Identifikasi spektrometri

JURNAL PRAKTIKUM GELOMBABG- Spektrometer

Abstrak-Judul dari percobaan ini yaknisepktrometer dan tujuan dari percobaan ini yakni untukmempelajari proses dispersi cahaya oleh prisma,menentukan indeks bias prisma dengan menggunakanprisma yang telah dikalibrasi, memntukan panjanggelombang lampu gas dengan prisma yang telah dialibrasidan menentukan jenis lampu gas yang digunakan.Percobaan ini dilakukan dengan persiapan alat dan bahandiantaranya satu set spektrometer (kolimator,teleskop danprisma), lampu gas unknown , lampu gas helium, step updan step dows transformator, rheostat (hambatan geser),power supply, lampu pijar, lalu dirangkai alat, dihidupkanlampu gas diamati spektrum yang terjadi lalu dukur besarsudut deviasi tiap spektrum lalu dihitung indeksbias dandiplotkan terhadap panjang gelombang ref, lalu dihitungpanjang gelombang dan ditentukan jenis gas dari hasiltersebut.dan dihasilkan bahwa indeks bias prisma yangdihasilakan rata-rata sebesar 1,88 dan panjang gelombanggas helium merah 1 706,3561 nm, merah 2 690,4226nm,kuning 632,5641nm, hijau 543,1964 nm, biru 501,0184nm,ungu 454,3872 nm.dan lampu gs unknown merah641,2735nm, orange 604,8311nm, kuning 589,3231nm hijau 1565,3311nm hijau 511,0944nm , biru 1 470,9674nm ,biru 2449,4292nm ungu 367,8844nm, dan lampu gas unknowntersebut cenderung ke lampu gas hidrogen.

Kata kunci – dispersi,indeks bias, panjang gelombang,spektrometer dll.

I. PENDAHULUAN

Cahaya merupakan bentuk materi yang tak bisadipisahkan dalam kehidupan manusia. Cahaya sendirisebagai gelombang memiliki panjang gelombang danfrekuensi. Dan akan terurai apabila menembus kaca ataubenda yang lain. Sehingga digunakan spektrometer untukmengukur spektrum tersebut . banyak sekali aplikasipenggunaan spektrometer misal sebagai analisa suatubahan atau yang lain. Hal ini dikarenakan suatu unsurmemiliki spektrum tersendiri sehingga bisa di ketahui darispektrum khasnya sehingga alasan percobaan inidilakukan bukan tidak lain untuk mempelajari spektrumkhas dari suatu unsur tersebut dengan spektrometersehingga dapat diketahui sifat-sifat unsur tersebut.

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetiksehingga memiliki banyak sifat . sifat cahay diantaranyasebagai gelombang itu sendiri yakni dapat dipantulkandimana fenomena ketika gelombang apapun mengenaipenghalang maka gelombang itu akan dipantulkan .pemantulan itu sendiri terdapat pemantulan secaraspekuler dan difusi. Dan terdapat fenomena lain sepertipembiasan yakni akibat cahay melewati dua medium yangberbeda sehingga dibelokkan. Dan masih banyak sifat lain

misal cahaya dihamburkan (dispersi), dipolarisasi, berinterferensi dan lain-lain [1].

Pada dasarnya cahay itu ttersendiri terdiri atascahaya monokromatik dan cahaya polikromatik. Cahayapolikromatik yakni cahay yang terdiri atas banyak warnamisal cahaya putih. Dan cahaya monokromatik yaknicahaya yang terdiri atas satu warna misal cahaya merah,cahaya biru dan lain lain[2].

sesuai dengan penjelasan sifat cahay diatas salahsatunya dibiaskan pada dasarnya bukan hanya sifatalamiah yang terjadi naumun merupakan hasilpengamatan dari seorang ilmuwan bernama snellius yangmencetuskan hukum snellius yang terdiri atas 2 hukumyang pertama tentang pemantulan yakni “ pemantulanterjadi pada bidang yang sama dan sudut datang samadengan sudut pantul” dan untuk hukum snellius yangkedua tentang pembiasan yang berbunyi perbandinganantara sinus datang dengan sinus bias selalu konstansehingga dihasilkan rumusan hukum snellius sebagaiberikut.

Gambar 1. Sistematika hukum snellius

............................................(1)

.................................(2)

...........................................(3)

.............................(4)

..........................,,,,,,,.(5)

SpektrometerAris Widodo,Farah Aulia,Depta mahardika M. zainuri

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh NopemberJl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected]


Sehingga karena n=c/v maka didapatkan

..........................................(6)

Selain itu juga terdapat juga prinsip huygen yangmenyatakan bahwa gelombang primer merupakan sumberterjadinya gelombang sekunder yang memiliki panjanggelombang sama dan kecepatan yang sama[3].

Lalu hal yang terpenting pada alat spektrometerterjadi proses pembiasan prisma sehingga pula terjadidispersi cahay polikromatik ke monokromatik denganrumusan sebagai berikut.

Gambar 2. Pembiasan pada prisma

Dari gambar diatas, besar sudut deviasi tergantungpada sudut datang nya sinar adalah

...............................(7)Jika sudut datang cahaya prisma sama dengan

sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau I1 = R2 = Idan I2 = R1 = r. dimana I adalah sudut datang cahaya danr adalah sudut bias cahaya pada prisma maka D = 2I -atau i = ½ (Dm + β). Berdasarkan hukum Snellius makadidapatkan persamaan berikut.

....................................(8)

......................(9)

Dengan n1 adalah indeks bias medium sekitarprisma, n2 adalah indeks bias prisma, β adalah sudutpembias prisma, dan Dm adalah sudut deviasi minimumprisma. Sehingga dilakukan percobaan untuk mengetahuiindeks bias prisma kaca menggunakan persamaan yangtersedia[4].

Lalu tak lupa spektrometer itu sendiri merupakanalat yang digunakan untuk mengukur panjang gelombangdidasaran pada sudut deviasinya[2].

II. METODE

Jenis praktikum spketrometer ini yakni bersifatkualitatif dan kuantitatif. Hal ini di karenakan untukkualitatif nantinya mengamati spektrum warna yangdihasilkan oleh spektrometer. Dan untuk kuantitatif yangmengukur besar sudut deviasi setiap spektrum warna yangnantinya digunakan untuk mencari besar panjanggelombang dan indeks bias.

Dan yang diukur pada percobaan spektrometerini yakni sudut deviasi prisma pada setiap spektrum warnayang dihasilkan oleh spektrometer pada setiap pengukuranspektrum suatu gas yang nantinya digunakan untukmencari panjang gelombang dan indeks bias prisma.

Metode pengambilan data yakni pertamadisiapkan alat dan bahan seperti satu set spektrometer(kolimator,teleskop dan prisma), lampu gas unknown ,lampu gas helium, step up dan step dows transformator,rheostat (hambatan geser), power supply, lampu pijar.Lalu perlatan dirangkai sebagai berikut.

Gambar 3. Rangkaian alat percobaan spektrometer

Setelah alat di rangkai ,lalu diletakkan lampu gasdidepan kolimator , dipasangkan pada jepitan yang ada,lalu dihubungkan dengan sumber tegangan dan dinyalakanlampu gas yang digunakan. Lalu diamati sinar yangdibiaskan oleh prisma dengan teleskop. Lalu ditentulansudut pelurus kolimator yang ditunjukkan pada skalavernier dengan teleskop lalu ditentukan besar sudutdeviasi yang ditunjukkan pada skala vernier denganteleskopuntuk spektrum warna dan dicatat hasilnya . laludiulangi poin ketujuh untuk spektrum warna yang lain dandicatat hasilnya.

Untuk validasi data , maka setiap pengambilannilai sudut deviasi pada setiap spektrum warna di ulangisebanyak 5 kali.

Untuk metode pengolahan data yakni data sudutdeviasi yang diperoleh lalu dirata-rata nilai sudut deviasilalu digunakan untuk mencari nilai indeks bias prismadengan menggunakan persamaan

2sin

2

minsin

D

n ..................................(3)

Setelah itu diplot nilai n dengan refrensi panjanggelombang yang telah dicari. Setelah itu diregresi linearsehingga didapatkan persamaan y= Ax+B dimana


sebanding pula dengan n = Aλ + B sehingga nilai panjanggelombang dapat dicari dengan persamaan

A

Bn ..................................................(4)

Lalu dihitung nilai error yakni dari hasil diatasmerupakan λ percobaan sehingga untuk pencarian errordengan persamaan

%100xerrorreferensi

referensipercobaan

.......(5)

Lalu untuk perlakuan gas unknown denganrumus regresi hasil plot lampu hidrogen digunakan untukmencari besar panjang gelombang gas unknown lalu dicarirefensi gas yang mirip lalu dicari besar errornya.

Sekema percobaan

Gambar 4. Skema percobaanIII. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan diatas didapatkan sudut pelurus283” dan data sudut deviasi dari kedua lampu yakni lampuhidrogen dan uknown sebagai berikut.

Gambar 5. Spektrum lampu helium

Gambar 6. Spektrum lampu unknown

Tabel 1. Hasil data percobaan untuk lampu hidrogen

Helium Sudut Deviasi (derajat)rata-rata

No warna 1 2 3 4 5

1 merah 1 78,4 78,4 78,3 78,3 78,2 78,32

2 merah 2 78,5 78,5 78,5 78,5 78,5 78,5

3 kuning 79,1 79,2 79,2 79,1 79,2 79,16

4 hijau 80,2 80,2 80,2 80,2 80,2 80,2

5 biru 80,7 80,7 80,7 80,7 80,7 80,7

6 ungu 81,3 81,3 81,2 81,3 81,2 81,26

Tabel 2. Data hasil percobaan untuk lampu unknown

uknown Sudut Deviasi (derajat)rata-rata

No warna 1 2 3 4 5

1 merah 79 79,2 79 79,1 79 79,062 orange 79,4 79,5 79,5 79,5 79,5 79,483 kuning 79,6 79,8 79,6 79,7 79,6 79,664 hijau 1 79,9 80 80 80 79,8 79,945 hijau 2 80,5 80,7 80,6 80,6 80,5 80,586 biru 1 81 81,1 81,1 81,1 81 81,067 biru 2 81,3 81,4 81,3 81,4 81,2 81,328 ungu 82,3 82,4 82,3 82,4 82,2 82,32


Lalu dicari besar indeks bias yang dihasilkanoleh tiap proses dispersi tiap lampu dengan persamaan (..)dengan sudut β = 30 derajat sehingga dihasilkan indeksbias sebagai berikut.

Tabel 3. Indeks bias prisma saat lampu helium

Heliumdeviasi rata-

rata

nindeksbiasNo warna

1 merah 1 78,32 1,87

2 merah 2 78,5 1,87

3 kuning 79,16 1,87

4 hijau 80,2 1,88

5 biru 80,7 1,88

6 ungu 81,26 1,89

Tabel 4. Indeks Bias saat lampu unknown

uknown

deviasi rata-rata indeks bias (n)No warna

1 merah 79,06 1,872 orange 79,48 1,883 kuning 79,66 1,884 hijau 1 79,94 1,885 hijau 2 80,58 1,886 biru 1 81,06 1,897 biru 2 81,32 1,898 ungu 82,32 1,89

Dengan menggunakan panjang gelombangreferensi sebagai berikut , lalu diplot grafik antara indeksbias dari proses dispersi gas helium dengan panjanggelombang referensi dihasilkan grafik seperti berikut.

