PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU …cahaya seperti yang terjadi pada pelangi yaitu...

i

PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU

LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO SPEKTRUM CAHAYA

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Disusun oleh:

Septiana Ganeshi

NIM: 131424028

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Scanned by CamScanner

S K R 1P S I

P E N E N T U A N N M I P A N JA N G G E L O M B A N G D A R I L A M P U

L U C U T A N D E N G A N A N A L IS IS F O T O S P E K T R U M C A H A Y A

D ip e r sia p k a n da n D itu lis 0 16h

S ep tia n a G a n e sh i

N IM 13 142 4 02 8

T e la h d ip e rta h a n k a n di d e p a n p a n itia p e n g u ji

p a d a tangg} 3 o A g u stu s 2 0 18

d a n d igy am a n t¢liih « n e m e m ihi sy a r a t

J u s t M Pitiapenguii

N a m q Fe n gk a p

K e tu a : D r M a rc e llin u s A Q dy R u dhito S P d

s e k re taijs D r lg n a tld s Egjisantos M S

A n g g o ta J m r lgnausmsaqto

A n gg o ta 2 : D rs D o m i S e v e rin u s , M S i

A n g g o ta ] : Ir S r} A g u s tin i S ula n d a ri M S i

I

iii


iv

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

KERJAKAN SEGALA SESUATU DENGAN IKHLAS HATI.

Kupersembahkan untuk :

- Bapak – Ibu terkasih, terimakasih untuk semua hal yang telah beliau berikan

termasuk doa yang tiada berkesudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan

salah satu kewajiban ini.

- Mas Ganesha Septiadi, Dek Jessica Septiana Saraswati dan Dek Septiani Sari

Savitri, terimakasih sudah memberikan semangat dan tidak pernah bosan

untuk selalu mengingatkan “skripsine gek digarap”.

- Henry Iridanto, terimakasih sudah menjadi tempat berkeluh kesah ketika

penulis merasa “nglokro” dan tak pernah lelah memberikan dorongan

semangat selama penulis kuliah hingga selesai.


vii

ABSTRAK

PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU

LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO SPEKTRUM CAHAYA

Telah dibuat spektrometer sederhana dengan menggunakan kamera digital

sebagai spektrometer konvensional. Cahaya lampu lucutan dilewatkan pada

sebuah kisi akan membentuk spektrum cahaya. Dalam penelitian ini, kamera

digital dimanfaatkan untuk merekam spektrum cahaya kemudian dianalisis

menggunakan aplikasi video analyzer pada software Logger Pro. Hasil analisis

foto spektrum pada jenis lampu lucutan yang sama, nilai panjang gelombang tiap

spektrumnya berbeda karena tenaga yang dipancarkan juga berbeda. Jika semakin

kecil nilai panjang gelombang spektrum pada jenis lampu lucutan yang sama,

maka tenaga yang dipancarkan semakin besar.Sehingga mengakibatkan

karakteristik dari masing-masing lampu lucutan tersusun atas spektrum yang

berbeda. Karakteristik dari lampu lucutan merkuri berbeda dengan lampu lucutan

helium dan lampu lucutan neon.

Kata kunci : Panjang gelombang, kamera digital, foto spektrum, video analyzer,

Logger Pro, dan tenaga yang dipancarkan.


viii

ABSTRACT

DETERMINATION OF THE GAS DISCHARGE LAMP’S

WAVELENGTH VALUE OF BY SPECTRUM LIGHT PHOTO ANALYSIS

A simple spectrometer has created using a digital camera instead of a

conventional spectrometer. The light of discharge lamp passed on a grating will

form the spectrum light. In this research, digital camera’s were used to record the

spectrum of light and then analyzed using a video analyzer application on

Software Logger Pro. light discharge lamp and in the analysis using the video

analyzer application on the Software Logger Pro 3.12. The result of spectral photo

analysis on the same type of discharge lamp, the wavelength value of each

spectrum is different because the energy emitted is also different. If the smaller

the wavelength of the spectrum in the same type of discharge lamp, the greater the

energy emitted. Thus resulting in the characteristic’s of each discharge lamp

composed of different spectra. The characteristic’s of mercury’s discharge

lamp,are different from helium’s discharge lamp and fluorescent’s lamp.

Key words : wavelength, camera digital, photo of spectrum light, video analyzer,

Logger Pro, and energy emitted.


ix

KATA PENGANTAR

Segala Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha

Kuasa atas penyertaan – Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini

dengan baik. Skripsi dengan judul “PENENTUAN NILAI PANJANG

GELOMBANG DARI LAMPU LUCUTAN DENGAN ANALISIS FOTO

SPEKTRUM CAHAYA” ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh

gelar Sarjana Pendidikan dari Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

Penulisan skripsi ini merupakan suatu kerja keras yang tidak terlepas dari

bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, yang telah membimbing, memberi

petunjuk serta memberi motivasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku Kepala Program Studi sekaligus dosen

pembimbing yang dengan penuh kesabaran membimbing dan meluangkan

waktunya untuk menyelesaikan penelitian skripsi ini,

2. Drs. T. Sarkim, M.Ed, Ph.D., selaku dosen pembimbing akademik yang telah

memberi motivasi dan membimbing penulis selama menjalani studi di

Prodram Studi Pendidikan Fisika,

3. Bp. Ngadiono selaku staf bengkel Fisika yang telah bersedia membantu dan

menyediakan penulis fasilitas selama melakukan penelitian di Laboratorium

Fisika,


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ..................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ...................................................................... vi

ABSTRAK ................................................................................................... vii

ABSTRACT ................................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xvii

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

I.1. Latar Belakang .......................................................................... 1

I.2. Rumusan Masalah .................................................................... 8

I.3. Batasan Masalah ......................................................................... 9

I.4. Tujuan Penelitian ...................................................................... 9

I.5. Manfaat Penelitian ..................................................................... 10

I.6. Sistematika Penulisan ............................................................... 11

BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 12


xii

A. Gelombang ............................................................................... 12

B. Interferensi Cahaya ................................................................... 12

1. Interferensi ............................................................................... 12

2. Pola Interferensi ....................................................................... 13

C Difraksi Cahaya ........................................................................ 16

D. Kisi difraksi .............................................................................. 17

E. Teori Atom ................................................................................ 18

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................ 21

A. Alat ............................................................................................ 22

B. Rangkaian Penelitian .................................................................. 27

C. Pengambilan Foto ....................................................................... 29

D. Prosedur Penelitian ..................................................................... 30

1. Pengambilan Data ..................................................................... 30

2. Analisis Data ............................................................................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 40

A. Hasil Penelitian ........................................................................... 40

1) Hasil Data .............................................................................. 40

a. Penghitungan nilai jarak antarcelah pada kisi ..................... 40

b. Penentuan nilai panjang gelombang ................................... 41

a) Pengaruh variasi orde terhadap panjang gelombang ....... 43

b) Pengaruh variasi jarak L terhadap panjang gelombang .. 46

c) Pengaruh variasi kisi terhadap panjang gelombang ........ 48


xiii

d) Pengaruh variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang

gelombang ......................................................................... 51

c. Perhitungan nilai tenaga transisi spektrum atom (ΔE) ......... 53

1) Nilai ΔE pada jenis lampu yang sama ........................... 53

2) Nilai ΔE pada jenis lampu yang berbeda ........................ 55

B. Pembahasan ................................................................................ 57

BAB V PENUTUP ....................................................................................... 72

A. Kesimpulan ................................................................................. 72

B. Saran .......................................................................................... 73

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 75


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil data pengukuran jarak terang pusat ke spektrum cahaya pada

lampu lucutan gas merkuri ........................................................................... 42

Tabel 4.2. Hasil variasi orde terhadap panjang gelombang pada spektrum kuning

lampu lucutan merkuri ................................................................................. 44

Tabel 4.3. Hasil variasi jarak L terhadap panjang gelombang pada spektrum

kuning lampu lucutan merkuri........................................................................ 47

Tabel 4.4 Variasi jumlah celah pada kisi terhadap panjang gelombang spketrum

kuning pada lampu lucutan merkuri ............................................................. 49

Tabel 4.5 Variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang gelombang spektrum

kuning pada jarak L dan kisi yang sama ....................................................... 52

Tabel 4.6. Pengaruh nilai panjang gelombang terhadap nilai tenaga yang

dipancarkan .................................................................................................. 54

Tabel 4.7 Pengaruh jenis lampu yang berbeda terhadap nilai tenaga yang

dipancarkan .................................................................................................. 56


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Percobaan Interferensi Celah Ganda Young. .................. 13

Gambar 2.2. Skema pola interferensi yang membentuk segitiga .................... 15

Gambar 2.3. Peristiwa deeksitasi ................................................................... 19

Gambar 3.1. Lampu lucutan gas merkuri ...................................................... 22

Gambar 3.2. Kamera Canon dengan lensa Fix yang digunakan ..................... 25

Gambar 3.3. Kamera Fujifilm yang digunakan ............................................... 25

Gambar 3.4. Statip Lampu Lucutan .............................................................. 26

Gambar 3.5. Sumber Daya Bertegangan Tinggi............................................. 26

Gambar 3.6. Kisi 300 L/mm ......................................................................... 27

Gambar 3.7. Skema rangkaian peralatan spektroskopi sederhana yang tampak

dari atas ......................................................................................................... 28

Gambar 3.8. Foto rangkaian peralatan spektroskopi sederhana yang tampak dari

atas . ............................................................................................................. 29

Gambar 3.9. Keping kisi yang direkatkan pada lensa kamera ........................ 30

Gambar 3.10. Proses pengecropan hasil potret. ............................................ 31

Gambar 3.11. Lembar kerja software Logger Pro 3.12 ................................. 32

Gambar 3.12. Dialog open folder ................................................................. 32

Gambar 3.13. Dialog open picture ................................................................ 32

Gambar 3.14. Tampilan foto yang sudah diperbesar pada lembar kerja Logger

Pro. .............................................................................................................. 33

Gambar 3.15. Ikon Set Scale ........................................................................ 33

Gambar 3.16. Mengset scale mideline sebesar 1 cm ..................................... 34


xvi

Gambar 3.17. Pengisian acuan panjang ........................................................ 34

Gambar 3.18. Ikon Set Origin ...................................................................... 34

Gambar 3.19. Terang pusat yang sudah di set origin .................................... 35

Gambar 3.20. Ikon Add Point ....................................................................... 35

Gambar 3.21. Spektrum cahaya yang sudah diadd point ............................... 35

Gambar 3.22. Tabel Video Analysis terisi angka berdasarkan penambahan titik

pada spektrum cahaya .................................................................................. 36

Gambar 3.23. Dialog New Manual Column pada menu data ........................ 36

Gambar 3.24. Dialog Use Parameters pada menu data .................................. 37

Gambar 3.25. Pemilihan angka desimal pada user parameters ..................... 37

Gambar 3.26. Dialog New Calculated Column ............................................. 38

Gambar 3.27. Pengisian rumus secara manual pada kolom expressions ........ 38


xvii

DAFTAR LAMPIRAN

1. Lampu Lucutan Gas Merkuri

a. Kisi 100 garis/mm

b. Kisi 300 garis/mm

2. Lampu Lucutan Gas Helium


b. Kisi 600 garis/mm

3. Lampu Lucutan Gas Neon


4. Diagram Grotrian untuk Merkuri

5. Diagram Grotrian untuk Helium


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pelajaran Fisika, seringkali diartikan siswa sebagai mata pelajaran yang

paling menakutkan karena tingkat kesusahannya yang tergolong tinggi.

