PERCOBAAN ABSORBSI CAHAYA CAHAYA Musfira, Wenni Amiruddin Salamba
Mahasiswa jurusan fisika fakultas Sain dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Email :
[email protected] :
[email protected] [email protected] Amiruddinw
[email protected]
Abst Abstra rak k : Hukum beer menyatakan absorbansi cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan medium. Sedangkan hukum ambert menyatakan !ro!orsi berkas cahaya datang yang disera! oleh suatu bahan" medium tidak bergantung !ada intensitas berkas cahaya yang datang. #u$uan #u$uan dari !ercobaan ini adalah menentukan koefisien !enyera!an material% mengamati !engaruh ketebalan absorber terhada! !enyera!an cahaya suatu material serta mengamati !engaruh hambatan terhada! besar intensitas !antul &refleksi' suatu materi. Alat yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya !ada !ercobaan ini adalah u(meter. u(meter memiliki sebuah Sensor yang diletakan !ada sumber cahaya yang akan diukur intenstasnya. )ahaya akan menyinari sel foto sebagai energi yang diteruskan oleh sel foto men$adi arus listrik. Makin banyak cahaya yang disera! oleh sel% arus yang dihasilkan !un semakin besar. besar. *ata kunci : absorbsi% lu(meter% lu(meter% intensitas intensitas datang% itensitas !antul I. PENDAHUUAN I.1 Latar Belakang
Cahaya merupakan suatu bentuk energi yang sangat penting yang dibutuhkan oleh seluruh makhluk hidup yang ada di bumi Tanpa adanya !ahaya kehidupan di bumi pun dipastikan tidak dapat berjalan sempurna Semua makhluk hidup menggantungkan hidupnya baik se!ara langsung maupun tidak langsung terhadap keberadaan !ahaya.
Caha Cahaya ya memi memili liki ki inte intens nsit itas as yang yang berb berbed eda a ter tergant gantun ung g dari dari material yang dikenainya. Intensitas cahaya merupakan besaran pokok fsik fs ika a untuk untuk menguk mengukur ur daya daya yang yang dipan dipancar carka kan n oleh oleh su suat atu u sumber sumber cahaya cahaya pada pada arah arah terte tertentu ntu persa persatua tuan n sudut. sudut. Pada percob percobaa aan n ini, ini,
besarnya intensitas yang diukur hanya merupakan intensitas dating dan pantul. Berdasarkan uraian di atas maka hal yang melatarbelakangi dilakukannya percobaan ini adalah untuk menentukan koefsien penyerapan dimana nilai koefsien bergantung pada struktur material yang digunakan dan bergantung pada energy (panjang gelombang) radiasi
yang
digunakan
melatarbelakangi adalah
atau
dipancarkan.
Hal
lain
yang
mengetahui pengaruh ketebalan absorber,
serta mengetahui pengaruh hambatan terhadap intensitas pantul suatu material. I.2 Rumusan Masalah " #agaimana koefisien penyerapan suatu material$ % #agaimana pengaruh ketebalan absorber terhadap penyerapan !ahaya suatu
material$ & #agaimana pengaruh hambatan terhadap besar intensitas pantul 'refleksi( suatu materi$ I.3 Tujuan Pecobaan " Menentukan koefisien penyerapan suatu material % Mengamati pengaruh ketebalan absorber terhadap penyerapan !ahaya suatu material & Mengamati pengaruh hambatan terhadap besar intensitas pantul 'refleksi( suatu materi I.4 Manfaat Percobaa )engan melakukan per!obaan ini dapat diketahui pengaruh warna dan ketebalan suatu material kertas terhadap intensitas datang dan intensitas pantul serta dari kedua intensitas tersebut kita dapat menentukan intensitas transmisinya juga mampu menentukan koefisien penyerapan suatu material
II. !IN"AUAN PUS!A#A II.1 Intensitas
