SPEKTROMETER SEDERHANA TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat menyelesaikan studi tingkat Magister di Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung
Oleh KAHFI SABARIAH 20207055
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
SPEKTROMETER SEDERHANA TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat menyelesaikan studi tingkat Magister di Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung
Oleh KAHFI SABARIAH 20207055
Telah diperiksa dan disahkan oleh Pembimbing Tugas Akhir,
Dr. Eng. Khairurrijal NIP: 131967089
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
ii
ABSTRAK Spektroskopi merupakan alat analisis cahaya yang dihasilkan suatu objek yang sangat berguna dalam bidang fisika.Spektroskopi menggunakan prinsip difraksi dan interferensi untuk memisahkan cahaya yang dihasilkan suatu objek menjadi garis-garis warna berbeda yang dikenal dengan Spektrum .Alat ukur yang digunakan disebut Spektrometer.Spektrometer adalah suatu alat optik yang digunakan untuk mengukur cahaya secara spesifik pada spektrum elektromagnetik .Dengan mengukur panjang gelombang spektrum secara tepat dapat dipelajari sifat alamiah dari sumber cahaya..Saat ini Spektrometer yang ada dalam dunia pendidikan canggih namun rumit penggunaannya dan mahal harganya.Untuk mengatasi hal tersebut dirancang spektrometer sederhana namun memiliki prinsip kerja tidak jauh berbeda dengan spektrometer yang ada saat ini.( memiliki prinsip kerja yang sama dengan spektrometer yang ada saat ini)..
ABSTRACT Spectroscopy is an analytical equipment used to analyse ray coming of an object and is useful for physics. Spectroscopy is based on difraction and interference principle to split ray into some colourful lines known as Spectrum. This equipment is called Spectrometer.Spectrometer is an optics equipment to measure ray specifically on electromagnetic spectrum. By measuring spectrum waves, the natural characteristic of ray's source could be analyzed. Nowadays we find sophisticated hence complicatingly used spectrometer in educational world, and this instrument also costs expensive. Therefore, a simple spectrometer having the same basic method with the available one is designed as a solution.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................... ii ABSTRAK ................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ............................................................................... iv DAFTAR ISI .............................................................................................. v DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vi DAFTAR TABEL ...................................................................................... vii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1. Latar Belakang dan Rumusan Masalah ............................................... 1 1.1.1. Latar belakang .................................................................................. 1 1.1.2. Perumusan masalah .......................................................................... 3 1.2. Tujuan Penelitian ................................................................................ 3 1.3. Kegunaan Penelitian ........................................................................... 4 1.4. Ruang Lingkup .................................................................................... 4 1.5. Hipotesis penelitian ............................................................................ 4 1.6. Metode Penelitian .............................................................................. 4 1.7. Sistematika Penulisan ................................................................ ........4
BAB II LANDASAN TEORI ................................................................. 5 2.1. Kisi Difraksi ....................................................................................... 5
v
2.2. Difraksi Celah Tunggal ...................................................................... 7 2.3. Interferensi Celah Banyak ................................................................... 8 2.4. Struktur Fisik Cakram Optik ............................................................... 13 2.5. CD-ROM............................................................................................. 13 2.6. DVD .................................................................................................... 15 2.7. Kamera Digital .................................................................................... 16
BAB III. ANALISIS SPEKTRUM CAHAYA 3.1. Spektroskop sederhana........................................................................ 18 3.2. Cara Kerja spektrometer sederhana .................................................... 19 3.3. Kalibrasi spektrometer sederhana ....................................................... 26 3.4. Pengujian spektrometer sederhana ...................................................... 53 3.5. Pengujian konsistensi spektrometer sederhana ................................... 60