Sebagai guru mata pelajaran Fisika, seringkali mencari cara atau metode

pembelajaran yang menarik untuk siswa agar siswa bisa lebih tertarik, santai

dan mudah mengerti materi yang diajarkan. Optika adalah salah satu pokok

bahasan dalam pelajaran fisika yang membahas tentang perilaku cahaya dan

gelombang elektromagnetik lain. Hal yang dapat dipelajari dalam optika

adalah agar siswa dapat lebih menghargai dunia yang tampak sehari-hari

karena pada Optika tidak hanya dijelaskan mengenai optik dan alat-alatnya

saja melainkan berbagai fenomena [Young dan Freedman, 2003].

Materi optika dalam pelajaran fisika yang paling diminati oleh siswa

adalah cahaya. Dimana cahaya tersebut dapat dipantulkan dan dibiaskan.

Ketika sebuah cahaya putih (polikromatis) dilewatkan melalui celah yang

sempit, maka akan mengalami peristiwa difraksi dan interferensi sehingga

terurai menjadi beberapa spektrum cahaya (pola pelangi). Pelangi adalah

salah satu contoh fenomena alam yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Pelangi merupakan akibat dari pembiasan dan pemantulan cahaya sehingga

cahaya matahari terurai menjadi warna-warna cahaya seperti merah, jingga,

kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Mata manusia peka terhadap warna-warna


2

cahaya seperti yang terjadi pada pelangi yaitu dengan panjang

gelombang sekitar 400 hingga 700 nm. Warna-warna cahaya dengan rentang

nilai tersebut disebut dengan cahaya tampak [Tipler, 2001; Young dan

Freedman, 2003; Halliday et al, 2010].

Cahaya yang dilewatkan melalui celah sempit akan mengalami

peristiwa interferensi dan difraksi. Pada interferensi, cahaya yang melewati

dua celah maupun banyak akan menghasilkan pola gelombang yang sifatnya

konstruktif (pola terang) dan destruktif (pola gelap). Dari pola gelombang

yang dihasilkan dari peristiwa interferensi ini, maka dapat diketahui besaran

panjang gelombang cahayanya [Alonso, 1992; Halliday et al, 2010].

Panjang gelombang merupakan suatu jarak ketika pola suatu gelombang

tersebut berulang. Selain interferensi, panjang gelombang juga dapat

diketahui dengan cara mendifraksikannya. Pada saat cahaya melewati banyak

celah, cahaya akan mengalami pelenturan di belakang celah sehingga

peristiwa ini disebut dengan difraksi. Salah satu alat yang biasa digunakan

untuk mengukur panjang gelombang dengan cara mendifraksikannya pada

banyak celah adalah kisi difraksi [Young dan Freedman, 2003; Tipler, 2001].

Penelitian untuk menentukan panjang gelombang spektrum cahaya dari

suatu sumber cahaya telah banyak dilakukan sebelumnya. Di tingkat

universitas, praktikum tentang menentukan panjang gelombang suatu

spektrum cahaya sudah pernah dilakukan di Laboratorium Pendidika Fisika

Universitas Sanata Dharma. Pada praktikum optika tentang kisi difraksi,

sedangkan pada praktikum fisika atom dan inti tentang spektroskopi atom.


3

Pada praktikum optika kisi difraksi, digunakan lucutan merkuri sebagai

sumber cahaya. Cahaya dari sumber tersebut kemudian dilewatkan melalui

kisi Rowland dengan banyak celah tiap milimeternya. Lampu lucutan dan kisi

difraksi diletakkan saling tegak lurus yang kemudian di amati oleh praktikan.

Selanjutnya jarak kisi ke lampu dan jarak setiap spektrum ke terang pusat di

ukur untuk menentukan nilai panjang gelombang setiap spektrum [Tim

Penyusun, 2014].

Kelebihan praktikum kisi difraksi ini salah satunya adalah sederhana

dan mudah untuk praktikum siswa di tingkat SMA maupun universitas,

namun terdapat juga kelemahannya. Salah satu kelemahannya adalah keping

kisi yang dipegang oleh praktikan itu sendiri sehingga posisi keping kisi

sangat mudah tergeser dari posisi awalnya. Hal ini dapat terjadi jika praktikan

tidak sadar kalau kisi bergeser dimana kemungkinan penyebabnya adalah

tangan praktikan tidak stabil ketika memegang kisi, sehingga posisi spektrum

yang semula teramati posisinya juga berubah. Dari adanya kelemahan yang

mungkin terjadi pada praktikum ini, maka diharapkan pada penelitian yang

akan dilakukan, memungkinkan keping kisi tidak dipegang oleh praktikan

melainkan terpasang pada suatu penyangga sehingga posisi kisi maupun

spektrum cahaya yang teramati tetap.

Pada praktikum fisika atom dan inti tentang spektroskopi atom,

digunakan lampu lucutan merkuri, neon dan helium sebagai sumber cahaya.

Keping kisi Rowland yang mempunyai banyak celah tiap satu satuan

milimeter digunakan untuk melewatkan berkas cahaya sehingga ketika


4

diamati, terlihat spektrum cahaya yang terletak di sebelah kanan dan kiri

lampu. Spektrometer konvesional yang sudah terkalibrasi dari pabriknya

digunakan pada praktikum ini.

Spektrometer adalah suatu alat yang digunakan untuk melihat dan

mengukur spektrum dari sumber cahaya. Spektrometer tersusun atas

kolimator, meja pendifraksi, dan teleskop. Dibawah meja spektrometer

terdapat piringan yang disebut dengan skala vernier, yang terdiri dari skala

utama dan skala nonius. Skala vernier ini prinsipnya sama seperti mikrometer

sekrup. Kolimator merupakan sebuah tabung yang dilengkapi dengan lensa

akromatik dimana salah satu ujungnya terdapat sebuah celah. Lebar celah

tersebut dapat diatur menggunakan sekrup pengatur yang terdapat pada ujung

kolimator di dekat celah [Tim penyusun, 2014].

Spektrometer konvensional diletakkan didepan lampu lucutan dan

keping kisi diletakkan di meja pendifraksi kemudian diatur sedemikian rupa

sehingga pada saat lampu dinyalakan, spektrum cahaya dapat teramati.

Teleskop yang dipasang pada rangka putar terlebih dahulu dipastikan ke arah

depan, sehingga pada skala vernier akan menunjukkan skala tepat di angka 0.

Ketika lampu lucutan dinyalakan, atom-atom gas penyusun lampu tersebut

dipercepat dengan tegangan tinggi dalam tabung lampu sehingga atom-atom

tersebut mengalami proses eksitasi dan deeksitasi. Kemudian cahaya dari

lampu lucutan yang lewat melalui celah kolimasi sempit dan dibuat sejajar

oleh lensa.


5

Cahaya sejajar dari lensa akan diteruskan melewati celah pada kisi.

Spektrum cahaya yang dipancarkan merupakan spektrum yang khas yang

menyusun lampu lucutan tersebut. Dengan menggeser teropong pada satu sisi

spektrometer, maka akan teramati letak suatu spektrum pada sudut berapa pda

skala vernier. Dari data yang diperoleh, maka dapat ditentukan nilai panjang

gelombang suatu spektrum cahaya dari suatu lampu lucutan. Selain itu, dari

panjang gelombang yang sudah diketahui dapat diketahui pula tenaga yang

dipancarkanuntuk melakukan deeksitasi [Tim Penyusun, 2014]. Dari

praktikum ini, penggunaan spektrometer konvensional sudah bagus dan

memenuhi standar penelitian, namun jika digunakan untuk praktikum

ditingkat SMA sangat sulit karena dari segi harga, harganya mahal. Sehingga

diharapkan pada penelitian yang akan dilakukan dapat dibuat spektrometer

lain yang sederhana, murah dan dapat dijangkau guna praktikum ditingkat

SMA.

Penelitian berbasis komputer telah banyak dilakukan, antara lain

pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi

menggunakan Vernier Labpro [Asriningsih, 2008], identifikasi dan

pengukuran konsentrasi pewarna merah dalam sampel minuman

menggunakan detektor emission spectrometer dan colorimeter [Anggoro,

2016] dan penentuan nilai koefisien konduktivitas termal pada beberapa jenis

kayu menggunakan sensor suhu dan Logger Pro [Pratama, 2017]. Sedangkan

penggunaan kamera untuk penelitian juga juga telah dilakukan, antara lain

peluruhan pada ketinggian air dalam tabung sebagai model peluruhan bahan


6

radioaktif yang diamati dengan menggunakan rekaman video [Apriati, 2017]

dan pemanfaatan kamera digital untuk mengukur panjang gelombang

spektrum neon [Deomedes et al, 2012]. Software Logger Pro dilengkapi

dengan berbagai program terkait dengan hukum-hukum fisika bahkan pada

bidang ilmu yang lain seperti kimia dan biologi. Software Logger Pro juga

dilengkapi dengan video analyzer yang mempermudah peneliti dalam

menganalisa data [Anggoro, 2016; Apriati, 2016].

Penelitian lain yang berbasis komputer dan menggunakan kamera

dilakukan oleh Rodrigues, M, M. B. Marques, dan P. Simeão Carvalho pada

tahun 2016. Kamera yang digunakan adalah kamera digital yang mempunyai

resolusi sebesar 14 MP. Keping kisi yang digunakan adalah 530 celah/mm.

