakkan dibelakang lampu.
Pemanfaatan kamera ini mengikuti prinsip alat spektrometer karena pada kamera terdapat lensa yang bisa digunakan sebagai teropong sehingga bisa dilakukan perbesaran obyek seperti halnya pada spektrometer serta terdapat sensor cahaya dan layar kamera dapat digunakan untuk melihat obyek seperti halnya pada mata manusia. Lampu lucutan jenis merkuri, helium dan neon digunakan sebagai sumber cahaya karena berdasarkan praktikum-praktikum yang sudah pernah dilakukan di Pendidikan Fisika Universitas Sanata
28
Dharma, jenis lampu tersebut yang seringkali digunakan untuk praktik. Keping kisi digunakan untuk melewatkan cahaya dari sumber untuk didifraksikan agar dapat bisa dilihat spektrum cahayanya melalui layar kamera mengikuti prinsip praktikum kisi difraksi.
Gambar 3.7 menunjukkan skema rangkaian peralatan spectrometer sederhana jika dilihat dari sisi atas. Adapun keping kisi yang digunakan adalah 100, 300 dan 600 celah tiap millimeter.
Gambar 3.7. Skema rangkaian peralatan spektroskop sederhana yang tampak dari atas
Keterangan gambar:
1. Layar
2. Lampu lucutan 3. Keping kisi difraksi 4. Kamera
Dari gambar 3.7, peralatan yang sudah disiapkan dapat dirangkai menjadi gambar 3.8. Gambar 3.8 ini merupakan gambar rangkaian spektroskop sederhana yang tampak dari atas, seperti berikut:
Gambar 3.8. Foto rangkaian peralatan spektroskop sederhana yang tampak dari atas.
Rangkaian peralatan pada gambar 3.8 ini disusun tegak lurus antara kamera, kisi, lampu lucutan dan layar. Dengan begitu nantinya cahaya dari sebuah sumber cahaya dipisahkan menggunakan sebuah kisi melalui peristiwa difraksi. Spektrum cahaya akan ditangkap oleh layar sehingga dapat difoto menggunakan kamera. Lampu lucutan yang digunakan dihubungkan ke sumber tegangan tinggi. Ketika sumber tegangan tinggi dinyalakan, maka lampu lucutan juga akan menyala. Kemudian akan terlihat beberapa spektrum cahaya dari lampu lucutan di sebelah kanan dan kiri lampu melalui kamera.
Pada penelitian ini, keping kisi yang digunakan kemudian diukur jaraknya ke lampu lucutan. Layar bermideline ini bertujuan untuk menangkap cahaya dan sebagai acuan satuan panjang agar ketika di olah menggunakan
software Logger Pro bisa diketahui jarak yang sebenarnya dari terang pusat
30
C. Pengambilan Foto
Hasil foto dalam hal ini berupa spektrum cahaya. Pengambilan foto dilakukan dengan menggunakan kamera Canon seri 70 D yang memiliki resolusi sebesar 20,2 MP serta menggunakan lensa Fix Yongnuo supaya tidak perlu melakukan perbesaran sehingga lensa tetap dan tidak berubah-ubah. Kamera lain yang digunakan adalah Fujifilm X-S1 yang memiliki resolusi sebesar 12 MP. Kamera yang dipasangkan ke sebuah tripot yang diarahkan tegak lurus ke set alat. Data yang diperoleh berupa hasil foto warna-warni cahaya. Hasil foto ini lah yang kemudian akan di analsis dengan menggunakan video analyzer pada software Logger Pro 3.12.
D. Prosedur Penelitian
1. Pengambilan Data
a. Alat disusun seperti pada gambar 3.8.
b. Rekatkan keping kisi pada lensa kamera. Usahakan keping kisi tegak lurus dengan lensa agar pada saat melihat obyek, obyek tidak miring seperti pada gambar 3.9:
Gambar 3.9. Keping kisi yang direkatkan pada lensa kamera
d. Lampu lucutan dinyalakan.
e. Atur posisi kamera dan kisi supaya obyek yang terlihat tidak miring. f. Ukur jarak dari lampu lucutan ke keping kisi lalu dicatat.
g. Spektrum cahaya difoto.
h. Langkah 3 – 7 diulang untuk nilai jarak dari lampu lucutan ke kisi yang berbeda, lalu dicatat.
i. Langkah 3 – 8 diulang untuk kisi yang berbeda, lalu dicatat. j. Langkah 3 – 9 diulang untuk lampu lucutan yang berbeda. k. Nilai panjang gelombang λ ditentukan dengan persamaan (8). l. Nilai tenaga yang dipancarkan ΔE dihitung dengan persamaan (13).
