LAPORAN PRAKTIKUM Pengukuran Panjang Gelombang Laser

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM Pengukuran Panjang Gelombang Laser Nama : Ari Kusumawardhani NPM : Fakultas : Teknik Departemen/Prodi : Teknik Sipil/Teknik Sipil Kelompok Praktikum : 9 Kode Praktikum : OR01 Pengukuran Panjang Gelombang Laser Minggu Percobaan : Pekan 3 Tanggal Praktikum : 19 Maret 2015 Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD) Universitas Indonesia Depok 2015

2 I. Tujuan Mengukur panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi difraksi II. Alat Piranti laser dan catu daya Piranti pemilih otomatis kisi difraksi (50 slit/ 1mm) Piranti scaner beserta detektor fotodioda Camcorder Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis III. Teori Kisi difraksi atau dapat pula disebut kisi interferensi terdiri dari banyak kisi paralel yang dapat mentransmisikan berkas cahaya melewati kisi-kisinya. Kisi seperti ini disebut pula sebagai kisi transmisi. Jika kisi difraksi disinari dengan berkas cahaya paralel maka sinar-sinar yang ditransmisikan oleh kisi dapat berinteferensi (Gbr.1). Sinar-sinar yang tidak mengalami deviasi ( θ = 0º) berinterferensi konstruktif menghasilkan berkas yang tajam (maksimum/ puncak) pada pusat layar. Interferensi konstruktif juga terjadi pada sudut θ ketika sinarsinar mempunyai selisih panjang lintasan Δl = mλ, dimana m merupakan bilangan bulat. Jadi jika jarak antar kisi adalah d (Gbr.1.) maka Δl = d sin θ, sehingga [1] dengan m = 1, 2, 3,... Gbr.1. Diagram difraksi pada kisi difraksi

3 IV. Teori Tambahan Cahaya merupakan sebuah gelombang. Hal tersebut diterangkan oleh Charles Huygens. Menurut Prinsip Huygens, setiap titik pada suatu gelombang adalah pusat gelombang sekunder yang memancarkan gelombang baru ke segala arah dengan kecepatan yang sama. Hal tersebut akan terjadi jika cahaya bergerak pada medium yang sama. Jika terdapat medium yang berbeda cahaya akan dipantulkan dan jika melewati medium tersebut maka kecepatan akan berubah. Cahaya akan bergerak mendekati garis normal dari sudut datang (θ), apabila medium yang dilewati lebih rapat. Dengan kata lain, panjang gelombang (λ) berbanding lurus dengan kecepatan gerak cahaya. Hal tersebut diknal dengan refraksi atau pembiasan. Contoh dari prinsip tersebut adalah pelangi. Pelangi adalah contoh dari interferensi konstruktif. Ketika sebuah gelombang dengan panjang sebesar λ melewati celah-celah sempit yang memiliki jarak di antara keduanya sebesar d akan terjadi difraksi. Difraksi adalah pembelokan cahaya yang melewati suatu penghalang atau celah. Semakin lebar jarak d, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Sebaliknya, semakin sempit jarak d, maka difraksi akan jelas terlihat. Celah tersebut akan berperan sebagai titik pusat gelombang yang memancarkan gelombang baru, seperti yang ditunjukkan oleh Gbr 2. Gbr. 2. Difraksi suatu gelombang Ketika suatu celah transmisi disinari, maka setiap celah akan menjadi sumber cahaya baru atau pusat gelombang baru. Setiap celah akan menghasilkan difraksi, dan dari setiap difraksi tersebut akan menghasilkan suatu pola. Pola tersebut akan

4 terlihat seperti garis-garis gelap dan terang. Garis terang disebut dengan maxima, sedangkan garis gelap disebut dengan minima. Jika kita mengganti celah tersebut dengan jumlah yang lebih banyak, maka disebut kisi difraksi. Kisi difraksi terdiri dari ribuan celah paralel yang sama pada sebuah medium, seperti keeping kaca. Biasanya jumlah celah tersebut adalah untuk setiap millimeter. Cahaya yang melewati kisi tersebut akan memiliki interferensi yang jauh lebih sempit sehingga menghasilkan maxima yang sangat sempit seperti garis. Maxima tersebut dipisahkan oleh minima yang lebar. Kisi difraksi tersebut akan membentuk suatu pola dari maxima dan minima terbentuk. Dari maxima yang ada dapat dihitung panjang gelombang cahaya tersebut dengan menggunakan persamaan: d sinθ = mλ d adalah jarak antar kisi, θ adalah sudut yang dibentuk antara titik pusat kisi dengan suatu titik P, λ adalah panjang gelombang, dan m adalah orde dari maxima (m = 0, ±1, ±2, ±3, ). Nilai m = 0 adalah terang pusat. Gbr. 3. Intensitas kisi difraksi

5 V. Cara Kerja Eksperimen pengukuran panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi difraksi pada rlab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol link rlab di halaman jadual. Langkah kerja eksperimen harus mengikuti prosedur yang telah ditentukan yaitu berupa : 1. Mengklik tombol link rlab di halaman terjadwal. 2. Login dengan account rlab 3. Mengaktifkan webcam 4. Memasang kisi dengan mengklik icon set 5. Menghidupkan power supply 6. Melakukan scanning intensitas pola difraksi dengan mengklik icon ukur 7. Memindahkan hasil pengamatan dari rlab dengan mengklik simpan ke Excel Penyetingan peralatan rlab berlangsung secara otomatis ketika praktikan menjalankan prosedur kerja.