Laser dan lampu lucutan merkuri serta helium digunakan sebagai sumber

cahayanya.

Kamera dalam penelitian ini dapat difungsikan sebagai spektrometer

dan mata untuk melihat spektrum cahaya. Keping kisi yang direkatkan pada

kamera diharapkan supaya kisi tidak mudah bergeser. Ketika menggunakan

sumber cahaya laser, penelitian dilakukan diruangan yang gelap, sedangkan

sumber cahayanya lampu lucutan, penelitian bisa dilakukan diruangan yang

terang. Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa foto spektrum cahaya

yang kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai panjang gelombang

spektrum tersebut. Foto tersebut kemudian di analisis menggunakan analisis

video pada software Tracker yang sudah terinstal pada komputer [Rodrigues,

2016].


7

Dalam penelitian tersebut, terdapat kelebihan maupun kelemahannya.

Kelebihan pada penelitian ini adalah kamera yang harganya relatif lebih

murah dibandingkan spektrometer konvensional dapat digunakan untuk

menentukan nilai panjang gelombang. Penelitian ini kemungkinan bisa

digunakan untuk alternatif praktikum di tingkat SMA. Namun terdapat

kelemahan pada penelitian ini, yaitu software yang digunakan masih

tergolong baru, sehingga malah menjadi sulit untuk mengoperasikannya. Oleh

karena itu, penelitian yang akan dilakukan diharapkan dapat menggunakan

software yang mudah dan biasa dipergunakan di Pendidikan Fisika

Universitas Sanata Dharma. Sehingga harapannya nanti bisa digunakan

sebagai alternatif lain dalam praktikum.

Penelitian yang akan dilakukan ini bertujuan memanfaatkan kamera

sebagai pengganti spektrometer konvensional dan mata pengamat untuk

melihat spektrum cahaya. Selain itu, untuk menentukan nilai panjang

gelombang yang dihasilkan melalui kisi difraksi yang kemudian dianalisis

menggunakan aplikasi analisis foto pada Software Loger Pro. Penggunaan

kamera bertujuan untuk mempermudah mengidentifikasi spektrum cahaya

dapat dilihat melalui layar kamera maupun komputer. Data yang ditampilkan

berupa hasil foto spektrum yang kemudian ditampilkan pada software Logger

Pro yang sudah terinstal di komputer. Sumber cahaya yang akan digunakan

adalah lampu lucutan karena lampu tersebut tersedia di Laboratorium Fisika

Universitas Sanata Dharma. Selain itu, jenis dari gas yang terkandung dalam

lampu lucutan sudah banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari, misalnya


8

merkuri, neon, helium dan sebagainya. Hasil foto spektrum yang didapatkan

kemudian digunakan untuk menentukan nilai panjang gelombang dari lampu

lucutan.

Selain dalam bidang fotografi, kamera yang akan digunakan dalam

penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan. Para guru

diharapkan dapat menjadikan metode yang akan dilakukan pada penelitian ini

sebagai salah satu referensi dalam melaksanakan praktikum. Penelitian ini

dapat meningkatkan pembelajaran di tingkat SMA pada materi fisika optika

serta fisika atom dan molekul. Hal ini dikarenakan penjelasan materi dan

praktikum masih minim dan jarang dilakukan, sehingga penelitian ini

diharapkan dapat menjadi salah satu sarana pendukung dalam memahami

teori-teori fisika yang ada. Metode dalam penelitian ini juga dapat digunakan

untuk praktikum pada tingkat universitas.

A. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah yang telah dipaparkan maka

masalah yang akan dikaji adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana caranya memanfaatkan kamera sebagai pengganti spectrometer

untuk melihat spektrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombang?

2. Bagaimana pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya untuk menentukan

nilai panjang gelombang pada lampu lucutan?


9

B. Batasan Masalah

Untuk memberikan batasan pada masalah yang akan dikaji, maka pada

penelitian ini masalah dibatasi pada:

1. Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu lucutan jenis Merkuri,

helium dan neon.

2. Pengukuran dibatasi pada orde pertama spektrum cahaya lampu lucutan

neon dan helium sedangkan merkuri sampai orde kedua.

3. Pada lampu lucutan merkuri hanya digunakan kisi 100 dan 300 celah/mm.

4. Pada lampu lucutan helium hanya digunakan kisi 300 dan 600 celah/mm.

5. Pada lampu lucutan neon hanya digunakan kisi 600 celah/mm.

6. Hasil foto spektrum dianalisis dengan video analysis dari software Logger

Pro.

7. Besarnya tenaga yang dipancarkan dihitung.

8. Penggunaan 2 buah kamera yang beresolusi tinggi yaitu:

a) 20,2 MP dengan jarak L yang digunakan adalah antara 0,35 meter dan

0,82 meter, dan

b) 12 MP dengan jarak L yang digunakan adalah 0,075 meter.

C. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Memanfaatkan kamera sebagai pengganti spektrometer dan mata untuk

melihat spektrum cahaya dan menentukan nilai panjang gelombang.


10

2. Memanfaatkan hasil foto untuk menentukan nilai panjang gelombang pada

lampu lucutan menggunakan video analyzer pada software Logger Pro .

D. Manfaat Penelitian

1. Bagi Peneliti

a. Mengetahui pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya untuk memperoleh

data.

b. Mengetahui salah satu pemanfaatan kamera untuk penelitian.

c. Menambah kemampuan dalam menganalisis data dengan menggunakan

video analyzer pada software Logger Pro.

2. Bagi Pembaca

a. Menambah wawasan tentang pemanfaatan hasil foto spektrum cahaya

pada kamera untuk penelitian.

b. Menambah wawasan tentang Software Logger Pro.

c. Mengetahui pemanfaatan kamera untuk melihat spektrum cahaya dan

menentukan nilai panjang gelombangnya.

3. Bagi Pembelajaran Fisika

a. Sebagai salah satu cara atau metode praktikum untuk menunjukkan

spektrum cahaya.

b. Mengetahui nilai panjang gelombang pada lampu lucutan menggunakan

analisis foto spektrum pada Logger Pro.


11

E. Sistematika Penulisan

1. BAB I Pendahuluan

Pada bab I akan diuraikan tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan

sistematika penulisan.

2. BAB II Dasar Teori

Pada bab II akan diuraikan tentang dasar-dasar teori pendukung dalam

penelitian spektroskopi.

3. BAB III Metode Penelitian

Pada bab III akan diuraikan tentang alat-alat yang akan digunakan saat

penelitian berlangsung serta langkah-langkah dalam melakukan penelitian.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Pada bab IV akan diuraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan

selama penelitian berlangsung.

5. BAB V Penutup

Pada bab V berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian serta saran.


12

BAB II

DASAR TEORI

A. Gelombang

Gelombang merupakan energi yang merambat dalam suatu medium.

Gelombang merambatkan energinya merata keseluruh medium. Peristiwa

perambatan energi dari sumber ke seluruh medium memerlukan waktu.

Dalam perambatannya medium yang dilaluinya tidak ikut merambat

[Asriningsih, 2008]. Dengan kata lain, gelombang adalah gangguan fisik

yang dihasilkan pada suatu titik dalam ruang, dan kemudian menghasilkan

suatu efek pada tempat lain [Alonso, 1992].

B. Interferensi Cahaya

1. Interferensi

Interferensi merupakan hasil interaksi sumber individual satu

sama lain [Alonso, 1992]. Peragaan efek interferensi cahaya oleh

Thomas Young dalam tahun 1801, meletakkan teori gelombang

cahaya pada dasar eksperimen yang kukuh. Melalui percobaannya ini,

Young berhasil memperoleh panjang gelombang cahaya dan ini

merupakan hasil pengukuran pertama bagi besaran yang sangat

penting ini [Halliday dan Resnick, 1993].


13

2. Pola Interferensi

Pola interferensi cahaya dari dua sumber atau lebih dapat

diamati hanya jika sumber-sumber tersebut koheren dengan kata lain,

hanya jika sumber-sumber sumber-sumber tersebut sefase atau

memiliki perbedaan fase yang konstan terhadap waktu. Pancaran

cahaya oleh atom yang acak berarti bahwa dua sumber cahaya yang

berbeda umumnya tak koheren.

Pada percobaan Young, setiap celah bertindak sebagai sumber

garis, yang ekivalen dengan sumber titik dalam dua dimensi. Pola

interferensi diamati pada layar yang jauh dari celah tadi, yang

dipisahkan sejarak d. pada jarak yang sangat jauh dari celah, garis-

garis dari kedua celah ke satu titik R di layar akan hampir sejajar, dan

perbedaan lintasan d sin θ, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1

[Tipler, 2001].

Gambar 2.1. Skema Percobaan Interferensi Young

Ketika sumber cahaya melewati sebuah keping dengan jumlah

celah yang banyak dan berjarak sama, maka cahaya tersebut akan di

belokkan kemudian diteruskan menuju ke layar. Gambar 2.1

merupakan perwakilan atau sebagian skema dari banyaknya celah

yang dilewati oleh cahaya. Karena layarnya sangat jauh (berjarak L)


14

dibandingkan dengan jarak pisah celah (d), sinar dari celah-celah

tersebut ke suatu titik di layar hampir sejajar, dan perbedaan lintasan

diantara kedua sinar (P) sama dengan d sin θ. Perhatikan gelombang

cahaya datar yang datang secara normal pada kisi tembus (Gambar

2.1) dan anggap bahwa lebar setiap celah sangat kecil sehingga saling

berinterferensi dan menghasilkan spektrum cahaya dengan panjang

gelombangnya masing-masing.

Pola interferensi yang dihasilkan pada layar yang jauh dari kisi

tersebut ialah pola akibat banyak sumber cahaya yang berjarak sama.

Interferensi maksimal berada pada sudut θ yang diberikan oleh:

d sin θ = n λ n = 0, 1, 2, … (1)

dimana d: banyaknya celah tiap satu satuan millimeter

n: bilangan orde ke-n

λ: panjang gelombang cahaya sumber (nm)

Kedudukan maksimum interferensi tidak tergantung pada

jumlah sumbernya, tetapi lebih banyak sumber yang ada, semakin

tajam dan semakin besar intensitas maksimum yang akan terjadi.

