dispersi cahaya

Dispersi

adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (me, ji, ku, hi, bi, ni, u) pada prisma.

Peristiwa dispersi ini terjadi karena perbedaan indeks bias tiap warna cahaya. Cahaya berwarna merah mengalami deviasi terkecil sedangkan warna ungu mengalami deviasi terbesar.

Sudut dispersi

F = du - dm
F = (nu - nm)b

dm = sudut deviasi merah
du = sudut deviasi ungu
nu = indeks bias untuk warna ungu
nm = indeks bias untuk warna merah

Catatan :

Untuk menghilangkan dispersi antara sinar ungu dan sinar merah kita gunakan susunan Prisma Akhromatik.

Ftot = F kerona - Fflinta = 0

Untuk menghilangkan deviasi suatu warna, misalnya hijau, kita gunakan susunan prisma pandang lurus.

Dtot = Dkerona - Dflinta = 0

Dispersi Cahaya Tentukan Tingkat Pencemaran

Salah satu sifat cahaya adalah mengalami dispersi atau pembiasan jika melalui dua media yang berbeda, baik dari medium renggang ke medium rapat atau sebaliknya. Jika cahaya medium renggang ke medium rapat maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal dan sebaliknya.

Disperse cahaya dapat dimanfaatkan untuk menentukan tingkat pencemaran deterjen pada air.

Contohnya pada percobaan sbb:

digunakan sejumlah peralatan. Kubus transparan plastik, misalnya, digunakan sebagai tempat penampungan air atau sistem koloid yang diteliti. Ada pula senter diode dengan spesifikasi panjang gelombang 630 - 680 nm dan daya output <>

cara: Pertama, menyenteri kubus kosong dengan senter laser untuk dijadikan pembanding selisih sudut keluar dengan sudut masuk. Dalam hal ini, sudut masuk dan sudut keluar diberi tanda silang (x1) sebagai tanda untuk sudut masuk dan x2 sebagai tanda untuk sudut keluar pada sisi kubus tersebut dengan mengabaikan indeks bias kubus. Itu karena sudut masuk mengalami dua kali pembiasan, yaitu pada sisi pertama dan sisi kedua.

Kedua, kubus diisi air aquades. Ketiga, menyenteri dengan menggunakan senter laser pada tanda silang x1 yang telah dibuat dengan mengatur sudut masuk yaitu 30 derajat terhadap garis normal. Pengambilan hanya satu sudut agar memudahkan dalam melakukan pengamatan. Keempat, mencatat selisih jarak antara tanda silang pada kegiatan pertama dengan kegiatan ketiga yang akan dijadikan pembanding dalam melakukan kegiatan selanjutnya.

Kelima, mencampurkan air tadi dengan deterjen. Berat deterjen diubah-ubah untuk mendapatkan perbandingan persen berat yang berbeda-beda sehingga mendapatkan presentase 0,1 persen - 0,6 persen. Kadar deterjen diambil dikarenakan terbatasnya alat yang digunakan. Selain itu, kadar 0,1 persen sudah mencemari air. Ada pun cara mencari presentase deterjen, yaitu dengan membandingkan berat deterjen dengan berat sistem koloid keseluruhan dikali 100 persen. Langkah berikut, pengulangan kegiatan ketiga dan keempat, lalu dilakukan pencatatan.

Pencatatan hasil eksperimen dilakukan dengan menggunakan salah satu rumus dispersi cahaya:

t = d.sin (I-r):Cos r
t = selisih jarak antar asudut masuk (x1) dengan sudut keluar (x2)
d = jarak antara sisi pertama kubus dengan sisi kedua lkubus (14,6 cm)
i = sudut masuk (30 deajat)
r = sudut keluar.

Dari hasi eksperimen tersebut terlihat bahwa tiap-tiap detergen yang memiliki presentase berbeda akan menunjukkan perpindahan yang berbeda pula. Sebagai contoh, untuk detergen yang persentasenya 0,1 persen memiliki silisih perpindahan sudut 0,39 derajat, sedangkan untuk detergen dengan persentase 0,2 persen memiliki selisih perpindahan sudut 0,77 derajat.

