Laporan Praktikum Spektrometer 0111154
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
1
SPEKTROMETER
Sulistiyawati Dewi K., Anggraeni P. Sari, Dian Zherlitha A., Eddy Yahya
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: anggraenipsari0@gmail.com
Abstrak—Percobaan spektrometer dilakukan dengan
tujuan untuk memahami proses terjadinya plasma dari
lampu gas, menentukan dan membandingkan panjang
gelombang spektrum cahaya lampu gas neon dan helium,
menentukan indeks bias prisma kaca, dan menentukan
keakuratan panjang gelombang hasil perhitungan
terhadap nilai referensi. Percobaan ini menggunakan
prinsip hukum Snellius, pembiasan pada prisma, dan
dispersi cahaya. Variasi yang digunakan pada percobaan
ini adalah lampu yang digunakan yaitu lampu gas neon
dan lampu gas helium. Percobaan ini dilakukan dengan
menggunakan spektrometer, sehingga cahaya dapat
dibiaskan dan didispersikan oleh prisma kaca. Sudut
dispersi
didapatkan
sehingga
digunakan
untuk
menghitung nilai indeks bias prisma kaca dan panjang
gelombang pada spektrum warna lampu gas. Dari
percobaan spektrometer diperoleh kesimpulan bahwa
spektrometer menggunakan prisma sebagai pembias dan
pendispersi cahaya sehingga terbentuk spektrum warna
untuk tiap sumber cahaya. Spektrum warna yang teramati
pada lampu helium yaitu merah, kuning, hijau, biru, dan
ungu. Sedangkan pada lampu neon adalah merah, jingga,
kuning. Indeks bias prisma yang digunakan berkisar
1,8246 sampai 1,8394. Panjang gelombang yang
didapatkan dari percobaan untuk lampu helium tiap
spektrum warna adalah 756 nm, 587 nm, 531 nm, 477 nm,
428 nm. Dengan error sebesar 1,24% sampai 9%.
Sedangkan pada lampu Neon adalah693,5 nm, 616 nm,
580 nm. Dengan error sebesar 2,86% sampai 6,43%.
Kata Kunci— dispersi, hukum Snellius, prisma, spektrometer.
I. PENDAHULUAN
i dalam kehidupan ini, terdapat hubungan yang sangat
erat dengan cahaya. Contoh cahaya yang sering
digunakan adalah cahaya matahari. Cahaya ini
merupakan salah satu sumber cahaya yang tidak akan pernah
habis. Dimana telah diketahui bahwa cahaya memiliki sifatsifat antara lain dapat dipantulkan, dibiaskan, difraksi,
interferensi, dispersi. Dari sifat-sifat cahaya ini dibutuhkan
sebuah alat untuk menjelaskan sifat-sifat dari cahaya. Salah
satu alat yang biasa digunakan adalah spektrometer dimana
alat ini sangat bermanfaat untuk mengetahui panjang
gelombang cahaya yang berbeda-beda.
Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk
gelombang elektromagnetik yang bisa dilihat oleh mata.
Kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s. Sifat-sifat cahaya antara
lain cahaya bergerak lurus ke segala arah, cahaya dapat di
refraksikan atau dipantulkan, cahaya dapat dibiaskan (refleksi)
D
dan cahaya dapat diuraikan (dispersi), dan cahaya dapat
mengalami interferensi. Meskipun spektrum optik adalah
spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas
antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut
memberikan batasan kira-kira untuk warna-warna spektrum:
[1]
Tabel 1.
Daftar panjang gelombang cahaya tampak
Warna
Range
Ungu
380-450 nm
Biru
450-495 nm
Hijau
495-570 nm
Kuning
570-590 nm
Jingga
590-620 nm
Merah
620-750 nm
Cahaya dapat dipantulkan karena cahaya mengenai
suatu medium yang dapat membalikkan arah dari cahaya.
Hukum refleksi menyatakan bahwa suatu sinar yang terpantul
terletak di dalam bidang datang dan memiliki sudut pantul
yang sama dengan sudut datang. Cahaya dapat dibiaskan
dimana pembiasan merupakan peristiwa membeloknya arah
rambatan cahaya yang disebabkan karenaa adanya perbedaan
kerapatan dari dari medium yang dilalui. Hukum refraksi
menyatakan bahwa seberkas sinar yang terefraksi terletak di
dalam bidang datang dan meiliki sudut bias
yang
berhubungan dengan sudut datang . Semakin rapat medium
yang ditembus cahaya, maka cahaya akan semakin mendekati
garis normal [2].
Sudut bias tergantung pada kecepatan cahaya pada
dua medium dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara
𝞱1 dan 𝞱2 telah didapatkan melalui eksperimen pada tahun
1621 yang dilakukan oleh Willebrord Snell dan dikenal
sebagai Hukum Snellius, yaitu :
Hukum Snellius memperlihatkan bahwa apabila sebuah sinar
lewat dari satu medium ke medium lain yang mempunyai
indeks refraksi lebih besar, dan karena itu maka laju
gelombang dalam medium itu lebih lambat, maka sudut
lebih kecil daripada
sehingga sinar itu dibelokkan
mendekati normal. Apabila medium kedua mempunai indeks
refraksi yang lebih kecil dari medium pertama, sinar itu
dibelokkan menjauhi normal [3].
Seberkas sinar terdiri dari serangkaian panjang
gelombang yang berbeda. Sinar tersebut akan direfraksikan
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
2
Gambar 1. Pembiasan pada Prisma
pada sudut-sudut berbeda oleh permukaan, sehingga cahaya
akan disebarkan oleh refraksi ini. Penyebaran cahaya ini
disebut dispersi. Dispersi juga dapat diartikan sebagai
penguraian cahaya polikromaik menjadi cahaya-cahaya
monokromatik atau warna- warna penyusunnya [3].
Gejala dispersi adalah gejala peruraian cahaya putih
(polikromatik)
menjadi
cahaya
berwarna-warni
(monokromatik).
Cahaya
putih
merupakan
cahaya
polikromatik, yaitu cahaya yang mempunyai bermacammacam panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke
prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya
merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Semakin
kecil panjang gelombangnya, maka semakin besar indeks
biasnya. Dispersi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan
indeks bias kaca setiap warna cahaya. Tiap-tiap cahaya
memiliki sudut deviasi yang berbeda-beda. Selisih antara
sudut deviasi cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi
[2].
Prisma merupakan suatu benda transparan yang
terbuat dari kaca, dan digunakan untuk menganalisa peristiwa
pembiasan dan pemantulan cahaya. Prisma dapat memisahkan
cahaya putih (monokromatik) menjadi cahaya warna-warni
(polikromatik) yang menyusunnya atau disebut dengan
spectrum. Dengan didasari oleh Hukum Snellius, proses
terjadinya pembiasan prisma ditunjukkan oleh gambar 1. Dari
hubungan antara tiap sudut yang terjadi dan penurunan
Hukum Snellius pada kedua sisi prisma, maka didapatkan
persamaan untuk menentukan indeks bias prisma. Sinar
memasuki prisma melalui rusuk pembias kiri. Saat memasuki
prisma, dibiaskan mendekati garis normal, karenaa sinar
datang dari optis kurang rapat ke optis yang lebih rapat. Di
dalam prisma, sinar meneruskan perjalanannya dan keluar ke
rusuk pembias kanan. Sinar dibiaskan menjauhi garis normal
karena sinar dari optis yang rapat ke optis yang kurang rapat
[4].
