Laporan Praktikum Difraksi Cahaya Pada Kristal

www.hajarfisika.com

Laporan Praktikum Difraksi Cahaya pada Kristal

PENENTUAN PANJANG GELOMBANG LASER HE-NE 
DENGAN METODE DIFRAKSI CAHAYA PADA KRISTAL

I. Latar Belakang
          Mengukur panjang gelombang cahaya sanggup dilakukan melalui kisi difraksi. Pengukuran dilakukan dengan cara melewatkan cahaya pada kisi difraksi yang sebelumnya sudah diketahui jarak antar celahnya. Hubungan antara jarak celah kisi panjang gelombang dan sudut difraksi berlaku untuk sinar yang tiba secara tegak lurus terhadap kisi difraksi atau sinar dengan sudut tiba sama dengan nol. Pengukuran panjang gelombang sanggup dilihat dari referensi interferensi yang terbentuk dari sumber cahaya. Alat untuk mengukur panjang gelombang dari referensi interferensi ini biasa disebut sebagai spektrometer cahaya. Pengaplikasian difraksi cahaya ini banyak dilakukan dalam kehidupan sehari-hari yang terbentuk dengan penghalang celah tunggal, dua celah, atau banyak celah. Untuk mencapai tujuan mengeksplorasi difraksi cahaya pada kisi tersebut serta sanggup mengukur panjang gelombang yang dihasilkan, maka diharapkan percobaan difraksi cahaya ini semoga sanggup mengetahui prinsip-prinsip dasar apa saja yang dipakai dalam pengukuran panjang gelombang pada suatu kisi difraksi.

II. Tujuan Percobaan

2.1 Mengeksplorasi difraksi cahaya pada kisi

2.2 Mempelajari intensitas cahaya hasil difraksi pada kisi

2.3 Mempelajari prinsip difraksi semoga sanggup dipakai untuk mengukur panjang gelombang dari sumber cahaya


III. Dasar Teori

          Difraksi merupakan suatu kejadian pembelokkan atau pelenturan arah gelombang ketika melewati penghalang berupa celah. Jika gelombang melewati celah yang ukurannya sempit, maka difraksi mengakibatkan celah tersebut seperti merupakan sumber gelombang melingkar yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Sama halnya dengan gelombang, cahaya yang dilewatkan pada sebuah celah sempit juga akan mengalami difraksi. Difraksi cahaya juga terjadi pada celah sempit yang terpisah sejajar satu sama lain pada jarak yang sama (Giancoli,2001).

          Beberapa kejadian difraksi pada gelombang cahaya antara lain (Ign,2014) :

a. Difraksi cahaya pada celah tunggal, jikalau cahaya monokromatik dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan dibelokkan. Jika cahaya yang dijatuhkan pada celah sempit itu polikromatik, maka selain difraksi, juga akan terjadi interferensi, hasil dari interferensi menghasilkan referensi warna pelangi. Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, ibarat pada gambar berikut, akan dibelokkan dengan sudut θ. Pada layar akan terlihat referensi gelap dan terang

syarat terjadinya difraksi pada celah tunggal :

i. Pola difraksi minimum (pola gelap)

d sin θ = n λ ..........(3.1)

dengan n = 1, 2, 3, ..., n

ii. Pola difraksi maksimum (pola terang)

d sin θ = (n - 1/2) λ ..........(3.2)

dengan n = 1, 2, 3, ..., n
Pada gambar 3.1 mengatakan bahwa gelombang cahaya dengan panjang gleombang λ didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d. Beda lintasan P yaitu adalah (d/2) sin θ, dengan θ yaitu sudut antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari sentra celah ke P. Pola gelap dan jelas terbentuk ketika gelombang cahaya mengalami interferensi
b. Difraksi cahaya pada kisi difraksi, kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan memakai difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah yang sangat banyak dan mempunyai jarak yang sama (biasanya dalam orde 1000/mm)

