AZAS LENZ (LM5)

Azas Lenz (LM5)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., Bastomi Saputra. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Kayu tangi dua jalur utama, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

                Abstrak—Percobaan Azas Lenz bertujuan untuk mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi. Metode yang digunakan adalah memasukkan dan mengeluarkan kutub magnet dan kutub utara kekumparan dengan solenoida 1000 lilitan. Ketika kutub utara dimasukkan simpangan galvanometer ke kanan, saat dikeluarkan ke kiri. Dan kutub selatan dimasukkan simpangan galvanometer ke kiri, saat dikeluarkan ke kanan. Dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara. 

                Kata Kunci—Azas Lenz, fluks magnet, ggl induksi, kutub magnet, dan galvanometer.

I.                    PENDAHULUAN

Dapat dilihat bahwa apabila kiata mengambil loop induksi tertutup didalam suatu medan magnetik dan kemudian mengirim arus melalui loop tersebut, gaya yang ditimbulkan medan magnetik menghasilkan torsi pada puataran loop. Andaikan  bahwa, sebagai gantinya, tidak ada arus, kita putar loop menggunakan tangan. Apakah arus akan muncul dalam loop ? jawabannya, tentu saja arus akan  muncul. Karena jika pada medan magnet yang menghasilkan torsi akan  membuat munculnya arus dalam loop. Hal tersebut  yang biasanya disebut dengan  hukum  induksi Faraday. Dengan  menggunakan  hukum  Faraday,  dapat menghitung ggl induksi. Beda halnya dengan azas lenz yang membahas tentang arah arus induksi. Melalui percobaan menggunakan galvanometer yang dirangkai dengan  solenoida, kita dapat menentukan  hubungan fluks magnet dengan arah  dan ggl induksi.

Berdasarkan latar belakan tersebut, dapat diambil rumusan masalah yaitu “Bagaimana hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi ?”.

Adapun tujuan dari percobaan  ini adalah mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi.

II.                  KAJIAN TEORI

Arus yang dihasilkan didalam  loop disebut arus induksi, usaha yang dilakukan persatuan muatan dalam  menghasilkan arus itu (dalam menggerakkan elektron konduksi untuk mengangkut arus dan emf disebut induksi.

Didalam eksperimen Gambar 1, apabila skalar dibuka (tidak ada arus), tidak ada garis-garis medan magnet. Akan tetapi, apabila kita menghidupkan arus dalam  loop tangan  kanan, kenaikkan arus membentuk suatu  medan  yang  melalui loop tangan kiri meningkat.

Gambar 1. Pengukur arus menunjukkan  nilai dalam  loop kawat tangan kiri ketika skalar S ditutup.

Hukum Faraday secara baku ditulis sebagai

                                                                                     .........(1)

Hukum lenz adalah sebuah  metode alterlatif  untuk  menentukan arah suatu arus induksi. Hukum  lenz bukan  merupakan prinsip yang bebas, hukum ini dapat diturunkan dari hukum Faraday.

Tanda negatif pada hukum Faraday berhubungan dengan ggl induksinya.

Bunyi hukum lenz  yaitu :

“Ggl induksi dan arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga melawan muatan yang menghasilkan ggl dan arus induksi tersebut”.

Gambar 2 menunjukkkan magnet batang yang bergerak ke arah  satu suatu simpal yang memiliki tahanan P.

Apabila magnet batang sedang bergerak ke arah simpalnya, ggl induksi dalam simpal tersebut menghasilkan arus dalam simpal  (garis putus-putus)  menghasikan suatu fluks yang  melawan  peningkatan fluks yang  melalui simpal akibat gerak magnet tadi. Karena megnetik dari magnet batang ke arah kanan, yang keluar dari kutub utara magnet tersebut, gerak magnet ke arah simpal tersebut ke kanan. (medan magnetik disimpal akan lebih kuat apabila magnetiknya lebih dekat). Arus induk berada dalam arah seperti yang ditunjukan, sehingga fluks magnetik yang dihasilkan melawan fluks magnetnya. Medan magnetik induksi cenderung memperkecil fluks yang melalui simpalnya. Jika magnetnya digerakkan menjauhi simpalnya, yang akan memperkecil fluks yang lelalui simpal akibat magnet, arus induksinya akan berada dalam arah berlawanan dengan arah pada gambar 2. Dalam hal itu, arusnya akan menghasilkan medan magnetik ke kanan, yang akan cenderung memperbesar fluks yang melalui simpalnya.

Gambar 3. Momen magnetik induksi dalam simpal arus

Pada gambar di atas menunjukkan momen magnetik induksi dalam simpal arus apabila magnetnya sedang bergerak ke arah yang ditunjukkan pada Gambar 3. Simpal bertindak sebagai magnet kecil dengan kutub utara ke kiri dan kutub selatan selatan kekanan momen magnetik induksi simpal ini akan mengerahkan gaya pada magnet batang ke kiri untuk melawan geraknya ke arah simpal. Dengan demikian, kita dapat menyatakan hukum Lenz dalam besar gaya-gaya dari pada fluks. Jika magnet batangnya  digerakkan ke arah simpal, arus induksi harus menghasilkan momen magnetik untuk melawan perubahan ini.

