Petunjuk Praktikum

EKSPERIMEN FISIKA LANJUT I

OLEH : I MADE YULIARA, S.SI, M.T

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Udayana

Tahun 2016

Kata Pengantar

Puji syukur kami ucapkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Kuasa atas

rahmatNya modul praktikum ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Petunjuk

Praktikum Eksperimen Fisika Lanjut I ini disusun untuk dipergunakan sebagai

pedoman bagi mahasiswa dalam melakukan kegiatan laboratorium pada

Laboratorium Optik Gelombang, Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Udayana.

Terimakasih kami sampaikan kepada rekan-rekan dosen yang telah banyak

meluangkan waktu dalam mendiskusikan petunjuk praktikum ini.

Petunjuk praktikum ini tidaklah sempurna, untuk itu segala bentuk kritik dan

saran yang konstruktif sangat diharapkan untuk memperbaiki petunjuk praktikum ini.

Akhirnya kami ucapkan terimakasih semoga dapat menambah cakrawala

ilmu pengetahuan dan bermanfaat bagi pembaca.

September 2016

Penyusun,

I Made Yuliara

DAFTAR ISI

Kata pengantar …………………………………………………………..…………...i

Daftar isi ………………………………………………………………….………….ii

1. Percobaan Difraksi Celah Tunggal.........................……………..….……...…1

2. Percobaan Hukum Pemantulan Bunyi.......………...........................................5

3. Percobaan Interferensi Fresnel.................……………………………….…....9

4. Percobaan Interferensi Celah Ganda...................………………….……...…13

5. Percobaan Efek Foto Listrik...........................................................................24

6. Percobaan Hukum Radiasi Lambert...............................................................27

7. Percobaan Radiasi Benda Hitam.....................................................................31

TATA CARA DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM

1. Petugas Praktikum1.1. Kepala Laboratorium

> Merencanakan dan melakukan pengembangan laboratorium untuk tujuanpendidikan dan penelitian

> Memimpin penyelenggaraan kegiatan praktikum> Mempersiapkan satuan-satuan praktikum> Merencanakan dan membuat jadwal penggunaan laboratorium> Membuat pembagian tugas pembimbing/pengawas praktikum

1.2. Teknisi Laboratorium> Mempersiapkan tempat dan peralatan serta menyediakan bahan-bahan praktikum> Melayani mahasiswa selama praktikum> Membantu mengawasi jalannya praktikum> Memeriksa kembali peralatan praktikum pada setiap akhir praktikum> Menyelenggarakan administrasi di laboratorium> Melakukan inventarisasi laboratorium> Melakukan pemelibaraan peralatan dan laboratorium

1.3. Pembimbing/Pengawas Praktikum> Membimbing dan mengawasi penyelenggaraan praktikum> Memeriksa dan mengusahakan kelengkapan alat dengan bantuan teknisi> Melakukan evaluasi : membuat soal, memeriksa dan menetapkan nilai akbir> Memberikan laporan hasil evalusi kepada dosen pengajar/ kepala laboratorium

2. Pelaksanaan Praktikum2.1. Sebelum Pelaksanaan Praktikum

> Sebelum praktikum, dibentuk kelompok kerja praktikum> Mabasiswa wajib dan harus mempelajari petunjuk praktikum> Mahasiswa terlebih dahulu memeriksa kelengkapan praktikum. Bila tidak

lengkap, mabasiswa secepatnya melakukan peminjaman alat pada teknisi denganmengisi blangko peminjaman alat

2.2. Dalam Pelaksanaan Praktikum> Mahasiswa diharapkan telah dapat menyusun/ merangkai peralatan sesuai

dengan petunjuk praktikum> Mahasiswa disarankan membawa alat-aiat tulis, kertas grafik, kalkulator

scientific function> Bila peralatan telah siap, sebelum menghubungkan dengan listrik PLN mintalah

pembimbing/pengawas memeriksa kembali kebenaran jusunan peralatan> Selama praktikum, mahasiswa melakukan mengamatan dan mencatat data

lengkap dengan ketidakpastian> Selama praktikum, masiswa dapat bertanya' minta petunjuk kepada pengawas> Mahasiswa tidak diperkenankan pindah-pindah kelompok lain

2.3. Akhir Pelaksanaan Praktikum

> Setiap kelompok kerja harus menyerahkan satu hasil pengamatan/ datapraktikum tanpa disertai perhitungan

> Menyerahkan kembali peralatan kepada teknisi> Bila terjadi kerusakan peralatan karena kesalahan/ kelalaian mahasiswa

(kelompoknya), maka kelompoknya harus memperbaiki/ mengganti/membayar beaya perbaikan paling lambat 2 minggu sebelum seluruhpraktikum selesai

2.4. Tata Tertib Dalam Ruangan/ Laboratorium> Selama praktikum, mahasiswa wajib berlaku sopan> Mahasiswa tidak diperkenankan merokok, membuat gaduh dan

melakukan kegiatan yang tidak ada hubungannya dengan praktikum yangsedang berlangsung

3. Laporan Praktikum> Laporan diketik dengan spasi 1,5 pada kertas A4 dan disusun dengan kalimat

jelas> Tidak perlu menuliskan semua proses perhitungan secara berulang> Diserahkan paling lambat satu minggu setelah praktikum> Format laporan mencakup :

1. Bagian Halaman Depan> Nomor/ Kode praktikum dan judulnya> Tanggal, Bulan dan Tahun> Nama, NIM

2. Bagian Utama> Obyek Praktikum : Pernyataan singkat tujuan pratikum> Teori : Ungkapan-ungkapan dan persamaan yang relevan yang

menghubungkan variabel praktikum dan definisi-definisi variabel yangterlibat

> Tabulasi Data : Data dapat berupa hasil pengukuran maupun hasilperhitungan. Data lengkap dengan ketidakpastiannya disajikan dalambentuk tabel

> Grafik : Grafik dapat dibuat pada kertas grafik linier maupun semilog(sesuai keperluan) dengan disertai trend (garis/kurva) yangsesuai. Grafik dilengkapi keterangan bagi setiap simbul yang terlibat.

