EKSPERIMEN FISIKA II FPMIPA UPI DERET BA (1)

LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA II
DERET BALMER DARI SPEKTRUM ATOM HIDROGEN
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika II
Dosen Pengampu : Drs. Parlindungan Sinaga, M.Si

Oleh :
Rahayu Dwi Harnum (1305957)

PELAKSANAAN PERCOBAAN :
Hari/Tgl/Jam
: Senin / 7 Maret 2016 / 09.30 – 12.00 WIB
Teman Sekelompok : Fauzan Muhammad Rabbani
(1306865)
Rizki Fahmi Sumaryono
(1307210)

LABORATORIUM FISIKA LANJUT
PROGRAM STUDI FISIKA
DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2016

A. TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan Harga Konstanta Rydberg dan Spektrum Atom Hidrogen
B. DASAR TEORI
Deret Spektral
Panjang gelombang yang terdapat pada spektrum atomik jatuh pada kumpulan
tertentu yang disebut deret spectral ditemukan pada akhir abad ke-19. Panjang gelombang
dalam setiap deret dapat dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana. Deret
spektral pertama ditemukan oleh J.J Balmer pada tahun 1885 ketika ia mempelajari bagian
tampak dari spektrum hidrogen. Ia menempatkan gas hidrogen dalam sebuah tabung
lucutan gas. Tabung tersebut diberi beda potensial yang tinggi antara katoda dan anodanya,
sehingga terjadi lucutan muatan listrik. Gas hidrogen menjadi bercahaya dan memancarkan
cahaya merah kebiru-biruan. Cahaya ini dapt dianalisis dengan sebuah spectrometer (alat
untuk menyelidiki spektrum). Pada plat foto akan teramati deretan garis-garis cahaya.
Setiap garis menampilkan sebuah panjang gelombang cahaya. Deretan garis-garis ini
disebut dengan deret Balmer . Pengamatan tersebut menunjukan bahwa gas yang bersuhu
tinggi memancarkan cahaya dengan spektrum garis yang memiliki garis keteraturannya
sendiri. Spektrum gas juga dapat diperoleh dengan menempatkan gas itu didalam tabung
yang diberi beda potensial cukup tinggi. Gambar berikut menunjukkan spektrum garis yang

diperoleh dalam cahaya tampak (deret Balmer) :

4000

5000

6000

7000

gambar 7.1

Spektrum yang paling sederhana adalah spektrum gas hidrogen seperti gambar di
bawah ini:

6000 A

7000 A

5000 A

Gambar 2.3. Spektrum atom hidrogen

Pengamatan menunjukkan bahwa gas yang bersuhu tinggi memancarkan cahaya
dengan spektrum garis yang memiliki garis keteraturannya sendiri. Spektrum gas juga
dapat diperoleh dengan menempatkan gas itu di dalam tabung yang diberi beda potensial
cukup tinggi.

Garis Spektrum
Hidrogen
H

Panjang Gelombang (Å)

Frekuensi
(10 Hz)

6562,8

4,569

H

4861,3

6,618

H

4340,5

6,908

H

4101,7

7,310

3645,6

8,224

.
.
.
H

Tabel 1.3.
Atom hidrogen merupakan atom yang paling sederhana, terdiri dari sebuah proton
dan sebuah elektron. Pada tahun 1913 Neils Bohr mengajukan postulat tentang atom
hidrogen sebagai berikut:

Berikut merupakan karakteristik dari atom Hidrogen:
1.

Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar
berbentuk lingkaran (orbit-orbit) mengelilingi inti atom; gerak elektron tersebut
dipengaruhi oleh gaya tarik Coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.
Karena elektron yang beredar melalui lintasan cenderung mengarah ke pusat

lingkaran yang disebabkan gaya tarik inti, maka dalam hal ini timbul gaya tarik
menarik antara elektron dan inti atom. Gaya yang menyebabkan adalah gaya
sentripetal dengan gaya coulomb.
Menurut Hukum I Newton :
∑
�

Є

=

=
=

Dengan r = jarak elektron dengan inti.
Bila q = e

2.

