ALAT PENGUKUR INDEKS BIAS DAN VISKOSITAS CAIRAN DENGAN MENERAPKAN HUKUM SNELLIUS BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8535

ALAT PENGUKUR INDEKS BIAS DAN VISKOSITAS CAIRAN
DENGAN MENERAPKAN HUKUM SNELLIUS BERBASIS
MIKROKONTROLER AVR ATMEGA 8535

(Skripsi)

Oleh
Donni Kis Apriyanto

JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2012

ABSTRAK

ALAT PENGUKUR INDEKS BIAS DAN VISKOSITAS CAIRAN
DENGAN MENERAPKAN HUKUM SNELLIUS BERBASIS
MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8535

Oleh
DONNI KIS APRIYANTO

Telah direalisasikan sebuah alat pengukur indeks bias cairan yang sekaligus
menampilkan nilai viskositasnya dengan menerapkan hukum Snellius dengan
tampilan LCD. Alat tersebut terdiri dari sensor LDR, potensiometer multiturn,
motor stepper, mikrokontroler ATMega 8535 dan LCD 16x2. Proses kerja alat
yaitu sensor LDR akan bergerak horizontal mencari berkas cahaya paling terang
dari sinar laser yang telah dibiaskan oleh cairan. Pergerakan LDR secara
horizontal ini dibantu oleh motor stepper bipolar dan belt. Ketika sensor LDR
terkena cahaya, maka sensor LDR akan berhenti bergerak dan mikrokontroler
akan membaca keluaran dari potensiometer multiturn yang sebelumnya ikut
berputar seiring dengan pergerakan LDR. Keluaran dari potensiometer multiturn
ini akan dikonversikan sebagai bentuk perubahan jarak LDR dan akan dihitung
oleh program sebagai nilai indeks bias cairan dan viskositas cairan. Nilai
viskositas yang didapatkan merupakan hasil perhitungan numerik program dimana
terlebih dahulu dicari hubungan antara perubahan nilai indeks bias terhadap
viskositas yang didapat dari hasil eksperimen. Hasil dari perubahan nilai indeks
bias terhadap viskositas setiap cairan berbeda-beda dimana pada larutan garam
memiliki perubahan nilai indeks bias terhadap viskositas yang lebih linier

sehingga persamaan empiris larutan garam
= 0.0014
+ 0.0028
dimasukkan pada perhitungan program. Oleh karena itu, alat ini hanya baik
digunakan untuk menampilkan nilai visksositas larutan garam sedangkan nilai
indeks bias dapat digunakan untuk semua cairan yang mampu dilewati cahaya
tampak. Rentang pengukuran nilai indeks bias cairan yang mampu di ukur alat
yaitu 0.66 sampai 5.69 dan nilai viskositas antara 0.003718 P sampai 0.010723 P.

Kata kunci :

Indeks Bias, Viskositas, Sensor LDR, Potensiometer Multiturn,
Mikrokontroler ATMega8535

ABSTRACT

MEASURING INSTRUMENT OF REFRACTIVE INDEX AND
VISCOSITY OF LIQUID WITH APPLY THE SNELLIUS’ LAW BASED
ON MICROCONTROLLER AVR ATMEGA8535

By
DONNI KIS APRIYANTO

It has realized an instrument for measuring a refractive index of a liquid that is at
once showing the value viscosity with apply the snellius’ law by the look of LCD.
The device consisting of a LDR, potensiometer multiturn, stepper motor,
microcontroller atmega 8535 and 16x2 LCD. The process of working instrument
that is the LDR will be moving horizontally looking for more visible light beam
from a laser beam that has been refracted by a liquid. This movement LDR in
horizontally was aided by the bipolar stepper motor and belt. When LDR exposed
to light, then LDR will stop moving and microcontroller going to read output of
potensiometer multiturn formerly also be spinning along with the movement of
LDR. Output of potensiometer multiturn this will be converted as an altered form
a distance LDR and will be processed by programs as the value of the refractive
index and viscosity of a fluid. The value of viscosity obtained is the result of
numerical calculations a program where first sought the refractive index of the
relation between a change in value against viscosity obtained from the results of
experiments . The result of alteration of the value of the refractive index against
the viscosity of any fluid varying where to the solution of salt having a change in
value the refractive index against viscosity more linear so the equation of

empirical the solutions of salt = 0.0014
+ 0.0028 put on calculations of
the program. Therefore, this instrument is only good used to display the value of
viscosity the solutions of salt while the value of the refractive index can be used to
all the fluid that can pass visible light. The range measuring the refractive index of
liquid is 0.66 to 5.69 and the value of viscosity is 0.003718 P to 0.010723 P.
Keywords : refractive index, viscosity, LDR, potensiometer multiturn,
microcontroller atmega8535

ALAT PENGUKUR INDEKS BIAS DAN VISKOSITAS CAIRAN
BERDASARKAN HUKUM SNELLIUS BERBASIS
MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8535

Oleh

Donni Kis Apriyanto

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar
SARJANA SAINS

Pada
Jurusan Fisika
Fakuktas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung

JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2012

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya
atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara
tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka,
selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai

dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, 05 Agustus 2012

Donni Kis Apriyanto
NPM. 0717041031

Judul Penelitian

: ALAT PENGUKUR INDEKS BIAS DAN
VISKOSITAS CAIRAN DENGAN MENERAPKAN
HUKUM SNELLIUS BERBASIS
MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8535

Nama Mahasiswa

: Donni Kis Apriyanto

NPM

: 0717041031

Jurusan

: Fisika

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing

Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T.
NIP. 19801010 200501 1 002

2.

Dr. Warsito, D.E.A.
NIP. 19710212 199512 1 001

A.n. Ketua Jurusan Fisika
Sekretaris Jurusan Fisika

Sri Wahyu Suciati, M.Si.
NIP. 19710829 199703 2 001

MENGESAHKAN

1.

Tim Penguji
Ketua

: Gurum Ahmad Pauzi, M.T.

.......................

Sekretaris

: Dr. Warsito, D.E.A.

.......................

Penguji
Bukan Pembimbing

: Sri Wahyu Suciati, M.Si.

.......................

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph.D.
NIP. 19690530 199512 1 001

Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 02 Agustus 2012

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Natar pada tanggal 03 April 1988, anak
pertama dari tiga bersaudara pasangan Bapak M. Kis
Hariyanto dan Ibu Zurnelly. Penulis menyelesaikan pendidikan
di TK Aulia Natar tahun 1994, SDN 1 Natar tahun 2000, SLTP
N 1 Natar tahun 2003 dan SMAN 1 Natar tahun 2006.

