Laporan Praktikum Fotometri

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR I FOTOMETRI DENGAN LDR/LUXMETER

Disusun oleh : Nama

: Diva Alfiansyah

NIM

: 12/330930/PA/14410

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA JOGJAKARTA 2012

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR I FOTOMETRI DENGAN LDR/LUXMETER I.

Pendahuluan Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak bisa lepas dari cahaya. Banyak sekali aktivitas kita maupun benda-benda di sekitar kita yang berhubungan dengan cahaya. Contoh saja cahaya lampu ataupun cahaya lilin yang selalu menerangi aktivitas kita di kala petang, cahaya matahari yang sangat banyak manfaatnya, dan lain-lain. Kita pun tidak dapat melihat bendabenda di sekitar kita tanpa adanya cahaya, dalam hal ini adalah cahaya tampak. Namun, dalam praktikum fotometri kali ini bukan cara kerja manusia melihat dengan bantuan cahaya yang akan dibahas, tetapi bagaimana praktikan mengukur kekuatan cahaya atau intensitas cahaya yang sehari-hari kita gunakan. Suatu sumber cahaya akan memancarkan cahaya dengan intensitas (I) tertentu tergantung pada kuat penerangannya dan jarak dari suatu titik terhadap sumber cahaya tersebut. Lalu akan dibahas pula bagaimana hubungan intensitas cahaya dengan faktor daya listrik.

II.

Tujuan Tujuan pada praktikum fotometri kali ini adalah sebagai berikut : 1. Menentukan intensitas lampu sebagai fungsi dari daya listrik yang diserap oleh lampu itu 2. Menentukan nilai konstanta k dan a (eksponen)

III.

Dasar teori Fotometri adalah suatu ilmu yang mempelajari bagian dari optik yang mempelajari mengenai kuat cahaya (intensity) dan derajat penerangan (brightness). Dalam fotometri dikenal besaran-besaran : 1. Fluks Cahaya (F) Definisi : Energi cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per detik. Satuan : Lumen. 2. Intensitas Cahaya (I) /Kuat Cahaya Intensitas cahaya adalah jumlah energi cahaya yang menembus luasan secara normal per satuan waktu per satuan luas. Intensitas cahaya oleh pancaran bohlam biasa diukur dengan luxmeter, dan dinyatakan dalam satuan lux. Secara umum sebuah sumber lampu cahayanya tidak akan berpendar secara merata ke semua arah. Tetapi bilamana kita membayangkannya sebagai sebuah kerucut yang runcing dengan satu titik cahaya, maka pancaran cahayanya baru dapat tersebar secara merata. Dimana konsentrasi cahaya pada kerucut tersebut ada sama dengan perpendaran cahaya pada kerucut dibagi dengan permukaan kerucut yang digambarkan sebagai ruang sudut pada kerucut tersebut. Hasilnya disebut sebagai intensitas cahaya (I). Sehubungan dengan fotometri, intensitas cahaya juga dapat didefinisikan sebagai Flux cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per detik. 3. Kuat Penerangan (E).

Definisi : Fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per satuan luas bidang yang menerima cahaya tersebut. 1 Lux adalah kuat penerangan suatu bidang, dimana tiap-tiap m2 didatangi oleh flux cahaya 1 Lumen. Kuat pencahayaan suatu titik pada bidang kerja yang tegak lurus dengan arah datang cahaya setara dengan intesitas cahaya pada arah tersebut di bagi dengan kuadrat jarak antara sumber cahaya dengan titik tersebut. 4. Fotometer Definisi : Alat yang digunakan untuk mengukur intensitas sumber cahaya, dan prinsipnya membandingkan kuat penerangan (E) dari sumber cahaya yang hendak diukur. Hukum kuadrat terbalik mendefinisikan hubungan antara pencahayaan dari sumber titik dan jarak. Rumus ini menyatakan bahwa intensitas cahaya per satuan luas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumbernya (pada dasarnya jari-jari). E = I / R2 Dimana E = Kuat Penerangan , I = Intensitas cahaya dan d = jarak Bila kuat penerangan kedua sumber cahaya S1 dan S2 sama, berlaku : ES1 = ES2 maka I1 : I2 = R12 : R22 Kemudian mengenai hubungan intensitas cahaya dengan daya listrik ada sebuah contoh, bohlam menyala karena menyerap daya listrik. Daya listrik tidak seluruhnya diubah menjadi cahaya, tetapi sebagian berubah menjadi panas. Ini terbukti, ketika bohlam menyala, kawat wolfram di dalam lampu memijar dan gelas penutupnya menjadi panas. Bahkan keramik tumpuan lampu juga ikut memanas. Bohlam memancarkan intensitas cahaya yang besar bila menyerap daya listrik yang besar pula. Daya listrik yang diserap bohlam sebanding dengan besar tegangan yang terpasang. Lampu jalanan dapat menyala otomatis ketika malam hari (intensitas cahaya kecil) karena dilengkapi dengan LDR (Light Dependent Resistor). LDR merupakan sebuah sensor bergeometri silinder kecil yang nilai tahanannya besar jika intensitas cahaya yang diterima besar. LDR bereaksi otomatis terhadap intensitas cahaya. Ada kesetaraan antara nilai terbaca oleh luxmeter dalam lux dan dengan LDR dalam ohm. Intensitas cahaya berkurang bila jarak dari sumber semakin jauh, dan nilainya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber penerang. Lampu penerang, termasuk bohlam, disebut berkualitas baik apabila mampu memberikan intensitas cahaya lebih besar pada konsumsi daya listrik kecil. IV.

