ringkasan tugas akhir / skripsi
TRANSCRIPT
1 Universitas Indonesia
Ringkasan Tugas Akhir / Skripsi
Nama, NPM : Jonathan Prabowo, 1006806425
Pembimbing : 1. Dr. Prawito
2. Drs. Arief Sudarmaji, M.T
Judul (Indonesia) : Rancang Bangun Alat Ukur Konsentrasi Gula Terlarut
Berbasiskan Mikrokontroller.
Judul (Inggris) : Design of Microcontroller-based Polarimeter for
Measuring Dissolved Sugar Concentration.
Abstrak
Telah dibuat sebuah alat ukur konsentrasi gula telarut berbasiskan mikrokontroler
dengan prinsip polarisasi linier gelombang elektromagnet dan pemutaran bidang
getar gelombang oleh zat optik aktif menjadi dasar pembuatan alat ukur ini.
Sistem instrumentasi ini terdiri dari lampu natrium sebagai sumber cahayanya,
sepasang polarisator dan analisator, tabung untuk larutan gula, motor servo
sebagai pemutar analisator, sebuah sensor fotodioda OPT 101 sebagai pendeteksi
intensitas cahaya yang keluar dari analisator. Mikrokontroler di gunakan sebagai
pengendali proses pengukuran maupun pengolah datanya. Hasil pengukuran
ditampilkan di LCD.
Kata Kunci : Mikrokontroler, Lampu Natrium, OPT 101, Polarisator, Analisator.
Abstract
A microcontroller-based instrumentation system for measuring dissolved sugar
concentration has been built. The Principle of polarization of electromagnetic
wave and the rotation of the vibration plane of electromagnetic wave by optic-
active material is used as the basis of the development of this instrument. This
System consist of a sodium lamp as a light source, a pair of polarizer and
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
2 Universitas Indonesia
analyzer, glass tube for sugar solution, servo motor as a analyzer rotator, an OPT
101 photodiode sensor as light intensity detector for the light passing through the
analyzer. A microcontroller is used as a process controller and as a data processor.
The result of the measurement is displayed on the LCD.
Keywords : Microcontroller, Sodium Lamps, OPT101, Polarisator, the analyzer.
1. PENDAHULUAN
Pemilihan penggunaan polarimeter untuk acuan dasar pembuatan alat ukur
konsentrasi gula terlarut, tak lain untuk membuktikan kebenaran metode fisika
yang berhubungan dengan intensitas gelombang cahaya sebagai parameter
ukurnya. Hubungan empiris dalam metode tersebut yang kemudian akan
diaplikasikan ke dalam suatu instrumentasi sebagai suatu inovasi dalam ilmu
Pengetahuan Fisika.
Cahaya merupakan gelombang elektromagnet yang terdiri dari getaran
medan listrik dan getaran medan magnet yang saling tegak lurus. Bidang getar
kedua medan ini tegak lurus terhadap arah rambatnya. Sinar biasa secara umum
dapat dikatakan gelombang elektromagnet yang vektor-vektor medan listrik dan
medan magnetnya bergetar kesemua arah pada bidang tegak lurus arah rambatnya
dan disebut sinar tak terpolarisasi. Apabila sinar ini melalui suatu polarisator
maka sinar yang diteruskan mempunyai getaran listrik yang terletak pada satu
bidangsaja dan dikatakan sinar terpolarisasi bidang (linear).
Bila arah transmisi polarisator sejajar dengan arah transmisi analisator,
maka sinar yang mempunyai arah getaran yang sama dengan arah polarisator
diteruskan seluruhnya. Tetapi apabila arah transmisi polarisator tegak lurus
terhadap arah analisator maka tak ada sinar yang diteruskan. Dan bila arahnya
membentuk suatu sudut maka sinar yang diteruskan hanya sebagian. Sinar
terpolarisasi linear yang melalui suatu larutan optik aktif akan mengalami
pemutaran bidang polarisasi. [2]
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
3 Universitas Indonesia
Pembuatan alat ukur ini, yaitu dimulai dari pemahaman terhadap
gelombang cahaya, lalu penerapan aplikasinya, serta pembuatan programnya.
Sensor yang digunakan adalah photodioda dengan tipe OPT 101. Rangkaian
elektronik dan komponen yang digunakan berupa minimum sistem, rangkaian
power supply, motor servo, dan rangkaian sensor cahaya OPT 101 untuk
mengukur intensitas cahaya dari lampu natrium sebagai sumber cahayanya yang
melewati lensa polarisator, tabung kaca, dan analisator dengan mikrokontroler
sebagai sistem pengendalinya. Pada rangkaian minimum sistem, digunakan
mikrokontroler untuk mengontrol kerja alat yang telah di program dan juga
mengolah data ADC serta menampilkan data pada LCD.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polarisasi Cahaya
Polarisasi Cahaya
Polarisasi merupakan peristiwa perubahan arah bidang getar dari
gelombang elektromagnetik atau gelombang cahaya dari suatu gelombang yang
acak menjadi tearah, yaitu saat vektor listrik dan magnetnya tegak lurus pada arah
rambatnya. Terpolarisasi / terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja.