Air akan semakin tercemar bila fase terdispersi dalam air semakin besar dan ini menyebabkan sudut keluaran (r) makin kecil. Ini dikarenakan oleh sifat cahaya, yaitu apabila melewati medium dari yang renggang ke medium yang agak rapat maka sudut keluarannya akan mendekati garis normal.

Dari serangkaian penelitian ini, disimpulkan bahwa terdapat penyimpangan dispersi cahaya pada sistem koloid apabila fase terdispersi ditingkatkan. Yaitu, makin besar persentase terdispersi dalam air, maka sudut keluarnya makin kecil dan makin kecil persentase fase terdispersi dalam air, maka sudut keluarnya makin besar.

Makin besar persentase fase terdispersi dalam air, maka perpindahan sudutnya makin besar dan makin kecil persentase fase terdispersi dalam air, maka makin kecil perpindahan sudutnya dibandingkan dengan sudut perpindahan sudut air bersih. Makin besar persentase fase terdispersi dalam air maka makin besar tingkat pencemarannya.

Jika suatu gelombang datang, alih-alih terdiri dari frekuensi tunggal (atau monokromatik),

terdiri dari beberapa frekuensi atau panjang gelombang yang bersuperposisi, maka tiap

komponen panjang gelombang akan dibiaskan dengan sudut yang berbeda, suatu gejala yang

disebut dengan dispersi. Jika cahaya putih yang dilewatkan dalam celah sempit melewati

sebuah prisma, maka sinar-sinar yang ke luar didispersikan menjadi

7 (Tujuh) warna yaitu Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo dan violet dengan panjang gelombang

400 -700 nm.

Prinsip Dispersi Cahaya Dg Prisma Spektrum Warna hasil Dispersi

Dispersi cahaya dengan menggunakan prisma sekarang ini telah digunakan dalam teknologi

spectroscopy bidang kimia analisis (Spektrofotometer). Dalam percobaan, pengaturan sudut

prisma terhadap arah datangnya cahaya sangat perpengaruh terhadap dispersi yang

dihasilkan.

Video Spektroskopi

Pada analisis spektrokimia, spektrum radiasi elektromagnetik digunakan untuk menganalisis senyawa kimia dan menelaah interaksinya dengan radiasi elektromagnetik. Suatu foton memiliki energi tertentu dan dapat menyebabkan transisi tingkat energi suatu atom atau molekul. Karena tiap spesies kimia mempunyai tingkat-tingkat energi yang berbeda, maka transisi perubahan energinya juga berbeda. Berarti suatu spektrum yang diperoleh dengan menempatkan beberapa fungsi frekuensi terhadap frekuensi radiasi elektromagnetik adalah khas untuk unsur kimia tertentu dan berguna untuk identifikasi [1]. Dalam dunia kedokteran metode spektroskopi telah digunakan, diantaranya untuk mengetahui unsur yang terkandung dalam suatu cairan dengan menggunakan alat spektrofotometer. Prinsip dari spektrofotometer adalah melewatkan cahaya dalam suatu larutan. Di awal penemuan spektrofotometer untuk melewatkan satu panjang gelombang dari cahaya digunakan grating, filter optik dan prisma. Kemudian akan diukur intensitas cahaya yang melewati larutan tersebut dengan menggunakan satu buah fotodioda. Spektrum warna hasil dari dispersi cahaya akan dideteksi oleh deret fotodioda, hal ini mempunyai tingkat kesulitan yang tinggi dikarenakan jarak spektrum warna dan jarak antar fotodioda tidak sama. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, sebagai suatu inovasi maka akan di buat video spektroskopi, spektrum warna hasil dispersi cahaya akan ditangkap oleh kamera. Citra dari spektrum warna ini akan dirubah dalam profil garis.