Dengan memakai banyak celah, garis-garis yang jelas dan gelap dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis (celah) persatuan panjang yaitu N, maka jarak antar celah kisi (d) yaitu :

d = 1/N ..........(3.3)

          Kisi difraksi terdiri atas sebaris celah sempit yang saling berdekatan dalam jumlah banyak. Jika seberkas sinar dilewatkan kisi difraksi maka sinar tersebut akan terdifraksi dan sanggup menghasilkan suatu referensi difraksi pada layar. Jarak antar celah yang berurutan (d) disebut tetapan kisi. Jika jumlah celah atau ukiran tiap satuan panjang dinyatakan N, sanggup diperleh persamaan 3.3 (Young,2001).
          Jika sebuah penghalang berbentuk kisi mempunyai goresan pena 10.000 garis/cm maka nilai lebar celah antar kisi sanggup diperoleh memakai persamaan 3.3 dan balasannya menjadi : 

Suatu celah yang dikenai cahaya dari arah depan akan memproyeksikan bayangan jelas yang dibuat dengan celah tersebut dibelakangnya. Tetapi disamping itu, terbentuk juga bayangan jelas yang lain disebelah bayangan orisinil dan semakin ke tepi terangnya semakin gelap. Jika dipakai layar untuk menangkap referensi difraksi maka cahaya yang teramati pada layar merupakan garis linear yang pusatnya berada ditengah-tengah dan mempunyai sinar (berupa titik) yang paling terang, yang merupakan jelas pusat. Semakin menajuhi sentra maka titik cahaya pada layar akan semakin redup (Bueche,2006).
          LDR (Light Dependent Resistor) yaitu jenis resistor yang biasa dipakai sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor ibarat cadmium sulfide yang mempunyai 2 buah elektroda pada permukaannya. Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Prinsip kerja LDR yaitu bila cahaya redup, materi dari cakram tersebut akan menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang kecil (karena elektron yang tereksitasi sedikit jawaban disinari foton) sehingga hanya ada sedikit elektron yang mengangkut muatan elektrolit. Artinya LDR mempunyai resistansi yang besar ketika pada ketika gelap lantaran muatan elektrolit yang terangkut sedikit dan menjadi konduktor yang sangat buruk. Bila cahaya jelas materi dari cakram menghasilkan elektron bebas dengan jumlah banyak, sehingga akan ada banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrolit. Artinya LDR menjadi konduktor yang baik atau disebut juga LDR mempunyai resistansi yang kecil pada ketika jelas (Artoto,2007).


IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan
a. Seperangkat alat spektrometer cahaya berbasis fiber optik (1 set), berfungsi sebagai daerah terjadinya difraksi
b. Laser (1 buah), berfungsi sebagai sumber cahaya dan obyek yang akand ditentukan panjang gelombangnya
c. Plastic Optical Fiber (1 buah), berfungsi sebagai pemandu cahaya hingga pada lensa dan mengurangi noise
d. Busur derajat (1 buah), berfungsi untuk mengukur besar sudut berkas cahaya difraksi
e. Kisi difraksi (1 buah), berfungsi sebagai penghalang cahaya semoga terjadi difraksi
f. Multimeter (1 buah), berfungsi untuk mengukur tegangan output yang diterima detektor