2. Analisis Data
Hasil data berupa foto akan dianalisis menggunakan video analyzer
pada software Logger Pro. Cara menganalisis foto adalah sebagai berikut: a. Foto yang ingin dianalisis dicrop sampai pada orde pertama saja seperti
pada gambar 3.10.
Gambar 3.10. Proses pengecropan hasil foto.
b. Buka software Logger Pro 3.12 kemudian akan tampil lembar kerja seperti pada gambar 3.11
32
Gambar 3.11. Lembar kerja software Logger Pro 3.12
c. Klik menu insert kemudian pilih picture with photo analysis lalu akan muncul dialog open folder seperti pada gambar 3.12. Pilih nama folder yang dituju seperti pada gambar 3.12.
Gambar 3.12. Dialog open folder
d. Pilih nama file foto yang ingin dianalisis kemudian pilih open seperti pada gambar 3.13.
e. File foto yang terpilih akan tampil pada lembar kerja Logger Pro
kemudian lakukan perbesaran tampilan pada foto tersebut dengan cara menarik sisi-sisi foto sesuai arah yang diinginkan seperti pada gambar 3.14.
Gambar 3.14. Tampilan foto yang sudah diperbesar pada lembar kerja Logger Pro.
f. Klik ikon Set Scale pada menu yang ada di samping foto seperti pada gambar 3.15.
Gambar 3.15. Ikon Set Scale
g. Arahkan kursor ke mideline kemudian klik salah satu sisi ukuran lalu tarik ke sisi lain yang berjarak 1 cm dengan tepat seperti pada gambar 3.16
34
Gambar 3.16. Mengset scale mideline sebesar 1 cm.
h. Setelah mengeset kemudian munculah dialog seperti pada gambar 3.17 yang kemudian diisi angka dan satuan yang akan digunakan sebagai acuan panjang.
Gambar 3.17. Pengisian acuan panjang
i. Klik ikon set origin untuk mengetahui titik tengah dari lampu lucutan seperti pada gambar 3.18.
.
Gambar 3.18. Ikon Set Origin
j. Arahkan kursor ke tengah-tengah lampu lucutan yang digunakan sebagai terang pusat kemudian diklik seperti pada gambar 3.19.
Gambar 3.19. Terang pusat yang sudah di set origin
k. Klik ikon add point untuk memberi tanda titik pada tengah-tengah setiap warna seperti pada gambar 3.20.
Gambar 3.20. Ikon Add Point
l. Arahkan kursor ke tengah-tengah setiap spektrum cahaya untuk memberikan tanda titik warna merah mulai dari warna yang paling kiri, terang pusat hingga warna yang paling kanan seperti pada gambar 3.21.
36
m.Setelah selesai memberikan add point pada masing-masing spektrum cahaya kemudian pada tabel video analysis P dan Y akan terisi angka seperti pada gambar 3.22.
Gambar 3.22. Tabel Video Analysis terisi angka berdasarkan penambahan titik pada spektrum cahaya.
n. Klik New Manual Column pada menu data untuk menambahkan kolom tabel “orde” secara manual kemudian muncul dialog seperti gambar 3.23.
Gambar 3.23. Dialog New Manual Column pada menu data
o. Ketik kolom name dengan “orde” dan kolom short name dengan “m” kemudian klik done. Lalu ketik angka 1 untuk orde spektrum cahaya yang berada di sebelah kanan terang pusat, angka -1 untuk
spektrum cahaya yang berada di sebelah kiri terang pusat dan angka 0 untuk terang pusatnya.
p. Pilih menu data kemudian klik use parameters untuk menambahkan parameter-parameter yang akan digunakan seperti gambar 3.24.
