## PENDAHULUAN
Suatu    fenomena  alam  yang  tak  terlepas dari  kehidupan  manusia  adalah  cahaya.    Newton menyatakan  bahwa  cahaya  terdiri  dari  partikel- partikel yang dipancarkan oleh sumber cahaya ke segala arah dengan kecepatan yang sama besar. Pendapat  lain  dinyatakan  oleh  Huygens  yang menyatakan  bahwa  cahaya  itu  merambat  seperti gelombang. Maxwell berusaha melakukan percobaan  yang  menghasilkan  cepat  rambat gelombang  elektromagnetik  sama  dengan  cepat rambat cahaya yaitu 300 juta m/s. Uraian tersebut dapat    dinyatakan    bahwa    cahaya    sebagai
gelombang  elektromagnetik  dan  akhirnya  cahaya dikenal  sebagai  gelombang  sekaligus  sebagai partikel yang dikemukakan oleh Albert Einstein.
Salah satu teori fisika yang dapat digunakan  untuk  menganalisis  spektrum  cahaya adalah  teori  atom  Bohr.  Kemampuan  teori  atom Bohr untuk menerangkan asal-usul garis spektrum  merupakan  salah  satu  hasil  menonjol, sehingga pantas untuk memulai membuka teori ini dengan  menerapkan  pada    spektrum  atomik. Setiap zat mampat (zat padat dan zat cair ) pada setiap  temperatur  memancarkan  radiasi  di  mana setiap   panjang   gelombang  terdapat,  walaupun

## PENGARUH MEDAN MAGNETIK EKSTERNAL  PADA  TABUNG GAS HIDROGEN TERHADAP SPEKTRUM EMISI PADA EFEK ZEEMAN

## DIDIK SETYAWARNO

## Dosen Pada Universitas Muhammadiyah Palangkaraya

## ABSTRACT
This study aims to know what will happen when the emission line spectrum emitted by gas tube of the  hydrogen  atom  electron    at  certain  wavelength  passed  in  an  external  magnetic  field.  This  study  was analyzed by non quantitaive comparing between without field and with an external magnetic field. Based on the  results  of  research  done  obtained  a  result  that  the  emission  spectrum  of  hydrogen  gas  passed  in  an external magnetic field changed the intensity of spectrum. The larger intensity of the magnetic field radiated, that shows where the larger magnetic field used the larger distance split of spectral line .
Keywords : external magnetic field, emission spectrum, intensity of spectrum, hydrogen gas