Metode Eksperimen 1. Alat dan Bahan a. Bangku optik b. Beberapa penggeser c. Lampu tanpa selubung d. Voltmeter, ampermeter, dan multimeter e. Variac (trafo yang dapat diatur) f. Luxmeter g. LDR (Light Dependent Resistor, harga tahanan suatu LDR tergantung dari intensitas cahaya yang jatuh padanya)

2. Sumber S AC Variac k

LDR Lampu

Multimeter

Luxmeter

ema Percobaan Penggeser 3. Tata Laksana Percobaan I (Kalibrasi Luxmeter dan Ohmmeter) a. Alat dan bahan praktikum disiapkan b. Alat dan bahan tersebut dirangkai sesuai pada skema percobaan c. Multimeter pada posisi ohmmeter dikalibrasi dan kemudian diatur pada faktor pengali 1000 kali d. Luxmeter diatur pada faktor pengali 300 kali e. Kemudian lampu dinyalakan dengan variac (trafo yang dapat diatur) pada tegangan tetap sebesar 200 Volt f. Lalu divariasikan jarak antara luxmeter dengan lampu sebanyak tujuh kali, yaitu 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, 55 cm, dan 60 cm g. Pada masing-masing jarak tersebut dihitung nilai pada luxmeter (Intensitas) dan multimeter (pada posisi ohmmeter atau hambatan) h. Setelah diperoleh data pada langkah g, maka akan ditentukan nilai a (eksponen) dan konstanta k dengan regresi linear Percobaan II (Menentukan Intensitas terhadap Faktor Daya) a. Alat dan bahan praktikum disiapkan b. Rangkaian percobaan II masih sama dengan percobaan I c. Luxmeter diposisikan pada kondisi mati karena tidak digunakan pada percobaan II d. Multimeter pada posisi ohmmeter dikalibrasi dan kemudian diatur pada faktor pengali 1000 kali e. Jarak antara lampu dan luxmeter diatur tetap yaitu 35 cm f. Lalu divariasikan besar tegangan lampu dengan variac sebanyak sepuluh kali, yaitu 100 V, 110 V, 120 V, 130 V, 140 V, 150 V, 160 V, 170 V, 180 V, dan 190 V g. Pada masing-masing tegangan tersebut dihitung nilai tahanan yang ditunjukkan pada multimeter bagian penghitungan hambatan h. Setelah diperoleh data pada langkah g, maka akan ditentukan nilai daya listrik (P) dan hubungannya dengan intensitas cahaya 4. Metode Analisa Data a. Kalibrasi Luxmeter dan Ohmmeter V= . . . Volt r (cm) I (lux)

R (ohm)

I (lux)

= k Ra : Keterangan

I Ln I Ln I

R (ohm)

= Ln k + a Ln R

I = Intensitas Cahaya (lux) k = Konstanta

Sb y

Ln I

m sb x c

R = Hambatan (ohm)

Ln R 𝑚 𝑑𝑎𝑛 𝑐 𝑠𝑒𝑟𝑡𝑎 ∆𝑚 𝑑𝑎𝑛 ∆𝑐 𝑑𝑖𝑐𝑎𝑟𝑖 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟 𝑚=