=

Є

=
Є

…

Lintas edar elektron (orbit) dalam atom Hidrogen yang mantap (keadaan stasioner)
hanyalah yang mempunyai harga momentum anguler L sebesar:
=

Atau

ħ
=

Maka
=

ħ

…

ħ

Dengan n = bilangan kuantum utama yaitu 1,2,3

3.

Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak
memancarkan energi elektromagnet; dalam hal tersebut energi totalnya tidak
berubah

4.

Energi elektromagnet dipancarkan oleh atom apabila suatu elektron yang melintasi
orbit mantap dengan energi Ei pindah (loncat) kesuatu orbit mantap lain yang
berenergi Ef

Substitusi persamaan (1) ke (2)
=

Є
=

=

ħ
Є

ħ

Є ħ

Dengan r = jari-jari orbit elektron

…

Kemudian substitusi persamaan (3) ke persamaan (2) diperoleh:

=

ħ
=

ħ

=

Є

ħ

…

Є ħ

Dimana v adalah kecepatan elektron mengelilingi inti.
Dengan mengeluarkan v dan r maka energi total sistem diperoleh :

=

=

=−

=

=−
Є

=−

+�

−
−

−

Є

ħ Є

Є
Є

Є ħ

�
�
�
�

= −
�

= −

= −

Є

= −
Є

ħ

=−

= −

Є ħ

Є

=

ħ

ħ

ħ

Є

…

Persamaan tersebut dikenal dengan persamaan tingkat energi terkoreksi bagi gerak
inti, jika bilangan kuantum keadaan awal (energi lebih rendah) ialah ni dan bilangan
kuantum keadaan akhir (energi lebih tinggi) ialah nf. Maka kita nyatakan bahwa
�� � � −

�

−

�� � ℎ� =

�

=ℎ …

��

�

Gambar 3.3.
Garis dengan panjang gelombang tersesar terletak didaerah merah, disebut Hα yang
bersesuaian dengan ni = , selanjutnya H bersesuaian dengan ni =
dengan ni =

lalu H bersesuaian

masing-masing terletak didaerah biru dan hijau, demikian seterusnya dan

yang terkecil adalah Hδ yang terletak di daerah ultra ungu.

Pengukuran panjang gelombang yang dipancarkan oleh atom hidrogen tereksitasi
didasarkan pada prinsip interferensi dengan menggunakan kisi-kisi. Interferensi
konstruktif terjadi bila beda lintasan merupakan kelipatan dari panjang gelombangnya.
�=

n = orde difraksi

sin �

Tetapan Rydberg menurut Bohr
Bohr menemukan bahwa kehadiran tingkat energi diskrit tertentu dalam atom
hidrogen menyarankan adanya hubungan dengan spektrum garis. Anggaplah jika sebuah
elektron pada tingkat eksitasi jatuh ke tingkat yang lebih rendah, kehilangan energinya
dipancarkan sebagai foton cahaya tunggal. Elektron tidak mungkin ada dalam atom kecuali
elektron tersebut memiliki tingkat energi tertentu. Berikut suatu diagram tingat energi
untuk atom hidrogen :

gambar 7.2

Jika bilangan kuantum keadaan awal (energi lebih tinggi) ialah
kuantum keadaan akhir (energi lebih rendah) ialah

nf

−

�

= −

�

�

−

dan bilangan

, kita nyatakan bahwa : Substitusi

persamaan (5) ke persamaan (6) diperoleh
�

ni

�

=ℎ

Bila c = . atau  



c

�

= −

ℎ

maka

�

�

= −

ℎ

=�

−

�

�

−

�

�

Dengan R menyatakan konstanta Rydberg
Bila nf =

dan ni ≥

−

�

�

…

�

maka seluruh garis-garis jatuh didaerah cahaya tampak

membentuk deret yang dinamakan deret Lyman. Bila nf =

dan ni ≥

seluruh garis-garis

akan jatuh didaerah cahaya tampak membentuk deret yang dinamakan deret Balmer.
Garis dengan panjang gelombang tersesar terletak didaerah merah, disebut Hα yang
bersesuaian dengan ni = , selanjutnya H bersesuaian dengan ni =
dengan ni =