Gambar 4. Momen magnetik iniduksi bergerak ke arah simpal sehingga magnet mengalami percepatan.

Jika arus dalam simpal pada Gambar 3 berlawanan arah, momen magnetik induksi simpalnya akan menarik magnet saat magnetnya bergerak ke arah simpal dan menyebabkan magnet tersebut mengalami percepatan. Jika magnet yang berada pada jarak. Yang dari simpalnya kemudian memberi magnet sedikit tolakkan ke arah simpal, gaya akibat arus induksi akan ke arah simpal, yang akan meningkatkan kecepatan magnetnya. Kecepatan magnet meningkat, laju perubahan fluks akan meningkat dan arus induk juga meningkat.

Pada gambar 4, magnet batang berada dalam keadaan diam dan simpalnya sedang bergerak menjauhi magnet. Dalam hal ini, momen magnetik simpalnya akan menarik magnet batang yang melawan gerak simpal.

Pada gambar 5, apabila arus dalam rangkaian 1 berubah akan terdapat fluks melalui rangkaian . skakelar S dalam rangkaian 1 pada awalnya terbuka sehingga tidak ada arus dalam rangkaian tersebut (a). Apabila skakelarnya ditutup (b), arus dalam rangkaian 1 tidak mencapai nilai yang konstan    seketika tetapi membutuhkan waktu untuk berubah dari nol hingga kenilai ini. Selama waktu perubahan ini, sementara arusnya sedang meningkat, fluks melalui rangkaian 2 berubah, dan terdapat arus induksi dalam rangkaian tersebut dalam arah yang ditunjukkan. Apabila arus dalam rangkaian 1 mencapai nilai yang konstan, fluks melalui rangkaian 2 tidak lagi berubah, sehingga tidak lagi ada arus induksi dalam rangkaian 2. Arus induksi dalam rangkaian 2 dengan arah yang berlawanan seketika akan muncul apabila skakelar pada rangkaian 1 dibuka (c) dan arusnya menurun ke nol. Hal yang penting untuk dipahami bahwa terdapat ggl induksi hanya sewaktu fluksnya berubah. Ggl tidak tergantung pada besar fluks, hanya pada laju perubahannya. Berikut ini dapat dilihat pada rangkaian gambar 5.

Gambar 5. Perubahan fluks akibat perubahan arus.

Kita perhatikan rangkaian tunggal terisolasi pada gambar 6.

Gambar 6. Rangkaian tunggal terisolasi.

Kumparan dengan banyak lilitan kawat memberikan fluks yang besar untuk arus yang diberikan dalam rangkaiannya. Apabila arusnya berubah terdapat ggl yang besar yang diinduksi dalam kumparan yang melawan perubahan tersebut.

Besarnya ggl induksi melalui loop kawat dengan N lilitan adalah

                      ..............(2)

Keterangan:

  

Hasil fundamental ini dikenal dengan nama “hukum Faraday” dan merupakan salah satu dari hukum elektromagnetik. Penting untuk diingat bahwa ggl induksi jika terdapat perubahan fluks ggl dapat diinduksi dengan tiga cara : (1) dengan mengubah medan magnet B, (2) dengan mengubah luasan kumparan dalam medan, atau (3) dengan mengubah orientasi kumparan θ terhadap medan.

Karena arus induksi selalu menentang setiap perubahan fluks magnetik yang melalui sebuah rangakaian, maka bagaimana mungkin fluks itu berubah sama sekali ? jawabannya adalah bahwa hukum Lenz hanya memberikan arah induksi : besarnya arus itu bergantung pada hambatan rangkaian, maka semakin kecil arus induksi yang muncuk untuk menentang setiap perubahan fluks untuk menghasilkan efek. Seandainya simpal dibuat dari kayu (sebuah isolator) maka hampir tidak ada arus induksi yang menanggapi perubahan fluks yang melalui simpal tersebut.

Sebaliknya, semakin kecil hambatan rangkaian, semakin besar pula arus induksi dan semakin sukar untuk mengubah fluks yang melalui rangkaian itu. Jika simpal adalah sebuah konduktor yang baik, maka sebuah arus induksi akan mengalir selama magnet itu bergerak relatif terhadap simpal tersebut.

Kasus ekstrim terjadi biala hambatan rangkaian sama dengan nol. Maka arus induksi akan terus mangalir walaupun setelah ggl induksi itu telah lenyap, yakni, walaupun setelah magnet itu telah berhenti bergerak relatif terhadap simpalan.

Menentukan arah arus induksi dengan hukum Lenz.

Sebuah batang magnet didekatkan pada kumparan dengan kutub utara terlebih dahulu. Pada saat ini ujung kumparan akan timbul perubahan medan magnet yang berasal dari batang magnet (medan magnet sumber). Medan magnetnya bertambah karena pada kutub utara garis-garis gaya magnetnya keluar berarti fluks magnet pada kumparan bertambah.

Sesuai dengan hukum Lenz maka akan timbul induksi magnet (B induksi) yang menentang sumber. Arah B induksi ini dapat digunakan untuk menentukan arah arus induksi yaitu dengan menggunakan kaedah tangan kanan.