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  mengetahui  apa  yang  akan  terjadi  ketika  spektrum  garis  emisi  yang dipancarkan  oleh  tabung  gas  elektron  atom  hidrogen  pada  panjang  gelombang  tertentu  dilewatkan  dalam medan magnetik eksternal. Penelitian ini di analisis dengan cara nonkuantitatif yaitu membandingkan antara tanpa  medan  dan  dengan  medan  magnetik  eksternal.    Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan diperoleh  hasil,  yaitu  spektrum  emisi  dari  gas  hidrogen  yang  dilewatkan  pada  medan  magnet  eksternal maka spektrum tersebut berubah intensitasnya. Semakin besar medan magnetnya semakin besar intensitas yang dipancarkannya, hal ini  menunjukan bahwa
di mana  semakin besar medan magnetik yang digunakan semakin besar pula jarak perpecahan garis spectral .
Kata kunci : medan magnetik eksternal, spektrum emisi, intensitas spektrum, gas hidrogen
dengan
intensitas yang berbeda-beda.
Eksperimen  yang  telah  dilakukan  para  ilmuwan fisika  terdahulu  telah  menunjukan  bahwa  cahaya mempunyai  kelakuan  yang  berbeda  ketika  ada medan magnetik eksternal B yang mengenainya.
Sebuah  dwikutub  magnetik  dari  medan magnetik eksternal B mempunyai energi potensial V m yang  bergantung  dari  besar  momen  magnetik µ dan  orientasinya  terhadap  medan.    Energi keadaan atomik dalam medan magnetik bergantung  pada  harga ml sebagaimana  pada n . Keadaan  dengan  bilangan  kuantum  total n terpecah  menjadi  beberapa  sub-keadaan  jika atom  berada  dalam  medan  magnetik,    energinya bisa  sedikit  lebih  besar  atau  lebih  kecil  dari keadaan  tanpa  medan  magnetik.  Setiap  gas bertekanan  tinggi yang  dialiri  listrik  akan memancarkan  spektrum  cahaya  dengan  bilangan kuantum masing-masing. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas menunjukan karakteristik  gas  tersebut.  Cahaya  tersebut dipancarkan  dalam  bentuk  spektrum  garis  dan bukan  spektrum  yang  kontinu.  Eksperimen  fisika atom  menunukan  bahwa  gas  memancarkan cahaya  dalam  bentuk  spektrum    garis  telah diyakini  berkaitan  erat  dengan  struktur  atom. Dengan  demikian  spektrum  garis  atomik  tersebut dapat  digunakan  untuk  menguji  kebenaran  dari sebuah model atom.
Istilah atom pertama kali diperkenalkan oleh seorang  ahli  filsafat  Yunani  bernama  Demokritus (460-370  SM).  Setiap  zat  dapat  dibagi  atas bagian-bagian  yang  lebih  kecil,  sampai  mencapai bagian  yang  paling  kecil    yang  tidak  dapat  dibagi lagi.  Bagian  yang  tak  dapat  dibagi  itu  oleh Demokritus  disebut  atom,  dari  kata  Yunani ”atomos” yang artinya tak dapat dibagi. Para filsuf
yang  muncul  kemudian  seperti  Plato  dan Aristoteles merumuskan sebuah pemikiran bahwa bisa  jadi  tidak  ada  partikel  yang  tidak  dapat dibagi.  Dengan  demikian    menurut  dugaan mereka  atom  pun  masih  dapat  dibagi  lagi. Bersamaan  dengan  itu,    pandangan  mengenai atom  berdasarkan  pemikiran  Demokritus  mulai tersingkir.    Sejak  ditemukannya  partikel-partikel dasar  atom,  teori  atom  banyak  mengalami perubahan.  Hal  ini  menggoyahkan  teori  atom Dalton yang menyatakan  bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi.  Diantara  yang  menggoyahkan  teori atom  ini  ialah  hasil  percobaan    yang  dilakukan oleh Thomson pada tahun 1897.
Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan  menggunakan alat spektrometer, sebagai contoh spektrum hidrogen.  Atom hidrogen memiliki  struktur  paling  sederhana.    Spektrum yang  dihasilkan  adalah  atom  hidrogen  yang merupakan  spektrum  yang  paling  sedehana. Spektrum garis atom hidrogen berhasil dijelaskan oleh  Niels  Bohr  pada    tahun  1913.  Penelitian  ini dilakukan  dengan  menggunakan  cahaya  yang dipancarkan  oleh  tabung  elektron  gas  hidrogen yang  dirangsang  dengan  tegangan  tinggi    selain itu  juga  dirangsang  dengan  medan  magnetik eksternal.  Selanjutnya  dilewatkan  pada  sebuah prisma  sehingga  akan  menghasilkan  cahaya monokromatis  (warna-warna)  dalam  hal  ini  yaitu spektrum emisi. Medan magnet eksternal homogen  dalam  penelitian  ini  besarnya  telah diketahui  yang  di  ukur  dengan  gaussmeter, sehingga  garis  spektral  akan  terpecah  akibat adanya  medan  magnet  eksternal  tersebut. Terpecahnya  garis  spektral  oleh  medan  magnet dikenal dengan efek Zeeman.
Hubungan antara
medan magnetik eksternal dengan jarak perpecahan garis spektral pada  kasus  efek  Zeeman  normal,  secara  teori adalah  terpecah  menjadi  tiga  garis  spektral dengan  frekuensi  yang  berbeda  yaitu (υ  +  ∆υ),
(υ), dan (υ - ∆υ)
Gambar 1. Perpecahan Garis Spektral
Dengan demikian secara kuantitatif akan diperoleh  hubungan B terhadap ∆λ ,  yang selanjutnya difitting menggunakan program
Microsoft  Origin sehingga  didapatkan  grafik hubungan untuk tetap  dan  bentuk persamaan  secara  umum  adalah  Y  =  A  +  B  X  , berupa  persamaan  linier  atau  garis  lurus  dimana
dan
dan  nilai B  merupakan
gradien persamaan garis yang bernilai :
Keterangan  : e/m : rasio muatan dengan massa elektron B
: besar medan magnet homogen ∆λ : panjang komponen  zeeman
Λ : panjang gelombang spektrum
C : cepat rambat cahaya
Analisis  data  secara  kuantitatif  akan  dapat diketahui bahwa
Berdasarkan  data  yang  diperoleh  dapat diketahui    besar  medan  magnetik  eksternal  dan jarak  garis  spektral  komponen  Zeeman  sehingga dapat diketahui hubungan antara medan magnetik eksternal terhadap  jarak garis spektral komponen Zeeman dalam analisis.