Intensitas suatu radiasi berkurang bila radiasi itu melewati suatu material* sebab foton+foton itu akan dihamburkan sehingga arahnya tidak lagi seperti semula #erkurangnya intensitas radiasi disebabkan oleh efek fotolistrik* efek Compton* dan efek produksi pasangan I , I-./ 'II"( )engan : I, intensitas dating pada material . , koefisien ketebalan serap linier / , tebal material I , intensitas yang diteruskan Nilai koefisien suatu material bergantung pada struktur material yang digunakan dan bergantung pada energy 'panjang gelombang( radiasi yang digunakan atau dipan!arkan dalam per!obaan ini* bearnya intensitas !ahaya yang diukur hanya merupakan intensitas dating dan pantul 0al ini disebabkan intensitas lampu halogen yang digunakan tidak mampu menembus material yang digunakan* sehingga hubungan antara intensitas dating 'Id(* intensitas pantul 'Ip( dan intensitas yang ditransmisikan 'I( adalah : Id , I 1 Ip 'Tim )osen* %-"2(
'II%(
II.2 fek !otolistrik Se!ara umum yang disebut efek fotolistrik adalah gejala yang bersangkutan
dengan pengaruh penyinaran !ahaya pada permukaan logam terhadap sifat+sifat kelistrikan logam 3ada efek fotolistrik* pengaruh !ahaya terhadap sifat kelistrikan bahan bukan hanya disebabkan oleh sifat !ahaya sebagi gelombang ekektromagnetik* tetapi
jug
sifat
!ahaya
sebagai
pembawa
tenaga
Meskipun
gelombang
elektromagnetik juga pembawa arus tenaga* namun hal ini tidak dapat digunakan untuk menjelaskan gejala fotolistrik Albert 4instein mengemukakan hipotesa bahwa untuk menerangkan gejala efek fotolistrik !ahaya harus dipandang pula sebagai pan!aran unit+unit tenaga atau kuantum+kuantum tenaga yang disebut foton 5emudian* mun!ullah istilah baru dalam ilmu fisika mengenai dualisme partikel gelombang 'Soedojo*"667(
#erdasarkan data+data eksperimen yang dilakukan oleh 8i!hardson dan Compton pada tahun "6"%* emisi 'peman!aran( dari fotolistrik harus memenuhi hukum+hukum dibawah ini : a Arus fotolistrik 'yaitu jumlah elektron yang dipan!arkan perdetik( berbanding lurus dengan intensitas sinar datang b Untuk setiap permukaan metal yang fotosensitif* maka akan terdapat suatu harga frekuensi minimal 'frekuensi ambang( diman elektron akan mulai terpan!ar ! 4nergi kinetik maksimum dari fotoelektron yang dipan!arkan berubah se!ara linear dengan frekuensi !ahaya yang datang* tetapi tidak bergantung pada intesitas !ahaya 9ika digambarkan ma/ E sebagai fungsi dari υ dengan intensitas yang konstan maka akan diperoleh suatu garis lurus dengan tan θ = h dan memotong sumbu absis di υ = υ0 E ma/ = - → - = h' υ −υ) ;
3otensial penghenti + , adalah beda harga dari potensial penghambatan antara kedua elektroda yang akan menyetop atau menghentikan aliran fotoelektron yang dipan!arkan permukaan logam 'Muljono* %--&( II.3 fek "om#ton
Compton mampu menerangkan hasil+hasil eksperimennya dengan 3ada tahun "6%&* Compton memberikan kesimpulannya mengenai hamburan sinar / oleh materi )alam naskah ilmiahnya =A >uatum Theory of S!attering of ?+8ays by @ight* Compton menerangkan per!obaannya tentang hamburan sinar / oleh materi )iamatinya bahwa panjang gelombang sinar / yang terhambur berbeda dengan panjang gelombang sinar / sebelum terhambur 3erubahan panjang gelombang tersebut ternyata juga bergantung dari sudut hamburan Untuk dapat memahami pernyataan tersebut berikut ini akan dibahas tentang per!obaan Compton a Sinar ? yang dipan!arkan oleh sumbernya dijadikan sinar monokhromatis lebih dahulu* kemudian dijatuhkan pada suatu Bat penghamburan S b )ari S berkas sinar ? dihambur ke segala arah Celah pengkolimator dan sistem analisator di belakangnya memilih bekas yang terhambur dalam suatu arah tertentu 'θ( ! )engan menggerakkan pengkolimator dan sistem analisator se!ara bersama dengan S sebagai sumbu gerak perputaran maka dapat dipelajari baik intensitas maupun panjang gelombang λ sinar / yang dihamburkan 5edudukan pengkolimator terhadap penghamburan S mendefinisikan sudut hamburan θ d 5ristal C dan detektor ) merupakan bagian penganalisa sinar / terhambur 3engukuran ini dilakukan dengan sangat teliti melalui metoda refleksi #ragg* terutama mengenai nilai panjang gelombang terhambur λ e 0asil per!obaan Compton menunjukkan bahwa besar panjang gelombang terhambur λ tergantung pada sudut θ
'usuf dan 4nos* %-"D( III.4 Pro$uksi Pasangan
3roduksi pasangan adalah proses yang dapat terjadi apabila foton menumbuk atom*dimana seluruh energy foton hilang dan dalam proses ini dua partikel ter!iptakan* yakni sebuah ele!tron dan sebuah positron 'positron adalah sebuah partikel yang massanya sama dengan massa ele!tron*tetapi memiliki muatan positif( proses ini merupakan !ontoh pen!iptaan energy massaelektronnya tidak ada sebelum foton menumbuk atom ' ele!tron ini bukanlah ele!tron milik atom ( Telah diterangkan bahwa pada efek foto listrik* foton bila ditembakkan kepada logam* maka dapat menyerahkan seluruh energinya atau sama sekali tidak 5alau menyerahkan seluruh energinya* berarti untuk mengeluarkan elektron dari dalam logam dan untuk tenaga elektron meninggalkan logam 9uga telah diterangkan pada Compton* foton yang mempunyai frekuensi tinggi ditembakkan langsung pada elektron terluar maka energinya untuk menghamburkan foton baru 3ada produksi pasangan* bila sebuah foton dengan frekuensi tinggi mendekati inti atom berat maka foton tersebut lenyap dan menjelma menjadi sebuah elektron dan sebuah positron 'elektron positif( 9adi ada perubahan energi elektromagnit menjadi energi diam h E , +e- F Fe9umlah muatan elektron '+e( dan positron 'Fe( adalah nol 4nergi kinetik elektron maupun positron masing+masing adalah : 4 , m-C% , -*D" MeG 3roduksi pasangan ditunjukkan untuk membuat pasangan partikel dan anti+ partikelnya* terutama pasangan elektron dan positron Untuk men!iptakan antiproton* H Chamberlain dan 4milio Segre menumbukkan dua proton dalam ke!epatan tinggi* begitu juga ketika #ru!e Cork menemukan antineutron 0al yang berbeda terjadi pada produksi pasangan elektron dan positron 4lektron dan positron te!ipta saat sebuah photon yang melewati inti atom yang pasif dan energinya dikonEersikan ke dalam materi 5ehadiran inti atom diperlukan sehingga hukum kekekalan momentum
dapat terpenuhi 4lektronnya ter!ipta sendiri* bukan milik atom @alu* mun!ullah positron dan elektron dari ketiadaan 8eaksinya dituliskan : F J e 1 F eF 4nergi photon yang hilang dalam proses ini dirubah menjadi energi relatiEistik positron 4F dan elektron 4 1 dengan persamaan: hE , 4F F 4 1 , %mo!% F 4F F 4 1 ; 5arena 5F dan 5+ selalu positif maka untuk melakukan produksi pasangan* photon harus memiliki energi sekurang+kurangnya %mo!%,"*-% MeG atau "*2K ? "-+ "&
9agar dapat mendekati inti berat sehingga terjadi produksi pasangan berupa
