pergeseran spektrum gelombang pada filamen beberapa

PERGESERAN SPEKTRUM GELOMBANG PADA FILAMEN BEBERAPA JENIS LAMPU
PIJAR
DISPLACEMENT LIGHT SPECTRUM OF SEVERAL TYPES OF INCANDESCENT
LAMPS
Lilia Afriana, Bidayatul Armynah, Dahlang Tahir
Jurusan Fisika FMIPA Unhas
ABSTRAK
Penelitian ini tentang pergeseran spektrum cahaya dari beberapa jenis lampu pijar, yaitu lampu
sepeda motor dan lampu mobil pada variasi tegangan (5 volt, 7 volt, 9 volt, dan 11 volt). Cahaya
lampu dikenakan pada celah kisi yang diteruskan pada prisma. Besar arus setiap warna spektrum
dideteksi dengan rangkaian sensor cahaya yaitu LDR (Light Dependent Resistor). Kenaikan
tegangan yang dikenakan pada masing-masing lampu pijar mengakibatkan pergeseran puncak
spektrum ke arus yang lebih besar. Ini menunjukkan adanya hubungan antara kenaikan tegangan
pada masing-masing filamen dengan perubahan panjang gelombang.
Kata kunci : pergeseran spektrum, filamen, kisi, prisma, LDR.
ABSTRACT
This research about displacement light spectrum of several types of incandescent lamps from
motorcycle and car with voltage was varies from 5 volt to 11 volt. The currents of every spectrum
was detectly by Light Dependent Resistor (LDR). The displacement peak position was increase
with increasing the applied voltage . This result showed the dependence of the wavelength peak to
the voltage of incandescent filaments.
Key words : spectrum displacement, filament, slit, prism, LDR
Pendahuluan
Salah satu sumber cahaya yang paling dekat
dengan manusia adalah lampu. Cahaya putih
yang
dihasilkan oleh sebuah lampu adalah
percampuran dari tujuh warna yaitu merah,
jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Cahayacahaya ini memiliki panjang gelombang yang
cahaya (difusi). Spektrum warna terbentuk
karena cahaya yang berlainan warna terbias
pada sudut yang berlainan. Spektrum warna ini
terbentuk melalui dispersi cahaya sehingga akan
dibahas dalam penelitian ini yaitu bagaimana
pergeseran antara warna yang satu ke warna
yang lainnya.
berbeda. Warna-warna dalam cahaya putih dapat
diuraikan dengan menggunakan prisma menjadi
jalur warna. Jalur warna ini dikenal sebagai
spektrum sedangkan penguraian cahaya putih
kepada spektrum ini dikenal sebagai penyerakan
Teori
Umumnya benda-benda di sekeliling
kita dapat dilihat dikarenakan benda-benda
tersebut memantulkan sinar yang sesaat diterima
1
oleh benda itu, dan bukan karena meradiasikan
Persamaan
II
merupakan
hukum
kalor. Jika suatu benda padat dipanaskan maka
pergeseran Wien. Persamaan tersebut secara
benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada
kuantitatif menyatakan fakta empiris bahwa
suhu yang lebih tinggi (dalam orde 1000
puncak spektrum akan bergeser ke arah panjang
K) benda mulai berpijar merah, seperti besi
gelombang yang lebih kecil (frekuensi lebih
dipanaskan. Pada suhu diatas 2000 K benda
tinggi) ketika temperaturnya bertambah. Namun
pijar kuning atau keputih-putihan, seperti besi
perlu digarisbawahi bahwa hukum pergeseran
berpijar putih atau pijar putih dari filamen
Wien hanya berlaku pada benda hitam dan
lampu pijar. Max Planck menjelaskan tentang
panjang gelombang yang kecil.
distribusi
radiasi
benda
hitam
dengan
menggunakan persamaan:
Eλ,b(λ,T)=
λT
denganC1=
adalah
energi
berbentuk
gelombang elekromagnetik dengan panjang
𝐶1
𝐶
λ5 [exp( 2 )−1]
2𝜋ℎ𝑐𝑜2 =
Cahaya
3.742x108 W .µ𝑚4 /𝑚2
gelombang sekitar 380–750(I)nm. Pada bidang
fisika,
cahaya
merupakan
radiasi
elektromagnetik,
baik
dengan
panjang
gelombang kasat mata maupun yang tidak.