𝑁 ∑(𝑥𝑦) − ∑ 𝑥 ∑ 𝑦 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2

𝑆𝑦 = {

2

2

2

∑ 𝑥 (∑ 𝑦) − 2 ∑ 𝑥 ∑ 𝑥𝑦 ∑ 𝑦 + 𝑁(∑ 𝑥𝑦) 1 (∑ 𝑦 − ( ))} 𝑁−2 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 2

𝑁 ∆𝑚 = 𝑆𝑦√ 2 𝑁 ∑ 𝑥 − (∑ 𝑥)2 𝑐=

∑ 𝑥 2 ∑ 𝑦 − ∑ 𝑥 ∑(𝑥𝑦) 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2

∑ 𝑥2 √ ∆𝑐 = 𝑆𝑦 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2

𝑚=𝑎 ∆𝑚 = ∆𝑎 𝑐 = 𝐿𝑛 𝑘 𝑘 = 𝑒𝑐

𝑎 ± ∆𝑎 = . . . ± . ..

𝐼 = . . . 𝑅 ... b. Menentukan Intensitas terhadap Faktor Daya r = ... cm V (volt) R (ohm) I (lux)

𝑃=

𝑉2 𝑅

P (watt)

Keterangan : I = Intensitas Cahaya (lux) k = Konstanta

I (lux)

R = Hambatan (ohm) P (watt)

P = Daya (Watt)

1⁄ 2

=a

V.

Hasil Eksperimen 1. Data Percobaan I (Kalibrasi Luxmeter dan Ohmmeter) Vlampu = 200 Volt r (cm) I (lux) 30 110 35 90 40 70 45 55 50 45 55 40 60 30

Percobaan II (Menentukan Intensitas terhadap Faktor Daya) Jarak antara luxmeter dengan lampu (r) = 35 cm V (Volt) R (ohm) I (lux) 100 28000 2,146 110 21000 3,692 120 13000 9,127 130 8500 20,347 140 6000 39,259 150 4000 84,377 160 2500 204,830 170 1800 380,719 180 1000 1154,248 190 400 6504,350 2. Grafik

R (ohm) 3500 4000 4500 5000 5500 6500 7000

P (watt) 0,357 0,576 1,108 1,988 3,267 5,625 10,240 16,056 32,400 95,250

3. Perhitungan Percobaan I (Kalibrasi Luxmeter dan Ohmmeter) R (ohm) I (lux) Ln R (x) Ln I (y) 3500 110 8,161 4,700 4000 90 8,294 4,500 4500 70 8,412 4,248 5000 55 8,517 4,007 5500 45 8,613 3,807 6500 40 8,780 3,689 7000 30 8,854 3,401 Jumlah Data yang 34,144 15,916 Menyinggung Grafik

x2

y2

xy

66,594 68,791 70,759 72,543 74,175 77,081 78,387

22,095 20,248 18,050 16,059 14,491 13,608 11,568

38,358 37,322 35,738 34,131 32,785 32,387 30,113

261,699

64,212

135,388

Sehingga N = 4 data (data ke-1,data ke-4, data ke-5, dan data ke-7) 𝑁 ∑(𝑥𝑦) − ∑ 𝑥 ∑ 𝑦 𝑚= 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 4(135,388) − (34,144)(15,916) = 4(261,699) − (34,144)2 541,550 − 543,423 = 1166,797 − 1165,805 −1,873 = 0,992 = −1,887

𝑆𝑦 = {

2

2

2

1⁄ 2

∑ 𝑥 (∑ 𝑦) − 2 ∑ 𝑥 ∑ 𝑥𝑦 ∑ 𝑦 + 𝑁(∑ 𝑥𝑦) 1 (∑ 𝑦 − ( ))} 𝑁−2 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 2

1⁄ 2

(261,699)(15,916)2 − 2(34,144)(135,388)(15,916) + 4(135,388)2 1 ={ (64,212 − ( ))} 4−2 4(261,699) − (34,144)2 (261,699)(253,309) − 147145,369 + 4(18329,787) 1 = { (64,212 − ( ))} 2 1166,797 − 1165,805 1⁄ 2