4.2 Gambar Rangkaian Alat

4.3 Langkah Kerja

4.4 Metode Grafik

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data

          Difraksi merupakan suatu kejadian penyebaran cahaya yang melalui suatu celah sempit. Ketika cahaya melewati suatu celah yang sempit cahaya akan mengalami pembelokan dengan sudut tertentu. Kisi merupakan suatu celah yang susunan celah pada kisinya tersusun secara teratur dimana hasil pembelokan dan perpecahan cahaya mengarah pada titik-titik yang sama sehingga cahaya hasil pendifraksian akan menghasilkan interferensi yaitu referensi gelap terang. Pada percobaan ini dipakai laser berwarna merah, sinar laser dipancarkan ke arah plastic optical fiber sehingga cahaya berjalan melewati plastic optical fiber kemudian cahaya diteruskan menuju lensa. Pada lensa sinar difokuskan menuju ke kisi, di kisi cahaya akan mengalami difraksi dan jawaban dari difraksi tersebut cahaya akan mengalami interferensi yang terlihat pada layar.
          Ketika terjadi interferensi diketahui bahwa terdapat referensi jelas yaitu jelas pusat, jelas 1, dan jelas 2 yang mana apabila dilihat dengan mata terlihat bahwa tiap pancaran cahayanya terlihat sama. Namun dari teori-teori yang ada dikatakan bahwa cahaya atau referensi jelas yang dihasilkan pada masing-masing pancaran mempunyai intensitas yang berbeda-beda. Pada percobaan ini dipakai suatu detektor untuk memilih intensitas dari setiap pancaran cahaya hasil interferensi yaitu LDR. LDR merupakan suatu resistor atau kendala yang nilai hambatannya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Pada percobaan ini intensitas cahaya dibaca sebagai tegangan keluaran dari LDR. Sehingga dari data percobaan diperoleh sudut dan tegangan, kemudian sanggup dibuat grafik antara intensitas dan sudut sebagai berikut :

          Grafik tersebut merupakan grafik untuk memilih keadaan intensitas cahaya hasil difraksi. Pada grafik ditunjukkan bahwa nilai intensitas dibaca sebagai nilai tegangan dengan nilai tegangan berbanding lurus dengan nilai intensitas. Dari data diketahui bahwa jelas sentra berada pada sudut 92° sehingga pada grafik diperlihatkan bahwa jelas sentra mempunyai intensitas paling tinggi kemudian jelas 1 dan jelas 2. Hasil ini menujukkan bahwa intensitas pada cahaya hasil difraksi mempunyai nilai intensitas tertinggi pada jelas sentra dan nilai intensitas akan menurun untuk jelas berikutnya. Hal ini terjadi lantaran pada difraksi, jelas sentra merupakan cahaya yang diteruskan oleh celah yang mana intensitasnya tinggi sedangkan untuk jelas 1, jelas 2, dan seterusnya merupakan cahaya yang dibelokkan oleh kisi, sehingga cahayanya mempunyai intensitas yang lebih rendah. Sudut dari jelas 1 dan jelas 2 sanggup ditentukan nilanya yaitu jelas satu pada sudut 88° dan 95°, jelas dua pada sudut 84° dan 99°. Nilai-nilai sudut tersebut dipakai untuk memilih besarnya panjang gelombang yang dipancarkan oleh laser. Hasil dari grafik diatas kurang baik, hal ini lantaran dari grafik terlihat bahwa nilai intensitas dari jelas 1 pada sudut 88° dengan jelas 1 pada sudut 95° mempunyai nilai intensitas yang berbeda, begitu juga untuk jelas 2 yang mana sudut keduanya seharusnya mempunyai nilai yang sama. Kondisi ini terjadi lantaran dalam proses pengambilan data penutupan daerah pada percobaan difraksi ini kurang rapat sehingga ada cahaya lain yang terdeteksi oleh detektor.

          Detektor yang dipakai yaitu LDR. LDR dipakai lantaran sifat dari LDR terhadap intensitas cahaya, yaitu ketika LDR terkena intensitas cahaya yang tinggi maka LDR akan mempunyai resistansi yang semakin kecil. LDR dipasang pada rangkaian listrik yang terhubung dengan multimeter untuk mengukur tegangan, sehingga ketika LDR disinari cahaya maka tegangan dari intensitas cahayanya akan terukur, yang mana semakin besar intensitas cahaya yang diterima maka tegangan yang terukur akan semakin tinggi lantaran resistansi LDR semakin kecil. Hal inilah yang menjadi faktor kenapa LDR menjadi sensor untuk memilih intensitas cahaya hasil difraksi dengan nilai tegangan sebagai keluarannya atau outputnya.