Gambar 7. Induksi magnetik dengan kaedah tangan kanan

Timbulnya arus pada kumparan ini dapat ditunjukkan dari galvanometer yang dihubungkan dengan kumparan. Arus listrik ini timbul untuk menimbulkan induksi magnet B induksi). Arah arus iniduksi sesuai kaedah tangan, pada gambar 7 terlihat arus mengalir dari titik A ke titik B.

Suatu kumparan dalam rangkaian tertutup (gambar 8) didalamnya dipasang galvanometer G sebagai penunjuk adanya arus listrik.

Gambar 8. Arah simpangan jarum galvanometer

Jika suatu bantang magnet US dimasukan ke dalam kumparan, selama gerakan US berlangsung jarum galvanometer menyimpang ke kanan dari kedudukan seimbang kemudian ketika magnet US berhenti begerak, jarum di G akan kembali pada kedudukan seimbang. Kemudian magnet US ditarik kembali, maka selama gerakan itu berlangsung jarum pada G akan menyimpang ke kiri. Simpangan jarum G sangat bergantung pada arah lilitan kumparan dan simpangan ini menunjukkan bahwa dalam rangkaian telah menjadi arus listrik perpindahan muatan-muatan listrik dapat terjadi jika ada beda tegangan. Beda tegangan demikian dinamakan ggl induksi.

III. METODE PERCOBAAN

               

Pada percobaan Azas Lenz diperlukan peralatan seperti magnet batang, galvanometer, kumparan solenoida dengan 1000 lilitan dan dua buah kabel penghubung. Seperti pada gambar 9.1 berikut ini.

Pada percobaan Azas Lenz dapat diambil suatu rumusan hipotesis yaitu “jika kutub utara magnet batang dimasukkan kekumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kanan, sebaliknya jika kutub utara batang magnet diarahkan keluar kumparan maka arah simpangan jarum galvanometer mengarah ke kiri, dan jika kutub selatan batang magnet dimasukkan kekumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kiri, sebaliknya jika kutub selatan batang magnet diarahkan keluar kumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kanan”.

Percobaan kali ini menggunakan identifikasi dan definisi operasional variabel yaitu variabel manipulasinya adalah arah gerak batang magnet yaitu dengan mengubah gerak batang magnet keluar kumparan dan masuk kumparan. Variabel kontrolnya adalah arah kutub, yaitu dengan menetapkan arah kutub magnet arah utara dan selatan. Dan variabel yang direspon adalah simpangan jarum galvanometer, yaitu mengamati arah simpangan jarum galvanometer ke arah kanan atau ke arah kiri.

Adapun prosedur kerja dari percobaan kali ini yaitu, merangkai alat seperti pada (gambar 9.2) berikut ini.

Gambar 9.2. memasukkan kutub utara pada kumparan

Gambar 9.2 menunjukkan saat memasukkan magnet batang kutub utara kekumparan secara perlahan, kemudian mengamati arah simpangan jarum galvanometer (ke kanan/ke kiri). Langkah berikutnya yaitu mengarahkan magnet batang keluar, kemudian dapat dilihat arah simpangan jarum galvanometer, mengarah ke kanan atau ke kiri. Kemudian menulis hasil penelitian pada tabel. Pada percobaan kali ini simpangan jarum galvanometer diperoleh secara kualitatif.

Untuk percobaan selanjutnya dilakukan sama seperti langkah di atas, dengan menggunakan arah kutub selatan magnet batang, seperti pada gambar 9.3 berikut ini.

Gambar 9.3. memasukkan kutub selatan pada kumparan

Sama seperti percobaan sebelumnya, hasil penelitian ditulis secara kualitatif pada tabel data.

IV.       ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Pada percobaan Azas Lenz untuk mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi. Pada percobaan kali ini menggunakan solenoida 1000 lilitan. Pada percobaan kali ini pengamat melalukan penelitian terhadap arah simpangan jarum galvanometer pada saat batang magnet dimasukkan dan dikeluarkan pada kumparan dengan menggunakan kutub utara dan kutub selatan. Sehingga diperoleh data pada tabel berikut.

Ketika sebuah batang magnet didekatkan pada kumparan, maka pada ujung kumparan akan timbul perubahan medan magnet yang berasal dari batang magnet sehingga akan menimbulkan arus dan menyebabkan jarum pada galvanometer bergerak ke kanan atau ke kiri.

