176 novita dewi rosalina
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Rancang Bangun Spektrofotometer untuk Analisis Temperatur
Matahari di Laboratorium Astronomi Jurusan Fisika UM
NOVITA DEWI ROSALINA*), SUTRISNO, NUGROHO ADI PRAMONO
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang. Jl. Semarang 5 Malang,
*E-mail: novitadewirosalina2@gmail.com
ABSTRAK: Spektrofotometer sederhana dirancang menggunakan prisma, lensa, kamera
digital dan komputer. Prisma digunakan sebagai media difraksi dan kamera sebagai sensor
cahaya. Spektrofotometer sederhana dikalibrasi menggunakan gas argon dan helium. Data
citra hasil pengamatan dan kalibrasi dicari posisi pixelnya. Data posisi pixel diplotkan dengan
referensi panjang gelombang untuk mendapatkan fungsi kalibrasi, kemudian melakukan
analisis temperatur menggunakan persamaan Wien. Hasil uji lampu gas argon dan helium
menunjukan bahwa terjadi garis emisi pada panjang gelombang tertentu. Hal ini membuktikan
bahwa alat benar sebagai media pendifraksi. Hasil analisis temperatur dari perhitungan
menggunakan persamaan Wien adalah temperatur matahari sebesar 5627K.
Kata Kunci: spektrofotometer, spektrum, temperatur, matahari
PENDAHULUAN
Bintang dapat dibedakan dari warna, temperatur dan massa. Ketiga ini saling
berkaitan satu sama lain. Bintang paling panas cenderung berwarna biru karena
memancarkan energi pada gelombang pendek (Hanun,K., dkk, 2007). Warna-temperatur
juga digunakan dalam analisis kelimpahan spektral, komputasi efek, dan sejumlah
masalah astronomi yang tak terduga (Worthey G dan Hyun Chul Lee, 2010). Penentuan
temperatur bintang dapat dilakukan dengan menggunakan metode spektroskopi.
Metode yang paling penting dari pembentukan spektrum adalah melalui prisma objektif
atau celah spektograf (Inglish, S., J, 1967) . Metode spektroskopi adalah metode dengan
pengamatan garis-garis pada spektrum bintang. Garis spektrum suatu unsur tertentu
berubah kekuatannya dengan berubahnya temperatur.
Franhoufer menemukan bahwa jika melalukan cahaya matahari pada celah sempit
di depan prisma maka akan mendapatkan spektrum dengan beberapa garis hitam.
Prinsip dasar spektrofotometer adalah sebuah cahaya melewati celah sempit yang
kemudian disejajarkan oleh kolimator, cahaya sejajar melalui prisma didispersikan
dalam beberapa warna pelangi yang kemudian mengenai lensa dan difokuskan pada
plat fotografik (Worthey G dan Hyun Chul Lee, 2010). Instrumen ini dinamakan
spektrofotometer. Spektrofotometer merupakan metode pengukuran spektrum.
Sayangnya, spektrofotometer standart sangat mahal dan memiliki komponen
instrumental yang rumit (Widiatmoko Eko, dkk, 2011). Oleh sebab itu spektrofotometer
sederhana dirancang dengan menggunakan bahan umum yaitu prisma. Matahari
sebagai objek penelitian dikarenakan cuaca malang yang sering hujan, tingginya polusi
cahaya dan sempitya medan pandang langit di laboratorium.
METODE PENELITIAN
Gambar 1 menunjukan simbol segitiga sebagai prisma, simbol bikonkaf sebagai
lensa cekung.
Gambar 1. Skema rancangan spektrofotometer
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-7
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Bagian depan spektrofotometer sederhana terbuat dari besi dengan ukuran yang
disesuaikan dengan teleskop yaitu diameter 3,2 cm dan tinggi 3 cm. Tempat prisma dan
lensa terbuat dari bahan kayu Spektrofotometer sederhana ini menggunakan prisma 45
dan lensa cekung dengan panjang fokus 5 cm. Prisma didesain dapat berputar 360
derajat. Hal ini dilakukan untuk memudahkan mencari sudut bias panjang gelombang
yang diinginkan. Lensa cekung didesain dapat berpindah maju mundur. Slit terbuat
dari aluminium foil dengan celah yang sangat tipis. Selain untuk meluruskan caya yang
masuk, slit juga bertujuan untuk mengurangi intensitas matahari yang masuk. Analisis
citra spektrum dapat dilakukan dengan menggunakan progam citra apapun seperti
Microsoft Paint, Photoshop, IRIS. Analisis pada penelitian ini menggunakan IRIS.