Prisma memisahkan cahaya putih menjadi warna
pelangi. Hal ini terjadi karena indeks refraksi pada sebuah
material bergantung pada panjang gelombang. Cahaya putih
merupakan campuran dari semua panjang gelombang tampak,
dan ketika terjadi peristiwa pada prisma, panjang gelombang
yang berbeda dibelokkan dengan sudut-sudut yang berbeda.
Karena indeks refraksi lebih besar untuk pajang gelombang
yang kecil, cahaya violet/ungu cenderung lebih banyak dan
cahaya merah lebih sedikit. Penyebaran cahaya putih menjadi
spektrum yang lengkap disebut dispersi. Spektrum cahaya
adalah garis-garis cahaya yang mempunyai warna dan panjang
gelombang tertentu [4].
Gambar 2. Dispersi pada Prima
Spektrum cahaya terdiri dari berbagai warna yang
mempunyai tingkat energi yang berbeda. Warna-warna cahaya
hasil dispersi disebut spectrum warna, biasanya terdiri dari
warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Padaa
penguraian cahaya dalam spectrum warna, yang paling atas
dan muncul pertama kali adalah warna merah, karena merah
merupakan warna dengan panjang gelombang paling besar.
Spektrum warna paling bawah dan muncul terakhir adalah
warna ungu karena ungu merupakan warna dengan panjang
gelombang paling kecil [1].
Spektrometer adalah alat untuk mengukur panjang
gelombang. Prinsip kerja dari Spektrometer adalah cahaya
didatangkan lewat celah sempit yang disebut kolimator.
Kolimator ini merupakan fokus lensa, sehingga cahaya yang
diteruskan akan bersifat sejajar. Cahaya sejajar, kemudian
diteruskan ke kisi untuk kemudian ditangkap oleh telescop
yang posisinya dapat digerakkan. Perbedaan dari indeks bias
dari tiap-tiap zat atau bahan menjelaskan perbandingan
kecepatan cahaya saat di medium pertama dengan medium
kedua. Indeks bias ini sangat dibutuhkan untuk eksperimeneksperimen berikutnya yang membutuhkan pengetahuan dari
bahan apa yang dapat digunakan untuk melewatkan suatu
cahaya menjadi terdispersi menjadi cahaya-cahaya yang lain,
yang pada akhirnya dapat menentukan panjang gelombang
hasil dispersi. Cahaya yang masuk pada sebuah kisi yang jarak
celahnya diketahui didispersikan ke dalam sebuah spektrum.
Sudut-sudut deviasi dari maksimum-minimum kemudian
diukur, dan persamaan:
dsinϴ = mλ (m= 0,±1.±2,...)
digunakan untuk menghitung panjang gelombang. Dengan
menggunakan sebuah kisi yang mempunyai banyak celah,
maka dihasilkan maksimum-minimum yang sangat tajam, dan
sudut deviasi dapat diukur secara sangat teliti. Setiap panjang
gelombang yang dipancarkan oleh sumbernya akan
menghasilkan bayangan terpisah celah pengkolimasi dalam
spektroskop yang disebut garis spektrum. Seberkas garis yang
bersesuaian dengan m=1 disebut spektrum orde 1. [6] Bila suatu
gas dipanaskan maka gas itu memancarkan cahaya yang
panjang gelombangnya tertentu, tergantung dari molekul gas
tersebut. Pengukuran ini terkadang digunakan dalam
penentuan gas pada bintang jatuh. Alat spektrometer terdiri
dari sumber cahaya, celah, lensa, kisi, teleskop,dan yang
paling penting adalah plat sudut [5].
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
3
Start
Prisma
Teleskop
Kolimator
Lampu Gas
Hambatan Geser
Skala Vernier
Power Supply
Gambar 3. Rangkaian Alat Percobaan Spektrometer
II. METODE
A. Alat dan Bahan
Pada percobaan ini, alat dan bahan yang dibutuhkan
yaitu satu set spektrometer, lampu gas neon, lampu gas
helium, step up dan down transformer, rheostat (hambatan
geser), statif, sumber tegangan, dan penggaris. Satu set
spektrometer terdiri dari beberapa alat seperti kolimator yang
berfungsi memfokuskan sumber cahaya dan membuatnya
sejajar dengan prisma, skala vernier untuk menentukan sudut
deviasi, prisma kaca sebagai pembias, teleskop untuk celah
melihat spektrum warna. Lampu gas neon dan lampu gas
helium, sebagai objek yang akan diamati. Step up dan down
transformer untuk menurunkan dan menaikkan tegangan.
Rheostat (hambatan geser) untuk menghambat arus yang
berlebih. Statif sebagai tempat untuk meletakkan sumber
cahaya. Sumber tegangan untuk memberikan tegangan.
Penggaris untuk mengukur besar sudut deviasi.
B. Skema Alat
Skema alat pada percobaan ini dapat di lihat pada
gambar percobaan spektrometer yaitu pada gambar 3.
C. Langkah Kerja
Pada percobaan spektrometer, langkah kerja yang
dilakukan pertama yaitu peralatan dirangkai seperti pada
gambar 3, sebelum dihubungkan dengan sumber tegangan.
Lalu lampu gas neon dipasang pada sistem tegangan tinggi.
Fokus teropong diatur agar benda dapat dilihat di tak
terhingga. Letak dan celah kolimator diatur agar spektrum
yang terjadi cukup tajam dan spektrum tampak bersama-sama
dengan pembagian skala. Besar sudut pelurus kolimator
ditentukan seperti yang ditunjukkan pada skala Vernier
dengan teleskop. Besar sudut deviasi ditentukan seperti yang
ditunjukkan pada skala vernier untuk setiap warna. Langkahlangkah tersebut juga digunakan untuk lampu gas helium.
Setiap variasi dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Dari
percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data berupa sudut
deviasi. Sudut deviasi dihitung dengan mengurangkan sudut
yang ditunjukkan pada skala vernier dengan sudut pelurus.
Alat disusun seperti gambar 3
Lampu gas neon dipasang pada
statif dan diatur posisinya di
belakang celah kolimator
Dihubungkan sumber tegangan
Fokus teropong diatur
Letak dan celah kolimator diatur
spektrum tampak bersama-sama
dengan pembagian skala
Besar sudut pelurus kolimator
ditentukan ditentukan
Sudut pelurus
Besar sudut deviasi tiap warna
ditentukan
Sudut deviasi
Ya
Dilakukan variasi
lampu gas?
Tidak
Finish
Gambar 4. Flowchart percobaan
Setelah itu ditentukan nilai indeks bias pada prisma
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Setelah diperoleh indeks bias, dicari panjang
gelombang referensi (untuk setiap spektrum dengan cara
mencari regresi liniernya malalui grafik hubungan indeks bias
dan 1/λ ref2. Setelah itu, dihitung panjang gelombang
perhitungan dengan menggunakan persamaan berikut ini :
√
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
4
Gambar 6. Grafik Hubungan antara Indeks Bias dengan
Panjang Gelombang pada Lampu Gas Neon
Gambar 5. Grafik Hubungan antara Indeks Bias dengan
Panjang Gelombang pada Lampu Gas Helium
a dan b didapatkan dari hasil regresi linier pada grafik. Dari
perhitungan panjang gelombang, maka dapat dihitung
besarnya error panjang gelombang tiap spektrum warna yang
dihasilkan lampu gas. Nilai errornya dihitung menggunakan
persamaan rumus sebagai berikut :.
|
|
D. Flowchart
Adapun flowchart cara kerja pada
spektrometer ini dapat dilihat pada gambar 4.