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan ......................................................................................... 67 4.2. Saran ................................................................................................... 69
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D
vi
LAMPIRAN E LAMPIRAN F LAMPIRAN G LAMPIRAN H LAMPIRAN I LAMPIRAN J LAMPIRAN K
DAFTAR GAMBAR 2.1. Kisi difraksi pada DVD ...................................................................... 6 2.2. Pola konstruktif dan destruktif ............................................................ 7 2.3. Skema difraksi celah tunggal .............................................................. 7 2.3.1. Skema interferensi dari kisi.............................................................. 9 2.4. Diagram fasor di titik C ...................................................................... 12 2.5. CD ROM ............................................................................................. 14 2.6.Penampang Melintang CD ................................................................... 14 2.7. DVD .................................................................................................... 15 2.8. Penampang Melintang DVD .............................................................. 15 3.1. Foto Spektroskop sederhana membentuk sudut 45 o ....................................... 18 3.2. Spektroskop dengan sudut 90o . .......................................................... 19 3.3. Control transformator untuk lampu spektrometer............................... 20 3.4. Lampu merkuri/raksa (hg), helium (He), dan kadmium (Cd) ............. 20 3.5. Soket Lamp ......................................................................................... 21
vii
3.6. EasyShare Kodak M863. .................................................................... 21 3.7. Rangkaian Spektrometer Sederhana ................................................... 22 3.8. Skema spektrometer sederhana ........................................................... 22 3.9. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum helium (He) ........................ pada pemotretan pertama ................................................................... 25
3.9. Spektrum Hg Resolusi 8.2 Megapiksel ............................................... 25 3.7. Spektrum Helium Resolusi 8.2 Megapiksel ....................................... 25 3.8. Spektrum Cadmium Resolusi 8.2 Megapiksel ................................... 25 3.9. Grafik Hasil Pembacaan Piksel Spektrum .......................................... Helium pada Pemotretan Pertama ..................................................... 27 3.10. Grafik spektrum acuan helium (He) dari NIST .............................. 26 3.11.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum helium (He) 8,2 megapiksel ............................................. 29 3.12.Grafik puncak tertinggi hubungan panjang gelombang (X) dengan piksel(Y) spektrum helium (He) 8,2 megapiksel ................. 31 3.13.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum raksa (Hg) 8,2 megapiksel ................................................ 33 3.14.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum kadmium (Cd) 8,2 megapiksel ......................................... 34 3.15.Grafik hubungan panjang gelombang (X) dengan piksel(Y) spektrum helium (He) 7,2 megapiksel ................. 35
viii
3.16.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum raksa (Hg) 7,2 megapiksel ................................................ 36 3.17.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum kadmium (Cd) 7,2 megapiksel ......................................... 37 3.18.Grafik hubungan panjang gelombang (X) dengan piksel(Y) spektrum helium (He) 6,1 megapiksel ................. 38 3.19.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum raksa (Hg) 6,1 megapiksel ................................................ 39 3.20.Grafik hubungan panjang gelombang (X)dengan piksel(Y) .............. spektrum kadmium (Cd) 6,1 megapiksel ......................................... 40 3.21. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... helium (He) pada pemotretan pertama .............................................. 41 3.22. Grafik hasil pembacaan panjang gelombang dan intensitas spektrum helium (He) ....................................................................................... 41 3.23. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... helium (He) pada pemotretan kedua ................................................. 42 3.24. Grafik hasil pembacaan panjang gelombang dan intensitas spektrum helium (He) ....................................................................................... 42 3.25. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... helium (He) pada pemotretan ketiga ................................................. 43 3.26. Grafik hasil pembacaan panjang gelombang dan intensitas spektrum helium (He) ....................................................................................... 43 3.27. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum ..........................................
