Laporan Praktikum Pengukuran Pencahayaan – Luxmeter

Praktikum Pengukuran Pencahayaan

A. Tujuan Praktikum

1. Mengetahui alat ukur pencahayaan.
2. Menjelaskan prinsip kerja alat ukur pencahayaan.
3. Memahami fungsi dilakukannya pengukuran pencahayaan.

B. Landasan Teori

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dengan mata. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sebagian dari energi ini diubah menjadi cahaya tampak (visible light). Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang elektromagnetik. Kecepatan rambat (v) gelombang elektromagnetik di ruang bebas sama dengan 3×10⁸ meter per detik. Jika frekuensi (ƒ) dan panjang gelombang (λ) maka berlaku :

=

di mana:

λ adalah panjang gelombang, dengan satuan meter (m)

v adalah kecepatan cahaya, dengan satuan meter per sekon (m/s)

f adalah frekuensi, dengan satuan hertz (Hz)

Panjang gelombang cahaya tampak berkisar antara 340 nanometer (nm) hingga 700 nanometer (nm), di mana jika diuraikan akan terdiri dari beberapa daerah warna (Pamungkas, dkk, 2015: 121).

Pencahayaan merupakan salah satu faktor penting dalam perancangan ruang. Ruang yang telah dirancang tidak dapat memenuhi fungsinya dengan baik apabila tidak disediakan akses pencahayaan. Penggunaan sistem pencahayaan yang tidak efektif dan efisien dapat menurunkan produktifitas, kenyamanan, dan menyebabkan pemborosan. Perancangan sistem kontrol pencahayaan dalam ruang mampu mengidentifikasi kuat penerangan dalam ruang terhadap pembacaan iluminasi ruang.

Cahaya adalah suatu gejala fisis di mana sumber cahay memancarkan energi dan sebagian energi diubah menjadi cahaya tampak. Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang-gelombang elektromagnetik. Sehingga cahaya itu merupakan suatu gejala getaran. Gejala-gejala getaran yang sejenis dengan cahaya ialah gelombang-gelombang panas, radio, televisi, dan sebagainya. Gelombang-gelombang ini hanya berbeda frekuensinya saja.

Fluks cahaya adalah cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya dalam satu detik. Satuan untuk fluks cahaya dalah lumen. Fluks cahaya per satuan sudut ruang yang dipancarkan ke sutau arah tertentu di sebut dengan intensiras cahaya (Atmam, dkk, 2015: 2-3).

Intensitas cahaya (I) di definisikan sebagai banyaknya fluks cahaya yang memancar (Φ) per satuan sudut ruang (ω) :

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 memancar dari titik seluruh ruang adalah Φ=4πl dan luas permukaan bola adalah A=4πR², suatu sumber intensitas cahaya (I) menghasilkan iluminansi total :

Ini menunjukkan bahwa iluminansi pada jarak R berbanding lurus terhadap intensitas cahaya sumber dan berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak (Hartati, dkk, 2010: 20).

Luxmeter adalah alat ukur kuat penerangan dalam suatu ruang. Satuan ukur luxmeter adalah lux. Luxmeter juga di sebut digital light meter. Alat ini dilengkapi-

sensor cahaya yang sangat peka terhadap perubahan jumlah cahaya yang diterima.

Untuk mengukur kuat penerangan pada pencahayaan alami siang hari, perlu diketahui faktor-faktor yang menentukan besar kuat penerangan yang terukur di suatu titik ukur, istilah-istilah dalam pengukuran dan juga jenis titik ukur.

Ada dua jenis pencahayaan yaitu pencahayaan alami dan buatan. Pencahayaan alami berasal dari cahaya matahari yang selalu tersedia di alam dan cahaya langit hasil pemantulan cahaya matahari. Intensitas cahaya matahari stabil sedangkan intensitas cahaya langit dipengaruhi waktu dan cuaca, karena intensitas cahaya langit fluktuatif, besar kuat penerangan yang terukur di suatu titik pun tidak stabil.

