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