lalu H bersesuaian

masing-masing terletak didaerah biru dan hijau, demikian seterusnya dan

yang terkecil adalah Hδ yang terletak di daerah ultra ungu.
Pengukuran panjang gelombang yang dipancarkan oleh atom hidrogen tereksitasi
didasarkan pada prinsip interferensi dengan menggunakan kisi-kisi. Interferensi
konstruktif terjadi bila beda lintasan merupakan kelipatan dari panjang gelombangnya.
�=

n = orde difraksi

sin �

Lebar kisi dapat dihitung berdasarkan kisi difraksi (copy of Rawland Grating) yang
digunakan. Dari persamaan (9) untuk deret Balmer nf = :
�

=�

−

Berdasarkan Least Squares

Dengan i = 3,4,5,..

�=
�

=

∑
∑�
�

�

�

−

�

�

…
…

…

Pada percobaan kali ini, kita akan mencari panjang gelombang cahaya tampak dan
besarnya tetapan Rydberg (R). Untuk melakukan percobaan ini, alat yang kita gunakan
ialah spektrometer. Sketsa alat :

gambar 1.3

Sedangkan, untuk mencari tetapan Rydberg (R), kita gunakan prinsip interferensi
dengan menggunakan kisi-kisi difraksi. Yang memenuhi hubungan :

n  d sin 

dengan n = orde difraksi (1,β,γ,….)

Untuk deret Balmer, kita mempunyai rumus :
 1 1 
 R 2  2 

2 n 
1

1 1 
 R  2 

4 n 
1

Berdasarkan Least Squares :


R
 
2
i

i

dimana i = γ,4,5,….
i

pers. (11) ; dengan i 

4ni2
ni2  4

C. ALAT DAN BAHAN
No

Alat dan Bahan

Spesifikasi

Jumlah

1

Balmer Lamp

(1500V, 50mA)

1

2

Power Suply

(110-120V, Vs =
1500V

1

3

Copy Of Rowland Grating

1000 / 10 mm

1

4

Spectrometer

-

1

D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan
2. Memposisikan lampu Balmer dan spektrometer agar berada pada satu garis lurus
3. Memasang dan memastikan kisi difraksi pada spectrometer agar tegak lurus terhadap
teropong .
4. Mengkalibrasi spektrometer dengan mengatur posisi nol derajat pada meja sudut
dengan sudut variabel pada teropong.
5. Menghidupkan power lampu balmer sehingga cahayanya terdistribusikan ke kisi.
6. Mengamati spektrum warna yang terbentuk ,baik untuk posisi pergeseran ke kiri
maupun ke kanan dengan menggunakan teropong.
7. Menentukan titik tengah dari spectrum warna berupa terang pusat berwarna pink.
8. Menggeserkan teleskop kearah kanan atau kiri (dalam hal ini pengamat menggeserkan
teleskop

kearah kanan) sampai terlihat garis-garis spektrum warna (orde 1).

Menentukan salah satu warna cahaya ditengah-tengah medan pandang teleskop dan
mencatat besar sudutnya.
9. Mengulangi langkah delapan untuk setiap spektrum warna yang terbentuk pada orde 1.
10. Menggeserkan lagi teleskop kearah kanan (sesuai arah menentukan orde pertama)
sehingga menemukan garis spketrum warna berikutnya (orde 2) serta mencatat sudut
pada data percobaan.
11. Mengulangi langkah sepuluh untuk setiap spektrum warna yang terbentuk pada orde 2.
12. Merapihkan kembali alat dan bahan yang telah digunakan.