> Perhitungan : Memulai perhitungan dengan memperbhatkan hubunganyang jelas diantara parameter yang ada

> Kesalahan, error : Nilai ketidakpastian yang diperoieh baik dariperalatan maupun secara statistik

> Kesimpulan : Dapat diperoleh dari hasil evaluasi pengamatan3. Bagian Akhir

> Lampiran> Daftar Pustaka

Format Laporan :Bagian Depan

Judul Praktikum(Kode Praktikum)

N a m a :N I M :Kelompok :Tanggal :Dosen Pengajar :Pembimbing/Pengawas :

Jurusan/ Program Studi

Fakultas

Universitas Udayana

Tahun

Bagian Utama

I. Tujuan dan Obyek Percobaan : Uraikan secara singkat obyek dan tujuanpercobaan

II. Tinjauan Teori: Teori yang relevan dengan percobaanIII. Peralatan yang digunakanIV. Hasil Pengamatan/ Percobaan : Data; Tabulasi dataV. Analisa :

TugasGrafikPembahasanPerhitunganKesalahan/RalatHasil Analisis

VI. Kesimpulan

PERCOBAAN DIFRAKSI CELAH TUNGGAL

I. TUJUAN1. Memahami fenomena difraksi oleh celah tunggal dan menentukan lebar celah

tunggal.

II. ALAT-ALAT1 diaphragm with 3 single slits 469 911 diaphragm with 3 diffraction holes 496 961 diaphragm with 3 diffraction objects 469 971 He-Ne laser, linearly polarized 471 8301 holder with spring clips 460 221 lens in frame, f = +5 mm 460 011 lens in frame, f = +50 mm 460 021 precision optical bench, 1 m 460 324 riders, H = 60 mm/B = 36 mm 460 3531 translucent screen 441 531 saddle base 300 11

III.DASAR TEORIPada tahun 1690, Christian Huygens menafsirkan cahaya sebagai sebuah fenomena

gelombang dan sementara itu, pada 1704, Isaac Newton menggambarkan cahaya sebagaipartikel. Pendapat tentang dualisme gelombang partikel ini dapat diselesaikan denganmekanika kuantum. Percobaan difraksi memberikan bukti untuk karakter gelombangcahaya. Fenomena difraksi selalu terjadi jika perambatan cahaya diubah oleh suatudiafragma iris atau celah.

Pada kasus difraksi Fraunhofer, muka (front) gelombang cahaya paralel yangdipelajari di depan objek difraksi dan belakangnya. Hal ini terkait dengan sumber cahayadan layar yang berada pada jarak tak terbatas dari obyek difraksi. Percobaan ini dapatdilakukan dengan bantuan lensa konvergen yang ditempatkan pada jalur/lintasan sinarantara sumber cahaya dan obyek difraksi.

Pada kasus difraksi Fresnel, sumber cahaya dan layar berada pada jarak yang terbatasdari objek difraksi. Dengan menambahkan jarak, pola difraksi Fresnel semakin miripdengan pola Fraunhofer. Pola difraksi Fraunhofer lebih mudah diamati. Oleh karena itupercobaan yang dilakukan adalah berdasarkan sudut pandang Fraunhofer.

Cahaya sejajar (laser) yang masuk ke celah menyebabkan cahaya merambat (warnaabu-abu dalam Gambar. 1) dari celah/ diafragma dan akan terjadi pola-pola terang/ gelap(frinji) pada layar. Hukum-hukum optik geometris tidak dapat menjelaskan fenomenaseperti ini. Penjelasan hanya mungkin jika sifat gelombang dikaitkan dengan cahaya danpola difraksi yang diamati pada layar dianggap sebagai superposisi dari sejumlah cahayayang dibelokkan/ dilenturkan/ didifraksikan oleh obyek difraksi (lebar celah/ irisdiafragma). Dalam arah tertentu, intensitas superposisi dari semua berkas cahaya dapatbersifat destruktif (minimum/ gelap) atau konstruktif (maksimum/ terang).

Gambar 1. Pendekatan jalannya sinar-sinar pada fenomena difraksi

Gambar 1 diatas, dapat ditunjukkan suatu pendekatan sederhana, bahwa frinji gelapterjadi pada posisi di mana setiap setengah bagian berkas cahaya dikaitkan dengansetengah bagian berkas cahaya lainnya, sehingga mereka saling meniadakan satu samalain. Untuk bagian berkas yang berasal dari celah di bawah sudut αn, maka beda lintasanΔsn merupakan perkalian integer n dengan setengah panjang gelombang, yang diberikanoleh :

2

ns n (1)

dengan n = 1,2,3,…

Secara geometri, terlihat bahwa tan αn = xn / L. Untuk sudut difraksi kecil ( αn << ) danjarak layar ( L ) besar, maka dapat digunakan pendekatan, yaitu : tan αn ≈ sin αn ≈ αn :

L

x

b

s nn

n

2 (2)

Dengan demikian, untuk kondisi interferensi destruktif ( minimum/ gelap), maka panjanggelombang sumber cahaya diberikan oleh :

L

b

n

x n (3)

Dari persamaan (3) terlihat bahwa, jika lebar celah (b) diketahui, maka panjanggelombang cahaya dapat ditentukan atau sebaliknya.

Eksperimen difraksi dengan gelombang monokromatik memungkinkan juga untukmenentukan ukuran dari obyek difraksi. Fenomena difraksi pada iris diafragma, juga dapatsecara jelas ditunjukkan dengan bantuan sinar laser.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN1. Atur jarak antara Laser He-Ne dengan Layar S kira-kira 1,9 meter2. Tempatkan holder obyek difraksi H pada meja optik ( the optical bench) dengan

jarak kira-kira 50 cm dari laser3. Aturlah tinggi laser, sehingga berkas sinar laser ada ditengah-tengah diafragma4. Letakkan lensa speris L1 ( f = +5 mm) di depan laser pada jarak kira-kira 1 cm5. Pindahkan holder obyek difraksi H6. Tempatkan lensa konvergen L2 (f = +50 mm) di sebelah lensa L1 pada jarak kira-

kira 55 mm dan geser L1 sampai berkas sinar laser yang terbentuk pada layartampak sangat terang/ jelas/ tajam.