B. Perhitungan
Dari hasil sudut deviasi pada Tabel 2 dan 3 dapat
dihitung nilai indeks bias prisma seperti contoh berikut ini:
Diketahui : β = 60ᴼ
= 73,16ᴼ
Ditanya : n = …………?
Jawab :
percobaan
III. HASIL DAN DISKUSI
A. Analisa Data
Dari hasil pengamatan, warna-warna spektrum
cahaya dapat diukur sudut deviasinya melalui skala vernier.
Adapun datanya dapat dilihat pada tabel 2 dan 3 berikut:
No
1
2
3
4
5
No
Dari perhitungan diatas, didapatkan nilai indeks bias
prisma pada setiap spektrum warna. Berikut adalah nilai
indeks bias prisma sesuai dengan sudut deviasi yang
didapatkan, serta besarnya nilai panjang gelombang yang
didapatkan dari referensi ( ref).
Tabel 2.
Data Sudut Deviasi pada Lampu Gas Helium
Spektrum
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
71,5ᴼ
72,5ᴼ
72,7ᴼ
73,1ᴼ
73,5ᴼ
71,4ᴼ
71,8ᴼ
72,6ᴼ
73ᴼ
73,6ᴼ
72,1ᴼ
72,6ᴼ
72,7ᴼ
73,4ᴼ
74,2ᴼ
71,67ᴼ
72,3ᴼ
72,67ᴼ
73,16ᴼ
73,76ᴼ
Tabel 4.
Nilai Indeks Bias Prisma pada Lampu Gas Helium
No
Spektrum
1
2
3
4
5
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
Tabel 3.
Data Sudut Deviasi pada Lampu Gas Neon
Spektrum
Merah
Jingga
Kuning
72,3ᴼ
73,4ᴼ
73,6ᴼ
72,2ᴼ
73,3ᴼ
73,5ᴼ
72,1ᴼ
73,3ᴼ
73,5ᴼ
72,2ᴼ
73,3ᴼ
73,53ᴼ
1,8246
1,8292
1,8318
1,8352
1,8394
ref
(nm)
693,5
580
535
470
412
Tabel 5.
Nilai Indeks Bias Prisma pada Lampu Gas Neon
No
1
2
3
n
1
2
3
C. Grafik
Spektrum
Merah
Jingga
Kuning
n
1,8284
1,8364
1,8378
ref
(nm)
693,5
616
580
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
5
Dari data indeks bias dan ref yang didapatkan pada
tabel 4 dan 5, dibuat grafik hubungan indeks bias dengan 1/ λ
ref2 Grafik hubungan tersebut dapat dilihat pada gambar 5 dan
6. Setelah didapatkan grafik hubungan antara indeks bias
dengan panjang gelombang pada lampu gas helium dan neon,
maka didapatkan regresi liniernya. Sehingga dapat dihitung
nilai λ perhitungan menggunakan rumus diatas.
Diketahui
: y = 4 x 10-15x + 1.8176
Ditanya
: λ perhitungan = ………..?
Jawab
:
a = 4 x 10-15, b = 1,8176, y = n = 1,8352
√
√
Dari perhitungan panjang gelombang tersebut, maka
dapat dihitung besar error panjang gelombangnya
: λhitung = 476 nm
λref
= 470 nm
: Error = ……….?
:
Diketahui
Ditanya
Jawab
|
|
|
|
Dengan melakukan cara perhitungan seperti diatas,
maka nilai
dan error dapat dituliskan pada tabel 6
dan 7 dibawah ini.
Tabel 6.
Data error antara ref dan hitung pada percobaan dengan
menggunakan lampu gas helium
No
1
2
3
4
5
Spektrum warna
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
hitung
(nm)
756
587
531
477
428
ref
(nm)
693,5
580
535
470
412
Error
(%)
9
1,24
8
1,43
3,97
Tabel 7. Data error antara ref dan hitung pada percobaan
dengan menggunakan lampu gas neon
No
1
2
3
Spektrum warna
Merah
Jingga
Kuning
hitung
(nm)
673
576
563
ref
(nm)
693,5
616
580
Error
(%)
3
6,43
2,86
D. Pembahasan
Percobaan spektrometer dilakukan dengan tujuan
untuk memahami proses terjadinya plasma dari lampu gas,
menentukan dan membandingkan panjang gelombang
spektrum cahaya lampu gas neon dan helium, menentukan
indeks bias prisma kaca, dan menentukan keakuratan panjang
gelombang hasil perhitungan terhadap nilai referensi.
Percobaan ini menggunakan prinsip hukum Snellius,
pembiasan pada prisma, dan dispersi cahaya. Dengan dua
variasi lampu gas yang digunakan, yakni lampu gas helium
dan lampu gas neon. Dari percobaan ini, data yang didapatkan
yakni berupa spektrum warna yang dihasilkan dari masingmasing variasi lampu. Yang mana masing-masing warna ini
mempunyai sudut deviasi yang berbeda-beda. Dimana
nantinya dapat digunakan untuk menentukan nilai panjang
gelombang pada setiap warnanya.
Ketika cahaya datang menuju prisma, maka akan
terjadi dua kali pembiasan, yaitu pada saat cahaya masuk ke
dalam prisma dan pada saat cahaya keluar prisma. Dimana
saat cahaya datang menuju prisma, maka cahaya yang datang
akan mendekati garis normal. Hal ini terjadi karena cahaya
datang dari medium yang rapat ke medium yang renggang,
maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal.
Kemudian, pada saat cahaya keluar dari prisma, cahaya akan
dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini sama dengan
keadaan sebelumnya, yakni cahaya yang datang dari medium
yang renggang menuju medium yang rapat, maka cahaya akan
dibiaskan menjauhi garis normal. Selanjutnya, cahaya tersebut
akan terurai menjadi beberapa warna dengan panjang
gelombang yang berbeda-beda, yang dikenal dengan spektrum
warna. Dalam percobaan ini, spektrum warna didapatkan dari
lampu gas yang digunakan, yaitu lampu gas helium dan neon.
Lampu gas yang diletakkan didepan kolimator, akan
memancarkan cahaya sejajar kearah prisma. Hal ini karena
fungsi dari kolimator, yaitu memfokuskan sumber cahaya dan
membuatnya sejajar dengan prisma, sehingga dapat
dipancarkan tepat pada prisma. Melalui teleskop, dapat dilihat
hasil dari dispersi cahaya yang berupa spektrum warna. Dari
hasil percobaan spektrometer ini, diperoleh bahwa spektrum
warna yang dihasilkan dari lampu gas Helium adalah merah,
kuning, hijau, biru, dan ungu. Sedangkan spektrum warna dari
lampu gas Neon adalah merah, jingga, kuning. Spektrum
warna yang terbentuk pada percobaan spektrometer
disebabkan oleh pembiasan dan penguraian cahaya
polikromatik menjadi cahaya monokromatik. Skala vernier
pada spektrometer akan menunjukkan besarnya sudut deviasi
dari masing-masing spektrum warna yang dihasilkan.