Cahaya adalah paket partikel yang disebut
foton. Kedua definisi tersebut adalah sifat yang
ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga
disebut "dualisme gelombang-partikel".
Dispersi adalah
ℎ𝑐𝑜
C2 =
𝑘
= 1.439 x 10 .µm.K
Gambar
1
diketahui
cahaya-
cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning,
hijau,
: Spektrum Emisi Benda Htam (Distribusi
Spektrum Planck ) (moran et all,
2002:475)[6]
Dari
penguraian
cahaya polikromatik (putih) menjadi
4
T : suhu mutlak benda hitam
Gambar 1
peristiwa
bahwa
distribusi spektrum pada benda hitam memiliki
nilai maksimum dan menggambarkan hubungan
antara suhu dari benda hitam dan panjang
gelombang maksimum. Hal ini dirumuskan oleh
biru,
nila,
lewat pembiasan atau
ungu)
pada
pembelokan.
prisma
Hal
ini
membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari
harmonisasi
berbagai cahaya warna
dengan
berbeda-beda
panjang gelombang.
Sebuah
prisma atau kisi mempunyai kemampuan untuk
menguraikan cahaya menjadi
warna-warna
spektralnya.
Wilhem Wien pada persamaan II yaitu:
Cahaya (Spektrum optik, atau spektrum
λmaxT= C3
dengan C3= 2897.8 µm.K
(II)
tampak) merupakan bagian dari spektrum
elektromagnet yang tampak oleh mata manusia.
Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang
2
gelombang ini disebut cahaya tampak. Tidak
Pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi,
ada batasan yang tepat dari spektrum optik,
maka LDR menjadi konduktor yang baik,
mata normal manusia akan dapat menerima
sehingga LDR memiliki resistansi yang kecil
panjang gelombang dari 400 sampai 700 nm,
pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi.
meskipun beberapa orang dapat menerima
panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm.
Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya
biasanya memiliki sensitivitas maksimum di
sekitar
555 nm, di wilayah kuning dari
spektrum optik.
Hukum
Ohm
menyatakan
bahwa
besarnya tegangan pada suatu cabang (V) yang
mengandung resistor (R) yang dialiri arus
sebesar (I) adalah sama dengan hasil resistansi
dengan arus yang mengalir pada cara tersebut.16
Jika ditulis dalam bentuk persamaan adalah
Lampu adalah sumber cahaya yang
sebagai berikut :
dihasilkan dari energi listrik dengan cara
mengalirkan listrik tersebut melalui media
V = I.R
(III)
dengan, V = tegangan (Volt)
khusus sehingga media tersebut menyala. Media
I = arus (A)
tersebut ditempatkan pada ruang hampa udara
R = resistansi (Ω)
(bola lampu) agar media yang menyala tersebut
tidak hangus terbakar karena suhunya yang
Dengan
tahanan
yaitu
pijar
mempercepat proses kerja dalam menganalisis
dibangkitkan dengan mengalirkan arus listrik
sebuah rangkaian. Jalan yang digunakan adalah
dalam kawat halus. Dalam kawat ini, energi
“pembagian tegangan dan arus”. Pembagian
listrik diubah menjadi panas dan cahaya. Energi
tegangan
listrik yang mengalir dalam kawat wolfram
tegangan yang melintasi salah satu di antara dua
ditempatkan dalam bola kaca vacum (kosong).
tahanan seri atau lebih.
pijar.