## METODOLOGI

## Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada tanggal 1 sampai 15  Februari  2010  di  ruang  laboratorium  fisika atom  Jurusan Pendidikan Fisika MIPA UNY.
Variabel Penelitian
a.  Variabel bebas :  besar    medan  magnetik eksternal b.  Variabel terikat :  intensitas  spektrum  gas hidrogen  yang dipancarkan. c.  Variabel kontrol :  jenis  tabung  gas  (gas
hidrogen),    tegangan  listrik      atau    beda potensial,  dan    jarak  tabung  gas  hidrogen terhadap spektrometer optik.
Alat dan Bahan Penelitian a.  Tabung gas elektron (gas hidrogen) b.  Tegangan tinggi
c.  Celah / prisma d.  Gausmeter
e.  Kamera digital
f.  Magnet permanen
g.  Spektrometer optic
h.  Senter

## Desain Penelitian

## Teknik Pengambilan Data
a.  Menyalakan  High  Voltage  Power  Supply tabung  Hidrogen  sehingga  tabung  tampak menyala dengan terang.
b.  Mengatur  spektrometer  optik  sedemikian  rupa sehingga  celah  pada  ujung  kolimator  tepat berhadapan  dengan  tabung  pada  jarak    +  8 cm.
c.  Melihatlah  ke  arah  teleskop,    dan  seharusnya melihat sebuah garis cahaya vertikal.
Mengimpitkan  garis  cahaya  tersebut  seperti dengan benang vertikal pada teleskop.
d.  Jika  garis  cahaya  tersebut  terlalu  tebal  atau terlalu tipis,  mengaturlah lebar celah kolimator dengan  memutar  bolak-balik  sekrup  pada ujungnya.  Jika  garis  cahaya  tersebut  kurang jelas dan tegas,  mengatur fokus teleskop.
e.  Susunan  atau  desain    alat  dan  bahan  seperti desain gambar 8 di atas tanpa medan magnet eksternal.
f.  Mengamati  spektrum  dengan  menggunakan spektrometer  dan  mengambil  gambar  dengan kamera digital.
g.  Dengan  bantuan  cahaya  senter,    membaca skala  panjang  gelombang  yang  dipancarkan oleh  tabung  elektron  selanjutnya  menuliskan ke dalam tabel hasil pengamatan.
h.  Menyusun  alat  dan  bahan  seperti  desain gambar    sebelumnya  dengan    medan  magnet eksternal.
i.  Menyalakannya  atau  memijarkannya  dengan menghidupkan tegangan tinggi.
j.  Mengamati  spektrum  dengan  menggunakan spektrometer  dan  mengambil  gambar  dengan kamera digital.
k.  Dengan  bantuan  cahaya  senter,    membaca skala  panjang  gelombang  yang  dipancarkan oleh tabung elektron.
l.  Mengamati terpecahnya garis spektral cahaya.
m. Memasukan data pengamatan ke dalam tabel. n.  Mengulangi  langkah  j  sampai  dengan  p  untuk medan magnet yang berbeda besarnya.

## Teknik Analisis Data
Analisis  data  penelitian  dilakukan  dengan nonkuantitatif  yaitu  membandingkan  spektrum emisi  yang  dipancarkan  tanpa  medan  magnet eksternal  dan  dengan  medan  magnet  eksternal sehingga diketahui perbedaannya.
Gambar 2. Desain Percobaan

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

## Hasil Penelitian
Tabel 1.  Gambar Hasil Pengamatan No Medan Magnet (T) Gambar Deskripsi Keterangan 1. 0.00 ± 0.03 Tanpa medan magnetik, sebagai acuan/patokan untuk membandingkan antara tanpa medan dan dengan medan magnetik. 2. 0.07 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,07 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik tidak nampak berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat. 3. 0.09 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,09 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik tidak nampak berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat. 4. 0.14 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,14 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik tidak nampak berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat. 5. 0.16 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,16 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik nampak sedikit berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat. 6. 0.47 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,47 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik nampak sedikit berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat. 7. 0.53 ± 0.03 Dengan medan magnetik 0,53 ± 0,03 T. Dibandingkan dengan tanpa medan magnetik nampak sedikit berbeda intensitasnya dan perpecahannya tidak dapat terlihat.

