PETUNJUK PRAKTIKUM

FISIKA MODERN

Materi :

1. Interferometer M-M

2. Tetapan Stefan-Boltzmann

3. Sinar Katoda

4. Serapan Sinar Gamma

Oleh :Dwi Teguh Rahardjo, M.Si

Program P.Fisika Jurusan PMIPAFakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas MaretSurakarta

20131. INTERFEROMETER MICHELSON-MORLEY

1. Tujuan

- Menentukan panjang gelombang sinar laser

- Menentukan indeks bias kaca

2. Teori Dasar

Interferometer Michelson-Morley

merupakan suatu alat yang dipakai untuk

menampilkan pola interferensi dua

gelombang cahaya yang dipisahkan dari

sumber cahaya yang sama berdasarkan

perbedaan jarak tempuh cahaya tersebut.

Untuk membuat interferensi konstruktif

harus memenuhi rumus beda lintasan :

Gambar 1. Diagram Interferometer

3. Alat dan Bahan

- Interferometer - Cermin geser - Cermin tetap

- Pembagi sinar - Meja putar - Sinar laser He-Ne

- Lensa bikonveks 18 mm - Layar penglihat - Pelat gelas

4. Prosedur Percobaan

a. menentukan panjang gelombang laser

1. Arahkan laser ke C2, atur sehingga berkas pantulannya masuk kembali ke

lubang laser berasal ! ( Pikirkan mengapa demikian ) !

2. Pasang pemecah berkas, sedemikian sehingga berkas dari C1 dan C2 terlihat

di layar, atur kedua berkas berimpit dan lintasan cahaya dari C1 ke layar

sama dengan C2 ke layar!

3. Pasang lensa bikonveks di depan lubang sinar laser (Apakah fungsi lensa ini

?)

4. Putar mikrometer pada C1 sehingga terjadi beberapa fringe/lingkaran garis

gelap dan terang pada layar ( N ) !

layar

C1

laserC2

5. Pergeseran cermin tersebut ( perubahan skala mikrometer ) menunjukkan

beda lintasan kedua berkas sinar. Jika cermin bergerak sejauh d, maka

perubahan lintasan cahayanya adalah 2d (mengapa, buktikan) !

6. Ubah jumlah N dan dengan data-data tersebut tentukan dari laser,

buktikan bahwa rumus yang dipakai adalah

b. Menentukan indeks bias gelas

1. Set up gambar 1 tetap digunakan.

2. Letakkan pelat gelas di atas meja putar di antara C1 dan pemecah berkas

( BS ) !

3. Atur tungkai meja putar sehingga terbentuk pola gelap terang yang jelas

( N ) !

4. Sekarang pikirkan lintasan cahaya yang melalui C1 ke layar !. Tentukan

beda lintasan cahaya yang melalui pelat gelas ( berkas objek ) dengan yang

tidak ( berkas interferensi ). Untuk menentukan lintasan berkas suatu objek,

sertakan besaran indeks bias pelat gelas ( n ) yang tebalnya t dan sudut

kemiringan pelat gelas ! dan buktikan bahwa akan berlaku persamaan n di

atas :

2. KONSTANTA STEFAN-BOLTZMANN

1. TujuanMenentukan tetapan Stefan-Boltzmann.

2. Teori DasarBahwa energi radiasi benda per satuan luas per satuan waktu atau rapat fluks energi

dari benda sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlak benda yaitu (~T4 ). Problem utama untuk membuktikan hukum Stefan-Boltzman tentang radiasi adalah menentukan suhu suatu benda yang meradiasi serta mengukur rapat fluks energi radiasi benda tersebut. Bagaimana bunyi hukum Stefan-Boltzman tentang radiasi sebuah benda? Bagaimana rumusnya?

Untuk membuktikan suatu benda yang meradiasi dapat digunakan hubungan antara hambatan listrik dari benda dengan suhunya yaitu

; ;

t = Suhu benda dalam derajat celciusRt = Hambatan dari benda yang meradiasi pada suhu tα = Koefisien resistansi dari wolfram (4,8 x 10-3/ K)T = suhu dalam kelvin. Ro = Hambatan Wolfram pada 0 oC

Gambar 1. Percobaan Stefan-Boltzmann3. Alat dan Bahan

- Sumber Voltase PLN variabel -Voltmeter DC- Lampu wolfram, 100 Watt -Ampermeter DC

4. Prosedur Percobaana. Dari rangkaian gambar 2, ukurlah besar arus dan besar voltase lampu untuk

menentukan hambatan kawat wolfram pada suhu kamar Rt di mana (t = 250C). Ini dapat dilakukan dengan mengatur agar lampu radiasi yang telah dialiri arus belum/hampir memijar (pikirkan mengapa demikian ).

b. Setelah mendapatkan Rt tentukan R0 harga hambatan listrik dari filamen wolfram pada suhu 0oC.

c. Buatlah tabel pengukuran arus dan voltase lampu dan tentukan nilai R t setiap pengukuran arus dan voltase.