Gambar 3.24. Dialog Use Parameters pada menu data
q. Ketik lambang yang digunakan pada kolom name dan ketik angka yang digunakan pada kolom value, ketik satuan “m” pada kolom
units serta pilih angka berapa bilangan desimal/angka dibelakang
“koma” pada kolom places kemudian klik ok seperti gambar 3.25.
38
r. Pilih menu data kemudian klik New Calculated Column untuk menambahkan kolom tabel secara hitungan dengan menambahkan tulisan “Lambda” pada kolom name, lambang “λ” pada kolom short name dan menambahkan satuan yang digunakan “nm” pada kolom
units seperti gambar 3.26.
Gambar 3.26. Dialog New Calculated Column
s. Pada kolom expression ditambahkan parameter dan variabel yang digunakan sesuai dengan persamaan (8) kemudian klik done seperti gambar 3.27.
Gambar 3.27. Pengisian rumus secara manual pada kolom expressions
t. Nilai panjang gelombang akan muncul pada kolom “lambda”. Kemudian nilai masing-masing spektrum cahaya dirata-rata
u. Dihitung nilai ketidakpastiannya.
40
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
1) Hasil Data
Diperoleh hasil foto spektrum cahaya dari lampu lucutan merkuri, helium dan neon yang dilewatkan melalui keping kisi untuk dianalisis menggunakan video analyzer pada software Logger Pro. Dari hasil analisis foto dapat diketahui nilai jarak antara terang pusat dan setiap warna spektrum untuk dihitung nilai panjang gelombangnya. Dengan menggunakan keping kisi yang jumlah celah tiap milimeternya berbeda yaitu 100, 300 dan 600 celah/mm. Penggunaan kisi 100 dan 300 celah untuk lampu merkuri, 300 dan 600 celah/mm untuk lampu helium dan 600 celah/mm untuk lampu neon. Seluruh nilai panjang gelombang diperoleh dengan menggunakan hasil foto. Hasil foto tersebut dianalisis menggunakan persamaan (8) pada aplikasi video analyzer pada software Logger Pro 3.12.
a. Penghitungan nilai jarak antarcelah pada kisi
Dengan mengetahui jumlah celah tiap milimeter yang digunakan, maka dapat diperoleh nilai jarak antar celahnya, yaitu sebesar :
1) 100 celah/mm = 0,00001 m, 2) 300 celah/mm = 0,000003 m, dan 3) 600 celah/mm = 0,0000017 m.
b. Penentuan nilai panjang gelombang
Dalam penelitian ini, jenis sumber cahaya yang digunakan yaitu lampu lucutan merkuri helium dan neon. Kisi yang digunakan yaitu 100, 300 dan 600 celah/mm. Orde serta jarak L diubah-ubah nilainya sehingga dapat diperoleh nilai panjang gelombang masing-masing spektrum. Penghitungan panjang gelombang yaitu dengan persamaan (8) yang ditulis pada kolom expression pada analisis video Logger Pro, dimana sebelumnya sudah mengisi terlebih dahulu nilai d dan L yang akan digunakan.
Jarak antara sumber cahaya yaitu lampu lucutan dan keping kisi disebut sebagai L, dimana nilai L diperoleh dengan cara mengukur jarak antara celah dengan lampu. Nilai L ini bisa diubah-ubah maupun tidak. Jarak terang pusat ke spektrum cahaya diukur dengan menggunakan aplikasi picture with photo analysis pada software Logger Pro. Pengukuran dilakukan sebanyak satu kali hanya pada orde pertama pada masing-masing keping kisi yang digunakan pada sisi sebelah kanan dan kiri terang pusat.
Pada data ini, spektrum cahaya penyusun lampu merkuri digunakan sebagai contoh data penentuan nilai P. Digunakan cara yang sama untuk spektrum dan lampu jenis helium dan neon. Hasil data lengkap dapat dilihat pada lampiran. Hasil akhir pengukuran jarak terang pusat ke warna spektrum cahaya menggunakan analisis foto spektrum ditunjukkan oleh tabel 4.1.