Tabel 3. λ refensi untuk lampu helium

Heliumλ refensi

No warna

1 merah 1 667,815

2 merah 2 665,9

3 kuning 587,562

4 hijau 501,567

5 biru 471,314

6 ungu 447,148

Gambar 1. Grafik gas helium dengan indeks biasDari data diatas didapatkan sebuah persamaan

regresi linear yakni y=-0,00007x+1,9186 maka denganpersamaan (..) bisa didapatkan besar panjang gelombangpercobaan gas helium sebesar dan besar error denganpersamaan ()

Tabel 7. Besar panjang gelombang helium danerror

warna λ refensi (nm) λ percobaan (nm)error

merah 1 667,815 706,35615,77%

merah 2 665,9 690,42263,68%

kuning 587,562 632,56417,66%

hijau 501,567 543,19648,30%

biru 471,314 501,01846,30%

ungu 447,148 454,38721,62%

Dengan persamaan regresi yang digunakan padagas helium , maka digunakan untuk mengidentifikasi padagas unknown sehingga dihasilkan panjang gelombang darigas unknown sebagai berikut dan cocok dengan gashidrogen

Tabel 8. Data panjang gelombang gas hidrogen

warna λ percobaan λ ref kira2 (hidrogen)

merah 641,2735 625-740

orange 604,8311 590-625

kuning 589,3231 565-590

hijau 1 565,3311 520-565

hijau 2 511,0944 500-520

biru 1 470,9674 435-500

biru 2 449,4292 435-501

ungu 367,8844 380-435

Dan dihasilkan error sebesar


Tabel 9. Errror lamda gas unknown matchinggas hidrogen

warnaΛ

percobaanΛlampu hidrogen

mean λgas hidrogen error

merah 641,2735 625-740 682,5 6,04%

orange 604,8311 590-625 607,5 0,44%

kuning 589,3231 565-590 577,5 2,05%

hijau 1 565,3311 520-565 542,5 4,21%

hijau 2 511,0944 500-520 510 0,21%

biru 1 470,9674 435-500 467,5 0,74%

biru 2 449,4292 435-500 467,5 3,87%

ungu 367,8844 380-435 407,5 9,72%

Percobaan ini dengan menggunakan lampu gasjenis polikromatik karena cahaya dari lampu ini bisaterurai menjadi banyak-banyak warna atau spektrumwarna yang khas dari setiap gas yang berbeda. Sehinggauntuik mengamati hal tersebut digunakanlah spektrometersebagai alat yang digunakan untuk menganalisa haltersebut. Hal ini dikarenakan adanya prisma padaspektrometer sebagai alat pendispersi cahaya sehinggagaris besar peristiwa pada spektrometer itu yakni mula-mula tabung lampu gas di hubungkan pada sumbertegangan maka akan timbul elektron yang bergerak karenabeda potensial tersebut atau timbul arus listrik laluelektron yang bergerak tersebut menumbuk elektronn darilampu gas tersebut sehingga elektron tersebut berpindahdari anoda ke katoda sehingga ketika peristiwaperpindahan tersebut elektron akan memancarkan cahayasehingga lampu gas pun muncul cahaya. Setelah itucahaya lampu gas masuk ke kolimator lalu disejajarkanlalu untuk masuk ke celah/kisi agar lebih fokus. setelahitu cahay tersebut masuk ke prisma karena terdapatperbedaan indeks bias atau juga kerapatan mediumsehingga cahaya tersebut dibiaskan karena cahaya tersebutmemiliki banyak tingkat tingkat energi sehingga ketikakeluar dari prisma maka akan terpisah menjadi tingkatan-tingkatan energi yang memiliki spectrum berbedasehingga hasil keluaran dari spektrometer ini berupaspektrum warna yang terdiri dari beberapa kumpulanwarna. Dan setiap spektrum tersebut memiliki sudutdeviasi berbeda-beda sebesar seberapa dibelokkan darigaris normalnya akbiat pengaruh pembiasan karenaperbedaan tingkat energi. Ururtannya seperti urutanpelangi mejikuhibiniu. Merah panjang gelombangnyapaling besar dan ungu paling kecil.kalau energinya palingbesar merah lalu ke ungu.

