Refraktometer ABBE Partanu Ardi Aksa (140310120053) (140310120053) Program Studi Fisika FMIPA Universitas Universitas Padjajaran Rabu, 19 November 2014 Asisten : Anggia Erdienzy Abstrak Refractometer ditemukan oleh Dr. Ernst Abbe seorang ilmuwan dari German pada permulaan abad 20. Refractometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kadar / konsentrasi bahan terlarut misalnya : Gula, Garam, Protein dsb. Prinsip kerja dari refractometer sesuai dengan namanya adalah dengan memanfaatkan refraksi cahaya. Seperti terlihat pada Gambar di bawah ini sebuah sedotan yang dicelupkan ke dalam gelas yang berisi air akan terlihat terbengkok. Pada Gambar kedua sebuah sedotan dicelupkan ke dalam sebuah gelas yang berisi lauran gula. Terlihat sedotan terbengkok lebih tajam. Fenomena ini t erjadi karena adanya refraksi cahaya. Semakin tinggi konsentrasi bahan terlarut (Rapat Jenis Larutan), maka sedotan akan semakin terlihat bengkok secara proporsional. Besarnya sudut pembengkokan pembengkokan ini disebut Refractive Index (nd).
I.
Pendahuluan
Jika suatu cahaya melewati dua batas medium yang berbeda kerapatannya, maka cahaya akan mengalami perubahan kecepatan pada medium tersebut dan ini disebut dengan indeks bias (n). Pada percobaan ini digunakan refraktometer abbe yang bekerja dengan menggunakan seperangkat lensa dan prisma. Lensa ini dapat membelokkan sinar datang sehingga akan menghasilkan sudut kritis yang merupakan sudut yang dapat menentukan indeks bias suatu zat tertentu.
II. Teori Dasar Refraktometer abbe adalah suatu alat ukur indeks bias suatu zat cair yang mempunyai nilai indeks bias antara 1,3 dan 1,7. Pengukuran ini penting untuk menentukan menentukan sifat dan konsentrasi cairan. Indeks refraksi suatu medium ke medium lain biasanya bergantung pada panjang gelombang. Tidak seperti refleksi, berdasarkan kenyataan ini refraksi dapat digunakan untuk menguraikan cahaya polikromatik menjadi monokromatik. Pengukuran oleh refraktometer abbe ini didasari oleh prinsip sudut kritis hukum snellius :
Sudut r akan mencapai harga maksimum jika sudut i hampir sama dengan 90o. Karena sin 90 = 1, maka :
Pada refraktometer abbe garis batas antara garis terang gelap ditentukan dengan menjatuhkan sinar dari medium 1 dengan indeks bias n1 yang harus diukur melalui bidang prisma 2 dengan indeks bias n2 yang sudah diketahui dari n2 > n1. 2.1 Prinsip kerja refraktometer refraktometer Refraktometer abbe terdiri dari teleskop dengan 2 prisma pembias P’ dan P, dia prisma amici K1 dan K2, dan cermin datar sebagai pemantul. Objek yang akan diukur indeksnya diletakkan diantara prisma pembias. Tiap sistem prisma K1 dan K2 terdiri dari masingmasing 3 prisma yang ditempel. Sistem ini dinamakan dinamakan kompensator. Tiga prisma ini terdiri dari 2 buah lensa korona dan sati buah lensa flinta. Kompensator berfungsi untuk enjadikan cahaya polikromatik menjadi monokromatik. monokromatik. 2.2 Pengukuran indeks bias 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 akan melewati kompensator dan diteruskan tanpa mengalami deviasi. Dispersi dapat menjadi nol, apabila alas kedua prisma amici sejajar dan saling terbalik. Tiap pengukuran n, kompensator kompensator disetel sehingga batas terang gelap tidak terlihat adanya warna lain. Bila suatu bahan dengan indeks bias n ditempelkan pada gelas prisma yang mmepunyai mmepunyai indeks bias ng dan sudut bias A :
T1 = temperatur prisma abbe T2 = temperatur prisma kompensator
i
r
A
ng
n
Dengan hukum snellius didapatkan : nu sin i = ng sin r dengan nu = indeks bias udara =1 ,maka : sin i = ng sin r Dari hukum Snellius : n sin = ng sin Dengan perhitungan geometri : A + = 1800
A=r+
+ r + = 1800
III. Percobaan 3.1 Alat dan Fungsinya 1. Refraktometer abbe Alat untuk menentukan indeks bias suatu zat. 2. Lampu natrium Sumber cahaya di percobaan ini. 3. Bejana air, pompa, dan pipa Sarana media air. 4. Air suling dan minyak Objek yang akan dicari nilai indeks biasnya. 5. Termometer Alat ukur suhu dalam oC.