7. Atur/ geser lensa L2 terhadap L1 hingga tampak pada layar diameternya kira-kira6 mm (profil sinar laser bundar sepanjang sumbu optik, dapat dicek dengan kertassepanjang jalur/ lintasan sinar)

8. Letakkan kembali holder obyek difraksi H pada jalur sinar dan atur/ geser hinggajarak antara layar dan obyek difraksi kira-kira 1,50 m

9. Jika perlu, geser/ atur lensa L2 sampai diperoleh pola difraksi yang tajam sepertirangkaian pada gambar di bawah ini.

10. Masukkan salah satu celah (mis. b = 0,48), dan amati fenomena difraksi padalayar, kemudian tandai dengan pensil setiap lokasi/ jarak intensitas minimum(gelap). Ukur jarak tersebut terhadap titik terang pusat (x0). Catat hasilnya padatable pengamatan yang telah disediakan.

11. Ulangi langkah (10) untuk celah-celah yang lain (b=0,24 dan b=0,12). Catat hasilpengamatan pada tabel yang telah disediakan.

Tabel Pengamatan. Jarak xn intensitas minimum dari intensitas maksimumorde ke 0

No. Intensitas minimum ke-n xn (mm) xn/n (mm)12..8

1...8

V. TUGAS1. Dari data yang diperoleh, hitunglah lebar celah obyek difraksi (b)2. Analisa hasil yang diperoleh dan berikan kesimpulan.

1

PERCOBAAN HUKUM PEMANTULAN BUNYI

I. TUJUANMenunjukkan bahwa sudut sumber bunyi ( ) dan sudut pemantulan ( )

adalah sama ketika gelombang bunyi dari sumber bunyi dipantulkan olehpermukaan bidang datar (verifikasi hukum pemantulan).

II. ALAT-ALAT1. 1 Bangku optik kecil 460 432. 1 Mikrofon universal 586 263. 1 Tweeter loudspeaker 587 074. 1 Pasang cermin cekung 389 245. 1 Analog DC, 1 V, seperti E-instrumen pengukuran D 31 886. 1 Function generator D 522 557. 1 Baja pita pengukur 311 778. 1 Plat pemantul 587 669. 2 large stand bases 300 0110. 1 Pasang dari berhenti selama bola penyimpangan 461 6111. 2 stand rods, 25 cm 300 4112. 1 stand rods, 10 mm 50 cm 301 2713. 4 Leybold multiclamps 301 0114. 1 Pemutar lengkap dengan skala busur derajat 460 4015. 1 connecting lead, 1 m, merah 501 3016. 1 connecting lead, 1 m, biru 501 31Tambahan yang diperlukan:

Paper clip, Selotip

III. DASAR TEORISudut datang sumber bunyi dan sudut pemantulan akan sama ketika gelombang

dipantulkan oleh permukaan yang datar. Hukum ini dikenal dalam bidang optik danjuga berlaku untuk gelombang bunyi.

Dalam percobaan yang akan dilakukan, suatu titik sumber bunyi terletak di titikfokus cermin cekung, yang kemudian gelombang bunyi ini akan dipancarkan(dipantulkan). Gelombang bunyi yang terpantulkan dan mengarah ke probe mikrofonakan terdeteksi oleh mikrofon (probe mikrofon pada titik fokus cermin cekungkedua).Sumber bunyi dan mikrofon terletak di ujung bangku optik (lihat Gambar 1/gambar2) dan kedua bangku optik dihubungkan dengan suatu poros. Sebuah plat pemantulterletak sedemikian, sehingga dapat diputar dari titik pusat. Skala busur derajat di

sekitar sumbu rotasi digunakan untuk memperoleh sudut-sudut dan ` = + .

Gambar 1 memperlihatkan sudut sumber , sudut pantulan , sudut dan

beberapa sudut yang diukur dalam percobaan, yaitu dan `.

2

Gambar 1. Pemantulan gelombang bunyi pada permukaan bidang datar

= Sudut datang

= Sudut pantul

dan ’ = Sudut-sudut yang diukur dalam percobaan(1) = Sumber bunyi ( loudspeaker )(2) = Mikrofon(3) = Plat pemantul

Jika sumber bunyi dan mikrofon berada dalam satu garis lurus (berlawanan

satu sama lain), berarti = 0. Hal ini berarti, bahwa:

+ + = 180O , atau dapat ditulis = 180O - ’ (1)Sudut antara plat pemantul dan kedua bangku optik adalah :

+ = 90O (2)

dan dapat dihitung dari dan . Hubungan sudut dengan adalah:

= 90O - (3)Dan

= 180O - - = 180O - (90O - ) - = 90O - + (4)

Jika pada percobaan menunjukkan bahwa 2

1 , maka menurut persamaan (3)

akan berlaku :

2

190 O

Dan juga menurut persamaan (4) kita dapatkan :

2

190

2

190

O

O

3

Dengan demikian, dapat ditunjukkan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul,atau = .

IV. PROSEDUR PERCOBAANA. SETING PERALATAN1. Susunlah peralatan seperti gambar 2 di bawah ini.

Gambar 2. Susunan peralatan untuk percobaan pemantulan bunyi

2. Plat pemantul jangan dipasang dulu. Luruskan/ ratakan bangku optik,sehingga probe mikrofon berada dalam satu garis lurus ( sudut = 0 )

3. Tempatkan ujung probe mikrofon tepat pada titik fokus cermin cekungpertama (sekitar 36,33 cm dari pusat permukaan cermin) dan tempatkan jugaloudspeaker (lubang diafragma loudspeaker) tepat pada titik fokus cermincekung yang kedua.

4. Aktifkan mikrofon, set amplifikasi minimum dan set ke " = "5. Aktifkan fungsi generator untuk sinus, atur f = 20 kHz, dan tegangan ke 1

Volt6. Pilih amplitudo suara sedemikian, sehingga alat ukur tidak overdrive. Jika

instrumen pengukuran menunjukkan defleksi negatif, tukar polaritas kabeloutput mikrofon

7. Atur bergiliran kedua cermin cekung sampai sistem instrumen pengukuranmenunjukkan defleksi maksimum. Jika perlu, perbaiki juga posisi mikrofondan loudspeaker pada titik fokus dari cermin cekung.

