Efek Faraday

EFEK FARADAY : MENENTUKAN KONSTANTA VERDET Erni Yulianti (140310140042), Tina Widuri (140310140013), M. Adam Alfath (140310140052) Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran Jumat, 2 Juni 2016 Asisten: M. Afghan Fadillah R. Abstrak Efek Faraday merupakan suatu peristiwa yang terjadi apabila suatu bahan optik aktif (kaca flinta) ditempatkan pada suatu medan magnet kuat kemudian ditransmisikan cahaya pada arah medan tersebut sehingga arah polarisasinya diputar dengan sudut β .  Dengan  melakukan  praktikum  Efek Faraday kita dapat mengamati rotasi bidang polarisasi cahaya monokromatik ketika melalui media kaca  flinta  dalam  medan  magnet  serta  dapa  menentukan  konstanta  verdet  dan  ketergantungannya terhadap panjang gelombang. Pada kumparan timbul medan magnet setelah dialiri arus listrik. Hal ini dapat terjadi karena sumber dari magnet adalah arus litrik atau dalam persamaan ditulis sebagai B=μ0I. Semakin besar arus listrik yang dialirkan pada kumparan maka medan magnet yang hasilkan pun semakin besar. Sudut putar ɸ bidang polarisasi sebanding dengan kerapatan fluks magnet B dan panjang medium L yang dilalui cahaya. Namun, hasil percobaan dari praktikum ini menunjukkan sebaliknya karena beberapa keslahan yang terjadi ketika melakukan percobaan .  Konstanta verdet literatur yaitu 930,48 0/Tm sedangkan konstanta Verdet hasil percobaan menunjukkan skala hingga 40.000 an. Kata kunci: zat optik aktif, medan magnet, polarisasi, sudut rotasi, konstanta verdet..

1. Pendahuluan Efek   Faraday   atau   biasa   juga   disebut   dengan Rotasi   Faraday   merupakan   peristiwa   aktivitas   optis, yaitu   terputarnya   bidang   polarisasi   cahaya   dalam pengaruh   bidang   magnet   luar.   Aktivitas   optik   ini mempunyai ketergantungan pada berbagai parameter seperti   panjang   gelombang   cahaya   yang   melewati bahan, suhu bahan, struktur molekul, cacah molekul yang dilewati cahaya, pelarut dan konsentrasi larutan. Pada praktikum ini parameter yang digunakan yaitu panjang   gelombang   cahaya     dengan   filter monokromatik   kuning   dan   bahan   yang   digunakan yaitu   kaca   flinta.   Efek   Faraday   penting   untuk dipelajari   karena   banyak   penelitian   yang   berkaitan dengan   Efek   Faraday   ini   seperti   penentuan karakteristik senyawa karbon, isolator optik dan lain sebagainya.   Dengan   melakukan   praktikum   Efek Faraday kita dapat mengamati rotasi bidang polarisasi cahaya monokromatik ketika melalui Media   kaca   flinta   dalam   medan   magnet   serta   dapa menentukan konstanta verdet dan ketergantungannya terhadap anjang gelombang.

2. Teori Dasar 2.1 Polarisasi Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh

gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. Jadi, syarat polarisasi, yaitu gelombangnya harus memiliki arah osilasi yang tegak lurus terhadap arah rambatnya. Ada beberapa penyebab terjadinya polarisasi diantaranya yaitu, polarisasi karena pemantulan, polarisasi karena pemantulan dan pembiasan, polarisasi karena bias kembar (pembiasan ganda), polarisasi karena absorbs, polarisasi karena hamburan, dan pemutaran bidang polarisasi. [1] 2.2 Zat Optik Aktif Bahan dikatakan memiliki sifat optik aktif apabila cahaya yang melewati suatu bahan akan mengalami perputaran bidang getar. Bila cahaya terpolarisasi linier jatuh pada bahan optik aktif maka cahaya yang keluar bahan akan tetap terpolarisasi linier, arah bidang getar berputar terhadap arah bidang getar semula. Ada dua macam optik aktif, yaitu optik aktif kanan dan optik aktif kiri. Optik aktif kanan jika cahaya yang melalui suatu bahan mengalami perputaran bidang polarisasi searah jarum jam. [1] Zat optik aktif memiliki atom pusat asimetris yang disebut dnegan molekul kiral. Molekul kiral adalah molekul yang mempunyai bayangan cermin tidak superimposabel (tidak dapat bertumpukan). Berikut contoh kiralitas dari suatu senyawa : COOH COOH

H

C

R

R

C

H

NH2 NH2 2.3 Efek Faraday Cahaya mengalami sifat-sifat khusus dalam proses perambatannya antara lain interferensi, difraksi, dispersi, absorbsi, hamburan, dan polarisasi. Selain itu cahaya juga mengalami efek-efek elektromagnetik apabila dilewatkan dalam medan magnet dan medan listrik seperti efek magneto-optik. [2]

