GELOMBANG MIKRO
EKSPERIMEN 1: DIFRAKSI CELAH TUNGGAL 1
A. Tujuan
1. Mengetahui dan memahami difraksi celah tunggal 1
B. Teori Dasar
Difraksi adalah gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui suatu celah sempit dibandingkan dengan ukuran panjang gelombang.
Dalam kehidupan seharí-hari, kita tidak terlepas dengan cahaya. Dalam eksperimen spektrum kisi ini berkaitan juga dengan cahaya. Dimana gelombang cahaya mengalami difraksi melalui statu celah sempit. Pada eksperimen ini, kita menggunakan spektrometer. Dengan alat tersebut kita dapat mengetahui garis spektrum yang dhasilkan oleh cahaya yang datang dari sumber cahaya merkuri dengan panjang gelombang yang berbeda. Dari spektrum-spektrum tersebut kita dapat menentukan posisi sudut sehingga kita juga dapat menentukan jarak antar kisi.
Apabila gelombang cahaya melalui sebuah celah, maka titik yang terdapat pada celah tersebut berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder, sehingga menghasilkan gelombang cahaya baru. Ketika gelombang cahaya melewati celah, damana celah tersebut dipersempit sampai pada usuran panjang gelombang cahaya sumber. Maka dari celah tersebut akan dihasilkan pola difraksi celah tunggal.
Pada difraksi yang terjadi jika gelombang melewati sejumlah N celah yang
identik dengan jarak konstan D maka akan diperoleh titik intensitas maksimal
Pada peristiwa difraksi ini, gelombang datang berupa gelombang datar dan jarak titik P ke celah, jauh lebih besar dari lebar celah, r>>d.
Titik-titik pada celah antara A dan B, dapat dipandang sebagai sumber-sumber gelombang sekunder. Jadi pola difraksi celah ini, dapat di dekati sebagai pola interferensi system banyak celah sempit. Apabila fungsi gelombang yang berasal dari celah sempit pertama (titik A) adalah
Maka fungsi gelombang dari celah yang ke n adalah
Sehingga di titik P akan terjadi superposisi dari E1, E2, E3,…En
Intensitas gelombang di titik P adalah
Untuk θ = 0, diperoleh puncak intensitas maksimum sebesar Io. Jadi intensitas maksimum terletak pada arah sumbu celah.
Untuk bukaan yang tidak berbentuk celah, misalnya berbentuk lingkaran dengan jari-jari R, maka :
Dengan fungsi Bessel orde nol J0 dan orde satu, sehingga persamaannya menjadi
Dengan
Intensitas pada arah θ adalah
Untuk memahami pola difraksi timbul, kita mengenal kasus penting dari cahaya monokromatik yang melewati celah sempit. Berkas-berkas parallel dari cahaya monokromatik melewati celah sempit sebagaimana ditunjukkan gambar 1-a. Cahaya jatuh pada layar yang dianggap sangat jauh sehingga berkas untuk bintik manapun sebenarnya parallel. Pertama kita perhitungkan berkas-berkas yang lewat langsung. Berkas-berkas ini berfase sama , sehingga aka ada titik terang di tengah layar. Pada gambar 1-b kita perhitungkan berkas-berkas yang bergerak dengan sudut θ sedemikian sehingga berkas dari bagian atas celah menempuh tepat satu panjang gelombang lebih jauh dari berkas yang datang dari bagian bawah. Berkas yang lewat tepat di tengah celah akan menempuh setengah panjang gelombang lebih jauh dari berkas bawah. Kedua berkas ini akan berlawanan fase satu sama lain dan akan berinterferensi destruktif.
Setiap berkas yang melewati paruh bawah celah akan meniadakan berkas yang berhubungan dengannya yang melewati paruh atas. Dengan demikian semua berkas berinterferensi destruktif dalam pasangan-pasangan, sehingga tidak ada cahaya yang mencapai layar dengan sudut ini. Sudut θ dimana hal ini terjadi dapat dilihat pada diagram dan muncul ketika λ= D sin θ. Maka intensitas cahaya mencapai maksimum pada θ=0o dan berkurang sampai minimum (intensitas=nol) pada sudut θ yang dinyatakan dengan persamaan
Memperhatikan sudut θ yang lebih besar sehingga berkas paling atas menempuh 
lebih jauh dari berkas yang paling bawah (gambar 1-c). Pada kasus ini, berkas-berkas dari sepertiga bagian bawah celah akan saling meniadakan dengan sepertiga bagian tengah karena berbeda fase sebesar λ/2. Akan tetapi, cahaya dari teratas ketiga dari celah tersebut tetap akan mencapai layar, sehingga aka nada bintik terang tetapi tidak seterang titik terang pada θ = 0o. Untuk sudut θ yang lebih besar lagi sehingga berkas atas menempuh 2λ lebih jauh dari berkas bawah (gambar 1-d) berkas dari seperempat terbawah dari celah akan saling meniadakan dengan seperempat bagian tepat di atasnya karena panjang lintasan berbeda λ/2. Dan berkas-berkas yang melewati seperempat bagian celah tepat di atas bagian tengah akan saling meniadakan dengan seperempat bagian paling atas. Dengan sudut ini kembali aka nada minimum dengan intensitas nol pada pola difraksi, dengan rumus 
, 
Untuk maksimum rumusnya 
Gambar 1-a gambar1-b gambar1-c gambar1-d
C. Alat dan Bahan
1. Transmiter 4. Holder komponen putar
2. Receiver 5. Reflektor logam (2)
3. Goniometer 6. Lengan extender celah
D. Pelaksanaan Praktikum
1. Menyusun peralatan seperti gambar di bawah ini. Menggunakan lengan extender celah dan kedua reflector untuk menyusun celah vertical. Mengatur lebar celah sebesar 6 cm dan meluruskan celah sesimetri mungkin.