Cahaya
lampu
Tujuan dibuat bola vacum adalah agar kawat
yang pijar tidak terbakar.
sumber-sumber,
tahanan-
tinggi (>2000oC). Salah satu contoh dari lampu
lampu
dan
mengkombinasikan
digunakan
untuk
maka
dapat
menyatakan
Tegangan yang melintasi tersebut dapat dilihat
pada gambar berikut :
LDR atau Light Dependent Resistor
adalah sebuah komponen elektronika yang
termasuk ke dalam jenis resistor yang nilai
resistansinya akan berubah apabila intensitas
cahaya yang diserap juga berubah. Pada saat
keadaan gelap atau intensitas cahaya rendah,
maka LDR akan menjadi konduktor yang buruk,
Gambar 2: Rangkaian pembagi tegangan
sehingga LDR memiliki resistansi yang besar
pada saat gelap atau intensitas cahaya rendah.
3
dari gambar 2, tegangan pada R2 dapat
dinyatakan dengan :
V2 =
2
1
2
VS
(IV)
1
1
2
V2
2
lampu,
gelombang (λ)
dengan
1/V
dan
hubungan antara panjang gelombang (λ) dengan
(V)
1/I untuk masing-masing lampu, Besar λmax
perhitungan VR2 untuk masing-masing lampu.
1
1
masing-masing
untuk masing-masing filamen, hubungan antara
Jika rangkaian terdiri lebih dari 2 tahanan, dapat
ditulis sebuah persamaan umumnya :
V1 =
untuk
hubungan antara tegangan (V) dengan arus (I)
panjang
Begitu juga untuk tegangan pada R1 :
V1 =
divariasikan
3
V2
0.00018
0.000156
0.00016
(VI)
0.00014
0.00012
tahanan seri adalah tegangan total dikalikan
ARUS (I)
Persamaan VI, dapat dinyatakan bahwa
tegangan yang timbul melintasi salah satu
0.0001337
5
0.0001037
5
0.0001
0.00008
0.00006
dengan rasio dari tahanan dengan tahanan total.
0.00004
0.00002
0
Metode Penelitian
459-490
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
Penelitian ini dilakukan di laboratorium
Laboratorium Fisika Optik dan Spektroskopi
(a)
Jurusan Fisika FMIPA Unhas. Lampu yang
0.00009
digunakan adalah lampu pijar yaitu lampu
0.00008
yang dikenakan celah kisi diteruskan ke prisma.
0.00007
Besar arus setiap warna spektrum (merah,
0.00006
kuning, dan biru) dideteksi dengan rangkaian
0.00005
sensor cahaya yaitu LDR (Light Dependent
ARUS (I)
sepeda motor dan lampu mobil. Cahaya lampu
8.25E-05
0.0000602
5
5.35E-05
0.00004
Resistor) seiring dengan kenaikan tegangan
0.00003
yang diberikan yaitu dimulai dari tegangan 5
0.00002
volt, 7 volt, 9 volt, dan 11 volt.
0.00001
0
459-490
Hasil Penelitian
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
(b)
didapatkan hasil berupa grafik hubungan antara
arus (I) dan panjang gelombang (λ) yang
4
0.000014
1.3E-05
0.00025
0.000012
0.0001955
0.0002
0.0001657
5
0.00001
ARUS (I)
ARUS (I)
0.00015
0.000113
0.0001
0.000008
0.000006
5E-06
5.25E-06
459-490
570-590
0.000004
0.00005
0.000002
0
459-490
0
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
(c)
0.0003
(a)
0.0002602
5
0.00005
0.00025
0.000227
0.00004
0.0002
0.000035
0.00015
0.0001187
5
0.0000287
5
0.00003
ARUS (I)
ARUS (I)
4.375E-05
0.000045
0.0001
0.000025
0.00002
1.725E-05
0.000015
0.00005
0.00001
0.000005
0
459-490
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
0
459-490
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
(d)
(b)
Gambar 3 : Hubungan antara panjang gelombang (λ) dan
arus (I) dengan memberikan (a) tegangan 5
Volt, (b) tegangan 7 Volt, (c) tegangan 9
Volt, (d) tegangan 11 Volt
untuk lampu
sepeda motor.
