LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN I Percobaan h / e
Disusun Oleh : Nama
:
Rani Chairani (H1E007017) Yuliana Dian (H1E007019) Wahyu Ria Setiani (H1E007021)
Hari , Tanggal :
Selasa , 13 Oktober 2009
Asisten
Sehah ,S.Si, M.Si
:
LABORATORIUM FISIKA INSTRUMENTASI PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN MIPA FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PURWOKERTO 2009
Oleh : 1. 2. 3.
Rani Chairani Yuliana Dian N. Wahyu Ria Setiani
ABSTRAK Telah dilakukan percobaan h/e yang bertujuan untuk mempelajari pancaran energi dari lampu mercury dan menentukan nilai h/e di laboratorium eksperimen I, jurusan Fisika, Program Sarjana MIPA, Universutas Jenderal Soedirman. Percobaan h/e ini dilakukan dengan menggunakan prinsip dasar efek fotolistrik. Percobaan ini dilakukan dengan dua metode yaitu (1) ditransmisikan untuk mengetahui pengaruh intensitas terhadap nilai h/e, (2) penggunaan filter warna kuning, hijau, dan tanpa filter untuk mengetahui pengaruh frekuensi terhadap nilai h/e. Dari kedua metode tersebut diperoleh nilai energi kinetik yang dinyatakan dalam bentuk nilai potensial penghenti. Berdasarkan grafik dapat diketahui nilai h/e rata-rata adalah 8,00E-16 J.s/C. dan nilai Wo rata-rata adalah 0,34 eV. Kata kunci : Lampu mercury, efek fotolistrik, nilai h/e.
ABSTRACT h/e experiment had done with the purpose to learn about the energy radiate from mercury light and to find the value of h/e in the eksperiment I laboratorium, physics major, MIPA scholar programme, Jendral soedirman university. This experimen done by observed the colour of light from the mercury light by using the principel of foto electric effectt. This experiment done by two methods (1) been transmition to know the influence of intensity toward the value of h/e, (2) by giving filter yellow, green, and without filter to know the influence of the frecuency toward the value of h/e. From this two methods we got the kinetic energy maximum foto electric effect that is show as the value of potensial. From the graph we can know the value of h/e and Wo. The value of h/e range is 8,00E16 J.s/C and the value Wo range is 0,34 eV. Keyword : Light mercury,foto electric effect, value h/e.
I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Fisika klasik mencerminkan “kenyataan fisis” pada indera manusia dengan menganggap partikel dan gelombang sebagai komponen yang terpisah dari kenyataan tersebut. Mekanika partikel dan optik gelombang secara klasik merupakan suatu tatanan yang bebas, masing-masing dengan serangkaian eksperimen dan prinsip-prinsip yang didasarkan pada hasil eksperimen tersebut. Kenyataan yang terjadi terdapat materi mikroskopik dari atom, molekul, elektron dan inti. Tetapi dalam dunia nyata ini tidak terdapat partikel atau gelombang dalam arti sebenarnya. Anggapan bahwa elektron memiliki muatan dan massa menurut hukum mekanika, yaitu partikel dalam alat-alat yang dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti tabung televisi. Tetapi pada kenyataannya elektron yang bergerak sebagai suatu wujud gelombang dan juga sebagai partikel. Gelombang elektromagnetik dianggap sebagai gelombang karena dalam keadaan tertentu gelombang elektomagnetik memperlihatkan gejala difraksi, interferensi, dan polarisasi. Tetapi dalam keadaan yang lain gelombang elektromagnetik bertingkah seperti terdiri dari berkas partikel. Gejala-gejala tersebut disebut dengan “Dualisme Partikel-Gelombang” Sifat
gelombang
cahaya
yang
didukung
oleh
bukti-bukti
eksperimental seperti percobaan Young dan difraksi cahaya pada tahun 1871. Sekitar akhir abad ke-19 sifat gelombang cahaya telah mantap. Tetapi ada beberapa percobaan dengan dengan cahaya dan listrik sulit untuk dijelaskan. Pada tahun 1888 Hallwachs mengamati bahwa suatu logam Zn akan kehilangan muatan listrik negatifnya bila disinari dengan cahaya ultraviolet. Tetapi jika muatan logam tersebut awalnya bermuatan positif maka muatannya akan hilang. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik. Dalam percobaan kali ini lebih membahas tentang efek fotolistrik, untuk mencari nilai perbandingan tetapan Planck dengan muatan elektron (h/e) B.
Tujuan
Tujuan dilakukan percobaan h/e adalah untuk mempelajari pancaran energi dari lampu mercury dan menentukan nilai perbandingan h/e.
C.
Dasar Teori Teori Kuantum Cahaya
Dua teori klasik yang mencoba menjelaskan radiasi benda hitam dikemukakan oleh Wilhem Wien (1896) dan Lord Rayleigh (1900) yang diperkuat oleh J.Jeans sehingga dikenal sebagai Teori Rayleigh Jeans. Teori Wien mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang panjang. Sedangkan teori Reyleigh-Jeans kebalikan dari teori Wien. Pada akhir tahun 1900 penjelasan yang memuaskan datang dari Max Planck yang mengajukan rumus empiris dan ternyata sangat cocok
dengan hasil eksperimen adapun penjelasannya adalah sebagai berikut: a Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul-molekul benda bersifat diskret, yang besarnya: En = nhυ dengan n adalah bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum dan υ adalah frekuensi getaran molekul-molekul, sedangkan h adalah konstanta Planck yang besarnya 6,626x10 -34 J.s. karena energi radiasi bersifat diskret, dikatakan energinya terkuantisasi dan energi yang diperkenenkan dengan n =1, 2, 3,… disebut tingkat energi.
b Molekul-molekul menyerap dan memancarkan energi radiasi cahaya dalam paket diskret yang disebut kuantum atau foton. Energi kuantum = (tetapan Planck) x (frekuensi) E = hυ
…(1)
Bila molekul-molekul menyerap/memancar satu foton, maka tingkat energinya bertambah/berkurang sebesar hυ. Semua gagasan Planck tersebut diatas hanya membahas tentang permukaan benda hitam. Kemudian Albert Einsten memperluasnya menjadi fenomena yang universal dan berdasarkan Teori Kuantum. Cahaya merupakan pancaran dari paket-paket energi (foton) yang terkuantisasi (diskret) yang besarnya sesuai dengan persamaan (1). Cahaya merupakan salah satu gelombang yang dalam perambatannya membawa energi. Sehingga teori-teori fisika sebelum tahun 1900 disebut fisika klasik,
sedangkan teori-teori fisika sesudah tahun 1900 yang diawali oleh Teori Kuantum dari Planck disebut fisika modern. Pada tahun 1905 Einsten menemukan bahwa paradoks yang timbul dalam efek fotolistrik dapat dimengerti hanya dengan memasuki pengertian radikal yang pernah diusulkan oleh Max Planck. Planck dapat menurunkan rumus yang dapat menerangkan spektrum radiasi (yaitu kecerahan relatif dari berbagi panjang gelombang yang ada) sebagai fungsi dari suatu temperatur suatu benda yang meradiasikannya serta menganggap bahwa radiasi yang dipancarkan terjadi secara diskontinu (diskret), dipancarkan dalam catuan kecil. Catuan ini disebut dengan kuanta (Beiser, 1992:4).
Efek Fotolistrik
Heinrich Hertz (1757-1894) menemukan bahwa laju pada celah transmitter terjadi bila cahaya ultraviolet diarahkan pada salah satu logam. Percobaan ini dilanjutkan oleh ahli Fisika lainnya dan menemukan bahwa penyebab terjadinya latu adalah terpancarnya elektron pada frekuensi yang cukup tinggi. Gejala ini disebut sebagai efek fotolistrik yang menunjukan cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. (Wiyatno,2003:37) Gejala efek fotolistrik dapat diterangkan sebagai berikut: gelombang cahaya yang membawa energi dipancarkan terhadap lempeng logam. Secara kuantum energi tersebut pertama-tama berfungsi untuk melepaskan elektron dari lempeng dan energi yang tersisa akan terkonsentrasi pada elektron yang lepas dan mengerakannya sehingga muncul suatu energi kinetik yang berarti elektron tersebut bersifat sebagai benda. Secara matematis: hυ
= Kmax + hυ0
hυ0
= W0
hυ
= K max + W0
dengan: hυ
= energi kuantum cahaya.
Kmax = energi kinetik maksimum elektron.
…(2)
hυ0
=
W0 = fungsi kerja, energi minimum untuk melepas sebuah elektron yang disinari.
Fungsi kerja untuk masing-masing permukaan logam memiliki nilai yang khas. Hal ini menunjukkan bahwa fungsi kerja merupakan besaran yang khas. Berikut terdapat table kerja untuk beberapa logam.
Tabel 1. Fungsi Kerja Fotolistrik Beberapa Logam
LOGAM
LAMBANG
FUNGSI KERJA (eV)
Cesium
Cs
1,9
Kalium
K
2,2
Natrium
Na
2,3
Lithium
Li
2,5
Kalsium
Ca
3,2
Tembaga
Cu
4,5
Perak
Ag
4,7
Platina
Pt
5,6 (Beiser,1992:45)
Eksperimen
Seperti diketahui bahwa gelombang cahaya membawa energi, dan sebagian energi diserap oleh bagian yang tersinari. Energi yang terserap dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu dan muncul kembali sebagai energi kinetik elektron (Ek maks). Kita ingat bahwa hubungan antara energi kinetik elektron dengan potensial elektron adalah: Ek maks = e.V
…(3)
Menurut persamaan (2): hυ = Ek
+ W0
hυ = e.V
+ W0
h
W 0
V = e υ - e
…(4)
Persamaan (4) dapat dinyatakan sebagai persamaan garis lurus, sehingga apabila V dan υ diplotkan dalam grafik akan diperoleh slope dari garis tersebut, seperti terlihat pada Gambar 1.
V h Slope = e
υ
Gambar 1. Grafik hubungan potensial (V) dan frekuensi gelombang (υ)
II. METODE PERCOBAAN
Metode dalam percobaan ini dilaksanakan dengan metode eksperimen, yang menggunakan cahaya lampu mercury disertai dengan pemasangan filter pada perangkat. A. Waktu Dan Tempat Percobaan
Percobaan ini dilaksanakan pada hari selasa, 13 Oktober 2009 bertempat di laboratorium eksperimen I lantai 2 jurusan Fisika Program Sarjana MIPA Universitas Jendral Soedirman Purwokerto. B. Alat Dan Bahan Percobaan
Alat dan perlengkapan yang digunakan dalam percobaan i ni adalah: 1. Sumber cahaya mercury 2. Multimeter digital 3. Filter warna kuning dan hijau 4. Perangkat h/e 5. Stopwatch
B. Cara Kerja Percobaan
1. Bagian A a)
Menyusun peralatan percobaan h/e.
b)
Menghidupkan sumber cahaya mercury.
c)
mengecek potensial bateray pada perangkat h/e.
d)
Me-reset potensial pada perangkat h/e untuk menghilangkan memori.
e)
Memasang filter transmisi pada layar perngakat h/e.
f)
Mencatat nilai potensial yang ditunjukkan pada multimeter digital untuk setiap prosentase transmisi.
g)
Memulai percobaan dari cahaya kuning, hijau, biru, UV_1 dan UV_2.
2. Bagian B a)
Mengulang langkah a sampai d pada bagian A.
b)
Memasang filter warna kuning pada perangkat h/e.
c)
Mencatat nilai potensial yang ditunjukkan pada multimeter digital untuk setiap warna (kuning, hijau, biru, UV_1 dan UV_2).
d)
Mengulang percobaan bagian B untuk filter berwarna hijau.
C. Diagram Alir Percobaan
1. Bagian A
MULAI
Peralatan h/e disusun. Sumber cahaya mercury dihidupkan
Filter transmisi dipasang
Potensial pada alat direset
Mengarahkan cahaya kuning ke alat h/e untuk tiap transmisi.
Potensial dicatat dan waktu pencahayaan
Belum
Apakah semua warna cahaya sudah diukur potensialnya?
Sudah SELESAI
2. Bagian B
MULAI
Peralatan h/e disusun. Sumber cahaya mercury dihidupkan
Filter warna dipasang
Potensial pada alat direset
Potensial dan waktu pencahayaan untuk tiap warna cahaya dicatat
Belum
Apakah semua filter warna sudah diukur potensialnya?
Sudah SELESAI
III.
HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
A.
Hasil Pengamatan
Tabel 1. Nilai potensial warna cahaya kuning untuk filter transmisi Warna Filter
% Transmisi 100 80 60 40 20
Kuning
Potensial (mV) 171,2 150,7 142,6 128,3 78,6
Tabel 2. Nilai potensial warna cahaya hijau untuk filter transmisi Warna Filter
% Transmisi 100 80 60 40 20
Hijau
Potensial (mV) 192,8 75,2 47,6 43,8 15,7
Tabel 3. Nilai potensial untuk warna cahaya pembiasan Warna Cahaya Pembiasan Merah Jingga Kuning Hijau Biru Nila Ungu
B.
Frekuensi (Hz) 4,11E+14 4,81E+14 5,19E+14 5,50E+14 6,88E+14 7,14E+14 8,20E+14
Grafik dan Perhitungan
Potensial (V) 0,0456 0,0434 0,0418 0,0434 0,0456 0,0449 0,0401
Grafik 1. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 100%
y = 2E-15x - 1,0018 R2 = 0,694
1,2 1 ) 0,8 V ( n a g 0,6 n a g e 0,4 T
0,2 0 0,00E+00 1,00E+14 2,00E+14 3,00E+14 4,00E+14 5,00E+14 6,00E+14 7,00E+14 8,00E+14 9,00E+14
Frekuensi (Hz)
dari Grafik 1: W 0 e W 0
=
=
1,0018 V
1,0018 eV
Grafik 2. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 80%
y = 2E-15x - 1,1178 R2 = 0,6195
1 0,9 0,8 ) 0,7 V ( n 0,6 a g 0,5 n a 0,4 g e 0,3 T 0,2 0,1 0 0,00E+00 1,00E+14 2,00E+14 3,00E+14 4,00E+14 5,00E+14 6,00E+14 7,00E+14 8,00E+14 9,00E+14 Frekuensi (Hz)
dari Grafik 2: W 0 e W 0
=
=
1,1178 V
1,1178 eV
Grafik 3. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Teganga untuk Transmisi 60%
y = 1E-15x - 0,4085 R2 = 0,4079
1 0,8
) V ( n 0,6 a g n a 0,4 g e T
0,2 0 0,00E+00 1,00E+14 2,00E+14 3,00E+14 4,00E+14 5,00E+14 6,00E+14 7,00E+14 8,00E+14 9,00E+14
Frekuensi (Hz)
dari Grafik 3: W 0 e W 0
=
=
0,4085 V 0,4085 eV
Grafik 4. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untu Transmisi 40%
y = 2E-15x - 0,9136 R2 = 0,5888
0,9 0,8 ) 0,7 V ( 0,6 n a 0,5 g n 0,4 a g 0,3 e T 0,2 0,1 0 0,00E+00 1,00E+14 2,00E+14 3,00E+14 4,00E+14 5,00E+14 6,00E+14 7,00E+14 8,00E+14 9,00E+14 Frekuensi (Hz)
dari Grafik 4: W 0 e W 0
=
=
0,9136 V 0,9136 eV
Grafik 5. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Teganga untuk Transmisi 20% y = 2E-15x - 0,6993 R2 = 0,4396 0,8 0,7 ) 0,6 V ( n a g n a g e T
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00E+00 1,00E+14 2,00E+14 3,00E+14 4,00E+14 5,00E+14 6,00E+14 7,00E+14 8,00E+14 9,00E+14
Frekuensi (Hz)
dari Grafik 5: W 0 e W 0
=
=
0,6993 V 0,6993 eV
v ) dengan
Grafik Hubungan Frekuensi ( Potensial (V)
y = -5E-18x + 0,0463 0,046 ) V ( l a i s n e t o P
R 2 = 0,109
0,045 0,044 0,043 0,042 0,041 0,04 0,039 0,00E+00
2,00E+14
4,00E+14
6,00E+14
8,00E+14
Frekuensi v (Hz) dari Grafik diatas didapat : W 0 e W 0
=
=
0,0463V 0,0463 eV
1,00E+15
IV.
PEMBAHASAN
Jika melihat dari grafik yang didapat, terlihat bahwa nilai h/e adalah kemiringan (slope) dari grafik tersebut. Nilai tegangan berbanding lurus dengan frekuensi. Jika nilai frekuensi bertambah maka nilai tegangan juga akan bertambah, dan sebaliknya. Urutan cahaya mulai dari yang berfrekuensi rendah sampai yang tertinggi pada praktikum ini adalah kuning, hijau, UV-1, UV-2, berdasarkan data-data diatas untuk transmisi 100%, 80%, 60 %, 40%, 20%, semakin besar frekuensi suatu cahaya maka semakin besar pula nilai potensialnya. Dari percobaan dapat dilihat, dengan bertambahnya nilai frekuensi maka nilai tegangannya juga bertambah dan sebaliknya. Nilai fungsi kerja (Wo) yang didapat tidak konstan yaitu sekitar 0,04 hingga 1,1 eV. v
Nilai W0 dengan transmisi 100% berdasarkaan grafik adalah 1,0018 eV
v
Nilai W0 dengan transmisi 80% berdasarkaan grafik adalah 1,1178 eV
v
Nilai W0 dengan transmisi 60% berdasarkaan grafik adalah 0,4085 eV
v
Nilai W0 dengan transmisi 40% berdasarkaan grafik adalah 0,9138 eV
v
Nilai W0 dengan transmisi 20% berdasarkaan grafik adalah 0,6993 eV
v
Nilai W0 dari warna pembiasan berdasarkaan grafik adalah 0,043 eV
Dari percobaan , efek fotolistrik dapat diterangkan bahwa cahaya berpengaruh pada jumlah foton elektron yang terpancarkan pada saat terjadi efek fotolistrik. Untuk suatu permukaan metal, terdapat potensial penghenti Vo yang nilainya berbanding lurus dengan frekuensi dari sinar datang tapi tidak berpengaruh pada intensitasnya. Nilai frekuensi tidak berpengaruh terhadap nilai h/e, berapapun nilai frekuensinya nilai h/e tetap. Potensial penghenti (Vo) adalah beda harga dari potensial penghambat antara kedua electron yang akan menghentikan aliran foto electron yang dipancarkan oleh permukaan logam.
Nilai h/e untuk filter warna terlihat bahwa nilai tegangan pada warna yang sama dengan filternya lebih besar dari pada warna yang lain. Hal ini, menunjukan terjadi interferensi dua gelombang yang saling menguatkan. Dari data hasil pengamatan dapat dilihat bahwa nilai h/e tidak ada yang sesuai dengan referensi yaitu 4,14E-15 J.s/C, hasil yang diperoleh cukup jauh. Hal
ini dapat dikarnakan kurang telitinya atau
fokusnya praktikan dalam memfokuskan cahaya yang diamati.
IV.
KESIMPULAN
Dari pembahasan dapat disimpulkan bahwa energi kinetik foto elektron tidak bergantung pada intensitas cahaya. Intensitas cahaya hanya berpengaruh terhadap jumlah foto elektron yang dipancarkan pada saat terjadi efek fotolistrik. Energi kinetik maksimum foto elektron bergantung pada frekuensi sinar yang dipergunakan dalam percobaan efek fotolistrik. Semakin besar frekuensi foton, maka semakin besar pula energi kinetik maksimum foto elektron. Adapun nilai perbandingan tetapan Planck (h) dengan muatan (e) atau h/e antara lain: Filter 20 40 60 80 100
Transmisi (%)
Warna
h/e (J.s)
W0 (eV)
6,00E-16
0,6993
6,00E-16
0,9138
6,00E-16
8,00E-16
0,4085 1,1178
9,00E-16
1,0018
Kuning
-2,00E-15
1,4413
Hijau
-2,00E-15
1,4279
DAFTAR PUSTAKA
Beiser, Arthur. 1992. Konsep Fisika Modern. Edisi mahasiswa. Penerjemah The Houw Liong. Jakarta: Erlangga. Rohlf, James William. 1994. Modern Physics from α to Z o. New York: Jhon Willey and Sons, Inc. Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Penerjemah: Bambang Soegijono. Jakarta: Erlangga. Wiyatno, Yusman. 2003. Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
