MICROWAVES (POLARISASI) I. Tujuan Percobaan · PDF fileRadiasi gelombang mikro dari transmiter...
Transcript of MICROWAVES (POLARISASI) I. Tujuan Percobaan · PDF fileRadiasi gelombang mikro dari transmiter...
1
MICROWAVES (POLARISASI)
I. Tujuan Percobaan
a. Mengetahui fenomena polarisasi
b. Mengetahui bagaimana sebuah polarisator dapat digunakan untuk mengubah polarisasi
dari radiasi gelombang mikro (microwaves).
c. Mengukur intensitas gelombang di setiap sudut polarisator yang berbeda.
II. Landasan Teori
Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu
gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi pada
gelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. Suatu
gelombang transversal mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang
rambatnya. Apabila suatu gelombang memiliki sifat bahwa gerak medium dalam bidang
tegak lurus arah rambat pada suatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang ini
terpolarisasi linear. Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelah dilewatkan pada
celah yang sempit. Arah bidang getar gelombang tali terpolarisasi adalah searah dengan
celah. (Krane, 1992: 334-335)
Polarisasi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan transparan akan maksimum
bila sinar pantul tegak lurus terhadap sinar bias. Sudut datang dan sudut pantul pada saat
polarisasi maksimum disebut sudut Brewster atau sudut polarisasi (iP). Berdasarkan
hukum Malus, intensitas polarisasi dapat digambarkan sebagai berikut:
(2.1)
Cahaya merupakan salah satu dari gelombang elektromagnetik yang berosilasi
secara transversal yang merupakan salah satu sifat unik yang dimiliki oleh cahaya tersebut
dan tidak dimiliki oleh gelombang pada umumnya, maka dalam cahaya akan terjadi gejala
difraksi serta interferensi didalamnya. Seperti yang telah diketahui bahwa difraksi
merupakan suatu gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang pada saat
melewati celah sempit dibandingkan dengan ukuran panjang gelombangnya. Inteferensi
merupakan akibat bersama yang ditimbulkan oleh beberapa gelombang cahaya, yang
diperoleh dengan cara menjumlahkan gelombang-gelombang tersebut. (Soedojo, 1992:
78)
2
Polarisasi cahaya dibedakan atas tiga macam diantaranya adalah, cahaya
dikatakan mempunyai polarisasi linier apabila medan listriknya berosilasi (bergetar) pada
suatu garis lurus. Jika ujung vektor medan listriknya bergerak pada suatu elips, maka
cahayanya dikatakan terpolarisasi eliptik. Jika ujung vektor medan listriknya bergerak
pada suatu lingkaran, maka cahayanya dikatakan terpolarisasi lingkaran. (Sutrisno, 1984:
114-115)
Polaroid adalah device (peralatan) yang mempunyai sifat mirip dengan kawat
sejajar untuk gelombang mikro. Device ini memiliki semacam lubang garis memanjang
yang memiliki kelebaran cukup kecil. Komponen medan listrik disepanjang lubang
diserap, dan komponen arah tegak lurus lubang diteruskan dengan redaman sangat kecil.
Jadi polaroid memiliki sumbu dalam bidangnya, jika medan listrik gelombang cahaya
sejajar dengan sumbu ini, maka cahaya diteruskan dengan redaman sangat kecil. Dengan
menggunakan dua buah polaroid, cahaya keluaran akan lebih smooth. Polaroid pertama
berfungsi untuk menciptakan cahaya menjadi terpolarisasi linier, sehingga sering disebut
dengan plarisator. Polaroid kedua digunakan untuk menganalisa arah atau macam
polarisasi yang dihasilkanoleh polaroid pertama, sehingga disebut analisator. (Bahrudin,
2006: 237)
Dalam hukum Malus, suatu polarisasi yang sempurna akan menghasilkan 50%
intensitas cahaya tak terpolarisasi yang datang. Dianggap bahwa tidak ada cahaya yang
hilang oleh pantulan – pantulan dan rantai- rantai hidrokarbon didalamnya benar-benar
sejajar. Anggaplah bahwa komponen polarisasi yang tidak diinginkan seluruhnya dapat
diserap, sedangkan komponen polarisasi yang diinginkan seluruhnya diteruskan. Jika
suatu cahaya terpolarisasi linier dijatuhkan tegak lurus terhadap polaroid, sedang arah
polarisasi membuat sudut θ dengan sumbu mudah polaroid, maka amplitudo yang
diteruskan dadalah sebesar proyaksi medan listrik pada sumbu mudah. Akibatnya
intensitas cahaya yang diteruskan menjadi :
𝐼0 = 𝐼𝑚 (cos𝜃)2 (2.2)
Persamaan tersabut diatas dikenal dengan persamaan hukum Malus (Sutrisno,
1984: 119).