8. Atur/ ubah frekuensi agar diperoleh amplitudo maksimum ( gelombangstasioner antara cermin cekung dan mikrofon ).

9. Tempatkan plat pemantul sejajar pada bangku optik. Atur dan kencangkansekrup di plat pemantul sedemikian, sehingga dapat dengan mudah platberputar terhadap sumbu vertikal.

4

10. Gunakan selotip, untuk melekatkan potongan kawat (misalnya penjepitkertas) di sisi kanan dari plat pemantul, sehingga pada skala busur ujungpointer menunjuk ke sudut (lihat Gambar 3).

11. Balikkan skala busur derajat 180°, sehingga penanda persis di bawah kawatpointer. Atur juga pointer dari meja busur derajat dengan skala 180°, tandaisehingga sudut dapat diukur (Gambar 3).

Gambar 3. Busur derajat

Catatan :Pointer tidak boleh bersentuhan satu sama lain. Kawat pointer tidak bolehterhambat pada skala. Plat pemantul tidak boleh menyentuh meja skala ataupointer, karena akan dilakukan penyesuaian ketika plat pemantul berbalik.

B. PERCOBAAN1. Jangan menyentuh busur skala atau pointer saat melakukan percobaan,

karena hal ini akan dapat mengurangi efek penyesuaian sudut .2. Pilih dan tetapkan sudut (dari 140°) dengan cara memindahkan bangku

optik ( ’ = 40°). Perlahan-lahan putar plat pemantul.

3. Catat sudut dan tegangan maksimum pada tabel pengamatan yang telah

disediakan ( = 180° - posisi kawat pointer).

4. Kurangi sudut setiap 5O . Catat dan tegangan (UM) pada tabel.

5. Ulangi langkah kerja 4 sampai sudut = 0.

Tabel Pengamatan Hukum Pemantulan BunyiNo Sudut (O) Sudut ’ (O) Sudut (O) UM (Volt)1 140 40 .... ....2 135 45 .... ....3 ... .... .... ....... .... .... .... ....

V. TUGAS1. Plot tegangan output mikrofon (UM) sebagi fungsi dari sudut 2. Plot sudut sebagai fungsi dari sudut 3. Analisa dan evaluasi hasil percobaan ini dan berikan kesimpulan

PERCOBAAN INTERFERENSI FRESNEL

I. TUJUAN1. Mempelajari interferensi cahaya dengan menggunakan cermin Fresnel2. Menentukan panjang gelombang cahaya laser He-Ne, (), dari jarak garis-garis

interferensi (d), jarak citra (A) yang diproyeksikan sumber cahaya virtual

II. ALAT-ALAT1 He-Ne Laser 471 831 Small Optical bench 460 431 Large stand base 300 011 Fresnel's mirror 471 054 Leybold multiclamps 301 011 Lens, f = 200 mm 460 041 Vernier calipers 311 521 Steel tape measure 311 771 Lens, f = 5 mm 460 011 Translucent screen 441 53

III.DASAR TEORIInterferensi adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya atau lebih pada suatu

titik atau daerah tertentu pada suatu waktu tertentu pula. Peralatan yang digunakan untukmenunjukkan adanya interferensi cahaya disebut interferometer.

Cermin Fresnel terdiri dari dua buah cermin datar, yang letaknya sedikit miringantara satu dengan yg lainnya. Sebuah sumber titik cahaya S yang dipantulkan oleh cerminFresnel akan muncul sebagai sepasang cahaya virtual, L1 dan L2 yang koheren dan terletaksaling berdekatan.

Dalam eksperimen ini, untuk memperluas sinar laser, sumber cahaya S terletak padatiitk fokus lensa. Untuk menentukan panjang gelombang sinar laser yg digunakan,pertama-tama kita harus menentukan jarak antara dua intensitas maksimum (d). Kemudian,mengukur jarak A dari dua sumber cahaya virtual L1 dan L2 yang dicitrakan pada layarpengamatan menggunakan lensa kedua.

Gambar 2. Jalannya berkas sinar tanpa lensa 200 mm untuk 2 berkas sinar

Gambar 3. Jalannya berkas sinar untuk proyeksi sumber cahaya virtual padalayar menggunakan lensa 200 mm.

Untuk jarak antara sumber cahaya dengan layar pengamatan, L yang besar,makadapat dihitung panjang gelombang cahaya yang digunakan dari kuantitas a dan d.

Dua gelombang koheren yang diamati yang berasal dari L1 dan L2 dan merambat ke arah (gambar 1 diatas). Sudut merupakan arah dari intensitas maksimum ke-n, ketika bedalintasan sinas . Untuk dua gelombang berlaku ns , sehingga :

n = a sin Untuk jarak Dn antara maksimum ke-0 dan ke-n, hubungan secara geomerik dapat kita

tulis :

L

Dntan

Jika jarak L besar, maka sin tan , sehingga kita dapatkan :

L

da

nL

Da n

yang mana a adalah jarak antara sumber cahaya virtual

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Susunlah peralatan seperti pada gambar 2 di bawah ini.

2. Aturlah posisi lensa 2 (5 mm) dan cermin, sehingga sinar laser yang lebih luaspertama kali terpantulkan dari tengah-tengah kedua cermin yang terpisah akanmenuju bagian tengah lensa (4). (Ikuti jalannya berkas cahaya dengan selembarkertas).

3. Aturlah posisi lensa (4) untuk memperolah citra dari kedua sumber cahaya virtualyang jelas, terfokus pada layar. Jika terjadi distorsi, putar lensa (4).

4. Atur jarak A dari gambar-gambar yang diproyeksikan sumber cahaya virtualdengan memvariasikan kemiringan cermin (atur skrup pada cermin!). Nilai yangdirekomendasikan: A = 1 cm dan jarak dari cermin Fresnel ke layar sekitar 2 m.

