Penentuan Nilai Koefisien Linear Magneto Optik Bahan Transparan Menggunakan Interferometer Michelson Natanael Roni Budi Handoko, Drs. K. Sofjan Firdausi, Evi Setiawati M,Si
INTISARI
Telah dilakukan penelitian perubahan indeks bias bahan transparan sebagai akibat dari adanya medan magnet dengan menggunakan interferometer Michelson. Untuk mengetahui perubahan indeks bias yang terjadi dilakukan dengan menghitung perubahan frinji. Sinar laser yang digunakan adalah sinar laser He-Ne dengan λ = 632,8 nm dan daya keluaran 1 mW. Penelitian dilakukan dengan memvariasi medan magnet dan konsentrasi. Dari variasi medan magnet dan konsentrasi ini dapat ditentukan perubahan indeks biasnya. Dan dari perubahan indeks bias ini dapat ditentukan nilai koefisien linear magneto optik dari sampel dengan menggunakan Interferometer Michelson. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa sebelum mendapat pengaruh medan magnet, adanya bahan transparan menyebabkan peningkatan kerapatan frinji yang menunjukkan adanya perubahan indeks bias. Dari perubahan indeks bias ini didapatkan nilai koefisien magneto optik yang linear untuk setiap kenaikkan konsentrasi, dengan besarnya nilai koefisien linear magneto optiknya dalam orde 10 −12 . Kata kunci : Interferometer Michelson, Indeks bias, frinji, koefisien linear magneto optis ABSTRACT The research refractive index change in a transparent materials caused by magnetic field have done by using Michelson interferometer test. To know the change of refractive index that happened done by change calculated from fringe. By using laser HeNe laser by λ = 632,8 nm and output power 1 mW. The research is doing by variation field magnated and concentration. By magnate field and concentration will getting refractive index change. And from refractive index change will getting value from optical magneto coefficient linear by using Michelson interferometer. The result was getting that before magnetic field influence, existence of transparent materials caused density of fringe increased. It was showing change of refractive index. And from refractive index change will getting value from optical magneto coefficient linear that improve because of concentration, and value from optical magneto coefficient linear on orde10 −12 . Keyword
: Michelson Interferometer, Refraction Index and Fringe, Optical Magneto Coefficient Linear PENDAHULUAN
Studi yang sudah dilakukan Budiwati Sulistya (2005) diketahui ada penampakan sifat optis non linear
(dengan
Interferometer
Sedangkan dalam penelitian ini,
Dalam
yang ditentukan adalah nilai koefisien
perubahan
linear magneto optis dari etil alkohol, air
Michelson).
penelitiannya indeks
teknik
mempergunakan
didapatkan
bias
yang disebabkan
oleh
laut, aquades, air mineral dan air garam
kenaikan medan magnet yang diberikan
(NaCl).
pada bahan transparan. Akan tetapi
memvariasi
medan magnet yang digunakan masih
konsentrasi
relatif
menyebabkan adanya respon non linear.
kecil,
sehingga
perhitungan
Yang
jumlah cincin mengalami kesulitan.
dilakukan
medan
dengan
magnet
bahan,
dan
sehingga
DASAR TEORI
(Sulistya, B, 2005). Pada penelitian Anis Nila
Kusuma
juga
membuktikan
2.1 Medium Optik Nonlinier
fenomena tersebut, tetapi dengan medan
Fenomena non linier secara umum
yang berbeda yaitu medan listrik. Suatu
diakibatkan oleh ketidakmampuan dari
bahan atau medium (transparan) bila
dipol
dikenai oleh medan listrik luar maka
merespon secara linier dari medan listrik
indeks bias dari bahan tersebut akan
ataupun medan magnet. Apabila cahaya
berubah
dengan medan listrik yang cukup besar
dan
mempengaruhi
yang
dalam
v melaluinya (∆n~ E ). (Kusuma, A. N,
mengenai
2005)
suseptibilitas,
medium
medium akan
optik
untuk
optis
dengan
menghasilkan
Fahrurazi
polarisasi yang sebanding dengan medan
didapatkan perubahan indeks bias yang
listriknya. Hal inilah yang menyebabkan
disebabkan
terjadinya peristiwa kenonlinieran optik.
Untuk
penelitian
oleh
kenaikan
medan
magnet yang diberikan pada bahan
Efek
transparan. Bahan yang diteliti indeks
fenomena
biasnya adalah : larutan elektrolit yaitu
terhadap cahaya yang datang adalah
garam NaCl dan larutan gula dengan
nonlinier.
konsentrasi yang berbeda, air mineral,
ditimbulkan
aquades, kaca preparat dengan tebal 1
diantaranya tingginya intensitas cahaya
mm, kaca dengan tebal 5 mm dan kaca
yang mengenai bahan atau adanya
acrylic dengan tebal 5 mm. Untuk
medan
larutan
diberikan pada bahan.
dengan
konsentrasi
yang
nonlinier
merupakan
dimana
respon
Ketidaklinieran oleh
listrik/medan
suatu medium
ini
berbagai
magnet
dapat sebab
yang
semakin besar maka kerapatan cincinnya
Gelombang elektromagnetik yang
akan semakin besar pula. (Fahrurazi,
merambat didalam medium linier akan
2005)
menyebabkan
polarisasi
sebesar
besarnya medan magnet B. Jika ditulis dalam persamaan yaitu :
(Pedrotti, 1993):
P = ε 0 χE ..................................
