PENGUKURAN CAHAYA

Cahaya adalah suatu bentuk yang fundamental dan ilmu fisika masih berusaha untuk memahaminya.pada tingkat yang dapat diamati, cahaya menunjukkan dua perilaku yang tampaknya berlawanan, yang digambarkan secara kasar melalui model-model gelombang dan partikel. Biasanya jumlah energi yang ada begitu besar sehingga cahaya berperilaku seolah-olah merupakan gelombang kontinu ideal, yaitu gelombang medan listrik dan medan magnet yang salaing berkaitan. Di lain pihak, ketika cahaya diemisikan atau diserap oleh atom-atom suatu sistem, proses-proses inoi terjadi seakan-akan energi yang terlibat adalah dalam paket yang kecil, terlokalisir, dan terarah dengan baik ; yaitu seakan-akan cahaya merupakan “partikel-partikel”. Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Radiasi terdapat dalam berbagai frakuensi dan panjang gelombang. Energi yang berpindah tidak memerlukan media perantara. Radiasi terdiri dari beberapa jenis, dan setiap jenis radiasi tersebut memiliki panjang gelombang masing-masing. Banyak aplikasi radiasi yang bermanfaat dalam kehidupan manusia.

Pengukuran Cahaya
Sebelum memahami pengukuran cahaya, ada baiknya kita pahimi dulu sifat-sifat cahaya yaitu:
1. Cahaya merambat menurut garis lurus
    Cahaya merupakan partikel-partikel yang sangat kecil dan bergerak sangat cepat dengan lintasan garis lurus. Cahaya memiliki kecepatan 300.000 km per detik. Garis-garis maya lurus yang menggambarkan cahaya disebut sinar cahaya.

2. Cahaya dapat dibiaskan
       Cahaya yang merambat dari suatu zat ke zat lain akan dibiaskan di bidang perbatasan.
Pembiasan cahaya disebut juga pembelokan cahaya. Contoh peristiwa pembiasan adalah dasar kolam yang airnya jernih tampak lebih dangkal dari biasanya.

3. Cahaya dapat menembus benda-benda bening
        Benda tembus pandang atau benda bening hampir seluruhnya mampu meneruskan cahaya yang diterimanya. Contoh benda tembus cahaya adalah gelas kaca, botol, toples, dan air.

4. Cahaya dapat dipantulkan
         Bila cahaya mengenai suatu benda maka terdapat dua kemungkinan peristiwa yang akan dialami oleh cahaya tersebut. Yang pertama adalah sebagian cahaya tersebut akan diteruskan ke dalam benda yang dikenainya. Sedangkan kemungkinan kedua adalah sebagian cahaya akan dipantulkan kembali.

Untuk mengetahui arah pemantulan cahaya dan sudut yang dibentuk, kita bisa menggunakan Hukum Snellius. Hukum Snellius atau hukum pemantulan cahaya menyatakan bahwa:
1. Sudut datang sama dengan sudut pantul.
2. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada sebuah bidang datar.

Pengukuran kecepatan cahaya yang dilakukan di Eropa oleh Hippolyte Fizeau pada tahun 1849. Fizeau diarahkan seberkas cahaya pada cermin beberapa kilometer jauhnya. Sebuah berputar roda roda penggerak ditempatkan di jalur sinar seperti perjalanan dari sumber, untuk cermin dan kemudian kembali ke asalnya. Fizeau menemukan bahwa pada tingkat tertentu rotasi, balok akan melewati satu kesenjangan dalam roda pada jalan keluar dan kesenjangan berikutnya dalam perjalanan kembali. Mengetahui jarak ke cermin, jumlah gigi pada roda, dan tingkat rotasi, Fizeau mampu menghitung kecepatan cahaya sebagai 313.000.000 m / s. Pada tahun 1950, Essen mengulangi pengukuran tersebut dan mendapatkan angka 299.792.5±1 kilometer/detik, yang menjadi acuan bagi 12th General Assembly of the Radio-Scientific Union pada tahun 1957.

Sumber Cahaya

 a. Sumber Cahaya Dengan Minyak
            Di alam semesta ini ada dua macam sumber cahaya, yaitu sumber cahaya alami dan sumber cahaya buatan. Sumber cahaya alami yang tidak pernah padam adalah matahari. Sedangkan sumber cahaya buatan pada awalnya ditemukan nenek moyang kita dulu secara tidak sengaja. Ketika melihat kilat menyambar sebatang pohon kemudian terbakar dan muncullah api. Pada abad 4 M ditemukan lilin yang digunakan sebagai pencahayaan. Lilin pada awalnya terbuat dari bahan yang dihasilkan oleh lebah madu atau dari sejenis minyak kental. Pada tahun 1860 hingga kini kekuatan sinar lilin dijadikan patokan dasar standar internasional pengukuran kekuatan cahaya (satuannya disebut candela) dari suatu lampu. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih baik mengenai proses pembaharuan dan ditemukannya bahan bakar minyak dari perut bumi, sejak mulai abad ke-18 penggunaan lampu minyak mulai berkembang pesat. Lampu minyak dengan bahan bakar minyak korosin dapat digunakan sebagai sumber cahaya secara aman (tidak mudah meledak) dan murah, sehingga lampu-lampu lilin tidak terpakai lagi, kecuali untuk dekorasi atau kepentingan khusus.

