SPEKTROMETER I. TUJUAN UMUM Setelah mengikuti praktikum ini, mahasiswa akan mampu menggunakan spectrometer untuk menentukan panjang gelombang cahaya II. TUJUAN KHUSUS 1.Mengungkapkan prinsip kerja spectrometer dan mengatur komponen komponen spectrometer sehingga spekrometer tersebut siap di gunakan. 2. Membaca skala dan nonius spectrometer. 3. Mengamati aturan pola intensitas difraksi akibat pengaruh lebar celah kolimator. 4. Menghitung panjang gelombang cahaya satu spectrum 5.Menentukan indeks bias bahan prisma dengan cara deviasi minimum. III. TEORI 1. Pengamatan Spektrometer Jika dua buah sumber cahaya (yang dalam pratek biasanya berwujud dua celah ) mempunyai fasa yang sama, maka layar di depannya akan teramati pola gelap terang akibat interferensi dari kedua sumber cahaya tersebut. Interferensi konstruktif terjadi jika fasa dari gelombang cahaya yang berasal dari kedua sumber sewaktu tiba di layar mempunyai perbedaan sebesar 2 n. Dapat di buktikan bahwa interferensi konstruktif terjadi jika : n sin (1) d 51
dimana: = pajang gelombang n = bilangan bulat: n=1,2,3,.. d =jarak antara kedua celah pada kisi. 2. Menentukan Indeks bias bahan prisma Prisma banyak di gunakan untuk menguraikan cahaya atas komponen- komponen panjang gelombangnya sehingga diperoleh spectrum dari berkas cahaya yang digunakan. Tentu saja deviasi yang terjadi atau daya urai warna sangat bergantung pada sifat bahannya, khususnya indeks biasnya untuk berbagai panjang gelombang. Prinsip penentuan indeks bias bahan prima dengan cara deviasi minimum adalah sebagai berikut: sinar jatuh pada salah satu permukaan bidang prima bias di gambarkan seperti gambar (1 ) berikut ini: α δ I1 I 2 Gambar.1 Jalannya cahaya pada prisma dengan adalah sudut deviasi total dan adalah sudut puncak prima. Jika sudut datang (i 1 ) berubah, akan berubah pula. Deviasi sudut terkecil yang dapat dihasilkan dengan mengubah sudut datang itu, disebut sudut deviasi minimum ( m ). dapat ditunjukan secara eksperimen maupun secara matematik, bahwa sudut deviasi minimum terjadi jika sudut sinar yang masuk pada prisma sama dengan sudut yang keluar pada prisma atau dengan kata lain prisma adalah segitiga sama kaki (simetri). 52
Gambar.2 Spektrometer 3. Menentukan Kurva Dispersi Bahan Kita mengenal istilah gelombang dispersif atau medium dispersif. Ini berarti bahwa gelombang yang berbeda frekuensinya akan merambat dalam medium tersebut dengan kecepatan yang berbeda pula. Untuk cahaya, ini berarti bahwa indeks bias medium ini berbeda untuk frekuensi atau panjang gelombang yang berbeda. Bila sinar yang datang ke suatu permukaan tidak monokromatik, maka masing- masing komponen cahaya akan dibiaskan berbeda pula sehingga terjadi penyebaran berkas cahaya yang disebut dikpresi. Daya dispersi suatu bahan merupakan sifat bahan yang mengatakan laju perubahan indeks bias panjang gelombang. Daya dispersi N= dn d (2) Daya dispersi berbeda untuk bahan yang berbeda dan biasanya bertambah dengan pertambahan indaks bias. Untuk suatu bahan nilainya bergantung pula pada daerah panjang gelombang yang diperhatikan. 53
Daya dispersi bahan prisma turut menentukan daya urai prisma, yaitu perbandingan antara panjang gelombang (daerah pajang gelombang yang diperhatikan) dan benda panjang gelombang terkecil yang diamati terpisah dengan mengunakan prisma tersebut. Daya pisah warna prisma, R= (3) Karena itu dalam memilih bahan prisma yang akan digunakan untuk menentukan beda panjang gelombang yang kecil dari spectrum yang dihasilkan prisma, daya dispersi bahan perlu dipertimbangkan. Untuk mendapat gambaran mengenai daya dispersi suatu bahan, dapat digunakan kurva seperti dibawah ini (disebut kurva dispersi ). Kurva ini dapat diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan beberapa panjang gelombang. Jika kuva dispersi untuk bahan prisma telah kita peroleh, maka prisma tersebut dapat kita gunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya yang tidak di ketahui. Cara lain untuk menggunakan kemampuan suatu bahan menyebarkan berkas cahaya yang berbeda frekuensinya, dapat digunakan istilah daya dispersi, tetapi dengan definisi yang berbeda denganyang disebut diatas. Daya dispersi didefinisikan dengan menggunakan indeskbias bahan untuk tiga panjang gelombang tertentu yang dipilih secara sembarang sebagai acuan. Ketga panjang gelombang tersebut adlah f (di daerah biru ), d (di daerah kuning) dan c (daerah merah). Katiganya adalah baris absorbsi pada spektrum matahari yang dikenal sebagai garis-garis freunhofer. Definisi daya dispersi bahan adalah: ω = nf nc n 1 D (4) 54
IV. TUGAS PENDAHULUAN 1.Jelaskan apa yang dimaksud dispersi cahaya. 2. a..bagaimana kedudukan okuler terhadap benang silang supaya diperoleh bayangan benang silang yang tajam dengan tak berakomodasi? b..jika berkas sinar sejajar yang datang dari benda (celah ) yang jauh, bagaimana kedudukan okuler supaya benda (celah) tersebut dapat diamati oleh mata dengan jelas dan tak berakomodasi? 3 Buktikan bahwa = i 1 i 2 4 Buktikan bahwa indeks bias prisma adalah : n = 1 sin ( m) 2 1 sin 2 (5) V. ALAT-ALAT YANG DI GUNAKAN 1. Meja spectrometer 2. Sumber cahaya (lampu natrium dan mercury) 3. Kisi difraksi 4. Prisma 5. Lup VI. PROSEDUR PRAKTIKUM a. Menyiapkan spectrometer Sebelum anda menggunakan spectrometer anda harus terlebih dahulu mengatur terlebih dahulu beberapa komponennya, sehingga spectrometer tersebut siap untuk di gunakan. Ikuti langkah langkah berikut ini : 1. Periksalah apa teleskop bisa dikunci atau tidak. Atur posisi okuler sehingga anda bisa melihat benang silang dengan jelas. Arahkan teleskop tersebut ke tempat yang cukup jauh. Aturlah sekrup sehingga anda bisa melihat tempat itu dengan jelas tanpa mata berakomodasi. 55
2. Sebagai sumber cahaya biasanya digunakan sumber spektrum garis misalnya tabung emisi gas seperti lampu Hg yang memancarkan beberapa garis spectrum yang cukup kuat dan tajam, atau lampu natrium (Na) yang memancarkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 5890 A dan 5896 A. Lampu semacam ini umumnya memerlukan tegangan tinggi. Mintalah bantuan asisten untuk menyiapkan lampu tersebut. 3. Arahkan spectrometer ke arah lampu sehingga kilomator tepat berada di depan lampu. Aturlah sekrup sehingga celah terbuka sedikit. Putar teleskop sehingga posisinya sesumbu dengan kilomator. Dengan mengamati dari belakang okuler, anda akan melihat bayangan celah tersebut. Jika bayangan celah itu tidak tajam, aturlah sekrup pada kilomator, sehingga bayangan menjadi tajam. Aturlah celah sehingga lembarnya cukup. Teleskop diatur sehingga benang silangnya tepat berimit dengan bayangan celah. Bacalah posisi teleskop pada nonius V 1 dan V 2. Posisi ini merupakan posisi acuan dalam menghitung sudut deviasi. Perlu di ingat, untuk pengamatan selanjutnya sekrup pada kilomator jangan di ubah-ubah lagi. Jika waktu pengamatan ternyata bayangan celah kurang tajam, aturlah sekrup pada teleskop. 4. Letakkan prisma di atas meja spectrometer dan jepit pada penjepit supaya tidak tergeser. Aturlah ketinggian meja prisma sehingga prisma berada tepet digaris antar kilomatir dengan teleskop. Jika diperlukan, atur pula sekrup- sekrup di bawah meja spectrometer sehingga meja benar-benar datar. Posisi prisma kilomator dan teleskop adalah seperti pada gambar di bawah ini : Kolimator Prisma Teleskop 56
5. Smbil mengamati dari belakang okuler, putarlah teleskop tersebut sampai terlihat garis-garis spectrum dalam medan pandangan teleskop. b. Menentukan indeks bias bahan prisma Sebelum anda mengamati posisi teleskop untuk bermacam garis sepektrum, anda harus mengatur posisi prisma sehingga kedudukannya memberikan sudut deviasi minimum. Caranya adalah sebagai berikut : 1. Catat jenis lampu yang di gunakan. 2. Sambil mengamati dari belakang okuler teleskop, putarlah meja spectrometer pada satu arah. Anda akan melihat garis sepektrum. Jika spectrometer terus di putar ( dalam arah yang sama )., pada suatu saat garis sepektrum itu (yang terlihat pada teleskop) akan berbalik arah. Posisi prisma pada garis sepektrum, tepat akan berbalik arah. Merupakan posisi yang memberikan sudut deviasi minimum. Kuncilah meja spectrometer pada posisi itu. 3. Geserkan teleskop pada benang silang tepat berimpit pada garis sepektrum yang di amati tadi. Bacalah posisi teleskop pada nonius n. 4. Ulangi percobaan (2) dan (3) untuk garis sepektrum yang lain. 5. Ulangi percobaan di atas untuk jenis lampu yang lain (jika di minta). c. Menentukan kurva pada dispersi 1. Dari data data tentang panjang gelombang (lihat tabel), buatlah kurva dispersi bahan prisma. 2. Tentukan daya dispersi bahan prisma. 3. Dengan menggunakan kurva dispersi, tentukan panjang gelombang cahaya yang tidak di ketahui. 4. Beri ulasan dan kesimpulan tentang percobaan ini. DAFTAR PUSTAKA 1. Renreng, H.A.:Asas-asas Ilmu Alam Universitas Jilid II, BKS-PTN Intim (Lephas- Unhas), Makassar, 1985. 2. Halliday, D and Resnick, R,: Fisika Jilid II terjemahan oleh P. Silaban, Edisi.ke-3, Erlangga, Jakarta, 1992. 57
LAPORAN TUJUAN: A. Tabel Pengamatan : 58
B.Pengolahan Data : 59
C. Kesimpulan : 60