Setelah itu dianalisa data , sesuai dengan datadiatas bahwa sudut deviasi dari sinar merah lebih kecildaripada sudut deviasi sinar ungu , dari penjelasan semulabahwa urutan merah paling dekat dengan garis normal dancahaya ungu paling jauh dari garis normal sehingga sudutdeviasinya paling besar. Dan setelah diolah ketemu indeksbias besar rata-rata sekitar 1,88 ternyata terdapat nilaiindeks bias yang berbeda hal tersebut dikaibatkan pertama

indeks bias juga dipengaruhi geometeris kacan yangdikenai cahaya apabila prisma kaca tersebut berubahgeomatersinya misal retak atau kusam maka akanmempengaruhi besar indeks biasnya karena strukturnyasudah tak rata lagi. Dan faktor lain bahwa indeks bias itubisa berubah namun kecil sekali karena sesuai hukumsnellius yakni n=c/v maka bergantung frekuensigelombang datang tapi perubahan itu sangat kecilsehingga dianggap indeks bias tetap segitu.

Untuk hubungan sudut deviasi –indeks bias –panjang gelombang, semakin besar sudut deviasi makasemakin besar indeks bias karena sesuai formulapembiasan prisma bahwa sebanding nilainya namunperubahan indeks bias sangatlah kecil , dan bisa dilihatdari tabel perhitungan bahwa indeks bias warna ungulebih besar dari semua hal ini dikarenakan warna ungupanjang gelombangnya kecil sehingga frekuensinya kecilmaka dengan hubungan n=c/v maka n akan semakin besar.

Untuk analisa besar panjang gelombang ternyatadihasilkan besar panjang gelombang yang memilikiperbedaan kecil dengan referensinya , hal ini dikarenakanpengukuran dilakukan dengan benar sehingga besarnyamendekati untuk error yang dihasilkan dikarenakanbeberapa human error karena pembacaan sudut deviasiyang kurang cermat (kesalahan paralaks).

Untuk analisa grafik ternyata hubungan antaraindeks bias dengan panjang gelombang ternyata lineardengan kemniringan yang menandakan kenaikan yangsebanding namun dilihat dari skala bahwa kenaikanttersebut kecil sekali. Karena hubungan linear tersebutmaka bisa digunakan untuk menganalisa spektrumgeleombang gas lain karena besarnya perbuhan tersebuthanya dipengaruhi besar frekuensi gelombang.karenasetiap warna monokromatik memiliki range panjanggelombang yang sama maka bisa dibuat acuan. Danternyata dengan metode tersebut lampu gas unknowndengan menguunkana penyocokan data didapt bahwa gastersebut merupakan gas hidrogen.

IV. KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan spektrometer iniyakni bahwa indeks bias prisma yang dihasilakan rata-ratasebesar 1,88 dan panjang gelombang gas helium merah 1706,3561 nm, merah 2 690,4226nm, kuning 632,5641nm,hijau 543,1964 nm, biru 501,0184nm, ungu 454,3872nm.dan lampu gs unknown merah 641,2735, orange604,8311, kuning 589,3231 hijau 1 565,3311 hijau511,0944 biru 1 470,9674 biru 2 449,4292 ungu367,8844nm, dan lampu gas unknown tersebut cenderungke lampu gas hidrogen.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asistenlaboratorium gelombang untuk percobaan spektrometerfarah auliah dan depta mahardika bersedia membantu baik


pada saat sebelum,sedang dan setelah dilaksanakannyapercobaan. Penulis juga mengucapkan terima kasihkepada rekan satu kelompok atas kerja samanya dalammelaksanakan praktikum.

DAFTAR PUSTAKA[1] Alonso,Fundamental Physics.New york:John willey,1980.[2] Depta,Jurnal spektrometer radiasi.Surabaya:ITS,2002.[3] Giancoli,Fisika jilid 2.Jakarta:Erlangga,2001.[4] Tipler,Fisika untuk Sains Teknik.Jakarta:Erlangga,2001.

Education

Identifikasi spektrometri