42
Tabel 4.1 Hasil data pengukuran jarak terang pusat ke spektrum cahaya pada lampu lucutan gas merkuri
Kisi = 100 celah/mm
L = 0,35 m
n = 1
Pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa spektrum penyusun lampu lucutan merkuri terdiri dari warna jingga, hijau dan ungu. Nilai jarak P (m) merupakan hasil rata-rata antara nilai P1 dan P2. Berikut adalah contoh
perhitungan rata-rata nilai jarak P spektrum warna kuning pada lampu lucutan merkuri dengan kisi 100 celah/mm. Untuk spektrum warna lain pada lampu lucutan dihitung dengan cara yang sama.
Warna kuning: P1 = -0,020 P2 = 0,021 m P1 = -(-0,020) P1 = 0,020m Rata-rata P = 𝑃1+ 𝑃2 2 =0,020+ 0,021 2 = 0,021 m
Warna Jarak P1 (m) Jarak P2 (m) Jarak P (m)
Kuning -0,020 0,021 0,021 Hijau -0,020 0,019 0,019 Ungu -0,015 0,015 0,015
Dari hasil perhitungan nilai P1 dan P2 setiap spektrum dirata-rata
sehingga diperoleh jarak P. Untuk spektrum warna kuning nilai P adalah 0,021 m, spektrum warna hijau nilai P adalah 0,019 m, dan spektrum warna ungu adalah 0,015 m.
Dengan jumlah celah pada kisi, jarak antara terang pusat dengan spektrum serta jarak antara lampu lucutan dengan kisi sudah diketahui, maka dengan persamaan (8) dapat ditentukan nilai panjang gelombang setiap spektrum. Penentuan nilai panjang gelombang ini dilakukan beberapa variasi berupa variasi orde, jarak L, kisi, serta jenis lampu lucutan. Variasi tersebut untuk dilihat bagaimana pengaruhnya terhadap nilai panjang gelombang, seperti berikut ini:
a) Pengaruh variasi orde terhadap panjang gelombang
Dengan menganalisis nilai panjang gelombang pada orde pertama dan kedua pada lampu lucutan merkuri dengan kisi dan jarak L tetap, maka pengaruh orde terhadap nilai panjang gelombangnya dapat dilihat pada hasil analisis foto spektrumnya seperti pada tabel 4.2.
44
Tabel 4.2. Hasil variasi orde terhadap λ pada spektrum kuning lampu lucutan merkuri
Sumber = Lampu Merkuri L = 0,35 m
Kisi = 100 celah/mm
Warna = Kuning Lampu Merkuri
Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 579 nm No. Orde ke Jarak P (m) Panjang Gelombang (nm) 1 1 0,02 593 ± 3 2 2 0,04 592 ± 3
Dalam penelitian ini, dilakukan variasi orde spektrum cahaya. Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang digunakan yaitu Canon EOS 70 D. Jarak L yang digunakan adalah 0,35 m, sedangkan kisi yang digunakan adalah kisi 100 celah/mm. Variasi orde spektrum yang akan dianalisis pada penelitian ini dibatasi hanya sampai orde ke-2. Penyebab pembatasan variasi orde yang hanya sampai orde ke-2 ini dikarenakan berdasarkan data yang diperoleh, pemisahan warna terjauh hanya bisa dilakukan sampai orde kedua saja. Ketika mem-variasikan orde, kisi, jenis lampu dan panjang L diatur tetap. Sehingga panjang gelombang dari warna kuning dengan beda orde dapat dilihat pada tabel 4.2.
Dengan cara yang sama, di analisis nilai panjang gelombang pada masing-masing jarak P lalu dihitung nilai panjang gelombang
rata-ratanya. Setelah mendapatkan nilai panjang gelombang rata-rata kemudian dihitung nilai ketidakpastiannya untuk warna kuning pada orde pertama dan kedua. Dari hasil perhitungan, diperoleh ketidakpastian dari nilai panjang gelombang kuning pada orde pertama adalah 593 nm dengan nilai ketidakpastiannya ±3 nm dan orde kedua adalah 592 nm dengan nilai ketidakpastiannya ±3 nm. Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk Merkuri (terlampir), pada warna kuning nilai panjang gelombangnya adalah 576 nm [Tim Penyusun, 2014].