η = η 0 + α B ..........................................................
.............................................................(2.
dengan η adalah jumlah cincin pada
1)
medan magnet tertentu, η0
akan tetapi apabila merambat di dalam medium
nonlinier
persamaan
(2.1)
diatas akan berubah menjadi :
adalah
jumlah cincin mula-mula, α merupakan parameter yang tergantung pada jenis sampel, konsentrasi dan ukuran sampel. Pengurangan
jumlah
cincin
P = ε 0 ( χ 1 E + χ 2 E 2 + χ 3 E 3 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅) ...
muncul karena adanya pengurangan
....................................................(2.2)
beda fase antara kedua cahaya yang
suku pertama pada persamaan (2.2)
berinterferensi. Berkurangnya beda fase
merupakan polarisasi linier, sedangkan
berkaitan dengan pengurangan beda
suku kedua, ketiga dan seterusnya
lintasan optik yang ditunjukkan oleh
merupakan polarisasi nonlinier.
persamaan (Soedojo, 1992):
φ = k .∆s ...................................................................
2.2 Identifikasi Perubahan Indeks Bias ∆n Terhadap Medan Magnet B
dengan φ merupakan beda fase antara kedua gelombang yang berinterferensi, k
Banyak atau sedikitnya jumlah cincin yang terbentuk tergantung pada
adalah
adalah beda lintasan optik.
beda lintasan optik antara kedua cahaya yang saling berinterferensi. Semakin besar beda lintasan optik antara kedua cahaya akan menyebabkan pola-pola interferensi (cincin) semakin banyak. Demikian pula sebaliknya semakin kecil beda lintasan optik akan mengakibatkan jumlah cincin semakin sedikit. Penurunan
indeks
bias
Perubahan beda lintasan optik berkaitan dengan perubahan indeks bias yang dilalui oleh salah satu cahaya. Semakin besar indeks bias yang dilalui oleh
salah
mengakibatkan
satu
cahaya
akan
beda
lintasan
optik
semakin besar. Hal ini dapat ditunjukkan dengan persamaan (Soedojo, 1992):
akan
berkaitan dengan penurunan jumlah cincin, sehingga dapat dibuat suatu hipotesa baru bahwa jumlah cincin akan berkurang sebesar faktor α
bilangan gelombang dan ∆s
dikali
∆s =
n' 2d sin θ ....................................................... n
dengan n adalah indeks bias pada medium 1 (udara) dan n’ adalah indeks bias pada medium 2 (bahan transparan).
Dari sini dapat diketahui antara
berkurangnya
jumlah
relasi
didapat suatu persamaan :
cincin
∆m =
dengan berkurangnya indeks bias yang di tunjukkan oleh persamaan sebagai berikut (Suprayitno, 1997):
∆n =
λ 2t
λ
Sedangkan
E+
R n03 t
λ
E 2 .........................................
hubungan
antara
perubahan cincin dan perubahan medan magnet
dapat
digambarkan
oleh
∆m .................................................................................. ................(2.6) hubungan:
r ∆m = f ( B) .................................................................
dengan ∆n adalah perubahan indeks bias, ∆m adalah perubahan
jumlah
mengingat bahwa
cincin dan t merupakan tebal bahan yang dilalui gelombang cahaya.
medan
E = cB ........................................................................ dengan
Perubahan indeks bias sebanding dengan
r n03 t
magnet
dapat
ditunjukkan dengan persamaan sebagai berikut (Pedrotti, 1993) :
mensubstitusikan
persamaan
(2.11) ke persamaan (2.9) dengan asumsi bahwa suku E 2 dapat diabaikan di dalam efek Pockels, sehingga didapat suatu persamaan yang digunakan untuk
∆n ∝ B ......................................................................................... ................(2.7)
mengetahui nilai r atau koeffisien linear
Dengan persamaan
menggabungkan (2.5),
(2.6)
menggunakan prinsip induksi Faraday dapat diketahui suatu hubungan antara perubahan cincin dan perubahan medan
antara
perubahan
cincin dan perubahan medan listrik adalah penurunan indeks bias bahan sebanding dengan besar medan listrik yang bekerja. Penurunan indeks bias akan
berkaitan
dengan
∆m =
crn03t
λ
B ..............................................................
dimana ∆m adalah jumlah cincin yang hilang, c merupakan kecepatan cahaya,
magnet dan medan listrik. Hubungan
optik :
dan
penurunan
jumlah cincin, sehingga dapat dibuat suatu hipotesa baru bahwa jumlah cincin
n0 adalah indeks bias bahan, t adalah tebal sampel, dan λ adalah panjang gelombang.
(Penjabaran/penurunan
rumus dapat dilihat pada lampiran B) Persamaan (2.3) dan (2.12) adalah persamaan yang hendak diuji di dalam penelitian ini. METODE PENELITIAN
akan berubah terhadap besar medan listrik.
