Pommit Polarimeter Erik.docx

PRAKTIKUM GELOMBANG 2017

1

Polarimeter Erik Bhekti Yutomo, Novia Dwi L, Hilda Avianti, Gontjang Prajitno Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] Abstrak— Percobaan polarimeter dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari prinsip polarisasi, mengukur sudut putar jenis larutan gula sebagai fungsi konsentrasi, dan menentukan konsentrasi larutan gula dengan polarimeter. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan prinsip polarisasi cahaya. Percobaan dilakukan dengan melewatkan cahaya yang berasal dari sumber cahaya narium melewati rangkaian skema alat polarimeter yang terdiri dari 2 buah lensa cembung, polarisator, analisator, dan tabung zat optic aktif, setelah cahaya melewati analisator akan terbentuk pola gelap terang yang dapat diamati dengan menggunakan teropong, dalam percobaan ini diamati dan dicatat besarnya sudut putar bidang yang dihasilkan oleh pola terang- terang dan terang – gelap. Selanjutnya dari data yang dihasilkan dapat dicari sudut putar jenis dari larutan gula dan konsentrasi dari larutan gula. Dan dari percobaan ini dapat ditarik kesimpulan polarimeter bekerja dengan menggunakan prinsip polarisasi gelombang. Di samping itu diperoleh besarnya sudut putar jenis dari larutan gula sebagai fungsi konsentrasi yaitu sebesar 3,481 o cm2 oC/gr.dan didapatkan konsentrasi larutan gula sebesar 2,442 𝐦𝐨𝐥/𝐜𝐦𝟑 . Kata Kunci— Cahaya, polarimeter, zat optik aktif

I. PENDAHULUAN

C

AHAYA merupakan gelombang elektro magnet yang terdiri dari getaran medan listrik dan getaran medan magnet yang saling tegak lurus. Bidang getar kedua medan ini tegak lurus terhadap arah rambatnya. Dalam perambatannya gelembang ini bergetar ke segala arah sehingga dalam keperluan khusus perambatan ini perlu disearahkan, gelombang dengan arah yang acak disebut dengan gelombang tak terpolarisasi. Untuk mensejajarkan arah rambat gelombang ini dapat digunakan alat yang bernama polarimeter. Didalam polarimeter terdapat dua buah lensa cembung, polarisator, analisator, dan zat optic aktif yang mampu membelokkan bidang polarisasi, apabila sinar ini melalui polarisator maka sinar yang diteruskan hanya yang memiliki arah rambat yang sama dengan arah transmisi polarisator. Oleh karena itu perlu dilakukan pembelajaran lembih lanjut tentang proses polarisasi dan prinsip kerja polarimeter. Dengan begitu dilakukan percobaan polarimeter ini dengan tujuan untuk mempelajari prinsip polarisasi, mengukur sudut putar jenis larutan gula sebagai fungsi konsentrasi, dan menentukan konsentrasi larutan gula dengan polarimeter. Cahaya merupakan sebuah energy yang memiliki bentuk berupa energy elektromagnetik yang kasap mata dengan panjang gelombang tersebut sekitae 380-750 nm, Cahaya putih dapat diubah menjadi cahaya monokromatik (hanya terdiri dari satu panjang gelombang) dengan menggunakan filter atau sumber cahaya khusus. Cahaya monokromatik ini disebut cahaya terpolarisasi. dengan arah getar polaroid menjadi sama. Sifat-sifat dari cahaya antara lain adalah cahaya

dapat merambat lurus hal ini dapat dibuktikan dengan meninjau berdasarkan dapat atau tidaknya benda untuk meneruskan cahaya. Benda yang tidak dapat ditembus cahaya, berarti benda tersebut tidak bisa meneruskan cahaya. Sifat cahaya selanjutnya adalah dapat dipantulkan, pemantulan cahaya terdiri dari pemantulan baur dan pemantulan teratur. Adapun benda benda yang memiliki sifat pemantulan tersebut adalah cermin – cermin. Cahaya dapat dibiaskan, pembiasa adalah sebuah peristiwa pembelokan cahaya yang merambat di dua medium yang mempunyai kerapatan berbedaapabila terdapat cahaya datang yang berasal dari zat yang kerapatannya rendah dan menuju kearah zat yang mempunyai kerapatan yang tinggi maka cahaya tersebut akan dibelokkan mendekati garis normal dan sebaliknya apabila cahaya datang berasal dari medium rapat menuju ke medium renggang maka akan dibiaskan menjauhi garis normal. Selanjutnya cahaya dapat diuraikan prinsip penguraian cahaya/disperse adalah penguraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya yang memiliki warna warna tertentu (monokromatik) yang mempunyai panjang gelombang berbeda beda. Dan sifat cahaya yang terakhir adalah cahaya dapat menembus benda bening, cahaya dapar masuk dan menembus jendela yang mempunyai kaca benng apabila kaca jendela tersebut kemudian ditutupi dengan kain hitam maka cahaya matahari tidak ada satupun yang mampu menembus kaca jendela tersebut (1). Ketika gelombang merambat maka titik-titik pada medium mengalami penyimpangan. Untuk gelombang transversal, arah penyimpangan titik-titiktersebuttegak lurus arah rambat gelombang. Jika selama gelombang merambat arah penyimpangan selalu sama, misalnya selalu berarah dari atas ke bawah, maka kita katakana gelombang tersebut mengalami polarisasi linier. Sebaliknya, jika selamagelombang merambat, arah penyimpangan titik-titikpada medium selalu berubahubah secara acak maka kita katakana gelombang tersebut tidak terpolarisasi. Ada jenis polarisasi lain seperti berikut ini.Jika selama perambatan gelombang arah penyimpangan selalu berubah-ubah secara teratur,misalnya: mula -mula ke atas, setelah berlangsung ∆t, aranya ke kiri, setelah berlangsung ∆t berikutnya, aranya ke bawah, setelah berlangsung ∆t berikutnya lagi, aranya ke kanan, dan setelah berlangsung ∆t berikutnya lagi, aranya kembali ke atas maka gelombang dikatakan mengalami polarisasi lingkaran. Pada polarisasi lingkaran, amplitudo simpangan selalu sama ke manapun arah simpangan tersebut. Namun, jika amplitudo saat simpangan mengarah ke atas - awah dan saat simpangan mengarah ke kiri-kanan tidak sama maka gelombang dikatakan mengalami polarisasi ellips [2]. Polarisasi merupakan dasar dari sebuah optik dan terjadi akibat adanya superposisi 2 gelombang yang tegak lurus dan bersifat getaran harmonik sederhana . missal