Pada tahun 2007 penulis masuk dan terdaftar sebagai mahasiswa di Universitas
Lampung melalui jalur Sistem Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama
menempuh pendidikan penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika Dasar 1
dan praktikum Elektronika Dasar 1 pada tahun 2008. Penulis pernah aktif di
kegiatan organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) periode 2008-2009
sebagai anggota bidang SOSMAS dan periode 2009-2010 sebagai Ketua Umum.
Selain itu penulis juga pernah aktif di organisasi Badan Eksekutif Mahasiswa
(BEM) Fakultas periode 2008-2009 sebagai staff Dinas INFOKOM dan setengah
periode kemudian sebagai kepala Divisi INFOKOM. Pada tahun 2010 penulis
terdaftar sebagai staff ahli kementrian KESMA BEM-Universitas periode 20102011. Selain itu, penulis juga pernah berprestasi sebagai juara 1 tingkat provinsi
OSN-PTI (Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Indonesia) tahun 2010 dan
juara 1 tingkat provinsi OSN Pertamina (Olimpiade Sains Nasional – Pertamina)
tahun 2011.

TERIRING RASA SYUKUR KEPADA ALLAH SWT
KARYA INI KUPERSEMBAHKAN

Kepada

M. Kis Hariyanto
dan

Zurnelly
Orang tua yang telah banyak berkorban tanpa lelah dan
menjadi motivasi hingga dapat menyelesaikan pendidikan di
tingkat Universitas dan menyelesaikan skripsi ini.

Adik-adikku tersayang
Dwi Kis J dan Devitri Kis S

Sang Harmoni yang saling mempertemukan

Almamaterku tercinta
Universitas Lampung

MOTTO

dan orang-orang yang menahan amarahnya dan
memaafkan (kesalahan) orang. Allah menyukai orang-orang
yang berbuat kebajikan. (Ali Imran: 134)

Sesungguhnya, Allah beserta orang-orang yang sabar.
(Al-Baqarah: 153)

Anas ra. Berkata, Rasulullah saw. Bersabda, Barangsiapa
keluar untuk mencari ilmu, maka ia termasuk di jalan Allah
sampai ia kembali.
(h.r. Tirmidzi)

KATA PENGANTAR

Bismillaahirrahmaanirrahim,
Segala puji bagi Allah yang Esa, Yang Maha Perkasa, Maha Mulia lagi Maha
Pengampun. Dia-lah yang menggantikan siang dengan malam sebagai pengingat
bagi orang-orang yang mau berfikir. Dia pula yang menurunkan ilmu kepada
orang-orang yang dikehendaki-Nya dan kepada penulis sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul “Alat Pengukur Indeks Bias dan
Viskositas

Cairan

Dengan

Menerapkan

Hukum

Snellius

Berbasis

Mikrokontroler AVR ATMega 8535”, sebagai salah satu syarat untuk mencapai
gelar Sarjana Sains dibidang keahlian Fisika Instrumentasi, Jurusan Fisika FMIPA
Unila. Semoga shalawat dan salam terlimpahkan kepada Rasulullah, para Nabi
sebelumnya, segenap keluarga mereka dan orang-orang shalih.

Penulis menyadari dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini masih banyak
kekurangan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan
bagi kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, Agustus 2012
Penulis

SANWACANA

Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan
baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu
pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, M.T., selaku pembimbing I.
2. Bapak Dr. Warsito, D.E.A., selaku pembimbing II.
3. Ibu Sri Wahyu Suciyati, M.Si., selaku dosen penguji.
4. Bapak Ediman Ginting, M.Si. selaku pembimbing akademik (PA) dan Seluruh
Dosen serta Staf Jurusan Fisika FMIPA Unila.
5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D., sebagai Dekan FMIPA Unila.
6. Teman – teman yang penulis cintai karena Allah : Kak Ajo, Ahmad,
Mardianto, Budiman, Ali Jaya, Johan, Reka, Sahtoni dan Febri
7. Eva, Istiyati, Echa, Ulfah, Arum, Fitri serta serta teman – teman angkatan
2007 yang telah memberikan support serta kepada adik-adikku, Ilfa, Olif,
Firda, Eko, Andry dan semua pihak yang telah membantu penulis selama
penelitian ini.

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah serta mencatat
seluruh kebaikan kita semua sebagai suatu amal ibadah. Aamiin.
Bandar Lampung, Agustus 2012
Penulis

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Indeks bias suatu zat merupakan perbandingan kecepatan cahaya dalam hampa
udara terhadap kecepatan cahaya dalam zat tersebut. Sedangkan viskositas dalam
istilah orang awam adalah ukuran kekentalan suatu cairan. Semakin besar nilai
viskositas suatu zat cair maka semakin besar pula kekentalan cairan tersebut.
Secara umum viskositas terdapat pada zat alir (fluida) seperti zat cair dan gas.
Alat pengukur viskositas suatu cairan disebut viskosimeter (viscometer).
Pengukuran viskositas lebih banyak digunakan orang untuk zat cair ketimbang zat
gas, seperti viskositas oli pelumas mesin, produk susu, cat, air minum, darah,
minyak goreng, sirup dan sangat jarang digunakan untuk zat gas. Ini berarti tidak
sedikit bidang profesi yang membutuhkan data viskositas diantaranya fisikawan,
kimiawan, analis kimia industri, dokter, kimia farmasi, kimia lingkungan,
perminyakan, biokimia dan sebagainya (Suciyati, 2009).

Pengukuran indeks bias dalam industri dapat digunakan untuk menemukan
parameter fisik berupa konsentrasi, suhu, tekanan dan lain-lain (Govindan, 2009).
Indeks bias dan viskositas memiliki banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari,
misalnya sebagai parameter kualitas minyak goreng dimana minyak yang
memiliki kualitas paling baik yaitu minyak yang memiliki indeks bias dan
viskositas yang tinggi (Sutiah, 2008).

2

Alat ukur indeks bias memiliki banyak macam sesuai dengan prinsip pengukuran
yang digunakan salah satunya yaitu refraktometer. Sedangkan untuk mengetahui
nilai viskositas suatu cairan digunakan viskosimeter dengan berbagai metode.
Kedua alat ini cukup rumit. Oleh karena itu, penulis membuat suatu alat pengukur
indeks bias dengan menerapkan hukum snellius. Alat pengukur ini akan dibuat
dengan hasil dapat dilihat pada LCD. Selain itu, dilakukan percobaan hubungan
indeks bias dan viskositas suatu fluida sehingga pada tampilan LCD selain nilai
indeks bias juga ditampilkan nilai viskositas fluida tersebut dengan mencari
hubungan keduannya dengan persamaan empiris.

B. Rumusan Masalah
Prinsip alat ini yaitu dengan cara mengukur jarak pembiasan cahaya dengan
diketahui terlebih dahulu indeks bias udara, indeks bias kaca, tinggi sumber
cahaya dari permukaan kaca, tebal kaca dan tinggi cairan.

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang alat dengan menerapkan hukum Snellius untuk
mengukur indeks bias suatu cairan.
2. Bagaimana memadukan hubungan empiris antara indeks bias dengan viskositas
suatu cairan.
3. Hubungan yang berupa rumus empiris akan diolah mikrokontroler untuk
menghasilkan suatu nilai keluaran pada LCD.