Gambar 10.1. kutub utara masuk kumparan

Gambar 10.2. kutub utara keluar kumparan

Begeraknya jarum galvanometer dapat dilihat pada (gambar 10.1) dan (gambar 10.2). pada saat kutub utara dimasukkan pada kumparan, simpangan jarum galvanometer mengarah ke kanan seperti yang dapat dilihat pada (gambar 10.1). pada gambar tersebut telah tampak bahwa arah simpangan jarum galvanometer menyimpang ke kanan menentang arus yang dimiliki oleh magnet. Dan setelah batang magnet dikeluarkan dari kumparan arah jarum galvanometer menyimpang ke kiri, dapat dilihat pada (gambar 10.2). jadi, dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

Gambar 10.3. kutub selatan masuk kumparan

Gambar 10.4. kutub selatan keluar kumparan

Pada saat kutub selatan dimasukkan pada kumparan, seperti (gambar 10.3) arah jarum galvanometer menyimpang ke kiri, melawan arah arus yang dimiliki oleh magnet. Dan pada saat kutub selatan dikeluarkan dari kumparan yang tampak pada (gambar 10.4), jarum galvanometer menyimpang ke ke kanan. Jadi, dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

Berdasarkan hasil percobaan telah diketahui bahwa ketika kutub utara didekatkan pda kumparan, maka gari-garis medan magnet keluar dari kutub utara sehingga memberikan arus yang searah dengan lilitan kawat pada kumparan dan jika dihubungkan dengan azas Lenz yang berbunyi “Suatu arus terinduksi memiliki arah sedemikian sehingga medan magnetik yang ditimbulkan oleh arus berlawanan dengan perubahan medan magnetik yang menginduksi arus tersebut”. Maka dapat dinyatakan bahwa percobaan kali ini sudah benar dikarenakan arah simpangan jarum galvanometer selalu berlawanan dengan arus induksi yang ditimbulkan oleh medan magnet yang didekatkan pada kumparan.

V. SIMPULAN

                Arah arus induksi dalam suatu penghantar (kumparan) menentang arah medan magnet yang menimbulkannya. Gaya gerak listrik (ggl) terjadi pada saat suatu kumparan mengalami perubahan medan magnet. Ggl akan menghasilkan arus listrik yang bisa dibaca pada Galvanometer. Dengan mendekatkan magnet pada kumparan akan menimbulkan arus listrik dan dengan melakukan gerakkan naik turun pada maknet secara perlahan ataupun cepat akan terjadi perubahan fluks magnetik serta akan menyebabkan arus induksi yang membuat jarum galvanometer bergerak. Pada percobaan dengan memasukkan kutub utara magnet kekumparan arah simpangan jarum galvanometer kekanan, berarti menentang arah arus yang dimiliki oleh magnet. Dapat dinyatakan bahwa ujung kumparan adalah kutub utara. Dan dengan memasukkan kutub selatan pada kumparan simpangan jarum galvanometer ke kiri, dapat diketahui pula bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Azas Lenz yaitu Bastomi Saputra yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Giancoli, Dougles. 1998. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[2]   Halliday, Resnick. 0. Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas Jilid 2. Tangerang : BINARUPA AKSARA Publisher

[3]   Sears, Zemansky. 1999. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[4]   Sri Handayani dan Ari Damari. 2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta : Depdiknas

[5]   Tim Dosen Pendidikan Fisika. 2015. Modul Praktikum Fisika Dasar II. Banjarmasin : Universitas Lambung Mangkurat

[6]   Tipler. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga

                                                 

Praktikum Difraksi Gelombang Cahaya (GO4)

Difraksi Gelombang Cahaya (GO4)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., M. Alfi Nugraha. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Kayu tangi dua jalur utama, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

                Abstrak—Percobaan difraksi gelombang cahaya bertujuan untuk menyelidiki terjadinya difraksi dan interferensi cahaya, serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu. Metode yang digunakan adalah mengukur jarak kisi kelayar dan jarak terang pusat dengan terang pusat berikutnya. Panjang gelombang yang diperoleh pada percobaan tanpa filter sebesar ((0,050 ± 0,003)10^-5m;(0,51 ± 0,01)10^-5m; (0,420 ± 0,007)10^-5m). Menggunakan filter warna merah, hijau, biru sebesar ((0,080 ± 0,003)10^-5m;(0,060 ± 0,003)10^-5m;(0,050 ± 0,003)10^-5m) nilai tersebut belum sesuai dengan nilai teoritis yaitu ((620-750)10^-9m; (495-570) 10^-9m;(450-495) 10^-9m). Karena terjadi kesalahan dalam membaca alat ukur dan kurang telitinya pengamat saat percobaan.

                Kata Kunci—Difraksi, innterferensi, panjang gelombang, filter warna

I.  PENDAHULUAN

Dalam kehidupan sehari-hari cahaya tentu sangat diperlukan untuk  membantu aktivitas kehidupan bagi  makhluk hidup. Cahaya yang sangat diperlukan makhluk hidup dibumi ini terutama adalah cahaya matahari. Bahkan tanpa cahaya matahari makhluk hidup akan mati, karena energi bersumber dari cahaya matahari. Dan cahaya juga membantu kita untuk dapat melihat alam disekitar kita. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi mata manusia. Cahaya memiliki sifat-sifat gelombang secara umum, antara lain ialah difraksi dan interferensi cahaya. Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jaraknya jauh seperti pada bohlam, dan lampu neon. Dan interferensi cahaya terjadi jika dua berkas cahaya yang memiliki frekuensi sama dan beda fase yang tetap (koheren) mengenai suatu titik secara bersamaan. Misalnya pada CD atau gelembung sabun terdapat warna warni itu adalah akibat interferensi diantara cahaya yang direfleksikan dari permukaan depan danpermukaan belakang CD ataupun sabun.