elektron dan positron Loton tersebut termasuk dalam sinar gamma inti atomse!ara perlambang : Loton , ele!tron F positron 3roses diatas hanya dapat terjadi jika terdapat sebuah atom di sekitar ele!tron yang memasok momentum pental yang diperlukan*proses kebalikannya * 4le!tron F positron , foton 4lektron bila bertemu dengan positron maka keduanya musnah 'anihilasi( dan menjelma menjadi foton sinar gamma3ada proses produksi pasangan maupun kebalikannya ini tetap berlaku hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum 5embali pada produksi pasangan tersebut di atas* karena foton berubah menjadi elektron dan positron* maka dengan sendirinya foton yang ditembakkan harus mempunyai energi lebih tinggi dari "*-% MeG Setelah terjadi produk pasangan ini* maka mengalami penurunan intensitas 3erubahan ini tergantung dari sifat dan tebal bahan dengan analisis sebagai berikut : /) I , +k I ) dI , +k I d/ I , I- e+k/ I- , intensitas awal foton I , intensitas setelah menembus bahan tebal /
/ , tebal bahan k , tetapan absorbsi bahan terhadap foton tertentu #erarti selama perjalanan dalam media* energinya turun se!ara eksponensial Apabila tebal media / dipilih sedemikian rupa sehingga intensitasnya tinggal separo yaitu * maka tebal ini disebut tebal lapisan separo harga '0alf Galue @ayer , 0G@( Teori ini banyak digunakan dalam perhitungan penlindung radiasi 'Anonim* %-"&(
III.ME!ODOO$I PERCOBAAN III.1 %aktu $an Tem#at 4ksperimen ini dilakukan pada hari 9umat "7 noEember %-"2* pukul ""-- 1
"%-- ITA* di @aboratorium Hptik* lantai II Lakultas Sains dan Teknologi* UIN Alauddin Makassar* Samata+
Cela%
ensa #er'as (arna
lam)u
P.Su))l *+l'masing+masing plat dan !atat tegangannya % Mengukur tebal me'er & Mengatur !elah diafragma lalu menyalakan power supply
K Mengukur Id 'intensitas dating , di depanu& material(* Me'er Ip 'intensitas pantul , dimiringkan di depan material( D Melakukan pengukuran berdasarkan : a Untuk hambatan yang berubah* !elah diafragma tetap b Untuk hambatan yang tetap* !elah diafragma berubah
2 Melakukan pengamatan untuk material lainnya I*. HASI DAN PEMBAHASAN I(.1 &nalisis )ata " Menghitung ketebalan kertas
arna kertas 0ijau 5uning 3ink
5etebalan 'mm( -*&% -*%2 -*%-
% Menghitung Intensitas transmisi Id , It 1 Ip It , Id F Ip a Untuk material kertas hijau a( Untuk r , 2 O / , -*&% mm It , Id F Ip , %P F" , %7 l/ b( Untuk r , 6 O / , -*&% mm It , Id F Ip , "72 F " , "7P l/ b Untuk material kertas kuning a( Untuk r , 2 O / , -*%2 mm It , Id F Ip , "2 F " , "P l/ b( Untuk r , 6 O / , -*%2 mm It , Id F Ip , %&% F " , %&& l/ ! Untuk material kertas pink a( Untuk r , 2 O / , -*%- mm It , Id F Ip , "D F " , "2 b( Untuk r , 6 O / , -*%- mm It , Id F Ip , %"6 F " , %%- l/
& Menghitung koefisien absorbsisetiap penyerapan '.( a Untuk material kertas hijau a( Untuk r , 2 O / , -*&% mm Id 1 . , x ln Ip
( ) ( )
1
,
0,32
27
ln
1
, &*"%D ln %P , "-*%6 b( Untuk r , 6 O / , -*&% mm Id 1 . , x ln Ip 1
( ) ( ) 186
, 0,32
ln
1
, "2*&& b Untuk material kertas kuning a( Untuk r , 2 O / , -*%2 mm Id 1 . , x ln Ip 1
,
0,26
( ) ( ) 16
ln
1
, &*7D ln "2 , "-*2P b( Untuk r , 6 O / , -*%2 mm Id 1 . , x ln Ip 1
,
0,26
( ) ( ) 232
ln
1
, %-*6P ! Untuk material kertas pink a( Untuk r , 2 O / , -*%- mm Id 1 . , x ln Ip
( )
1
,
( ) 15
ln
0,20
1
, D ln "D , "&*DK b( Untuk r , 6 O / , -*%- mm Id 1 . , x ln Ip
( ) ( ) 219
1
,
ln
0,20
1
, %2*6D I(.2 Pembahasan
bsorbsi intensitas
cahaya
pantul,
berkaitan
intensitas
dengan
yang
intensitas
diteruskan
dan
langsung, intensitas
penyerapan. !ntuk mengukur intensitas diperlukan "u#meter, jadi pancaran sinar cahaya atau inensitas dapat diukur dengan alat ini. Intensitas suatu cahaya akan berkurang apabila cahaya tersebut telah
mele$ati
suatu
material.