5. Amati pola-pola interferensi pada layar, jika perlu, atur kecerahan denganmenggeser tegak lurus cermin Fresnel.

6. Ukur jarak antar frinji (pola-pola interferensi) d, catat hasilnya pada tabel7. Ukur jarak A dengan kaliper Vernier, catat hasilnya pada tabel8. Ukur jarak l1 , jarak antara citra yang diproyeksikan dengan lensa (4), catat

hasilnya pada tabel9. Ukur jarak l2 , jarak antara lensa (4) dengan lensa 5 mm, catat hasilnya pada tabel10. Ulangi langkah kerja sampai dengan cara merubah jarak sumber cahaya virtual

sebanyak 10 kali

Tabel Pengamatan.No. d (mm) A (mm) l1 (cm) l2 (cm)12....10

1................

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

Data hasil pengolahan :

No. L = l1 + l2 a = A(l1/l2) = a(d/L) (nm)12....10

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

....

V. TUGAS1. Dari data yang diperoleh, hitunglah panjang gelombang laser yang digunakan2. Analisa hasil yang diperoleh dan berikan kesimpulan.

PERCOBAAN INTERFERENSI CELAH TUNGGAL DAN CELAH GANDA

Gambar-gambar bengkok celah tunggal dan celah ganda yang ditunjukan dengan

pertolongan perekam XY dan sebuah Fotoelemen.

Pada bengkokan Fraunhofer digunakan berkas cahaya yang sejajar. Pertama-tama

akan ditinjau pembengkokan gelombang cahaya datar dengan panjang gelombang pada

celah-celah pembengkokan yang berderet pada jarak yang sama dan mempunyai data-

data sebagai berikut :

N : jumlah celah

d : lebar celah

D : jarak antar celah

Jika sudut pembengkokan disebut z dan mengingat :

∅ =2𝜋

𝜆𝑑 sin 𝛼

∅ =2𝜋

𝜆 𝐷 sin 𝛼

Serta untuk amplitudio A dari gelombang yang dibengkokan berlaku :

𝐴(𝛼) =𝐴(𝛼=0)

𝑁.

𝑠𝑖𝑛∅

2

∅ 2⁄.

sin𝑁

2∅

sin∅ 2⁄ (1)

A (z = 0) : amplitude arah maju ; jika A (0) adalah bagian dari tiap celah terhadap

amplitudo maka berlaku a (z = 0) = A0. N. Faktor ketiga sebelah kanan persamaan (1)

menggambarkan deretan periodik dari maksimun dan minimum, yang diamati pada

pembengkokan celah yang sangat sempit. Lebar celah yang terbatas cermin pada faktor

kedua yang melukiskan selubung dari gambar bengkok dan identik dengan fungsi

pembengkokan dari celah tunggal yang lebarnya d(N=1). Model pembengkokan itu

dimodulasi dengan model pembengkokan celah tunggal. Faktor pertama pemeberi

patokan fungsi itu atas amplitudo yang benarndari maksimun utama yang tidak

dibekokkan.

Jika diambil N = 2 ke dalam persamaan (1), didapatkan ketergantungan amplitude

dari sudut pada celah ganda.

𝐴(𝛼)~𝑠𝑖𝑛

∅

2

∅ 2⁄.

sin ∅

sin∅ 2⁄ (2)

Hubungan persamaa (2) memproleh penjelasan tentang pembengkokan pada celah ganda

sebagai berikut :

a. Minimum kelas I (titik nol dari pembilang pada faktor pertama).

sin 𝛼𝑘 = 𝑘 . 𝜆/𝑑 (k = 0, 1, 2, ……) (3)

b. Minimum kelas II (titik nol dari pembilang titik nol dari penyebut faktor kedua yang

tidak sekaligus).

sin 𝛼𝑘 = (2𝑘+1)

2𝐷. 𝜆 (4)

c. Maksimun kelas II (titik nol bersama dari pembilang dan penyebut faktor dan faktor

kedua).

sin 𝛼𝑘 = 𝑘 . 𝜆/𝑑 (k = 0, 1, 2, ……) (5)

Maksimum ini disebut juga maksimum utama, karena untuk N yang lebig besar

masih ada maksimum yang lebih kecil.

Persmaan (1) dapat dipakai untuk menghitung posisi pembengkokan maksimum

dan minimum serta besarnya amplitudo dan bentuk dari fungsi pembengkokan yang

lengkap. Untuk posisi pembengkokan minimum pada celah tunggal sesuai dengan

persmaan (3) berlaku :

sin 𝛼𝑚𝑖𝑛 = 𝑘 . 𝜆/𝑑 (k = 0, 1, 2, ……) (6)

λ = panjang gelombang

d = lebar celah

Jika b adalah jarak antara minimum pertama (k=1) dengan maksimum pusat dan L

jarak antara celah dan sel matahari, maka berlaku ( untuk sudut pembengkokan z yang

kecil )

𝐷

𝐿= tan 𝛼 = sin 𝛼

Jadi sin 𝛼 =𝜆

𝑑=

𝑏

𝐿 (7)

Dari persamaan (3) dapat dihitung b dan dapat dibandingkan dengan harga dari hasil

aksperimen untuk jarak antara maksimum pusat dan pembengkokan minimum pertama.

𝑏 = 𝜆.𝐿

𝑑 (8)

Pada percobaan ini kuat cahaya diukur sebagai fungsi dari posisi dengan pertolongan

sebuah sel matahari dari silisium, yang tangkap melalui celah yang sempit. Kuat cahaya B

berbanding proposional terhadap kuadrat dari amplitudo cahaya. Jadi diharapkan sebuah

gambar bengkok yang bentuknya dapat ditulis dengan persamaan :

𝐵(𝛼) = 𝐴2(𝛼) = 𝑠𝑖𝑛2∅

2

(∅

2)2

.𝑠𝑖𝑛2𝑁

2∅

𝑠𝑖𝑛2∅

2

(9)

Gambar 1 bengkok perekam XY

Peralatan percobaan

1 He-Ne laser 471.83

2 kaki statif kecil 300.02

2 pasang sekrup 300.07

3 soket kaki 300.11

1 lensa f = 5 mm 460.01

1 lensa f = 100 mm 460.03

1 penunjang dengan jepit per 460.22

1 tinggkap mata dengan 3 celah tunggal 469.91

1 tinggkap mata dengan 3 celah ganda 469.92

1 cermin datar 463.20

1 perekam XY – YT DIN A4 575.562

1 mikrovoltmeter 532.13

1 pelat 576.71

1 fotoelemen BPY 47 578.62

1 tahanan 10 kΩ 577.56

1 kabel 100 cm, merah, dan biru 501.30

1 meteran roll 311.77

Tambahan : pita lekat dan kertas hitam

Gambar 2. Pemasangan solar sel pada perekam

Pengesetan Alat-alat

Perhatikan aturan keselamatan dalam memakai laser He-Ne.