Dari tabel 4.2 dapat dilihat bahwa dengan jenis lampu lucutan yang sama, kisi yang digunakan sama, jarak L yang sama, dan juga spektrum warna yang sama dengan orde yang dipilih yaitu sebanyak 2. Dari data tampak bahwa pengaruh banyaknya orde terhadap jarak P adalah pada orde kedua, jarak P nilainya 2 kali lebih besar daripada jarak P orde pertama. Nilai panjang gelombang untuk warna kuning pada lampu merkuri meskipun semakin banyak orde, dan semakin besar nilai jarak Pnya namun nilai λ nya sama.
Untuk nilai panjang gelombang pada masing-masing orde, jarak L, kisi, spektrum warna serta jenis lampu yang berbeda digunakan cara yang sama untuk menentukan nilai panjang gelombangnya. Kemudian setelah menentukan nilai panjang gelombang, ditentukan pula nilai ketidakpastiannya. Sebenarnya terdapat 3 nilai panjang gelombang tiap warna, yaitu panjang gelombang spektrum kuning
46
sebelah kanan λ1, sebelah kiri λ2serta panjang gelombang rata-rata λr. Berikut adalah contoh untuk menentukan nilai ketidakpastian panjang gelombang dari warna kuning pada orde pertama:
Ketidakpastian = √( 𝜆1− 𝜆𝑟)2+( 𝜆2− 𝜆𝑟)2 𝑛−1 Ketidakpastian λkuning = √( 𝜆1− 𝜆𝑟)2+( 𝜆2− 𝜆𝑟)2 𝑛 = √(591,3 − 593 )2 + (595,2−593)2 2−1 = 3 nm
Dari hasil perhitungan ketidakpastian nilai panjang gelombang, dapat diperoleh bahwa nilai panjang gelombang warna kuning lampu lucutan merkuri dengan kisi 100 celah/mm dengan jarak L 0,35 m pada orde pertama ialah 593±3 nm. Dengan cara yang sama, penghitungan nilai ketidakpastian dihitung untuk masing-masing nilai panjang gelombang.
a) Pengaruh variasi jarak L terhadap panjang gelombang
Dengan mengubah nilai jarak antara lampu lucutan dengan kisi (L) pada jenis lampu dan kisi yang digunakan sama, maka pengaruh nilai jarak L terhadap nilai panjang gelombangnya dapat dilihat pada hasil analisis foto spektrumnya seperti pada tabel 4.3.
Tabel 4.3. Hasil variasi jarak L terhadap panjang gelombang pada spektrum kuning lampu lucutan merkuri
Sumber = Lampu Merkuri
Warna = Kuning lampu merkuri
Orde = 1
Kisi = 100 celah/mm
Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 576 nm No. Jarak L (m) Jarak P (m) Panjang Gelombang (nm) 1 0,35 0,02 593 ± 3 2 0,82 0,05 591 ± 1
Dalam penelitian ini, dilakukan variasi jarak L. Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang digunakan yaitu Canon EOS 70 D. Sedangkan kisi yang digunakan adalah kisi 100 celah/mm dan foto spektrum di analisis hanya pada orde pertama.
Dengan cara yang sama, foto spektrum kuning di analisis nilai panjang gelombangnya pada masing-masing jarak L dan nilai ketidakpastiannya. Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai panjang gelombang kuning lampu merkuri pada jarak L 0,35 m adalah 593 nm dengan ketidakpastian ±3 nm dan jarak L 0,82 m adalah 591 dengan ketidakpastian ±1 nm. Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk Merkuri (terlampir), pada warna kuning nilai panjang gelombangnya adalah 576 nm [Tim Penyusun, 2014].
48
Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa dengan jenis lampu lucutan yang sama, kisi yang digunakan sama, spektrum kuning pada orde pertama namun jarak L yang di ubah nilainya tampak bahwa jarak P juga berubah. Semakin jauh jarak antara kamera dan lampu (L), maka semakin jauh pula jarak dari terang pusat ke spektrum kuning lampu lucutan merkuri (P). Nilai panjang gelombang untuk warna kuning pada lampu merkuri meskipun semakin besar jarak L, dan semakin besar pula jarak Pnya namun nilai λ nya sama.