PRAKTIKUM GELOMBANG 2017 terdapat pada gelombang O dan berjalan dengan kecepatan sama pada semua aran dan medan listriknya dan bervibrasi, yaitu tegak lurus dengan optic axis. Dengan dihubungkan pada proses polarisasi [3]. Ada empat fenomena yang menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya yang tidak terpolarisasi : absorbs (penyerapan), hamburan, pemantulan, dan pembiasan ganda. Misalnya memiliki film polarisasi kedua yang sumbu transmisinya membentuk sudut ϴ dengan sumbu transmisi dari yang pertama Jika dua elemen mempolarisasikan ditempat berurutan pada seberkas cahaya yang pertama disebut polarizer (pemolarisasi), yang kedua disebut analyzer (penganalisa). Bila keduanya disilangkan, yaitu jika sumbu transmisi mereka saling tegak lurus, tidak aka nada cahaya yang keluar melaluinya. Persamaan 1 dikenal dengan hukumm malus yang diterapkan pada dua elemen polarisasi yang sumbu-sumbu transmisinya membentuk sudut ϴ antara satu dengan yang lainnya [4]. Polarimeter diperkenalkan pada tahun 1849 untuk mengukur gula yang aktif secara optic. Gula menunjukkan sifat ini dan polarimeter digunakan secara rutin untuk menganalisa sirup gula. Setelah tahun 1860an, polarimeter menjadi alat yang sangat berharga bagi petugas pajak untuk menentukan kekuatan gula. Kegunaan polarimeter selain yang telah dijelaskan dapat digunakanmengukur besar sudut putar jenis suatu larutan optic aktif. Yang cahaya akan diserap berturut-turut ole polarisator dan analisator. Larutan yang akan diselidiki watak optiknya akan dimasuki dalam polarimeter. Apabila sesekali dilihat melalui teropong, ternyata sebagian intensitas cahaya berhasil menerobos keluar. Hal tersebut berarti bidang polarisasi cahaya yang ditentukan oleh polarisator telah mengalami putaran sepanjang perjalanannya ke analisator. Seluruh cahaya yang lewat dapat dihambat kembali dengan cara memutar analisator kekanan atau kekiri tergantung pada jenis larutan. Untuk larutan gula, memutar analisator kekanan, sehingga watak optic larutan gula disebut putar kanan, besar sudutnya tergantung jenis dan konsentrasi larutan ( C ) dan tentu panjang lintasan yang harus ditempuh oleh cahaya terpolarisasi yang tidak lain adalah panjang tabung gelombanng (L) Φ = αLC (1) dimana Φ ini merupakan sudut pemutaran dari antara watak optic larutan gula. Yang mana besarnya ini akan bergantung pada jenis dan konsentrasi dari larutan (C) serta panjang lintasannya sendiri (L) pada polarimeter merupakan tabung [5]. Zat optic aktif adalah suatu zat yang memiliki sifat dalam memutar bidang polarisasi cahaya. Contoh salah satu zat optic aktif adalah larutan gula. Larutan tersebut ada yang dapat memutar bidang getar polarisasi kekiri dan ada juga yang kekanan. Semakin besar konsentrasi gula dalam larutan semakin besar sudut putar sumbu polarisasinya pada sukrosa atau gula dapat terhidrolisis sukrosa.Kemampuan suatu atom karbon mengikat empat atom menghasilkan sifat-sifat yang tidak biasa. Jika keempat atom ini berbeda maka akan membentuk dua molekul yang berbeda dan tiap molekul merupakan bayangan dari yang lainnya. Dua senyawa tersebut mempunyai sifat cahaya yang berbeda jika cahaya polarisasi (dimana gelombnag cahaya hanya dalam satu bidang) dipancarkan melalui kedua senyawa tersebut. Dua senyawa ini

2

Gambar 1. Skema alat percobaan polarimeter

merotasi cahaya dengan arah yang berlawanan dan ini disebut sebagai aktif secara optic [6].

II. METODE A. Alat dan bahan Dalam percobaan polarimeter ini diperlukan peralatan dan bahan yaitu satu set polarimeter yang berfungsi untuk mengamati proses polarisasi cahaya. Di dalam polarimeter ini telah dilengkapi peralatan peralatan seperti sumber cahaya natrium sebagai sumber cahaya yang akan dipolarisasikan, tabung larutan sebagai wadah dari zat optik aktif, termometer yang berfungsi untuk mengukur suhu sekitar, alat putar yang berfungsi untuk mengatur pola gelap terang atau terang – terang, teropong untuk mengamati pola gelap terang atau terang – terang dan juga dilengkapi dengan polarisator dan analisator untuk mensejajarkan cahaya. Selain itu peralatan lain yang digunakan adalah gelas beaker untuk wadah gula , gelas untuk wadah membuat larutan gula, batang pengaduk untuk mengaduk saat membuat larutan gula, gelas ukur untuk mengukur besarnya volum larutan yang digunakan, corong berfungsi untuk memasukkan larutan kedalam tabung, dan pipet untuk memasukkan larutan kedalam tabung dalam skala kecil. Dan untuk bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah aquades, larutan gula dengan konsentrasi yang telah ditentukan (6 gram, 50 ml) serta larutan gula yang konsentrasinya masih belum diketahui (unknown). B. Skema alat Skema alat pada percobaan ini ditunjukkan pada gambar 1. C. Langkah Kerja Langkah kerja dalam percobaan ini adalah yang pertama tabung larutan diisi dengan aquades sehingga terisi penuh dan tidak ada gelembung udara didalamnya, tabung larutan dimasukkan ke dalam polarimeter, selanjutnya polarimeter dinyalakan begitu pula dangan sumber cahaya. Ditentukan titik nol dengan diperhatikannya teropong sambil diaturnya alat putar. Selanjutnya alat putar diatur hingga pola terang – terang teramati dan dicatat sudut putar yang terbentuk, lalu alat putar diatur kembali hingga pola terang – gelap teramati dan dicatat pula sudut putar yang terbentuk, dicatat nilai temperatur yang ditunjukkan oleh termometer dalam polarimeter, dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali, dalam percobaan ini dilakukan variasi larutan yaitu larutan gula dengan konsentrasi tertentu (6 gram 50 ml) , dan larutan gula yang belum diketahui nilai konsentrasinya (larutan unknown).