Bentuk sebuah celah yang sempit (maksimum lebar 0,5 mm) di depan solar sel

dengan menggunakan kertas hitam atau pita lekat. Selain itu kertas hitam atau pita

lekat yang ditempel langsung pada solar sel (sel matahari).

Solar sel ditusukkan pada pelatnya yang dilekatkan dengan pita lekat pada

perekam XY (pakailah pita yang melekat dua sisi).

Alat-alat disusun dan dihubungkan sesuai gambar 5.3. Mikrovoltmeter dipasang

kabel pada inputnya dan diberi tahanan 10 kΩ, daerah ukur distel pada 10 – 3 volt.

Lakukan konpensasi offset lalu hubungkan kabel solar sel agar dipulir.

Melalui lensa pengumpul (2) sinar dilebarkan dan kemudian difokuskan ke celah

masuk solar sel melalui lensa pengumpul (3).

Cermin (5) dipakai untuk memperpanjang jalur cahaya antara benda yang

dibengkokkan (4) dan solar sel (7).

Kombinasi antara lensa pelebar (2) dan lensa penggambar (3) dipilih sedemikian

rupa agar benda yang dibengkokkan diterangi secara homogen.

Gambar 3. Susunan percobaan dan rangkaian listrik

(1) Laser He – Ne

(2) Lensa pelebar

(3) Lensa Penggambar

(4) penunjang dengan jepit per

(5) Cermin datar

(6) Perekam X-Y dan T-Y

(7) Solar sel

(8) Mikrovoltmeter

Kalibrasi

Leser dan cermin dipasang berhadapan dan dipasang pada kaki statif sedemikian

rupa sehingga sinar laser jatuh ditengah cermin. Cermin diletakkan pada posisi

dala percobaan (sebaiknya ± 1,5, ……………..4 mdari laser). Dengan menyetel

sekrup dikaki statif sinar laser dapat dibuat agar jatuh ditengah cermin lagi.

Lensa pelebar (2) diatur di depan laser sampai berkas cahaya jatuh di tengah

cermin lagi (untuk mengontrol jalannya sinar dapat digunakan selembar kertas

putih dengan didepan cermin).

Lensa pelebar (3) disisipkan ke jalur sinar. Sekarang berkas sinar harus jatuh juga

ditengah cermin. Cermin diputar dan dimiringkan dengan memutar sekrup pada

kaki statif agar berkas cahaya mengenai solar sel (7).

Alat perekam digeser agar sumbu Y tepat menunjuk kea rah cermin (sinar laser

jatuh tegak lurus pada solar sel).

Lensa penggambar (3) digeser sampai terbentuk gambar berupa titik cahaya pada

kertas di depan solar sel.

Jika gambar berubah maka posisi lensa (2) harus sedikit diperbaiki, kemudian

lensa penggamar (3) diatur lagi.

Benda yang dibengkokkan diletakkan pada jalur sinar yang diperhatikan apa yang

terjadi pada kertas dibidang dimanasolar sel berada. Benda diletakkan ditengah

sinar agar penyinaran berlangsung simetris. Posisi awal pada perekam X-Y

adalah: 0,1/cm, sensitivitas variable.

Pelaksanaan percobaan

Cermin dengan fotosel agar perekam dinyalakan untuk operasi X-Y, kemudian

ruangan dibuat gelap. Dengan merubah-rubah setelan titik nol untuk sumbu X

pada perekam X-Y maka solar sel dapat digerakkan melewati gambar

bengkokkan. Perhatinkanlah rekaman arah sumbu Y.

Sensitivitas sumbu Y dipilih agar ruang gambar terpakai baik. Jika gerakan

penulisan hanya kecil, naikkan daya laser ke 1 mW (dengan menggerakkan kawat

sumbernya dan di tahan).

Perekam disetel ke operasi TY dan dengan kecepatan gerak sebesar 0,2 cm/detik

digambarkan diagram pembengkokkan.

Percobaan dilaksanakan untuk tiga celah yang lebarnya berbeda, lalu untuk tiga

celah ganda.

Jika perlu evaluasi kuantitatif, maka jarak S1 antara benda dengan objek dengan

cermin dan S2 antara diukur.

Contoh Pengukuran

Gambar 4,…,9 menunjukkan gambar bengkokan

Jarak L antara celah dengan solar sel: 2,8cm. panjang gelombang = 632,8 cm. lebar celah

d=lihat gambar. Jarak b untuk jarak antara minimum pertama dan maksimum utama: b=15,5

mm, (gambar 4) dengan celah tunggal dan lebar celah d=0,12mm.

Gambar 4. Contoh pengukuran bengkokan pada celah d=0,12 mm

Gambar 5 contoh pengukuran bengkokan pada celah d=0,24mm

Gambar 6 contoh pengukuran bengkokan pada celah d=0,48mm

Gambar 7 contoh pengukuran bengkokan pada celah ganda d=0.12, D=0,6mm

Gambar 8 contoh pengukuran bengkokan pada celah ganda d=0.24, D=0,6mm

Gambar 9. contoh pengukuran bengkokan pada celah ganda d=0.24, D=1,2 mm

Evaluasi dan Hasil

Gambar-gambar pembengkokkan sesuai dengan gambar yang diharapkan secara teoritis.

Pada pembengkokan dengan celah terlihat jelas bertambah lebarnya gambar pembengkokan

dengan bertambah sempitnya celah ((gambar 4..6) rumus (6). Pada celah ganda sesuai dengan

rumus (9) atau sesuai dengan rumus (4) dan (5), maka seharusnya jika celah saling menjauh

(jika lebar celah tetap) maka maksimum dari pembengkokan akan saling mendekat, walaupun

bentuk selubungnya yang terjadi karena lebar celah harus tetapa sama (gambar 8 dan 9).

