LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN II PENENTUAN GRADIEN INDEKS BIAS DAN KOEFISIEN DIFUSI LARUTAN AIR GARAM DARI PENGUKURAN DEFLEKSI LASER (ACARA – 7) 7)
D i susun susun ole oleh h: Nama
: 1. Pratiwi W. 2. Ika Najjah F.
Asisten
K1C015051 K1C015033
: Victor Reynaldi Suparta
Hari/Tanggal : Pelaksanaan Praktikum
: Senin, 2April 2018
Pengumpulan Laporan
: Senin, 9 April 2018
LABORATORIUM FISIKA INTI DAN MATERIAL JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PURWOKERTO 2018
PENENTUAN GRADIEN INDEKS BIAS DAN KOEFISIEN DIFUSI LARUTAN AIR GARAM DARI PENGUKURAN DEFLEKSI LASER
Pratiwi Widyaningrum (K1C015051) dan Ika Najjah Fitriani (K1C015033) Jurusan Fisika,Fakultas Matematika Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jenderal Soedirman Email:
[email protected],
[email protected]
ABSTRAK
Praktikum penentuan gradien indeks bias dan koefisien difusi larutan gram dari pengukuran defleksi laser bertujuan untuk menentukan koefisien difusi larutan air garam dalam air dengan pengukuran gradien indeks bias dan menentukan tingkat perubahan koefisien difusi terhadap perubahan konsentrasi larutan garam. Praktikum ini dilakukan dengan memancarkan sinar laser diagonal yang dilewati oleh larutan garam dengan konsentrasi 28 dan larutan garam konsentrasi 33yang masing-masing ditambahkan aquades di lapisan atas selama 9 menit dan mendapatkan hasil cekungan sinar laser yang merupakan defleksi hasil dari proses difusi larutan. Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah laser, sel difusi, layar dengan penutup, rel optik dengan skala panjang, stopwatch, stopwatch, pipet, pisau, baterai, wadah, air garam 28, air garam 33, aquades dan dan tissue.
K ata k unci : koefisien difusi, indeks bias, defleksi.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Difusi adalah perpindahan zat (gas, padat atau cair) tanpa melewati membrane,
daridaerah
yang
konsetrasinya
tinggi
ke
daerah
yang
konsentrasinya rendah sehingga konsetrasi zat menjadi sama. Difusi di sebut juga suatu substansi melintang membra biologis di sebut juga dengan transportasi aktif. (Campbell, 1999) Pada proses difusi yang terjadi akibat adanya perbedaan konsentrasi antara larutan garam dengan air (aquades) sehingga larutan garam cenderurung akan melakukan pergerakan baik dalam pergerakan molekul ataupun atom. Pergerakan
yang
dilakukan
tidak
lain
bertujuan
untuk
memperoleh
kesetimbangan thermodinamika. Dengan menggunakan seperangkat alat optik dan tentu menggunakan metode defleksi (pembelokan) kita dapat memperoleh pola dari grafik yang diproyeksikan dari gradien indeks bias dan tentunya akan dapat diperoleh dari besar koefisien difusi dari larutan air garam.
1.2 Tujuan
Tujuan dari praktikum acara ini adalah sebagai berikut: 1. Menentukan koefisien difusi larutan air garam dalam air dengan pengukuran gradien indeks bias. 2. Menentukan tingkat perubahan koefisien terhadap perubahan konsentrasi larutan garam.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Difusi
Jika suatu zat dapat bergerak bebas tanpa hambat oleh gaya tarik, maka jangka waktu tertentu partikel-partikel itu akan tersebar merata dalam ruang yang ada.Sampai distribusi merata seperti itu terjadi, akan terdapat lebih banyak partikel yang bergerak dari daerah tempat partikel itu lebih pekat ke daerah yang partikelnya kurang pekat, lalu terjadi sebaliknya, dan secara menyeluruh gerakan partikel pada arah tertentu disebut difusi. Difusi dapat terjadi pada materi padat, cair dan gas(Yatim, 1996). Dimana cahaya pada frekuensi f atau panjang gelombang λ datang dalam bentuk paket-paket foton dengan energy sebesar E; h adalah konstanta Planck (6.625 x 10 -34 Js) dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 10 8 m/s). sifat cahaya sebagai energy dalam paket-paket foton ini yang diterapkan pada sel surya. (Young dan Freedman, 1999) Proses difusi menghasilkan gerak termal bebas dari suatu ion, atom, molekul. Suatu komponen yang tidak bermuatan akan bergerak dari larutan yang berkonsentrasi tinggi ke larutan yang berkonsentrasi lebih rendah. Laju perubahan dari konsentrasi larutan, tergantung dari perbedaan konsentrasi awal dari dua volume larutan atau jarak dari keduanya. Selain itu laju difusi juga ditentukan oleh temperatur larutan. Difusi adalah penyebaran yang di maksut penyebaran di sini penyebaran molekul-molekul suatu zat, dan penyebaran itu di timbulkan oleh suatu gaya yang identil dengan energi kinetis tersebut. Baik gas, maupun zat cair dan zat padat, molekul-molekulnya ada kecenderungan utuk menyebar sampai terdapat suatu konsentrasi yang sama. Difusi juga akan di lakukan oleh molekul-molekul gula apabila kita mencampurkan suatu gua dengan air biasa, setelah kita beri waktu yang cukup lama, maka seluruh air akan berasa manis.