b. Sumber Cahaya dengan gas
           Dengan penemuan gas bumi di Amerika Serikat dan Kanada menyebabkan turunnya harga gas, sehingga pemakaian pencahayaan dengan gas menjadi semakin luas. Seorang ilmuwan dari Inggris bernama William Murdock pada tahun 1820 berhasil membuat sumber cahaya dari gas. Semula menggunakan alat pembakar yang sederhana, dimana warna kuning daripada suluh itu sendiri menjadi sumber cahaya. Namun pada tahun-tahun berikutnya diperoleh suatu bentuk alat pembakar dengan memasukkan udara panas yang bisa diatur suhunya. Bahan yang dibakar tersebut harus tahan bakar. Semakin panas suhunya semakin putih bahan tersebut dan cahayanya bertambah semakin terang. Dalam penyempurnaannya bahan tahan bakar tersebut dikembangkan pula Mantel Welsbach yang berbentuk silindris atau linier yang direndam dalam garam thorium atau cerium. Lampu gas ini cukup baik untuk penerangan, namun karena mengeluarkan aroma yang kurang sedap sering mengganggu kesehatan. c. Lampu Busur Lampu listrik yang pertama kali dibuat adalah berupa lampu busur. Lampu ini memanfaatkan sebuah busur sebagai sumber cahaya. Busur tersebut terjadi antara dua buah elektroda yang dibuat dari karbon. Lampu busur ini sangat cocok untuk penerangan jalan, karena mempunyai efisiensi dan tingkat kehandalan yang tinggi, lagipula warna cahayanya menarik untuk dilihat. Bentuk busur yang terjadi tergantung dari sumber tegangan listrik yang dipakai.

c. Lampu Busur
Lampu listrik yang pertama kali dibuat adalah berupa lampu busur. Lampu ini memanfaatkan sebuah busur sebagai sumber cahaya. Busur tersebut terjadi antara dua buah elektroda yang dibuat dari karbon. Lampu busur ini sangat cocok untuk penerangan jalan, karena mempunyai efisiensi dan tingkat kehandalan yang tinggi, lagipula warna cahayanya menarik untuk dilihat. Bentuk busur yang terjadi tergantung dari sumber tegangan listrik yang dipakai.


Pengukuran Cahaya 
a. Intensitas Cahaya (I) dan Fluks Cahaya ( Φ)
             Intensitas cahaya I didefinisikan sebagai banyaknya fluks cahaya yang memancar Φ per sudut ruang :

Total sudut ruang adalah ω = 4π (Steradian). Fluks cahaya adalah besarnya intensitas cahaya yang memancar pada sudut ruang tertentu.

Iluminansi cahaya adalah sinar yang jatuh (datang) pada sebuah permukaan atau fluks cahaya yang menerangi bidang tiap satu satuan luas, sehingga dapat ditulis persamaan.

Karena fluks cahaya yang memancarkan dari titik seluruh ruang adalah Φ = 4πl dan luas permukaan bola adalah A = 4IR², suatu sumber intensitas cahaya I menghasilkan iluminansi total adalah

b

b. Tingkatan Terang Pantulan Cahaya

    Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat terang pantulan :

    1. Sudut datang sinar, semakin besar sudut datang sinar,semakin lemah sinar yang dipantulkan 

        dibandingkan dengan jika sinar tersebut jatuh tegak lurus pada bidang pantul

    2. Tekstur permukaan benda. Benda yang permukaannya kasar akan memantulkan cahaya ke segala    

        arah dengan tidak merata, jadi tingkat terang pantulannya cenderung lebih kecil dibandingkan pantulan 

        yang halus.

    3. Warna cahaya dan warna bidang. Warna cahaya dan warna bidang juga menentukan tingkat terang 

        pantulan. Misalnya, warna sianr biru jatuh pada bidang warna ynag gelap seperti hijau, maka sinar 

        tersebut akan dipantulakan dengan intensitas yang kecil

    4. Keadaan udara pada saat itu. Semakin bersih udara dari partikel-partikel debu dan asap, maka sinar 

        yang terkena cahya semakin terang karena tidak terhalang oleh partikel-partikel tersebut

    5. Jarak antara sumber cahaya dengan bidang pantul. Semakin jauh sumber cahaya dari bidang pantul, 

        maka semakin lemah kekuatan iluminasi cahaya yang dipantulkan, atau dapat dikatakan, kekuatan 

        iluminasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber cahaya dengan bidang pantul

Lux/Light meter alat ukur Intensitas Cahaya

Alat ukur cahaya (lux meter) adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya intensitas cahaya di suatu tempat. Besarnya intensitas cahaya ini perlu untuk diketahui karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup. Untuk mengetahui besarnya intensitas cahaya ini maka diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya. Sehingga cahaya yang diterima oleh sensor dapat diukur dan ditampilkan pada sebuah tampilan digital. 

Lux meter digunakan untuk mengukur tingkat iluminasi. Hampir semua lux meter terdiri dari rangka, sebuah sensor dengan sel foto, dan layer panel.

Sensor diletakkan pada sumber cahaya. Cahaya akan menyinari sel foto sebagai energi yang diteruskan oleh sel foto menjadi arus listrik. Makin banyak cahaya yang diserap oleh sel, arus yang dihasilkan lebih besar. Kunci untuk mengingat tentang cahaya adalah cahaya selalu membuat beberapa jenis perbedaan warna pada panjang gelombang yang berbeda. Oleh karena itu, pembacaan merupakan kombinasi efek dari semua panjang gelombang.  Standar warna dapat dijadikan referensi sebagai suhu warna dan dinyatakan dalam derajat Kelvin. Standar suhu warna untuk kalibrasi dari hampir semua jenis cahaya adalah 2856 derajat Kelvin, yang lebih kuning dari pada warna putih. Berbagai jenis dari cahaya lampu menyala pada suhu warna yang berbeda. Pembacaan lux meter akan berbeda, tergantung variasi sumber cahaya yang berbeda dari intensitas yang sama. Hal ini menjadikan, beberapa cahaya terlihat lebih tajam atau lebih lembut dari pada yang lain.