          Prinsip difraksi yaitu pembelokkan cahaya ketika seberkas cahaya berpanjang gelombang tertentu melewati celah maka cahaya akan mengalami pembelokan yang sudut hasil pembelokkannya bergantung pada nilai panjang gelombang dan konstanta kisi (d) sesuai dengan persamaan 3.1. Dengan sudut yang telah diketahui sebelumnya untuk jelas 1, jelas 2, dan nilai d yaitu 10^-5 m maka besarnya panjang gelombang laser dihitung dengan persamaan 3.1 adalah (409 ± 5,83) nm. Hasil ini mengatakan bahwa laser merah yang dipakai mempunyai panjang gelombang (409 ± 5,83) nm. Hasil panjang gelombang ini tidak sesuai dengan literatur yaitu panjang gelombang cahaya merah berkisar pada 620 nm - 750 nm. Perbedaan ini terjadi lantaran dampak pandangan praktikkan ketika pengukuran terhadap sudut pergeseran dari jelas sentra ke jelas berikutnya. Sehingga terjadi perbedaan terhadap nilai teta (sudut) pada jelas 1 dan jelas 2. Sama halnya pada literatur, faktor-faktor yang mempengaruhi pengambilan data pada percobaan ini yaitu sudut pandang dalam melihat sudut, faktor kondisi ruang, posisi kisi, dan penempatan plastic optical fiber.

          Pada pecobaan ini dipakai kisi dengan N = 100 line/mm sebagai celah. Besarnya N besar lengan berkuasa pada percobaan yaitu pada sudut antara jelas sentra dengan jelas berikutnya yaitu ibarat pada perhitungan 2 terlihat bahwa nilai sudut dari kisi N = 300 line/mm lebih besar dari pada N = 100 line/m sehingga semakin besar nilai N atau semakin kecil d (jarak antar celah kisi) nya maka sudutnya semakin besar. Selain itu perbedaan yang mempengaruhi yaitu jarak antara jelas sentra dengan jelas berikutnya (y) yang mana N = 300 line/mm mempunyai nilai y yang lebih besar daripada N = 100 line/mm.


VI. Kesimpulan

6.1 Difraksi merupakan suatu kejadian penyebaran cahaya yang melalui suatu celah sempit. Bila difraksi terjadi pada suatu kisi maka cahaya yang melalui kisi akan mengalami difraksi yaitu penyebaran. Ada cahaya yang diteruskan dan ada cahaya yang dibelokkan dengan sudut tertentu yang menjadikan terjadinya referensi interferensi

6.2 Intensitas cahaya yang dihasilkan ketika terjadi difraksi yaitu cahaya akan mempunyai intensitas paling tinggi pada jelas sentra dan pada jelas berikutnya akan mempunyai intensitas lebih rendah dari pada intensitas jelas sebelumnya. Penyebaran cahaya hasil difraksi akan mempunyai intensitas berbeda-beda

6.3 Prinsip difraksi pada kisi yaitu membuat gelombang yang posisinya bersifat periodik, kemudian berkas cahayanya akan berinterferensi (berinteraksi antar gelombang) dibelakang kisi, dan akan membentuk referensi difraksi gelap terang. Panjang gelombang yang didapat pada laser adalah (409 ± 5,83) nm. Hasil panjang gelombang ini tidak sesuai dengan literatur yaitu panjang gelombang cahaya merah berkisar pada 620 nm - 750 nm

VII. Daftar Pustaka

Artoto, Widianto.2007. Spektrometer. Jurnal Fisika Modern. Vol 2(1) : 9-14.
Bueche, Frederick J dan Eugene Hecht.2006. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.
Giancoli, Douglas C.2001. Fisika Universitas Edisi ke 5 Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Ign, Edi Santosa.2014. Pengukuran Jarak antar Celah Kisi Difraksi dengan Metode Deviasi Minimum. Jurnal Teori dan Aplikasi. Vol 2(2) : 199-203.
Young dan Freedman.2001. Fisika Universitas Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

VIII. Bagian Pengesahan

-

IX. Lampiran

Bagikan Artikel ini