Mengarahkan kursor titik pada garis spektrum satu demi satu dan menuliskan posisi
pixel pada kertas. Data posisi pixel diplotkan dengan referensi panjang gelombang
untuk mendapatkan fungsi kalibrasi. Panjang gelombang yang didapat akan digunakan
untuk analisis temperatur dengan menggunakan persamaan Hukum Wien
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spektrofotometer
Sepktrofotometer adalah metode pengukuran spektrum. Spektrofotometer
sederhana terdiri dari prisma, lensa dan slit. Setiap panjang gelombang prisma memiliki
sudut bias. Oleh sebab itu pada prisma spektrofotometer sederhana digunakan sistem
putar 360 . Lensa yang digunakan adalah lensa cekung dengan diameter 5 cm dan
panjang fokus 5 cm. Penggunaan lensa pada spektrofotometer adalah untuk melebarkan
spektrum. Lensa dibuat sistem maju mundur untuk memudahkan mencari fokus. Slit
terbuat dari bahan aluminium foil dengan ketebalan 0.02 mm.
Gambar 2. Kontruksi Spektrofotometer.
Citra Spektrum
Pengambilan citra menggunakan kamera nikon D3100 yang telah disetting manual
dengan format gambar RAW. Jika posisi prisma dari kamera konstan, maka posisi citra
spektrum juga konstan. Pengambilan citra spektrum beberapa kali gagal dikarenakan
adanya kebocoran cahaya yang disebabkan slit. Sehingga terdapat cahaya putih pada
citra spektrum.
Gambar 3 Kebocoran cahaya
Pengujian awal dilakukan ke matahari menggunakan spektrofotometer tanpa
bantuan teleskop. Pengujian kedua dengan bantuan teleskop. Kemudian melakukan
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-8
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
pengambilan data yang dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan garis balmer
dipanjang gelombang merah.
(a)
(a)
(b)
Gambar 4. (a) (b) Spektrum matahari diambil
menggunakan nikon D3100
Gambar 4 (a) terlihat garis gelap pada panjang gelombang hijau dan panjang
gelombang merah. Gambar 4(b) terlihat garis gelap pada panjang gelombang merah.
Garis gelap atau garis absorbsi terjadi karena elektron pada atom tereksitasi dari energi
rendah ke energi tinggi sehingga energi foton terserap. Garis gelap pada suatu panjang
gelombang menunjukan suatu unsur. Panjang gelombang merah kaya akan unsur
hidrogen dan panjang gelombang hijau kaya akan unsur magnesium.
(b)
Uji alat menggunakan lampu gas argon dan helium di laboratorium fisika dasar.
Berdasarkan gambar 5Gambar
(a) dapat
terjadi
pada panjang
4. (a) diketahui
(b) Spektrumbahwa
matahari
diambilemisi
menggunakan
nikon gelombang
merah dan panjang gelombang biru. Rentang antar panjang gelombang sangatlah kecil,
hal ini disebabkan karena rendahnya resolusiD3100
alat. Sementara itu, berdasarkan gambar
5 (b) dapat diketahui bahwa terjadi emisi pada panjang gelombang merah. Pengujian
lampu gas argon dan helium membuktikan bahwa spektrofotometer benar terjadi
difraksi. Setelah itu, data uji lampu gas argon digunakan sebagai data kalibrasi.
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Spektrum Argon (b) Spektrum Helium
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-9
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Konversi Panjang Gelombang
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Widiatmoko konversi citra spektrum menjadi
panjang gelombang dapat dilakukan pada semua citra spektrum jika hubungan antara
posisi pixel dan panjang gelombang diketahui. Resolusi panjang gelombang meningkat
ketika menggunakan ukuran gambar yang lebih besar. Nilai perbedaan panjang
gelombang per pixel (invers dari koefisien p dalam fungsi kalibrasi) naik secara linier
dengan lebar gambar dalam pixel .