Berdasarkan latar belakang tersebut di atas dapat diambil rumusan masalah yaitu “bagaimana terjadinya difraksi dan interferensi cahaya, serta bagaimana menentukan panjang gelombang cahaya lampu ?”.

Adapun tujuan dari percobaan ini ialah menyelidiki terjadinya difraksi dan interferensi cahaya, serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu.

II.                   KAJIAN TEORI

                Difraksi adalah pelenturan suatu gelombang. Berarti difraksi cahaya dapat didefinisikan sebagai pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya melaui celag maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Dan memiliki sifat seperti cahaya baru sifat-sifat difraksi pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pada interferensi yang terjadi pada interferensi yang terjadi pada layar saat dipasang dibelakang celah.

                Kisi difraksi bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya, yang terdiri dari sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada permukaan datar. Kisi demikian dapat dibuat dengan memotong alur-alur sejarak dan berjarak sama pada kaca atau plat logam dengan mesin penggaris peresisi. Dengan kisi pantul, cahaya dipantulkan dari punggung diantara garis. Piringan hitam memperlihatkan sedikit sifat kisi pantul pada kisi tembus, cahaya lewat melalui celah bening diantara garis kisi elastik murah dengan 10.000 atau lebih celah persentimeter adalah hal yang lazim. Jakar antara celah dalam kisi dengan 10.000 celah persentimeter ialah^[5]

                                 ............(1)

               

Secara umum, difraksi terjadi jika gelombang melalui bukaan (apeture) atau mengingkari suatu penghalang. Sebagai contoh jika sebuah benda tak tembus cahaya diletakan diantara sumber cahaya dan layar, akan tampak batas antara daerah bayang-b        ayang dan daerah terang tidak terpisah secara jelas. Dari pengamatan, ada derah batas tersebut menunjukan adanya garis-garis atau pita-pita terang gelap yang berurutan dalam daerah bayang-bayang (Gambar 1.1). Hubungan antara intensitas dan posisi relatif terhadap tepi penghalang ditunjukan pada gambar 1.1

Gambar 1. difraksi cahaya oleh penghalang

Keterangan :  [a] pita-pita terang dan gelap pada layar

                     [b] intensitas pada pita-pita terang dan gelap sebagai fingsi jarak

Pada prinsipnya intensitas pola difraksi disuatu titik dalam ruang dapat dihitung dengan prinsip Huygens, yaitu setiap titik pada muka gelombang dapat dipandang sebagai pusat-pusat gelombang baru.

Berdasarkan prinsip Huygens setiap bagian dari celah dapat dianggap sebagai sumber gelombang, sehingga cahaya dari suatu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian lain pada celah dan intensitas cahaya pada celah bergantung pada sudut . Untuk menentukan hasil pola difraksi pada layar biasanya celah dianggap terdiri atas dua bagian pertama dengan lebar    pula. Selanjutnya semua gelombang yang berasal dari celah dianggap sefase.

Gambar 1.2 Difraksi cahaya oleh celah tunggal yang sempit, dengan lebar

Perhatikan gelombang 1 dan 3 yang masing-masing berasal dari tepi dan pusat celah. Sesampainya dititik pengamat, gelombang 1 menempuh jarak lebih jauh dari gelombang 3 sebesar . Demikian pula beda lintasan gelombang 2 dan 4 juga sebesar . Jika beda lintasan tersebut tepat sama dengan setengah panjang gelombang kedua gelombang akan berinterferensi minimum. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa gelombang-gelombang yang berasal dari bagian pertama setengah celah akan berinterferensi minimum dengan gelombang-gelombang yang berasal dari bagian kedua setengah celah, jika :

               ..........(2.1)

Atau

                  ...........(2.2)

Dengan penalaran serupa, secara umum hasil interferensi minimum terjagi jika   dan seterusnya yang terjadi dengan bertambahnya . Secara singkat hal tersebut untuk pola difraksi adalah :^[2]

                     ............(2.3)

(

Dengan syarat :                  

Salah satu karakteristik yang sangat penting dari gerak gelombang adalah gejala interfernsi, yang terjadi bila dua atau lebih gelombang bergerak dalam ruang dan waktu yang bersamaan. Secara umum interferensi dapat diartikan sebagai perpaduan dua atau lebih gelombang yang hasilnya dapat saling memperkuat atau melemahkan.^[2]

Interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi bila pada tiap titik, gelombang-gelombang tersebut sefase. Hasil: peningkatan resultan amplitudo. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi bila pada titik gelombang-gelombang tersebut tidak sefase. Hasilnya : penurunan resultan amplitudo.^[3]

Penelitian mengenai interferensi cahaya dilakukan oleh Thomas Young. Young melewatkan cahaya matahari melalui lubang kecil (S₀) yang dibuat pada layar A. Sinar yang keluar melebar karena adanya difraksi dan jatuh pada lubang kecil (S₁ dan S₂) yang dibuat pada layar B. Dari sini kemudian diteruskan kelayar C. Perhatikan gambar 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 skema percobaan Young

