2.1.13

LAPORAN PRAKTIKUM MATA KULIAH BIOFISIKA UMUM: POLARISASI DAN AKTIVITAS OPTIK



Kamis, 11 Oktober 2012
                                                                                    Rekan kerja:
1.   Umi Trimukti       (G74110034)
2.   Ni Kadek                         (G74110048)
3.   Lusia Anita          (G74110019)
 

LAPORAN BIOFISIKA UMUM
“POLARISASI DAN AKTIVITAS OPTIK”

logo-ipb.png

ANA FITRIANA
G74110018

Asisten:           1. Ajeng Widy Roslia (G74090029)
2. Feby Rahmawati.F  (G74090032)
3. Budi Setiadi            (G74090037)
4. Andri Hanyansyah (G74090039)


DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
1.      Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengeksplorasi fenomena polarisasi cahaya, dan selanjutnya mempelajari aktivitas optic gula (sukrosa) tebu.
2.      Alat dan Bahan
a)      1m Optical Bench (OS-9103)
b)      Photometer with optical fiber input (OS-9152B)
c)      0.5 mW Laser (SE-9367)
d)     Optics Bench (OS-9103)
e)      Calibrated Polarizer (2) (OS-9109)
f)       Angular Translator (OS-9106A)
g)      Photometer Apertures (OS-9116)
h)      Incandescent Light Source (OS-9134)
i)        Light Source Apertures (0.5 mm & 0.75 mm) (OS-9118)
j)        127 mm Convex Lens (OS-9134)
k)      Viewing Screen (OS-9138)
l)        10 cm cells:
1)      Empty and dry
2)      Filled with tap water
3)      Approx 0.137 gm/cm3, 0.275 gm/cm3, 0.402 gm/cm3 and saturated (0.88 gm/cm3) table sugar dissolved in water
m)    15 cm and 20 cm cells with approx 0.137 gm/cm table sugar dissolved in water
n)      30 cm ruler

3.      Teori Singkat
Cahaya memiliki sifat dualisme yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel. Gelombang cahaya terbentuk karena terjadi gerakan gelombang listrik dan magnet yang saling tegak lurus kepada arah penjalarannya, disebut gelombang elektromagnetik. Semua radiasi elektromagnetik adalah gelombang transversal yang memiliki ciri dapat mengalami polarisasi. Cahaya yang terpolarisasi dapat mengalami putaran bidang polarisasi ketika melewati suatu zat optik aktif. Besarnya sudut putaran tersebut dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut polarimeter (Triya, 2012).
Gelombang cahaya memiliki beberapa arah getar. Apabila suatu gelombang hanya memiliki satu arah getar, maka disebut gelombang terpolarisasi. Oleh karena itu, polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memliki satu arah getar saja. Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa pemantulan, pembiasan dan pemantulan, bias kembar, absorpsi selektif, dan hamburan.

4.      Prosedur Percobaan
a)      Polarisasi
1)      Set laser pada bangku optik. Tempatkan polarisator pada Component Carrier, sedemikian sehingga berkas laser dapat melewatinya.
2)      Putar polarisator dan amati variasi intensitas berkas laser pada layar. Apakah cahaya laser terpolarisasi? Gunakan Photometer, cek intensitas berkas.
3)      Lekatkan polarisator kedua (sebagai analisator) ke Component Carrier pada Angular Translator dan tempatkan pada meja berputar sedemikian sehingga tegak lurus dengan bangku optik. (pada Angular Translator dicantolkan probe serat optik).
4)      Atur polarisator pertama sedemikian sehingga sumbu 0ᵒ-180ᵒ vertikal. Tempatkan layar pada lengan bergerak dan atur posisi lengan hingga berkas menumbuk layar.
5)      Amati intensitas citra berkas ketika memutar polarisator kedua.
6)      Pindahkan layar dan cantolkan probe serat optik pada lubang yang tersedia pada Angular Translator. Putar lagi polarisator dan catat intensitas berkas yang ditransmisikan terhadap beberapa variasi sudut (buat tabel I vs θ). Intensitas yang ditransmisikan melalui sistem dua polarisator diberikan oleh: I = Im cos2θ        (Hukum Malus)
Dimana Im adalah intensitas maksimumketika arah sumbu polarisasi kedua polarisator sejajar (θ=0) dan θ adalah sudut antara sumbu polarisasi kedua polarisator.
7)      Atur kedua polarisator sedemikian sehingga sumbu polarisasi keduanya tegak lurus satu terhadap yang lainnya. Amati bahwa tidak ada cahaya yang ditransmisikan ke layar.
8)      Sekarang sisipkan polarisator ketiga (yang dilekatkan pada Carrier) diantara kedua polarisator tadi dengan sumbu polarisasinya membentuk sudut 45ᵒ terhadap sumbu polarisator pertama. Bagaimana cahaya yang ditransmisikan sekarang? Mengapa?