1 73389,945 − 147145,369 + 73319,148 = { (64,212 − ( ))} 2 0,992 1⁄ 2

1 63,724 = { (64,212 − ( ))} 2 0,992 1⁄ 2

1 = { (64,212 − 64,211)} 2 1⁄ 2 1 = { (0,001)} 2 1⁄ 2 *0,0005+ = = 0,022

1⁄ 2

𝑁 ∆𝑚 = 𝑆𝑦√ 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 4 = 0,022√ 4(261,699) − (34,144)2 4 = 0,022√ 1166,797 − 1165,805 4 = 0,022√ 0,992 = 0,022√4,031 = 0,022(2,008) = 0,045 ∑ 𝑥 2 ∑ 𝑦 − ∑ 𝑥 ∑(𝑥𝑦) 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 (261,699)(15,916) − (34,144)(135,388) = 4(261,699) − (34,144)2 4642,590 − 4622,656 = 1166,797 − 1165,805 19,934 = 0.992 = 20,086

𝑐=

∑ 𝑥2 √ ∆𝑐 = 𝑆𝑦 𝑁 ∑ 𝑥 2 − (∑ 𝑥)2 261,699 = 0,022√ 4(261,699) − (34,144)2 261,699 = 0,022√ 1166,797 − 1165,805 261,699 = 0,022√ 0.992 = (0,022)(17,144) = 0,383 𝑚 ± ∆𝑚 = 𝑎 ± ∆𝑎 = −1,887 ± 0,045 𝑐 ± ∆𝑐 = 20,086 ± 0,383 𝑐 = 𝐿𝑛 𝑘 = 20,086 𝑘 = 𝑒 20,086 𝑘 = 528736100,2 𝐼 = 𝑘𝑅 𝑎 𝐼 = 528736100,2 𝑅−1,887

Percobaan II (Menentukan Intensitas terhadap Faktor Daya) 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (28000)−1,887 = 2,146 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (21000)−1,887 = 3,692 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (13000)−1,887 = 9,127 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (8500)−1,887 = 20,347 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (6000)−1,887 = 39,259 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (4000)−1,887 = 84,377 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (2500)−1,887 = 204,830 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (1800)−1,887 = 380,719 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (1000)−1,887 = 1154,248 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 = 528736100,2 (400)−1,887 = 6504,350

𝑉2 𝑅 (100)2 = 2800 = 0,357

𝑃=

𝑉2 𝑅 (110)2 = 21000 = 0,576

𝑃=

𝑉2 𝑅 (120)2 = 13000 = 1,108

𝑃=

𝑉2 𝑃= 𝑅 (130)2 = 8500 = 1,988 𝑉2 𝑅 (140)2 = 6000 = 3,267

𝑃=

VI.

𝑉2 𝑅 (150)2 = 4000 = 5,625

𝑃=

𝑉2 𝑅 (160)2 = 2500 = 10,240

𝑃=

𝑉2 𝑅 (170)2 = 1800 = 16,056

𝑃=

𝑉2 𝑅 (180)2 = 1000 = 32,400

𝑃=

𝑉2 𝑅 (190)2 = 400 = 95,250

𝑃=

Pembahasan Pada praktikum fotometri kali ini praktikan melakukan dua kali percobaan. Percobaan I yaitu kalibrasi dimana divariasikan nilai r atau jarak antar luxmeter dengan lampu. Sedangkan percobaan II yaitu menentukan intensitas terhadap faktor daya dengan membuat variasi pada nilai tegangan (V) lampu. Setelah dilakukan praktikum diperoleh data sebagai berikut : Percobaan I (Kalibrasi Luxmeter dan Ohmmeter) r = 30 cm  I = 110 lux  R = 3500 ohm r = 35 cm  I = 90 lux  R = 4000 ohm r = 40 cm  I = 70 lux  R = 4500 ohm r = 45 cm  I = 55 lux  R = 5000 ohm r = 50 cm  I = 45 lux  R = 5500 ohm r = 55 cm  I = 40 lux  R = 6500 ohm r = 60 cm  I = 30 lux  R = 7000 ohm Percobaan II (Menentukan Intensitas terhadap Faktor Daya) V = 100 Volt  R = 28000 ohm  I = 2,146 lux  P = 0,357 Watt