PRAKTIKUM GELOMBANG 2017

3 Tabel 1 Hasil percobaan polarimeter

Start No Tabung larutan diisi aquades hingga penuh

Larutan

1 2

Aquades

3 Polarimeter dan sumber cahaya dinyalakan

1 Larutan Gula

2

Ditentukan titik nol dengan diaturnya alat putar

209,6

23,9

3,1

229,3

12,2

3,0

17,5

58,7

3,2

Suhu (oC) 3,1

13,1

61,3

3,2

10,2

60,1

3,1

1

231,0

77,5

3,3

230,7

52,2

3,3

235,1

57,0

3,3

Unknown

3

Tabel 2 Hasil perhitungan sudut putar jenis aquades

1

Terang – terang(Φ) 261,7

Terang – gelap (Φ) 45,2

216,5

(𝛼)𝐷 𝑟 cm2 oC/gr 0

2

209,6

23,9

185,7

0

3

229,3

12,2

217,1

0

No Alat putar diatur sehingga pola teranggelap teramati dan dicatat sudut putar yang didapat Tidak

ΔΦ

o

Rata – rata

Apakah sudah 3x pengulangan ?

0

Tabel 3 Hasil perhitungan sudut putar jenis larutan gula

Ya

Tidak

Terang – gelap (Φ) 45,2

3 2

Alat putar diatur sehingga pola terangterang teramati dan dicatat sudut putar yang didapat

Terang – terang (Φ) 261,7

Apakah sudah dilakukan variasi jenis larutan?

1

Terang – terang (Φ) 17,5

Terang – gelap (Φ) 58,7

41,2

3,088

2

13,1

61,3

48,2

3,613

3

10,2

60,1

49,9

3,741 3,481

No

Rata – rata

ΔΦ

o

(𝛼)𝐷 𝑟 cm2 oC/gr

Ya Finish Gambar 2 Flowchart percobaan polarimeter

Diukur panjang tabung larutan, dan yang terakhir adalah dilakukan proses analisa matematis untuk menentukan sudut putar jenis dari larutan gula dan aquades, serta besarnya konsentrasi larutan unknown

D. Flowchart Untuk memahami langkang langkah percobaan polarimeter dengan mudah maka diberikan diagram alur seperti yang tertera pada gambar 2. III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data Dalam percobaan polarimeter ini didapatkan data berupa sudut putar bidang terang – terang dan terang – gelap untuk masing masing variasi serta temperatur ruang seperti yang disajikan pada tabel 1. Selain itu didapatkan data pendukung lain yaitu volume air = 50ml serta massa gula = 6gr untuk larutan gula