2. Menyusun skala rotasional pada belakang transmitter maupun receiver untuk polarisasi (0 derajat). Mengatur control receiver untuk mendapatkan pembacaan skala penuh pada intensitas serendah mungkin.
3. Memutar lengan goniometer yang dapat berputar (dimana receiver tetap diam) secara perlahan sekitar sumbunya. Mengamati pembacaan meter.
4. Mengatur kembali lengan goniometer sehingga receiver secara langsung berhadapan dengan transmitter. Mengatur control receiver untuk memperoleh pembacaan meter 1. Sekarang memasang sudut lengan goniometer pada masing-masing harga yang ditunjukkan dalam table. Di setiap posisi rekam pembacaan meter pada table, diperlukan peningkatan setting INTENSITY untuk melihat semua maksimum dam minimum secara jelas. Jika sudah, meyakinkan dengan mengalikan semua data dengan harga yang cocok (yakni 30, 10, 5, atau 1) sehingga hasilnya benar-benar proporsional dengan intensitas sinyal.
5. Mengubah leach celah menjadi 10 cm. Menggerakkan transmitter menjauhi celah. Mengulangi pengukuran pada langkah 4. Mencoba lebar celah yang lain.
E. Data
1. Lebar celah (7±0,05) cm
| Sudut (o) | Pembacaan Meter (mA) | Sudut (o) | Pembacaan Meter (mA) |
| 0 | 0,4 | 45 | 0,2 |
| 10 | 3,2 | 50 | 0,2 |
| 15 | 1,2 | 55 | 0,2 |
| 20 | 0,4 | 60 | 0,2 |
| 25 | 0,4 | 65 | 0,2 |
| 30 | 0,2 | 70 | 0,2 |
| 35 | 0,2 | 75 | 0,2 |
| 40 | 0,2 | 80 | 0,2 |
2. Lebar celah (13±0,05) cm
| Sudut (o) | Pembacaan Meter (mA) | Sudut (o) | Pembacaan Mater (mA) |
| 0 | 1,0 | 45 | 0,2 |
| 10 | 6,2 | 50 | 0,2 |
| 15 | 5,2 | 55 | 0,2 |
| 20 | 1,8 | 60 | 0,2 |
| 25 | 0,6 | 65 | 0,2 |
| 30 | 0,2 | 70 | 0,2 |
| 35 | 0,2 | 75 | 0,2 |
| 40 | 0,6 | 80 | 0,2 |
F. Analisis Data
Grafik hubungan sudut (0) dengan pembacaan meter (mA) :
1. Celah 6 cm
# Interferensi Maksimum # interferensi Minimum
Rumus : 
Rumus : 
- n = 1, 
n =1, 
Jadi, 
ketika maks Jadi, ketika min
2. Celah 10 cm
# Interferensi Maksimum # Interferensi Minimum
- n = 1, 
- n = 1, 
- n = 2, 
- n = 2, 
- n =3, 
G. Pembahasan
Jawaban tugas
1) Dari analisis di atas diperoleh grafik yang hampir mirip dengan grafik yang ada di dasar teori. Dalam dasar teori grafiknya antara sudut dengan intensitas, tetapi dalam analisis adalah grafik antara sudut dengan pembacaan meter. Dalam hal ini, pembacaan meter dianalogikan dengan intensitas.
Dari grafik yang pertama (celah 6 cm) didapat grafik yang hampir sama dengan teori, bedanya pada percobaan hanya didapat setengahnya. Sedangkan dari grafik kedua ( celah 10 cm), didapat grafik yang melenceng dibandingkan dengan grafik pada dasar teori. Kedua grafik juga kurang mulus. Hal ini terjadi karena :
1. Praktikan kurang memahami konsep dasar
2. Kekurangtelitian praktikan dalam melakukan percobaan (praktikum)
3. Alat yang sudah tua, sehingga kurang teliti
4. Kesalahan paralaks praktikan dalam membaca skala
5. Kurang bimbingan dosen dan asdos (belum ada asdos saat praktikum)
2) Asumsinya bahwa lebar celah dengan panjang gelombang adalah seorde.
H. Kesimpulan
I. Daftar Pustaka
Giancoli, Douglas C. 1999. Fisika Jilid 2.