Efek magneto-optik (magneto-optic effect) yaitu perilaku cahaya yang melewati suatu bahan dipengaruhi oleh adanya medan magnet kuat. Efek magneto- optik pertama kali dipelajari oleh Michael Faraday pada tahun 1845 yang menunjukan bahwa ketika cahaya terpolarisasi melewati sepotong kaca yang diletakkan dalam medan magnet, bidang polarisasi cahaya yang diteruskan berputar. Efek ini dikenal dengan Efek Faraday. Efek Faraday merupakan suatu peristiwa yang terjadi apabila suatu bahan optik aktif ditempatkan pada suatu medan magnet kuat kemudian ditransmisikan cahaya pada arah medan tersebut sehingga arah polarisasinya diputar dengan sudut β. Sudut rotasi sebanding dengan medan magnet B dan panjang d dari medium yang dilalui dimana cahaya ditransmisikan. Efek Faraday yang terjadi pada zat cair dan gas sama seperti yang terjadi pada zat padat. Hubungan antara sudut polarisasi rotasi dan medan magnet dalam bahan diamagnetik adalah: β=BVd

(1)

Keterangan : β : sudut rotasi (0) B : Densitas fluks magnetik ke arah propagasi (T) d : panjang medium (m) V : Konstanta Verdet

Gambar 1. Peristiwa polarisasi Efek Faraday (Mancuso S. dan Spangler S. R, 2000) 2.4 Konstanta Verdet Konstanta   Verdet   merupakan   konstanta   optik yang menyatakan kekuatan dari  efek Faraday untuk material khusus yang bervariasi untuk masing­masing bahan dan berubah­ubah dengan panjang gelombang cahaya   λ.   Pada   efek   Faraday,   medan   magnet mengubah   simetri   pembiasan   cahaya   sebelah   kanan dan kiri lingkaran polarisasi cahaya. Hubungan antara

konstanta Verdet dan panjang gelombang bergantung sifat kritis bahan.[3]   Dari   persamaan   (1)   di   atas,   maka   dapat ditentukan konstanta verdet sebagai berikut : (2) Jika digambarkan grafik hubungan antara perputaran sudut polarisasi β sebagai fungsi dari medan magnet B, maka dapat diperoleh kemiringan atau gradient yang selanjutnya dapat digunakan untuk menghitung konstanta Verdet. [1]

3. Metode Penelitian Pada praktikum ini disusun alat percobaan seperti  berikut.

        Gambar 2. Susunan Peralatan Efek Faraday Ada dua prosedur yang dilakukan dalam praktikum ini, yaitu mengkalibrasi medan magnet dan mengamati rotasi bidang polarisasi. Pada pengkalibrasian medan magnet, susunan peralatan Efek Faraday dipasang tanpa menggunakan kaca flinta, namun di tengah-tengah kumparan dipasang sensor yang disambungkan ke Teslameter utnuk mengetahui besar medan magnet pada area tersebut. Adapun keberadaan medan magnet tersebut karena kumparan dialiri oleh arus listrik. Ketika dialiri arus listrik maka akan timbul medan magnet, dimana besar medan magnet tersebut dapat dilihat di tesla meter. Prosedur selanjutnya yaitu, mengamati rotasi bidang polarisasi sebagia fungsi dari medan magnet B. Pada percobaan ini, praktikan memasang kaca flinta sebagia zat optik aktif di tengah-atas kumparan. Adapun filter monokromatis yang digunakan yaitu filter kuning agak ke-orange-an yang memiliki panjang gelombang sebesar 595 nm. Pada percobaan ini praktikan melihat bagaimana pengaruh medan magnet terhadap sudut rotasi bidang polarisasi sehingga perlu dilakukan pengaturan medan magnet, dimana pengaturan medan magnet ini yaitu dengan mengatur arus yang diberikan pada kumparan seperti yang telah dikalibrasikan pada prosedur pertama. Pada percobaan ini polarizer dan analizer diatur posisinya, dimana anlaizer ditempatkan pada posisi 00, begitupun pada polarizer. Namun, polarizer ini kemudian diputar hingga diperoleh intensitas minimum pada layar kemudian dicatat posisi dari polarizer tersebut. Kemudian, polarizer tersebut dikembalikan ke posisi 00 dan diputar kembali hingga

diperoleh intensitas maksimum pada layar serta dicatat posisi dari polarizer tersebut. Kedua prosedur ini dilakukan 10 kali, yaitu dari arus litrik berskala 0.5 A hingga 5 A dengan perubahan kenaikan kelipatan 0.5.

4. Hasil dan Pembahasan Setelah dilakukan percobaan maka dipeoleh hasil sebgai berikut. Tabel 1. Mengkalibrasi Medan Magnet

Grafik 1. Hubungan Fluks Magnet terhadap Arus  Listrik

Tabel 2. Menentukan Konstanta Verdet

Grafik 2.  Hubungan Sudut Rotasi terhadap Fluks  Magnet

persamaan ditulis sebagai B=μ0I. Semakin besar arus listrik yang dialirkan pada kumparan maka medan magnet yang hasilkan pun semakin besar. Artinya, medan magnet berbanding lurus dengan arus listrik atau linier. Hubungan linier antara arus listrik dan medan magnet ini dapat dilihat pula pada grafik hubungan medan magnet terhadap arus listrik, dimana kurvanya berbentuk linier dengan persamaan garis y= 0.0135x+0.0007. Persamaan garis inilah yang digunakan untuk kalibrasi medan magnet pada percobaan selanjutnya karena pada percobaan kedua, data yang akan didapatkan hanyalah arus listrik sehingga perlu dilakukan kalibrasi medan magnet pada setiap nilai arus. Kumparan menghasilkan medan magnet ketika dialiri arus listrik. Pada percobaan kedua, yaitu mengamati rotasi bidang polarisasi. Zat optik aktif yang digunakan pada percobaan ini yaitu kaca flinta, dimana kaca flinta ini memiliki molekul asimetris atau kiral sehingga dia memiliki sudut putar yang akan berputar ketika diberikan atau dilewati sinar. Adapun sinar monokromatik yang digunakan pada percobaan ini yaitu sinar kuning dengan panjang gelombang 595 nm. Berdasarkan data yang didapatkan, semakin besar medan magnet pada kumparan maka sudut putarnya semakin menurun. Hal ini dapat dilihat pula pada grafik sudut rotasi tehadap fluks magnet, dimana kurvanya berupa garis linier miring ke kiri. Artinya, sudut putar yang dihasilkan pada percobaan ini berbanding terbalik dengan medan magnet, dimana seharusnya semakin besar medan magnet semakin besar pula sudut putarnya. Hal ini dapat dilihat dari persamaan β= BVd, dimana sudut rotasi β sebanding dengan medan magnet B. Kesalahan ini pula berdampak pada kontanta verdet yang ditentukan, dimana konstanta verdet literatur yaitu 930,48 0/Tm sedangkan konstanta Verdet hasil percobaan menunjukkan skala hingga 40.000 an. Perbedaan yang sangat signifikan ini dapat dilihat juga dari KSR yang begitu besar. Ketidaksesuaian hasil percobaan dengan teori ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya yaitu kesalahan dalam melakukan proedur percobaan dan kurang telitinya praktikan dalam melakukan pengamatan ketika melakukan percobaan.

5. Kesimpulan Adapun keismpulan dari praktikum ini yaitu sebgaia berikut : 1.

Berdasrakan hasil percobaan pada kalibrasi medan magnet, pada kumparan timbul medan magnet setelah dialiri arus listrik. Hal ini dapat terjadi karena sumber dari magnet adalah arus litrik atau dalam

Medan magnet sebanding dengan arus listrik, semakin besar arus listrik yang diberikan pada kumparan maka akan semakin besar pula medan magnetnya. Adapun persamaan linier dari hubungan medan magnet terhadap arus listrik pada praktikum ini yaitu y=0.0135x+0.0007

2.

Sudut putar ɸ bidang polarisasi sebanding dengan kerapatan fluks magnet B dan panjang medium L yang dilalui cahaya. Namun, hasil percobaan dari praktikum ini menunjukkan sebaliknya karena beberapa keslahan yang terjadi ketika melakukan percobaan.

Daftar Acuan [1] Sugiyarni, Anik. 2010. Penentuan Konsentrasi Glukosa dalam Gula Pasir Menggunakan [2] LD Diadatic Gmblt. Determaining Verdet’s Constant for Glass as a function of the wavelength. Federal Republic of Germany Technical Alterations Reserved (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.20 WIB) [3] Spears, Thomas G. 2003. The Verdet Constant of Light Flint Glass. Physics Departement, The College of wooster, Wooster, Ohio. Physics. Wooster.edu/JrIs/Files/Spears.pdf (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.04 WIB)

Metode Efek Faraday. www.perpustakaan.uns.ac.id (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.04 WIB) [2] LD Diadatic Gmblt. Determaining Verdet’s Constant for Glass as a function of the wavelength. Federal Republic of Germany Technical Alterations Reserved (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.20 WIB) [3] Spears, Thomas G. 2003. The Verdet Constant of Light Flint Glass. Physics Departement, The College of wooster, Wooster, Ohio. Physics. Wooster.edu/JrIs/Files/Spears.pdf (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.04 WIB)

[3] Spears, Thomas G. 2003. The Verdet Constant of Light Flint Glass. Physics Departement, The College of wooster, Wooster, Ohio. Physics. Wooster.edu/JrIs/Files/Spears.pdf (Diakses pada 3 Oktober 2016 pukul 13.04 WIB)