## Pembahasan
Penelitian  ini  menggunakan  cahaya  yang dipancarkan  oleh  tabung  gas  hidrogen  yang dipijarkan dengan tegangan tinggi, yang selanjutnya  dilewatkan  pada  sebuah  celah.  Dari hasil  pengamatan  dengan  sebuah  spektroskop optik  terlihat    pancaran    radiasi  hanya  pada panjang    gelombang  tertentu.  Hal  ini  sesuai dengan  teori  bahwa  gas  bertekanan  rendah  jika dipijarkan akan memancarkan radiasi hanya pada panjang    gelombang  tertentu.    Spektrum  yang diperoleh   berupa garis-garis terang  yang disebut garis emisi . Panjang gelombanng spectrum emisi, yang  terlihat  dalam  penelitian  ini  adalah  (660  ± 10)  nm,  (600±10)  nm,  (480±3)  nm,  dan(430±3) nm.  Penelitian  ini  menggunakan  spektrometer optik  yang  dapat  digunakan  untuk  mengukur panjang  gelombang  spektrum  yang  dipancarkan. Diketahui  bahwa  atom  dalam  suatu    unsur  dapat menghasilkkan spektrum emisi (spektrum diskret) jika  dirangsang  dengan  tegangan  tinggi.  Dalam penelitian  selanjutnya  spektrum  garis  emisi  yang dipancarkan  oleh  atom  gas  hidrogen    dilewatkan pada medan magnet homogen eksternal.
Secara  teori  ketika  spektrum  garis  emisi dilewatkan pada  medan  magnet  homogen eksternal maka akan terjadi perpecahan beberapa garis  spektral.  Spektrum  emisi  gas  hidrogen secara  teori    akan  terpecah  menjadi  tiga komponen  garis  spektral  bila  dilewatkan  pada medan  magnet  homogen  eksternal.    Dengan memvariasi  medan  magnet  eksternal  (0.07  ± 0.03) T ,  (0.09 ± 0.03)T ,  (0.14 ± 0.03)T ,  (0.16 ± 0.03)T  ,  (0.47  ±  0.03)T  ,  dan  (0.53  ±  0.03)T seharusnya garis emisi terpecah menjadi beberapa  garis  spektral.  Dari  pengamatan semakin besar medan magnet homogen eksternal
jarak  garis  spektralnya  tidak  kelihatan,  yang kelihatan  hanyalah  perubahan  kecil    intensitas spektrum  yang  dipancarkan.  Hal  ini  dilakukan dengan  membandingkan  antara  spektrum  emisi tanpa  medan  dan  dengan  medan  magnet  dari spektrum  yang  dipancarkan  oleh  tabung  gas hidrogen.    Semakin  besar  medan  magnet homogen    eksternal    perubahan  intensitas spektrum  yang  dipancarkan  semakin  meningkat. Dari  data  yang  diperoleh    di  analisis    secara  non kuantitatif  dengan  visual,  karena  spektrometer tidak  bisa  membaca  besar  perpecahan  garis spektralnya.  Hasil  analisis  secara  nonkuantitatif adalah adanya perubahan intensitas yang dipancarkan  ketika  dilewatkan  pada  medan magnet
homogen eksternal. Analisis nonkuantitatif    kurang  berhasil,  kemungkinan disebabkan spektrometer optik atau besar medan magnetik yang digunakan.
Medan  magnetik  eksternal  yang  digunakan bervariasi  dari  (0.07±0.03)  T  sampai  dengan (0.53±0.03) T. Medan magnetik eksternal diperoleh  dari  magnet  permanen  dari  satu rangkap  sampai  dengan  rangkap  enam  sehingga diperoleh medan magnet sebesar (0.07 ± 0.03) T ,(0.09 ± 0.03) T ,(0.14 ± 0.03) T ,(0.16 ± 0.03) T , (0.47  ±  0.03)  T  ,dan  (0.53  ±  0.03)  T.    Medan magnetik  eksternal  (0.53  ±  0.03)  T  ini  tergolong agak  besar  hal  hal  ini  dapat  diketahui  dari kekuatan  menarik  atau  menolaknya  yang  terasa kuat dan butuh tenaga yang kuat. Analisis secara nonkuantitatif  tidak  bisa  melihat  hubungan  besar medan magnetik eksternal terhadap jarak perpecahan  garis  spektral.  Dari  analisis  secara nonkuantitatif  menunjukan  semakin  besar  medan magnet  maka  semakin  besar  intensitas  spectrum yang  dipancarkan  hal  ini  menunjukkan  makin
besar  jarak  perpecahan  yang  terjadi  pada spektrum  emsisi  atau  besar  perpecahan  garis spektral  adalah  berbanding  lurus  dengan  medan magnet eksternal.
Perpecahan  garis  spektral  dari  spektrum emisi  yang  dipancarkan  oleh  gas  hidrogen  tidak mampu  terukur  atau  terlihat  secara  jelas disebabkan  oleh  alat  ukur  (spektrometer  optik) atau  medan  magnetik  yang  digunakan.  Dari pengamatan  ketika  spektrum  tersebut  dilewatkan dalam  medan  magnet  eksternal  tidak  terlihat  dari satu  garis  spektrum  menjadi  tiga  garis  spektral. Hal ini  dikarenakan perpecahan garis spektralnya sangat  kecil  sekali.  Adapun  yang  dapat  dilihat dengan  spektroskopik  optik  adalah  perubahan intensitas  cahaya  yang  dipancarkan.  Semakin besar medan magnetik eksternal semakin bertambah  intensitas  yang  dipancarkan    oleh atom  gas  hidrogen.  Hasil  pengamatan  yang berupa  perubahan  intensitas  yang  dipancarkan dapat  di  pandang    adanya  perpecahan  garis spectral oleh medan magnetik homogen eksternal menjadi  tiga  komponen  yaitu : λ - ∆λ , , λ dan λ + ∆λ di  mana  hanya λ yang  dapat  di  ukur sedangkan nilai ∆λ tidak terlihat dan tidak terukur karena sangat kecil sekali.
Berdasarkan  hasil  analisis  yang  telah dilakukan  diperoleh  hasil,  yaitu  spektrum  emisi dari  gas  hidrogen  yang  dilewatkan  pada  medan magnet  eksternal  maka  spektrum  tersebut berubah  intensitasnya.  Semakin  besar  medan magnetnya  semakin  besar  intensitas yang dipancarkannya,  hal  ini  menunjukan  bahwa
di mana  semakin besar medan magnetik yang  digunakan  semakin  besar  pula  jarak perpecahan garis spectral ∆λ .