B. Perhitungan Setelah didapatkan data seperti yang ada pada subbab analisa data selanjutnya dilakukan proses perhitungan yaitu untuk mencari sudut putar jenis larutan gula dan mencari konsentrasi dari larutan unknown, yaitu sebagai berikut: Contoh perhitungan : Diketahui : Sudut putar bidang TT = 17,5o Sudut putar bidang TG = 58,7o Volum air = 50 ml Massa gula = 6 gr Mr gula = 180 gr/mol Panjang tabung = 20 cm Ditanya : Sudut putar jenis (𝛼)𝐷 𝑟 ? dan konsentrasi larutan unknown ? Dijawab : 𝐶= 𝐶=

𝑔𝑟 1000 𝑀𝑟 6

.

180

.

𝑉 1000 50

= 0,667 mol/cm3

𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟 𝑏𝑖𝑑𝑎𝑛𝑔(Φ) = |𝑇𝑇 𝑜 − 𝑇𝐺 0 | = |17,50 − 58,70 | = 41,2𝑜

PRAKTIKUM GELOMBANG 2017

4

Tabel 4 Hasil perhitungan konsentrasi dan massa larutan unknown

Terang – gelap (Φ) 77,5

ΔΦ

C (mol/cm3)

gr (gram)

1

Terang – terang (Φ) 231,0

153,5

2,205

19,843

2

230,7

52,2

178,5

2,564

23,075

3

235,1

57,0

178,1

2,558

23,024

2,442

21,981

No

Rata – rata Φ = (𝛼)𝐷 𝑟 . 𝐿. 𝐶 Φ 41,2 𝐷 (𝛼)𝑟 = = 𝐿.𝐶 20.0,667

= 3,088o cm2 oC/gr

Setelah didapatkan nilai sudut putar jenis dari larutan gula selanjutnya dapat dilakukan perhitungan konsentrasi dari larutan unknown , dengan contoh sebagai berikut : Diketahui larutan unknown memiliki : Sudut putar bidang TT = 231,0o Sudut putar bidang TG = 77,5o Sudut putar jenis larutan gula = 3,481 o cm2 oC/gr Φ = (𝛼)𝐷 𝑟 . 𝐿. 𝐶 Φ

𝐶=

(𝛼)𝐷 𝑟𝐿

Φ = 231,0 − 77,5 = 153,5 𝐶= 𝐶=

Φ

=

153,5

(𝛼)𝐷 3,481 .20 𝑟𝐿 𝑔𝑟 1000

.

𝑀𝑟 𝑉 𝐶.𝑀𝑟.𝑉

𝑔𝑟 =

= 2,205 mol/cm3

1000

=

2,205.180.50 1000

= 19,843 𝑔𝑟

Selanjutnya dilakukan proses perhitungan yang sama untuk data yang lain , sehingga diperoleh seperti pada tabel 4. C. Pembahasan Percobaan polarimeter ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari prinsip polarimeter, mengukur sudut putar jenis larutan gula sebagai fungsi konsentrasi, dan menentukan konsentrasi larutan gula dengan polarimeter. Untuk memenuhi tujuan tersebut , percobaan ini dilakukan dengan mengamati besarnya sudut putar dari pola terang – terang , dan gelap – terang. Pola – pola tersebut dapat terbentuk melalui proses polarisasi yang terjadi didalam alat polarimeter. Didalam polarimeter dilengkapi dengan dua buah lensa cembung yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya, polarisator yang berfungsi untuk mensejajarkan cahaya dengan meneruskan cahaya yang memiliki arah rambat yang sama dengan arah transmisi polarisator dan menyerap cahaya yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah rambat transmisi polarisator, selanjutnya terdapat tabung yang berisi zat optic aktif yang berfungsi untuk memutar bidang polarisasi, hal tersebut dikarenaka senyawa optis aktif adalah senyawa yang memiliki atom C asimetris atau atom C kiral , selain itu didalam polarisator juga terdapat analysator yang dapat menyebabkan terjadinya pola gelap – terang. Dalam percobaan ini digunakan sumber cahaya berupa lampu natrium, saat sumber cahaya dinyalakan sumber cahaya tersebut akan merambat hingga sampai ke lensa cembung yang pertama disana nanti cahaya akan difokuskan selanjutnya