ix
helium (He) pada pemotretan keempat ............................................. 44 3.28. Grafik hasil pembacaan panjang gelombang dan intensitas spektrum helium (He) ....................................................................................... 44 3.29. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... helium (He) pada pemotretan kelima ............................................... 45 3.30. Grafik hasil pembacaan panjang gelombang dan intensitas spektrum helium (He) ....................................................................................... 45 3.31. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... raksa (Hg) pada pemotretan pertama ................................................ 46 3.32. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ raksa (Hg) .......................................................................................... 46 3.33. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... raksa (Hg) pada pemotretan kedua.................................................... 47 3.34. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ 3.35. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... raksa (Hg) pada pemotretan ketiga ................................................... 48 raksa (Hg) .......................................................................................... 47 3.36. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ raksa (Hg) .......................................................................................... 48 3.41. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... kadmium (Cd) pada pemotretan pertama .......................................... 49 3.42. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ kadmium (Cd) ................................................................................... 49
x
3.43. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... kadmium (Cd) pada pemotretan kedua ............................................. 50 3.44. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ kadmium (Cd) ................................................................................... 50 3.45. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... kadmium (Cd) pada pemotretan ketiga ............................................. 51 3.46. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ kadmium (Cd) ................................................................................... 51 3.47. Grafik hasil pembacaan piksel spektrum .......................................... kadmium (Cd) pada pemotretan keempat ......................................... 52 3.48. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ kadmium (Cd) ................................................................................... 52 3.51. Rekaman spektrum lampu pijar pertama ......................................... 53 3.52. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ lampu pijar ........................................................................................ 54
3.53. Rekaman spektrum lampu pijar kedua .............................................. 54 3.53.1. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ..... Lampu pijar ....................................................................................... 55 3.54. Rekaman spektrum lampu pijar ketiga ............................................. 55
3.55 Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ......... Lampu pijar ....................................................................................... 56
xi
3.56. Rekaman Spektrum Lampu Pijar Keempat....................................... 56 3.57. Grafik hubungan panjang gelombang dan intensitas spektrum ........ Lampu pijar ....................................................................................... 56 3.58. Rekaman konsistensi spektrum lampu pijar .................................... 60 3.59. Grafik rekaman konsistensi spektrum lampu pijar pertama.............. 60 3.60. Grafik hubungan panjang gelombang .............................................. dan intensitas konsistensi lampu pijar ............................................... 61 3.61. Rekaman Konsistensi Spektrum Lampu Pijar Kedua ....................... 61 3.62. Grafik hubungan panjang gelombang .............................................. dan intensitas konsistensi lampu pijar ............................................... 62 3.63. Rekaman Konsistensi Spektrum Lampu Pijar Ketiga ....................... 62 3.64. Grafik hubungan panjang gelombang .............................................. dan intensitas konsistensi lampu pijar ............................................... 63 3.65. Rekaman Konsistensi Spektrum Lampu Pijar Keempat ................... 63 3.66. Grafik hubungan panjang gelombang .............................................. dan intensitas konsistensi lampu pijar ............................................... 64 3.67. Rekaman Konsistensi Spektrum Lampu Pijar Kelima ...................... 64
DAFTAR TABEL Tabel. 2.1. Kapasitas CD ........................................................................... 17 Tabel 2.2. Kapasitas Piringan DVD .......................................................... 19 Tabel .2.3. Kecepatan TransferDVD ......................................................... 19 Tabel 3.1. Data spektrum helium (He) resolusi 8.2 megapiksel ............... 24
xii
Tabel 3.2. Data pencocokan panjang gelombang ..................................... dan piksel spektrum helium (He) ................................................ 27. Tabel 3.3. Tabel rata-rata nilai piksel dan standar deviasi ......................... 28 Tabel 3.4. Tabel Nilai Stock Chart ............................................................ 28 Tabel 3.5. Tabel Nilai Stock Chart Puncak Tertinggi Spektrum Helium 8.2 megapiksel .............................................. 31 Tabel 3.6. Perbandingan Standar Deviasi Spektrum Helium (He), ........... Raksa(Hg), dan kadmium (Cd) .................................................................. 32 Tabel 3.7. Hubungan Piksel dan Panjang Gelombang dari hasil substitusi pengkalibrasian Spektrum Helium ................... 57 Tabel 3.8. Hasil Akhir Hubungan Piksel dan Panjang Gelombang .......... Lampu Pijar ................................................................................ 58 Tabel 3.9. Hasil Pengujian Konsistensi Lampu Pijar Chiyoda .................. 65 Tabel 3.10. Perbandingan Hasil Pengujian Konsistensi Lampu Pijar Chiyoda .................................................................. 65
xiii
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan syukur kehadirat Allah S.W.T atas Rahmat dan KaruniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul ” Spektrometer sederhana ” ini dengan baik dan tepat waktu. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak, baik yang secara langsung maupun tidak langsung, sadar atau tidak sadar, yang penulis ingat ataupun tidak, telah memberikan bantuan dalam wujud apapun kepada penulis. Semua masukan tersebut sangat bermanfaat dalam pengerjaan dan penyelesaian tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga jika ada kesalahan atau hal yang kurang lengkap, semua pihak dapat maklum. Penulis mengharapkan masukan dan kritik, baik yang membangun maupun tidak, dari siapa saja demi kemajuan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bandung, 30Juni 2009
( Kahfi Sabariah )
iv
v