Bias ganda merupakan sifat yang dimiliki beberapa Kristal tertentu (terutama
kalsit) untuk membentuk dua sinar bias dari suatu sinar datang tunggal. Sinar bias
(ordinary ray) mengikuti hukum-hukum pembiasan normal. Sinar bias lain, yang
dinamakan sinar luar biasa (extraordinary ray), mengikuti hukum yang berbeda. Kedua
sinar tersebut bergerak dengan kelajuan yang sama, di mana cahaya sinar biasa
terpolarisasi tegak lurus terhadap cahaya sinar luar biasa.
3
Cahaya yang terpolarisasi bidang bisa diperoleh dari cahaya yang tidak
terpolarisasi dengan menggunakan bahan bias ganda yang disebut polaroid. Polaroid
terdiri atas molekul panjang yang rumit yang tersusun paralel satu sama lain. Jika satu
berkas cahaya terpolarisasi bidang jatuh pada polaroid yang sumbunya membentuk sudut
θ terhadap arah polarisasi datang, amplitudonya akan diperkecil sebesar cos θ . Karena
intensitas berkas cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka intensitas
terpolarisasi bidang yang ditransmisikan oleh alat polarisasi adalah:
𝐼 = 𝐼0 𝑐𝑜𝑠2𝜃 (2.3)
dengan Io adalah intensitas datang.
Alat polarisasi menganalisis untuk menentukan apakah cahaya terpolarisasi dan
untuk menentukan bidang polarisasi adalah polaroid. Cahaya yang tidak terpolarisasi
terdiri atas cahaya dengan arah polarisasi (vektor medan listrik) yang acak, yang masing-
masing arah polarisasinya diuraikan menjadi komponen yang saling tegak lurus. Ketika
cahaya yang tidak terpolarisasi melewati alat polarisasi, satu dari komponen-
komponennya dihilangkan. Jadi, intensitas cahaya yang lewat akan diperkecil setengahnya
karena setengah dari cahaya tersebut dihilangkan.
𝐼 = 1
2 𝐼0 (2.4)
Gambar 1. Polarisasi vertikal
Radiasi gelombang mikro dari transmiter (pemancar) terpolarisasi langsung
sepanjang sumbu dioda transmiter (i.e., sebagai radiasi menyebarkan sepanjang ruang,
bekas medan listriknya sejajar dengan sumbu dari dioda). Jika dioda transmiter diluruskan
polarisasi vertikal, seperti ditampilkan di gambar 1. Jika dioda detektor terletak pada sudut
θ ke dioda transmiter, seperti ditampilkan pada gambar 2, hal ini hanya dapat mendeteksi
komponen dari peristiwa medan listrik yang sejajar dengan sumbunya. Di percobaan ini,
kita akan meneliti fenomena polarisasi dan mengetahui bagaimana sebuah polarisator
dapat digunakan untuk mengubah polarisasi dari radiasi gelombang mikro (microwaves).
Transmiter
dioda Microwaves
dipolarisasi vertikal
(E medan)
4
Gambar 2. Detecting Polarized Radiation
III. Alat dan Bahan
a. Transmitter
b. Goniometer
c. Polarizer : yang terbuat dari triplek dan aluminium
d. Receiver
e. Component Holder
Component
detected
Detector
diode
Vertically polarized
microwaves
𝜃
5
IV.