Analisis citra spektrum dapat dilakukan dengan menggunakan progam citra apapun
seperti Microsoft Paint, Photoshop, IRIS. Analisis pada penelitian ini menggunakan
IRIS. Mengarahkan kursor titik pada garis spektrum satu demi satu dan menuliskan
posisi pixel pada kertas. Data posisi pixel diplotkan dengan referensi panjang gelombang
untuk mendapatkan fungsi kalibrasi.
angstrom
8000
y = 2,0332x + 1166,6
R² = 0,9223
6000
4000
2000
0
0
1000
pixel
2000
3000
Gambar 4.3 Kurva kalibrasi dari pixel ke panjang gelombang
Fungsi kalibrasi yang didapatkan adalah
= 2.0322p + 1166.6 Ả
(1)
Posisi pixel spektrum matahari pada gambar 4.2.2 adalah 1962 yang kemudian
dimasukan kedalam persamaan (1) untuk mendapatkan panjang gelombangnya.
= 2.0322 (1962) + 1166.6 Ả
= 5153.78 Ả
Analisis Temperatur Matahari
Analisis temperatur menggunakan persamaan (2) hukum Wien
=
2,9
(2)
adalah panjang gelombang maksimum, b adalah konstanta yang besarnya
10
.
=
2,9 10
5,15378 10
= 5627
temperatur matahari yang didapat sebesar 5627 K. Melihat data klasifikasi bintang,
temperatur matahari tersebut termasuk kelas bintang G. Kelas bintang G memiliki
rentang temperatur 5500-6000 K.
KESIMPULAN
Pengujian pada lampu argon dan helium terjadi emisi garis, hal ini membuktikan
bahwa alat spektrofotometer sederhana adalah benar sebagai media pendifraksi.
Temperatur matahari dari analisis sebesar 5627 K.
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-10
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
DAFTAR RUJUKAN
Inglis, Stuart J. 1967. Planets, Star, and Galaxies second edition. New York.
Karttunen, Hanun dkk. 2007. Fundamental Astronomy Fifth Edition. Springer.
Monai,Elena. 2009. Properties of Stars: temperature, colour index and equivalent widht of
spectral lines. The Sky AS a Laboratory.
Widiatmoko Eko dkk. 2011. A Simple Spectrophotometer Using Common Material and a
Digital Camera. Physics Education
Worthey G dan Hyun Chul Lee. 2010. An Empirical UBVRIJHK Color-Temperature
Calibration for Star. Astronomy &Astrophysics Journal.
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-11
Rancang Bangun Spektrofotometer untuk Analisis Temperatur
Matahari di Laboratorium Astronomi Jurusan Fisika UM
NOVITA DEWI ROSALINA*), SUTRISNO, NUGROHO ADI PRAMONO
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang. Jl. Semarang 5 Malang,
*E-mail: novitadewirosalina2@gmail.com
ABSTRAK: Spektrofotometer sederhana dirancang menggunakan prisma, lensa, kamera
digital dan komputer. Prisma digunakan sebagai media difraksi dan kamera sebagai sensor
cahaya. Spektrofotometer sederhana dikalibrasi menggunakan gas argon dan helium. Data
citra hasil pengamatan dan kalibrasi dicari posisi pixelnya. Data posisi pixel diplotkan dengan
referensi panjang gelombang untuk mendapatkan fungsi kalibrasi, kemudian melakukan
analisis temperatur menggunakan persamaan Wien. Hasil uji lampu gas argon dan helium
menunjukan bahwa terjadi garis emisi pada panjang gelombang tertentu. Hal ini membuktikan
bahwa alat benar sebagai media pendifraksi. Hasil analisis temperatur dari perhitungan
menggunakan persamaan Wien adalah temperatur matahari sebesar 5627K.
Kata Kunci: spektrofotometer, spektrum, temperatur, matahari
PENDAHULUAN
Bintang dapat dibedakan dari warna, temperatur dan massa. Ketiga ini saling
berkaitan satu sama lain. Bintang paling panas cenderung berwarna biru karena
memancarkan energi pada gelombang pendek (Hanun,K., dkk, 2007). Warna-temperatur
juga digunakan dalam analisis kelimpahan spektral, komputasi efek, dan sejumlah
masalah astronomi yang tak terduga (Worthey G dan Hyun Chul Lee, 2010). Penentuan
temperatur bintang dapat dilakukan dengan menggunakan metode spektroskopi.
Metode yang paling penting dari pembentukan spektrum adalah melalui prisma objektif
atau celah spektograf (Inglish, S., J, 1967) . Metode spektroskopi adalah metode dengan
pengamatan garis-garis pada spektrum bintang. Garis spektrum suatu unsur tertentu
berubah kekuatannya dengan berubahnya temperatur.
Franhoufer menemukan bahwa jika melalukan cahaya matahari pada celah sempit
di depan prisma maka akan mendapatkan spektrum dengan beberapa garis hitam.
Prinsip dasar spektrofotometer adalah sebuah cahaya melewati celah sempit yang
kemudian disejajarkan oleh kolimator, cahaya sejajar melalui prisma didispersikan
dalam beberapa warna pelangi yang kemudian mengenai lensa dan difokuskan pada
plat fotografik (Worthey G dan Hyun Chul Lee, 2010). Instrumen ini dinamakan
spektrofotometer. Spektrofotometer merupakan metode pengukuran spektrum.
Sayangnya, spektrofotometer standart sangat mahal dan memiliki komponen
instrumental yang rumit (Widiatmoko Eko, dkk, 2011). Oleh sebab itu spektrofotometer
sederhana dirancang dengan menggunakan bahan umum yaitu prisma. Matahari
sebagai objek penelitian dikarenakan cuaca malang yang sering hujan, tingginya polusi
cahaya dan sempitya medan pandang langit di laboratorium.
METODE PENELITIAN
Gambar 1 menunjukan simbol segitiga sebagai prisma, simbol bikonkaf sebagai
lensa cekung.
Gambar 1. Skema rancangan spektrofotometer
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-7
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Bagian depan spektrofotometer sederhana terbuat dari besi dengan ukuran yang
disesuaikan dengan teleskop yaitu diameter 3,2 cm dan tinggi 3 cm. Tempat prisma dan
lensa terbuat dari bahan kayu Spektrofotometer sederhana ini menggunakan prisma 45
dan lensa cekung dengan panjang fokus 5 cm. Prisma didesain dapat berputar 360
derajat. Hal ini dilakukan untuk memudahkan mencari sudut bias panjang gelombang
yang diinginkan. Lensa cekung didesain dapat berpindah maju mundur. Slit terbuat
dari aluminium foil dengan celah yang sangat tipis. Selain untuk meluruskan caya yang
masuk, slit juga bertujuan untuk mengurangi intensitas matahari yang masuk. Analisis
citra spektrum dapat dilakukan dengan menggunakan progam citra apapun seperti
Microsoft Paint, Photoshop, IRIS. Analisis pada penelitian ini menggunakan IRIS.
Mengarahkan kursor titik pada garis spektrum satu demi satu dan menuliskan posisi
pixel pada kertas. Data posisi pixel diplotkan dengan referensi panjang gelombang
untuk mendapatkan fungsi kalibrasi. Panjang gelombang yang didapat akan digunakan
untuk analisis temperatur dengan menggunakan persamaan Hukum Wien
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spektrofotometer
Sepktrofotometer adalah metode pengukuran spektrum. Spektrofotometer
sederhana terdiri dari prisma, lensa dan slit. Setiap panjang gelombang prisma memiliki
sudut bias. Oleh sebab itu pada prisma spektrofotometer sederhana digunakan sistem
putar 360 . Lensa yang digunakan adalah lensa cekung dengan diameter 5 cm dan
panjang fokus 5 cm. Penggunaan lensa pada spektrofotometer adalah untuk melebarkan
spektrum. Lensa dibuat sistem maju mundur untuk memudahkan mencari fokus. Slit
terbuat dari bahan aluminium foil dengan ketebalan 0.02 mm.
Gambar 2. Kontruksi Spektrofotometer.
Citra Spektrum
Pengambilan citra menggunakan kamera nikon D3100 yang telah disetting manual
dengan format gambar RAW. Jika posisi prisma dari kamera konstan, maka posisi citra
spektrum juga konstan. Pengambilan citra spektrum beberapa kali gagal dikarenakan
adanya kebocoran cahaya yang disebabkan slit. Sehingga terdapat cahaya putih pada
citra spektrum.
Gambar 3 Kebocoran cahaya
Pengujian awal dilakukan ke matahari menggunakan spektrofotometer tanpa
bantuan teleskop. Pengujian kedua dengan bantuan teleskop. Kemudian melakukan
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-8
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
pengambilan data yang dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan garis balmer
dipanjang gelombang merah.
(a)
(a)
(b)
Gambar 4. (a) (b) Spektrum matahari diambil
menggunakan nikon D3100
Gambar 4 (a) terlihat garis gelap pada panjang gelombang hijau dan panjang
gelombang merah. Gambar 4(b) terlihat garis gelap pada panjang gelombang merah.