Polarisasi cahaya adalah terserapnya sebagian arah bidang getar cahaya yang arah
bidang getarnya satu arah. Polarisasi ini juga disebut polarisasi linear karena
terletak pada statu garis lurus. Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh
gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak mengalami
gejala polarisasi.
Cahaya dinyatakan sebagai gelombang elektromagnetik yang transversal
tegak lurus dengan arah rambatnya, tiap-tiap warna cahaya disebut sebagai cahaya
monokromatik. Cahaya monokromatik ini dapat dihasilkan oleh suatu alat yang
disebut polarimeter dengan menggunakan lampu natrium. Interaksi cahaya
terpolarisasi dengan suatu bahan dapat diamati dengan polarimeter.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
4 Universitas Indonesia
Gambar 2.1 Gelombang Cahaya Terpolarisasi.[3]
2.2 Polarisasi Karena Penyerapan Selektif
Penjelasan mengenai polarisasi karena penyerapan selektif menggunakan
suatu cara yang umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah
menggunakan polaroid yang akan meneruskan gelombang – gelombang yang arah
getarnya sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap semua gelombang pada
arah getar lainnya.
Pada gambar di bawah ini (gambar 2.2) tampak dua buah polaroid,
polaroid pertama disebut polarisator dan polaroid kedua disebut analisator.
Polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak
terpolarisasi (cahaya alami). Analisator berfungsi untuk mengurangi intensitas
cahaya yang terpolarisasi. [4]
Gambar 2.2 Cahaya Terpolarisari Karena Penyerapan Selektif.[1]
Prinsip kerja sistem adalah sebagai berikut, seberkas cahaya alami menuju
polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal, yaitu hanya komponen
vektor medan listrik E yang sejajar dengan sumbu transmisi saja yang diteruskan
sedangkan lainnya diserap. Cahaya terpolarisasi yang masih mempunyai kuat
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
5 Universitas Indonesia
medan listrik belum berubah menuju analisator, sudut antara sumbu transmisi
analisator dan polarisator adalah (ϕ ).
2.3 Larutan Optik Aktif
Zat yang dapat memutar bidang polarisasi yang disebut zat optik aktif atau
zat Polaroid, diantaranya adalah sodium sulfat, terpentil¸larutan gula, dan natrium
klorat. Dalam percobaan ini menggunakan larutan gula sebagai polaroidnya.
Larutan gula merupakan zat optik aktif yang dapat memutar bidang polarisasi
sehingga terjadi pergeseran sudut putar larutan ( ϕΔ ) pada bidang polarisasi.
Semakin besar nilai konsentrasi larutan gula (C) maka semakin besar juga nilai
sudut putar larutan (ϕ ) pada bidang polarisasi. Larutan gula tersebut mempunyai
komposisi gula dan air. Bahan untuk membuat larutan gula menggunakan gula
pasir dan air aquades. Proses pembuatannya dengan cara mengukur massa gula
dengan menggunakan timbangan digital dan mengukur volume air menggunakan
gelas ukur, kemudian gula tersebut di larutkan dengan air (gambar 2.10). Nilai
konsentrasi larutan gula dapat ditentukan dengan persamaan dibawah ini. [4]
C = (2.4)
Keterangan :
C = Konsentrasi larutan gula (gr/ml)
m = Massa gula (gr)
Vair = Volume air (ml)
Pada percobaan ini menggunakan beberapa larutan gula yang mempunyai
nilai konsentrasi larutan gula yang bervariasi. Untuk mendapatkan variasi nilai
konsentrasi larutan gula yaitu dengan mengubah atau memvariasikan massa gula
(m) tersebut dan masing masing gula yang mempunyai massa gula yang berbeda-
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
6 Universitas Indonesia
beda dilarutkan dengan air yang volume airnya (Vair) konstan. Dengan demikian
variasi nilai konsentrasi larutan gula digunakan pada percobaan untuk
mendapatkan data sudut putar larutan yang bervariasi sehingga didapatkan data
pergeseran sudut putar larutan yang bervariasi juga.
2.4 Perancangan Sistem Mekanik
Pada proses percobaan yang akan dilakukan dengan menggunakan
alat ukur ini yaitu, ketika sistem akan dijalankan untuk melakukan percobaan,
mula-mula masukkan larutan gula sebagai zat polaroidnya ke dalam tabung
larutan gula, dengan nilai konsentrasi larutan gula yang bervariasi. Komposisi
larutan gula terdiri dari gula yang dilarutkan dengan air. Pada saat tombol start di
tekan, maka sistem akan berjalan, cahaya dari lampu natrium akan memancarkan
cahaya lalu cahaya tersebut akan melewati polarisator, kemudian cahaya akan
terpolarisasi.
Blok diagram (gambar 3.1) ini merupakan simulasi dari cara kerja alat
ukur konsentrasi gula terlarut dengan polarimeter, dimana sistem ini
menggunakan motor servo sebagai penggerak ketika sensor cahaya OPT 101
mendeteksi intensitas cahaya untuk membentuk sudut putaran. Pada polarimeter
terdapat polarisator dan analisator. Polarisator adalah polaroid atau filter polarisasi
yang dapat mempolarisasi cahaya, sedangkan analisator adalah polaroid atau filter
polarisasi yang dapat menganalisa cahaya yang terpolarisasi yang telah melewati
larutan gula sebagai zat polaroidnya. Pada sistem kerja alat ini menggunakan
lampu natrium sebagai sumber cahaya, serta mikrokontroler sebagai pengontrol
sistem kerja alat tersebut.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
7 Universitas Indonesia
Gambar 2.3 Blok Diagram Sistem Alat Ukur Konsentrasi Gula.