b)      Aktivitas Optik
1.      Isi tangki gelas dengan gula tebu dan larutan air (rasio berat:  5% - 20%).
2.      Tempatkan tangki berisi air gula tebu pada meja Angular Translator yang dapat berputar yang berada diatas bangku optik (Optical Bench).
3.      Posisikan laser pada sebelah kiri bangku dan letakkan sebuah polarisator (pada Carrier) antara laser dan tangki larutan.
4.      Cantolkan polarisator kedua pada bukaan depan analyzer holder pada lengan translator angular yang dapat bergerak. Letakkan sebuah photometer aperture pada permukaan belakang analyzer holder.
5.      Dengan probe serat optik yang dicantolkan dibelakang photometer aperture, gunakan photometer untuk mengukur intensitas berkas yang ditransmisikan ketika poolarisator kedua diputar.
6.      Dari hasil intensitas, tentukan arah polarisasi berkas yang ditransmisikan. Bandingkan dengan arah polarisasi asli/awalnya.
7.      Ulangi prosedur untuk konsentrasi yang berbeda, semakin tinggi konsentrasinya semakin besar rotasi arah polarisasi.
8.      Ukur diameter/panjang tangki gelas.
9.      Buat tabel data antara konsentrasi gula terhadap sudut polarisasi.

5.      Data
a)      Polarisasi
Sensitivitas = 100 lux ; Intensitas maksimal = 5 watt/m2
Tabel 1. Polarisai Cahaya
Sudut (derajat)
Sudut (rad)
Intensitas Relatif (watt/m2)
0
0
5
30
0.523598776
3.8
45
0.785398163
2.8
60
1.047197551
1.4
90
1.570796327
0.2
120
2.094395102
1.8
135
2.35619449
2.2
150
2.617993878
4.2
180
3.141592654
6
210
3.665191429
3.8
225
3.926990817
1.6
240
4.188790205
0.8
270
4.71238898
0.2
300
5.235987756
0.4
315
5.497787144
2.4
330
5.759586532
3.4
360
6.283185307
4.4
b)      Aktivitas Optik
1)      Gula 5%
Intensitas maksimum = 8.2 watt/m2
Tabel 2. Aktivitas Optik Larutan Gula 5%
Sudut (derajat)
Sudut (rad)
LC (kg/m2)

0
0
0.0136

20
0.34906585
0.0136

30
0.523598776
0.0136

40
0.698131701
0.0136

50
0.872664626
0.0136

2)      Gula 10%
Intensitas maksimum = 4,4 watt/m2
Tabel 3. Aktivitas Optik Larutan Gula 10%
Sudut (derajat)
Sudut (rad)
LC (kg/m2)
0
0
0.0272
10
0.17453293
0.0272
20
0.34906585
0.0272
30
0.52359878
0.0272
40
0.6981317
0.0272
3)      Gula 15%
Intensitas maksimum = 5 watt/m2
Tabel 4. Aktivitas Optik Larutan Gula 15%
Sudut (derajat)
Sudut (rad)
LC (kg/m2)
0
0
0.0408
10
0.17453293
0.0408
20
0.34906585
0.0408
30
0.52359878
0.0408
40
0.6981317
0.0408

6.      Pengolahan Data

a)      Polarisasi
Hukum Mallus:
1)     
2)     
3)     
4)     
5)     
6)     
7)     
8)     
9)     
10) 
11) 
12) 
13) 
14) 
15) 
16) 
17) 

b)      Aktivitas Optik
1)      Gula 5%
2)      Gula 10%
3)      Gula 15%

Grafik 1
Grafik 2.





Grafik 3.
Grafik 4.