Pelaksanaan Penelitian Langkah pertama yang harus r ∆m = f (E ) ..................................................................................... ................(2.8)
dilakukan didalam penelitian ini adalah
mengkalibrasi Interferometer Michelson
Dalam penelitian ini digunakan
dengan cara mengatur posisi Laser,
Slide Regulator yang dapat divariasi
Beam Splitter, kedua cermin dan Lensa
tegangannya antara 0 – 240 volt
agar sinar laser yang melewati semua
sehingga besar medan magnet yang
peralatan
segaris.
dihasilkan dapat divariasi. Kemudian
Kemudian mencari pola interferensi
menghitung besar medan magnet (B)
dengan cara menggeser-geser salah satu
yang
cermin sampai dihasilkan pola gelap
tegangan
terang (frinji) pada layar.
Teslameter.
tersebut
tepat
Meletakkan (kumparan)
yang
terdapat
ditimbulkan dengan
tiap
kenaikan
menggunakan
solenoid
Mengamati perubahan pola-pola
bahan
interferensi yang terjadi sebagai akibat
transparan / sampel larutan pada salah
dari
satu bagian antara Beam Splitter dengan
diberikan pada bahan transparan. Hal ini
cermin
Kemudian
dilakukan pada nilai tegangan tertentu
menghubungkan solenoid dengan Slide
yaitu antara 0 – 220 volt yang dapat
Regulator untuk menyuplai tegangan
menghasilkan medan magnet sebesar 0
bolak-balik (ac). Solenoid yang dialiri
mT sampai dengan 184,95 mT.
datar.
arus akan menghasilkan medan magnet.
adanya
medan
magnet
yang
Diagram Kerja
Ethanol
Air Laut
Gambar 3.1 Diagram kerja menggunakan interferometer Michelson
Percobaan dengan larutan NaCl
HASIL DAN PEMBAHASAN
dilakukan untuk konsentrasi 0,5 %, 1 %, 4.1 Perubahan fase pada Larutan
1,5 %,
NaCl
yang
2 %, dan 2,5 %. Dari data diperoleh
di
hasilkan
grafik
sebagai berikut :
25
Jumlh frinji/sat jari-jari
20
15 NaCl 4,0 % 10 NaCl 2,0 % NaCl 0 % 5
0 0
50
100
150
200
250
300
Medan Magnet (mT)
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap jumlah cincin/satuan jari-jari pada larutan NaCl
Dari Grafik (4.1) dapat diketahui
awalnya adalah 14, untuk larutan NaCl
bahwa kerapatan cincin awal yang
2,0 % didapatkan kerapatan cincin
terbentuk setelah salah satu lengan
awalnya adalah 16 dan untuk larutan
interferometer diletakkan larutan NaCl
NaCl 4,0 % didapatkan kerapatan cincin
sebelum dikenakan medan magnet luar
awalnya adalah 20. Hal ini dikarenakan
dapat dilihat dalam tabel (B.2) pada
adanya beda fase antara kedua cahaya
lampiran.
yang saling berinterferensi bertambah
Kemudian diperoleh hasil bahwa kerapatan
cincin
awal
besar
seiring dengan
bertambahnya
semakin
konsentrasi. Akibat adanya sinar laser
meningkat seiring dengan bertambahnya
pada larutan NaCl akan menyebabkan
konsentrasi. Misalkan untuk larutan
indeks biasnya semakin tinggi dengan
NaCl 0,5 % didapatkan kerapatan cincin
meningkatnya konsentrasi larutan NaCl.
Dari sini dapat diambil kesimpulan
tinggi konsentrasi suatu larutan maka
bahwa sebelum adanya medan magnet
grafik yang dihasilkan akan semakin
luar
linear dan akan semakin turun. Dari
peningkatan
konsentrasi
mengakibatkan indeks bias semakin
Grafik (4.1) di atas dihasilkan faktor α
besar akibat dari adanya polarisasi oleh
yang merupakan gradien grafik. Nilai α
cahaya laser He-Ne. Sehingga bisa
untuk beberapa konsentrasi larutan NaCl
dikatakan bahwa indeks bias NaCl 0 %
dapat dilihat pada tabel (B.2).
< indeks bias NaCl 2,0 % < indeks bias
Penurunan jumlah cincin yang
NaCl 4,0 %. Hasil tersebut sesuai
semakin drastis disebabkan oleh adanya
dengan
besarnya
peningkatan medan magnet yang sama
polarisasi sebanding dengan indeks bias
dan konsentrasi yang semakin tinggi
bahan (Gunter, 1983).
pada larutan NaCl. Hal ini dapat dilihat
referensi
bahwa
Penurunan dari kerapatan cincin
bahwa semakin besar konsentrasi larutan
yang terbentuk disebabkan oleh adanya
maka nilai α akan menjadi semakin
pengaruh medan magnet luar yang
kecil. Inilah yang menyebabkan untuk
diberikan pada larutan NaCl. Dengan
konsentrasi yang berbeda, perubahan
kata lain, semakin besar medan magnet
indeks bias tidak sama walaupun besar
luar yang diberikan larutan NaCl maka
medan magnet yang diberikan sama. Hal
kerapatan cincin atau jumlah cincin
ini akan sesuai dengan persamaan (2.7),
yang teramati akan semakin kecil. Hal
selain medan magnet faktor α juga
ini dapat dilihat dari grafik yang
sangat mempengaruhi perubahan indeks
cenderung turun. Medan magnet luar
bias.
