Refraktometer ABBE
Intan Octaviani (140310140048)
Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran
Kamis, 29 Oktober 2015
Asisten : Euis Siti Nurazizah
Abstrak
Indeks bias adalah kemampuan cahaya merambat dalam suatu zat berdasarkan
molekul–molekul penyusun dari zat tersebut. Sedangkan berdasarkan persamaan
matematis, indeks bias adalah perbandingan cepat rambat cahaya di udara
dengan cepat rambat cahaya ketika melalui suatu zat. Yang menjadi tujuan
dari percobaan ini adalah menentukan indeks bias minyak pada suhu kamar
serta menentukan indeks bias air suling pada berbagai suhu dimana digunakan
refraktometer ABBE yakni alat pengukur indeks bias suatu zat cair yang
mempunyai indeks bias antara 1,3 dan 1,7. Untuk mencapai tujuan tersebut
dilakukan prosedur yakni meneteskan minyak atau air suling yang akan diukur
indeks biasnya pada prisma lalu mengatur cermin pemantul dan tombol
kompensator. Untuk air suling digunakan heater dan pompa karena suhunya
divariasikan dari 25ºC-60ºC. Didapatkan nilai indeks bias minyak rata-rata
1,584 dengan rata-rata koreksi indeks bias minyaknya sebesar 1.584. Dan
nilai indeks bias air rata-rata sebesar 1,37 dengan rata-rata koreksi
indeks bias air 1,37. Maka, kesalahan relatif yang dihasilkan untuk kedua
zat sebesar 0%. Hasil indeks bias minyak yang telah didapatkan mendekati
indeks bias minyak sebenarnya yaitu 1.5 dan juga hasil indeks bias air
suling mendekati indeks bias yang sebenarnya yaitu 1,37. Prinsip kerja dari
alat ini didasarkan pada sifat sudut kritis.
Kata kunci : Indeks bias, cahaya, refraktometer ABBE.
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sebagaimana yang kita ketahui bahwa cahaya memiliki berbagai macam
sifat, adapun sifat-sifat tersebut diantaranya adalah bahwa cahaya dapat
memantul, membias, merambat, membelok, dan masih banyak lagi sifat cahaya
lainnya. Sementara itu kemampuan cahaya dalam merambat pada dua atau lebih
medium yang berbeda disebut dengan indeks bias cahaya. Dimana perambatan
yang terjadi berlangsung pada medium-medium yang dilalui cahaya. Pada
masalah ini salah satu faktor yang mempengaruhi indeks bias adalah suhu
pada masing-masing medium yang dilewati cahaya. Kemampuan cahaya dalam
merambat pada suatu bidang adalah indeks bias. Perambatan cahaya dapat
terjadi pada medium padat,cair dan gas. Untuk percobaan kita kali ini yang
akan kita lakukan adalah mempelajari indeks bias pada zat cair dan pengaruh
suhu terhadap indeks bias zat cair yang kita amati.
Tujuan Percobaan
Adapun tujuan melakukan percobaan ini adalah:
1. Mengetahui mempelajari prinsip kerja alat Refraktometer ABBE.
2. Mengukur indeks bias suatu cairan.
3. Mengetahui pengaruh suhu terhadap indeks bias.
4. Menentukan dispersi nf – nc.
Dengan adanya refraktometer ABBE ini, maka kita akan mengukur indeks
bias minyak pada suhu kamar serta indeks bias air suling pada berbagai suhu
yang akan dibandingkan dengan indeks bias yang sebenarnya.[1]
II. TEORI DASAR
Refraktormeter ABBE adalah alat pengukur indeks bias suatu zat cair
yang mempunyai indeks bias antara 1,3 dan1,7. Prinsip kerja alat ini
didasarkan pada sifat sudut kritis. Refraktometer ABBE terdiri dari sebuah
teleskop dengan dua prisma pembias P dan P', dua prisma amici K1 dan K2,
dan cermin datar sebagai pemantul. Objek yang akan diukur indeksnya
diletakkan diantara prisma P dan P'. Tiap sistem prisma K1 dan K2 terdiri
dari masing-masing tiga prisma yang ditempelkan. Sistem ini dinamakan
kompensator. Tiga prisma ini terdiri dari dua buah lensa korona dan satu
buah lensa flinta. Kompensator berfungsi untuk menjadikan sinar
polikromatik menjadi (spektrum) sinar monokromatik dari suatu sumber
cahaya.[3]
Gambar 1. Skema refraktometer ABBE
Indeks bias zat cair yang akan diamati harus lebih kecil dari indeks
bias n. Besar n tergantung daripada panjang gelombang cahaya monokromatik
yang digunakan. Cahaya yang digunakan adalah cahaya kuning. Cahaya kuning
yang melewati kompensator akan diteruskan tanpa mengalami deviasi. Dispersi
dapat menjadi nol, bila alas kedua prisma amici ini sejajar dan saling
terbalik. Tiap kali pengukuran n, kompensator disetel sedemikian rupa
sehingga batas terang dan gelap dalam teleskop tidak terlihat adanya warna
lagi. Bila suatu bahan dengan indeks bias n ditempelkan pada gelas prisma
yang mempunyai indeks bias ng dan sudut bias A, seperti ditunjukkan pada
gambar : [3]
Gambar 2. Perjalanan cahaya dalam prisma dengan indeks bias n.