A. Rangkaian Eksperimen
Gambar 3. Skema rancangan eksperimen polarisasi 1
Gambar 4. Skema rancangan eksperimen polarisasi 2
B. Langkah Kerja
1. Menyusun alat-alat seperti pada Gambar.3 dan posisikan pengontrol reciever
untuk deflaksi skala meter maksimum
2. Mengendurkan skrup di belakang receiver dan putar receiver menjadi 10° .
Mencatat data yang ditunjukkan oleh receiver yang terbaca disetiap derajad
pemutaran receiver.
3. Melakukan langkah no 2, untuk skala derajad yang berbeda pada pemutaran
receiver (20° ℎ𝑖𝑛𝑔𝑔𝑎 180°)
4. Menyusun alat seperti gambar 4, Atur ulang derajad receiver menjadi 0°
5. Mencatat data yang ditunjukkan oleh receiver saat polarizer diarahkan pada
(0°; 22,5°; 45°; 67,5°;𝑑𝑎𝑛 90°) terhadap garis horisontal.
Transmiter
Receiver
Transmiter
Receiver
Penopang
Polarizer
6
6. Memindahkan polarizer slits. Putar receiver searah sumbu x, sehingga corong
receiver berada di sebelah kanan Transmiter. Mencatat data yang ditunjukkan
receiver.
7. Mengganti polarizer slits dan mencatat data yang ditunjukkan saat polarizer slits
di posisi horisontal, vertikal dan 45°.
V. Data Percobaan
1. Variasi sudut rotasi reciever
𝜃° 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒𝑟 Meter
reading (mA) 𝜃° 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒𝑟
Meter reading
(mA) 𝜃° 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒𝑟
Meter
reading (mA)
0 1 70 0,1 140 0,72
10 0,98 80 0,02 150 0,70
20 0,89 90 0 160 0,87
30 0,76 100 0,02 170 0,96
40 0,77 110 0,06 180 1
50 0,62 120 0,38
60 0,40 130 0,55
2. Variasi sudut rotasi polarizer
𝜃° 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑧𝑒𝑟 Meter reading
(mA)
0° 0,48
20° 0,41
30° 0,35
45° 0,19
60° 0,12
70° 0,049
90° 0,15
3. Variasi sudut Slits
𝜃° 𝑠𝑙𝑖𝑡𝑠 Meter reading
(mA)
Horizontal 1
Vertikal 0,02
7
45 0,5
VI. Analisis Data
a. Variasi sudut rotasi receiver
Ralat Pengamatan
θ° receiver I (mA) I − I (I − I )2
0 1 0,43 0,19
10 0,98 0,41 0,17
20 0,89 0,32 0,10
30 0,76 0,19 0,04
40 0,77 0,20 0,04
50 0,62 0,05 0,00
60 0,4 -0,17 0,03
70 0,1 -0,47 0,22
80 0,02 -0,55 0,30
90 0 -0,57 0,32
100 0,02 -0,55 0,30
110 0,06 -0,51 0,26
120 0,38 -0,19 0,04
130 0,55 -0,02 0,00
140 0,72 0,15 0,02
150 0,7 0,13 0,02
160 0,87 0,30 0,09
170 0,96 0,39 0,15
180 1 0,43 0,19
Rata-rata I 0,57 (𝐼 − 𝐼 )2 2,48
Δ𝐼 = Σ 𝐼 − 𝐼 2
𝑛 𝑛 − 1
Δ𝐼 = 0,0072
Δ𝐼 = 0,085
𝐼 = 0,57 ± 0,085
8
𝐾𝑅 =0,085
0,57 𝑥100% = 14,97%
𝑘𝑒𝑡𝑒𝑙𝑖𝑡𝑖𝑎𝑛 = 100% − 14,97% = 85,03%
Grafik 1. Grafik Hubungan variasi rotasi receiver terhadap transmitter
b. Variasi sudut polarisasi
No Data Praktikum
1
2I0cos2θ
Ketepatan*
𝜃° 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑧𝑒𝑟 Ip (mA) 𝜃° 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑧𝑒𝑟 Is (mA)
1 0° 0,48 0° 0,5 96 %
2 20° 0,41 20° 0,44 93,1 %
3 30° 0,35 30° 0,37 92,1 %
4 45° 0,19 45° 0,24 79,1 %
5 60° 0,12 60° 0,20 96 %
6 70° 0,049 70° 0,057 85,96 %
7 90° 0,15 90° 0 100 %
Dimana:
∗ 𝐾𝑒𝑡𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 100% − 𝐼2𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑡 − 𝐼2 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
𝐼2𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑡 𝑥100%
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 50 100 150 200
nila
i I (
mA
)
Sudut receiver
Grafik Hubungan variasi rotasi receiver terhadap transmitter
Series1
Poly. (Series1)
9
Grafik 2. Grafik hubungan variasi sudut polarizer terhadap receiver
VII. Pembahasan
Dalam eksperimen ini, dilakukan pengamatan dan analisa terhadap sifat-sifat
polarisasi.