Hasil akhir dari difusi adalah konsentrasi yang sama, atau keseimbangan, molekul di kedua sisi baik molekul ataupun membran.(Dwinjoseputo, 1990)
Gambar 2.1 Proses terjadinya difusi
2.2 Defleksi
Defleksi merupakan sebuah kejadian dimana terjadi pada kejadian eksperimen optik. Defleksi terjadi karena adanya siatuasi dari sebuah partikel ataupun senyawa yang memiliki konsentrasi tinggi yang terpengaruh oleh partikel ataupun senyawa yang memiliki konsentrasi cenderung rendah. Dalam pengaruhnya akibat adanya perbedaan antara 2 konsentrasi dari setiap partikel
maka
akan
terjadinya
upaya
kesetimbangan
untuk
menuju
kesetimbangan thermodinamika. Sehingga pada kasus difusi yang dilewati oleh partikel cahaya ataupun sinar laser dapat dibelokan dikarenakan adanya kasus upaya melakukan perubahan menuju setimbang. Namun untuk kasus dari deflaksi ini tidaklah bertahan lama, hanya bertahan pada waktu tertentu saja. Seperti yang kita ketahui bahwasanya defleksi terjadi karena adanya proses menuju kesetimbangan thermodinamika suatu partikel pada konsentrasi tinggi yang terpengaruh oleh partikel yang memiliki konsentrasi cenderung rendah. Sehingga pada saat perbandingan kondisi dari kedua partikel sudah setimbang deflaksi dari sinar laser tersebut kembali menjadi normal dan tidak terpengaruh oleh konsentrasi dari larutan yang sudah setimbang.
BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1. Waktu dan Tempat
Percobaan penentuan gradient indeks bias dan koefisien difusi larutan garam dari pengukuran defleksi laser telah dilaksanakan pada hari Senin, 2 April 2018 pukul 09.00 – 11.00 WIB, bertempat di Laboratorium Fisika Inti dan Material FMIPA Unsoed, Purwokerto.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan yaitu ditunjukkan seperti pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Alat dan bahan No.
Nama Alat dan Bahan
Quantity
1.
Ruang laser
1 unit
2.
Sel difusi
1unit
3.
Layar dengam penutup
1 unit
4.
Rel optik dengan skala panjang
1 unit
5.
Stopwatch
1 unit
6.
Pipet
1 buah
7.
Pisau
1 buah
8.
Tisu
secukupnya
9.
Baterai 9V
2 buah
10.
Ember
1 buah
11.
Aquades
40 tetes
12.
Larutan air garam 28g/150ml dan 33g/150ml
Secukupnya
13.
Kertas millimeter blok
2 lembar
14.
Pensil
1 unit
3.3. Prosedur Percobaan
Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Alat dan bahan disiapkan. 2. Rel optik, ruang laser, layar penutup, dan sel difusi dipasang dan diatur jaraknya. 3. Kertas millimeter blok dimasukkan ke dalam celah layar penutup lalu dijepit. 4. laser dinyalakan dan jarak antara sel difusi dengan laser dan layar penutup diatur. 5. larutan air garam dengan konsentrasi 28g/150mL dimasukkan ke dalam saluran utama sel difusi sampai batas garis putih dan aquades sebanyak 40 tetes dimasukkan ke dalam saluran pinggir sel difusi. 6. Stopwatch dihidupkan dan pada saat proyeksi terlihat lebih jelas waktu evolusi profil difusi diukur. 7. Kertas millimeter blok pada layar penutup digambar sesuai dengan proyeksi dari laser yang didifusikan. 8. Setelah langkah 7 selesai, larutan dibuang ke ember lalu sel difusi dibersihkan dengan pisau dan tisu. 9. Langkah 2 sampai langkah 7 diulang dengan konsentrasi larutan air garam sebesar 33g/150mL.