E. DATA PENGAMATAN
N = 1000 per 10 mm

No

Warna
n=1

=

�

�=

�=

n=2

1

Ungu

2.5

5.3

2

Biru

2.8

5.5

3

Hijau

3

-

4

Kuning

3.5

6.5

5

Merah

3.8

7.6

F. PENGOLAHAN DATA
�=

�

=

sin �

sin �

=

−

=

−

No

Warna

�

�

n=1

�

−

�

n=2

n =1

n=2

�̅

−

1

Ungu

6

2

2.5

5.3

4.3619

4.6185

4.4902

2

Biru

5

2

2.8

5.5

4.8850

4.7923

4.8387

3

Hijau

4

2

3

-

5.2336

-

5.2336

3

2

3.5

6.5

6.1049

5.6602

5.8826

3

2

3.8

7.6

6.6274

6.6128

6.6201

4
5

Kunin
g
Merah

�

=� ( −

�=

�

)

−

�

�̅ � ̇

�

�

−

|� − �̅ |

4490.2

1.0022

- 0.06102

0.003723

4838.7

0.9834

- 0.07982

0.006371

5233.6

1.0191

- 0.04412

0.001947

5882.6

1.2239

0.16068

0.025818

6620.1

1.0875

0.02428

0.00059

�̅ =1.06322
∑|� − �̅ |
.
∆� = √
=
−

R= .

|� − �̅ |

�

±

.

−

= .

∑ .
−

R=

Dari

hasil

.

± .

sebesar

∆
̅

%=

G. ANALISIS

data
.

pengolahan
−

= .

.

menggunakan

dengan

presentase

grafik

didapatkan

kesalahan

presisi

%= . %

Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, warna yang teramati ialah warna
merah, kuning, hijau, biru, dan ungu dengan orde teramati maksimal dua. Panjang
gelombang tiap warna yang didapatkan berbeda masing-masing, ungu = 4490.2 amstrong,
biru = 4838.7 amstrong, hijau = 5233.6 amstrong, kuning = 5882.6 amstrong, merah =
6620.1 amstrong. Hal tersebut sesuai dengan literature bahwa panjang gelombang warna
merah memiliki panjang gelombang paling panjang dibandingkan warna kuning, hijau,
biru, ungu. Kemudian setelah panjang gelombang masing-masing warna diketahui, dapat
diketahui konstanta Rydberg. Dengan menggunakan kisi 1000/10 mm konstanta Rydberg
yang didapat ialah R =

sebesar

∆
̅

%=

literature .

.

.

−

.

= .

−

± .

sebesar

| .

�

.

dengan kesalahan presisi

% = . % dan kesalahan akurasi terhadap
7−

.

�

7

�

7|

%= .

%. Perbedaan

hasil eksperimen dengan literature konstanta Rydberg dipengaruhi oleh faktor ketidak
telitian pengamat dalam penentuan warna yang diamati.
H. KESIMPULAN

Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa panjang
gelombang tiap warna yang didapatkan berbeda. Besarnya masing-masing ialah ungu =
4490.2 amstrong, biru = 4838.7 amstrong, hijau = 5233.6 amstrong, kuning = 5882.6
amstrong, merah = 6620.1 amstrong. Konstanta Rydberg yang didapat ialah R =
.

±

.

akurasi sebesar .

I. SARAN

%.

−

dengan kesalahan presisi sebesar . % serta kesalahan

Dalam melakukan praktikum Menentukan Harga Konstanta Rydberg dan Spektrum
Atom Hidrogen hendaknya pengamat benar-benar menguasai konsep serta cara kerja alat
praktikum yang digunakan. Serta melakukan praktikum dengan penggunaan banyak kisi

yang berbeda. Hal tersebut bertujuan agar mengetahui pengaruh perbedaan kisi terhadap
harga konstanta Rydberg.

J. DAFTAR PUSTAKA
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia
Sinaga, Parlindungan, Drs. M.Si dkk. 2001. Petunjuk Praktikum Lab. Fisika
Lanjut. Bandung: Jurusan Fisika FPMIPA-UPI.