Garis gelap atau garis absorbsi terjadi karena elektron pada atom tereksitasi dari energi
rendah ke energi tinggi sehingga energi foton terserap. Garis gelap pada suatu panjang
gelombang menunjukan suatu unsur. Panjang gelombang merah kaya akan unsur
hidrogen dan panjang gelombang hijau kaya akan unsur magnesium.
(b)
Uji alat menggunakan lampu gas argon dan helium di laboratorium fisika dasar.
Berdasarkan gambar 5Gambar
(a) dapat
terjadi
pada panjang
4. (a) diketahui
(b) Spektrumbahwa
matahari
diambilemisi
menggunakan
nikon gelombang
merah dan panjang gelombang biru. Rentang antar panjang gelombang sangatlah kecil,
hal ini disebabkan karena rendahnya resolusiD3100
alat. Sementara itu, berdasarkan gambar
5 (b) dapat diketahui bahwa terjadi emisi pada panjang gelombang merah. Pengujian
lampu gas argon dan helium membuktikan bahwa spektrofotometer benar terjadi
difraksi. Setelah itu, data uji lampu gas argon digunakan sebagai data kalibrasi.
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Spektrum Argon (b) Spektrum Helium
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-9
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Konversi Panjang Gelombang
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Widiatmoko konversi citra spektrum menjadi
panjang gelombang dapat dilakukan pada semua citra spektrum jika hubungan antara
posisi pixel dan panjang gelombang diketahui. Resolusi panjang gelombang meningkat
ketika menggunakan ukuran gambar yang lebih besar. Nilai perbedaan panjang
gelombang per pixel (invers dari koefisien p dalam fungsi kalibrasi) naik secara linier
dengan lebar gambar dalam pixel .
Analisis citra spektrum dapat dilakukan dengan menggunakan progam citra apapun
seperti Microsoft Paint, Photoshop, IRIS. Analisis pada penelitian ini menggunakan
IRIS. Mengarahkan kursor titik pada garis spektrum satu demi satu dan menuliskan
posisi pixel pada kertas. Data posisi pixel diplotkan dengan referensi panjang gelombang
untuk mendapatkan fungsi kalibrasi.
angstrom
8000
y = 2,0332x + 1166,6
R² = 0,9223
6000
4000
2000
0
0
1000
pixel
2000
3000
Gambar 4.3 Kurva kalibrasi dari pixel ke panjang gelombang
Fungsi kalibrasi yang didapatkan adalah
= 2.0322p + 1166.6 Ả
(1)
Posisi pixel spektrum matahari pada gambar 4.2.2 adalah 1962 yang kemudian
dimasukan kedalam persamaan (1) untuk mendapatkan panjang gelombangnya.
= 2.0322 (1962) + 1166.6 Ả
= 5153.78 Ả
Analisis Temperatur Matahari
Analisis temperatur menggunakan persamaan (2) hukum Wien
=
2,9
(2)
adalah panjang gelombang maksimum, b adalah konstanta yang besarnya
10
.
=
2,9 10
5,15378 10
= 5627
temperatur matahari yang didapat sebesar 5627 K. Melihat data klasifikasi bintang,
temperatur matahari tersebut termasuk kelas bintang G. Kelas bintang G memiliki
rentang temperatur 5500-6000 K.
KESIMPULAN
Pengujian pada lampu argon dan helium terjadi emisi garis, hal ini membuktikan
bahwa alat spektrofotometer sederhana adalah benar sebagai media pendifraksi.
Temperatur matahari dari analisis sebesar 5627 K.
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-10
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
DAFTAR RUJUKAN
Inglis, Stuart J. 1967. Planets, Star, and Galaxies second edition. New York.
Karttunen, Hanun dkk. 2007. Fundamental Astronomy Fifth Edition. Springer.
Monai,Elena. 2009. Properties of Stars: temperature, colour index and equivalent widht of
spectral lines. The Sky AS a Laboratory.
Widiatmoko Eko dkk. 2011. A Simple Spectrophotometer Using Common Material and a
Digital Camera. Physics Education
Worthey G dan Hyun Chul Lee. 2010. An Empirical UBVRIJHK Color-Temperature
Calibration for Star. Astronomy &Astrophysics Journal.
ISBN 978-602-71279-1-9
FA-11