Ini lebih mudah terlihat pada rumus (9) jika factor kedua untuk N=2 dirubah menjadi:

𝑠𝑖𝑛2 (2𝜋

𝑙𝑎𝑚𝑑𝑎∙ 𝐷 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼)

𝑠𝑖𝑛 (2𝜋

𝑙𝑎𝑚𝑑𝑎 ∙ 𝐷 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼)= 4𝑐𝑜𝑠2 (

𝜋

𝑙𝑎𝑚𝑑𝑎∙ 𝐷 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼)

Jika lebar celah dirubah, sedang jarak antar celah tetap, maka letak maksimum dari

pembengkokkan akan tetap, tetapi bentuk selubung akan berubah (gambar 7 dan 8) (lihat

rumus (9)).

Secara kuantitatif persamaan antara teori dan percobaan ternyata baik. Dari gambar 4

didapatkan misalnya jarak b antara minimum pertama dari maksimum utama b=15,5 mm.

untuk perbandingan coba hitung jarak teoritis b dengan menggunakan jarak L= (s1=s2) antara

celah dan solar sel, lebar celah dan panjang gelombang.

Jika lebar celah d=0,12 mm, maka b:b=14,8 mm, hamper sesuai (toleransi 5%) dengan hasil

pengukuran. Dengan cara yang sama, jarak-jarak dari maksimum pembengkokan pada celah

ganda atau lebar dari selubung dapat diuji secara kuantitatif.

17

PERCOBAAN EFEK FOTO LISTRIK

I. TUJUAN

Menentukan konstanta Plank’s dari grafik

II. ALAT-ALAT

1 Set Peralatan Photo Electric Effect

Beberapa jenis filter

III.DASAR TEORI

Pada tahun 1905, Albert Einstein mengungkapkan bahwa suatu foton cahaya

mempunyai energi foton sebesar E = hf. Disini h adalah konstanta Plank’s dan f adalah

frekuensi emisi radiasi dalam satuan Hertz. Efek foto listrik merupakan peristiwa lepasnya

sebagian/ beberapa electron dari permukaan logam akibat adanya penyinaran cahaya.

Foton akan memberikan semua energinya ke elektron (electron menyerap energy foton)

pada permukaan logam yang diiluminasi. Energi foton tersebut akan digunakan untuk 3

tujuan, yaitu :

1. Membawa elektron ke permukaan logam (metal)

2. Membebaskan electron dari daya tarik elektrostatik logam. Energi yang dibutuhkan

untuk melakukan semua ini disebut Work Function (W) dari logam dalam tabung

foto (Phototube).

3. Menyediakan energi kinetik untuk electron bebas

Dengan pemberian suatu frekuensi pada logam, maka elektron-elektron yang energik pada

permukaan logam/ yang lepas dari permukaan akan memiliki energi kinetik T, sebesar :

T(max) = hf – W……………………………………..………………….. (1)

18

W adalah fungsi kerja (work function), yaitu energi minimum yang diperlukan

elektron untuk melepaskan diri dari permukaan logam. Dalam percobaan ini, harus

diketahui frekuensi cahaya yang mengenai logam. Caranya adalah dengan memasukkan

filter pada lintasan cahaya. Filter ini hanya akan melewatkan panjang gelombang yang

diinginkan/ akan memotong semua cahaya pada setiap panjang gelombang lebih pendek

dari panjang gelombang yang ditandai pada bingkai filter. Ingat : panjang gelombang

pendek berarti mempunyai frekuensi tinggi.

Sebuah foton akan kehilangan semua energinya untuk elektron di permukaan logam

dan energi maksimum elektron dapat ditentukan dengan memberikan tegangan terbalik

(Backing Voltage) untuk tabung, sehingga medan listrik “perlambatan” sepenuhnya akan

menghentikan electron energik yang menuju anode.

Jika tegangan terbalik (Backing Voltage) adalah V, maka energy yang disuplai oleh

medan listrik dalam menghentikan elektron-elektron yang dipancarkan menuju anode

adalah eV, yang mana e = muatan electron (1,6 x 10-19 Coulomb). Energi ini sama dengan

energy kinetic electron, yaitu T(max) = eV, sehingga dapat ditulis :

eV = hf – W………………………………………….……………………(2)

Untuk cahaya dengan panjang gelombang berbeda, maka dapat diplot suatu grafik

V sebagai fungsi dari f. Gradien/ slope grafik ditentukan oleh ΔV / Δf.

Persamaan (2) dapat ditulis sebagai V = (h/e) f – W/e . Bentuk persamaan ini analog

dengan persamaan garis lurus, yaitu : y = ax + b. Dengan ditentukannya konstanta Plank’s,

dapat juga ditentukan work function, yaitu : W/e = (h/e) f – V atau W = hf – eV.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Susunlah peralatan seperti pada gambar !

2. Atur/ hidupkan power ke ON

19

3. Atur knob METER ke volts dan Backing Volts ke nol (Min)

4. Atur knob METER ke amps dan meter sensitivity ke Max

5. Letakkan sumber cahaya dibelakang peralatan yang telah ditentukan.

6. Nyalakan sumber cahaya. Meter arus (Photo-current) akan terlihat bergerak,

disebabkan oleh adanya foton dari sumber cahaya yang mengenai permukaan

katode di dalam peralatan.