cahaya akan diteruskan menuju polarisator, di polarisator cahaya yang arah transmisinya sama dengan arah transmisi polarisator akan diteruskan, dikarenakan cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri atas dua komponen gelombang sehingga terdapat gelombang yang arah transmisinya tegak lurus dengan arah transmisi polarisator, dan selanjutnya gelombang tersebut akan diserap oleh polarisator. Dari polarisator, cahaya selanjutnya diteruskan menuju zat optic aktif sehingga disana bidang polarisasi akan diputar disana, cahaya tersebut selanjutnya menuju analisator, cahaya sebagian akan diteruskan secara maksimal sehingga terbentuk pola terang, dan sebagian cahaya akan diteruskan secara tidak maksimal sehingga akan terbentuk pola gelap. Pola terang gelap tersebut bisa terbentuk dilakukan dengan mengatur sudut putar bidang yang ada. Dalam percobaan ini dilakukan dengan menggunakan variasi larutan zat optic aktif yaitu aquades ,larutan gula dan larutan unknown. Dalam percobaan ini diperoleh data berupa besarnya sudut putar bidang masing masing pola terang – terang dan terang – gelap, dan juga konsentrasi dari larutan gula. Dari data tersebut dapat dicari nilai sudut putar jenis larutan gula dan konsentrasi dari larutan unknown. Dari data yang diperoleh terlihat bahwa aquades tidak bisa memutar bidang polarisasi karena bukan merupakan jenis dari larutan zat optic aktif selain itu aquades tidak memiliki kinsentrasi yang tinggi, sedangkan larutan gula terlihat dapat memutar bidang polarisasi dikarenakan memiliki sudut putar jenis, berdasarkan proses perhitungan didapatkan besar sudut putar jenis dari larutan gula adalah 3,481 o cm2 oC/gr, jadi dari hasil perhitungan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa besarnya sudut putarjenis suatu larutan zat optic aktif dipengaruhi oleh konsentrasi suatu larutan. Dari sudut putar jenis larutan gula yang didapatkan selanjutnya dapat digunakan untuk mencari besarnya konsentrasi dan massa dari larutan unknown. Dari proses perhitungan didapatkan rata rata konsentrasi dari larutan unknown didapatkan sebesar 2,442 mol/cm3 , dan massa rata – rata glukusa pada larutan unknown yaitu sebesar 21,981 gr. IV.

KESIMPULAN

Setelah dilakukannya percobaan polarimeter didapatkan kesimpulan bahwa polarimeter bekerja dengan menggunakan prinsip polarisasi gelombang. Di samping itu diperoleh besarnya sudut putar jenis dari larutan gula sebagai fungsi konsentrasi yaitu sebesar 3,481 o cm2 oC/gr.dan didapatkan konsentrasi larutan gula sebesar 2,442 mol/cm3 . UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada asisten laboratorium Gelombang khususnya asisten praktikum polarimeter Novia Dwi L dan Hilda Avianti, serta rekanrekan praktikan dan semua pihak terkait praktikum polarimeter dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini.

PRAKTIKUM GELOMBANG 2017

DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Satriawan,Mirza.’’Fisika Dasar’’.Jakarta:Erlangga (2012) Mikrajuddin.”Diktat Fisika Dasar II”.Bandung:ITB (2006) Tipler, Paul A. “Fisika Untuk Sains dan Tekinik.” Jakarta : Erlangga (2001). Cutnell, John D. dan Kenneth W. Johnson. “Physics edition 7th.” Asia : Asian Press (2007). Newmark, Ann. “Jendela Iptek Kimia.” Jakarta : Erlangga (2000). Young, Hugh. D and Roger A. Freedman. “Fisika Universitas.” Jakarta : Erlangga (2001).

5