Pencahayaan buatan berasal dari sistem cahaya berenergi terbatas di ala, misalnya energi listrik serta energi dari proses minyak bumi dan gas. Intensitas cahaya dan kuat penerangan cahaya buatan stabil tanpa dipengaruhi perubahan waktu dan cuaca. Besarnya pun dapat di ukur sesuai kebutuhan (Latifah, 2015: 7-9).

Menurut Cahyono (2017: 105), ada tiga tipe sistem penerangan buatan yaitu:

1. Sistem penerangan merata (area light), yaitu penerangan yang merata ke seluruh penjuru ruangan.
2. Sistem penerangan terarah (spot light), yaitu penerangan yang diarahkan ke objek tertentu.
3. Sistem penerangan setempat (point light), yaitu penerangan yang dikonsentrasikan khusus pada bidang kerja.

Pemancaran cahaya adalah pemancaran gelombang elektromagnetik yang secara umum disebut radiasi, maka ada hubungan antara pemancaran cahaya dan pemancaran radiasi. Namun kuat pemancaran cahaya belum tentu sebanding dengan kuat pemancaran radiasi, atau disebut daya terang, bersangkutan dengan peristiwa perangsangan panca indera mata. Mata sangat peka terhadap warna kuing dan kepekaan itu makin merosot untuk warna-warna yang panjang gelombang makin panjang maupun makin pendek dari panjang gelombang warna kuning tersebut. Banyaknya pancaran dari cahaya atau disebut fluks cahaya, dinyatakan dalam satuan lumen (Soedojo, 1992: 58).

IV.        Alat dan Komponen

1.      Fitting lampu

2.      Lampu

3.      Sistem tertutup

4.      Kabel

5.      Aplikasi luxmeter/lightmeter

V.           Prosedur Percobaan

1.      Siapkan sistem sehingga tidak ada cahaya yang masuk ke dalam sistem.

2.      Siapkan luxmeter di dalam sistem terutup.

3.      Pasang lampu pada fittingnya, letakkan pada sistem tertutup yang telah disiapkan kemudian hubungkan pada sumber tegangan.

4.      Catat hasil pengukuran dan ulangi percobaan sebanyak tiga kali.

5.      Lakukan percobaan dengan daya lampu yang berbeda.

VI.        Data Percobaan

Luas sistem terutup = p x l = 57 cm x 34 cm = 1938 cm²

VII.     Pembahasan

Percobaan praktikum kali ini yaitu berjudulpengukuran pencahayaan. Pencahayaan dapat diukur denga suatu alat yang disebut luxmeter ataupun lightmeter. Luxmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya intensitas cahaya di suatu tempat/area. Besarnya intensitas cahaya ini perlu di ketahui karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup. Untuk mengetahuinya, maka diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya.

Alat ini di dalam memperlihatkan hasil pengukurannya menggunakan format digital yang terdiri dari sebuah sensor. Sensor tersebut diletakkan pada suatu sumber cahaya yang akan diukur intensitasnya.

Luxmeter digunakan untuk mengukur tingkat iluminasi. 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. Berbagai jenis dari cahaya lampu menyala pada suhu warna yang berbeda. Embacaan luxmeter akan berbeda, tergantung variasi sumber cahaya yang berbeda dari intensitas yang sama. Hal ini menjadikan beberapa cahaya terlihat lebih tajam atau lebih lembut daripada yang lain.

Luxmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kuat penerangan (tingkat penerangan) pada suau daerah atau area tertentu. Alat ini terdiri dari rangka, sebuah sensor dengan sel foto dan layar panel. Sensor tersebut diletakkan pada sumber cahaya yang akan diukur intensitasnya. Prinsip kerja dari luxmeter adalah mengubah energi foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Cahaya akan menyinari sel foto yang kemudian akan ditangkap oleh sensor sebagai energi yang diteruskan oleh sel foto menjadi arus listrik. Makin banyak cahaya yang diserap oleh sel, arus yang dihasilkan pun semakin besar. Di dalam perangkat luxmeter ini terdapat suatu penguat yang berfungsi memperkuat arus yang masuk sehingga arus dapat terbaca. Tanpa penguat arus ini, arus yang dihasilkan oleh cahaya tidak mungkin terbaca karena arus yang dihasilkan sangat kecil. Untuk luxmeter digital hasilnya akan ditampilkan pada layar panel sedangkan yang analog arus akan menggerakkan jarum penunjuk skala.

Sensor cahaya yang digunakan pada luxmeter adalah Photodioda. Photodioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat yang dapat mendeteksi intensitas cahaya di bawah 1 pW/cm². Photodioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi reserve bias di mana resistansi dari photodioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk. Berbagai jenis cahaya yang masuk pada luxmeter baik itu cahaya alami ataupun buatan akan mendapatkan respon yang berbeda dari sensor. Berbagai warna yang di ukur akan menghasilkan suhu warna yang berbeda, dan panjang gelombang yang berbeda pula. Oleh karena itu, pembacaan hasil yang ditampilkan oleh layar panel adalah kombinasi dari efek panjang gelombang yang ditangkap oleh sensor photodioda.

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan yaitu dengan menggunakan tiga jenis lampu yang berbeda antara lain lampu pijar, lampu neon dan lampu LED didapatlah hasil yang berbeda. Percobaan pertama menggunakan jenis lampu pijar dengan daya lampu 5 watt. Perlu di ketahui bahwa pengukuran ini menggunakan tiga buah aplikasi luxmeter yang berbeda. Pada percobaan dengan lampu pijar diperoleh hasil intensitasnya 158 lux, 150 lux, dan 147 lux dengan jarak 40 cm dari sumber cahaya. Percobaan kedua menggunakan lampu neon dengan daya lampu 7 watt menghasilkan intensitas 307 lux, 309 lux, dan 298 lux dengan jarak 32 cm dari sumber cahaya.

Selanjutnya percobaan ketiga dengan menggunakan lampu LED dengan daya 5 watt menghasilkan intensitas 487 lux, 443 lux, dan 429 lux dengan jarak 43 cm dari sumber cahaya. Dan yang terakhir adalah dengan menggunakan lampu LED 3 watt menhasilkan intensitas 248 lux, 230 lux, dan 222 lux pada jarak 42 cm dari sumber cahaya.

Berdasarkan data yang dijelaskan di atas, sangat jelas tampak perbedaan antara hasil intensitas yang di dapatkan. Hal ini menjadi sesuatu hal yang harus dicari tahu apa penyebabnya. Berdasarkan pengamatan kelompok kami, hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor. Pertama yaitu jarak antara sumber cahaya ke sensor. Semakin jauh jarak antara sumber cahaya ke sensor maka akan semakin kecil nilai yang ditunjukkan luxmeter. Ini membuktikan bahwa semakin jauh jaraknya maka intensitas cahaya akan semakin berkurang. Namun, hal ini juga dipengaruhi oleh jenis lampu itu sendiri. Ada lampu yang mempunyai tingkat intensitas yang besar dan ada juga yang kecil.

Kedua, pengaruh daya lampu terhadap kuat penerangannya. Semakin besar daya lampu menurut teori maka akan membuat arus listrik semakin besar sehingga nyala lampu semkain terang. Hal ini ditunjukkan pada teori yaitu rumus P = V x I, dimana daya berbanding lurus dengan arus. Namun bukan hanya berdasarkan teori ini, pengukuran pencahayaan juga dipengaruhi oleh jenis lampu yang digunakan saat praktikum.

Pengaruh jenis lampu terhadap kuat penerangan terlihat bahwa pencahayaan lampu LED 5 watt paling tinggi dibandingkan lampu jenis pijar dan neon. Nilai efikasi luminus dari lampu LED juga paling tinggi sehingga energi energi buangannya paling rendah. Hal ini menunjukkan bahwa lampu LED 5 watt memiliki tingkat efisiensi energi paling besar dibandingkan dengan lampu neon 7 watt dan lampu pijar 5 watt, di mana lampu pijar adalahyang memiliki efisiensi paling keil dibandingkan jenis lampu lain.

Perbedaan tingkat efisiensi dari ketiga lampu yang diteliti disebabkan oleh cara kerjanya yang berbeda-beda. Lampu pijar memiliki tingkat efisiensi paling rendah dikarenakan prinsip kerja utama dari lampu pijar agar bisa menyala adalah pemanasan elektron pada filamen wolfarm, sehingga sebagian besar energi listrik yang masuk diubah menjadi energi panas (kalor) dan hanya sebagian kecil yang diubah menjadi energi cahaya. Lampu jenis neon memiliki tingkat efisiensi lebih besar dibandingkan lampu pijar. Hal ini karena cara kerja lampu neon untuk bisa menyala tidak hanya memanfaatkan transisi energi dari pemanasan elektron, tetapi juga memanfatkan peredaran gas kimia. Lampu LED yang melikiki tingkat efisiensi paling besar dikarenakan prinsip kerja lampu LED untuk dapat menyala tidak lagi menggunakan pemanasan elektron, melainkan hanya memanfaatkan pelepasan energi dari elektron yang dialirkan oleh dioda, sehingga lebih banyak energi cahaya yang dihasilkan dan menjadi lebih terang.

Pembacaan hasil pada luxmeter dibaca pada layar panel LCD yang format pembacaannya pun memakai format digital. LCD pun mempunyai karakteristik yaitu menggunakan molekul asimetrik dalam cairan organik transparan dan orientasi molekul diatur dengan medan listrik eksternal.

VIII.  Kesimpulan

Berdasarkan percobaan, dapat disimpulkan bahwa kuat penerangan lampu sangat dipengaruhi oleh jenis lampu tersebut. Selain itu, juga dipengaruhi oleh daya yang dimiliki lampu dan juga jaraknya. Semakin tinggi daya lampu, maka semakin tinggi tingkat penerangannya. Semakin jauh jarak sumber cahaya ke sensor cahaya semakin lemah kuat penerangannya yang terukur. Tetapi kedua faktor ini juga dipengaruhi oleh jenis lampunya, dimana lampu LED 5 watt memiliki iluminasi lebih tinggi dibandingkan lampu pijar 5 watt bahkan lampu neon 7 watt. Hal ini dikarenakan prinsip kerha dari masing-masing lampu berbeda dan hanya lampu LED yang memiliki keluaran energi cahaya yang besar sedangkan lampu pijar hanya memiliki keluaran energi kalor yang lebih besar. Oleh karena itu, lampu LED akan menjadi lebih terang.

IX.        Daftar Pustaka

Atmam, dkk. 2015. Analisis Intensitas Penerangan dan Penggunaan Energi
            Listrik di Laboratorium Komputer Sekolah Dasar Negeri 150
            Pekanbaru. Pekanbaru: Jurnal Sains, Teknologi dan Industri.
            Vol.13, NO.1, ISSN: 1693-2390.

Cahyono, T. 2017. Penyehatan Udara. Yogyakarta: ANDI.

Hartati, M., dkk. 2010. Pengembangan Model Pengukuran Intesitas Cahaya dalam  
            Fotometri. Bandung: J. Oto. Ktrl. Inst. Vol.2, No.2, ISSN: 2085-2517.

Latifah, N.L. 2015. Fisika Bangunan 2. Jakarta: Erlangga.

Pamungkas, M., dkk. 2015. Perancanagan dan Realisasi Alat Pengukur Intensitas
            Cahaya. Bandung: Jurnal ELKOMIKA Itenas. Vol.3, NO.2, ISSN: 2338-
            8323.

Soedojo, P. 1992. Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3. Yogyakarta: Gadjah Mada
            University Press.