5
2.5
0.00012
0.0001027
5
2
1.9097
ARUS (I)
0.0001
ARUS (I)
0.00008
0.0000602
5
1.5625
1.5
1.2153
1
0.8681
0.00006
4.575E-05
0.5
0.00004
0
0.00002
5
7
9
11
TEGANGAN (V)
0
459-490
570-590
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
(a)
5
(c)
4.5833
4.5
4
0.00018
ARUS (I)
0.00012
ARUS (I)
0.0001337
5
0.00014
0.0001037
5
3.75
3.5
0.000156
0.00016
3
2.9167
2.5
2.0833
2
1.5
0.0001
1
0.00008
0.5
0.00006
0
5
0.00004
7
9
11
TEGANGAN (V)
0.00002
0
459-490
570-590
(b)
620-750
PANJANG GELOMBANG (λ)
Gambar 5 : Hubungan antara tegangan (V) dengan arus
(d)
(I) untuk (a) filamen sepeda motor dan (b)
Gambar 4 : Hubungan antara panjang gelombang (λ) dan
filamen mobil.
arus (I) dengan memberikan (a) tegangan 5
Volt, (b) tegangan 7 Volt, (c) tegangan 9
Volt, (d) tegangan 11 Volt
untuk lampu
sepeda motor.
6
700
PANJANG GELOMBANG (λ)
PANJANG GELOMBANG (λ)
570
600
500
700
620
450
400
300
200
620
570
600
500
450
400
300
200
100
0
100
0
0.251645377 0.274087706 0.297431454
1/V
1/I
(a)
(a)
700
620
570
PANJANG GELOMBANG (λ)
600
500
450
400
300
620
570
PANJANG GELOMBANG (λ)
700
600
500
450
400
300
200
100
0
200
100
0
1/I
0.230218505 0.232892109 0.24389887
1/V
(b)
(b)
Gambar 7 : Hubungan antara panjang gelombang (λ)
dengan 1/I untuk (a) lampu sepeda motor
Gambar 6 : Hubungan antara panjang gelombang (λ)
dan (b) lampu mobil.
dengan 1/V untuk (a) lampu sepeda motor
dan (b) lampu mobil.
7
Tabel I : Besar λmax perhitungan VR2 untuk lampu
sepeda motor
Tegangan
5 Volt
7 Volt
9 Volt
11 Volt
5 Volt
7 Volt
9 Volt
11 Volt
Berdasarkan penelitian yang dilakukan
Spektrum
λmax
(µm.Volt)
dapat diambil kesimpulan bahwa, Besar arus
merah
598.719
yang dihasilkan dari setiap jenis lampu semakin
kuning
597.177
meningkat seiring dengan variasi tegangan yang
biru
588.6846
diberikan yang dimulai dari variasi tegangan
merah
701.222
terkecil sampai tegangan terbesar (5 Volt, 7 Volt,
kuning
669.8266
9 Volt dan 11 Volt).
biru
636.3537
merah
943.6482
kuning
892.7581
biru
758.377
Anonim.
merah
1203.323
http://www.slideshare.net/zhibuncyth/cahaya-
kuning
1016.491
15911379 . Diakses pada10 Juni 2013.
biru
931.5113
Kusminarto, Drs. Fisika Modern. Yogyakarta:
Penerbit ANDI, 2011.
Tabel II : Besar λmax perhitungan VR2 untuk lampu
mobil
Tegangan
Kesimpulan
Spektrum
λmax
(µm.Volt)
merah
592.9003
kuning
588.3858
biru
588.6846
merah
632.7074
kuning
603.7083
biru
614.5917
merah
775.3311
kuning
644.3135
biru
658.9653
merah
802.7147
kuning
863.0827
biru
806.6249
Daftar Pustaka
Abdullah M. Fisika Jilid 2. Jakarta: PT Erlangga,
2006.
KM Winarto, B Hudaya. Fisika Umum (College
Physics). Bandung: CV. Armico, 1981.
J. Wosparik, Hans. Dari Atomos Hingga Quark.
Bandung: Grafindo Media Pratama, 2006.
Amir Achmad Drs. Fisika Untuk Universitas 3.
Jakarta: Bina Cipta, 1987.
Barmawi Malvino. Prinsip-Prinsip Elektronika.
Jakarta: Penerbit Erlangga, 1999.
Tipler Paul A. Fisika Untuk Sains dan Teknik.
Jakarta: Penerbit Erlangga, 1996.
8