6 VI. Data Percobaan No Posisi Intensitas (mm)

7

8

9

10

11

12

13

14

15 0 14,08 28,16 42,24 56,32 70,4 84,48 98,56 112,64 126,72 140,8 154,88 168,96 183,04 197,12 211,2 225,28 239,36 253,44 267,52 281,6 295,68 309,76 323,84 337, ,52 29,04 43,56 58,08 72,6 87,12 101,64 116,16 130,68 145,2 159,72 174,24 188,76 203,28 217,8 232,32 246,84 261,36 275,88 290,4 304,92 319,44 333,96 348,48 VII. Tugas & Evaluasi 1. Dari data eksperimen yang diperoleh, buatlah grafik intensitas pola difraksi ( I, pada eksperimen dinyatakan dalam arus sebagai fungsi dari posisi (x), I vs x ). 6 Intensitas Pola Difraksi Berdasarkan spektrum yang diperoleh, tentukan letak terang pusat (m = 0), intensitas maksimum orde pertama (m = 1), orde ke-2, orde ke-3 dst. Berilah bilangan orde pada grafik tersebut untuk setiap intensitas maksimum pola difraksinya Intensitas Pola Difraksi 2 1 Maks

16 3. Ukurlah jarak antara terang pusat dan intensitas maksimum setiap orde untuk menentukan sudut difraksi θ tiap-tiap orde. Pada eksperimen ini, jarak antara kisi difraksi dengan detektor sebesar L = (130 ± 1 ) cm = m. λ = Sin θ = Keterangan: p = Jarak pita gelap / terang ke-n dari pusat (1300 mm) d = Lebar celah pada kisi (mm) l = Jarak celah ke layar (mm) m = Orde (1, 2, 3,...) λ = Panjang gelombang laser (mm) θ = Sudut deviasi / sudut pembelokan cahaya ( ) Posisi Terang Pusat : 177,76 mm Orde Posisi Kanan Posisi Kiri 1 219,12 135, ,48 94, ,28 51,92 a. Jarak Orde 1 Jarak 1 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 1 Kanan = 177,76 219,12 = 41,36 Jarak 2 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 1 Kiri = 177,76 135,96 = 41,8mm Jarak terang pusat ke intensitas maksimum orde ke-1 adalah :

17 p = = 41,58 mm Sudut difraksi intensitas maksimum orde ke-1 adalah : Sin θ = θ = Sin -1 θ = Sin -1 θ = 1,832 o b. Jarak Orde 2 Jarak 1 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 2 Kanan = 177,76 260,48 = 82,72 mm Jarak 2 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 2 Kiri = 177,76 94,16 = 83,6 mm Jarak terang pusat ke intensitas maksimum orde ke-1 adalah : p = = 83,16 mm Sudut difraksi intensitas maksimum orde ke-1 adalah : Sin θ = θ = Sin -1 θ = Sin -1 θ = 3,667 o

18 c. Jarak Orde 3 Jarak 1 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 3 Kanan = 177,76 302,28 = 124,52 mm Jarak 2 = Posisi Terang Pusat Posisi Intensitas Maksimum Orde 3 Kiri = 177,76 51,92 = 125,84 mm Jarak terang pusat ke intensitas maksimum orde ke-1 adalah : p = = 125,18mm Sudut difraksi intensitas maksimum orde ke-1 adalah : Sin θ = θ = Sin -1 θ = Sin -1 θ = 5,526 o 4. Buatlah grafik sin θ sebagai fungsi orde difraksi (sin θ vs m) dan hitunglah panjang gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien garis yang diperoleh. Orde (m) θ Sin θ 1 1,832 o 0, ,667 o 0, ,526 o 0,096

19 0,12 Grafik Hubungan Orde (m) dan Sin θ 0,1 0, ,08 0,06 0, ,04 0,02 0, Panjang Gelombang (λ) sinar laser berdasarkan gradien garis (metode least square) Sin θ = m Y = m x ± a Tabel Least Square i X Y X 2 Y 2 XY , , , , , , , , , , , ,44873 m = = = 0, a = = = - 0, Jadi persamaan yang didapat Y = 0, X ± (- 0, )

20 d = mm mm Panjang Gelombang (λ) λ = m. d = 0, ,00002 = 6, m 5. Jika sin θ didekati oleh tan θ, hitunglah λ dengan cara yang sama seperti pada evaluasi no. 4. Berapa penyimpangan relatif λ hasil pendekatan ini terhadap perhitungan λ yang diperoleh pada evaluasi no.4. Tabel Hubungan Orde dan Tan θ Orde (m) θ Tan θ 1 1,832 o 0, ,667 o 0, ,526 o 0, ,12 Grafik Hubungan Orde (m) dan Tan θ 0,1 0, ,08 0,06 0, ,04 0,02 0,

21 Tabel Least Square i X Y X 2 Y 2 XY , , , , , , , , , , , ,45036 m = = = 0,03238 a = = = -0, Jadi persamaan yang didapat Y = 0,032 X ± (-0, ) Panjang Gelombang (λ) λ = m. d = 0, ,00002 = 6, m Sehingga penyimpangan relatif λ hasil pendekatan dengan tan θ terhadap perhitungan λ dengan menggunakan sin θ sebesar : Penyimpangan Relatif :

22 VIII. Analisis Data Percobaan OR-01 dengan judul Pengukuran Panjang Gelombang Laser dilakukan secara online melalui remote laboratory (R-Lab) yang dapat diakses melalui url Percoban OR-01 bertujuan untuk mengukur panjang gelombang laser dengan menggunakan kisi difraksi yang telah disediakan. Praktikan melaksanakan praktikumnya dengan cara mengeklik tombol-tombol yang ada pada situs tersebut sesuai dengan prosedur yang ada. Percobaan dimulai dengan memasang kisi. Kisi yang dipasang dipastikan telah terpasang dengan benar agar data yang dihasilkan tepat. Setelah kisi terpasang dengan baik, kemudian dilakukan scanning intensitas cahaya oleh sensor cahaya. Dari hasil scanning tersebut diperoleh letak terang dan gelap. Data praktikum yang diperoleh adalah sebanyak 817 buah dengan posisi dari 0 sampai dengan 359,04 mm dan intensitas yang beragam. Setelah itu data diolah dan salah satu hasil olahannya adalah berupa grafik. Dari grafik tersebut kita dapat melihat dengan jelas letak intensitas maksimum dan orde-oredenya. Orde 0 diperoleh pada posisi 177,76 mm dengan intesitas sebesar 4,96. Orde 1 di kanan dan dikiri diperoleh pada posisi 219,12 mm dan 135,96 mm dengan intensitas sebesar 1,96. Orde 2 di kanan dan dikiri diperoleh pada posisi 260,48 mm dan 94,16 mm dengan intensitas sebesar 1,50 dan 1,96. Dan yang terakhir orde 3 di kanan dan dikiri diperoleh pada posisi 302,28 mm dan 51,92 mm dengan intensitas sebesar 0,32 dan 1,96. Jarak setiap orde terhadap orde 0 dapat diketahui dengan menggunakan rumus Sin θ = Y/L. Semakin besar ordenya, semakin besar jaraknya dengan terang pusat, semakin besar juga sudut yang dihasilkannya. Nilai θ digunakan untuk menghitung panjang gelombang yang ada. Dikarenakan menggunakan celah yang kecil, maka sudut yang dihasilkan jugalah kecil. Hal tersebut menyebab besarnya Sinθ Tanθ, sehingga penyimpangan yang terjadi besarnya mendekati 0. Berdasarkan hasil pengolahan data, panjang gelombang yang diperoleh adalah sebesar 6, m dengan besar penyimpangan relatif sebesar 0,673 %. Grafik yang pertama menunjukan hubungan antara posisi dan intensitas yang didapatkan dari percobaan. Pada grafik tersebut terlihat beberapa puncak yang menunjukan letak titik terang dan titik terendahnya yang menunjukan titik-titik

23 gelapnya. Sehingga dari grafik tersebut dapat ditunjukan posisi-posisi ordenya seperti yang ditunjukan juga pada grafik yang kedua. Sedangkan grafik ketiga dan keempat masing-masing menunjukan hubungan antara orde dengan sin θ dan tan θ nya. Dari grafik tersebut terlihat bahwa semakin besar ordenya (m) maka sin θ dan tan θ juga semakin besar. IX. Kesimpulan 1. Jika ada cahaya yang menyinari suatu celah-celah sempit akan terjadi difraksi yang akan membentuk suatu pola yang terdiri dari titik terang dan titik gelap. 2. Panjang gelombang laser (λ) dapat diukur menggunakan metode kisi difraksi dengan panjang gelombang sebesar 6, m. 3. Semakin besar ordenya, semakin besar juga sudut difraksinya. Hal tersebut menyebabkan besarnya θ berbanding lurus dengan ordenya. 4. Semakin kecil besar sudut diftraksinya, maka Sin θ Tan θ X. Referensi Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ,