Laporan spektrometer sederhana

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Tujuan

1)      Mempelajari garis-garis spektra atom dengan cara spektroskopi.

2)      Mampu menentukan panjang gelombang spektrum gas (Lampu Hg)

1.2  Alat dan Bahan

1)      Spektrometer lengkap, terdiri dari :

(1)   Kolimator

(2)   Teropong

(3)   Meja kecil

(4)   Jarum penunjuk/skala

2)      Prisma sama sisi dan sama kaki

3)      Sumber cahaya (lampu Hg)

4)      Sistem tegangan tinggi untuk lampu

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1    Dispersi Cahaya

Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Sifat-sifat cahaya diantaranya adalah dapat mengalammi pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pelenturan (difraksi), diserap arah getarnya (polarisasi), dan diuraikan (dispersi).

Dispersi yaitu peristiwa terurainya cahaya putih menjadi cahaya yang berwarna-warni. Suatu cahaya putih terdiri atas beberapa spectrum warna yang terbagi berdasarkan panjang gelombang masing-masing. Saat suatu sinar cahaya melewati suatu medium yang transparan maka akan mengalami pembiasan akibat perbedaan indeks bias medium yang dilewatinya. Cahaya putih yang dapat terurai menjadi cahaya yang berwarna-warni disebut cahaya polikromatik sedangkan cahaya tunggal yang tidak bisa diuraikan lagi disebut cahaya monokromatik.

 Peristiwa dispersi juga terjadi apabila seberkas cahaya putih dilewatkan pada suatu prisma sehingga membentuk spektrum cahaya. Spektrum ini dapat diamati melalui spektrometer.

2.2  Prisma

Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula.

 

Gambar diatas menggambarkan seberkas cahaya yang melewati sebuah prisma. Gambar tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar tersebut dalam prisma mengalami dua kalipembiasan sehingga antara berkas sinar masuk ke prisma dan berkas sinar keluar dari prisma tidak lagi sejajar.

Sudut yang dibentuk antara arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar. 

dimana ;

D = sudut deviasi
i₁ = sudut datang pada prisma
r₂ = sudut bias sinar meninggalkan prisma

β = sudut puncak atau sudut pembias prisma

Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke prisma. Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki, sehingga berlaku i₁ = r₂ = i (dengan i = sudut datang), dan i₂ = r₁ = r (dengan r = sudut bias). Sudut devisiasi minimum dapat dinyatakan dengan :

dimana ;
n₁ = indeks bias medium di sekitar prisma
n₂ = indeks bias prisma
β = sudut pembias prisma
Dm = sudut deviasi minimum prisma

2.3   Spektrometer

Spektrofotometri merupakan metode analisis yang didasarkan pada absorpsi radiasi elektromagnet. Cahaya terdiri dari radiasi terhadap mana mata manusia peka, gelombang dengan panjang berlainan akan menimbulkan cahaya yang berlainan sedangkan campuran cahaya dengan panjang-panjang ini akan menyusun cahaya putih. Cahaya putih meliputi seluruh spektrum nampak 400-760 mm (Anonim, 1979).

Spektrofotometri menyiratkan pengukuran jauhnya penyerapan energi cahaya oleh suatu sistem kimia itu sebagai suatu fungsi dari panjang gelombang radiasi, demikian pula pengukuran penyerapan yang menyendiri pada suatu panjang gelombang tertentu (Underwood, 1986).

Peristiwa dispersi cahaya dapat diamati melalui spektrofotometer. Sinar cahaya yang digunakan berupa lampu gas yang diberi tegangan tinggi, sehingga lampu akan memancarkan sinar-sinar dengan panjang gelombang yang spesifik (tergantung jenis gas yang digunakan).

LAMPU

PRISMA

KOLIMATOR

TEROPONG

Gambar 2.  Penguraian warna

 

 

Dengan meletakkan lampu gas (Hg) di depan kolimator, maka sinar yang menuju ke arah salah satu sisi prisma akan membentuk spektrum pada sisi lain. Spektrum ini dapat diamati melalui teropong dan diketahui kedudukannya dengan membaca skalanya. jika spektrum diketahui panjang gelombangnya, maka spektrometer dapat dikalibrasi, sehingga spektrometer ini dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang spektrum zat yang tidak diketahui.

C

T1

T2

α

Gambar 3. Mengukur sudut puncak prisma

 

Untuk lampu Hg paling sedikit ada sembilan garis spektrum, diantaranya dengan panjang gelombang sebagai berikut :

NO.	WARNA	λ(Ǻ)
1.	Merah	6243
2.	Merah	6152
3.	Kuning	5700
4.	Kuning	5770
5.	Hijau	5461
6.	Hijau – biru	4916 – 4359
7.	Biru	4348
8.	Violet	4078
9.	Violet	4047

BAB III

PROSEDUR PERCOBAAN

1)      Dipasang lampu Hg pada sistem tegangan tinggi. Jangan menghubungkan sumber tegangan (PLN) sebelum memasang lampu Hg.

2)       Diatur letak lampu di belakang celah kolimator agar sinar dapat sampai ke prisma. Dinyalakan lampu (dihubungkan dengan sumber PLN).

3)      Diatur fokus teropong agar dapat melihat benda di tak terhingga.

4)      Diatur letak dan celah kolimator agar spektrum yang terjadi cukup tajam dan spektrum tampak bersama-sama dengan pembagian skala.

5)      Dicatat kedudukan teropong untuk semua garis spektrum lampu Hg.

6)      Dicatat pula kuat dan lemahnya garis spektrum-spektrum ini (intensitasnya).

7)      Diletakkan prisma sama sisi di atas meja spektrometer dengan mengubah kedudukan teropong, dicari kedudukan spektrumnya pada kkesua sisi (sisi kanan dan sisi kiri). Dicatat kedudukan teropong pada skala berapa.

8)      Dicatat kedudukan teropong hingga terlihat pantulan cahaya oleh kedua sisi prisma.

9)      Diganti prisma dengan prisma yang sama kaki, diulangi percobaan no.5 dan 6 dengan cara yang sama. 

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1  Data Hasil Percobaan

NO	WARNA	Deviasi Minimum D min (  0)				Panjang Gelombang λ (Angstrum Å)
		∆ = 600 (A)		∆ = 90 0 (A)
		Sisi 1 (D min)	Sisi 2 (D min)	Sisi 1 (D min)	Sisi 2 (D min)
1	Merah	319	40	332,5	26	6234
2	Jingga/orange	318,5	40,5	332,2	26,5	6152
3	Kuning	318	40,7	332	26,7	5790
4	Hijau muda	317,5	41.5	331,5	28,5	5770
5	Hijau	317	41,6	331	28,7	5461
6	Biru	317	42	330,7	29	4358
7	Ungu	316,5	42,2	330,5	29,2	4047

4.2  Analisa Matematis

No.	Warna	Deviasi Minimum D min (  0)										Panjang gelombang (Angstrum Å)
		∆ = 600 (A)					∆ = 90 0 (A)
		Sisi 1		Sisi 2		(D min) rata-rata	Sisi 1		Sisi 2		(D min) rata-rata
		(D min)	(D min)-180	(D min)	180-(D min)		(D min)	(D min)-180	(D min)	180-(D min)
1	Merah	319	139	40	140	139,5	332,5	152,5	26	154	153,25	6234
2	Jingga/orange	318,5	138,5	40,5	139,5	139	332,2	152,2	26,5	153,5	152,85	6152
3	Kuning	318	138	40,7	139,3	138,65	332	152	26,7	153,3	152,65	5790
4	Hijau muda	317,5	137,5	41,5	138,5	138	331,5	151,5	28,5	151,5	151,5	5770
5	Hijau	317	137	41,6	138,4	137,7	331	151	28,7	151,3	151,15	5461
6	Biru	317	137	42	138	137,5	330,7	150,7	29	151	150,85	4358
7	Ungu	316,5	136,5	42,2	137,8	137,15	330,5	150,5	29,2	150,8	150,65	4047

4.2.1        Indeks bias

Menghitung indeks bias masing-masing warna dengan menggunakan persamaan :

Dimana ;     A : Sudut bias prisma

                n : Indeks bias prisma

                D_min : Sudut Deviasi minimum

1)      prisma sama sisi

∆ = 600 (A)
No.	Warna	Dmin	n
1	Merah	139,5	1,9711
2	Jingga/orange	139	1,9726
3	Kuning	138,65	1,9736
4	Hijau muda	138	1,9753
5	Hijau	137,7	1,9762
6	Biru	137,5	1,9767
7	Ungu	137,15	1,9776

2)      prisma sama kaki

∆ = 90 0 (A)
No.	Warna	Dmin	n
1	Merah	153,25	1,9146
2	Jingga/orange	152,85	1,9184
3	Kuning	152,65	1,9194
4	Hijau muda	151,5	1,9243
5	Hijau	151,15	1,9266
6	Biru	150,85	1,9280
7	Ungu	150,65	1,9284

4.2.2     Daya Dispersi

1)      prisma sama sisi

No.		∆ = 600 (A)
	Warna	n	λ(Ǻ)	D
1	Merah	1,9711	6234	0,0003
2	Jingga/orange	1,9726	6152	0,0003
3	Kuning	1,9736	5790	0,0003
4	Hijau muda	1,9753	5770	0,0003
5	Hijau	1,9762	5461	0,0004
6	Biru	1,9767	4358	0,0005
7	Ungu	1,9776	4047	0,0005

2)      prisma sama kaki

∆ = 900 (A)
No.	Warna	n	λ(Ǻ)	D
1	Merah	1,9146	6234	0,0003
2	Jingga/orange	1,9184	6152	0,0003
3	Kuning	1,9194	5790	0,0003
4	Hijau muda	1,9243	5770	0,0003
5	Hijau	1,9266	5461	0,0004
6	Biru	1,9280	4358	0,0004
7	Ungu	1,9284	4047	0,0005

4.2.3     Daya Dispersi Fraunhofer

Dimana : n_f : n warna biru

                           n_c : n warna merah

                           n_D: n warna kuning

1)       prisma sama sisi

∆ = 60°(A)
Warna	n	ω
Biru	1,9767	0,0058
Merah	1,9711
Kuning	1,9736

2)      prisma sama kaki

∆ = 90°(A)
Warna	n	ω
Biru	1,9280	0,0146
Merah	1,9146
Kuning	1,9194

4.3  Analisa Teoritis

Cahaya polikromatik dapat terdispersi menjadi cahaya monokromatik bila dilewatkan pada  sebuah prisma. Spektrum-spektrum warna yang terbentuk dapat diamati melalui spektrofotometer. Dengan mengetahui skala kedudukan teropong (sudut deviasi minimum) dan sudut bias prisma, maka secara matematis indeks bias prisma dapat diketahui.

Pembacaan skala kedudukan teropong (Dmin) dilakukan dua kali, dari sisi kanan dan sisi kiri. Hal ini bertujuan untuk meminimalisir kesalahan pembacaan skala. Dengan pembacaan dua sisi diharapkan ketelitian dalam membaca skala sehingga di dapat data yang akurat.

Dari hasil percobaan, dapat dilihat bahwa indeks bias prisma memberikan nilai yang berbeda pada masing-masing panjang gelombang. Hal ini dapat disebabkan karena masing-masing spektrum warna menghasilkan sudut deviasi minimum yang berbeda.

Dengan mengetahui indeks bias prisma pada masing-masing panjang gelombang, maka daya dispersi prisma dapat diketahui. Daya dispersi fraunhofer pada prisma sama sisi adalah sebesar 0,0058 sedangkan pada prisma sama kaki daya dispersi fraunhofer  0,0146. Hal ini dapat menunjukan bahwa prisma sama kaki memiliki kemampuan menguraikan cahaya lebih besar dibandingkan dengan prisma sama sisi.

BAB V

TUGAS

5.1 Tugas Pendahuluan

1. Apakah yang dimaksud dengan dispersi cahaya?

Dispersi cahaya adalah penguraian cahaya polikromatik (cahaya putih) menjadi cahaya monokromatik (merah, jingga, kuing, hijau, biru nila, ungu) lewat pembiasan atau pembelokan.

2. Terangkan terjadinya spektrum cahaya pada prisma!

Spektrum cahaya pada prisma terjadi akibat dari pembelokan cahaya oleh prisma. Prisma terdiri dari dua bidang datar, pembias I dan pembias II. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula dan terbentuklah spektrum warna.

3. Apakah fungsi dari kolimator? Jelaskan!

Kolimator berfungsi untuk mengubah sinar/cahaya menjadi berkas yang sejajar. Sinar yang berasal dari sumber merupakan berkas sinar baur (memancar kesegala arah). Oleh kalimator sinar baur tersebut diubah menjadi berkas sinar yang sejajar sebelum dilewatkan ke prisma.

5.2 Tugas Akhir

1. Turunkan rumus-rumus yang digunakan.