Ditinjau dua berkas cahaya dari S₁ dan S₂ yang jatuh dititik P, seperti pada gambar 2.1. S₁ dan S₂ dapat dianggap optis kedua adalah :

         ..........(3)

Dengan

                       ..........(4)

Pada titik P akan terjadi pita terang  jika berkas cahaya yang jatuh memiliki fase yang sama atau kelipatan bulat panjang gelombang ( dengan demikian jarak titik P dari pusat terang O adalah :

                                 ..........(5)

Keterangan : 

      

Pada titik P akan terjadi pita gelap jika berkas cahaya yang jatuh memiliki beda fase setengah periode atau selisih lintasan optis kelipatan ginjal setengah panjang gelombang. Sehingga persamaan (5) menjadi :

                          ..........(6)

Pola pita terang dan gelap pada interferensi cahaya akan lebih mudah diamati dengan menggunakan grafik intensitas cahaya seperti gambar 2.2 dibayah ini.^[4]

Gambar 2.2 pola intensitas cahaya pada peristiwa intenferensi cahaya.

Menurut optika geometrik bila sebuah benda tak tembus cahaya ditempatkan diantara sumber cahaya titik dan layar. Maka bayangan benda itu membentuk sebuah garis tajam yang sempurna. Sama sekali tidak ada cahaya menumbuk layar itu dititk-titik dalam bayangan tersebut dan kawasan diluar bayangan itu diterangi hampir secara homoge. Sifat gelombang dari cahaya menyebabkan efek yang tidak dapat dipahami dengan model optika geometrik yang sederhana. Segolongan efek penting seperti itu terjadi bila cahaya menumbuk sebuah celah atau tepi. Pada interferensi yang dibentuk pada situasi seperti itu dikelompokan didalam topik difraksi.^[1]

                Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut memberikan batas kira-kira untuk warna-warna spectrum.^[6]

Tabel hubungan warna spektrum dan panjang gelombang

II. METODE PERCOBAAN

                Pada percobaan difraksi gelombang cahaya dibutuhkan peralatan seperti Bola lampu 5 W, dudukan optik, mistar ukur, kisi difraksi (100 mm, 300 mm, 600 mm), filter (merah,hijau,biru), rel optik, fokus lensa , kabel penghubung, dan power supplay. Seperti pada gambar 3 berikut.

               

Pada percobaan difraksi gelombang cahaya dapat diambil suatu rumusan hipotesis yaitu “jika tetapan kisi diperbesar maka panjang gelombang cahaya juga semakin besar, dan panjang gelombang cahaya pada filter merah lebih besar dari panjang gelombang cahaya filter hijau dan biru.

                Percobaan kali ini meliputi dua kegiatan yaitu kegiatan I yaitu percobaan difraksi cahaya tanpa menggunakan filter dan kegiatan II percobaan difraksi cahaya dengan menggunakan filter. Pada kegiatan I telah dengan identifikasi dan definisi operasional variabel yaitu variabel yang dimanipulasi adalah kisi difraksi (N) yaitu dengan mengubah kisi difraksi N sebesar 100 mm, 300 mm, dan 600 mm. Variabel responnya adalah jarak titik P dan titik terang berikutnya dari titik terang pusat (y) yaitu dengan mengukur jarak titik P dan titik terang berikutnya dari titik terang pusat y, dan dengan variabel kontrol jarak kisi ke layar (L), fokus lensa (f), dan bola lampu yaitu menetapkan jarak kisi kelayar sebesar 17 cm, fokus lensa , dan menggunakan bola lampu 5 watt. Dan pada kegiatan II identifikasi dan definisi operasional variabel yang digunakan yaitu dengan variabel manipulasinya filter warna yaitu dengan mengubah-ubah filter warna merah, hijau, dan biru, variabel yang direspon yaitu jarak titik P dan titik terang berikutnya dari titik terang pusat y, dan dengan variabel kontrol kisi difraksi, orde K dan jarak kisi ke layar yaitu dengan menetapkan kisi difraksi 100 mm^-1, dengan orde K=1 dan jarak kisi ke layar sebesar 17 cm.

                Percobaan dimulai dengan alat-alat yang disusun seperti Gambar 3.2.

Memasang dudukan optik pada rel optik, serta memasang lampu, fokus lensa, dan layar pada dudukan optik terlebih dahulu. Menghubungkan power supplay pada sumber arus listrik dalam keadaan power off, kemudian memasang kabel penghubung pada power supplay dengan lampu. Menekan tombol power on pada power supplay. Sebelum kisi dipasang terlebih dahulu mengatur jarak lampu dengan lensa sehingga dalam keadaan fokus yaitu terjadi bayangan tajam dari filamen lampu yang tampak pada layar. Mengusahakan agar filamen lampu vertical, seperti pada gambar 3.3 berikut ini.

Gambar 3.3. spektrum warna

Pada kegiatan I Memasang kisi tanpa filter warna diantara lensa dan layar, akan muncul spektrum warna seperti pada gambar 3.3. Agar tampak spektrum warna yang tajam, menggeser-geser kedudukan kisi. Kemudian mengukur jarak kisi ke layar (L) dan mengukur jarak terang pusat dan terang berikutnya yang persis dengan warna lampu (y) menggunakan mistar. Mencatat hasil pengukuran pada tabel 1. Menggulangi kegiatan I dengan menggunakan tetapan kisi yang berbeda.