3

C. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Sumber cahaya yang digunakan adalah cahaya laser warna merah yang
mempunyai panjang gelombang 635 nm.
2. Alat

yang

dibuat

berbasiskan

mikrokontroler

ATMEGA8535

dan

menggunakan sensor Light Depend Resistor (LDR) dan potensiometer
multiturn sebagai pengukur jarak.
3. Sampel yang digunakan yaitu cairan yang mampu dilewati cahaya tampak
dengan massa jenis yang berbeda-beda.
4. Temperatur cairan diabaikan karena ditempatkan pada suhu dan tempat yang
sama.
5. Data yang diperoleh berupa nilai indeks bias dan nilai viskositas yang didapat
dengan alat yang ada.
6. Celah udara antara sampel dan penutup kaca, dapat diabaikan karena pengaruh
terhadap simpangan pembiasan sangat kecil.

D. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat alat ukur indeks bias cairan dengan menerapkan hukum snellius
berbasis mikrokontroler sekaligus mengetahui hubungan empiris antara indeks
bias dengan viskositas suatu cairan.
2. Mendapatkan nilai indeks bias dan viskositas suatu cairan dengan alat yang
dibuat secara serentak.

4

E. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Dihasilkannya alat pengukur indeks bias menggunakan sensor LDR dan
potensiometer dengan LCD sebagai tampilannya.
2. Dihasilkannya alat ukur sederhana.
3. Dapat diketahui indeks bias dan viskositas suatu cairan.
4. Menambah jumlah alat ukur, khususnya indeks bias dan viskositas.

5

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Benda Cair (Cairan)
Benda cair tidak dapat mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengambil
bentuk tempat yang ditempatinya, selain itu benda cair tidak dapat langsung
ditekan dan perubahan volume yang cukup signifikan terjadi jika diberikan gaya
yang besar (Giancoli A, 2001).

Setiap zat cair memiliki massa jenis (ρ) yang didefinisikan sebagai massa
persatuan volume:

=

(1)

dimana m adalah massa benda (kg) dan V merupakan volumenya (m3). Massa
jenis merupakan sifat khas dari suatu zat. Massa jenis beberapa zat cair dapat
dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Massa jenis beberapa zat cair (Giancoli A, 2001).
Massa Jenis (ρ) kg/m3

No.

Zat Cair

1

Air (4oC)

,00 × 10

2

Air Laut

1,025 × 10

3

Alkohol, Ethyl

0,79 × 10

4

Bensin

0,68 × 10

6

B. Indeks Bias
Pada awalnya, oleh Newton, cahaya dipandang sebagai pancaran partikel-partikel
halus dan pada tahap berikutnya, oleh Huygens, cahaya dipandang sebagai
gelombang elastis longitudinal di dalam medium ether yang mengisi seluruh
ruang kosong. Dari eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz di sekitar
pertengahan abad 19 yang lalu, cahaya diyakini sampai sekarang sebagai
gelombang elektromagnetik yang menjalarnya tidak memerlukan medium.
Sehingga teori-teori Newton dan Huygens maupun hipotesis adanya ether jadi
runtuh, disanggah sepenuhnya dan terjabarkan berdasarkan teori gelombang
elektromagnetik (Soedojo, 2004).

Cahaya berjalan menempuh garis lurus pada berbagai keadaan. Anggapan yang
masuk akal ini mengarah kemodel berkas dari cahaya. Model ini menganggap
bahwa cahaya berjalan dalam lintasan yang berbentuk garis lurus yang disebut
berkas cahaya. Sebenarnya berkas merupakan idealisasi, dimaksudkan untuk
merepresentasikan sinar cahaya yang sangat sempit. Ketika kita melihat sebuah
benda, menurut model berkas, cahaya mencapai mata kita dari setiap titik pada
benda, walaupun berkas cahaya meninggalkan setiap titik dengan banyak arah,
biasanya hanya satu kumpulan kecil dari berkas-berkas ini yang dapat memasuki
mata.
Laju cahaya dalam udara hampa adalah ✁,99792458 × 10
dibulatkan menjadi 3,00 × 10

/

yang biasa

/ . Laju ini berlaku untuk semua gelombang

elektromagnetik, termasuk cahaya tampak (Giancoli B, 2001).

7

Di udara, laju tersebut hanya sedikit lebih kecil. Pada benda transparan lainnya,
seperti kaca dan air, kelajuannya selalu lebih kecil dibanding di udara hampa.
Sebagai contoh, di air cahaya merambat kira-kira dengan laju ¾ c. Perbandingan
laju cahaya di udara hampa (c) dengan laju pada materi tertentu ( ) disebut indeks
bias ( ) dari materi tersebut:

=

(2)

Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (artinya,

1) dan nilainya untuk

berbagai materi diberikan pada Tabel 2.2 dengan cahaya yang digunakan yaitu
cahaya kuning dengan

= 589 nm (Giancoli B, 2001).

Tabel 2.2. Indeks bias dengan sumber cahaya kuning yang memiliki
(Giancoli B, 2001).
No.

Medium

1

Air

1,333

2

Alkohol Etil

1,36

3

Kaca Kuarsa lebur

1,46

4

Kaca Korona

1,52

= 589 nm

= /

Cahaya merambat lebih lambat pada suatu zat dibandingkan dengan di udara
hampa dapat dijelaskan pada tingkat atomik sebagai akibat serapan dan
pemancaran kembali cahaya oleh atom-atom dan molekul-molekul pada bahan
tersebut (Giancoli B, 2001).

Ketergantungan indeks bias mutlak (nm) setiap larutan terhadap massa jenis
larutan atau prosentase padatan/zat terlarutnya (P) ternyata memiliki bentuk yang
sama sehingga dapat dimodelkan dengan:

8

= ✂ ,001 + 1,3293

(3)

Bentuk umum ketergantungan ini tidak dimiliki oleh nm terhadap konsentrasi
larutan (P) (Roniyus, 2005).

C. Hukum Snellius
Hukum-hukum snellius mendasari kaidah-kaidah optika geometris dalam alat-alat
optik maupun sistem optik. Hukum-hukum itu tak lain ialah kaidah-kaidah yang
berkenaan dengan pemantulan dan pembiasan sinar-sinar cahaya sebagai berikut:
1.

Sinar datang, garis normal, sinar terpantul dan sinar terbias, semuanya
terletak pada satu bidang datar.

2.

Sudut pantul sama dengan sudut datang.

3.

Perbandingan antara sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah tetap, tak
tergantung besar sudut datang.

Adapun yang disebut sudut datang ialah sudut antara arah normal, yakni arah
tegak lurus bidang batas dan arah sinar datang, dan sudut pantul ialah sudut
antara arah normal dan arah sinar terpantul. Sedang yang dimaksud sudut bias
ialah sudut antara arah normal dan arah sinar terbias (Soedojo, 2004).

Jika kita melihat ke bawah dasar kolam renang, air terlihat dangkal. Ini
disebabkan cahaya dari titik pada bagian bawah kolam dibiaskan di permukaan
dari air ke udara sehingga muncul ke arah yang baru seperti Gambar 2.1.

9

Sinar muncul

Udara

Air
I

O
Gambar 2.1. Cahaya dari O di dasar kolam renang dibiaskan di permukaan air.