= A - r
adalah sudut kritis, sedang n < ng, maka = 0
90
n sin 900 = ng sin n = ng sin A cos r - n g cos A sin r cos r = (1 - sin2 r)1/2 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 }1/2 2.3 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 dari hidrogen. Selain dari grafik dapat pula ditentukan dengan rumus empiris : (air) nf – nc = 4.10-7d3 – 4.10-5d2 + 9.10-5d + 0.0465 (minyak) nf – nc = 4.10-7d3 – 3.10-5d2 + 8.10-5d + 0.0435 2.4 Koreksi Temperatur prisma dalam refraktometer tidak sama, maka perlu adanya koreksi untuk harga nd dengan persamaan :
Keterangan : R = 29,5 D (T1-20)+0,094[(0,04525/D)-n][(T220)D]
3.2 Prosedur Menyalakan lampu Na, memasang termometer, dan menghubungkan pipa-pipa ke refraktometer abbe.
3.2.1 Menentukan indeks bias minyak Pertama membuka prisma pembias, mengoleskan minyak, lalu menyetel okuler sehingga skala terlihat jelas. Mengamati dengan teleskop. Memutar kompensator sehingga didapat garis terang gelap. Menghimpitkan garis batas dengan garis silang di refraktometer. Lalu mencatat indeks bias n dan pergeseran kompensator. 3.2.2
Menentukan indeks bias air pada berbagai suhu Mula-mula mengalirkan air melalui prisma refraktometer abbe dengan T air antara 25oC-60oC. Melakukan percobaan seperti prosedur sebelumnya untuk variasi o kenaikan suhu 5 C. Mencatat n dan d, lalu menentukan nf-nc. IV. Data dan Analisa 4.1 Data percobaan Untuk menghitung harga indeks bias koreksi dan besarnya kesalahan relatif, maka dapat dihitung dengan menggunakan rumusan : ndkoreksi = nd + R x 10-5 Dengan harga R menggunakan rumus :
R = 29,5 A (T1 – 20) + 0,094 [(0,04525/D) – nd][(T2 – 20)d]
50
1,330
0,486764576
48,68%
55
1,330
0,609189789
60,92%
Untuk mencari kesalahan relatif terhadap indeks bias koreksi menggunakan rumus :
59
1,328
0,678809981
67,88%
65
0,716865184
71,69%
(nf-nc) teori
KSR nfnc
31
1,327 (nfnc) perc 0,0065
0,00917037
29,12%
Untuk menentukan harga nf – nc dari indeks bias secara perhitungan, dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
36
0,0055
0,00749997
26,67%
41
0,0051
0,00811407
36,90%
46
0,005
0,0075699
33,68%
(air) nf – nc = 4.10-7d3 – 4.10-5d2 + 9.10-5d + 0.0465
50
0,0051
0,00787045
35,20%
55
0,0055
0,00749997
26,67%
59
0,005
0,00749997
32,93%
65
0,0056
0,00811407
30,98%
KSR
nd koreksi
nd percobaan
nd koreksi
Tair
x100%
(minyak) nf – nc = 4.10-7d3 – 3.10-5d2 + 8.10-5d + 0.0435 Hasil nf – nc yang diperoleh dari perhitungan tersebut dibandingkan dengan nf-nc dari percobaan, dengan rumusan :
KSR
(nf nc) perhitungan
(nf nc) percobaan
(nf nc) perhitungan
4.2 Grafik
Grafik Indeks bias air terhadap suhu 1.340
x100%
1.335