d. Plotlah grafik antara log VI dengan log T dan tentukan kemiringan grafik.e. Dari grafik tersebut tentukan nilai tetapan Stefan Bolztmann . Artinya untuk

membuktikan hukum Stefan Boltzmann harus dapat membuat grafik seperti di bawah ini dan menemukan kemiringannya (slope) = 4

Gambar 2. Hubungan antara log P dengan log TLog T

Log P

A

V

~

2. EFEK FOTOLISTRIK

1. Tujuan

Menentukan nilai tetapan Planck dan fungsi kerja sel fotolistrik

2. Teori Dasar

Interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan materi dapat

menyebab-kan berbagai hal, salah satunya efek fotolistrik yang merupakan

peristiwa terlontarnya elektron dari suatu materi sebagai akibat ditumbuk

gelombang elektro magnetik. Energi cahaya datang (gelombang

elektromagnetik) diserap logam dalam bentuk paket-paket atau quanta yang

disebut foton dengan energi hf.

Persamaan Einstein tentang efek fotolistrik tersebut yaitu :

hf – hf0 = ½(mv2) = eV

Terjadi penambahan beda potensial karena permukaan kathoda dan anoda

berbeda, ½(mv2) = eV + , jika dianggap hf0 dan bebas frekuensi, maka

V = –(hf0 + )/e + (h/e)f yang merupakan persamaan garis lurus y = mx + c

di mana m = (h/e) dan c = –(hf0 + )/e

V = voltase fotosel

Gambar 4. Hubungan antara V dengan f

A = Anoda

K = Katoda

K = katoda = Ampermeter

= Voltmeter

Gambar 5. Rangkaian percobaan efek fotolistrik

V(volt)

f (hertz)0

A

KV

A

hf

A

V

vacumfilter

3. Alat dan Bahan

Lampu spektral Hg 100 dan power supply lampu spektral

Filter warna cahaya – Elektrometer dan voltmeter

4. Prosedur Percobaan

a. Perhatikan set alat yang digunakan dan pahami prinsip kerja alat

(gambar 5)

b. Pasang filter warna (catat nilai yang tertera), tunggu selama 10

detik lalu catat nilai volatase fotosel

c. Gantilah filter warna yang sudah diketahui frekuensinya, lakukan

seperti prosedur di atas, dan catat voltase fotosel sebagai V

d. Buatlah plot grafik antara V dengan frekuensi filter warna f

KA

3. SINAR KATODA

1. Tujuan1.Mengamati sinar katoda2.Menentukan sifat – sifat sinar katoda

2. Teori DasarPlat logam yang diberi muatan listrik positif umumnya disebut anoda dan

yang diberi muatan negatif umumnya disebut katoda. Jika plat logam tersebut dipisahkan dan diletakkan dalam tabung kaca dengan tekanan rendah lalu diberi beda potensial dc tinggi, maka akan muncul seberkas sinar yang warnanya tergantung jenis gas yang mengisi tabung tersebut.

Sinar ini disebut sinar katoda karena berasal dari plat katoda. Bagaimana sifat – sifat sinar katoda ini ?

Gambar 3. Tabung sinar katoda

3. Alat dan Bahan a. Tabung sinar katoda berbagai bentuk c. catu daya dc 0 – 3000 Vb. batang magnet

4. Prosedur Percobaana. Pasang tabung sinar katoda yang kecil bertekanan rendah, beri tegangan dc

tinggi 1 kV (hati-hati). Tentukan jenis gas yang ada dalam tabung tersebut.b. Ganti dengan tabung sinar katoda lainnya, ikuti prosedur ac. Ganti dengan tanbung sinar katoda yang besar, amati lintasan sinar katoda

tersebut. Dekatkan medan magnet kutub utara, apa yang terjadi dan ganti dekatkan dengan medan magnet kutub selatan, apa yang terjadi ?

3. SPEKTROMETER OPTIK

1. TujuanMenentukan panjang gelombang garis-garis spektral dari spektrum.

2. Teori DasarSpektrometer kisi adalah alat untuk melihat spektrum dari suatu sumber cahaya,

baik berupa sumber cahaya kontinyu (dari filamen bola lampu) maupun sumber cahaya diskrit (dari lecutan suatu gas dengan menggunakan tegangan tinggi), dengan perantara suatu kisi. Kisi digunakan untuk menghasilkan difraksi yang menimbulkan pola interferensi sehingga pola gelap (minima) dan terang (maxima) dapat diamati melalui teropong. Sebuah kisi untuk difraksi dapat terdiri dari 100 garis/mm atau 300 garis/mm, di mana garis di sini dimaksudkan adalah celah.Untuk kondisi maxima (pola terang) dapat menggunakan rumus

d sin θ = nλdi mana d = jarak antara dua celah (antara pusat-pusat dua celah) dan λ = panjang gelombang sumber cahaya. n = 0,1,2, . . . (orde difraksi). Spektrometer kisi sederhana dapat dilihat pada gambar di bawah ini