Gambar 2.1 menunjukkan apa yang terjadi ketika sinar melintasi permukaan air
dari udara ke kaca. Sinar paralel tetap berada dalam balok sisi paralel, tapi air
mengubah arah di persimpangan permukaan. Perubahan arah disebabkan oleh
perubahan kecepatan cahaya ketika melewati batas dari udara ke gelas yang
bergerak lebih lambat. Ada juga perubahan panjang gelombang ketika gelombang
cahaya masuk ke kaca dari udara. Sebuah gelombang bergerak lebih lambat
memasuki kaca mulai ditangkap oleh gelombang berikutnya yang masih diudara.
Kemudian memasuki gelombang berikutnya ke kaca dan dua gelombang bergerak
pada kecepatan baru tapi dengan pemisahan yang lebih kecil.

10

A

udara

i
B

i
D

Gelombang mempunyai
kecepatan dan panjang
gelombang yang lebih
besar di udara

r
r
C

Gelombang
memiliki kecepatan
dan panjang
gelombang yang
lebih kecil di kaca

=

Gambar 2.2. Sinar sisi paralel dibiaskan saat melewati kaca.

Kecepatan cahaya tergantung pada substansi yang dilewatinya, sehingga berkas
cahaya pada Gambar 2.2 keluar dari kaca menuju udara, kecepatan menyimpang
jauh dari normal saat melintasi permukaan. Pada persimpangan dari kaca kembali
ke udara, cahaya kembali ke panjang gelombang aslinya.

Pada Gambar 2.2 gelombang di udara mencapai A dan D pada saat yang sama
(waktu tempuh yang sama). Ketika cahaya berjalanan sepanjang AB, saat itu juga
cahaya bergerak sepanjang DC pada kaca. Jadi rasio (kecepatan cahaya diudara/
kecepatan cahaya dalam gelas) dapat ditulis persamaan sebagai:

=

×
×

=

(4)

Dimana AB/BD = sin i pada Gambar 2.2, dan CD/BD = sin r sehingga persamaan
(4) menjadi (Harrison, 1999):

11

=

=

(5)

Persamaan (5) merupakan persamaan yang digunakan untuk mencari nilai indeks
bias pada medium kaca dengan perbandingan kecepatan cahaya di udara dan
kecepatan cahaya di medium kaca. Persamaan ini dapat digunakan pada medium
lain yang mampu dilewati oleh cahaya tampak (transparan).

D. Viskositas
Fluida yang riil memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu yang disebut
viskositas. Viskositas ada pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan
gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu
lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Pada zat cair, viskositas
terutama disebabkan oleh gaya kohesi antara molekul. Pada gas, viskositas
muncul dari tumbukan antar molekul.

Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas yang berbeda misalnya sirup lebih
kental (lebih viskos) daripada air dan minyak lemak lebih kental daripada minyak
mesin. Viskositas fluida yang berbeda dapat dinyatakan secara kuantitatif oleh
koefisien viskositas ( ) (Giancoli A, 2001).

Tabel 2.3. Koefisien viskositas untuk berbagai fluida (Giancoli A, 2001).
No.

Fluida

1
2
3
4
5

Air (0 oC)
Air (20 oC)
Air (100 oC)
Alkohol, Ethyl (20 oC)
Oli Mesin (SAE 10)

Koefisien Viskositas
( ) Pa.s
1,8 × 10
1,0 × 10
0,3 × 10
1,2 × 10
200 × 10

12

Ada beberapa metoda yang dapat digunakan untuk mengukur viskositas cairan
yaitu metoda bola jatuh (falling ball), bola bergulir (rolling ball), pipa kapiler,
rotasi silinder kosentris (couette), rotasi kerucut-plat, pelat paralel dan ford-cup
(Walters, 1996). Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara
empiris dirumuskan sebagai persamaan:

=6

(6)

dengan η menyatakan koefisien kekentalan (viskositas), r adalah jari-jari bola (m),
dan v adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida (m/s). Persamaan (6) pertama
kali dijabarkan oleh Sir George Stokes tahun 1985, sehingga disebut hukum
Stokes (Sears, 1994).

Dengan mengukur kecepatan bola dalam fluida dan rapat massa telah diketahui,
maka viskositas fluida dapat ditentukan. Untuk memperoleh nilai viskositas
fluida, Persamaan (6) dapat diubah dalam bentuk Persamaan (7).

=
dengan g adalah gravitasi bumi (m/s2),

(

)

(7)

adalah massa jenis bola (kg/m3) dan

adalah massa jenis cairan (kg/m3) (Budianto, 2008).

E. Potensiometer
Potensiometer adalah tranduser elektromekanik yang mengubah energi mekanik
ke energi listrik (Kuo, 1995). Selain itu potensiometer juga dapat diartikan
sebagai sebuah alat elektromekanik yang mengandung elemen tahanan yang
dihubungkan dengan sebuah kotak geser yang dapat bergerak. Gerakan kontak

13

geser menghasilkan suatu perubahan tahanan yang bisa linier atau putar. Elemen
tahanan yang digunakan dapat berupa komposisi karbon atau wirewound
(Novrian, 2008).

Gambar 2.3. Simbol – simbol potensiometer.

Potensiometer terdiri dari sebuah kontak yang dapat menyapu pada hambatan
lilitan kawat. Pergeseran kontak inilah yang menyebabkan terjadinya perubahan
hambatan pada terminal-terminal kontak. Jika pada potensiometer dihubungkan
dengan

sebuah

sumber

tegangan

maka

perubahan

hambatan

tersebut

menghasilkan perubahan tegangan keluaran.

Gambar 2.4. Rangkaian potensiometer (a) Translasi (b) Rotasi
(Tompkins and Webster, 1992).

Gambar 2.4 memperlihatkan potensiometer yang digunakan pada pengukuran
pergeseran translasi dan rotasi. Jika sumber tegangan pada potensiometer adalah
Vi dan hambatan kontak terhadap terminal positif dan negative masing-masing
adalah R1 dan R2 serta hambatan totalnya adalah R1 + R2 maka tegangan keluaran
potensiometer Vo adalah :

14

=

(8)

F. Light Dependent Resistor (LDR)
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mendeteksi ataupun mengukur
besaran dari sesuatu. Sensor umumnya dikategorikan menurut apa yang diukur
dan sangat berperan penting dalam proses pengendalian manufaktur modern
(Tugino, 2006).

Sensor yang digunakan pada penelitian ini yaitu Light Dependent Resistor (LDR),
merupakan resistor yang bergantung terhadap cahaya. Prinsip kerja LDR yaitu
ketika ada energi foton dari cahaya sebesar hf, yang melebihi energi gap
semikonduktor dan mengenai permukaan semikonduktor maka elektron yang
berada di pita valensi mengalami transisi ke pita konduksi serta merta
meningkatkan hole di pita valensi.

Akibat transisi elektron ke pita konduksi inilah mengakibatkan kenaikan
konduktivitas bahan semikonduktor dan sebaliknya resistansinya menjadi
berkurang. Jadi, resistansi LDR ketika di ruang gelap sangat besar dan di ruang
terang menjadi sangat kecil (Dally, 1993).

Bahan sensor LDR umumnya terbuat dari cadmium sulfide (CdS), cadmium
seleneid (CdSe) atau cadmium sulfoseleneid (CdSSe) yang dilapiskan diatas
substrat keramik dengan pola zigzag. Pola zigzag dimaksudkan agar daya tangkap
permukaan sensor LDR maksimum menerima cahaya (Jones, 1995).

15

Gambar 2.5. Sensor Light Dependent Resistor (LDR) (google.com).

G. Jembatan Wheatstone
Rangkaian jembatan wheatstone mempunyai empat lengan resistor beserta sebuah
sumber tegangan dan sebuah detektor nol yang biasanya adalah galvanometer atau
alat ukur arus lainnya seperti pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Rangkaian jembatan wheatstone (cooper, 1999).

Arus melalui galvanometer bergantung pada beda potensial antara titik A dan B.
Jembatan disebut seimbang bila beda potensial pada titik A dan B sama. Jika
kondisi tersebut terpenuhi maka tidak ada arus yang mengalir melalui
galvanometer. Kondisi ini terjadi bila tegangan dari titik C ke A sama dengan
tegangan dari titik C ke B atau dengan mendasarkan ke terminal lainnya, jika
tegangan dari titik D ke A sama dengan tegangan dari titik D ke B. Jadi jembatan
adalah seimbang jika:
(9)

=
Jika arus galvanometer adalah nol, kondisi-kondisi berikut akan dipenuhi:

=

=

(10)

16

dan

=

=

(11)

Dengan menggabungkan persamaan (9), (10) dan (11) dan menyederhanakannya
diperoleh

=

(12)

atau
=

(13)

Persamaan (13) merupakan bentuk kesetimbangan dalam jembatan whetastone
(Cooper,1999).

Dari persamaan (13) inilah dasar untuk menjadikan jembatan wheatstone sebagai
rangkaian pengkondisi sinyal. Jika salah satu lengan resistor diganti dengan
resistor berupa sensor LDR dan ketiga lengan resistor lainnya digantikan dengan
resistor variabel yang nilainya sama, maka kita dapat mengukur setiap perubahan
hambatan sensor yang disebabkan oleh cahaya yang datang pada sensor LDR.

Gambar 2.7. Lengan-lengan jembatan wheatstone yang disederhanakan.

Dari Gambar 2.6 rangkaian jembatan wheatstone disederhanakan lagi menjadi
seperti Gambar 2.7 yang masing-masing lengan dicatu tegangan yang sama.

17

Tegangan di A (

) adalah:
=

Sedangkan tegangan di B (

✄

) adalah:
=

✄

Secara praktik untuk mempermudah mencari ketiga nilai resistor maka diganti
menjadi resistor variabel agar dapat diatur sesuai dengan nilai yang diinginkan
dalam kesetimbangan jembatan wheatstone.

H. Komparator
Op-amp adalah rangkaian elektronik serba guna yang dirancang dan dikemas
khusus, sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja, sudah dapat
dipakai untuk berbagai keperluan. Rangkaian komparator hanya terdiri dari satu
op-amp. Komparator digunakan untuk membandingkan tegangan keluaran pada
sensor dengan tegangan pembanding sehingga dihasilkan sinyal digital. Sinyal
digital digunakan sebagai masukan pada rangkaian mikrokontroler.

Prinsip kerja dari komparator adalah sebagai pembanding antara dua input dengan
salah satu input dipakai sebagai acuan atau referensi. Apabila tegangan input lebih
besar dari tegangan referensi (misal tegangan referensi di terminal inverting),
maka nilai keluaran op-amp akan menjadi high (sebesar nilai + Vcc). Begitupun
sebaliknya, jika tegangan input lebih kecil dibandingkan tegangan referensi, maka
op-amp akan mengeluarkan tegangan low ( - Vcc).

18

Gambar 2.8. Rangkaian komparator (google.com).

Titik perpindahan dari sebuah pembanding ialah harga tegangan masuk pada saat
keluaran beralih keadaan (dari rendah ketingi atau sebaliknya). Bila tegangan
input lebih besar daripada tegangan accu, tegangan keluarannya tinggi, (Barmawi,
1985).

=

(9)

Jika R = R1 = R2, maka

=

(10)

I. Motor
Motor adalah sebuah alat yang mengubah energi listrik menjadi tenaga mekanik.
Prinsip kerja dari motor listrik ini adalah menggunakan gaya lorentz, yaitu gaya
yang membuat sebuah kawat yang dialiri listrik bergerak jika didekatkan dengan
medan magnet yang homogen.

Gambar 2.9. Kawat yang dialiri listrik.

19

Pada Gambar 2.9, kawat akan melengkung jika dialiri listrik yang menimbulkan
gaya lorentz yang membuat kawat menjadi melengkung ke atas. Kemudian jika
kawat yang dialiri listrik dibuat menjadi kumparan dan kumparan tersebut berada
di dalam medan magnet yang homogen maka kumparan tadi akan berputar. Pada
motor listrik bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam (statif)
disebut stator, pada bagian rotor inilah terdapat kumparan yang mengakibatkan
rotor berputar.

Gambar 2.10. Motor listrik.

Semakin banyak kumparannya maka semakin cepat

putaran rotornya.

Motor listrik dikelompokkan menjadi beberapa macam tergantung cara putar
motornya diantaranya adalah motor servo, motor DC dan motor stepper (Primaja,
2010). Pada penelitian ini, penulis menggunakan motor stepper.

Motor stepper adalah motor yang arah putarnya per langkah atau "step by step".
Untuk mengontrol ini dibutuhkan lebih dari 2 pin. Berbeda dengan motor DC,
motor stepper ini pada bagian rotornya terdiri dari magnet yang solid sedangkan
pada bagian statornya terdapat beberapa kumparan.

20

Gambar 2.11. Fase magnet motor stepper.
(http://www.123circuits.com/stepper.jpg).

Gambar 2.12. Motor stepper (http://image.made-in-china.com).

Cara mengontrol motor stepper ini adalah dengan memberikan tegangan pada pin
pin yang tersedia misalnya pada Gambar 2.11 adalah pada pin a, b, c dan d.
Supaya motor stepper dapar berputar maka proses pemberian tegangan pada pin
pin tersebur adalah secara bergantian. Perputaran motor stepper ini ada 2 jenis
yaitu langkah penuh (full step) dan setengah langkah (half step) (Primaja, 2010).

1.

Fullstep

Logika yang harus diberikan ke motor stepper supaya bisa berputar dengan mode
full step seperti pada Tabel 2.4.

21

Tabel 2.4. Logika full step motor stepper.
No.

A

B

C

D

1

ON

OFF

OFF

OFF

2

OFF

ON

OFF

OFF

3

OFF

OFF

ON

OFF

4

OFF

OFF

OFF

ON

2.

Half step

Logika yang harus diberikan ke motor stepper supaya bisa berputar dengan mode
half step seperti pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5. Logika half step motor stepper.
No.