3.4 Flowchart Mulai
Alat:
Bahan:
1. Ruang laser(laser dioda λ=632nm Dan lensa silinder) 2. Sel difusi(6,5cm x 0,8cm x 9,5cm) 3. Layar dengan penutup 4. Rel optik skala panjang 5. Handphone untuk stopwatch 6. Kertas milimeter block 7. Pipet 8. Pisau dan tisu untuk pembersih 9. Dua buah Baterai 9V 10. Ember sebagai wadah buangan Larutan garam dan air
1. Larutan air garam 28g/150ml dan 33g/150ml 2. Aquades 150ml
-Memasang semua komponen seperti gambar skema Percobaan. -memastikan laser menyala dengan tempat proyeksi pada layar berbentuk diagonal saat pantulan tegak lurus dengan sel difusi. -mengatur dan mengukur Z, Zo, dan fokus sinar laser.
Z Zo d -mengisi sel difusi dengan larutan garam 28g/150ml dengan pipet. -mengisi sel difusi dengan aquades melalui saluran samping sel sebanyak 40 tetes. -menghitung waktu evolusi profil difusi dengan stopwatch selama 9 menit.
t -menggambar berkas laser ke dalam kertas milimeter block dengan pensil. Mengulang dengan larutan garam 33g/150ml
Selesai
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil
Pada praktikum kali ini, didapatkan hasil yang terdapat dalam Tabel 4.1 dan Tabel 4.2. Tabel 4.1 Hasil data perhitungan larutan garam 28g/150ml dy/dt
Ɛi(cm)
Zo(cm)
D(cm)
Z(cm)
δi(cm)
Y(cm)
dn/dY
T(s)
D
5
8.4
1.2
8.6
0.2
2.307692
0.019379845
540
0.023889
4.8
8.4
1.2
8.6
0.3
2.215385
0.029069767
540
0.015926
4.3
8.4
1.2
8.6
0.4
1.984615
0.03875969
540
0.011944
4.1
8.4
1.2
8.6
0.5
1.892308
0.048449612
540
0.009556
4.1
8.4
1.2
8.6
0.4
1.892308
0.03875969
540
0.011944
4.1
8.4
1.2
8.6
0.3
1.892308
0.029069767
540
0.015926
4
8.4
1.2
8.6
0.3
1.846154
0.029069767
540
0.015926
4
8.4
1.2
8.6
0.3
1.846154
0.029069767
540
0.015926
3.9
8.4
1.2
8.6
0.3
1.8
0.029069767
540
0.015926
3.9
8.4
1.2
8.6
0.2
1.8
0.019379845
540
0.023889
3.9
8.4
1.2
8.6
0.1
1.8
0.009689922
540
0.047778
3.9
8.4
1.2
8.6
0.1
1.8
0.009689922
540
0.047778
300.486 121.1837 7.419408 0 0 0 2.473136 2.473136 9.892544 14.83882 29.67763 29.67763
Tabel 4.2Hasil data perhitungan larutan garam 33g/150ml Ɛi(cm)
Zo(cm)
d(cm)
Z(cm)
δi(cm)
Y(cm)
dn/dY
T(s)
D
dy/dt
4
8.4
1.2
8.6
0.1
1.846154
0.009689922
540
0.047778
3.1
3.9
8.4
1.2
8.6
0.1
1.8
0.009689922
540
0.047778
2.9
3.8
8.4
1.2
8.6
0.1
1.753846
0.009689922
540
0.047778
2.8
3.7
8.4
1.2
8.6
0.3
1.707692
0.029069767
540
0.015926
3.1
3.7
8.4
1.2
8.6
0.5
1.707692
0.048449612
540
0.009556
2.9
3.6
8.4
1.2
8.6
0.6
1.661538
0.058139535
540
0.007963
2.8
3.5
8.4
1.2
8.6
0.6
1.615385
0.058139535
540
0.007963
3.1
3.4
8.4
1.2
8.6
0.6
1.569231
0.058139535
540
0.007963
2.9
3.3
8.4
1.2
8.6
0.4
1.523077
0.03875969
540
0.011944
2.8
3.2
8.4
1.2
8.6
0.3
1.476923
0.029069767
540
0.015926
3.1
3.1
8.4
1.2
8.6
0.3
1.430769
0.029069767
540
0.015926