Dari spektrum warna yang dihasilkan, dapat
diketahui bahwa warna pertama yang diperoleh adalah warna
merah dan warna terakhir adalah warna ungu. Hal ini terjadi
karena pada warna merah memiliki panjang gelombang yang
paling besar, dengan energi foton dan frekuensi paling kecil.
Sehingga mempunya laju cahaya yang lambat, yang
menyebabkan lintasan yang dimiliki juga semakin pendek.
Itulah sebabnya warna merah menjadi warna pertama yang
didapatkan. Begitu pula dengan warna ungu. Seperti yang kita
ketahui bahwa warna ungu mempunyai panjang gelombang
paling kecil, namun dengan frekuensi dan energi foton yang
paling besar diantara warna-warna yang lainnya, hal ini
menyebabkan warna ungu ini memiliki lintasan paling besar
diantara warna-warna yang lainnya. Sehingga, warna ungu
menjadi warna yang paling terakhir.
Pada percobaan ini dapat diketahui bahwa lampu gas
dapat menyala hingga akhirnya menghasilkan spektrum warna
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
tersebut. Lampu gas ini dapat menyala dikarenakan pada saat
diberi beda potensial, maka akan timbul arus dan
menghasilkan energi. Atom terdiri dari neutron dan proton
yang disebut sebagai inti atom, dan juga elektron. Namun,
hanya elektron saja yang mampu berubah keadaannya. Pada
saat dialiri arus, maka elektron yang berada pada atom-atom
lampu tersebut akan mengalami eksitasi ke tingkat energi yang
lebih tinggi. Dimana terjadi dari tingkat energi rendah ke
tingkat energi yang lebih tinggi. Kemudian, karena sifat
ilmiahnya yang dimiliki, maka energi yang lebih besar tadi
akan melepaskan energinya pada tingkat energi yang lebih
kecil. Hal inilah yang menyebabkan elektron memancarkan
energi. Dimana energi yang dipancarkannya adalah berupa
foton. Sehingga menyebabkan kedua lampu gas ini dapat
menyala.
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan
nilai indeks bias dari masing-masing warna yang dihasilkan.
Dimana nilai indeks bias ini tergantung dari sudut deviasi dan
juga sudut prisma yang telah diketahui. Dari tabel 2 dan 3,
didapatkan bahwa besarnya sudut deviasi semakin besar dari
warna merah menuju warna ungu, baik pada lampu gas helium
maupun juga lampu gas neon. Hal ini akan mempengaruhi
nilai indeks bias pada masing-masing spektrum warnanya.
Pada tabel 4 dan 5, didapatkan bahwa nilai indeks bias
semakin besar dari warna merah menuju warna ungu.
Sehingga dapat diketahui bahwa semakin kecil panjang
gelombang yang dimiliki oleh suatu warna, maka akan
semakin besar indeks biasnya. Dan semakin kecil panjang
gelombang yang dimiliki, maka energi yang terdapat pada
sinar tampak akan semakin besar, yang mana menyebabkan
sudut deviasi yang dihasilkan juga semakin besar dan
mempengaruhi nilai indeks biasnya, yakni semakin besar juga.
Jika dilihat gambar grafik yang didapatkan, bahwa
dari lampu gas helium dan lampu gas neon dapat diketahui
adanya perbedaan yang didapatkan dari hasil regresi linearnya.
Yang mana pada gas helium didapatkan nilai regresi sebesar y
= 4 x 10-15x + 1,8176. Sedangkan nilai regresi pada lampu gas
neon sebesar y = 1 x 10-14x + 1,8064. Dari nilai indeks bias
dan juga regresi linear yang telah didapatkan dari masingmasing variasi lampu, maka dapat diketahui nilai panjang
gelombang dari masing-masing warna pada setiap variasi
lampu gas yang digunakan. Dari percobaan yang telah
dilakukan dan perhitungan yang telah didapatkan, dapat
diketahui bahwa nilai panjang gelombang dari warna merah
menuju warna ungu semakin kecil, baik pada lampu gas
helium maupun pada lampu gas neon. Yang mana hal ini telah
sesuai dengan teori yang ada pada spektrum cahaya, bahwa
nilai panjang gelombang terbesar dimiliki oleh warna merah,
sedankan nilai panjang gelombang paling kecil dimiliki oleh
warna ungu. Dimana nilai dari panjang gelombang ini dapat
dilihat pada tabel 6 dan 7.
Dari nilai panjang gelombang yang telah didapatkan
pada masing-masing warna di setiap variasi lampu gas yang
digunakan, dapat dibandinngkan nilai keseksamaannya, yakni
melalui perhitungan error atau membandingkannya dengan
nilai panjang gelombang yang sebenarnya. Dari data yang
diperoleh pada tabel 6 dan 7, dapat diketahui bahwa nilai error
yang didapatkan antara 1,24% hingga 9%. Hal ini
membuktikan bahwa percobaan yang dilakukan memiliki
6
tingkat akurasi yang tinggi. Adapun adanya error tersebut
dapat disebabkan oleh beberapa faktor kemungkinan. Seperti
kurang tepatnya dalam pembacaan skala Vernier.
IV. KESIMPULAN
Dari percobaan spektrometer ini, dapat disimpulkan
bahwa spektrometer menggunakan prisma sebagai pembias
dan pendispersi cahaya, sehingga terbentuk spektrum warna
untuk tiap sumber cahaya. Spektrum warna yang teramati pada
lampu gas Helium adalah merah, kuning, hijau, biru dan ungu.
Sedangkan pada lampu gas neon adalah merah, jingga, dan
kuning. Indeks bias prisma yang digunakan berkisar 1,8246
sampai 1,8394. Panjang gelombang yang didapatkan dari
percobaan untuk lampu helium tiap spektrum warna adalah
756 nm, 587 nm, 531 nm, 477 nm, 428 nm. Dengan error
sebesar 1,24% sampai 9%. Sedangkan pada lampu Neon
adalah693,5 nm, 616 nm, 580 nm. Dengan error sebesar
2,86% sampai 6,43%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih saya ucapkan kepada dosen mata kuliah
Fisika Modern, Prof. Eddy Yahya yang telah membimbing
dan memberikan ilmu serta pengetahuan mengenai Fisika
Modern dan asisten laboratorium Fisika Modern Anggraeni P.
Sari dan Dian Zherlitha yang telah membimbing dalam
pelaksanaan praktikum spektrometer serta teman-teman yang
membantu dalam kelancaran pelaksanaan praktikum ini.
DAFTAR PUSTAKA
Beise, Athur.2000.”Fisika Modern.”Jakarta:Erlangga.
Beiser, Arthur. 1983. “Concepts of Modern Physics two
edition”. New York: McGraw-Hill.
[3] Dosen-dosen fisika. 2014. Fisika 2.
Surabaya:
YANASIKA.