Pada kegiatan II  memasang kisi dengan filter warna, dengan tetapan kisi yang sama yaitu 100 mm^-1. Kemudian, sama seperti pada kegiatan I akan tampak spektrum warna. Selanjutnya melakukan hal yang sama dengan kegiatan I dan mencatat hasil pengukuran pada tabel 2. Serta mengulangi kegiatan II dengan filter hijau dan biru.

               

                Setelah dilakukan percobaan dan diperoleh hasil dari panjang gelombang setiap percobaan pada kegiatan I dan kegiatan II dapat diperoleh ketidakpastian panjang gelombang dengan menggunakan persamaan berikut ini.

    .............(6)

III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

                Pada percobaan difraksi gelombang cahaya untuk menyelidiki terjadinya difraksi dan interferensi cahaya, serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu. Selama percobaan, untuk mengukur jarak menggunakan mistar dengan nilai skala ukur sebesar 0,1×10^-2m dan ketidakpastian sebesar 0,05×10^-2m. Pada percobaan kali ini telah diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 1. Difraksi tanpa filter

No	d (meter)	(L ± 0,05)10-2 meter	(y ± 0,05)10-2 meter	Orde (K)
1	1 × 10-5	17,00	0,90	1
2	3 × 10-5	17,00	2,90	1
3	2 × 10-5	17,00	3,60	1

Tabel 2. Difraksi menggunakan filter

No	Warna filter	d (meter)	(L ± 0,05) 10-2 meter	(y ± 0,05) 10-2 meter	Orde (K)
1	Merah	1 × 10-5	17,00	1,30	1
2	Hijau	1 × 10-5	17,00	1,10	1
3	biru	1 × 10-5	17,00	0,90	1

 Berdasarkan tabel data di atas yaitu pada kegiatan I difraksi tanpa filter, yang menggunakan kisi difraksi 100 garis/mm, 300 garis/mm, dan 600 garis/mm. Sehingga tetapan kisi difraksi yang diperoleh melalui persamaan 1 secara berturut-turut sebesar 1×10^-5m, 3×10^-5m, 2×10^-5m. Selama percobaan, kita perlu memperoleh spektrum yang tajam pada layar dengan cara memfokuskan cahaya pada lensa  dan dengan menggeser-geser kedudukan kisi terhadap layar. Pada percobaan pertama menggunakan kisi difraksi 100 garis/mm dengan jarak kisi ke layar sebesar (17,00 ± 0,05)10^-2m dan orde 1 diperoleh jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (0,90±0,05)×10^-2m. Sehingga diperoleh panjang gelombang dengan menggunakan persamaan 5 sebesar (0,050 ± 0,003)10^-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 5,8% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 94,2%. Pada percobaan kedua menggunakan kisi difraksi 300 garis/mm dengan jarak kisi kelayar dan orde yang tetap diperoleh jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (2,90 ± 0,05)10^-2m. Sehingga diperoleh panjang gelombang sebesar (0,51 ± 0,01)10^-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 2% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 98%. Pada percobaan ketiga menggunakan kisi difraksi 600 garis/mm dengan jarak kisi ke layar dan orde yang juga sama seperti percobaan sebelumnya diperpleh jarak terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (3,60 ± 0,05)10^-2m. Sehingga diperoleh panjang gelombang sebesar (0,420 ± 0,007)10^-5m dengan kesalahan relatif sebesar 1,68% sehinggan diperoleh derajat kepercayaan sebesar 98,32%.

                Pada kegiatan II difraksi menggunakan filter warna yaitu warna merah, hijau, dan biru dengan kisi difraksi 100 garis/mm selama percobaan sehingga diperoleh tetapan kisi sebesar 10^-5m. Serta menggunakan jarak kisi ke layar dan orde yang sama seperti pada kegiatan I. Percobaan pertama menggunakan filter warna merah telah diperoleh jarak terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (1,30 ± 0,05)10^-2m. Sehingga dengan persamaan 5 diperoleh panjang gelombang sebesar (0,080 ± 0,003)10^-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 4,1% sehingga diperoleh derajat kepercayaan sebesar 95,9%. Pada percobaan kedua menggunakan filter warna hijau dengan tetapan kisi, jarak kisi ke layar, dan orde yang sama seperti pada percobaan sebelumnya telah diperoleh jarak terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (1,10 ± 0,05)10^-2m. Panjang gelombang yang diperoleh sebesar (0,060 ± 0,003)10^-5m dengan kesalahan relatifnya sebesar 4,8% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 95,2%. Pada percobaan ketiga menggunakan filter warna biru dengan tetapan kisi, jarak kisi ke layar, dan orde yang juga sama seperti dua percobaan di atas telah diperoleh jarak terang pusat dan terang berikutnya sebesar (0,90 ± 0,05)10^-2m. Dan diperoleh panjang gelombang sebesar (0,050 ± 0,003)10^-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 5,8% sehingga diperoleh derajat kepercayaan sebesar 94,2%.