yang
diberikan
dapat
menginduksi
Adanya
kenyataan
perubahan
medan magnet yang berada di dalam
kerapatan cincin yang semakin drastis
larutan
membuktikan
NaCl,
sehingga
akan
terjadinya
perubahan
menyebabkan muatan-muatan semakin
indeks bias yang juga semakin drastis
banyak yang terkutub. Kondisi ini yang
seiring dengan penambahan jumlah
akan menyebabkan keadaan sefase dari
konsentrasi, karena perubahan indeks
cahaya yang saling berinterferensi lebih
bias berbanding lurus dengan perubahan
mudah tercapai dan mengakibatkan
kerapatan cincin.
penurunan jumlah cincinnya semakin besar.
Berikut ini merupakan gambar dari pola-pola interferensi (cincin) untuk
Dari grafik dapat dilihat bahwa grafik merupakan grafik linear, semakin
salah satu larutan elektrolit yang diambil
pada tiga kondisi yang berbeda adalah
sebagai berikut :
(c)
(b) (a)
Gambar 4.2 Pola cincin untuk larutan NaCl 1 % (a) Tanpa medan magnet luar (b) pada medan magnet 80,89 mT (c) pada medan magnet 135,11 mT
Dari ketiga gambar diatas dapat
jarak antara cincin yang satu dengan
dilihat bahwa untuk kondisi medan
cincin yang lain maka beda fase yang
magnet yang berbeda diperoleh bentuk
terjadi semakin berkurang, sehingga
cincin yang berbeda pula. Perbedaan
cincin
tersebut tampak dari jarak antara terang
mengembang keluar. Hal ini disebabkan
satu dengan terang yang lain. Pada
karena
gambar 4.2 (a) tampak bahwa jarak
terkutub akibat medan magnet yang
antara terang cincin yang satu dengan
bekerja, sehingga menyebabkan kedua
terang cincin yang lain sangat rapat.
cahaya yang berinterferensi akan lebih
Untuk gambar 4.2 (b) dengan medan
sefase. Sesuai dengan dasar teori bahwa
magnet sebesar 80,89 mT diperoleh
apabila
hasil bahwa jarak antara terang cincin
lintasan optisnya akan semakin kecil.
yang satu dengan terang cincin yang lain
Oleh karena itu kerapatan cincin akan
agak sedikit lebih lebar dibandingkan
berkurang
dengan
semakin lebar.
kondisi
sebelum
mendapat
yang
ion-ion
cahaya
dan
berinterferensi
pada
sefase
jarak
larutan
maka
antar
akan
NaCl
beda
cincin
pengaruh medan magnet. Sedangkan untuk gambar 4.2 (c), jarak antara terang
4.2 Perubahan fase pada Larutan Air
cincin lebih lebar dibandingkan dengan
Mineral, Aquades dan Air laut.
gambar 4.2 (a) dan 4.2 (b). Hal ini membuktikan bahwa semakin lebar
Air
merupakan
contoh
dari
elektrolit lemah. Karena air bersifat
polar, sehingga antara bagian molekul
elektromagnetik
air yang lebih negatif (oksigen) akan
ketertinggalan fase yang cukup besar
menarik bagian molekul air lain yang
dibandingkan
lebih positif (hidrogen). Adanya saling
hanya
tarik-menarik antara molekul air satu
ketertinggalan fase disebabkan karena
dengan molekul air yang lain akan
dibutuhkan waktu yang cukup lama
menimbulkan suatu gaya tarik antar
untuk
dipol-dipol. Gaya tarik antar dipol-dipol
molekul yang terpolarisasi orientasi.
ini
Adanya
akan
menimbulkan
orientasi.
Apabila
polarisasi
mengalami
dengan
melewati
cahaya
udara.
mendistorsikan
yang
Besarnya
elektron
ketertinggalan
fase
dari
akan
gelombang
menimbulkan beda fase yang cukup
elektromagnetik dengan frekuensi yang
besar, dan hal ini tentu saja akan
cukup
menimbulkan kerapatan cincin yang
tinggi
merambat
di
dalam
medium maka bagian medan magnet
lebih besar (Sulistya, 2005). Pada percobaan kali ini dilakukan
akan menginduksi bahan, sehingga akan Adanya
untuk air laut, air mineral dan aquades.
polarisasi orientasi dari molekul H2O
Adapun grafik dari data percobaan
akan
tersebut
terjadi
polarisasi
distorsi.
menyebabkan
gelombang
adalah
sebagai
berikut
:
18
Jumlah frinji/sat jari-jari
16 14 12 10 Aquades
8
Air laut Air mineral
6 4 2 0
50
100
150
200
250
Medan Magnet (mT) Gambar 4.3 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap kerapatan cincin interferensi pada aquades, air laut dan air mineral
Dari grafik dapat dilihat bahwa,
dengan meningkatnya medan magnet.
jumlah cincin semakin turun seiring
Untuk air laut grafiknya lebih linear
dibandingkan
dengan
mineral
mempengaruhi pembentukan kerapatan
maupun aquades. Hal ini disebabkan
cincin pada daerah tertentu. Selain dari
karena perubahan cincin air laut lebih
ralat relatif, ada pula faktor lain yang
kecil dibandingkan dengan air mineral
menyebabkan
berkurangnya
maupun aquades.