7. Masukkan salah satu filter (misalkan : filter kuning), amati baca arus foto

8. Atur/putar tombol Backing volts hingga jarum meter menuju ke null

9. Atur knob METER ke volts, baca Backing Volts, catat pada table pengamatan.

10. Singkirkan filternya, ulangi langkah kerja dari 3 sampai 9 sebanyak 10 kali.

11. Lakukan langkah kerja dari 3 sampai 10 untuk jenis filter lainnya.

Tabel Pengamatan :

No. Filter (nm) Backing Volts (V) Rata-rata (V)

1 Kuning …….. … … … … … … … … … … ……

2 Orange ……. … … … … … … … … … … ……

3 Merah ……. … … … … … … … … … … …….

4 …… …….. … … … … … … … … … … ……

5 …… ……. … … … … … … … … … … ……

V. TUGAS

1. Buatlah grafik antara Backing Voltage (Sb. Y) versus Frekuensi (Sb.X)

2. Tentukan nilai konstanta Planck’s dari grafik

3. Tentukan Work function dari logam dan frekuensi cut-off yang ada di dalam

peralatan foto listrik

4. Berikan kesimpulan dari percobaan ini.

1

PERCOBAAN HUKUM RADIASI LAMBERT

I. TUJUAN

1. Menyelidiki secara kuantitatif pengaruh sudut radiasi yang datang ke

permukaan pemantul

II. ALAT-ALAT

1 Microvoltmeter 532 13

1 Moll’s Thermocouple 557 36

2 Bangku optik kecil 460 43

1 Holder lampu Halogen 100W 450 64

1 Lampu Halogen; 12V/100W 450 63

1 Trafo; 12V/10A 591 07

1 Holder dengan jepitan pegas 460 22

2 Kaki statif besar 300 01

4 Jepitan Leybold 301 01

1 Lensa, f = 100 mm 460 03

1 Selaput diafragma 466 26

2 Kabel penghubung, 2m, kuning 501 39

2 Kabel penghubung, 2m, hitam 501 38

1 Swivel joint dengan protector scale 460 40

III.DASAR TEORI

Pada kenyataannya bahwa, ciri permukaan pemantul ( reflector ) adalah

menyebarkan sinar datang secara menyeluruh ke segala arah. Suatu permukaan bidang

2

yang dilapisi oleh kristal-kristal lapisan tipis dan tembus cahaya jika dikenai sinar

maka akan memantulkan cahaya berulang-ulang ke segala arah. Hal ini juga terjadi

pada selembar kertas yang dilapisi serat-serat selulosa yang tipis dan tembus pandang.

Pada gambar 1 terlihat lintasan cahaya yang akan diamati pada percobaan ini. Berkas-

berkas cahaya bidang A memancarkan cahaya ke permukaan bidang pemantul yang

akan diamati bervariasi terhadap sudut (A*). Pada sudut 90o (arah pengamatan

tangensial) bidang sinar A* tampak akan kecil dan kuat penyinaran Ee akan menjadi

nol. Secara umum berlaku :

Ee() Cos

Gambar 1.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Rangkailah peralatan seperti pada gambar 2.

3

Pemantul mempergunakan kertas putih yang tidak mengkilap ( 5cm x 5cm )

yang dipasang pada penjepit/holder. Atur letak lensa sehingga pemantul

diterangi cahaya dengan baik.

Gambar 2.

2. Atur posisi sudut sehingga sudut antara termokopel Moll’s dengan bidang

normal dari pemantul membentuk sudut 90 o (jarum skala pada 90o). Catat

tegangan pada voltmeter.

3. Kurangi sudut pandang sudut 5o , catat tegangan.

4. Lakukan langkah percobaan 3 berulang kali hingga mencapai sudut terkecil,

15 o.

4

V. TUGAS

1. Buatlah grafik hubungan antara 015U

ΦUvs

015Cos

Cosdan tentukan slope/

gradiennya.

2. Analisis grafik yang anda dapatkan dan berikan kesimpulan mengenai

percobaan ini.

PERCOBAAN RADIASI BENDA HITAM

I. TUJUAN

1. Menyelidiki bahwa Utherm T – T0

2. Membuktikan bahwa, energi radiasi yang dipancarkan benda hitam

proporsional terhadap pangkat empat temperaturnya.

II. ALAT-ALAT

1 Microvoltmeter 532 13

1 Moll’s Thermocouple 557 36

1 Selubung Oven + Meja 555 81, 84

1 Probe temperatur 383 020

1 Statif besar 300 01

4 Jepitan Leybold 301 01

1 Pengukur temperatur digital 566 190

1 Box sambungan pengukur 502 05

2 Kabel penghubung 501 25-29

1 Universal Bunsen Clamp 302 65

III.DASAR TEORI

Hukum radiasi Stefan Boltzmann’s menjelaskan pemancaran total dari suatu

radiator benda hitam. Total energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam

persatuan waktu (Power/ Daya) sebanding dengan pangkat empat temperaturnya.

Secara matematis dapat diekspresikan dengan :

P(T) T 4

4.)( TTP

yang mana = konstanta Boltzmann’s, (5,67 x 10 – 8 W m–2 K – 4 ).

Selubung oven yang dipanaskan secara listrik dan dinding-dinding sebelah

dalamnya yang hitam asumsikan sebagai benda hitam. Radiasi yang dipancarkan

akan ditangkap oleh thermocouple. Lubang diafragma berada diantara oven dan

thermocouple yang membatasi medan pandang (field of view) thermocouple terhadap

permukaan radiasi tabung oven dan lingkungannya.

Jika temperatur thermocouple sudah mencapai nol absolut, maka tegangan

outputnya akan proporsional terhadap energi radiasi yang datang persatuan waktu.

Akan tetapi, karena pada temperatur ruang pengukuran tegangan U sangat kecil,

maka dapat ditulis :

Utherm T – T0

yang mana Utherm = Tegangan output thermocouple

T = Temperatur radiator

T0 = Temperatur ruangan

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Rangkailah peralatan seperti pada gambar dibawah !

2. Atur jarak dan perlengkapan benda hitam pada oven sehingga merupakan

satu garis lurus antara oven, diafragma dan thermocouple.

3. Hidupkan power supply untuk memanasi oven kira-kira 5 menit.

4. Catat temperatur ruangan (T0).

5. Catat temperatur (T) yang tertera pada pengukur temperatur digital dan

tegangan (U) pada microvoltmeter.

6. Ulangi langkah percobaan 5 untuk kenaikan temperatur (T) setiap 5 oc.

Gambar. Rangkaian Percobaan Radiasi benda Hitam

7. Hentikan percobaan bila temperatur telah mencapai 400 oc.

AWAS PANAS…, JANGAN COBA-COBA MENYENTUH OVEN !!!!

V. TUGAS

1. Buatlah grafik antara U(V) vs 40

4 TT (0K) dan tentukan slope/

gradiennya

2. Hitunglah perbandingan U dengan P(T), berikan komentar