7.      Pembahasan
Pada percobaan polarisasi, grafik yang dihasilkan adalah grafik cosinus. Sebab sesuai dengan persamaan pada hukum malus, bahwa besar intensitas adalah intensitas yang terbaca di awal  dikalikan oleh cosinus dari sudut putar yang didapatkan. Terjadinya grafik cosinus karena hubungan antara intensitas dengan ɵ membentuk gelombang cosinus.
Laser Helium-Neon (He-Ne) merupakan salah satu tipe laser dimana medium aktif dari laser ini adalah gas helium neon. Komposisi helium yaitu 90% dan neon 10%. Senyaea gabungan helium dan neon ditempatkan pada rongga tertutup, resonant cavity, yang diapit dua cermin yang salah satunya akan memantulkan cahaya dengan sempurna sedangkan yang lainnya sebagian. Pemantulan berfungsi untuk memperkuat cahaya laser. Ketika terjadi penembakan gas, elektron akan terakselerasi turun dari tabung yang kemudian menumbuk atom helium, sehingga atom tersebut akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Selanjutnya akan banyak terjadi perpindahan energi hingga terjadi perpindahan tingkat energi atom neon dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah sehingga emisi foton memiliki panjang gelombang bervariasi, yaitu 339 nm dan 632,8 nm (eeroo, 2008). Berikut keistimewaannya menurut Wikipedia.org yaitu lebih murah, sehingga sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Seperti, sebagai scanner harga di supermarket atau riset-riser laboratorium optik.
Berdasarkan data yang didapatkan, saat konsentrasi gula bertambah maka intensitas akan semakin kecil. Hal tersebut dikarenakan larutan gula dengan konsentrasi tinggi memiliki kepekatan yang tinggi pula. Kepekatan ini dipengaruhi bentuk molekul gula yang tidak simetris. Sehingga berkas cahaya terpolarisasi yang yang keluar tidak akan sama dengan arah awalnya. Fenomena ini disebut pemutaran bidang getar/polarisasi. Gula sebagai zat yang memberikan efek ini disebut zat optik aktif. Fenomena pemutaran zat optik aktif terbagi menjadi dua macam, yaitu efek yang memutar bidang polarisasi ke kanan (pemutar kanan (dextrorotatory)) dan memutar bidang polarisasi ke kiri (pemutar kiri (levorotatory)). Larutan gula termasuk pemutar kanan karena pengaruh molekul gulanya mempengaruhi aktivitas optis yang akan hilang jika kuarsa yang bersangkutan dilebur atau dibekukan. Larutan gula juga memiliki bentuk spiral (heliks) dengan arah putar tertentu. Karena setiap molekul gula memiliki arah putar yang sama saat berada dalam larutan, maka molekul larutan tersebut akan memiliki arah putar yang sama dengan molekul gula (Anindya, 2012).
Polarisasi cahaya terbagi menjadi beberapa sebab dan masing-masingnya memiliki manfaat dalam kehidupan. Macam-macam polarisasi tersebut menurut Ekasrimulyasari adalah polarisasi karena pemantulan, polarisasi karena pemantulan dan pembiasan, polarisasi karena bias kembar (pembiasan ganda), polarisasi karena absorbs, polarisasi karena hamburan, dan polarisasi karena pemutaran bidang polarisasi. Adapun aplikasinya dalam kehidupan yaitu pelindung pada kacamata dari sinar matahari (sunglasses), polaroid untuk kamera, dan langit yang terlihat amat biru saat hari cerah yang disebabkan adanya peristiwa hamburan cahaya matahari (terutama cahaya biru) oleh partikel-partikel debu di atmosfer. Selain itu, berdasarkan penelitian yang dilakukan Iqbalgoh (2009), polarisasi cahaya matahari dapat juga menjadi sebuah kompas cahaya.

8.      Kesimpulan
Polarisasi cahaya merupakan salah satu sifat cahaya yang bergerak secara osilasi dan menuju arah tertentu. Cahaya dikatakan terpolarisasi jika cahaya bergerak menrambat ke arah tertentu yang dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik gelombang tersebut serta arah vektor bidang magnetnya. Aktivitas optik pada gula disebabkan Kristal gula yang berbentu spiral (heliks) dan akan memiliki putaran ke arah tertentu. Saat gula dalam kondisi sebuah larutan,maka perputaran molekul gula yang searah akan mempengaruhi arah perputaran molekul pada pelarut sehingga arah perpuarannya sama dengan arah perputaran molekul gula. Maka terjadilah aktivitas optik gula.

DAFTAR PUSTAKA
Tipler, PA. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Erlangga: Jakarta.
Hidayatiningsih, Triya & Wongso, Yusuf. 2011. Polarisasi Cahaya. Fisika FMIPA UNESA.

Iqbalgoh. 2009. Aplikasi Polarisasi Citra Dari Hamburan Cahaya Di Langit Biru Sebagai Kompas Penunjuk Arah Alternatif. http://www.slideshare.net/iqbalgoh/aplikasi-polarisasi-citra-dari-hamburan-cahaya-di-langit-biru-sebagai-kompas-penunjuk-arah-alternatif. Diakses pada 13 Oktober 2012.

Wikipedia. 2012. Helium–neon laser. http://en.wikipedia.org/wiki/Helium%E2%80%93neon_laser. Diakses pada 13 Oktober 2012.

Anindya, Sekar. 2012. Polarisasi Gelombang dan Aktivitas Optik. http://sekaranindya.wordpress.com/2012/04/02/polarisasi-gelombang-dan-aktivitas-optik/. Diakses pada 13 Oktober 2012.

Ekasrimulyasari. 2010. Polarisasi Cahaya. http://tugasfisikaeka.blog.com/2010/12/14/polarisasi-cahaya/. Diakses pada 13 Oktober 2012.

Eeroo. 2008. Laser Helium Neon (He – Ne). http://magnafandy.wordpress.com/2008/06/11/laser-helium-neon-he-%E2%80%93-ne/. Diakses pada 13 Oktober 2012.

Poskan Komentar