A

B

C

D

1

ON

OFF

OFF

ON

2

ON

ON

OFF

OFF

3

OFF

ON

ON

OFF

4

OFF

OFF

ON

ON

Motor stepper hanya digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya cukup
menggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau
piringan CD. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator.
Ada dua tipe motor stepper yaitu motor stepper bipolar dan uni-polar. Pada motor
stepper uni-polar arus yang mengalir melalui koil hanya satu arah. Sedangkan
pada motor stepper bipolar arus mengalir melalui koil dalam dua arah. Motor
stepper unipolar dapat difungsikan untuk perputaran half step dan full step.

22

Sedangkan motor stepper bipolar hanya dapat difungsikan untuk perputaran full
step saja (Zamora, 2005). Motor stepper tipe unipolar memiliki 5 atau 6
kabel/kaki motor sedangkan untuk jenis bipolar umumnya hanya memiliki 4
kable/kaki motor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13 (Azikin, 2005).

Gambar 2.13. Kaki Motor stepper unipolar dan bipolar (www.plcer.net).

Motor stepper memiliki suatu cakupan luas tentang resolusi bersudut yaitu untuk
motor stepper dengan besar sudut 90o untuk setiap langkahnya merupakan tipe
motor stepper bipolar, sedangkan motor stepper unipolar mempunyai resolusi
tinggi dengan rentang dari 0.72o sampai 1,8o dalam setiap langkah dengan suatu
pengontrol yang sesuai, motor stepper yang memiliki magnet yang paling
permanen dapat bergerak dalam halp step, dan beberapa pengontrol mampu
menangani langkah-langkah kecil atau langkah-langkah mikro (Sulaiman, 2003).

Untuk menjalankan dan menghentikan motor cukup dengan menerapkan pulsa
digital yang hanya terdiri atas tegangan positif atau nol (ground) pada salah satu
terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan pada bagian ditengahnya.
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubahubah dari positif ke negative dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A
dan B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negative

23

dan sebaliknya. Karena dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih
kompleks dari pada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper
bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam
hal torsi, lebih besar untuk ukuran yang sama (Mujiman, 2008).

Untuk menentukan besarnya ukuran pergerakan dari mekanika pemindai yaitu
untuk satu putaran pada motor stepper, telah melakukan pengukuran
menggunakan jangka sorong dengan nilai ketelitian 0,05 mm yaitu untuk 200
langkah pada motor stepper diperoleh jarak sebesar 4,7375 cm sehingga untuk
satu langkah motor stepper dengan sudut 1,8o diperoleh jarak 0,0236875 cm
(Pramono, 2009).

Motor stepper merupakan motor yang mengubah pulsa listrik yang diberikan
menjadi gerakan rotor yang diskrit disebut step. Misalnya jika satu derajat per
langkah (step) maka motor tersebut memerlukan 360 pulsa untuk bergerak
sebanyak satu putaran (pada intinya motor stepper mengubah pulsa listrik menjadi
suatu perpindahan gerak yang tertentu secara rotasi). Ukuran kerja dari stepper
biasanya diberikan dalam jumlah langkah per putaran per detik (Anonimous A,
2010).

Karakteristik yang membedakan motor stepper dengan motor biasa, antara lain
adalah:
a.

Motor stepper mempunyai torsi yang tinggi pada kecepatan putar yang
rendah.

b.

Dalam keadaan diam kumparan tetap ada arus, sehingga rotor berada dalam
keadaan mencengkeram.

24

c.

Motor stepper dapat dioperasikan dengan dengan ketepatan posisi yang tinggi
untuk kecepatan yang rendah, sehingga tidak ada langkah yang hilang selama
terjadi perputaran.

d.

Pengoperasian motor stepper kompatibel dengan teknik kontrol digital
sehingga dapat dihubungkan dengan komputer.

(Johnson, 1998).

J.

Mikrokontroler AT8535

Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program ROM (Read Only Memory) serta memori serba guna RAM
(Random Access Memory), bahkan ada beberapa jenis mikrokontroler yang
memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan. Penggunaan
mikrokontroler dalam bidang kontrol sangat luas dan populer (Riantiningsih,
2009).

Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan dan memasarkan produk
mikroelektronika telah menjadi suatu teknologi standard bagi para perancang
sistem elektronika masa kini. Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR
(Alf and Vegard’s Risc Processor), para perancang sistem elektronika telah diberi
suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya
ekonomis.

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set
Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits
word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock
(Iswanto, 2008). RISC adalah teknologi kombinasi antara hardware (perangkat

25

keras) dan software (perangkat lunak) pada mikrokontroler yang bertujuan untuk
mempercepat mikrokontroler dalam melaksanakan suatu instruksi. Dalam RISC,
suatu instruksi dibuat sederhana agar CPU dalam mikrokontroler dapat
melaksanakan instruksi tersebut dengan hanya 1-clock oscillator, yang berarti
lebih cepat dan lebih efisien dibandingkan teknologi pendahulunya CISC
(Complex Instruction Set Computer) (Anonimous B, 2010).

Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki fitur-fitur utama, seperti berikut
(Iswanto,2008) :
1.

Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, port B, port C dan port D.

2.

ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

3.

Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.

4.

CPU yang terdiri atas 32 buah register.

5.

Watchdog Timer dengan osilator internal.

6.

SRAM sebesar 512 byte.

7.

Memori flash sebesar 8 kbyte dengan kemampuan read while write.

8.

Unit interupsi internal dan eksternal.

9.

Port antarmuka SPI.

10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.

AT8535 memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat
AT8535 lebih cepat dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan varian yang

26

lengkap tersebut, membuat AT8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull
(Riantiningsih, 2009).

Gambar 2.14. Pinout mikrokontroler ATMega 8535

Konfigurasi pin ATMega 8535 seperti pada Gambar 2.14 adalah:
1.

VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

2.

GND merupakan pin ground.

3.

Port A (PA0…PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

4.

Port B (PB0…PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu
Timer/Counter, Komperator analog dan SPI.

5.

Port C (PC0…PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus yaitu TWI,
Komparator analog dan Timer oscillator.

6.

Port D (PD0…PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus yaitu
koparator analog, intrupsi eksternal dan komunikasi serial.

7.

RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.

8.

XTL1 dan XTL2 merupakan pin untuk masukan clock eksternal.

9.

AVCC merupakan pin masukkan untuk tegangan ADC.

10. AREF merupakan pin masukkan tegangan referensi ADC.
(Riantiningsih, 2009).

27

K. Sistem Pengendali
Sistem pengendali tidak terlepas dari kerja mekanik dan elektrik. Oleh karena itu,
perlu dipelajari berbagai proses yang terjadi, seperti kendali loop tertutup dan
kendali loop terbuka. Dengan demikian dapat diketahui gambaran kerjanya secara
jelas.

Kendali loop tertutup merupakan sebuah sistem yang mengukur kesalahn,
kemudian menggunakan kesalahn tersebut untuk membetulkan proses yang telah
terjadi. Diagram blok kendali loop tertutup digambarkan seperti pada Gambar
2.15. Tanda panah menunjukkan arah aliran informasi. Di dalam berbagai sistem,
informasi dikirim sebagai sinyal elektronik. Pada kenyataannya apa yang berada
di dalam kotak-kotak bisa berupa sebuah perangkat lain seperti peralatan mesin,
komputer, rangkaian elektronik dan sebagainya.

r

+

e

Pengendali

m

Sistem terkendali

c

b
Elemen umpan balik

Gambar 2.15. Diagram blok untuk kendali loop tertutup.