1. Variasi sudut rotasi Receiver
Pertama-tama kami mengubah-ubah sudut receiver dari 0 ° sampai 90° dengan
posisi transmitter dan receiver sejajar (membentuk sudut 0 °) . Terlihat pada nilai
receiver bahwa saat 0° menunjukkan nilai maksimum yaitu 1 mA dan semakin diputar
menuju 90 ° nilai receiver menunjukkan angka 0 mA. Kemudian kami melanjutkan
perputaran hingga 180° , dan terlihat hasil bahwa nilai yang ditunjukkan pada receiver
kembali pada 1 mA. Perubahan nilai ini dapat dilihat pada grafik 1. Secara matematis
dapat dikatakan bahwa perubahan nilai pada receiver seperti halnya pergerakan nilai
cosinus. Hal ini membuktikan bahwa gelombang yang keluar dari transmitter adalah
gelombang Transversal, yaitu gelombang yang merambat tegak lurus bidang rambatnya.
Dari data pengamatan variasi terhadap sudut rotasi receiver diperoleh ketelitian sebesar
85,03%.
2. Variasi sudut rotasi Polarizer
Untuk mencari intensitas gelombang setelah melewati bidang batas atau
polarisator maka pada praktikum digunakan variasi sudut (0°, 20° ,30° ,45° , 60° ,70°
,90°). Dari hasil data praktikum yang diperoleh, keduanya menunjukan intensitas
gelombang oleh system Polaroid akan mencapai nilai maksimum jika kedua sumbu
polarisasi sejajar atau θ= 0° dan mencapai minimum jika kedua sumbu polarisasi saling
tegak lurus yaitu pada θ = 90° atau pada percobaan polarisasi gelombang mikro, ketika
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 20 40 60 80 100
Nila
i re
ceiv
er
Sudut polarizer
Grafik hubungan variasi sudut polarizer terhadap receiver
Praktek
Teori
10
polarisator diputar ke sudut 90° intensitas gelombang semakin kecil. Hal ini
menunjukkan bahwa gelombang yang dipancarkan dari pemancar terpolarisasi
horisontal sehingga gelombang tersebut tidak dapat melewati polarisator yang arahnya
90°.
Nilai intensitas cahaya terpolarisasi pada cahaya laser tanpa bidang pembatas
dengan cahaya laser dengan bidang pembatas menunjukkan bahwa adanya bidang
pembatas mengurangi intensitas cahaya laser terpolarisasi. Ini misalnya dapat terlihat
misalnya ketika sudut 60° menghasilkan intensitas 0,4 mA pada cahya laser tanpa
bidang pembatas (grafik 2), akan tetapi hanya menghasilkan 0,12 mA pada cahaya laser
dengan bidang pembatas, yaitu berkurang hampir setengahnya. Sehingga terbukti
apabila
I =1
2I0cos2θ
Dari data hasil percobaan diperoleh nilai untuk sudut bidang pembatas 0°, 20°
,30° ,45° , 60° ,70° ,90° secara berturut-turut 0,48 mA; 0,41 mA; 0,35mA; 0,19 mA;
0,12 mA; 0,049mA; 0,15 mA dengan ketelitian secara berturut-turut 96 %, 93,1 %, 92,1
%, 79,1 %, 96 %, 85,96 %, 100 %. Bila dilihat dari hasil ini terdapat sedikit perbedaan
dengan data dari hasil perhitungan (teori), hal ini dapat diakibatkan karena jarum
penunjuk nilai intensitas pada receiver yang sulit untuk konstan (diam), dan pengaruh
aktifitas di sekitar alat percobaan karena nilai Intensitas ternyata berubah-ubah saat ada
praktikan yang berbicara terlalu keras.