b) Variasi kisi terhadap panjang gelombang
Jumlah celah pada keping kisi yang digunakan diganti dari 100 celah/mm menjadi 300 celah/mm. Jenis lampu lucutan yang digunakan juga sama yaitu merkuri. Oleh karena itu, pengaruh banyaknya kisi yang digunakan terhadap nilai panjang gelombang dapat dilihat berdasarkan hasil analisis foto spektrum kuningnya seperti yang tercantum pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4. Hasil variasi jumlah celah pada kisi terhadap panjang gelombang spektrum kuning pada lampu lucutan gas
merkuri
Sumber = Lampu Merkuri
n = 1
Spektrum = Kuning lampu merkuri
Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 576 nm
No. Kisi (celah/mm) Jarak L (m) Jarak P (m) Panjang Gelombang (nm) 1 100 0,35 0,02 593 ± 3 2 300 0,39 0,07 594 ± 1
Dalam penelitian ini, dilakukan variasi jumlah celah tiap milimeter pada kisi dari 100 celah/mm menjadi 300 celah/mm. Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang digunakan yaitu Canon EOS 70 D. Sedangkan jarak L yang digunakan seharusnya tetap, namun pada penelitian ini jarak L 0,35 m dan 0,39 m digunakan karena keterbatasan alat ketika digunakan untuk memfoto spektrum pada kisi 100 celah/mm. Pada kisi 300 celah/mm digunakan jarak L 0,39 m karena ketika menggunakan jarak yang sama pada kisi 100 celah/mm hasil fotonya kurang fokus sehingga letak kamera sedikit dijauhkan dari lampu namun jarak Lnya tidak jauh berbeda dengan jarak L pada kisi 100 celah/mm. Sehingga diharapkan meskipun jarak L pada kisi 100 celah/mm dengan 300 celah/mm selisih 2 cm, hal ini bisa dilihat pengaruh kisi terhadap jarak P dan nilai panjang gelombang.
50
Dengan cara yang sama, foto spektrum kuning di analisis nilai panjang gelombangnya pada masing-masing kisi dan nilai ketidakpastiannya. Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai panjang gelombang kuning lampu merkuri pada kisi 100 celah/mm adalah 593 nm dengan ketidakpastiannya ±3 nm dan kisi 300 celah/mm adalah 594 nm dengan ketidakpastiannya ±1 nm. Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk Merkuri (terlampir), pada warna kuning nilai panjang gelombangnya adalah 576 nm [Tim Penyusun, 2014].
Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa pada jenis lampu lucutan yang sama, jarak L sama, spektrum kuning pada orde pertama namun jumlah celah pada kisi yang di ubah, tampak bahwa jarak P juga berubah. Semakin banyak celah pada kisi yang digunakan (d), maka semakin jauh pula jarak dari terang pusat ke spektrum kuning lampu lucutan merkuri (P). Hal ini dapat dibuktikan jika mula-mula jumlah celah pada kisi adalah 100 celah/mm diganti menjadi 3 kali lipatnya yaitu 300 celah/mm, maka nilai jarak P juga akan berubah menjadi 3 kali lipatnya dimana jarak P mula-mula adalah 0,02 m berubah menjadi 0,07 m. Nilai panjang gelombang untuk warna kuning pada lampu merkuri meskipun semakin banyak jumlah celah tiap milimeter pada kisi, dan semakin besar pula jarak Pnya namun nilai λ nya sama.
c) Variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang gelombang
Jenis lampu lucutan yang digunakan diganti menjadi helium dan neon. Kamera yang digunakan juga berbeda dengan penelitian sebelumnya yaitu menggunakan Fujifilm XS-1. Hal ini karena adanya keterbatasan alat sebelumnya ketika digunakan untuk memfoto spektrum cahaya pada kedua jenis lampu ini.
Kisi yang digunakan adalah 600 celah/mm. Jarak L yang digunakan adalah 0,075 m sedangkan spektrum yang di analisis hanya orde pertama. Hal ini dikarenakan spektrum yang tampak hanya satu orde saja. Adapun spektrum yang digunakan sebagai pembanding adalah spektrum kuning. Hal ini karena spektrum kuning merupakan salah satu warna yang sama yang menjadi spektrum penyusun masing-masing lampu tersebut Oleh karena itu, pengaruh beda jenis lampu lucutan yang digunakan terhadap nilai panjang gelombang dapat dilihat berdasarkan hasil analisis foto spektrum kuningnya seperti yang tercantum pada Tabel 4.5.