pengukuran
yaitu
Kemudian didapatkan
hasil
dari
air
tabel
bahwa,
(B.6)
kerapatan
akurasi
ralat
saat
penghitungan kerapatan cincin sebesar ± 1.
cincin awal yang terbentuk untuk ketiga
Dari Tabel (B.6) dapat diketahui
larutan tersebut yaitu untuk air laut
bahwa nilai α untuk air laut lebih besar
kerapatan cincin awal adalah 14, untuk
dari air mineral dan aquades, sehingga
aquades kerapatan cincin awal adalah
penurunan indeks bias untuk air laut
18 dan untuk air mineral kerapatan
lebih kecil bila dibandingkan dengan air
cincin awal adalah 16. Besarnya akurasi
mineral dan aquades untuk kenaikan
dapat dilihat pula pada data yang
medan magnet yang sama. Sehingga
terdapat pada lampiran dengan nilai
seolah-olah indeks bias air laut lebih
yang tertera dari grafik (Lampiran B)
besar daripada indeks bias aquades.
akan tetapi dari grafik (4.3) pada kondisi
Tentu saja hal ini tidak benar, sebab dari
medan magnet luar = 0 untuk air laut
referensi diketahui untuk
kerapatan
14,13
sama yaitu 20 0C indeks bias air adalah
dengan ralat relatifnya sebesar 2,89 %,
1,333. Atau dengan kata lain indeks bias
untuk air mineral pada kondisi awal,
ketiga
kerapatan frnjinya adalah 16,89 dengan
berbeda.
cincinnya
adalah
ralat relatif 2,82% dan untuk aquades kerapatan
cincinnya
adalah
17,20
larutan
Dari
suhu yang
tersebut
tidak
jauh
percobaan
yang
telah
dilakukan didapatkan hasil pola cincin
dengan ralat relatifnya sebesar 2,88 %,
yang
terdapat perbedaan antara pengukuran
kenaikan medan magnet dan konsentrasi
kerapatan cincin pada kondisi awal
yang diberikan pada larutan transparan..
dengan hasil ektrapolasi dari grafik. Jika
Perbedaan
daya laser yang digunakan semakin
larutan transparan mendapat pengaruh
besar maka hasil ektrapolasi grafik akan
dari adanya pemberian medan magnet
semakin mendekati nilai pengukuran
luar dan konsentrasi yang divariasi
yang sebenarnya. Besarnya ralat relatif
besarnya. Berikut ini merupakan gambar
ini disebabkan karena kecilnya daya
dari pola-pola interferensi (cincin) untuk
laser yaitu hanya 1 mW, sehingga
air mineral, air laut dan aquades yang
berbeda-beda
tersebut
untuk
terjadi
setiap
setelah
diambil pada tiga kondisi yang berbeda
adalah sebagai berikut :
Gambar 4.4 Pola cincin untuk larutan air mineral, air laut dan aquades tanpa medan magnet luar
Untuk percobaan dengan larutan
Air laut, aquades dan air mineral mempunyai
kerapatan
cincin
yang
Etil
alkohol
dilakukan
dengan
pengurangan kerapatannya hampir sama,
memvariasi besarnya konsentrasi dan
sehingga diperoleh gambar yang hampir
medan magnet luar. Dari penambahan
sama pula. Untuk gambar (4.4) (a), (b)
konsentrasi dan kenaikan medan magnet
dan (c) dapat dilihat bahwa jarak antara
luar
terang cincin yang satu dengan yang lain
pada larutan etil alkohol, sehingga
semakin lebar. Hal ini membuktikan
semakin besar konsentrasi dan medan
bahwa semakin lebar jarak antara cincin
magnet luar yang diberikan pada larutan
yang satu dengan cincin yang lain maka
etil
beda
semakin
terhadap perubahan pola-pola cincin
yang
yang terbentuk. Larutan Etil alkohol
mengembang
divariasi konsentrasinya dari 0,5 %, 1,0
keluar. Dengan penambahan konsentrasi
%, 1,5 %, 2,0 %, dan 2,5 %. Kemudian
akan
dari data yang diperoleh dapat dibuat
fase
berkurang,
yang
terjadi
sehingga
berinterferensi
akan
mempengaruhi
cincin
pembentukan
ini akan terjadi perubahan fase
alkohol
akan
hubungan
mempengaruhi
cincin awal akan tetapi penurunannya
grafik
antara
dipengaruhi oleh medan magnet dan
cincin/satuan jari-jari dengan medan
sifat optis aktif dari larutan tersebut.