2.9
2.9
8.4
1.2
8.6
0.2
1.338462
0.019379845
540
0.023889
2.8
2.8
8.4
1.2
8.6
0.1
1.292308
0.009689922
540
0.047778
3.1
4.2 Pembahasan A. Pengukuran Gradien Indeks Bias Larutan Air Garam
A.1
Gambar 4.1 Deflektogram khusus, sinar laser yang terbelokkan akan muncul pada layar ketika terjadi proses difusi antara larutan garam dengan konsentrasi 28g/150mL dan aquades
Gambar 4.2 Deflektogram khusus, sinar laser yang terbelokkan akan muncul pada layar ketika terjadi proses difusi antara
larutan garam dengan konsentrasi 23g/150mL dan aquades Tabel 1. Hasil data pengukuran jarak ruang laser ke layar dan perhitungan posisi dan defleksi vertikal
A.2
Larutan garam
Larutan garam
33g/150mL
28g/150mL
Z0 (cm)
8,4
Z0 (cm)
8,4
Z (cm)
8,6
Z (cm)
8,6
d (cm)
1,2
d (cm)
1,2
i
ξ (cm)
δ (cm)
ξ (cm)
δ (cm)
1
4
0.1
5
0.2
2
3.9
0.1
4.8
0.3
3
3.8
0.1
4.3
0.4
4
3.7
0.3
4.1
0.5
5
3.7
0.5
4.1
0.4
6
3.6
0.6
4.1
0.3
7
3.5
0.6
4
0.3
8
3.4
0.6
4
0.3
9
3.3
0.4
3.9
0.3
10
3.2
0.3
3.9
0.2
11
3.1
0.3
3.9
0.1
12
2.9
0.2
3.9
0.1
13
2.8
0.1
5
0.2
Tabel 4.2 Hasil perhitungan Yi dan dn/dY i
A.3
i
Larutan garam
Larutan garam
33g/150mL
28g/150mL
Yi (cm)
dn/dYi
Yi(cm)
dn/dYi
1
1.846154
0.009689922
2.307692
0.019379845
2
1.8
0.009689922
2.215385
0.029069767
3
1.753846
0.009689922
1.984615
0.03875969
4
1.707692
0.029069767
1.892308
0.048449612
5
1.707692
0.048449612
1.892308
0.03875969
6
1.661538
0.058139535
1.892308
0.029069767
7
1.615385
0.058139535
1.846154
0.029069767
8
1.569231
0.058139535
1.846154
0.029069767
9
1.523077
0.03875969
1.8
0.029069767
10
1.476923
0.029069767
1.8
0.019379845
11
1.430769
0.029069767
1.8
0.009689922
12
1.338462
0.019379845
1.8
0.009689922
13
1.292308
0.009689922
2.307692
0.019379845
Berdasarkan Tabel 2. dapat dibuat grafik hubungan antara tinggi vertikal dalam sel dengan gradient indeks bias yang dapat dilihat pada Gambar 4.3. Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Y i dengan dn/dY i larutan garam 28g/150mL
grafik hubungan Yi dengan dn/dYi 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02
dn/dY
0.01 0
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Y i dengan dn/dY i larutan garam 33g/150mL
grafik hubungan Yi dengan dn/dYi 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02
dn/dY
0.01 0
A.4
Yi pada (dn/dY)i berada di titik maksimum saat nilai dn/dY4 yaitu pada larutan garam dengan konsentrasi 28g/150mL memperoleh nilai sebesar 0.048449612 dimana berada di tinggi vertical dalam sel sebesar Y4 = 1.892308 cm, maka Y4 ditetapkan sebagai h. Sedangkan pada larutan garam dengan konsentrasi 33g/150mL memperoleh nilai dn/dY 6 sebesar 0.058139535 dimana berada di titik tingi vertical dalam sel sebesar Y 6 = 1.661538 cm, maka Y6 ditetapkan sebagai h.