Cahaya terpolarisasi tersebut akan melewati tabung yang berisi larutan
gula, Larutan gula tersebut sebagai zat optik atau zat polaroid yang dapat memutar
bidang polarisasi, dan larutan gula juga sebagai objek pengukuran. Kemudian
cahaya akan melewati analisator, dan cahaya tersebut akan dideteksi oleh sensor
cahaya OPT 101. Analisator tersebut berputar membentuk sudut putar larutan ( 1ϕ )
yang dibentuk oleh larutan gula pada bidang polarisasi, kemudian proses
berputarnya analisator yaitu menggunakan motor servo yang dihubungkan dengan
belt dan memutarnya secara otomatis diproses oleh mikrokontroler yang telah
diprogram.
Cara kerja motor servo memutar analisator secara otomatis yaitu ketika
sensor cahaya OPT 101 mendeteksi intensitas cahaya maka menghasilkan output
tegangan yang mempunyai nilai besaran tertentu, kemudian mikrokontroler yang
telah di program akan membaca nilai output dari sensor cahaya OPT 101
kemudian akan di konversi menjadi nilai ADC. Nilai ADC tersebut sebagai input
pulsa untuk motor servo, kemudian motor servo akan berputar dan analisator yang
dihubungkan dengan motor servo menggunakan belt akan ikut berputar juga.
Ketika analisator berhenti berputar maka motor servo tersebut akan membaca nilai
sudut putar larutan ( 1ϕ ) yang dibentuk oleh perputaran analisator, lalu nilai
tersebut akan ditampikan oleh LCD dan busur derajat yang dilengkapi dengan
jarum penunjuk nilai derajat. Nilai sudut putar larutan ( 1ϕ ) didapatkan ketika
sensor cahaya OPT 101 mendeteksi intensitas cahaya paling terang kemudian
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
8 Universitas Indonesia
dibaca oleh mikrokontroler sebagai nilai ADC paling tinggi, dan ketika sensor
cahaya OPT 101 mendeteksi intensitas cahaya paling terang maka mikrokontroler
yang telah diprogram akan memberi instruksi kepada analisator untuk berhenti
berputar secara otomatis.
Gambar 2.4 Disain Ukuran Perancangan Sistem Mekanik Alat.
3. METODE PENELITIAN
Polarimeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur
besarnya putaran optik pada bidang polarisasi yang dihasilkan oleh suatu zat yang
bersifat optik aktif yang terdapat dalam larutan dan dinamakan larutan optik aktif.
Polarimeter ini merupakan alat yang didesain khusus untuk mempolarisasi cahaya
oleh suatu larutan optik aktif. Larutan optik aktif adalah larutan yang dapat
memutar bidang polarisasi sehingga terjadi pergeseran sudut putar larutan pada
bidang polarisasi, larutan optik aktif pada percobaan polarimeter ini menggunakan
larutan gula seperti yang dijelaskan pada teori larutan optik aktif. Dalam alat ukur
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
9 Universitas Indonesia
polarimeter ini cahaya monokromatik yang dihasilkan dengan menggunakan
lampu natrium dimana warna lampu berwarna kuning dan alat ukur polarimeter
ini menggunakan sensor cahaya OPT 101 untuk mendeteksi intensitas cahaya.
Pada proses percobaan polarimeter, mula-mula sudut yang dibentuk saat
itu adalah 0ϕ , diantara analisator dan polarisator diletakkan tabung larutan yang
berisi larutan gula, sehingga sebelum cahaya akan melewati analisator, cahaya
yang terpolarisasi oleh polarisator tersebut akan melewati tabung berisi larutan
gula terlebih dahulu. Larutan gula tersebut sebagai larutan optik aktif yang akan
memutar bidang polarisasai. Kemudian analisator berputar membentuk sudut
putar larutan ( 1ϕ ) yang dibentuk oleh larutan gula pada bidang polarisasi. Jadi,
pergeseran sudut putar larutan ( ϕΔ ) pada bidang polarisasi, dapat ditentukan
dengan menggunakan persamaan dibawah ini. [4]
01 ϕϕϕ −=Δ (2.5)
Keterangan :
ϕΔ = Pergeseran sudut putar larutan (˚)
0ϕ = Sudut putar larutan mula – mula (˚)
1ϕ = Sudut putar larutan (˚)
Pada gambar dibawah ini (gambar 2.12) dijelaskan cara kerja alat ukur
polarimeter. Nilai pergeseran sudut putar larutan gula bergantung pada panjang
larutan dalam tabung (L), konsentrasi larutan gula (C) dan sudut putar jenis
larutan gula Dt][α pada bidang polarisasi. Persamaan matematis pergeseran sudut
putar larutan gula ( ϕΔ ) dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan
dibawah ini. [4]
=Δϕ LC Dt][α (2.6)
Keterangan :
ϕΔ = Pergeseran sudut putar larutan (˚)
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
10 Universitas Indonesia
L = Panjang larutan dalam tabung (cm)
C = Konsentrasi larutan gula (gr/ml)
Dt][α = Sudut putar jenis larutan gula (˚cm²/gr)
Gambar 2.12 Cara Kerja Alat Ukur Polarimeter. [9]
Secara teori, nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) adalah 66,5 ˚cm²/gr
dan nilai sudut putar jenis larutan gula menurut teori akan dibandingkan dengan
nilai sudut putar jenis larutan gula yang didapatkan dari percobaan dengan
menggunakan alat ukur polarimeter. Dengan melakukan analisa pada variasi nilai
pergeseran sudut putar larutan ( ϕΔ ) yang diperoleh, maka nilai sudut putar jenis
larutan gula ( Dt][α ) pada percobaan polarimeter ini dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan dibawah ini ini. [4]
Dt][α (2.7)
Setelah didapatkan data sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ), maka proses
selanjutnya yaitu menentukan nilai konsentrasi gula terlarut. Nilai konsentrasi
gula terlarut tersebut mula-mula belum diketahui, maka untuk menentukan nilai
konsentrasi gula terlarut pada alat ukur polarimeter ini yaitu dengan menggunakan
persamaan dibawah ini. [4]
C (2.8
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
11 Universitas Indonesia
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengambilan Data ADC
Pengambilan data tegangan pada fotodioda atau sensor cahaya OPT 101
pada sistem, ketika mendeteksi cahaya dengan menggunakan port ADC pada chip
ATmega 8535. ADC (Analog to Digital Conventer) adalah pengubah input analog
menjadi data digital. ADC pada chip Atmega 8535 memiliki resolusi 10 bit, yang
merupakan nilai ketelitian untuk hasil pengkonversian data ADC Resolusi ADC
menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Dengan resolusi sebesar ini maka
output yang dihasilkan merupakan 10 bit data digital. Sinyal input dinyatakan
dalam 1023 (2ⁿ -1) nilai diskrit dengan n merupakan jumlah bit data digital ADC.
Sehingga pembacaan untuk nilai ADC berkisar dari angka decimal 0-1023.
Resolusi sinyal analog pada chip ini adalah sebesar 5mV. Semakin besar resolusi
ADC maka semakin baik tingkat ketelitiannya.
4.1.4 Kontras Rendah (Low Contrast)
Gambar 4.8(b) menunjukan pada bagian Supra-Slice untuk target kontras
1% diameter terendah dapat dilihat sampai 3 mm, target contrast 0.5% diameter
terendah dilihat sampai 5 mm, dan target contrast 0.3% hanya dapat dilihat pada
diameter 15.0 mm. Pada sub-slice target kontras 1% untuk panjang 7 mm
diameter terendah dapat dilihat sampai 5 mm, panjang 5 mm diameter terendah
dapat dilihat sampai 5 mm, dan panjang 3 mm dapat dilihat 5 mm. Perhitungan
kontras dan diameter diperoleh dengan persamaan 3.2 dapat dilihat pada Tabel
4.3. Untuk Gambar 4.6(a) tidak dapat dianalisa karena keterbatasan kualitas hasil
citra.
1023×⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=VrefVinADCData (4.1)
Keterangan :
Data ADC = Nilai register output ADC.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
12 Universitas Indonesia
Vin = Tegangan input.
Vref = Tegangan referensi (VCC = 5 Volt DC).
Tabel 4.1 Data ADC.
Tegangan (V) ADC
0.5 109
1.0 214
1.5 309
2.0 411
2.5 521
3.0 622
3.5 727
4.0 823
4.5 930
Grafik 4.1 Data ADC.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
13 Universitas Indonesia
4.2 Menentukan Nilai Sudut Putar Jenis Larutan Gula
4.2.1 Pengambilan Data Percobaan Ke-1
Tabel 4.2. Data Sudut Putar Percobaan Ke-1
No. M (gr) V (ml) C (gr/ml) φ ˚ φ ˚ Δφ˚
1 3 100 0.03 0 3 3
2 6 100 0.06 0 4 4
3 9 100 0.09 0 7 7
4 12 100 0.12 0 8 8
5 15 100 0.15 0 16 16
6 18 100 0.18 0 28 28
Dengan didapatkan data variasi nilai pergeseran sudut putar larutan pada
percobaa ke-1 ini (tabel 4.2), maka data tersebut kemudian akan di analisa untuk
mencari nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) pada percobaan ke-1.
Tabel 4.3. Perhitungan Data Sudut Putar Percobaan Ke-1
No. C (gr/ml) Δφ˚
X² XY X Y
1 0.03 3 0.0009 0.09
2 0.06 4 0.0036 0.24
3 0.09 7 0.0081 0.63
4 0.12 8 0.0144 0.96
5 0.15 16 0.0225 2.40
6 0.18 28 0.0324 5.04
Σ 0.63 66 0.0819 9.36
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
14 Universitas Indonesia
Data pada tabel 4.3 tersebut dapat digambarkan pada grafik data percobaan
ke-1 dibawah ini (grafik 4.2). Pada pengolahan data percobaan ke-1 seperti pada
tabel 4.3 maka akan didapatkan nilai (Σx)² = 0,3969. Kemudian data tersebut
dapat di gambarkan pada grafik data percobaan ke-1 (gambar 4.2). Analisa data
percobaan ke-1 ini yaitu ketika nilai konsentrasi larutan gula ditambahkan dari
konsentrasi larutan gula sebelumnya, maka sudut putar yang dihasilkan akan lebih
besar nilainya dari sudut putar sebelumnya.