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Spektrum  emisi  dari  gas  hidrogen  yang dilewatkan  pada  medan  magnet  eksternal  maka spektrum tersebut berubah intensitasnya. Semakin besar medan magnetnya semakin besar intensitas yang dipancarkannya, hal ini menunjukan  bahwa
di  mana    semakin besar  medan  magnetik  yang  digunakan  semakin besar pula jarak perpecahan garis spectral ∆λ.

## Saran
Penelitian  ini  akan  lebih  baik  lagi  jika sebelumnya spektrometer optik dikalibrasi terlebih dahulu dengan menggunakan tabung gas sodium, sehingga  pengukuran  lebih  teliti.  Penelitian  ini dapat  dikembangkan  lebih  lanjut  untuk  atom selain  hidrogen  atau  atom  berelektron  banyak. Dapat  juga  dengan  melewatkan  spektrum  emisi yang  dipancarkan ke medan  magnetik  yang  lebih besar  atau  dengan  melewatkan  pada  suatu kumparan  yang  bisa  menghasilkan  medan magnet.  Diharapkan  perpecahan  semakin  besar dan  teramati  perpecahannya.  Selain  itu  bisa  juga dengan mengganti spektroskpik yang mempunyai ketelitian  lebih  teliti.  Disarankan  ruangan  yang digunakan  benar-benar  gelap  sehingga  cahaya yang  dihasilkan  dapat  terlihat  jelas  dan  tidak bercampur dengan cahaya lain.

## DAFTAR PUSTAKA
Beiser,  Arthur.  (1992). Konsep  Fisika  Modern, edisi  ke  empat  (terjemahan) .  Jakarta: Erlangga.
Beiser,  Arthur.  (2003). Concepts  of  Modern Physics  ,six  edition .    United  States  of America : The McGraw-Hill Companies.
Dickson,  Dominic  &    Berry,  Frank.  (1986). Mossbauer  Spectroscopy. United  States  of America : Cambridge University Press.
Gautreau,  Ronald    dan  Savin,  William.  (1999).
Schaum's  Outline  Of  Theory  And  Problems Of  Modern Physics, second edition . United States  of  America  :  The  McGraw-Hill Companies.
Gautreau,  Ronald    dan  Savin,  William.  (1999). Schaum's  Outline  Fisika  Modern,  edisi kedua  (terjemahan) .  United  States  of America : The McGraw-Hill Companies.
Hewitt, Paul G. (2006). Conceptual Physics, tenth edition .  United  States  of  America:  Pearson Addison Wesley.
Krane, Kenneth. (2008). Fisika Modern (terjemahan). Jakarta : UI-Press.
Serway,  Moses,  dan  Moyer.  (2005). Modern Physics,  third  edition .  United  States  of America : Thomson Learning.