[4] Tipler,Paul
A.2001.”Fisika
untuk
Sains
dan
Teknik.”Jakarta:Erlangga
[5] Urone,Paul Peter.2013.”Collage Physisc.”Texas:OpeStax
[1]
[2]
1
SPEKTROMETER
Sulistiyawati Dewi K., Anggraeni P. Sari, Dian Zherlitha A., Eddy Yahya
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: anggraenipsari0@gmail.com
Abstrak—Percobaan spektrometer dilakukan dengan
tujuan untuk memahami proses terjadinya plasma dari
lampu gas, menentukan dan membandingkan panjang
gelombang spektrum cahaya lampu gas neon dan helium,
menentukan indeks bias prisma kaca, dan menentukan
keakuratan panjang gelombang hasil perhitungan
terhadap nilai referensi. Percobaan ini menggunakan
prinsip hukum Snellius, pembiasan pada prisma, dan
dispersi cahaya. Variasi yang digunakan pada percobaan
ini adalah lampu yang digunakan yaitu lampu gas neon
dan lampu gas helium. Percobaan ini dilakukan dengan
menggunakan spektrometer, sehingga cahaya dapat
dibiaskan dan didispersikan oleh prisma kaca. Sudut
dispersi
didapatkan
sehingga
digunakan
untuk
menghitung nilai indeks bias prisma kaca dan panjang
gelombang pada spektrum warna lampu gas. Dari
percobaan spektrometer diperoleh kesimpulan bahwa
spektrometer menggunakan prisma sebagai pembias dan
pendispersi cahaya sehingga terbentuk spektrum warna
untuk tiap sumber cahaya. Spektrum warna yang teramati
pada lampu helium yaitu merah, kuning, hijau, biru, dan
ungu. Sedangkan pada lampu neon adalah merah, jingga,
kuning. Indeks bias prisma yang digunakan berkisar
1,8246 sampai 1,8394. Panjang gelombang yang
didapatkan dari percobaan untuk lampu helium tiap
spektrum warna adalah 756 nm, 587 nm, 531 nm, 477 nm,
428 nm. Dengan error sebesar 1,24% sampai 9%.
Sedangkan pada lampu Neon adalah693,5 nm, 616 nm,
580 nm. Dengan error sebesar 2,86% sampai 6,43%.
Kata Kunci— dispersi, hukum Snellius, prisma, spektrometer.
I. PENDAHULUAN
i dalam kehidupan ini, terdapat hubungan yang sangat
erat dengan cahaya. Contoh cahaya yang sering
digunakan adalah cahaya matahari. Cahaya ini
merupakan salah satu sumber cahaya yang tidak akan pernah
habis. Dimana telah diketahui bahwa cahaya memiliki sifatsifat antara lain dapat dipantulkan, dibiaskan, difraksi,
interferensi, dispersi. Dari sifat-sifat cahaya ini dibutuhkan
sebuah alat untuk menjelaskan sifat-sifat dari cahaya. Salah
satu alat yang biasa digunakan adalah spektrometer dimana
alat ini sangat bermanfaat untuk mengetahui panjang
gelombang cahaya yang berbeda-beda.
Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk
gelombang elektromagnetik yang bisa dilihat oleh mata.
Kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s. Sifat-sifat cahaya antara
lain cahaya bergerak lurus ke segala arah, cahaya dapat di
refraksikan atau dipantulkan, cahaya dapat dibiaskan (refleksi)
D
dan cahaya dapat diuraikan (dispersi), dan cahaya dapat
mengalami interferensi. Meskipun spektrum optik adalah
spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas
antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut
memberikan batasan kira-kira untuk warna-warna spektrum:
[1]
Tabel 1.
Daftar panjang gelombang cahaya tampak
Warna
Range
Ungu
380-450 nm
Biru
450-495 nm
Hijau
495-570 nm
Kuning
570-590 nm
Jingga
590-620 nm
Merah
620-750 nm
Cahaya dapat dipantulkan karena cahaya mengenai
suatu medium yang dapat membalikkan arah dari cahaya.
Hukum refleksi menyatakan bahwa suatu sinar yang terpantul
terletak di dalam bidang datang dan memiliki sudut pantul
yang sama dengan sudut datang. Cahaya dapat dibiaskan
dimana pembiasan merupakan peristiwa membeloknya arah
rambatan cahaya yang disebabkan karenaa adanya perbedaan
kerapatan dari dari medium yang dilalui. Hukum refraksi
menyatakan bahwa seberkas sinar yang terefraksi terletak di
dalam bidang datang dan meiliki sudut bias
yang
berhubungan dengan sudut datang . Semakin rapat medium
yang ditembus cahaya, maka cahaya akan semakin mendekati
garis normal [2].
Sudut bias tergantung pada kecepatan cahaya pada
dua medium dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara
𝞱1 dan 𝞱2 telah didapatkan melalui eksperimen pada tahun
1621 yang dilakukan oleh Willebrord Snell dan dikenal
sebagai Hukum Snellius, yaitu :
Hukum Snellius memperlihatkan bahwa apabila sebuah sinar
lewat dari satu medium ke medium lain yang mempunyai
indeks refraksi lebih besar, dan karena itu maka laju
gelombang dalam medium itu lebih lambat, maka sudut
lebih kecil daripada
sehingga sinar itu dibelokkan
mendekati normal. Apabila medium kedua mempunai indeks
refraksi yang lebih kecil dari medium pertama, sinar itu
dibelokkan menjauhi normal [3].
Seberkas sinar terdiri dari serangkaian panjang
gelombang yang berbeda. Sinar tersebut akan direfraksikan
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
2
Gambar 1. Pembiasan pada Prisma
pada sudut-sudut berbeda oleh permukaan, sehingga cahaya
akan disebarkan oleh refraksi ini. Penyebaran cahaya ini
disebut dispersi. Dispersi juga dapat diartikan sebagai
penguraian cahaya polikromaik menjadi cahaya-cahaya
monokromatik atau warna- warna penyusunnya [3].
Gejala dispersi adalah gejala peruraian cahaya putih
(polikromatik)
menjadi
cahaya
berwarna-warni
(monokromatik).
Cahaya
putih
merupakan
cahaya
polikromatik, yaitu cahaya yang mempunyai bermacammacam panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke
prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya
merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Semakin
kecil panjang gelombangnya, maka semakin besar indeks
biasnya. Dispersi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan
indeks bias kaca setiap warna cahaya. Tiap-tiap cahaya
memiliki sudut deviasi yang berbeda-beda. Selisih antara
sudut deviasi cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi
[2].
Prisma merupakan suatu benda transparan yang
terbuat dari kaca, dan digunakan untuk menganalisa peristiwa
pembiasan dan pemantulan cahaya. Prisma dapat memisahkan
cahaya putih (monokromatik) menjadi cahaya warna-warni
(polikromatik) yang menyusunnya atau disebut dengan
spectrum. Dengan didasari oleh Hukum Snellius, proses
terjadinya pembiasan prisma ditunjukkan oleh gambar 1. Dari
hubungan antara tiap sudut yang terjadi dan penurunan
Hukum Snellius pada kedua sisi prisma, maka didapatkan
persamaan untuk menentukan indeks bias prisma. Sinar
memasuki prisma melalui rusuk pembias kiri. Saat memasuki
prisma, dibiaskan mendekati garis normal, karenaa sinar
datang dari optis kurang rapat ke optis yang lebih rapat. Di
dalam prisma, sinar meneruskan perjalanannya dan keluar ke
rusuk pembias kanan. Sinar dibiaskan menjauhi garis normal
karena sinar dari optis yang rapat ke optis yang kurang rapat
[4].