Grafik 4.2 Data Percobaan ke-1.
Setelah perhitungan pada data percobaan ke-1 dilakukan, maka didapatkan
variasi data pergeseran sudut putar larutan gula dan data konsentrasi larutan gula.
Data tersebut digunakan untuk menentukan nilai sudut putar jenis larutan gula
dengan melakukan analisa perhitungan pada data tersebut.
Dengan menggunakan persamaan 4.3 dan persamaan 4.4 pada perhitungan
dengan metode least square, maka didapatkan dari hasil perhitungan tersebut nilai
a sebesar 382, 80 dan nilai b sebesar 1542,85. Kemudian dengan menggunakan
persamaan 4.5, maka didapatkan nilai sudut putar jenis larutan gula Dt][α sebesar
77,1 ˚cm²/gr.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
15 Universitas Indonesia
4.2.2 Pengambilan Data Percobaan Ke-2
Tabel 4.4. Data Sudut Putar Percobaan Ke-2.
No. M (gr) V (ml) C (gr/ml) φ ˚ φ ˚ Δφ˚
1 5 100 0.05 1 3 2
2 10 100 0.10 1 4 3
3 15 100 0.15 1 8 7
4 20 100 0.20 1 11 10
5 25 100 0.25 1 34 33
6 30 100 0.30 1 36 35
7 35 100 0.35 1 43 42
Dengan didapatkan data variasi nilai pergeseran sudut putar larutan pada
percobaa ke-2 ini (tabel 4.4), maka data tersebut kemudian akan di analisa untuk
mencari nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) pada percobaan ke-2.
Tabel 4.5. Perhitungan Data Sudut Putar Percobaan Ke-2.
No. C (gr/ml) Δφ˚
X² XY X Y
1 0.05 2 0.0025 0.10
2 0.10 3 0.0100 0.30
3 0.15 7 0.0225 1.05
4 0.20 10 0.0400 2.00
5 0.25 33 0.0625 8.25
6 0.30 35 0.0900 10.50
7 0.35 42 0.1225 14.70
Σ 1.40 132 0.3500 36.90
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
16 Universitas Indonesia
Data pada tabel 4.5 tersebut dapat di gambarkan pada grafik data
percobaan ke-2 seperti di bawah ini (grafik 4.3). Pada pengolahan data percobaan
ke-2 seperti pada tabel 4.5 maka akan didapatkan nilai (Σx)² = 1.96. Analisa data
percobaan ke-2 ini sama seperti percobaan sebelumnya (percobaan ke-1) yaitu
ketika nilai konsentrasi larutan gula ditambahkan dari konsentrasi larutan gula
sebelumnya, maka sudut putar yang dihasilkan akan lebih besar nilainya dari
sudut putar sebelumnya. Jadi, semakin besar nilai konsentrasi larutan gula (C)
maka semakin besar juga nilai sudut putar larutan (ϕ ) pada bidang polarisasi.
Grafik 4.3 Data Percobaan ke-2.
Setelah perhitungan pada data percobaan ke-2 dilakukan, maka didapatkan
variasi data pergeseran sudut putar larutan gula dan data konsentrasi larutan gula.
Data tersebut digunakan untuk menentukan nilai sudut putar jenis larutan gula
dengan melakukan analisa perhitungan pada data tersebut.
Dengan menggunakan persamaan 4.3 dan persamaan 4.4 pada perhitungan
dengan metode least square, maka didapatkan dari hasil perhitungan tersebut nilai
a sebesar 282,85 dan nilai b sebesar 1439,78. Kemudian dengan menggunakan
persamaan 4.5, maka didapatkan nilai sudut putar jenis larutan gula Dt][α sebesar
71,9 ˚cm²/gr.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
17 Universitas Indonesia
4.2.3 Pengambilan Data Percobaan Ke-3
Tabel 4.6. Data Sudut Putar Percobaan Ke-3.
No. M (gr) V (ml) C (gr/ml) φ ˚ φ ˚ Δφ˚
1 3 100 0.03 0 4 4
2 6 100 0.06 0 6 6
3 9 100 0.09 0 8 8
4 12 100 0.12 0 12 12
5 15 100 0.15 0 14 14
6 18 100 0.18 0 21 21
7 21 100 0.21 0 27 27
Dengan didapatkan data variasi nilai pergeseran sudut putar larutan pada
percobaa ke-3 ini (tabel 4.6), maka data tersebut kemudian akan di analisa untuk
mencari nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) pada percobaan ke-3.
Tabel 4.7. Perhitungan Data Sudut Putar Percobaan Ke-3.
No. C (gr/ml) Δφ˚
X² XY X Y
1 0.03 4 0.0009 0.12
2 0.06 6 0.0036 0.36
3 0.09 8 0.0081 0.72
4 0.12 12 0.0144 1.44
5 0.15 14 0.0225 2.10
6 0.18 21 0.0324 3.78
7 0.21 27 0.0441 5.67
Σ 0.84 92 0.1260 14.19
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
18 Universitas Indonesia
Data pada tabel 4.7 tersebut dapat di gambarkan pada dari grafik data
percobaan ke-3 seperti dibawah ini (grafik 4.4). Pada pengolahan data percobaan
ke-3 seperti pada tabel 4.7 maka akan didapatkan nilai (Σx)² = 0.7056. Analisa
data percobaan ke-3 ini sama seperti percobaan sebelumnya (percobaan ke-1 dan
percobaan ke-2) yaitu ketika nilai konsentrasi larutan gula ditambahkan dari
konsentrasi larutan gula sebelumnya, maka sudut putar yang dihasilkan akan lebih
besar nilainya dari sudut putar sebelumnya. Jadi, semakin besar nilai konsentrasi
larutan gula (C) maka semakin besar juga nilai sudut putar larutan (ϕ ) pada
bidang polarisasi.
Grafik 4.4 Data Percobaan ke-3.
Setelah perhitungan pada data percobaan ke-3 dilakukan, maka didapatkan
variasi data pergeseran sudut putar larutan gula dan data konsentrasi larutan gula.
Data tersebut digunakan untuk menentukan nilai sudut putar jenis larutan gula
dengan melakukan analisa perhitungan pada data tersebut.
Dengan menggunakan persamaan 4.3 dan persamaan 4.4 pada perhitungan
dengan metode least square, maka didapatkan dari hasil perhitungan tersebut nilai
a sebesar 106,39 dan nilai b sebesar 1255,83. Kemudian dengan menggunakan
persamaan 4.5, maka didapatkan nilai sudut putar jenis larutan gula Dt][α sebesar
62,79 ˚cm²/gr.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
19 Universitas Indonesia
4.2.4 Pengambilan Data Percobaan Ke-4
Tabel 4.8. Data Sudut Putar Percobaan Ke-4.
No. M (gr) V (ml) C (gr/ml) φ ˚ φ ˚ Δφ˚
1 5 100 0.05 2 3 1
2 10 100 0.10 2 4 2
3 15 100 0.15 2 6 4
4 20 100 0.20 2 9 7
5 25 100 0.25 2 14 12
6 30 100 0.30 2 16 14
7 35 100 0.35 2 19 17
Dengan didapatkan data variasi nilai pergeseran sudut putar larutan pada
percobaa ke-4 ini (tabel 4.8), maka data tersebut kemudian akan di analisa untuk
mencari nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) pada percobaan ke-4.
Tabel 4.9. Perhitungan Data Sudut Putar Percobaan Ke-4.
No. C (gr/ml) Δφ˚
X² XY X Y
1 0.05 1 0.0025 0.10
2 0.10 2 0.010 0.20
3 0.15 4 0.0225 0.60
4 0.20 7 0.040 1.40
5 0.25 12 0.0625 3.00
6 0.30 14 0.090 4.20
7 0.35 17 0.1225 5.95
Σ 1.40 57 0.3500 15.45
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
20 Universitas Indonesia
Data pada tabel 4.9 tersebut dapat di gambarkan pada dari grafik data
percobaan ke-4 seperti di bawah ini (grafik 4.5). Pada pengolahan data percobaan
ke-3 seperti pada tabel 4.7 maka akan didapatkan nilai (Σx)² = 1.96. Analisa data
percobaan ke-3 ini sama seperti percobaan sebelumnya (percobaan ke-1,
percobaan ke-2, dan percobaan ke-3) yaitu ketika nilai konsentrasi larutan gula
ditambahkan dari konsentrasi larutan gula sebelumnya, maka sudut putar yang
dihasilkan akan lebih besar nilainya dari sudut putar sebelumnya. Jadi, semakin
besar nilai konsentrasi larutan gula (C) maka semakin besar juga nilai sudut putar
larutan (ϕ ) pada bidang polarisasi.
Grafik 4.5 Data Percobaan ke-4.
Setelah perhitungan pada data percobaan ke-4 dilakukan, maka didapatkan
variasi data pergeseran sudut putar larutan gula dan data konsentrasi larutan gula.
Data tersebut digunakan untuk menentukan nilai sudut putar jenis larutan gula
dengan melakukan analisa perhitungan pada data tersebut.
Dengan menggunakan persamaan 4.3 dan persamaan 4.4 pada perhitungan
dengan metode least square, maka didapatkan dari hasil perhitungan tersebut nilai
a sebesar 112.14 dan nilai b sebesar 1182,47. Kemudian dengan menggunakan
persamaan 4.5, maka didapatkan nilai sudut putar jenis larutan gula Dt][α sebesar
59.13 ˚cm²/gr.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
21 Universitas Indonesia
4.5 Menentukan Nilai Konsentrasi Gula Terlarut
4.5.1 Pengambilan Data Percobaan ke-1
Proses pengambilan data percobaan ke-1 yaitu mengukur nilai konsentrasi
gula terlarut kemudian membandingkan data konsentrasi hasil percobaan dengan
data konsentrasi riil. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) dari hasil
percobaan sebelumnya yang digunakan untuk percobaan ke-1 ini yaitu sebesar
62,79 ˚cm²/gr. dan menggunakan persamaan 2.8 untuk menentukan perhitungan
nilai konsentrasi gula terlarut. Data perbandingan nilai konsentrasi gula terlarut
(konsentrasi riil) dengan nilai konsentrasi gula terlarut dari hasil percobaan pada
tabel dibawah ini.
Tabel 4.9. Data Perbandingan Nilai Konsentrasi Gula Terlarut.
Konsentrasi Gula Riil Konsentrasi Gula Hasil Percobaan
No M (gr) V (ml) C (gr/ml) φₒ˚ φ₁˚ Δφ˚ C (gr/ml)
1 4 100 0,04 0 3 3 2
2 6 100 0,06 0 7 7 5
3 8 100 0,08 0 4 4 3
4 10 100 0,10 0 9 9 7
5 12 100 0,12 0 8 8 6
6 15 100 0,15 0 9 9 7
7 18 100 0,18 0 7 7 5
8 20 100 0,20 0 8 8 6
Dari tabel data hasil percobaan diatas (tabel 4.9), didapatkan data
konsentrasi gula terlarut hasil percobaan, data tersebut kemudian di bandingkan
dengan konsentrasi gula riil. Dari hasil percobaan berikut, dapat dilakukan
percobaan berikutnya untuk mengukur konsentrasi gula terlarut, dan dari hasilnya
dapat di tentukan nilai kesalahan literatur dari hasil pengukuran dan nilai standar
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
22 Universitas Indonesia
deviasi. Nilai tersebut untuk mengetahui ketelitian pada percobaan dengan
menggunakan alat ukur polarimeter.
4.5.2 Pengambilan Data Percobaan ke-2
Setelah melakukan percobaan ke-1 untuk mengukur nilai konsentrasi gula
terlarut, maka selanjutnya dilakukan pengukuran ke-2 untuk menentukan nilai
perhitungan kesalahan literatur dan standar deviasi dengan menggunakan nilai
sudut putar jenis larutan gula. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α )yang
digunakan pada percobaan ke-2 sama dengan percobaan ke-1 yaitu 62,79 ˚cm²/gr.
Proses pengambilan data percobaan ke-2 ini yaitu dengan prosedur yang sama,
mula-mula dengan menggunakan sampel larutan gula (konsentrasi riil) seakan-
akan sampel larutan gula tersebut belum diketahui nilai konsentrasinya. Kemudian
mengukur nilai pergeseran sudut putar larutan gula, setelah diketahui nilai
pergeseran sudut putar larutan gula, kemudian mengukur nilai konsentrasi gula
terlarut. Percobaan ke-2 ini dilakukan 8 kali pengukuran, untuk menentukan nilai
kesalahan literatur dan standar deviasi setelah dibandingkan nilai konsentrasi gula
(konsentrasi riil) dengan nilai konsentrasi gula terlarut hasil pengukuran. Dari
nilai kesalahan litertur dan nilai standar deviasi dapat diketahui ketelitian pada
percobaan dengan alat ukur polarimeter.
Data pengukuran nilai pergeseran sudut putar larutan gula dengan
menggunakan konsentrasi gula riil dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
23 Universitas Indonesia
Tabel 4.10 Data Pengukuran Nilai Pergeseran Sudut Putar Larutan Gula.
Setelah didapatkan data pengukuran nilai pergeseran sudut putar larutan
gula, maka dapat di tentukan nilai konsentrasi gula terlarut. Dalam pengukuran
untuk menentukan nilai konsentrasi gula terlarut ini dilakukan 8 kali pengukuran
dan dari data tersebut dilakukan perhitungan untuk menghitung nilai rata-rata
konsentrasi gula terlarut. Nilai rata-rata konsentrasi gula terlarut ini digunakan
untuk perhitungan dalam menentukan kesalahan literatur dan standar deviasi. Data
pengukuran konsentrasi gula terlarut dapa dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.11 Data Pengukuran Konsentrasi Gula Terlarut.
Konsentrasi Gula Riil Data Pengukuran Konsentrasi Gula Terlarut
C (gr/ml) Nilai Rata-rata
No. M (gr) V (ml) C (gr/ml) 1 2 3 4 5 6 7 8 C (gr/ml)
1 4 100 0,04 0 4,8 6,1 8,2 7,2 2,4 0 8,2 5,0
2 6 100 0,06 2,4 0 3,2 9,6 0 6,4 2,4 1,6 5,0
3 8 100 0,08 4,0 1,6 5,7 0 9,6 8.0 3,2 4.0 5,0
4 10 100 0,10 8,2 2,4 5,7 4,8 6,4 0 8,0 4,1 4,0
5 12 100 0,12 6,4 7,6 0 7,6 3,2 2,9 0,1 4,8 5,0
6 15 100 0,15 8,2 5,7 2,9 3,2 1,6 8.0 6,4 1,6 5,0
7 18 100 0,18 5,7 0 4,0 1,6 3,2 4.0 8,2 5,7 4,0
8 20 100 0,20 0 8,2 6,4 8,0 3,2 5,7 8,2 8,2 6,0
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
24 Universitas Indonesia
Kemudian setelah didapatkan nilai konsentrasi gula terlarut, dilakukan
perhitungan untuk menentukan kesalahan luteratur dan standar deviasi. Data hasil
perhitungan tersebut dapat dilihat pada berikut.
Tabel 4.12 Data Perhitungan kesalahan literatur dan standar deviasi.
Konsentrasi Riil Data Perhitungan
Kesalahan Literatur Standar Deviasi
No M
(gr) V
(ml) C (gr/ml)
1 4 100 0,04 25% 0,37
2 6 100 0,06 16% 0,37
3 8 100 0,08 52% 1,51
4 10 100 0,10 42% 1,89
5 12 100 0,12 50% 2,64
6 15 100 0,15 53% 3,77
7 18 100 0,18 58% 5,29
8 20 100 0,20 62% 6,04
Pada data perhitungan kesalahan literatur dan standar deviasi (tabel 4.12),
maka dapat ditentuakn ketelitian pada pengukuran dengan alat ukur polarimeter
ini. Ketelitian pada pengukuran dengan alat ukur polarimeter ini masih kurang
sempurna, karena terdapat nilai yang tinggi pada kesalahan literatur. Nilai yang
tinggi pada kesalahan literatur mungkin disebabkan beberapa faktor, yaitu
panasnya lampu natrium ketika lampu natrium dinyalakan terlalu lama pada
proses pengukruan dan lampu natrium tersebut menyebabkan terganggunya proses
sumber pencahayaan pada alat ukur polarimeter dan kurang bersihnya tabung
larutan gula ketika penggantian larutan gula pada pengukuran konsentrasi larutan
berikutnya.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
25 Universitas Indonesia
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari Pengamatan yang dilakukan, maka penulis mempunyai beberapa
kesimpulan diantaranya :
1. Nilai konsentrasi larutan gula berbanding lurus dengan nilai sudut putar larutan
yang terukur.
2. Dari Grafik hubungan nilai konsentrasi larutan gula dan sudut putar larutan
gula, bahwa Semakin besar nilai konsentrasi larutan gula (C) maka semakin
besar juga nilai sudut putar larutan (ϕ ) pada bidang polarisasi.
3. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) yang didapatkan pada percobaan
ke-1 sebesar 77,1 ˚cm²/gr.
4. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) yang didapatkan pada percobaan
ke-2 sebesar 71,9 ˚cm²/gr.
5. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) yang didapatkan pada percobaan
ke-3 sebesar 62,79 ˚cm²/gr.
6. Nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α )yang didapatkan pada percobaan
ke-4 sebesar 59.13 ˚cm²/gr.
7. Secara teori nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) sebesar 66,5 ˚cm²/gr.
Dan nilai sudut putar yang digunakan untuk menentukan konsentrasi gula
terlarut menggunakan nilai pada percobaan ke-3 sebesar 62,79 ˚cm²/gr, karena
nilai tersebut mendekati dari nilai sudut putar jenis larutan gula ( Dt][α ) secara
teori.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
26 Universitas Indonesia
5.2 Saran
Dalam melakukan pengujian ini, ternyata alat ukur polarimeter ini masih belum maksimal atau sempurna. Berikut ini merupakan beberapa saran untuk penyempurnaan dalam pembuatan dan penygujian selanjutnya.
1. Memperhatikan kondisi lampu natrium ketika sedang pengukuran agar tidak
menggangu sumber pencahayaan.
2. Pada alat ukur polarimeter ini agar ditambahkan komponen yaitu kolimator
untuk filter atau penyaring langsung dari lampu natrium.
DAFTAR ACUAN
[1] Jenkins, Francis A dan Harvey E White. 1981. Fundamentals of Optics.
Singapura : Mc Graw–Hill Book Co. (495-507).
[2] Tippler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik, jilid 2 (terjemahan).
Jakarta : Erlangga. (422-467).
[3] Sarojo, Ganijanti Abi. 1981. Seri Fisika Dasar ; Gelombang dan Optika, Edisi
ketiga. Jakarta ; Jurusan Fisika FIPIA Universitas Indonesia. (93-187).
[4] Khanafiyah, Siti. 2010. Modul Mata Kuliah Optika. Semarang: Jurusan Fisika
FMIPA Unnes. (3-7).
[5] Sears, Francis wetson. 1949. Optics, Third Edition. Addison-wesley
Publishing Company, Inc. (322-347).
[6] Halliday, D dan Resnick, R.1984. Fisika Jilid 2, Edisi ketiga. Jakarta:
Penerjemah Pantur Silaban Ph.D dan Drs. Erwin Sucipto. Erlangga (446-478).
[7] http://www.parallax.com/sensor/datasheet/standar-servo.pdf, dibuka pada
tanggal 11 Oktober 2012 Pukul 11.27 WIB.
[8] http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/glossary/index_e.php?id=3104, dibuka pada
tanggal 11 Oktober 2012 pukul 9.23 WIB.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012
27 Universitas Indonesia
[9] http://mathworld.wolfram.com/LeastSquaresFitting.html dibuka pada tanggal
12 Oktober 2012 pukul 17.27 WIB.
[10] http://www.physicsclassroom.com/index/class/light/u12l1e.cfm, dibuka pada
tanggal 12 Oktober 2012 pukul 17.32 WIB.
[11] http://www.pasco.com/index/download/OpticsExperiments.pdf, dibuka pada
tanggal 12 Oktober 2012 pukul 17.35 WIB.
[12] http://alldatasheet.com dibuka pada tanggal 12 Oktober 2012 pukul 17.42
WIB.
Rancang bangun..., Jonathan Prabowo, FMIPA UI, 2012