%erta
struktur
material
yag
ditembusi cahaya juga mempengaruhi koefsien penyerapan dan panjang gelombang radiasi yang dipancarkan. &alam percobaan ini digunakan ' material yang sama dengan $arna berbeda dan ketebalan yang berbeda. Pertama digunakan kertas ber$arna hijau dengan ketebalan ,' mm. %umber cahaya halogen dipancarkan dengan daya * +olt. aka, intensitas datang yang terukur langsung didepan cahaya adalah - "u#, intensitas pantulnya menjadi "u#. /emudian daya lampu dinaikkan menjadi 0 +olt, dengan bahan yang sama terukur intensitas datangnya adalah 1* "u# dan intensitas pantulnya sebesar "u#. Hasil yang didapatkan sesuai dengan teori yan menyatakan
bah$a
nilai
oefsien
penyerapan
suau
bahan
bergantung pada panjang gelombang radiasi yang dipancarkan.
!ntuk membuktikan teori kedua yang menyatakan bah$a stuktur material juga mempengaruhi koefsien penyerapan suatu bahan, maka digunakan kertas yang berbeda $arna yaitu kertas ber$arna
kuning
dengan
ketebalan
,*
mm.
&engan
mem2ariasikan tegangan lampu seperti yang dilakukan pada kertas sebelumnya, maka diperoleh untuk daya * +olt tercatat intensitas cahaya terusan kertas kuning adalah - "u#, sedangkan pada kertas pink sebesar * "u#. Pada lampu berdaya 0 +olt tercatat intensias cahaya terusan kertas pink adalah "u#, sedangkan pada kertas kuning sebesar '' "u#. &ari data sudah cukup membuktikan
bah$a
strktur
materi
suatu
bahan
juga
mempengaruhi intensitas cahaya tembusnya karena kertas hijau dan kertas putih memiliki strutur yang berbeda. *.
PENU!UP (.1 'esim#ulan 5esimpulan pada per!obaan ini adalah sebagai berikut : " Menentukan koefisien penyerapan '.( suatu material yaitu dengan !ara
membandingkan antara intensitas !ahaya yang datang dan intensitas !ahaya yang dipantulkan 8umusnya yaitu O 1
.,
x
ln
( ) I t
I O
% 5etebalan absorber berpengaruh terhadap penyerapan suatu material Absorber yang memiliki ketebalan !ukup ke!il akan berbeda daya serapnya dibandingkan dengan absorber yang memiliki ketebalan besar Semakin tebal sebuah absorber* maka semakin ke!il daya serapnya & 0ambatan berpengaruh terhadap besar intensitas pantul 'refleksi( suatu material Namun* pengaruh hambatan pada besar intensitas bergantung juga terhadap jenis hambatan tersebut (.2 *aran
Saran untuk per!obaan ini adalah sebaiknya warna material kertasnya lebih diEariasikan lagi agar praktikan dapat mengetahui perbedaan intensitas dari masing+ masing kertas yang memiliki warna berbeda DA-!AR PUS!A#A usuf dan 4nos Taruh %-"D . Fisika Modern UniEersitas Negeri
https:QQanjel!hsuyudono%-"-K&-&&wordpress!om ')iakses tanggal %6 NoEember %-"2( Muljono %--&. Fisika Modern 3enerbit : Andi* ogyakarta Tim )osen %-"2. -enuntun -raktikum Fisika Eks!erimen uniEersitas Islam Negeri Alauddin Makassar