Sedangkan interferensi minimum terjadi di

d sin θ = (n + 1

2 ) λ n = 0, 1, 2, … (2)

Perbedaan fase δ di titik R ialah 2π/λ kali perbedaan lintasan d sin θ

δ = 2𝜋

𝜆 d sin θ (3)

Dari gambar 2.1 dapat diambil skema berupa segitiga seperti

pada gambar 2.2. Jarak P yang diukur sepanjang layar dari terang


15

pusat O ke terang pertama R pada orde ke-n dihubungkan oleh sudut θ

oleh:

Gambar 2.2. Skema pola interferensi yang membentuk segitiga

Dimana :

L: jarak dari celah kisi ke sumber cahaya (m)

d: jarak antarcelah (m)

P: jarak dari terang pusat ke orde n (m)

Maka, dari gambar 2.2 diperoleh persamaan:

tan θ = 𝑃

𝐿 (4)

dengan L merupakan jarak dari celah ke layar. Untuk θ yang

kecil, tan θ adalah sangat hampir mirip dengan sin θ [Young dan

Freedman, 2003], sehingga dapat diperoleh

sin θ ≈ tan θ = 𝑃

𝐿 (5)

sehingga d sin θ diberikan oleh

d sin θ ≈ d 𝑃

𝐿 (6)


16

Dengan mensubstitusikan persamaan (6) ke dalam persamaan

(1), dapat diperoleh bahwa persamaan (7) berlaku hanya untuk sudut

kecil

d 𝑃

𝐿 = n λ (7)

Dengan demikian, untuk sudut yang kecil, panjang gelombang

yang diukur di sepanjang layar pola terang ke-n diberikan oleh

λ = 𝑑 𝑃

𝐿 𝑛 (8)

C. Difraksi Cahaya

Difraksi merupakan karakteristik semua jenis gelombang cahaya

sehingga dapat terjadi peristiwa pelenturan cahaya ke belakang

penghalang, seperti misalnya sisi daripada celah. Kita dapat melihat

difraksi cahaya melelui sela-sela jari yang dirapatkan dan diarahkan pada

sumber cahaya yang jauh [Halliday dan Resnick, 1986]. Padahal menurut

Huygens, tiap-tiap titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau

sebagai sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang menyebar

keluar ke segala arah dengan laju yang sama dengan laju perambatan

gelombang itu [Young and Freedman, 2003].

Difraksi teramati apabila sebuah gelombang terdistorsi oleh suatu

perintang yang mempunyai dimensi yang sebanding dengan panjang-

gelombang dari suatu gelombang. Perintang itu dapat berupa sebuah layar

dengan sebuah lubang atau celah yang mengizinkan sebagian kecil muka

gelombang datang untuk lewat. Perintang dapat juga merupakan sebuah


17

benda kecil, seperti kawat, cakram, yang menghalangi lewatnya sebagian

kecil muka gelombang [Young and Freedman, 2003].

Pada zaman Maxwell (pertengahan 1880-an), cahaya yang diketahui

hanyalah cahaya tampak, infra merah, dan ultraviolet. Karena Maxwell,

kita dapat mengetahui barisan spektrum gelombang elektromagnetik atau

yang disebut dengan pelangi Maxwell [Halliday, Resnick dan Walker,

2010]. Hanya bagian yang sangat kecil dari spektrum ini yang dapat

dideteksi secara langsung melalui indera penglihatan manusia. Jangkauan

ini dinamakan dengan cahaya tampak. Panjang gelombangnya kira-kira

480 sampai 700 nm (400 sampai 700 x 10-9 m), dengan frekuensi yang

bersesuaian dengan kira-kira 750 sampai 430 Hz (7,5 sampai 4,3 x 1014

Hz).

D. Kisi difraksi

Apabila banyaknya celah dalam sebuah percobaan interferensi

ditambah (jarak antara celah-celah yang berdekatan dibuat konstan) maka

akan memberi pola interferensi dimana maksimum-maksimum berada

dalam posisi yang sama, tetapi semakin tajam dan semakin sempit,

daripada dengan dua celah. Karena maksimum-maksimum ini begitu

tajam, maka posisi sudutnya, dengan demikian juga panjang

gelombangnya, dapat diukur sampai dengan ketelitian yang sangat tinggi

[Young dan Freedman, 2003].


18

Alat yang bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya,

yang terdiri atas sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada

permukaan datar disebut dengan kisi difraksi. Dengan demikian, kisi dapat

dibuat dengan memotong alur-alur yang berjarak sama pada kaca atau plat

logam dengan mesin penggaris presisi. Pada kisi tembus, cahaya lewat

melalui celah bening di antara garis.

E. Teori Atom

Pengembangan teori kuantum atom dan molekul oleh Rutherforf,

Schrodinger dan lainnya di abad ke-20 menuntun ke pemahaman emisi

(pemancaran) dan absorbsi (penyerapan) cahaya oleh materi. Cahaya yang

dipancarkan atau diserap oleh atom-atom diketahui sebagai perubahan

energi dari elektron-elektron terluar di dalam atom. Karena perubahan-

perubahan energi ini dikuantisasikan dan bukannya berlangsung kontinu,

foton-foton yang dipancarkan memiliki energi diskrit dengan hasilnya

adalah gelombang-gelombang cahaya dengan satu set frekuensi dan

panjang gelombang yang diskrit. Jika dilihat melalui sebuah spektroskop

dengan lubang lensa dari celah sempit, cahaya yang dipancarkan oleh

sebuah atom kelihatan sebagai satu set diskrit garis-garis dari warna-warna

atau panjang gelombang-panjang gelombang berbeda dengan jarak dan

intensitas garisnya menjadi ciri-ciri elemennya [Tipler, 2001].

Elektron dapat berpindah dari aras yang paling rendah ke aras yang

lebih tinggi, begitu pula sebaliknya. Jika elektron berpindah dari aras yang


19

paling rendah ke aras paling tinggi disebut dengan proses eksitasi. Namun,

jika elektron yang sudah mencapai aras yang lebih tinggi kemudian

kembali lagi menuju ke aras yang paling rendah, maka proses tersebut

disebut dengan proses deeksitasi. Proses deeksitasi seperti ditunjukkan

pada gambar 2.3 [Anggoro, 2016].

Gambar 2.3. Peristiwa Deeksitasi

Perpindahan tersebut disebut proses deeksitasi dengan memancarkan

tenaga mengikuti persamaan 9 berikut:

ΔE = Ef - Ei (9)

dengan, ΔE: selisih tenaga (eV)

Ei : tingkat energi awal (eV)

Ef : tingkat energi akhir (eV)

Besarnya tenaga yang dipancarkan sebanding dengan frekuensinya

mengikuti persamaan 10 berikut:

ΔE = hf (10)


20

Maka, dari persamaan 9 dan 10 disubstitusikan menjadi persamaan

11 berikut:

ΔE = hf = Ef - Ei (11)

dengan , h : tetapan Planck sebesar 4,136 x 10-15 eV.s

f : frekuensi gelombang elektromagnetik s-1 (Hz)

Dari spektrum cahaya maka dapat diperoleh nilai panjang

gelombangnya berdasarkan persamaan (8). Kemudian dari panjang

gelombang maka dapat diketahui nilai frekuensinya mengikuti persamaan

12:

c = f x λ (12)

Untuk mengetahui besarnya tenaga yang dipancarkan maka

persamaan 11 dan 12 dapat disubstitusikan menjadi persamaan 13

ΔE = hf = ℎ 𝑐

𝜆 (13)

dengan, ΔE : tenaga yang dipancarkan (eV)

c : kelajuan cahaya sebesar 3 x 108 m/s

λ : panjang gelombang (m)


21

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai panjang gelombang dari

lampu lucutan dengan analisis foto spektrum cahaya. Pada bab ini akan dijelaskan

mengenai alat yang digunakan, rangkaian peralatan, pengambilan foto, prosedur

percobaan, serta cara analisis data. Penelitian yang akan dilakukan tersusun dari

peralatan yang murah dan mudah diperoleh. Sensor cahaya yang terdapat pada

kamera digunakan sebagai pengganti spektrometer. Lampu lucutan jenis merkuri,

helium dan neon digunakan sebagai sumber cahaya dengan pertimbangan bahwa

lampu dengan jenis tersebut beredar dipasaran. Lampu jenis tersebut terjual

dengan harga yang murah sehingga dapat dijangkau bagi kalangan manapun, baik

itu sekolah menengah maupun tingkat universitas.

Penelitian ini diharapkan dapat menentukan nilai panjang gelombang dari

suatu sumber cahaya dengan rangkaian yang sederhana. Dalam rangkaian ini

digunakan lampu lucutan jenis merkuri, helium dan neon serta kisi difraksi. Kisi

Difraksi yang digunakan ada beberapa yaitu, 100 celah/mm dan 300 celah/mm

dan 600 celah/mm. Digunakan juga sebuah layar untuk menangkap cahaya

sehingga ketika melihat spektrum cahaya bisa terlihat utuh tanpa terlihat benda-

benda lainnya. Berikut alat, bahan, rangkaian peralatan, pengambilan foto,

prosedur percobaan serta cara analisis data dijelaskan.


22

A. Alat

1. Lampu lucutan digunakan sebagai sumber cahaya. Lampu lucutan yang

digunakan adalah merkuri, helium dan neon. Adapun contoh lampu

lucutan merkuri yang digunakan seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.1. Lampu lucutan gas merkuri

2. Kamera

Kamera digunakan sebagai pengganti fungsi mata dan spektrometer

untuk melihat spketrum cahaya dan menentukan nilai panjang

gelombang. Kelebihan penggunaan kamera digital adalah kita bisa

merekam data penelitian berupa foto spektrum cahaya. Sehingga data

yang diperoleh sudah dicatat dalam bentuk foto oleh kamera. Selain itu,

mata tidak perlu membidik atau melihat obyek melalui jendela bidikan

sehingga mengurangi rasa sakit pada mata. Obyek berupa spektrum

cahaya bisa dilihat melalui layar LCD pada kamera dan pengamat bisa

melihat secara jelas spektrum-spektrum cahaya yang dihasilkan.

Kemudian dari data yang diperoleh berupa foto spektrum cahaya bisa di

analisis berulang kali menggunakan software Logger Pro.


23

Pada penelitian ini digunakan kamera bermerk Canon EOS 70D dan

FujiFilm X-S1. Kamera Canon EOS 70D ini dipasang lensa Fix yang

bermerk Yongnuo dengan titik fokus tengah f /1,8 dan tebal lensa 35 mm.