Jika suatu gelombang monokromatik datang, terdiri dari beberapa frekuensi atau panjang gelombang yang bersuperposisi, maka tiap komponen panjang gelombang akan dibiaskan dengan sudut yang berbeda, suatu gejala yang disebut dengan dispersi.Karena itu cahaya putih terurai menjadi warna-warna bila dibiaskan dari udara ke bahan lain seperti air atau kaca [2]. Susunan ideal untuk mengamati spektrum atomik seperti pada gambar 1. Pada model warna RGB (gambar 2) , kedekatan dua buah warna dapat dianggap sama seperti jarak dua buah titik P₁ dan P₂ pada ruang dalam kubus. Jarak antara perbedaan tersebut dinyatakan dengan

d12 = √(R1-R2)²+(G1-G2)²+(B1-B2)²

Gambar 2. Kubus warna RGB dengan skala yang dinormalkan

Pada gambar 2 terlihat bahwa warna hitam diwakili oleh koordinat ruang (0,0,0) yang berarti intensitas semua warna pokok adalah nol persen dan warna putih oleh koordinat (1,1,1) yang berarti semua warna pokok berintensitas 100% karena nilai satu adalah maksimum untuk skala yang dinormalkan pada kubus tersebut. Bila semua warna pokok mempunyai intensitas yang sama dan berbeda diantara 0 dan 1,

maka yang tampak adalah warna abu-abu. Jadi citra abu-abu dengan mudah dapat dihasilkan dari citra warna RGB dengan mengambil nilai rata-rata dari ketiga komponen warna pokok merah, hijau dan biru. Tetapi karena ketiga warna pokok tadi dianggap tidak seragam dalam hal kemampuan kontribusi pada kecerahan, ada yang berpendapat bahwa secara konversi yang lebih tepat adalah menggunakan persamaan berikut :

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B (2)

Dengan Y adalah nilai kecerahan pada citra abu - abu [3].

Dalam perancangan sistem ini meliputi tahapan diagram blok perancangan sistem, perancangan perangkat lunak, uji coba dengan sampel, pengambilan data dan analisa data. Perancangan sistem video spektroskopi terlihat pada gambar 4 .Sinar polikromatis datang melalui lensa dan melewati tabung reaksi. (kuvet) yang berisi sampel cairan. Sinar ini mengalami perubahan intensitas cahaya dari sumber asalnya. Cahaya ini akan diuraikan oleh prisma sehingga terbentuk spektrum warna. Spektrum warna ini akan diteruskan ke layar yang akan ditangkap oleh kamera dan dikirimkan ke komputer. Dari citra yang ditangkap kemudian dikonversi ke dalam profil garis dengan cara mengambil nilai RGB dari gambar spektrum warna kemudian dikonvesikan ke dalam nilai kecerahan citra abu-abu dengan menggunakan persamaan Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B sehingga di dapat profil garis dari spektrum warna.

Spektrum warna yang dihasilkan oleh dispersi prisma untuk beberapa sampel dapat dilihat pada gambar 5. Pada percobaan ini dilakukan juga pengambilan data dengan menggunakan webcam, akan tetapi terdapat kesulitan, karena webcam tidak dapat menerima cahaya yang berlebih, sehingga pengambilan data dilakukan pada jarak yang relatif jauh dibandingkan dengan handycam., sehingga gambar yang ditangkap tidak baik.

Dari gambar spektrum warna ini kemudian akan dicari profile garisnya, gambar profil garis untuk masing-masing sampel dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 5. Spektrum warna beberapa larutan

Untuk melihat perbedaan data profil garis maka dilakukan ploting. Karena dari data perbandingan selisih antara masing-masing profil garis sangat sedikit maka dilakukan metode mengurangi nilai profil garis blank kuvet (tanpa sampel cairan) dengan nilai dari masing-masing profil garis. Setelah itu dilakukan normalisasi. Dari hasil percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa masing-masing sampel cairan yang mempunyai warna sangat berbeda menghasilkan spektrum warna yang berbeda sedangkan sampel yang memiliki warna yang hampir sama tetapi memiliki kandungan yang berbeda akan menghasilkan spektrum warna dengan intensitas yang berbeda, hal ini dapat dilihat dengan menggunakan profil garis.