Huruf r merupakan singkatan dari masukan referensi yang menentukan suatu nilai
yang diharapkan bagi sistem yang dikendalikan tersebut. Lingkaran dengan silang
di dalamnya disebut titik penjumlahan. Di dalam diagram Gambar 2.15 tampak
bahwa terdapat dua sinyal yang masuk ke titik penjumlahan tersebut, yaitu sinyal
r dan sinyal b. huruf b adalah umpan balik dari keluaran. Keluaran dari titik

28

penjumlahan adalah sinyal kesalahan (e). Nilai e adalah selisih dari r dan b.
dengan kata lain, sinyal kesalahan e adalah perbedaan antara apa yang diinginkan
dengan apa yang dihasilkan.

Kotak pengendali menerima sinyal kesalahn dan menghasilkan sinyal kontrol m.
sistem pengendalian menjadi lengkap setelah sinyal keluaran c diumpankan
kembali ketitik penjumlahan.

Gambaran sistem pengendalian sinyal terbuka diperlihatkan pada Gambar 2.16.
Pengendalian loop terbuka lebih sederhana dan lebih murah, tetapi hanya sesuai
untuk situasi dimana semua pengaruh dapat diperkirakan serta tidak tergantung
dari faktor-faktor luar (Sugiri, 2006).

input

Pengendali

Sistem terkendali

Gambar 2.16. Diagram blok untuk kendali terbuka

output

29

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2011 sampai dengan Juni 2012.
Perancangan alat penelitian dilakukan di Laboratorium Elektronika, Ruang
Workshop Fisika dan Laboratorium Fisika Dasar, Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1.

Solder untuk melelehkan timah agar komponen menyatu dengan PCB.

2.

Bor listrik untuk melubangi PCB.

3.

Sedotan timah untuk membuang sisa timah yang tidak terpakai.

4.

Multimeter untuk mengukur nilai hambatan dan tegangan.

5.

Penggaris untuk mengukur jarak.

6.

Obeng untuk mengencangkan mur.

7.

Cutter untuk memotong PCB.

8.

Spidol permanen untuk menggambar rangkaian di PCB.

9.

Viskosimeter haake untuk mencari data viskositas bahan.

10. Gelas ukur untuk mengukur volume bahan cairan.
11. Neraca ohauss untuk menimbang massa bahan.

30

Bahan – bahan atau komponen yang digunakan adalah :
1.

PCB untuk pemasangan komponen.

2.

LCD 16x2 sebagai penampil informasi.

3.

Mikrokontroler ATMega 8535 sebagai pengontrol sistem alat.

4.

Potensiometer Multiturn untuk pengubah besaran fisis ke besaran elektrik.

5.

LDR sebagai pendeteksi berkas cahaya laser hasil pembiasan.

6.

Sumber cahaya merah (Laser).

7.

Motor Stepper bipolar sebagai alat bantu menggerakkan LDR.

8.

IC L293D sebagai driver motor stepper.

9.

IC 741 digunakan untuk pembanding tegangan (komparator).

10. Kristal 12 MHz sebagai clock eksternal.
11. Kaca untuk membuat kotak/wadah cairan.
12. Resistor.
13. Kapasitor.
14. Kabel penghubung.
15. Timah sebagai penyatu komponen pada PCB.
16. FeCl3 untuk melarutkan PCB.
17. Lem Kaca untuk merekatkan kaca.
18. Air sebagai pelarut.
19. Garam dapur (NaCl) sebagai zat terlarut.
20. Gula pasir sebagai zat terlarut.
21. Minyak goreng untuk sampel.
22. Tinta hitam untuk mengetahui intensitas cahaya yang mampu ditangkap LDR.
23. Akrilik untuk membuat wadah komponen alat.

31

C. Prosedur Penelitian
1. Perancangan Alat
Alat pengukur indeks bias yang dibuat pada penelitian ini terdiri dari penampung
cairan yang terbuat dari kaca dengan sumber cahaya merah di bagian
atasnya,LDR, potensiometer multiturn, mikrokontroler dan penampil informasi
LCD. Diagram blok rancangan alat dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Laser

Cairan

LDR

Motor

μC

LCD

Potensiometer Multiturn
Gambar 3.1. Diagram blok alat pengukur indeks bias dan viskositas cairan.

32

Rancangan dari alat pengukur indeks bias dan viskositas cairan dapat dilihat pada
Gambar 3.2.
c
i

b

t3

a

l
d

g

f

e

Gambar 3.2. Rancangan dari alat pengukur indeks bias dan viskositas cairan.

Keterangan Gambar 3.2.
a = Cairan.

f = Belt.

b = Kotak kaca.

g = LDR.

c = Laser (sumber cahaya) merah.

i = sudut datang yang dibentuk laser.

d = Potensiometer multiturn.

l = jarak tempuh LDR

e = Motor Stepper.

t3 = tinggi cairan

33

2. Cara Kerja Alat
Berdasarkan Gambar

3.2 cairan yang ditempatkan di dalam wadah kaca

dilewatkan sumber cahaya. Akan terjadi pembelokkan cahaya karena perbedaan
kerapatan medium. Sensor LDR akan bergerak horizontal terhadap kaca dengan
bantuan motordan akan berhenti ketika LDR mengenai cahaya yang telah
melewati wadah kaca yang berisi cairan. Pergerakan LDR ini bersamaan dengan
memutarnya potensiometer multiturn sehingga jarak yang ditempuh oleh LDR
direpresentasikan oleh besarnya resistansi yang dihasilkan oleh potensiometer
multiturn. Keluaran dari potensiometer multiturn adalah tegangan yang akan
dibaca oleh mikrokontroler ATMega8535. Tegangan masukan tersebut akan
dimasukkan dalam persamaan untuk mencari nilai indeks bias serta viskositas dan
ditampilkan pada LCD. Persamaan yang digunakan untuk mencari indeks bias
suatu cairan seperti pada persamaan (11) (penjabaran persamaan terdapat di
lampiran) dan persamaan yang digunakan untuk nilai viskositas sesuai dengan
persamaan (12).

=

= 0.0014

+

+ 0.0028

(11)

(12)

Persamaan (12) merupakan persamaan empiris yang didapatkan dari hubungan
indeks bias dan viskositas larutan garam hasil eksperimen.

Secara umum langkah-langkah penelitian ini diperlihat pada Gambar 3.3 dan
Gambar 3.4.

34

Mulai

Membuat diagram blok

Merancang dan membuat
rangkaian

Pengujian rangkaian

Berhasil / tidak

tidak

ya
Pembuatan program indeks bias

Berhasil / tidak

tidak

ya
Selesai

Gambar 3.3. Diagram alir penelitian pembuatan alat indeks bias

35

Mulai

Pengambilan data viskositas dan
indeks bias
Pencarian hubungan indeks bias dan
viskositas

Penambahan Program (viskositas)

tidak

Berhasil / tidak
ya
Selesai
(a)
Mulai

Pengujian rangkaian secara keseluruhan

Berhasil / tidak

tidak

ya
Pengambilan data

Selesai
(b)
Gambar 3.4. Diagram alir (a) Diagram alir penelitian pencarian data viskositas
dan penambahan ke program alat (b) Diagram alir penelitian secara keseluruhan
dan pengambilan data

36

3.