magnet dalam mT. Sehingga dari grafik didapatkan hasil sebagai berikut :
4.3 Perubahan fase pada Larutan Etil alkohol
jumlah
20
Jmlh frinji/sat jari-jari
15
10
Etanol 4,0 % Etanol 2,0 %
5 Etanol 0,5 %
0 0
50
100
150
200
250
300
Medan Magnet(mT)
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap jumlah cincin/satuan jari-jari pada larutan Etil alkohol
Dari Grafik (4.5) dapat diketahui
tinggi beda fase antara kedua cahaya
bahwa kerapatan cincin awal yang
yang saling berinterferensi semakin
terbentuk setelah salah satu lengan
besar. Akibat adanya sinar laser pada
interferometer diletakkan pada larutan
larutan etil alkohol akan menyebabkan
etil alkohol sebelum dikenakan medan
indeks biasnya semakin tinggi dengan
magnet luar adalah sabagai berikut:
meningkatnya konsentrasi larutan etil
untuk larutan etil alkohol 0,5 %
alkohol. Jika diperhatikan pertambahan
kerapatan cincin awalnya 10, untuk
jumlah dari kerapatan cincin untuk
larutan etil alkohol 2,0 % kerapatan
larutan etil alkohol lebih kecil apabila
cincin awalnya 15 dan untuk larutan etil
dibandingkan dengan larutan NaCl. Hal
alkohol 4,0 % kerapatan cincin awalnya
ini dikarenakan larutan etil alkohol
19.
mempunyai momen dipol yang lebih Dari Tabel (B.4) dapat dilihat
kecil
dibandingkan
dengan
NaCl.
bahwa kerapatan cincin semakin banyak
Momen dipol ini yang menyebabkan
seiring
bertambahnya
terjadinya polarisasi yang dipengaruhi
Hal ini membuktikan
oleh sifat magneto optis dari bahan yaitu
konsentrasi.
dengan
bahwa untuk konsentrasi yang semakin
indeks bias. Dan besarnya indeks bias
yang semakin drastis untuk setiap
sebanding dengan konsentrasi.
kenaikan medan magnet luar.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa
Dari grafik dapat dilihat bahwa
untuk kondisi awal sebelum mendapat
grafik merupakan grafik linear, semakin
pengaruh
luar
tinggi konsentrasi suatu larutan maka
akan
grafik yang dihasilkan akan semakin
mengakibatkan indeks bias semakin
linear dan akan semakin turun. Dari
besar
medan
peningkatan
magnet
konsentrasi
dari
adanya
Grafik (4.5) di atas dihasilkan faktor α
polarisasi oleh cahaya laser
He-Ne.
yang merupakan gradien grafik. Nilai α
sebagai
akibat
Atau dengan kata lain indeks bias
untuk beberapa konsentrasi larutan etil
larutan etil alkohol 0,5 % < indeks bias
alkohol dapat dilihat pada tabel (B.4).
etil alkohol 2,0 % < indeks bias etil
Faktor
α
yang
bervariasi
alkohol 4,0 %. Hasil tersebut sesuai
menunjukkan respon medium yang juga
dengan
besarnya
bervariasi tergantung pada jenis bahan
polarisasi sebanding dengan indeks bias
dan konsentrasinya. Peningkatan medan
bahan (Gunter, 1983).
magnet yang sama dan konsentrasi yang
referensi
bahwa
Adanya medan magnet luar
semakin tinggi, pada larutan etil alkohol
yang diberikan pada larutan etil alkohol
akan menimbulkan penurunan kerapatan
akan mengakibatkan kerapatan cincin
cincin yang semakin drastis. Kenyataan
yang terbentuk mengalami pengurangan
tersebut dapat dilihat dari nilai α yang
untuk masing-masing konsentrasi. Hal
semakin
ini disebabkan karena untuk konsentrasi
meningkatnya konsentrasi. Hal inilah
yang semakin tinggi polarisasi oleh
yang menyebabkan untuk konsentrasi
larutan
yang berbeda, perubahan indeks bias
etil
alkohol
semakin
kuat
kecil
seiring
sehingga adanya medan magnet luar
tidak sama walaupun
yang
magnet yang diberikan sama.
menginduksi material akan
memberikan efek yang lebih kecil. Dengan
dengan
besar medan
Berikut ini merupakan gambar
demikian untuk larutan etil
dari pola-pola interferensi (cincin) untuk
alkohol semakin tinggi konsentrasi maka
larutan etil alkohol yang diambil pada
nilai α akan semakin kecil sebagai
tiga kondisi yang berbeda. Kondisi-
akibat dari pengurangan indeks bias
kondisi tersebut tampak dalam gambar dibawah ini :
a
b
Gambar 4.6 Pola cincin untuk larutan Etil alkohol 2 % (a) Tanpa medan magnet luar (b) pada medan magnet 126,9 mT
Untuk
larutan
kerapatan
cincin
pengurangan
yang
etil
alkohol
alkohol, air laut, air mineral dan
mengalami
aquades.
sama,
Efek magneto optik terjadi jika
sehingga diperoleh gambar yang hampir
medan magnet diberikan pada bahan
sama pula. Untuk gambar (4.6) (a) dan
transparan
(b) dapat dilihat bahwa jarak antara
mengakibatkan
terang cincin yang satu dengan yang lain
perpindahan dalam distribusi elektron
semakin lebar. Hal ini membuktikan
dalam ion. Jika momen dipol terbentuk
bahwa semakin lebar jarak antara cincin
dan
yang satu dengan cincin yang lain maka
meningkatnya medan magnet maka akan
beda
terjadi polarisasi.