Ramalis, Taufik Ramlan. 2001. Gelombang dan Optik.
EKSPERIMEN 3: FABRY-PEROT INTERFEROMETER
A. Tujuan
1. Menentukan panjang gelombang mikro dengan eksperimen interferometer Febry-Perot
B. Alat dan Bahan
1. Transmitter 4. Holder (2)
2. Receiver 5. Reflektor parsial
3. Goniometer
C. Teori Dasar
Plat Fabry-Perot dapat digunakan untuk mengendalikan panjang gelombang [cahaya/ ringan] atau untuk mengukur kekayaan geometris. Kondisi-Kondisi digambarkan oleh beberapa hal yang mencakup ketebalan, indeks-refraksi, dan arah balok/berkas cahaya
Pada interferometer Fabry Perot pembelahan intensitas berkas gelombang dilakukan melalui pemantulan ganda, pada dua keeping cermin pantul sebagian C1 dan C2 yang identik dan dipasang sejajar. Berkas sinar yang datang pada cermin C1, sebagian dipantulkan dan sebagian lagi diteruskan. Berkas sinar yang diteruskan oleh cermin C2 sebagian dipantulkan lagi dan sebagian diteruskan ke titik P yang jauh. Seterusnya berkas sinar diantara kedua cermin C1 dan C2, mengalami beberapa kali pemantulan dan pembiasan. Pola interferensi merupakan perpaduan dari berkas-berkas sinar di titik P, yang berasal dari pembiasan oleh cermin C2.
Perbedaan jarak lintasan antara berkas-berkas yang berdampingan yang keluar dari cermin C2 adalah
Dan beda fasenya adalah
Hasil superposisi linier dari semua berkas di titik P adalah
Dengan R dan T masing-masing koefisien pantul dan koefisien bias.
Intensitasnya adalah
Karena r <>
Maka persamaannya menjadi
Dengan koefisien finess (kehalusan) F:
Dan
Fungsi pada ruas kanan, yakni 
disebut fungsi Airy, yang nilai perubahannya terhadap φ bergantung pada parameter kehalusan F. Fungsi Airy ini merupakan factor yang menentukan pada pola interferensi Febry-Perot.
Ketika sebuah gelombang elektromagnetik mengenai sebuah reflector parsial, sebagian gelombang memantul dan sebagian gelombang terus (transmisi) menembus reflector parsial. Sebuah interferometer Fabry-Perot terdiri dari dua reflector parsial parallel di antara sebuah sumber gelombang dan sebuah detector.
Gelombang dari sember memantul bolak balik di antara dua reflector parsial. Namun demikian, pada setiap lintasan, beberapa radiasi melintas reflector menuju detector. Jika jarak antara reflector parsial sama dengan nλ/2, dimana λ adalah panjang gelombang radiasi dan n bilangan bulat, maka semua gelombang yang melintasi detector pada suatu saat akan sefase. Dalam kasus ini, sebuah sinyal maksimum akan terditeksi oleh receiver. Jika jarak antara reflector parsial bukan kelipatan dari λ/2, maka interferensi destruktif akan terjadi, dan sinyal akan tidak maksimum.
D. Pelaksanaan Percobaan
1. Menyusun peralatan seperti ditunjukan oleh gambar di bawah ini. Menghubungkan transmitter dan mengatur control receiver untuk sinyal yang dapat dibaca.
2. Mengatur jarak antara jarak reflector dan mengamati minimum dan maksimum relative
3. Mengatur jarak antara reflector parsial untuk mendapatkan pembacaan maksimum. Merekam d1, Jarak antar reflector.
4. Sambil mengamati meter, secara perlahan menggerakkan salah satu reflector menjauhi lainnya. Menggerakkan reflector hingga pembacaan meter melewati paling tidak 10 minimum yang dilewati. Juga merekam d2, jarak baru di antara reflector.
5. Menggunakan data tersebut untuk menghitung λ panjang gelombang radiasi gelombang mikro.
6. Mengulangi pengukuran dengan memulai dengan jarak antar parsial reflector berbeda dan menghitung λ-nya.
E. Data
1. - d1 = 37,5 cm
Minimum yang dilewati : 8 kali
- d2 = 45,2 cm
Intensitas maksimum = 0,3 mA
2. - d2 = 30 cm
Minimum yang dilewati : 10 kali
-d2 = 42 cm
Intensitas maksimum = 0,15 mA
F. Analisis Data
1) 
2) 
G. Pembahasan
Jawaban tugas
1) Jarak kedua refrektor yang menyebabkan sebuah sinyal minimum oleh receiver adalah jika jaraknya bukan kelipatan dari 
2) Pada interferometer Febry-Perot terjadi pola interferensi konsentris seri cincin konsentris. Hal ini disebabkan, pada interferometer Febry-Perot, memecah sebuah gelombang kemudian menyatukan kembali gelombang-gelombang terpecah sehingga bersuperposisi membentuk pola interferensi maksimum dan minimum.
H. Kesimpulan
I. Daftar Pustaka
Ramalis, Taufik Ramlan. 2001. Gelombang dan Optik.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar