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

## EFFECT OF EXTERNAL MAGNET FIELD ON HYDROGEN GAS TUBE TOWARD EMISSION SPECTRUM ON ZEEMAN EFFECTS
Didik Setyawarno 1,a , Supahar 2
1 Jurusan Pendidikan IPA, 2 Jurusan Pendidikan Fisika, UniversitasNegeri Yogyakarta, Jl. Colombo No. 1, Yogyakarta, Indonesia
a E-mail: didiksetyawarno@uny.ac.id

## Abstrak
Telah dilakukan penelitian dengan tujuan 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 ∆𝝀~𝑩 di  mana    semakin  besar  medan  magnetik yang digunakan semakin besar pula jarak perpecahan garis spectral ∆𝝀 .
Kata kunci : Medan magnetik eksternal, spektrum emisi, intensitas spektrum, dan gas hidrogen

## PENDAHULUAN
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  dengan    intensitas  yang berbeda-beda.
Dalam  medan  magnetik  eksternal B , sebuah  dwikutub  magnetik  mempunyai  energi potensial V m yang  bergantung  dari  besar momen magnetik µ dan orientasinya terhadap medan.    Dalam  medan  magnetik,  energi keadaan  atomik  tertentu  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.
Jika  sebuah  gas  diletakkan  di  dalam tabung  kemudian  arus  listrik  dialirkan  ke dalam  tabung,  gas  akan  memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan
karakteristik
gas tersebut.
Cahaya
dipancarkan dalam bentuk spektrum garis dan bukan  spektrum  yang  kontinu.  Kenyataan bahwa  gas  memancarkan  cahaya  dalam bentuk  spektrum    garis  diyakini  berkaitan  erat dengan  struktur  atom.  Dengan  demikian,
spektrum  garis  atomik  dapat  digunakan  untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom.
Pada penelitian ini, cahaya yang dipancarkan oleh tabung elektron gas hidrogen  bertekanan  rendah  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.  Dalam  penelitian ini  medan  magnet  eksternal    homogen 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)
Tanpa medan magnet Dengan medan ml=+ 1 ml=0 ml= - 1 ∆λ λ ∆λ λ
Gambar 1. Perpecahan Garis Spektral
𝝑 𝟏 = 𝝑 𝟎 − 𝝁 𝒃 𝑩 𝒉 = 𝝑 𝟎 − 𝒆 𝟒𝝅𝒎 𝑩 𝝑 𝟐 = 𝝑 𝟎 𝝑 𝟑 = 𝝑 𝟎 + 𝝑 𝒃 𝑩 𝒉 = 𝝑 𝟎 + 𝒆 𝟒𝝅𝒎 𝑩 ∆𝝊 = 𝒆 𝟒𝝅𝒎 𝑩 𝒅𝝑 = − 𝒄𝒅𝝀 𝝀 𝟐 ∆𝝀 = 𝝀 𝟐 ∆𝝊 𝒄 = 𝒆𝑩𝝀 𝟐 𝟒𝝅𝒎𝒄
Untuk    nilai  ketidakpastiannya  atau  nilai ralatnya adalah sebagai berikut :
∆(∆𝝀) = 𝝏(∆𝝀) 𝝏𝑩 ∆𝑩 + 𝝏(∆𝝀) 𝝏𝝀 ∆𝝀 ∆(∆𝝀) = 𝒆𝝀 𝟐 𝟒𝝅𝒎𝒄 ∆𝑩 + 𝟐𝒆𝑩𝝀
𝟒𝝅𝒎𝒄 ∆𝝀
Dengan  demikian  secara  kuantitatif  akan diperoleh  hubungan B terhadap ∆λ ,  yang selanjutnya  difitting  menggunakan  program Microsoft  Origin  6.1 sehingga  didapatkan grafik  hubungan 𝑩𝑽𝒔∆𝝀 untuk 𝝀 tetap  dan bentuk persamaan secara umum adalah Y = A +  B  X  ,    berupa  persamaan  linier  atau  garis lurus  dimana Y =   ∆𝝀 dan X =  𝑩 dan  nilaiB merupakan  gradien  persamaan  garis  yang bernilai : 𝐵 = 𝑒𝜆2 4𝑚𝜋𝑐 Dari  analisis  data  secara  kuantitatif  akan dapat diketahui bahwa 𝑩 ≈ ∆𝝀

## METODOLOGI PENELITIAN

## 1.  Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian  dilakukan  pada  tanggal  1
sampai 15 Februari 2010 di ruang laboratorium  fisika  atom    Jurusan  Pendidikan Fisika MIPA UNY.
2.  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.
3.  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 optik
h.  Senter

## 4.  Desain Penelitian

## 5.  Teknik Analisis Data
Dalam  penelitian  ini  analisis  data  bisa dilakukan dengan analisis nonkuantitatif. Pertama  dengan  cara  nonkuantitatif  dengan membandingkan spektrum emisi yang dipancarkan  tanpa  medan  magnet  eksternal dan dengan medan magnet eksternal sehingga  diketahui  perbedaannya.  Ke  dua dengan  cara  kuantitatif  yang  di  hitung  secara manual

## HASIL PENELITIAN DAN PEMABAHASAN
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 sebagaimana dalam data hasil penelitian.
Variasi  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

## Gambar2. Desain Percobaan
tidak  kelihatan,  yang  kelihatan  hanyalah perubahan  kecilintensitas  spektrum  yang dipancarkan.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.  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
Alat  ukur  spektrometer    optik  yang digunakan  dalam  penelitian  di  laboratorium fisika atom FMIPA UNY mempunyai skala 400 nm sampai dengan 700 nm. Dalam pengamatan  tidak  mampu  untuk  melihat perpecahan  garis  spektral  yang  dihasilkan oleh  pancaran  tabung  gas  hidrogen.  Hal  ini dapat  dijelaskan  sebagai  berikut  yaitu dengan meninjau  alat  ukur  spektrometer  optik  dan besar medan magnet homogen eksternal yang digunakan .

## Gambar2. Alat ukur spektrometer optik
Spektrometer optik yang digunakan mempunyai  skala  dari  4  sampai  dengan  7 satuan.  Skala  dari  4  sampai  dengan  5 menunjukan  400  nm  sampai  dengan  500  nm diantara  bilangan  tersebut  ada  20  garis  dan mempunyai  skala  terkecil  5  nm.  Skala  dari  5 sampai dengan 6 menunjukan 500 nm sampai dengan 600 nm diantara bilangan tersebut ada 10 garis dan mempunyai skala terkecil 10 nm. Selanjutnya  Skala  dari  6  sampai  dengan  7 menunjukan  600  nm  sampai  dengan  700  nm diantara  bilangan  tersebut  ada  5  garis  dan mempunyai  skala  terkecil  20  nm.    Secara teoritis  perpecahan  garis  spektralnya  adalah sangat kecil sekali, bahkan lebih kecil lagi dari skala  yang  terdapat  pada  spektrometer  optik, dengan  demikian  perpecahan  garis  spektral tidak mampu terbaca.
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 ∆𝝀~𝑩 di  mana    semakin besar  medan  magnetik  yang  digunakan semakin  besar  pula  jarak  perpecahan  garis spectral ∆𝝀 .

## SIMPULAN DAN SARAN

## Simpulan
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 ∆𝝀~𝑩 di  mana    semakin  besar  medan magnetik  yang  digunakan  semakin besar pula jarak perpecahan garis spectral ∆𝝀 .

## Saran
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.

## DAFTAR PUSTAKA
Brandt,  Siegmund.  (2009). The  Harvest  of a  Century  Discoveries  of  Modern  Physics  in 100  Episodes .  NewYork  :  Oxford  University Press
Beiser,  Arthur.  (1992). Konsep  Fisika Modern, edisi ke empat (terjemahan) . Jakarta: Erlangga.
Dickson,  Dominic  &    Berry,  Frank.  (1986).
Mossbauer  Spectroscopy. United  States  of America : Cambridge University Press.
Fishbane,  dan  Stephen.  (2005). Physics For  Scientists  And  Engineers  With  Modern Phvsics .  United  States  of  America  :  Pearson Education Inc.
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.
Giancoli. (2001). Fisika, edisi kelima jilid  2 (terjemahan). Jakarta : Erlangga. Hewitt, Paul G. (2006). Conceptual Physics, tenth edition .United States of America: Pearson Addison Wesley.
Krane,  Kenneth.  (2008). Fisika  Modern (terjemahan). Jakarta : UI-Press.
Leighton,  Robert  B.  (  1959). Principles  of Modern  Physics .  United  States  of  America  : The McGraw-Hill Companies. Young & Freedman.(2004). Fisika Universitas,edisi kesepuluh jilid 2(terjemahan) . Jakarta: Erlangga.