                Berdasarkan hasil percobaan, pada kegiatan I difraksi tanpa menggunakan filter berdasarkan teori benar  bahwa jika tetapan kisi diperbesar maka panjang gelombang akan semakin besar. Dan pada kegiatan II, berdasarkan urutan warnanya benar bahwa panjang gelombang filter warna merah lebih besar dari filter warna hijau, dan kemudian biru dengan panjang gelombang yang kecil. Akan tetapi, berdasarkan nilai teoritisnya percobaan kali ini masih belum sesuai dengan nilai teoritis panjang gelombang filter warna merah, hijau, dan biru secara berturut-turut yaitu sebesar (620-750)10^-9m, (495-570) 10^-9m, dan (450-495) 10^-9m. Ketidaksesuaian panjang gelombang hasil percobaan dengan nilai teoritis dikarenakan oleh beberapa faktor diantaranya ketidaktelitian dalam membaca alat ukur dan  kesulitan dalam mengatur fokus lensa untuk memperoleh cahaya yang tajam sehingga jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya yang terbentuk pada layar kurang jelas dan terdapat bayang-bayang diantara terang pusat dengan terang berikutnya sehingga mempengaruhi pengukuran. Akan tetapi, pada percobaan kali ini kondisi alat optik yang digunakan dalam keadaan yang cukup baik, karena dari beberapa percobaan yang telah dilakukan kesalahan relatif yang diperoleh berkisar dibawah 10 %.

                Dalam percobaan difraksi gelombang cahaya, selain dapat mengamati tentang panjang gelombang, praktikum ini juga dapat mengamati peristiwa terjadinya difraksi dan interferensi sekaligus dikarenakan pada saat percobaan menggunakan kisi difraksi yang juga merupakan alat untuk menghasilkan spektrum cahaya dengan menggunakan difraksi dan interferensi. Seperti yang diketahui sebelumnya kisi difraksi merupakan celah sempit yang berjarak sama pada permukaaan datar. Dapat diartikan bahwa pembelokan gelombang saat melalui celah sempit seperti yang telah dilihat saat percobaan.

                Peristiwa difraksi dapat diamati pada saat lampu dinyalakan, maka cahaya akan mengenai lensa cembung dengan fokus 5 cm. Cahaya yang datang mengenai lensa cembung akan difokuskan pada satu titik dan diteruskan ke layar. Terfokusnya cahaya pada satu kisi difraksi sebelum diteruskan ke layar merupakan bukti terjadinya difraksi cahaya. Karena hamburan cahaya dari lampu dapat dibelokkan dan difokuskan di satu titik pada kisi difraksi.

IV. KESIMPULAN

                Difraksi cahaya terjadi karena suatu gelombang cahaya melalui celah kecil dimana lebar celah lebih kecil dibandingkan gelombang sehingga gelombang cahaya akan dipantulkan oleh sisi-sisi celah yang mengakibatkan gelombang cahaya atau sinar berbelok sedangkan interferensi adalah peristiwa penggambungan cahaya dimana saat fase gelombang sama maka kedua gelombang akan saling membangun sehingga terjadi interferensi konstruktif sedangkan jika kedu fase gelombang tidak sama akan terjadi interferensi destruktif (saling menghancurkan).

     Panjang gelombang cahaya lampu dapat diperoleh dengan persamaan 5. Pada kegiatan I difraksi tanpa filter telah diperoleh panjang gelombang pada tiga kali percobaan sebesar  (0,050 ± 0,003)10^-5m,  (0,51 ± 0,01)10^-5m, dan (0,420 ± 0,007)10^-5m. Berdasarkan tetapan kisinya benar bahwa nilai panjang gelombang tersebut akan semakin besar apabila tetapan kisi diperbesar. Pada kegiatan II difraksi menggunakan filter warna merah, hijau, dan biru panjang gelombang yang diperoleh adalah sebesar (0,080 ± 0,003)10^-5m, (0,060 ± 0,003)10^-5m, dan (0,050 ± 0,003)10^-5m. Nilai tersebut belum sesuai dengan nilai teoritis pada filter merah, hijau, dan biru sebesar (620-750)10^-9m, (495-570) 10^-9m, dan (450-495) 10^-9m. Akan tetapi, berdasarkan urutan warna filter yang menghasilkan panjang gelombang dari yang besar hingga terkecil, percobaan kali ini benar bahwa
merahhijaubiru.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum difraksi gelombang cahaya (GO4) yaitu Muhammad Alfi Nugraha yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Freedman dan Young. 2000. Fisika Universitas Jilid 2. Bandung : Erlangga.

[2]   Soeharto. 1992. Fisika Dasar II. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka.

[3]   Suherman. 2012. Inti Sari Fisika untuk SMA. Bandung : Epsilon Grup.

[4]   Sukaryadi.2009. Kompetensi Fisika untuk SMA. Klaten : PT. Macan Jaya Cemerlang.

[5]   Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.

[6]   Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. “CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts”. CRC Press, 2005.  Diambil dari http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrum_kasat_mata pada kamis 19 Maret 2015 pukul 12.46 WITA