Prisma memisahkan cahaya putih menjadi warna
pelangi. Hal ini terjadi karena indeks refraksi pada sebuah
material bergantung pada panjang gelombang. Cahaya putih
merupakan campuran dari semua panjang gelombang tampak,
dan ketika terjadi peristiwa pada prisma, panjang gelombang
yang berbeda dibelokkan dengan sudut-sudut yang berbeda.
Karena indeks refraksi lebih besar untuk pajang gelombang
yang kecil, cahaya violet/ungu cenderung lebih banyak dan
cahaya merah lebih sedikit. Penyebaran cahaya putih menjadi
spektrum yang lengkap disebut dispersi. Spektrum cahaya
adalah garis-garis cahaya yang mempunyai warna dan panjang
gelombang tertentu [4].
Gambar 2. Dispersi pada Prima
Spektrum cahaya terdiri dari berbagai warna yang
mempunyai tingkat energi yang berbeda. Warna-warna cahaya
hasil dispersi disebut spectrum warna, biasanya terdiri dari
warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Padaa
penguraian cahaya dalam spectrum warna, yang paling atas
dan muncul pertama kali adalah warna merah, karena merah
merupakan warna dengan panjang gelombang paling besar.
Spektrum warna paling bawah dan muncul terakhir adalah
warna ungu karena ungu merupakan warna dengan panjang
gelombang paling kecil [1].
Spektrometer adalah alat untuk mengukur panjang
gelombang. Prinsip kerja dari Spektrometer adalah cahaya
didatangkan lewat celah sempit yang disebut kolimator.
Kolimator ini merupakan fokus lensa, sehingga cahaya yang
diteruskan akan bersifat sejajar. Cahaya sejajar, kemudian
diteruskan ke kisi untuk kemudian ditangkap oleh telescop
yang posisinya dapat digerakkan. Perbedaan dari indeks bias
dari tiap-tiap zat atau bahan menjelaskan perbandingan
kecepatan cahaya saat di medium pertama dengan medium
kedua. Indeks bias ini sangat dibutuhkan untuk eksperimeneksperimen berikutnya yang membutuhkan pengetahuan dari
bahan apa yang dapat digunakan untuk melewatkan suatu
cahaya menjadi terdispersi menjadi cahaya-cahaya yang lain,
yang pada akhirnya dapat menentukan panjang gelombang
hasil dispersi. Cahaya yang masuk pada sebuah kisi yang jarak
celahnya diketahui didispersikan ke dalam sebuah spektrum.
Sudut-sudut deviasi dari maksimum-minimum kemudian
diukur, dan persamaan:
dsinϴ = mλ (m= 0,±1.±2,...)
digunakan untuk menghitung panjang gelombang. Dengan
menggunakan sebuah kisi yang mempunyai banyak celah,
maka dihasilkan maksimum-minimum yang sangat tajam, dan
sudut deviasi dapat diukur secara sangat teliti. Setiap panjang
gelombang yang dipancarkan oleh sumbernya akan
menghasilkan bayangan terpisah celah pengkolimasi dalam
spektroskop yang disebut garis spektrum. Seberkas garis yang
bersesuaian dengan m=1 disebut spektrum orde 1. [6] Bila suatu
gas dipanaskan maka gas itu memancarkan cahaya yang
panjang gelombangnya tertentu, tergantung dari molekul gas
tersebut. Pengukuran ini terkadang digunakan dalam
penentuan gas pada bintang jatuh. Alat spektrometer terdiri
dari sumber cahaya, celah, lensa, kisi, teleskop,dan yang
paling penting adalah plat sudut [5].
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
3
Start
Prisma
Teleskop
Kolimator
Lampu Gas
Hambatan Geser
Skala Vernier
Power Supply
Gambar 3. Rangkaian Alat Percobaan Spektrometer
II. METODE
A. Alat dan Bahan
Pada percobaan ini, alat dan bahan yang dibutuhkan
yaitu satu set spektrometer, lampu gas neon, lampu gas
helium, step up dan down transformer, rheostat (hambatan
geser), statif, sumber tegangan, dan penggaris. Satu set
spektrometer terdiri dari beberapa alat seperti kolimator yang
berfungsi memfokuskan sumber cahaya dan membuatnya
sejajar dengan prisma, skala vernier untuk menentukan sudut
deviasi, prisma kaca sebagai pembias, teleskop untuk celah
melihat spektrum warna. Lampu gas neon dan lampu gas
helium, sebagai objek yang akan diamati. Step up dan down
transformer untuk menurunkan dan menaikkan tegangan.
Rheostat (hambatan geser) untuk menghambat arus yang
berlebih. Statif sebagai tempat untuk meletakkan sumber
cahaya. Sumber tegangan untuk memberikan tegangan.
Penggaris untuk mengukur besar sudut deviasi.
B. Skema Alat
Skema alat pada percobaan ini dapat di lihat pada
gambar percobaan spektrometer yaitu pada gambar 3.
C. Langkah Kerja
Pada percobaan spektrometer, langkah kerja yang
dilakukan pertama yaitu peralatan dirangkai seperti pada
gambar 3, sebelum dihubungkan dengan sumber tegangan.
Lalu lampu gas neon dipasang pada sistem tegangan tinggi.
Fokus teropong diatur agar benda dapat dilihat di tak
terhingga. Letak dan celah kolimator diatur agar spektrum
yang terjadi cukup tajam dan spektrum tampak bersama-sama
dengan pembagian skala. Besar sudut pelurus kolimator
ditentukan seperti yang ditunjukkan pada skala Vernier
dengan teleskop. Besar sudut deviasi ditentukan seperti yang
ditunjukkan pada skala vernier untuk setiap warna. Langkahlangkah tersebut juga digunakan untuk lampu gas helium.
Setiap variasi dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Dari
percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data berupa sudut
deviasi. Sudut deviasi dihitung dengan mengurangkan sudut
yang ditunjukkan pada skala vernier dengan sudut pelurus.
Alat disusun seperti gambar 3
Lampu gas neon dipasang pada
statif dan diatur posisinya di
belakang celah kolimator
Dihubungkan sumber tegangan
Fokus teropong diatur
Letak dan celah kolimator diatur
spektrum tampak bersama-sama
dengan pembagian skala
Besar sudut pelurus kolimator
ditentukan ditentukan
Sudut pelurus
Besar sudut deviasi tiap warna
ditentukan
Sudut deviasi
Ya
Dilakukan variasi
lampu gas?
Tidak
Finish
Gambar 4. Flowchart percobaan
Setelah itu ditentukan nilai indeks bias pada prisma
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Setelah diperoleh indeks bias, dicari panjang
gelombang referensi (untuk setiap spektrum dengan cara
mencari regresi liniernya malalui grafik hubungan indeks bias
dan 1/λ ref2. Setelah itu, dihitung panjang gelombang
perhitungan dengan menggunakan persamaan berikut ini :
√
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
4
Gambar 6. Grafik Hubungan antara Indeks Bias dengan
Panjang Gelombang pada Lampu Gas Neon
Gambar 5. Grafik Hubungan antara Indeks Bias dengan
Panjang Gelombang pada Lampu Gas Helium
a dan b didapatkan dari hasil regresi linier pada grafik. Dari
perhitungan panjang gelombang, maka dapat dihitung
besarnya error panjang gelombang tiap spektrum warna yang
dihasilkan lampu gas. Nilai errornya dihitung menggunakan
persamaan rumus sebagai berikut :.
|
|
D. Flowchart
Adapun flowchart cara kerja pada
spektrometer ini dapat dilihat pada gambar 4.
B. Perhitungan
Dari hasil sudut deviasi pada Tabel 2 dan 3 dapat
dihitung nilai indeks bias prisma seperti contoh berikut ini:
Diketahui : β = 60ᴼ
= 73,16ᴼ
Ditanya : n = …………?
Jawab :
percobaan
III. HASIL DAN DISKUSI
A. Analisa Data
Dari hasil pengamatan, warna-warna spektrum
cahaya dapat diukur sudut deviasinya melalui skala vernier.
Adapun datanya dapat dilihat pada tabel 2 dan 3 berikut:
No
1
2
3
4
5
No
Dari perhitungan diatas, didapatkan nilai indeks bias
prisma pada setiap spektrum warna. Berikut adalah nilai
indeks bias prisma sesuai dengan sudut deviasi yang
didapatkan, serta besarnya nilai panjang gelombang yang
didapatkan dari referensi ( ref).
Tabel 2.
Data Sudut Deviasi pada Lampu Gas Helium
Spektrum
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
71,5ᴼ
72,5ᴼ
72,7ᴼ
73,1ᴼ
73,5ᴼ
71,4ᴼ
71,8ᴼ
72,6ᴼ
73ᴼ
73,6ᴼ
72,1ᴼ
72,6ᴼ
72,7ᴼ
73,4ᴼ
74,2ᴼ
71,67ᴼ
72,3ᴼ
72,67ᴼ
73,16ᴼ
73,76ᴼ
Tabel 4.
Nilai Indeks Bias Prisma pada Lampu Gas Helium
No
Spektrum
1
2
3
4
5
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
Tabel 3.
Data Sudut Deviasi pada Lampu Gas Neon
Spektrum
Merah
Jingga
Kuning
72,3ᴼ
73,4ᴼ
73,6ᴼ
72,2ᴼ
73,3ᴼ
73,5ᴼ
72,1ᴼ
73,3ᴼ
73,5ᴼ
72,2ᴼ
73,3ᴼ
73,53ᴼ
1,8246
1,8292
1,8318
1,8352
1,8394
ref
(nm)
693,5
580
535
470
412
Tabel 5.
Nilai Indeks Bias Prisma pada Lampu Gas Neon
No
1
2
3
n
1
2
3
C. Grafik
Spektrum
Merah
Jingga
Kuning
n
1,8284
1,8364
1,8378
ref
(nm)
693,5
616
580
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
5
Dari data indeks bias dan ref yang didapatkan pada
tabel 4 dan 5, dibuat grafik hubungan indeks bias dengan 1/ λ
ref2 Grafik hubungan tersebut dapat dilihat pada gambar 5 dan
6. Setelah didapatkan grafik hubungan antara indeks bias
dengan panjang gelombang pada lampu gas helium dan neon,
maka didapatkan regresi liniernya. Sehingga dapat dihitung
nilai λ perhitungan menggunakan rumus diatas.
Diketahui
: y = 4 x 10-15x + 1.8176
Ditanya
: λ perhitungan = ………..?
Jawab
:
a = 4 x 10-15, b = 1,8176, y = n = 1,8352
√
√
Dari perhitungan panjang gelombang tersebut, maka
dapat dihitung besar error panjang gelombangnya
: λhitung = 476 nm
λref
= 470 nm
: Error = ……….?
:
Diketahui
Ditanya
Jawab
|
|
|
|
Dengan melakukan cara perhitungan seperti diatas,
maka nilai
dan error dapat dituliskan pada tabel 6
dan 7 dibawah ini.
Tabel 6.
Data error antara ref dan hitung pada percobaan dengan
menggunakan lampu gas helium
No
1
2
3
4
5
Spektrum warna
Merah
Kuning
Hijau
Biru
Ungu
hitung
(nm)
756
587
531
477
428
ref
(nm)
693,5
580
535
470
412
Error
(%)
9
1,24
8
1,43
3,97
Tabel 7. Data error antara ref dan hitung pada percobaan
dengan menggunakan lampu gas neon
No
1
2
3
Spektrum warna
Merah
Jingga
Kuning
hitung
(nm)
673
576
563
ref
(nm)
693,5
616
580
Error
(%)
3
6,43
2,86
D. Pembahasan
Percobaan spektrometer dilakukan dengan tujuan
untuk memahami proses terjadinya plasma dari lampu gas,
menentukan dan membandingkan panjang gelombang
spektrum cahaya lampu gas neon dan helium, menentukan
indeks bias prisma kaca, dan menentukan keakuratan panjang
gelombang hasil perhitungan terhadap nilai referensi.
Percobaan ini menggunakan prinsip hukum Snellius,
pembiasan pada prisma, dan dispersi cahaya. Dengan dua
variasi lampu gas yang digunakan, yakni lampu gas helium
dan lampu gas neon. Dari percobaan ini, data yang didapatkan
yakni berupa spektrum warna yang dihasilkan dari masingmasing variasi lampu. Yang mana masing-masing warna ini
mempunyai sudut deviasi yang berbeda-beda. Dimana
nantinya dapat digunakan untuk menentukan nilai panjang
gelombang pada setiap warnanya.
Ketika cahaya datang menuju prisma, maka akan
terjadi dua kali pembiasan, yaitu pada saat cahaya masuk ke
dalam prisma dan pada saat cahaya keluar prisma. Dimana
saat cahaya datang menuju prisma, maka cahaya yang datang
akan mendekati garis normal. Hal ini terjadi karena cahaya
datang dari medium yang rapat ke medium yang renggang,
maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal.
Kemudian, pada saat cahaya keluar dari prisma, cahaya akan
dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini sama dengan
keadaan sebelumnya, yakni cahaya yang datang dari medium
yang renggang menuju medium yang rapat, maka cahaya akan
dibiaskan menjauhi garis normal. Selanjutnya, cahaya tersebut
akan terurai menjadi beberapa warna dengan panjang
gelombang yang berbeda-beda, yang dikenal dengan spektrum
warna. Dalam percobaan ini, spektrum warna didapatkan dari
lampu gas yang digunakan, yaitu lampu gas helium dan neon.
Lampu gas yang diletakkan didepan kolimator, akan
memancarkan cahaya sejajar kearah prisma. Hal ini karena
fungsi dari kolimator, yaitu memfokuskan sumber cahaya dan
membuatnya sejajar dengan prisma, sehingga dapat
dipancarkan tepat pada prisma. Melalui teleskop, dapat dilihat
hasil dari dispersi cahaya yang berupa spektrum warna. Dari
hasil percobaan spektrometer ini, diperoleh bahwa spektrum
warna yang dihasilkan dari lampu gas Helium adalah merah,
kuning, hijau, biru, dan ungu. Sedangkan spektrum warna dari
lampu gas Neon adalah merah, jingga, kuning. Spektrum
warna yang terbentuk pada percobaan spektrometer
disebabkan oleh pembiasan dan penguraian cahaya
polikromatik menjadi cahaya monokromatik. Skala vernier
pada spektrometer akan menunjukkan besarnya sudut deviasi
dari masing-masing spektrum warna yang dihasilkan.