Kamera pertama yang digunakan adalah kamera Canon EOS dengan

seri 70 D (gambar 3.2). Kamera ini mempunyai resolusi 20,2 MP dengan

sensor APS-C CMOS. Kinerja autofokus dari kamera ini juga sangat cepat

serta pengendalian noise sangat baik. Kamera kedua yang digunakan

adalah Fujifilm dengan seri X-S1 (gambar 3.3). Kamera ini mempunyai

resolusi sebesar 12 MP dengan sensor EPR CMOS. Lensa pada kamera ini

dapat dilakukan perbesaran sebanyak 26 kali dengan maksimum titik

fokus tengah f/2,8 dan memiliki jarak pemfokusan minimal 1 cm. Oleh

karena itu, kamera ini disebut juga kamera superzoom. Noise biasa disebut

dengan derau atau gangguan. Akan tetapi, dalam dunia fotografi, noise

adalah sebuah istilah untuk menyebut titik-titik berwarna yang biasanya

mengganggu hasil foto sehingga membuat foto menjadi tampak tidak

halus.

Sensor gambar menerima cahaya yang masuk melalui lensa dan

mengubahnya menjadi muatan listrik untuk menghasilkan gambar. Setiap

kamera tentu memiliki sensor yang tersusun atas jutaan pixel yang peka

terhadap cahaya. Secara teori, pada saat kita melakukan foto, cahaya akan

masuk ke lensa dan diterima oleh tiap pixel dari sensor yang kemudian

diubah menjadi besaran sinyal tegangan. Sensitivitas dari sensor inilah

yang dinyatakan dalam besaran ISO.


24

ISO adalah istilah dalam fotografi yang digunakan untuk mengukur

tingkat sensitivitas sensor terhadap cahaya. Semakin tinggi ISO yang

digunakan, maka sensor akan semakin sensitif sehingga kamera akan

mampu menangkap gambar dengan lebih cerah sehingga tidak

membutuhkan sorotan cahaya ke kamera yang lama. Jadi, semakin besar

nilai ISO maka semakin sensitif pula sensor tersebut dalam menangkap

cahaya sehingga foto akan nampak menjadi lebih terang (meskipun

keadaan sekitar kita dalam keadaan gelap) meski menggunakan shutter

speed yang rendah.

Pada penelitian ini digunakan dua kamera dengan masing-masing

resolusi, sebesar 20,2 MP dan 12 MP. MP disini berarti megapixel dimana

mega mempunyai arti jutaan, sedangkan pixel menunjukkan skala resolusi

(daya pisah) dari sebuah gambar dan merupakan representasi dari titik-titik

kecil yang kemudian disatukan hingga menjadi sebuah gambar. Semakin

besar resolusi kamera, maka semakin banyak pula jumlah pixel yang

dihasilkan untuk menyusun sebuah gambar sehingga akan tampak lebih

detail terutama jika dilakukan cropping atau zooming pada gambar

tersebut.

Lensa Fix tersebut dirancang untuk sensor full frame dan mempunyai

7 elemen lensa dalam 5 grup dengan 7 bilah diafragma serta diameter filter

52mm sehingga ketajaman lensa, warna dan kontras yang dihasilkan juga

baik. Titik fokus lensa ini sedekat 25 cm dari obyek. Pada set ini, tuas

MF/AF pada lensa digeser ke posisi AF supaya lebih mudah mendapat


25

fokus yang akurat serta tajam tanpa memutar ring kecil pada lensa tersebut

[Kurniawan, 2013].

Gambar 3.2. Kamera Canon dengan lensa Fix yang digunakan

Gambar 3.3. Kamera Fujifilm yang digunakan

3. Statip lampu lucutan digunakan untuk menjepit lampu lucutan.

Pada penelitian ini digunakan statip khusus untuk lampu lucutan

seperti pada gambar 3.4 dibawah ini. Tujuan dari penggunaan statip

khusus ini adalah supaya aman, karena dalam penelitian ini digunakan

sumber bertegangan tinggi. Terdapat pula pelindung berbahan isolator

pada kedua ujung statip penjepit lampu sehingga aman ketika digunakan.

Jika menggunakan statip biasa, maka bisa terkena setrum dikarenakan

tidak ada pelindung. Lampu Lucutan dipasang dengan cara menjepitkan


26

kedua ujungnya pada statip. Wujud dari lampu lucutan yang sudah dijepit

pada statip seperti pada gambar 3.4 dibawh ini :

Gambar 3.4. Statip Lampu Lucutan

4. Tripod kamera digunakan sebagai penopang kamera agar tegak lurus

dengan lampu lucutan dan tidak mudah goyang atau stabil.

5. Sumber daya tegangan tinggi digunakan sebagai penyedia listrik

bertegangan tinggi. Sumber daya ini digunakan karena colokan berwarna

merah dan hitam ini nantinya akan dihubungkan ke kedua ujung statip

lampu lucutan seperti gambar 3.5.

Gambar 3.5. Sumber Daya Bertegangan Tinggi

1. Keping kisi digunakan untuk melewatkan cahaya dari sumber cahaya agar

terlihat spektrum cahayanya. Adapun keping kisi yang digunakan adalah

100 dan 300 celah/mm untuk lampu merkuri, 600 celah/mm untuk lampu


27

neon, serta 300 dan 600 celah/mm untuk lampu helium. Berikut adalah

contoh keping kisi 300 celah/mm yang digunakan:

Gambar 3.6. Kisi 300 L/mm

B. Rangkaian Penelitian

Penentuan panjang gelombang akan ditunjukkan dengan hasil foto.

Kamera digunakan untuk mengganti spektrometer. Dalam penelitian ini,

kamera yang digunakan adalah Canon seri 70 D dan Fujifilm X-S1 karena

kamera tersebut sangat familiar dan penggunaannya pun mudah untuk semua

kalangan. Untuk dapat melihat spektrum warna yang dihasilkan dari lampu

lucutan jenis merkuri, neon dan helium, cahaya dari lampu dilewatkan

terlebih dahulu ke sebuah keping kisi kemudian difoto. Oleh karena itu, layar

yang digunakan diletakkan dibelakang lampu.

Pemanfaatan kamera ini mengikuti prinsip alat spektrometer karena pada

kamera terdapat lensa yang bisa digunakan sebagai teropong sehingga bisa

dilakukan perbesaran obyek seperti halnya pada spektrometer serta terdapat

sensor cahaya dan layar kamera dapat digunakan untuk melihat obyek seperti

halnya pada mata manusia. Lampu lucutan jenis merkuri, helium dan neon

digunakan sebagai sumber cahaya karena berdasarkan praktikum-praktikum

yang sudah pernah dilakukan di Pendidikan Fisika Universitas Sanata


28

Dharma, jenis lampu tersebut yang seringkali digunakan untuk praktik.

Keping kisi digunakan untuk melewatkan cahaya dari sumber untuk

didifraksikan agar dapat bisa dilihat spektrum cahayanya melalui layar

kamera mengikuti prinsip praktikum kisi difraksi.

Gambar 3.7 menunjukkan skema rangkaian peralatan spectrometer

sederhana jika dilihat dari sisi atas. Adapun keping kisi yang digunakan

adalah 100, 300 dan 600 celah tiap millimeter.

Gambar 3.7. Skema rangkaian peralatan spektroskop sederhana yang

tampak dari atas

Keterangan gambar:

1. Layar

2. Lampu lucutan

3. Keping kisi difraksi

4. Kamera

Dari gambar 3.7, peralatan yang sudah disiapkan dapat dirangkai menjadi

gambar 3.8. Gambar 3.8 ini merupakan gambar rangkaian spektroskop

sederhana yang tampak dari atas, seperti berikut:


29

Gambar 3.8. Foto rangkaian peralatan spektroskop sederhana yang

tampak dari atas.

Rangkaian peralatan pada gambar 3.8 ini disusun tegak lurus antara

kamera, kisi, lampu lucutan dan layar. Dengan begitu nantinya cahaya dari

sebuah sumber cahaya dipisahkan menggunakan sebuah kisi melalui

peristiwa difraksi. Spektrum cahaya akan ditangkap oleh layar sehingga dapat

difoto menggunakan kamera. Lampu lucutan yang digunakan dihubungkan ke

sumber tegangan tinggi. Ketika sumber tegangan tinggi dinyalakan, maka

lampu lucutan juga akan menyala. Kemudian akan terlihat beberapa spektrum

cahaya dari lampu lucutan di sebelah kanan dan kiri lampu melalui kamera.

Pada penelitian ini, keping kisi yang digunakan kemudian diukur

jaraknya ke lampu lucutan. Layar bermideline ini bertujuan untuk menangkap

cahaya dan sebagai acuan satuan panjang agar ketika di olah menggunakan

software Logger Pro bisa diketahui jarak yang sebenarnya dari terang pusat

ke setiap warna dalam orde pertama.


30

C. Pengambilan Foto

Hasil foto dalam hal ini berupa spektrum cahaya. Pengambilan foto

dilakukan dengan menggunakan kamera Canon seri 70 D yang memiliki

resolusi sebesar 20,2 MP serta menggunakan lensa Fix Yongnuo supaya tidak

perlu melakukan perbesaran sehingga lensa tetap dan tidak berubah-ubah.

Kamera lain yang digunakan adalah Fujifilm X-S1 yang memiliki resolusi

sebesar 12 MP. Kamera yang dipasangkan ke sebuah tripot yang diarahkan

tegak lurus ke set alat. Data yang diperoleh berupa hasil foto warna-warni

cahaya. Hasil foto ini lah yang kemudian akan di analsis dengan

menggunakan video analyzer pada software Logger Pro 3.12.

D. Prosedur Penelitian

1. Pengambilan Data

a. Alat disusun seperti pada gambar 3.8.

b. Rekatkan keping kisi pada lensa kamera. Usahakan keping kisi tegak

lurus dengan lensa agar pada saat melihat obyek, obyek tidak miring

seperti pada gambar 3.9:

Gambar 3.9. Keping kisi yang direkatkan pada lensa kamera

c. Kamera diset pada posisi on.


31

d. Lampu lucutan dinyalakan.

e. Atur posisi kamera dan kisi supaya obyek yang terlihat tidak miring.

f. Ukur jarak dari lampu lucutan ke keping kisi lalu dicatat.

g. Spektrum cahaya difoto.

h. Langkah 3 – 7 diulang untuk nilai jarak dari lampu lucutan ke kisi yang

berbeda, lalu dicatat.

i. Langkah 3 – 8 diulang untuk kisi yang berbeda, lalu dicatat.

j. Langkah 3 – 9 diulang untuk lampu lucutan yang berbeda.

k. Nilai panjang gelombang λ ditentukan dengan persamaan (8).

l. Nilai tenaga yang dipancarkan ΔE dihitung dengan persamaan (13).