V = 110 Volt  R = 21000 ohm  I = 3,692 lux  P = 0,576 Watt V = 120 Volt  R = 13000 ohm  I = 9,127 lux  P = 1,108 Watt V = 130 Volt  R = 8500 ohm  I = 20,347 lux  P = 1,988 Watt V = 140 Volt  R = 6000 ohm  I = 39,259 lux  P = 3,267 Watt V = 150 Volt  R = 4000 ohm  I = 84,377 lux  P = 5,625 Watt V = 160 Volt  R = 2500 ohm  I = 204,830 lux  P = 10,240 Watt V = 170 Volt  R = 1800 ohm  I = 380,719 lux  P = 16,056 Watt V = 180 Volt  R = 1000 ohm  I = 1154,248 lux  P = 32,400 Watt V = 190 Volt  R = 400 ohm  I = 6504,350 lux  P = 95,250 Watt Dari percobaan I dapat diamati bahwa perubahan jarak mempengaruhi nilai intensitas dan hambatan. Semakin besar jarak antara luxmeter dengan lampu (r) maka semakin kecil intensitas cahaya (I) yang diukur oleh luxmeter. Namun hambatan (R) yang terukur pada multimeter menjadi semakin besar. Sedangkan pada percobaan II terlihat variasi nilai tegangan lampu (V) mempengaruhi nilai hambatan (R) dan daya (P). Semakin besar nilai tegangan lampu, semakin kecil nilai hambatan dan nilai daya menjadi semakin besar. Khusus nilai intensitas pada percobaan II tidak tergantung pada variasi tegangan karena luxmeter tidak diaktifkan dalam percobaan ini. Intensitas tergantung pada nilai hambatan yang dihasilkan pada percobaan II dan nilai konstanta (k) serta nilai a (eksponen) yang diperoleh dari percobaan I. Nilai a dicari dengan metode regresi linear dan nilai k ditentukan dari bilangan alam (e) yang dipangkatkan c. Hasilnya sebagai berikut : 𝑎 = −1,887 𝑘 = 528736100,2 𝐼 = 𝑘𝑅 𝑎 𝐼 = 528736100,2 𝑅 −1,887 Data-data di ataslah yang mempengaruhi nilai intensitas pada percobaan II. Jika dilihat besarnya nilai k menunjukkan ketidaktelitian yang dilakukan oleh praktikan, sehingga menyebabkan pula tingginya nilai intensitas. Lalu mengenai hubungan antara daya listrik dan intensitas cahaya dengan hambatan sama yang ditunjukkan oleh grafik, terlihat bahwa semakin tinggi nilai daya listrik, semakin tinggi pula nilai intensitas cahaya. Pada saat percobaan berlangsung praktikan kurang teliti dalam melihat angka yang ditunjukkan multimeter maupun luxmeter, sehingga menyebabkan data kurang valid. Selain itu, perhitungan yang dilakukan dengan menggunakan metode regeresi linear juga menyulitkan praktikan ketika ditemukan angka-angka yang sangat besar dan memiliki banyak desimal. Di sisi lain, dari faktor eksternal yaitu tempat praktikum juga tidak sepenuhnya tanpa gangguan. Praktikum fotometri dilakukan bersama praktikum lensa yang menggunakan cahaya. Padahal pada praktikum fotometri hanya dibutuhkan cahaya dari lampu yang berada di depan luxmeter. Hal ini juga menjadi salah satu penyebab terjadinya ketidaktelitian. VII.

Kesimpulan Dari praktikum fotometri kali ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Semakin besar jarak antara luxmeter dengan lampu, maka semakin kecil intensitas cahaya dan hambatan menjadi semakin besar 2. Semakin besar nilai tegangan lampu, maka semakin kecil nilai hambatan dan nilai daya menjadi semakin besar

3. Intensitas cahaya selalu berbanding terbalik dengan hambatan 4. Intensitas cahaya berbanding lurus dengan daya listrik 5. Diperoleh nilai a dan k serta rumus intensitas sebagai berikut : 𝑎 = −1,887 𝑘 = 528736100,2 𝐼 = 528736100,2 𝑅−1,887

Daftar Pustaka Staf Laboratorium Fisika Dasar.2010.Buku Panduan Praktikum Fisika Dasar.Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada http://kucingfisika.wordpress.com/2011/11/29/fotometri/ http://id.scribd.com/doc/52172826/dasar-teori-fotometri

Asisten,

Yogyakarta, 24 November 2012 Praktikan,

Wijayanti

Diva Alfiansyah