Dari spektrum warna yang dihasilkan, dapat
diketahui bahwa warna pertama yang diperoleh adalah warna
merah dan warna terakhir adalah warna ungu. Hal ini terjadi
karena pada warna merah memiliki panjang gelombang yang
paling besar, dengan energi foton dan frekuensi paling kecil.
Sehingga mempunya laju cahaya yang lambat, yang
menyebabkan lintasan yang dimiliki juga semakin pendek.
Itulah sebabnya warna merah menjadi warna pertama yang
didapatkan. Begitu pula dengan warna ungu. Seperti yang kita
ketahui bahwa warna ungu mempunyai panjang gelombang
paling kecil, namun dengan frekuensi dan energi foton yang
paling besar diantara warna-warna yang lainnya, hal ini
menyebabkan warna ungu ini memiliki lintasan paling besar
diantara warna-warna yang lainnya. Sehingga, warna ungu
menjadi warna yang paling terakhir.
Pada percobaan ini dapat diketahui bahwa lampu gas
dapat menyala hingga akhirnya menghasilkan spektrum warna
JURNAL SAINS DAN SENI ITS
tersebut. Lampu gas ini dapat menyala dikarenakan pada saat
diberi beda potensial, maka akan timbul arus dan
menghasilkan energi. Atom terdiri dari neutron dan proton
yang disebut sebagai inti atom, dan juga elektron. Namun,
hanya elektron saja yang mampu berubah keadaannya. Pada
saat dialiri arus, maka elektron yang berada pada atom-atom
lampu tersebut akan mengalami eksitasi ke tingkat energi yang
lebih tinggi. Dimana terjadi dari tingkat energi rendah ke
tingkat energi yang lebih tinggi. Kemudian, karena sifat
ilmiahnya yang dimiliki, maka energi yang lebih besar tadi
akan melepaskan energinya pada tingkat energi yang lebih
kecil. Hal inilah yang menyebabkan elektron memancarkan
energi. Dimana energi yang dipancarkannya adalah berupa
foton. Sehingga menyebabkan kedua lampu gas ini dapat
menyala.
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan
nilai indeks bias dari masing-masing warna yang dihasilkan.
Dimana nilai indeks bias ini tergantung dari sudut deviasi dan
juga sudut prisma yang telah diketahui. Dari tabel 2 dan 3,
didapatkan bahwa besarnya sudut deviasi semakin besar dari
warna merah menuju warna ungu, baik pada lampu gas helium
maupun juga lampu gas neon. Hal ini akan mempengaruhi
nilai indeks bias pada masing-masing spektrum warnanya.
Pada tabel 4 dan 5, didapatkan bahwa nilai indeks bias
semakin besar dari warna merah menuju warna ungu.
Sehingga dapat diketahui bahwa semakin kecil panjang
gelombang yang dimiliki oleh suatu warna, maka akan
semakin besar indeks biasnya. Dan semakin kecil panjang
gelombang yang dimiliki, maka energi yang terdapat pada
sinar tampak akan semakin besar, yang mana menyebabkan
sudut deviasi yang dihasilkan juga semakin besar dan
mempengaruhi nilai indeks biasnya, yakni semakin besar juga.
Jika dilihat gambar grafik yang didapatkan, bahwa
dari lampu gas helium dan lampu gas neon dapat diketahui
adanya perbedaan yang didapatkan dari hasil regresi linearnya.
Yang mana pada gas helium didapatkan nilai regresi sebesar y
= 4 x 10-15x + 1,8176. Sedangkan nilai regresi pada lampu gas
neon sebesar y = 1 x 10-14x + 1,8064. Dari nilai indeks bias
dan juga regresi linear yang telah didapatkan dari masingmasing variasi lampu, maka dapat diketahui nilai panjang
gelombang dari masing-masing warna pada setiap variasi
lampu gas yang digunakan. Dari percobaan yang telah
dilakukan dan perhitungan yang telah didapatkan, dapat
diketahui bahwa nilai panjang gelombang dari warna merah
menuju warna ungu semakin kecil, baik pada lampu gas
helium maupun pada lampu gas neon. Yang mana hal ini telah
sesuai dengan teori yang ada pada spektrum cahaya, bahwa
nilai panjang gelombang terbesar dimiliki oleh warna merah,
sedankan nilai panjang gelombang paling kecil dimiliki oleh
warna ungu. Dimana nilai dari panjang gelombang ini dapat
dilihat pada tabel 6 dan 7.
Dari nilai panjang gelombang yang telah didapatkan
pada masing-masing warna di setiap variasi lampu gas yang
digunakan, dapat dibandinngkan nilai keseksamaannya, yakni
melalui perhitungan error atau membandingkannya dengan
nilai panjang gelombang yang sebenarnya. Dari data yang
diperoleh pada tabel 6 dan 7, dapat diketahui bahwa nilai error
yang didapatkan antara 1,24% hingga 9%. Hal ini
membuktikan bahwa percobaan yang dilakukan memiliki
6
tingkat akurasi yang tinggi. Adapun adanya error tersebut
dapat disebabkan oleh beberapa faktor kemungkinan. Seperti
kurang tepatnya dalam pembacaan skala Vernier.
IV. KESIMPULAN
Dari percobaan spektrometer ini, dapat disimpulkan
bahwa spektrometer menggunakan prisma sebagai pembias
dan pendispersi cahaya, sehingga terbentuk spektrum warna
untuk tiap sumber cahaya. Spektrum warna yang teramati pada
lampu gas Helium adalah merah, kuning, hijau, biru dan ungu.
Sedangkan pada lampu gas neon adalah merah, jingga, dan
kuning. Indeks bias prisma yang digunakan berkisar 1,8246
sampai 1,8394. Panjang gelombang yang didapatkan dari
percobaan untuk lampu helium tiap spektrum warna adalah
756 nm, 587 nm, 531 nm, 477 nm, 428 nm. Dengan error
sebesar 1,24% sampai 9%. Sedangkan pada lampu Neon
adalah693,5 nm, 616 nm, 580 nm. Dengan error sebesar
2,86% sampai 6,43%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih saya ucapkan kepada dosen mata kuliah
Fisika Modern, Prof. Eddy Yahya yang telah membimbing
dan memberikan ilmu serta pengetahuan mengenai Fisika
Modern dan asisten laboratorium Fisika Modern Anggraeni P.
Sari dan Dian Zherlitha yang telah membimbing dalam
pelaksanaan praktikum spektrometer serta teman-teman yang
membantu dalam kelancaran pelaksanaan praktikum ini.
DAFTAR PUSTAKA
Beise, Athur.2000.”Fisika Modern.”Jakarta:Erlangga.
Beiser, Arthur. 1983. “Concepts of Modern Physics two
edition”. New York: McGraw-Hill.
[3] Dosen-dosen fisika. 2014. Fisika 2.
Surabaya:
YANASIKA.
[4] Tipler,Paul
A.2001.”Fisika
untuk
Sains
dan
Teknik.”Jakarta:Erlangga
[5] Urone,Paul Peter.2013.”Collage Physisc.”Texas:OpeStax
[1]
[2]