2. Analisis Data

Hasil data berupa foto akan dianalisis menggunakan video analyzer

pada software Logger Pro. Cara menganalisis foto adalah sebagai berikut:

a. Foto yang ingin dianalisis dicrop sampai pada orde pertama saja seperti

pada gambar 3.10.

Gambar 3.10. Proses pengecropan hasil foto.

b. Buka software Logger Pro 3.12 kemudian akan tampil lembar kerja

seperti pada gambar 3.11


32

Gambar 3.11. Lembar kerja software Logger Pro 3.12

c. Klik menu insert kemudian pilih picture with photo analysis lalu akan

muncul dialog open folder seperti pada gambar 3.12. Pilih nama folder

yang dituju seperti pada gambar 3.12.

Gambar 3.12. Dialog open folder

d. Pilih nama file foto yang ingin dianalisis kemudian pilih open seperti

pada gambar 3.13.

Gambar 3.13. Dialog open picture.


33

e. File foto yang terpilih akan tampil pada lembar kerja Logger Pro

kemudian lakukan perbesaran tampilan pada foto tersebut dengan

cara menarik sisi-sisi foto sesuai arah yang diinginkan seperti pada

gambar 3.14.

Gambar 3.14. Tampilan foto yang sudah diperbesar pada lembar kerja

Logger Pro.

f. Klik ikon Set Scale pada menu yang ada di samping foto seperti

pada gambar 3.15.

Gambar 3.15. Ikon Set Scale

g. Arahkan kursor ke mideline kemudian klik salah satu sisi ukuran lalu

tarik ke sisi lain yang berjarak 1 cm dengan tepat seperti pada

gambar 3.16


34

Gambar 3.16. Mengset scale mideline sebesar 1 cm.

h. Setelah mengeset kemudian munculah dialog seperti pada gambar

3.17 yang kemudian diisi angka dan satuan yang akan digunakan

sebagai acuan panjang.

Gambar 3.17. Pengisian acuan panjang

i. Klik ikon set origin untuk mengetahui titik tengah dari lampu

lucutan seperti pada gambar 3.18.

.

Gambar 3.18. Ikon Set Origin

j. Arahkan kursor ke tengah-tengah lampu lucutan yang digunakan

sebagai terang pusat kemudian diklik seperti pada gambar 3.19.


35

Gambar 3.19. Terang pusat yang sudah di set origin

k. Klik ikon add point untuk memberi tanda titik pada tengah-tengah

setiap warna seperti pada gambar 3.20.

Gambar 3.20. Ikon Add Point

l. Arahkan kursor ke tengah-tengah setiap spektrum cahaya untuk

memberikan tanda titik warna merah mulai dari warna yang paling

kiri, terang pusat hingga warna yang paling kanan seperti pada

gambar 3.21.

Gambar 3.21. Spektrum cahaya yang sudah di add point


36

m. Setelah selesai memberikan add point pada masing-masing spektrum

cahaya kemudian pada tabel video analysis P dan Y akan terisi angka

seperti pada gambar 3.22.

Gambar 3.22. Tabel Video Analysis terisi angka berdasarkan

penambahan titik pada spektrum cahaya.

n. Klik New Manual Column pada menu data untuk menambahkan

kolom tabel “orde” secara manual kemudian muncul dialog seperti

gambar 3.23.

Gambar 3.23. Dialog New Manual Column pada menu data

o. Ketik kolom name dengan “orde” dan kolom short name dengan

“m” kemudian klik done. Lalu ketik angka 1 untuk orde spektrum

cahaya yang berada di sebelah kanan terang pusat, angka -1 untuk


37

spektrum cahaya yang berada di sebelah kiri terang pusat dan angka

0 untuk terang pusatnya.

p. Pilih menu data kemudian klik use parameters untuk menambahkan

parameter-parameter yang akan digunakan seperti gambar 3.24.

Gambar 3.24. Dialog Use Parameters pada menu data

q. Ketik lambang yang digunakan pada kolom name dan ketik angka

yang digunakan pada kolom value, ketik satuan “m” pada kolom

units serta pilih angka berapa bilangan desimal/angka dibelakang

“koma” pada kolom places kemudian klik ok seperti gambar 3.25.

Gambar 3.25. Pemilihan angka desimal pada user parameters


38

r. Pilih menu data kemudian klik New Calculated Column untuk

menambahkan kolom tabel secara hitungan dengan menambahkan

tulisan “Lambda” pada kolom name, lambang “λ” pada kolom short

name dan menambahkan satuan yang digunakan “nm” pada kolom

units seperti gambar 3.26.

Gambar 3.26. Dialog New Calculated Column

s. Pada kolom expression ditambahkan parameter dan variabel yang

digunakan sesuai dengan persamaan (8) kemudian klik done seperti

gambar 3.27.

Gambar 3.27. Pengisian rumus secara manual pada kolom expressions

t. Nilai panjang gelombang akan muncul pada kolom “lambda”.

Kemudian nilai masing-masing spektrum cahaya dirata-rata


39

u. Dihitung nilai ketidakpastiannya.

v. Dihitung nilai tenaga transisinya menggunakan persamaan (13).


40

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

1) Hasil Data

Diperoleh hasil foto spektrum cahaya dari lampu lucutan merkuri,

helium dan neon yang dilewatkan melalui keping kisi untuk dianalisis

menggunakan video analyzer pada software Logger Pro. Dari hasil analisis

foto dapat diketahui nilai jarak antara terang pusat dan setiap warna

spektrum untuk dihitung nilai panjang gelombangnya. Dengan

menggunakan keping kisi yang jumlah celah tiap milimeternya berbeda

yaitu 100, 300 dan 600 celah/mm. Penggunaan kisi 100 dan 300 celah

untuk lampu merkuri, 300 dan 600 celah/mm untuk lampu helium dan 600

celah/mm untuk lampu neon. Seluruh nilai panjang gelombang diperoleh

dengan menggunakan hasil foto. Hasil foto tersebut dianalisis

menggunakan persamaan (8) pada aplikasi video analyzer pada software

Logger Pro 3.12.

a. Penghitungan nilai jarak antarcelah pada kisi

Dengan mengetahui jumlah celah tiap milimeter yang digunakan,

maka dapat diperoleh nilai jarak antar celahnya, yaitu sebesar :

1) 100 celah/mm = 0,00001 m,

2) 300 celah/mm = 0,000003 m, dan

3) 600 celah/mm = 0,0000017 m.


41

b. Penentuan nilai panjang gelombang

Dalam penelitian ini, jenis sumber cahaya yang digunakan yaitu

lampu lucutan merkuri helium dan neon. Kisi yang digunakan yaitu 100,

300 dan 600 celah/mm. Orde serta jarak L diubah-ubah nilainya sehingga

dapat diperoleh nilai panjang gelombang masing-masing spektrum.

Penghitungan panjang gelombang yaitu dengan persamaan (8) yang

ditulis pada kolom expression pada analisis video Logger Pro, dimana

sebelumnya sudah mengisi terlebih dahulu nilai d dan L yang akan

digunakan.

Jarak antara sumber cahaya yaitu lampu lucutan dan keping kisi

disebut sebagai L, dimana nilai L diperoleh dengan cara mengukur jarak

antara celah dengan lampu. Nilai L ini bisa diubah-ubah maupun tidak.

Jarak terang pusat ke spektrum cahaya diukur dengan menggunakan

aplikasi picture with photo analysis pada software Logger Pro.

Pengukuran dilakukan sebanyak satu kali hanya pada orde pertama pada

masing-masing keping kisi yang digunakan pada sisi sebelah kanan dan

kiri terang pusat.

Pada data ini, spektrum cahaya penyusun lampu merkuri digunakan

sebagai contoh data penentuan nilai P. Digunakan cara yang sama untuk

spektrum dan lampu jenis helium dan neon. Hasil data lengkap dapat

dilihat pada lampiran. Hasil akhir pengukuran jarak terang pusat ke

warna spektrum cahaya menggunakan analisis foto spektrum ditunjukkan

oleh tabel 4.1.


42

Tabel 4.1 Hasil data pengukuran jarak terang pusat ke spektrum

cahaya pada lampu lucutan gas merkuri

Kisi = 100 celah/mm

L = 0,35 m

n = 1

Pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa spektrum penyusun lampu lucutan

merkuri terdiri dari warna jingga, hijau dan ungu. Nilai jarak P (m)

merupakan hasil rata-rata antara nilai P1 dan P2. Berikut adalah contoh

perhitungan rata-rata nilai jarak P spektrum warna kuning pada lampu

lucutan merkuri dengan kisi 100 celah/mm. Untuk spektrum warna lain

pada lampu lucutan dihitung dengan cara yang sama.

Warna kuning:

P1 = -0,020 P2 = 0,021 m

P1 = -(-0,020)

P1 = 0,020m

Rata-rata P = 𝑃1+ 𝑃2

2

= 0,020+ 0,021

2

= 0,021 m

Warna Jarak P1 (m) Jarak P2 (m) Jarak P (m)

Kuning -0,020 0,021 0,021

Hijau -0,020 0,019 0,019

Ungu -0,015 0,015 0,015

Terang Pusat 0 0 0


43

Dari hasil perhitungan nilai P1 dan P2 setiap spektrum dirata-rata

sehingga diperoleh jarak P. Untuk spektrum warna kuning nilai P adalah

0,021 m, spektrum warna hijau nilai P adalah 0,019 m, dan spektrum

warna ungu adalah 0,015 m.

Dengan jumlah celah pada kisi, jarak antara terang pusat dengan

spektrum serta jarak antara lampu lucutan dengan kisi sudah diketahui,

maka dengan persamaan (8) dapat ditentukan nilai panjang gelombang

setiap spektrum. Penentuan nilai panjang gelombang ini dilakukan

beberapa variasi berupa variasi orde, jarak L, kisi, serta jenis lampu

lucutan. Variasi tersebut untuk dilihat bagaimana pengaruhnya terhadap

nilai panjang gelombang, seperti berikut ini:

a) Pengaruh variasi orde terhadap panjang gelombang

Dengan menganalisis nilai panjang gelombang pada orde pertama

dan kedua pada lampu lucutan merkuri dengan kisi dan jarak L tetap,

maka pengaruh orde terhadap nilai panjang gelombangnya dapat

dilihat pada hasil analisis foto spektrumnya seperti pada tabel 4.2.