3. Variasi sudut rotasi slit Polarizer
Untuk menghasilkan data pengamatan yang baik, dibutuhkan nilai intensitas yang
maksimal yaitu 1 mA, untuk itu dibutuhkan sudut polarizer yang benar. Variasi yang
diberlakukan adalah bidang batas atau polarisator saat posisi horizontal, vertikal dan
posisi 45°. Dari data ini, posisi bidang batas yang menghasilkan nilai 1 mA adalah saat
posisi horizontal. Oleh karena itu saat praktikum polarisasi microwave digunakan
bidang batas dengan posisi horizontal.
VIII. Kesimpulan
1. Berikut adalah fenomena yang tampak berdasarkan hasil pengamatan dari praktikum
Polarisasi:
a. Hubungan antara sudut analizer θ dengan intensitas cahaya terpolarisasi untuk
laser He-Ne dan cahaya biasa menunjukkan pola yang berbanding terbalik, yaitu
11
semakin besar sudut analizer θ maka nilai intensitas cencedurng semakin
mengecil.
b. Adanya bidang pembatas pada susunan praktikum memiliki pengaruh yang
signifikan terhadap nilai intensitas cahaya, dimana nilai maksimum intensitas
cahaya maupun nilai intensitas untuk masing-masing sudut perlakuan pada
eksperimen dengan bidang penunda bernilai lebih kecil dibandingkan dengan
eksperimen tanpa bidang penunda I =1
2I0cos2θ
c. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat dan pola Polarisasi pada cahaya meliputi
intensitas cahaya awal, sudut analizer yang dibentuk, dan ada tidak-nya bidang
batas.
2. Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu
gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Suatu gelombang transversal
mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya. Apabila suatu
gelombang memiliki sifat bahwa gerak medium dalam bidang tegak lurus arah
rambat pada suatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang ini terpolarisasi linear.
Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelah dilewatkan pada celah yang
sempit. Arah bidang getar gelombang tali terpolarisasi adalah searah dengan celah
3. Dari data hasil percobaan diperoleh nilai untuk sudut bidang pembatas 0°,
20° ,30° ,45° , 60° ,70° ,90° secara berturut-turut 0,48 mA; 0,41 mA; 0,35mA; 0,19
mA; 0,12 mA; 0,049mA; 0,15 mA dengan ketelitian secara berturut-turut 96 %, 93,1
%, 92,1 %, 79,1 %, 96 %, 85,96 %, 100 %.
IX. Daftar Pustaka
Ayars, Eric. 1991. Instruction Manual and Experiment Guide for the PASCO Scientific
Model WA-9314B Microwave Optics. Roseville: PASCO Scientific.
Boas, Marry L. 2006. Mathematical Methods in The Physical Sciences (Third Edition).
India: Nutech Photolithographers.
Giancolli, 2001. Fisika Dasar 2 Edisi Kelima. Jakarta Erlangga.
http://www.scribd.com/doc/31756705/STUDI-EKSPERIMENTAL-DALAM-
PENENTUAN-SIFAT-POLARISASI-CAHAYA-DENGAN-KONSEP-
HUKUM-MALUS
Tipler, Paul A.2001. Fisika untuk sains dan teknik jilid 2. Erlangga : Jakarta
12
LAMPIRAN
1. Transmitter
2. Goniometer
3. Polarizer : yang terbuat dari triplek dan aluminium
4. Receiver 5. Component Holder