Gambar 4. Skema spektrometer3. Alat Dan Bahan

- spektrometer. - senter- tabung gas Hidrogen & gas Heliun. - kisi difraksi

4. Prosedur PercobaanMenentukan panjang gelombang warna sinar tampak.a. Sebelum anda mengamati posisi teleskop untuk berbagai macam warna spektrum,

anda harus mengatur posisi kisi sehingga antara kolimator kisi dan teleskop berada segaris. Sehingga didapatkan sudut acuan.

b. Catat jenis/ukuran kisi yang digunakan dan sudut acuannya.c. Sambil mengamati dari belakang okuler teleskop, putarlah teleskop pada satu arah

(misal ke kanan ), maka anda akan melihat warna spektrum bergeser pada satu arah. (Kelompok warna – warna spektrum yang pertama dinamakan orde n = 1). Amati salah satu warna spektrum tersebut (yang anda anggap paling terang). Kuncilah teleskop pada posisi tersebut, hitung besar sudutnya. Buka kembali pengunci teleskop

d. Ulangi langkah 3) untuk warna-warna selanjutnya.e. Ulangi langkah 3) dan 4) untuk orde n = 2,3,4,5 (jika memungkinkan)f. Gantilah kisi dengan jenis/ukuran yang berlainan.g. Ulangi langkah 3) , 4), dan 5) untuk mengetahui spektrum pada kisi tersebut.h. Dari data-data tersebut buatlah grafik untuk menentukan besarnya λ tiap-tiap

warna, pada masing–masing kisi dan analisalah kesesuaian dengan teori.Gambarkan spektrum atom hidrogen, kemudian anda bandingkan antara kisi satu dengan yang lain maupun teori.

4. SERAPAN SINAR GAMMA

1. Tujuan

a. Menentukan koefisien serapan sinar gamma pada Isotop 137 Cs.

b. Menentukan tebal paroh bahan pada Isotop 137 Cs.

2. Dasar Teori

Jika sinar gamma yang semula berintensitas Io setelah melewati bahan setebal x;

intensitasnya tinggal I maka I = Io e-µx .µ adalah koefisien serapan linier sinar gamma

pada energi tertentu, dan pada bahan, Jika diperoleh data I, berapakah/bagaimanakah ralat

yang menyertai I tersebut? Bagaimanakah bentuk grafik ( ln = -µx ) terhadap x?

3. Alat-alat

c. Detektor Geiger Muller c. Isotop 137Cs yang masih aktif

d. Digital Counter Analyzer d. Bahan Penyerap (3 buah)

4. Prosedur Percobaan

a. Tanpa bahan dan sumber, tekan tombol Geiger Muller START/STOP (START),

biarkan mencacah selama 10 detik, ulangi sebanyak 10 kali. Disebut apakah cacah

yang teramati ini? Mengapa pengukuran ini harus dilakukan? Apakah ada

gunanya/hubungannya dengan pengukuran selanjutnya ?

b. Jika ingin mengulangi pencacahan tekan tombol RESET, kemudian START, tunggu

selama waktu yang dikehendaki, lalu STOP.

c. Letakkan 137Cs pada rak di bawah detektor Geiger Muller tanpa bahan penyerap.

Lakukan pencacahan selama 10 detik sebanyak 10 kali. Besaran apa yg diperoleh ?

d. Letakkan bahan penyerap yang sudah diketahui ketebalannya (d) di antara sumber

radiasi 137Cs dan detektor Geiger Muller, lakukan pencacahan selama 10 detik

sebanyak 5 kali. Besaran apa yang anda peroleh ?

e. Singkirkan bahan penyerap, ulangi langkah c. Mengapa demikian ?

f. Ulangi langkah d untuk bahan penyerap yg sama dengan ketebalan yg berbeda.

5. Tabel Data Pengamatan

a. I latar (Intensitas tanpa bahan penyerap dan sumber

radiasi) selama 10 sekon

IO 1 IO 2 IO 3 IO 4 IO 5 IO 6 IO 7 IO 8 IO 9 IO 10

… … … … … … … … … …

b. Sumber Radiasi

Intensitas Tanpa Bahan PenyerapDengan Bahan Penyerap

d1 = … d1 = … d3 = …

Analisislah data tabel di atas, kemudian jawablah pertanyaan di bawah ini :

a. Apakah gunanya cacah latar di ukur ? Berapakah aktivitas isotop 137Cs yang anda

ukur ? Bagaimana jika dibandingkan dengan yang tertulis pada isotop, Mengapa ?

b. Dengan membuat plot dari persamaan di atas temukan koefisien serapan berbagai

bahan yang tersedia ? Bagaimana ralatnya ? Ada besaran koefisien serapan massa

( µa ) dari bahan, apakah itu ? Dapatkah ditentukan dengan percobaan ini ?

c. Tentukan tebal paroh dari bahan tersebut !