4.1.1 o
T( C)
25
Indeks bias minyak nd
nd koreksi
KSR
1,50
0,084090213
8,41%
1,50
0,078190213
7,82%
1,53
0,075240513
7,52%
1,51
0,084090313
8,41%
1,53 (nfnc) perc 0,008
0,073765513
7,38%
(nf-nc) teori
KSR nfnc
0,00755979
5,82%
0,015
0,00841347
78,29%
0,01
0,00917037
9,05%
0,008
0,00755979
5,82%
0,001
0,00962325
3,91%
4.1.2 Indeks bias air Tair nd nd koreksi
KSR
31
1,330
0,165508725
16,55%
36
1,330
0,278493938
27,85%
41
1,330
0,334544151
33,45%
46
1,330
0,460214363
46,02%
r i a s a i
y = -8E-05x + 1.3331 R² = 0.5785
b 1.330 s k e d n I
1.325
1.320 25
35
45 Tair
55
65
(oC)
4.3 Analisa Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan data bahwa nilai indeks bias terbaik dan sesatannya untuk minyak adalah 1,51±0,0151, sedangkan untuk air adalah 1,329±0.0011. Untuk indeks bias minyak pada suhu ruangan tetap 25oC didapat KSR nd sebesar ~7,91%. Indeks bias minyak tidak jauh berbeda dengan teori, melihat nilai KSR nya relatif kecil. Sedangkan untuk penentuan nf – nc minyak, KSR pada data ke-2 besar dikarenakan sulitnya menentukan nilai nf – nc pada tabel.
Untuk indeks bias air dan pengaruhnya terhadap variasi suhu (30oC-65oC), nilai KSR untuk nd ~46,63% dan untuk nf – nc ~31,52%. Dari data hasil pengolahan diatas dapat kita lihat nilai indeks bias akan turun seiring bertambahnya suhu. Ini terjadi karena jarak antar partikel pada air yang dipanaskan akan merenggang seiring bertambahnya suhu. Nilai nd pada data percobaan juga terlihat sama hingga suhu mencapai 55oC, ini terjadi karena kesalahan pengamatan dan memang sulit untuk menentukan nilai nd pada refraktoeter karena praktikan harus mengira-ngira titik tengah pada skala, dan ini tidaklah akurat. Dari tampilan grafik diatas kita dapat perhatikan bahwa indeks bias air terhadap suhu, merupakan berbanding terbalik, disaat suhunya semakin tinggi maka indeks biasnya semakin kecil, dengan harga mt adalah minus dan harga ntnya adalah plus. Sama halnya dengan data yang diperoleh semakin besarnya suhu maka akan semakin kecil indeks biasnya.
V. Kesimpulan Dari percobaan dan perhitungan didapat bahwa nilai ndminyak = 1.51 dan nd air = 1.329. Dari percobaan ini kita dapat memahami prinsip dan cara kerja refraktometer abbe, juga mendapatkan nilai indeks bias suatu zat (dalam hal ini minyka dan air) dengan menggunakan refraktometer abbe, dan bagaimana pengaruhnya jika diberi suhu, kita juga dapat menentukan nilai nf-nc dari tabel maupun dengan cara perhitungan menurut teori. Daftar Pustaka [1] Zemansky, Sears. Fisika untuk Universitas. Jakarta : Binacipta [2] Stockey, Oxlade. Liarrheim. Kamus Fisika bergambar . Jakarta : Erlangga.