fase
berkurang,
yang
hampir
terjadi
sehingga
berinterferensi
akan
semakin
sehingga
akan
deformasi
meningkat
sesuai
dan
dengan
yang
Dalam bahan yang tidak mempunyai
mengembang
pusat simetri, tempat kation dikelilingi
cincin
keluar. Dengan penambahan konsentrasi
oleh
akan
pembentukan
bergeser pada pada titik pusatnya. Hal
cincin awal akan tetapi penurunannya
inilah yang menyebabkan terjadinya
dipengaruhi oleh medan magnet dan
efek aktivitas optis.
mempengaruhi
anion
yang
pada
umumnya
sifat optis aktif dari larutan etil alkohol. 4.4.1 4.4 Nilai Koefisien Linear MagnetoOptik dari Larutan NaCl, etil
Nilai Koefisien Linear Magneto Optik dari Larutan NaCl
Adapun grafik dari percobaan untuk larutan NaCl adalah sebagai berikut:
40 35 NaCl 4,0 % 30
Jmlh frinji hilang
NaCl 2,0 % 25 20 15 NaCl 0,5 %
10 5 0 0
50
100
150
200
250
300
Medan Magnet(mT)
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap jumlah cincin yang hilang pada larutan NaCl
mempunyai
m/V dan untuk larutan NaCl 4,0 %
indeks bias yang berbeda-beda untuk
adalah 6,07 × 10 −12 m/V. (Perhitungan
masing-masing konsentrasi. Tetapi nilai
dan nilai r dapat dilihat pada lampiran
indeks bias tersebut tidak terlalu jauh
B.10)
Larutan
NaCl
berbeda nilainya.dengan indeks bias dalam referensi yaitu (
n) 0
= 1,644.
Semakin mengakibatkan
besar
konsentrasi
perubahan
indeks
Sehingga diasumsikan bahwa indeks
biasnya semakin besar karena adanya
bias
polarisasi. Karena indeks bias bahan
NaCl
untuk
masing-masing
konsentrasi sama nilainya dengan indeks
berbanding
bias dalam referensi.. Dari grafik (4.7)
koefisien linear magneto optik maka
α
faktor
semakin besar nilai indeks bias bahan
pendukung untuk menentukan besarnya
maka nilai koefisien linear magneto
nilai
optisnya akan semakin kecil, demikian
diperoleh
nilai
koefisien
Kemudian
dari
linear
sebagai
optik
persamaan
(r)
.
(2.12)
didapatkan nilai r untuk larutan NaCl 0,5 % adalah 2,66 × 10 −12 m/V, untuk larutan NaCl 2,0 % adalah 6,38 × 10 −12
terbalik
pula sebaliknya.
dengan
nilai
4.4.2
Nilai Koefisien Linear Magneto
hasil yang berbeda dengan etil alkohol.
Optik dari Larutan Etil alkohol
Hal ini dapat dilihat dalam grafik (4.8).
Antara larutan NaCl yang telah dihitung besarnya nilai r didapatkan Etanol 4,0 % 30
Etanol 0,5 % Etanol 2,0 %
Jmlh frinji hilang
25
20
15
10
5
0 0
50
100
150
200
250
Medan Magnet (mT)
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap jumlah cincin yang hilang pada larutan Etil alkohol
Dari grafik (4.8) diperoleh nilai
NaCl dan etil alkohol adalah pada
α sebagai faktor pendukung untuk
momen dipolnya. Momen dipol pada etil
menentukan besarnya nilai koefisien
alkohol lebih kecil dibandingkan dengan
linear optik (r) . Nilai α dapat dilihat
NaCl, sedangkan momen dipol inilah
dalam lampiran.
yang menyebabkan terjadinya polarisasi (2.12)
yang dipengaruhi oleh sifat magneto
didapatkan nilai r untuk larutan Etil
optis bahan yaitu indeks bias. Dan
alkohol 0,5 % adalah 1,39 × 10 −11 m/V,
besarnya polarisasi sebanding dengan
untuk larutan Etil alkohol 2,0 % adalah
indeks bias bahan. Sedangkan indeks
1,22 × 10 −11 m/V dan untuk larutan Etil
bias bahan inilah yang mempengaruhi
adalah 1,42 × 10 −11
besarnya nilai r. Karena indeks bias
Kemudian
dari
alkohol 4,0 %
persamaan
m/V. Etil alkohol mempunyai nilai r yang lebih kecil dibandingkan dengan NaCl. Perbedaan hasil nilai r antara
bahan berbanding terbalik dengan r maka semakin besar nilai indeks bias bahan maka nilai r semakin kecil.
Larutan etil alkohol mempunyai indeks
bias
1,36
sehingga
dari
4.4.3
Nilai Koefisien Linear Magneto
persamaan (2.12) didapatkan nilai r
Optik dari air laut, aquades dan
untuk larutan etil alkohol seperti yang
air mineral
terlihat pada tabel (4.5). (Perhitungan
Untuk air laut, aquades dan air
nilai r dapat dilihat pada lampiran B.11).
mineral
mempunyai
nilai
koefisien
Dari tabel B.11 dapat dilihat
linear magneto optis yang berbeda-beda.
bahwa besarnya nilai r bervariasi untuk
Hal ini dipengaruhi oleh besarnya
setiap konsentrasi. Besarnya nilai r
perubahan
dipengaruhi oleh nilai α , yaitu untuk
dari masing-masing sampel larutan.
nilai α yang besar maka nilai koefisien linear optiknya atau nilai r
jumlah cincin yang hilang
Adapun grafik dari percobaan air laut, aquades dan air mineral adalah
yang
sebagai berikut:
didapatkan juga besar. Hal ini dapat dilihat dari persamaan (2.12), bahwa r sebanding dengan gradien m atau α .