Dengan menggunakan Hukum Snellius didapatkan :
nu sin i = ng sin r (2.1)
dengan nu = indeks bias udara = 1 , maka :
sin i = ng sin r (2.2)
Dari hukum Snellius :
n sin ( = ng sin( (2.3)
Dengan perhitungan geometri :
aA + ( = 1800 A = r + (
( + r + ( = 1800 ( = A - r
( adalah sudut kritis, sedang n < ng, maka ( = 900
n sin 900 = ng sin (
n = ng sin (
n = ng sin (A - r)
n = ng sin A cos r - ng cos A sin r
cos r = (1 - sin2 r)1/2 dan ng sin r = sin i, maka:
n = ng sin A (1 - sin2r)1/2 - cos A sin i
n = sin A { (ng2 - sin2r) - cos A sin I }
(2.4)
dengan :
n = indeks bias yang ingin diketahui
A = sudut prisma
ng = indeks bias gelas
α = sudut bias[3]
Penentuan dispersi nf - nc
Dengan mencatat pembacaan skala d dan kompensator, dapat digunakan untuk
menentukan dispersi suatu zat yaitu selisih indeks bias garis korona dan
garis flinta dari hidrogen. Selain dengan grafik, dapat pula ditentukan
dengan rumus empiris :[3]
nf -nc = Ad3 + Bd2 + Cd + D (2.5)
Harga-harga A, B, C dan D dapat dilihat di dalam tabel.
Tabel 2.1 Harga A,B,C dan D
"Koefisien"Air "Minyak "
"A "0.000000431 "0.000000385 "
"B "-0.000038789"-0.00003448 "
"C "0.000087686 "0.000083965 "
"D "0.046535811 "0.04350359 "
Koreksi
Temperatur prisma dalam refraktormeter tidak sama, maka perlu adanya
koreksi untuk harga-harga nd dengan persamaan :[2]
nd kor = nd + R x 10-5, (2.6)
dengan :
R = 29,5 A (T1- 20) + 0,094 [ (0,04525 / A ) – n ] [ ( T2-20) d ]
(2.7)
dengan
nd kor = indeks bias hasil koreksi.
nd = indeks bias yang dikoreksi
R x 10-5 = nilai koreksi.
D = konstanta yang terdapat
pada persamaan penentuan dispersi.
T1 = temperatur prisma ABBE
(suhu input).
T2 = temperatur prisma
kompensator (suhu output)
III. METODELOGI PERCOBAAN
Alat dan Bahan
Refraktometer ABBE, lampu natrium, bejana air serta pompa dan pipa-pipa
penghubung, termometer, minyak dan air.
Metode Experimen
Dalam percobaan ini yang pertama kali dilakukan ialah menyalakan lampu
natrium, menghubungkannya dengan voltmeter, lalu memasang termometer pada
refraktometer dan menghubungkan pipa-pipa pada refraktometer ABBE. Untuk
menentukan indeks bias minyak pada suhu kamar ialah dengan meneteskan satu
tetes minyak di atas prisma lalu mengatur cermin pemantul cahaya agar garis
silang terlihat dengan jelas serta mengukur tombol kompensator pada suhu
kamar. Sedangkan untuk menentukan indeks bias air suling pada berbagai suhu
dengan terlebih dahulu mengeringkan minyak pada prisma lalu meneteskan satu
tetes air suling. Menyalakan heater dan pompa lalu mengatur cermin dan
tombol kompensator agar mendapatkan nilai indeks bias pada variasi suhu
25ºC-60ºC.
IV. DATA DAN ANALISA
Data Percobaan
1. Minyak
Data dan hasil pengolahan data pengukuran indeks bias minyak.
Tabel 3.1 Data dan hasil pengolahan data pada minyak
"T "nd "d "nf-nc"Kor"ndko"nf-n"KSR "
" " " " " "r "c "nf-n"
" " " " " " "per "c "
"25"1.6"49"0.018"-6."1.6 "0.01"86.6"
" " " "9 "48 " "0 "4 "
"25"1.5"28"0.028"-0."1.59"0.02"4.5 "
" "9 " "5 "82 " "7 " "
"25"1.5"30"0.027"-1."1.57"0.02"8.33"
" "7 " "5 "05 " "5 " "
"25"1.5"54"0.016"-6."1.56"0.00"104."