44

Tabel 4.2. Hasil variasi orde terhadap λ pada spektrum

kuning lampu lucutan merkuri

Sumber = Lampu Merkuri

L = 0,35 m

Kisi = 100 celah/mm

Warna = Kuning Lampu Merkuri

Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 579

nm

No. Orde

ke

Jarak P

(m)

Panjang Gelombang

(nm)

1 1 0,02 593 ± 3

2 2 0,04 592 ± 3

Dalam penelitian ini, dilakukan variasi orde spektrum cahaya.

Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang

digunakan yaitu Canon EOS 70 D. Jarak L yang digunakan adalah

0,35 m, sedangkan kisi yang digunakan adalah kisi 100 celah/mm.

Variasi orde spektrum yang akan dianalisis pada penelitian ini dibatasi

hanya sampai orde ke-2. Penyebab pembatasan variasi orde yang

hanya sampai orde ke-2 ini dikarenakan berdasarkan data yang

diperoleh, pemisahan warna terjauh hanya bisa dilakukan sampai orde

kedua saja. Ketika mem-variasikan orde, kisi, jenis lampu dan panjang

L diatur tetap. Sehingga panjang gelombang dari warna kuning

dengan beda orde dapat dilihat pada tabel 4.2.

Dengan cara yang sama, di analisis nilai panjang gelombang pada

masing-masing jarak P lalu dihitung nilai panjang gelombang rata-


45

ratanya. Setelah mendapatkan nilai panjang gelombang rata-rata

kemudian dihitung nilai ketidakpastiannya untuk warna kuning pada

orde pertama dan kedua. Dari hasil perhitungan, diperoleh

ketidakpastian dari nilai panjang gelombang kuning pada orde

pertama adalah 593 nm dengan nilai ketidakpastiannya ±3 nm dan

orde kedua adalah 592 nm dengan nilai ketidakpastiannya ±3 nm.

Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk Merkuri (terlampir),

pada warna kuning nilai panjang gelombangnya adalah 576 nm [Tim

Penyusun, 2014].

Dari tabel 4.2 dapat dilihat bahwa dengan jenis lampu lucutan

yang sama, kisi yang digunakan sama, jarak L yang sama, dan juga

spektrum warna yang sama dengan orde yang dipilih yaitu sebanyak

2. Dari data tampak bahwa pengaruh banyaknya orde terhadap jarak P

adalah pada orde kedua, jarak P nilainya 2 kali lebih besar daripada

jarak P orde pertama. Nilai panjang gelombang untuk warna kuning

pada lampu merkuri meskipun semakin banyak orde, dan semakin

besar nilai jarak Pnya namun nilai λ nya sama.

Untuk nilai panjang gelombang pada masing-masing orde, jarak

L, kisi, spektrum warna serta jenis lampu yang berbeda digunakan

cara yang sama untuk menentukan nilai panjang gelombangnya.

Kemudian setelah menentukan nilai panjang gelombang, ditentukan

pula nilai ketidakpastiannya. Sebenarnya terdapat 3 nilai panjang

gelombang tiap warna, yaitu panjang gelombang spektrum kuning


46

sebelah kanan λ1, sebelah kiri λ2 serta panjang gelombang rata-rata λr.

Berikut adalah contoh untuk menentukan nilai ketidakpastian panjang

gelombang dari warna kuning pada orde pertama:

Ketidakpastian = √( 𝜆1− 𝜆𝑟)2+( 𝜆2− 𝜆𝑟)2

𝑛−1

Ketidakpastian λkuning = √( 𝜆1− 𝜆𝑟)2+( 𝜆2− 𝜆𝑟)2

𝑛

= √(591,3 − 593 )2 + (595,2−593)2

2−1

= 3 nm

Dari hasil perhitungan ketidakpastian nilai panjang gelombang,

dapat diperoleh bahwa nilai panjang gelombang warna kuning lampu

lucutan merkuri dengan kisi 100 celah/mm dengan jarak L 0,35 m

pada orde pertama ialah 593±3 nm. Dengan cara yang sama,

penghitungan nilai ketidakpastian dihitung untuk masing-masing nilai

panjang gelombang.

a) Pengaruh variasi jarak L terhadap panjang gelombang

Dengan mengubah nilai jarak antara lampu lucutan dengan kisi

(L) pada jenis lampu dan kisi yang digunakan sama, maka pengaruh

nilai jarak L terhadap nilai panjang gelombangnya dapat dilihat pada

hasil analisis foto spektrumnya seperti pada tabel 4.3.


47

Tabel 4.3. Hasil variasi jarak L terhadap panjang

gelombang pada spektrum kuning lampu lucutan merkuri


Warna = Kuning lampu merkuri

Orde = 1

Kisi = 100 celah/mm

Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 576

nm

No. Jarak

L (m)

Jarak P

(m)

Panjang Gelombang

(nm)

1 0,35 0,02 593 ± 3

2 0,82 0,05 591 ± 1

Dalam penelitian ini, dilakukan variasi jarak L. Sumber cahaya

yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang digunakan yaitu

Canon EOS 70 D. Sedangkan kisi yang digunakan adalah kisi 100

celah/mm dan foto spektrum di analisis hanya pada orde pertama.

Dengan cara yang sama, foto spektrum kuning di analisis nilai

panjang gelombangnya pada masing-masing jarak L dan nilai

ketidakpastiannya. Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai panjang

gelombang kuning lampu merkuri pada jarak L 0,35 m adalah 593 nm

dengan ketidakpastian ±3 nm dan jarak L 0,82 m adalah 591 dengan

ketidakpastian ±1 nm. Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk

Merkuri (terlampir), pada warna kuning nilai panjang gelombangnya

adalah 576 nm [Tim Penyusun, 2014].


48

Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa dengan jenis lampu lucutan

yang sama, kisi yang digunakan sama, spektrum kuning pada orde

pertama namun jarak L yang di ubah nilainya tampak bahwa jarak P

juga berubah. Semakin jauh jarak antara kamera dan lampu (L), maka

semakin jauh pula jarak dari terang pusat ke spektrum kuning lampu

lucutan merkuri (P). Nilai panjang gelombang untuk warna kuning

pada lampu merkuri meskipun semakin besar jarak L, dan semakin

besar pula jarak Pnya namun nilai λ nya sama.

b) Variasi kisi terhadap panjang gelombang

Jumlah celah pada keping kisi yang digunakan diganti dari 100

celah/mm menjadi 300 celah/mm. Jenis lampu lucutan yang

digunakan juga sama yaitu merkuri. Oleh karena itu, pengaruh

banyaknya kisi yang digunakan terhadap nilai panjang gelombang

dapat dilihat berdasarkan hasil analisis foto spektrum kuningnya

seperti yang tercantum pada Tabel 4.4.


49

Tabel 4.4. Hasil variasi jumlah celah pada kisi terhadap

panjang gelombang spektrum kuning pada lampu lucutan gas

merkuri


n = 1

Spektrum = Kuning lampu merkuri

Panjang Gelombang Kuning Lampu Merkuri Ref = 576 nm

No. Kisi

(celah/mm)

Jarak L

(m)

Jarak P

(m)

Panjang

Gelombang (nm)

1 100 0,35 0,02 593 ± 3

2 300 0,39 0,07 594 ± 1

Dalam penelitian ini, dilakukan variasi jumlah celah tiap

milimeter pada kisi dari 100 celah/mm menjadi 300 celah/mm.

Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu merkuri. Kamera yang

digunakan yaitu Canon EOS 70 D. Sedangkan jarak L yang digunakan

seharusnya tetap, namun pada penelitian ini jarak L 0,35 m dan 0,39

m digunakan karena keterbatasan alat ketika digunakan untuk

memfoto spektrum pada kisi 100 celah/mm. Pada kisi 300 celah/mm

digunakan jarak L 0,39 m karena ketika menggunakan jarak yang

sama pada kisi 100 celah/mm hasil fotonya kurang fokus sehingga

letak kamera sedikit dijauhkan dari lampu namun jarak Lnya tidak

jauh berbeda dengan jarak L pada kisi 100 celah/mm. Sehingga

diharapkan meskipun jarak L pada kisi 100 celah/mm dengan 300

celah/mm selisih 2 cm, hal ini bisa dilihat pengaruh kisi terhadap jarak

P dan nilai panjang gelombang.


50


panjang gelombangnya pada masing-masing kisi dan nilai

ketidakpastiannya. Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai panjang

gelombang kuning lampu merkuri pada kisi 100 celah/mm adalah 593

nm dengan ketidakpastiannya ±3 nm dan kisi 300 celah/mm adalah

594 nm dengan ketidakpastiannya ±1 nm. Sedangkan menurut

Grotrian Diagram untuk Merkuri (terlampir), pada warna kuning nilai

panjang gelombangnya adalah 576 nm [Tim Penyusun, 2014].

Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa pada jenis lampu lucutan yang

sama, jarak L sama, spektrum kuning pada orde pertama namun

jumlah celah pada kisi yang di ubah, tampak bahwa jarak P juga

berubah. Semakin banyak celah pada kisi yang digunakan (d), maka

semakin jauh pula jarak dari terang pusat ke spektrum kuning lampu

lucutan merkuri (P). Hal ini dapat dibuktikan jika mula-mula jumlah

celah pada kisi adalah 100 celah/mm diganti menjadi 3 kali lipatnya

yaitu 300 celah/mm, maka nilai jarak P juga akan berubah menjadi 3

kali lipatnya dimana jarak P mula-mula adalah 0,02 m berubah

menjadi 0,07 m. Nilai panjang gelombang untuk warna kuning pada

lampu merkuri meskipun semakin banyak jumlah celah tiap milimeter

pada kisi, dan semakin besar pula jarak Pnya namun nilai λ nya sama.


51

c) Variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang gelombang

Jenis lampu lucutan yang digunakan diganti menjadi helium dan

neon. Kamera yang digunakan juga berbeda dengan penelitian

sebelumnya yaitu menggunakan Fujifilm XS-1. Hal ini karena adanya

keterbatasan alat sebelumnya ketika digunakan untuk memfoto

spektrum cahaya pada kedua jenis lampu ini.