B.1
Gambar 4.4 Penurunan rumus untuk mencari koefisien difusi (D) Berdasarkan gambar 4.4 di atas dapat dilihat bahwa
( ) = 4 + 1 2
f dan
g(Y) = -(h-Yi)2 dengan memperoleh D=
1 4
Tabel 4.3. Hasil data perhitungan yang mengandung titik data tinggi vertical dalam sel dan gradient indeks bias
B.2 i
Larutan garam
Larutan garam
28g/150mL
33g/150mL
Yi (cm)
dn/dYi
Yi (cm)
dn/dYi
1
0.415384
0.019379845
0.184616
0.009689922
2
2.215385
0.029069767
1.8
0.009689922
3
1.984615
0.03875969
1.753846
0.009689922
4
1.892308
0.048449612
1.707692
0.029069767
5
1.892308
0.03875969
1.707692
0.048449612
6
1.892308
0.029069767
1.661538
0.058139535
7
1.846154
0.029069767
1.615385
0.058139535
8
1.846154
0.029069767
1.569231
0.058139535
9
1.8
0.029069767
1.523077
0.03875969
10
1.8
0.019379845
1.476923
0.029069767
11
1.8
0.009689922
1.430769
0.029069767
12
1.8
0.009689922
1.338462
0.019379845
13
0.415384
0.019379845
1.292308
0.009689922
Tabel 4.4 Koefisien difusi dari persamaan garis lurus pada larutan garam 23g/150mL dengan lamanya waktu yang ditempuh t = 540 s, dan pada larutan garam 33g/150mL dengan lamanya waktu yang ditempuh t = 1560 s.
Larutan garam
Larutan garam
28g/150mL
33g/150mL
i
B.3
D
dn/dYi
D
dn/dYi
1
0.023889
0.019379845
0.047778
0.009689922
2
0.015926
0.029069767
0.047778
0.009689922
3
0.011944
0.03875969
0.047778
0.009689922
4
0.009556
0.048449612
0.015926
0.029069767
5
0.011944
0.03875969
0.009556
0.048449612
6
0.015926
0.029069767
0.007963
0.058139535
7
0.015926
0.029069767
0.007963
0.058139535
8
0.015926
0.029069767
0.007963
0.058139535
9
0.015926
0.029069767
0.011944
0.03875969
10
0.023889
0.019379845
0.015926
0.029069767
11
0.047778
0.009689922
0.015926
0.029069767
12
0.047778
0.009689922
0.023889
0.019379845
13
0.023889
0.019379845
0.047778
0.009689922
Tabel 4.5 Nilai tingkat perubahan koefisien thdp konsentrasi garamnya Larutan garam 28
C.1
Larutan Garam 33
dn/dY
dy/dt
Y(cm)
dy/dt
0.0193798
300.486
1.846154
3.1
0.0290698
121.1837
1.8
2.9
0.0387597
7.419408
1.753846
2.8
0.0484496
0
1.707692
3.1
0.0387597
0
1.707692
2.9
0.0290698
0
1.661538
2.8
0.0290698
2.473136
1.615385
3.1
0.0290698
2.473136
1.569231
2.9
0.0290698
9.892544
1.523077
2.8
0.0193798
14.83882
1.476923
3.1
0.0096899
29.67763
1.430769
2.9
0.0096899
29.67763
1.338462
2.8
1.292308
3.1
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan data pengukuran dan hasil praktikum penentuan gradient indeks bias dan koefisien difusi larutan garam dari pengukuran defleksi laser yang dilakukan, maka dapat disimpulkan: 1. Koefisien difusi pada larutan garam dengan konsentrasi 28g/150mL dan konsentrasi 33g/150mL diperoleh 13 titik perhitungan. 2. Tingkat perubahan koefisien difusi dari tiap titik pada larutan garam dengan konsentrasi 28g/150mL berubah sangat signifikan dari titik satu ke titik lainnya sementara pada larutan garam konsentrasi 33g/150mL tidak terlalu menunjukkan perubahan yang signifikan.
5.2 Saran
Saran dari percobaan ini adalah sebaiknya menggambar hasil defleksi di kertas dengan benar.
DAFTAR PUSTAKA Campbell, dkk. 1999. Biologi Edisi kelima Jilid I, Jakarta : Erlangga. Dwinjoseputo. 1990. Pengatar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. Tim Dosen Fisika. 2018. Eksperimen Fisika II . Purwokerto: Unsoed. Young, Hugh D., dan Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Edisi kesepuluh Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Lampiran Lampiran 1 Deflektogram larutan garam 28
Lampiran 2 Deflektogram larutan garam 33
Lampiran 3 Proses difusi larutan garam 28
Lampiran 4 Proses difusi larutan garam 33
Lampiran 5 Perhitungan