" "6 " "57 "78 " "8 "1 "
2. Air Suling
Data dan hasil pengolahan data pengukuran indeks bias air suling.
Tabel 3.2. Data dan hasil pengolahan data pada air suling
"T "nd "d "nf-nc"Kor "ndko"nf-n"KSR "
" " " " " "r "c "nf-n"
" " " " " " "per "c "
"30"1.3"42 "0.02 "-9.2"1.38"0.01"45.7"
" "8 " " "3 " "4 " "
"35"1.3"59 "0.018"-26."1.37"0.00"247."
" "7 " "1 "2 " "52 "9 "
"40"1.3"58 "0.018"-32."1.33"0.00"246."
" "3 " "1 "1 " "52 "17 "
"45"1.3"51 "0.019"-38."1.35"0.00"163."
" "5 " "2 "4 " "73 "37 "
"50"1.3"9 "0.034"-2.9"1.36"0.04"23.6"
" "6 " " "7 " "45 " "
"55"1.3"51 "0.018"-61."1.38"0.00"156."
" "8 " "7 "5 " "73 "5 "
"60"1.2"50 "0.019"-47."1.26"0.00"153."
" "6 " "8 "2 " "78 "1 "
Grafik 3.1 Indeks bias air terhadap suhu.
Analisa Data
Setelah dilakukan percobaan, pengambilan dan pengolahan data, maka
diperoleh harga indeks bias rata-rata minyak 1.584 dan air suling sebesar
1.37. Pada percobaan ini apabila telah mengukur nilai indeks bias dan
drumer dari suatu zat, akan didapatkan pula nilai nf-nc yang diperoleh dari
tabel nf-nc. Untuk pengurkuran indeks bias pada minyak dilakukan pada suhu
ruangan yakni 25ºC. Karena suhu yang digunakannya tetap, maka indeks
biasnya tidak berubah secara drastis. Indeks bias minyak konstan mendekati
1.6. Selanjutnya dalam menentukan indeks bias pada air suling digunakan
heater dan pompa untuk memvariasikan suhu. Semakin tinggi suhu seharusnya
indeks bias air suling semakin kecil dikarenakan pada saat dipanaskan,
partikel-partikel air bergerak lebih cepat dan cepat rambat gelombangpun
meningkat. Berdasaarkan persamaan , cepat rambat berbanding terbalik
dengan indeks biasnya. Sehingga indeks bias air suling menurun pada saat
suhu dipanaskan. Akan tetapi pada percobaan ini indeks bias air suling
mengalami fluktuasi setiap kenaikan suhu. Dapat dilihat pada grafik indeks
bias air terhadap suhu. Hal ini dapat terjadi karena kesalahan praktikan
dalam membaca nilai drumer dan nilai indeks bias pada saat percobaan. Dan
juga disebabkan pada saat melakukan pengukuran indeks bias air suling
diperkirakan minyaknya masih menempel, sehingga air dan minyak bercampur.
Jadi, nilai indeks bias air seling yang terukur dipengaruhi juga oleh
minyak yang tertinggal. Dari hasil percobaan air memiliki indeks bias yang
lebih kecil daripada minyak karena cepat rambat air lebih besar daripada
minyak.
V. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :
1. Prinsip kerja alat refraktometer ABBE didasarkan pada sifat sudut
kritis.
2. Dalam mengukur indeks bias suatu cairan kita dapat menilai sifat dan
kemurnian suatu cairan, mengetahui konsentrasi larutan-larutan,
mengetahui nilai perbandingan komponen dalam campuran dua zat cair, dan
mengetahui kadar zat yang diekstraksikan dalam pelarut. Didapatkan
indeks bias minyak sebesar 1,584 dan indeks bias air suling 1,37.
3. Pengaruh suhu terhadap indeks bias ialah bahwa semakin suhu naik maka
semakin kecil indeks bias yang akan dihasilkan karena pada saat
dipanaskan, partikel-partikel air bergerak lebih cepat dan cepat rambat
gelombangpun meningkat.
4. Dalam menentukan dispersi nf-nc maka dibutuhkan tabel nf-nc dengan
menarik garis potong dari nilai pengukuran indeks bias dan drumer.
Daftar Pustaka
[1]Giancolli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2. Erlangga : Jakarta
[2]Resnick, Halliday. 1985. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta :
Erlangga.
[3]Sears & Zeamansky. 1982. Fisika Untuk Universitas. Bandung : Rina
Cipta.