Kisi yang digunakan adalah 600 celah/mm. Jarak L yang

digunakan adalah 0,075 m sedangkan spektrum yang di analisis hanya

orde pertama. Hal ini dikarenakan spektrum yang tampak hanya satu

orde saja. Adapun spektrum yang digunakan sebagai pembanding

adalah spektrum kuning. Hal ini karena spektrum kuning merupakan

salah satu warna yang sama yang menjadi spektrum penyusun masing-

masing lampu tersebut Oleh karena itu, pengaruh beda jenis lampu

lucutan yang digunakan terhadap nilai panjang gelombang dapat

dilihat berdasarkan hasil analisis foto spektrum kuningnya seperti

yang tercantum pada Tabel 4.5.


52

Tabel 4.5. Hasil variasi jenis lampu lucutan terhadap panjang

gelombang spektrum kuning pada jarak L dan kisi yang sama

Kisi = 600 celah/mm

L = 0,075 m

Spektrum = warna kuning

n = 1

Kamera = FujiFilm X-S1

No.

Jenis

Lampu

Lucutan

Jarak P

(m)

Panjang

Gelombang

(nm)

Panjang

Gelombang

Ref (nm)

1. Helium 0,03 586 ± 5 588

2. Neon 0,04 587 ± 14 598

Dari tabel 4.5 dapat dilihat bahwa terdapat kesamaan spektrum

penyusun antara lampu lucutan helium dan neon. Karakteristik lampu

lucutan helium adalah terdiri dari warna ungu, biru, hijau kuning dan

merah. Sedangkan karakteristik lampu lucutan neon adalah terdiri dari

spektrum kuning dan merah. Spektrum kuning merupakan salah satu

warna yang sama dari kedua jenis lampu tersebut. Sehingga warna

kuning digunakan sebagai pembandingnya pada penelitian ini.


panjang gelombangnya pada masing-masing jenis lampu lucutan dan

nilai ketidakpastiannya. Dari hasil perhitungan, diperoleh dari nilai

panjang gelombang kuning pada lampu helium yang berjarak L 0,50

m adalah 586 nm dengan ketidakpastiannya ±5 nm dan lampu neon

yang berjarak L 0,48 m adalah 587 nm dengan ketidakpastiannya ±14


53

nm. Sedangkan menurut Grotrian Diagram untuk Helium (terlampir),

pada warna kuning nilai panjang gelombangnya adalah 588 nm [Lo

Presto, 1998] dan untuk warna kuning pada Neon nilai panjang

gelombangnya adalah 598 nm [Deomedes et al, 2012].

Dari tabel 4.5 dapat dilihat pula bahwa meskipun kamera, orde,

kisi dan jarak L yang digunakan sama namun jenis lampu yang

digunakan berbeda, namun pengaruhnya terhadap nilai jarak P nya

terdapat selisih jarak 1 cm. Panjang gelombang spektrum kuning pada

lampu lucutan helium sebenarnya berbeda dengan lampu lucutan

neon. Hal ini karena jenis lampu lucutan yang digunakan juga

berbeda. Daya pisah antar spektrum sangatlah kecil sehingga

mengakibatkan warna-warna spektrtum terlihat bercampur. Selain itu,

pada lampu lucutan neon terdapat kesulitan untuk memfoto spektrum

cahayanya karena keterbatasan alat.

c. Perhitungan nilai tenaga yang dipancarkan (ΔE)

1) Nilai tenaga yang dipancarkan pada jenis lampu yang sama

Dari nilai panjang gelombang yang sudah diperoleh, maka dengan

persamaan (13) dapat dihitung nilai tenaga yang dipancarkanuntuk

memancarkan atom pada saat proses deeksitasi (ΔE). Lampu lucutan

merkuri digunakan sebagai contoh data sedangkan data selengkapnya

sudah tercantum pada lampiran. Oleh karena itu, pengaruh nilai

panjang gelombang terhadap nilai tenaga yang dipancarkan pada

lampu lucutan merkuri, hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.6.


54

Tabel 4.6. Hasil pengaruh nilai panjang gelombang terhadap

tenaga yang dipancarkan

Kisi = 100 celah/mm

Sumber = Lampu Lucutan Merkuri

L = 0,35 m

Warna Jarak P

(m)

Orde

ke λ (nm)

λ ref

(nm) ΔE (eV)

Kuning 0,020 1 593 ± 3 579 2,10 ± 0,01

Hijau 0,019 1 557 ± 3 492 2,20 ± 0,01

Ungu 0,015 1 443 ± 5 366 2,80 ± 0,03

Dari tabel 4.6 satu nilai panjang gelombang akan digunakan

sebagai contoh perhitungan yaitu pada spektrum kuning lampu lucutan

merkuri yang berkisi 100 celah/mm, berjarak L 0,35 m dan pada orde

pertama. Panjang gelombang tersebut adalah 593 dengan

ketidakpastian sebesar ± 3 nm. Perhitungan tenaga yang dipancarkan

adalah sebagai berikut:

ΔE = ℎ 𝑐

𝜆

ΔE = 4,136 𝑥 10−15 𝑥 3 𝑥 108

593 𝑥 10−9 𝑒𝑉.𝑠 .𝑚𝑠−1

𝑚

ΔE = 2,10 eV

Nilai ketidakpastian dari tenaga yang dipancarkan pada spektrum

kuning diperoleh dari:

Ketidakpastian : δE = 𝛥𝐸 . 𝛥𝜆 .

𝜆

δE= 2,09 . 3 .

593

δE = 0,01 eV


55

Dari hasil perhitungan yang telah dicantumkan ke dalam tabel 4.6,

dapat dilihat bahwa pada lampu lucutan merkuri, pengaruh nilai

panjang gelombang λ yang semakin kecil, maka nilai ΔE nya semakin

besar. Hal ini dikarenakan pada saat lampu lucutan dinyalakan, terjadi

proses pelepasan (eksitasi) dan penyerapan (deeksitasi) atom-atom

yang diskrit dari tingkat energi terendah ke tingkat yang lebih tinggi.

Atom-atom gas tersebut mengalami proses deeksitasi karena

elektron ditembakkan dipercepat dengan tegangan tinggi dalam

tabung lampu lucutannya. Cahaya yang dipancarkan oleh sumber

demikian tidak terdiri atas spektrum yang kontinu. Sehingga ketika

cahaya dari lampu tersebut melewati kisi dengan jumlah celah yang

banyak tiap milimeternya, maka dalam hal ini adalah atom, akan

terdifraksi sehingga membentuk spektrum-spektrum cahaya. Namun,

spektrum tersebut hanya terdiri atas panjang gelombang tertentu yang

merupakan karakteristik atom dalam sumber tersebut [Johan, 2008].

Karakteristik dari lampu lucutan merkuri terdiri atas spektrum

kuning, hijau, dan ungu. Spektrum penyusun lampu lucutan merkuri

ini berbeda dengan spektrum penyusun lampu lucutan helium dan

neon. Hal ini dikarenakan karakteristik dari masing-masing lampu

tersebut juga berbeda.

2) Nilai tenaga yang dipancarkan pada jenis lampu yang berbeda

Dari nilai panjang gelombang yang sudah diperoleh, maka dengan

persamaan (13) dapat dihitung nilai ΔE nya. Spektrum warna kuning


56

pada lampu lucutan helium dan neon digunakan sebagai contoh

data sedangkan data selengkapnya sudah tercantum pada lampiran.

Oleh karena itu, pengaruh jenis lampu lucutan yang berbeda terhadap

nilai tenaga transisinya, hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.7.

Tabel 4.7. Pengaruh jenis lampu yang berbeda terhadap ΔE

Kisi = 600 celah/mm

Spektrum = warna kuning

L = 0,075 m

Jenis

Lampu

Lucutan

Jarak P

(m)

Orde

ke λ (nm)

λ ref

(nm) ΔE (eV)

Helium 0,026 1 586 ± 5 588 2,12 ± 0,02

Neon 0,040 1 587 ± 14 598 2,11 ± 0,05

Untuk menghitung nilai tenaga yang dipancarkan digunakan cara

yang sama, sehingga perhitungan ΔE untuk masing-masing spektrum

warna pada masing-masing jenis lampu selengkapnya tercantum pada

lampiran.

Dari hasil perhitugan yang telah dicantumkan ke dalam tabel 4.7,

dapat dilihat bahwa nilai ΔE spektrum kuning pada lampu neon dan

lampu helium berbeda. Hal ini dikarenakan nilai panjang gelombang

pada spektrum kuning lampu helium berbeda dengan lampu neon

karena jenis lampunya juga berbeda. Oleh sebab itu, pada jenis lampu

lucutan berbeda, tenaga yang dipancarkan juga berbeda sehingga

mengakibatkan nilai panjang gelombangnya juga berbeda.


57

B. Pembahasan

Panjang gelombang λ adalah jarak ketika pola gelombang itu berulang

(Young dan Freedman, 2003). Pola gelombang dalam penelitian ini berupa

spektrum cahaya. Untuk bisa menentukan nilai panjang gelombang maka

diperlukan alat untuk melihat spektrum cahaya dari sebuah sumber cahaya

yang digunakan. Spektrum cahaya yang terdiri dari beberapa warna ini akan

berulang pada jarak berikutnya. Pengulangan warna ini disebut dengan orde.

Pada penelitian ini digunakan lampu lucutan sebagai sumber cahaya.

Kemudian digunakan kisi difraksi untuk menguraikan atau memisahkan

cahaya tersebut dengan cara mendifraksikannya menjadi warna-warna atau

spektrum penyusun lampu tersebut (Tipler, 2001). Selanjutnya digunakan

kamera untuk melihat atau memfoto spektrum cahaya penyusun lampu.

Lampu lucutan yang digunakan dalam penelitian ini ada 3 jenis, yaitu

merkuri, helium dan neon. Sedangkan kamera yang digunakan ada 2 buah

yaitu Canon 70 D dan Fujifilm X-S1.

Pengukuran panjang gelombang spektrum cahaya lampu lucutan gas

merkuri yang dihasilkan kisi difraksi di analisis menggunakan aplikasi video

analyzer pada software Logger Pro. Selama percobaan dilakukan, pada layar

LCD kamera terlihat beberapa orde warna-warna spektrum cahaya secara

berurutan dengan cahaya lampu warna putih sebagai terang pusatnya.

Beberapa orde warna-warna spektrum cahaya tersebut kemudian difoto

menggunaka

PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU …cahaya seperti yang terjadi pada pelangi yaitu...

Documents

Transcript of PENENTUAN NILAI PANJANG GELOMBANG DARI LAMPU …cahaya seperti yang terjadi pada pelangi yaitu...