45 air mineral (aqua)
35
aquades
30
air laut
25 Frinji yg hilang
Jumlah frinji yang hilang
40
20 15 10 5 0 -5 -10 -50
0
50
100
150
200
250
Medan Magnet (mT)
Medan magnet(mT) Gambar 4.9 Grafik hubungan antara medan magnet luar B terhadap jumlah cincin yang hilang pada air laut, aquades dan air mineral
Dari grafik (4.9) diperoleh nilai
α sebagai faktor pendukung untuk menentukan besarnya nilai koefisien
linear optik (r) . Nilai α dapat dilihat dalam lampiran.
Dari Tabel (4.6) dapat diketahui bahwa nilai α
untuk aquades lebih
ditarik suatu kesimpulan sebagai berikut :
besar dari air mineral dan air laut,
1. Pemberian medan magnet luar
sehingga nilai koefisien linear magneto
yang semakin besar kepada
optik dari aquades lebih besar bila
bahan
dibandingkan dengan air mineral dan air
menyebabkan indeks bias dari
laut untuk kenaikan medan magnet yang
bahan akan berkurang. Hal ini
sama. Hal ini menunjukkan bahwa
ditunjukkan
seolah-olah indeks bias aquades sedikit
berkurangnya kerapatan cincin.
transparan
akan
dengan
lebih besar dari pada air mineral dan air
2. Nilai koefisien linear magneto
laut. Dengan kata lain, indeks bias
magneto optik dari NaCl 0,5 % - 2,5
aquades > indeks bias air mineral dan air
% adalah 2,66 × 10 −12 m/V, 3,73
laut. Padahal untuk suhu yang sama
× 10 −12 m/V, 4,32 × 10 −12 m/V,
yaitu 20 0C indeks bias air adalah 1,333.
6,38 ×
Perubahan indeks bias sebanding dengan
10 −12 m/V. Untuk nilai r dari etil
perubahan jumlah cincin dan perubahan jumlah cincin sebanding dengan nilai
10 −12 m/V,
alkohol 0,5 % - 2,5
6,04 ×
%
koefisien linear optik. Jadi semakin
adalah 1,39 × 10 −11 m/V, 9,61 ×
besar perubahan jumlah cincin maka
10 −12 m/V, 1,21 × 10 −11 m/V,
nilai koefisien linear optik semakin
1,22 ×
besar pula. Untuk sampel air laut
10 −12 m/V. Untuk nilai r dari air
diperoleh nilai r sebesar 1,32 × 10 −11
laut, air mineral dan
m/V, untuk aquades diperoleh nilai r
adalah 1,32 × 10 −11 m/V, 1,58 ×
sebesar 1,61 × 10 −11 m/V dan untuk air
10 −11 m/V, 1,61 × 10 −11 m/V.
10 −11
m/V, 9,63
×
aquades
mineral diperoleh nilai r sebesar 1,58 × 10 −11 m/V. Ini dapat dilihat dari tabel
DAFTAR PUSTAKA
bahwa r aquades> r air mineral > r air laut. (Perhitungan nilai r dapat dilihat pada lampiran B.12).
Fahrurazi,
2005,
”Pengamatan
Perubahan Indeks Bias Bahan Sebagai Akibat Adanya
Kesimpulan Dari hasil penelitian, pengolahan data, hasil dan pembahasan maka dapat
Magnet Interferometer Undip. Semarang.
Medan
Menggunakan Michelson”,
Firdausi, K. Sofyan, K. Kneipp, K. Gueldner,
R.
Liedtke.
“Surface
Enhanced
Scattering
on
Azo
2000. Raman
Dyes
in
Colloidal silver solution”, berkala Fisika,
Vol.4,
no.1,
Januari,
Jurusan Fisika UNDIP. Gunter, Robert D., 1983, “Modern Optic”, John & Wiley Sons, New York. J.R. Reitz, F.J. Milford, R.W. Christy, 1979,
“Dasar
Teori
Listrik-
Magnet”, ITB, Bandung. Kusuma, A. N, 2005, ”Pengamatan Efek Elektro Optik Menggunakan Interferometer
Michelson”,
Skripsi S1, Undip, Semarang. Pedrotti, Frank L, Leno S. Pedrotti, 1993. “Introduction to Optics”, 2nd ed,. Prentice Hall, New Jersey. Soedojo, P, 1992, “Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika”, Gadjah Mada
University
Press,
Yogyakarta. Sulistya, B, 2005, “Analisis Pengaruh Medan Magnet Terhadap Indeks Bias
Bahan
Interferometer
Menggunakan Michelson”,
Skripsi S1, Undip, Semarang.. Suprayitno, 1997, “Penentuan Panjang Gelombang dan Indeks Bias Udara dengan Metode Interferometer
Michelson”, Skripsi S1, Undip, Semarang