Pembuatan Alat

a.

Rangkaian Catu Daya

Pada rangkaian ini menggunakan sebuah catu daya yang digunakan sebagai
sumber tegangan semua rangkaian. Rangkaian catu daya ini menggunakan IC
LM7805 dan LM7812 yang berfungsi sebagai regulator atau penstabil tegangan
dengan kapasitas arus maksimal 500mA. Keluaran dari catu daya ini sebesar 5V
DC dan 12V DC. Keluaran 5V digunakan sebagai sumber tegangan
mikrokontroler, rangkaian LCD, sensor LDR dan potensiometer. Sedangkan
keluaran 12V digunakan untuk sumber tegangan motor driver dan motor stepper.
Rangkaian catu daya dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaian catu daya dengan tegangan keluaran 5 volt dan 12 volt.

b. Rangkaian Sensor dan Tranduser
Sensor yang digunakan yaitu sensor LDR sebagai pendeteksi cahaya laser yang
telah melewati cairan yang akan diukur indeks biasnya. Untuk mengetahui jarak
dari simpangan cahayanya digunakan potensiometer yang mengubah besaran fisis
dalam hal ini jarak menjadi besaran elektrik. Untuk dapat menghasilkan keluaran
sensor yang lebih bagus maka ditambahkan dengan rangkaian jembatan
wheatstone dengan dua LDR dan rangkaian komparator. Rangkaian elektrik dari
sensor ini dapat dilihat pada Gambar 3.6.

37

R1

LDR3

R3

TORCH_LDR

10k

7
1

10k

RV1

U3

3

6
2

4
5

LM741

LDR1

10k

TORCH_LDR

U1
1
2
3
4
5
6
7
8
14
15
16
17
18
19
20
21
12
13
9

PB0/T0/XCK
PB1/T1
PB2/AIN0/INT2
PB3/AIN1/OC0
PB4/SS
PB5/MOSI
PB6/MISO
PB7/SCK
PD0/RXD
PD1/TXD
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4/OC1B
PD5/OC1A
PD6/ICP1
PD7/OC2
XTAL1
XTAL2
RESET

PA0/ADC0
PA1/ADC1
PA2/ADC2
PA3/ADC3
PA4/ADC4
PA5/ADC5
PA6/ADC6
PA7/ADC7
PC0/SCL
PC1/SDA
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6/TOSC1
PC7/TOSC2

AREF
AVCC

40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29

32
30

ATMEGA8535

Gambar 3.6. Rangkaian elektrik LDR, komparator dan potensiometer multiturn.

Pada tahap ini, sensor LDR diuji sensitivitasnya pada berbagai kondisi,
diantaranya pada kondisi kotak kaca tanpa cahaya, dengan air biasa dan larutan
tinta dengan konsentrasi berbeda-beda. Nilai-nilai tegangan keluaran masingmasing pengujian dimasukkan ke Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Hubungan berbagai sampel dengan tegangan keluaran LDR.
No.

Sampel

R sensor (Ω )

V out (V)

Intensitas (W/m2)

Nilai intensitas yang mampu diterima oleh sensor ditentukan dengan persamaan
=

(12)

Dimana I adalah intensitas cahaya (Watt/m2), P adalah daya yang dihasilkan dan
A adalah luas penampang sensor. Untuk daya pada rangkaian elektrik, digunakan
persamaan:

38

= .

(13)

=

(14)

Dengan

Dimana V adalah tegangan yang dihasilkan sensor (Volt), I adalah kuat arus yang
melewati sensor (Ampere) dan R adalah hambatan sensor (Ω ) maka intensitas
yang diterima sensor yaitu:

=

c.

(15)

.

Rangkaian Minimum ATMega8535

Mikrokontroler ATMega8535 adalah perangkat yang digunakan sebagai pusat
kontrol pada pembuatan alat ini. Supaya mikrokontroler dapat berjalan,
diperlukan beberapa komponen sebagai rangkaian minimum seperti pada Gambar
3.7.

U1
1
2
3
4
5
6
7
8

C1
22p

X1
C2
22p

CRYSTAL

14
15
16
17
18
19
20
21
12
13
9

PB0/T0/XCK
PB1/T1
PB2/AIN0/INT2
PB3/AIN1/OC0
PB4/SS
PB5/MOSI
PB6/MISO
PB7/SCK
PD0/RXD
PD1/TXD
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4/OC1B
PD5/OC1A
PD6/ICP1
PD7/OC2
XTAL1
XTAL2
RESET

PA0/ADC0
PA1/ADC1
PA2/ADC2
PA3/ADC3
PA4/ADC4
PA5/ADC5
PA6/ADC6
PA7/ADC7
PC0/SCL
PC1/SDA
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6/TOSC1
PC7/TOSC2

AREF
AVCC

40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29

32
30

ATMEGA8535

R2
1k

Gambar 3.7. Rangkaian minimum mikrokontroler ATmega 8535.

39

d. Rangkaian Motor Stepper
Pada rangkaian motor stepper, diperlukan motor driver untuk menjalankan motor
stepper. Pada pembuatan alat ini digunakan IC L293D sebagai driver motor
stepper dan motor stepper jenis bipolar. Rangkaian elektris dari driver motor
stepper ini seperti pada Gambar 3.8.

U1
1
2
3
4
5
6
7
8

C1

X1
CRYSTAL

22p

PD0/RXD
PD1/TXD
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4/OC1B
PD5/OC1A
PD6/ICP1
PD7/OC2

12
13
9

PA0/ADC0
PA1/ADC1
PA2/ADC2
PA3/ADC3
PA4/ADC4
PA5/ADC5
PA6/ADC6
PA7/ADC7
PC0/SCL
PC1/SDA
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6/TOSC1
PC7/TOSC2

XTAL1
XTAL2
RESET

AREF
AVCC

40
39
38
37
36
35
34
33

16
2
7
1

22
23
24
25
26
27
28
29

9
10
15

IN1
IN2
EN1

EN2
IN3
IN4

VSS

U2

8
VS OUT1
OUT2

3
6

+88.8

14
15
16
17
18
19
20
21

22p

C2

PB0/T0/XCK
PB1/T1
PB2/AIN0/INT2
PB3/AIN1/OC0
PB4/SS
PB5/MOSI
PB6/MISO
PB7/SCK

GND

OUT3
GND OUT4

11
14

L293D
32
30

ATMEGA8535

R2
1k

Gambar 3.8. Rangkaian elektrik motor stepper bipolar dan motor driver.

e.

Rangkaian LCD

Rangkaian LCD yang digunakan pada penelitian dihubungkan pada port D,
seperti pada Gambar 3.9.

LCD1
LM016L

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
7
8
9
10
11
12
13
14

RS
RW
E
4
5
6