efek fotolistrik 1

8/17/2019 efek fotolistrik 1

1/18

Eksperimen Peristiwa Efek Fotolistrik pada Logam yang Disinari Cahaya [Fisika Unair]

Laboratorium Fisika Radiasi Universitas Airlangga 1

Eksperimen Peristiwa Efek Fotolistrik pada Logam yang Disinari Cahaya

Novi Tri Nugraheni 1, Khoirotun Nisa

2, Muhimatul Fadlilah Arfianda

1, Puspita Ningtiyas

2, Ratna Yulia

Sari3

Laboratorium Fisika Modern, Departemen FisikaFakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga

Surabaya

Abstrak , Abstrak , Dalam percobaan efek fotolistrik, berkas cahaya ditembakkan ke permukaan logamyang diletakkan di dalam suatu tabung vakum sehingga elektron terpencar keluar dari permukaan

tersebut. Percobaan efek fotolistrik bertujuan menentukan ketetapan planck (h = 6,62618 x 10-34

), energykinetic maksimum fotoelektron, dan menentukan fungsi kerja fotosel. Energi kinetic electron dapat

diketahui dari potensial penghenti Vo melalui hubungan eVo = hf - hf o. Dengan hubungan energi planck

dapat diperoleh nilai tetapan planck h (E – h ). Sehingga dapat diketahui bahwa nilai energi kinetik

merupakan selisih total energi cahaya dan energi ambang batas. Einstein mempostulatkan bahwa energy

yang dibawa oleh cahaya terdistribusi secara kontinu sebagaimana dinyatakan oleh teori gelombang.

Persamaan fotolistrik Einstein menunjukkan bahwa pengukuran h sesuai dengan nilai yang ditemukanoleh Planck. Hasil eksperimen yang telah dilakukan menunjukkan bahwa kontanta Planck yang telah

penulis analisis adalah relatif sama. Dari eksperimen ini didapatkan hasil berupa konstanta planck

kemudian membandingkanya dengan kontanta planck literatur,serta juga di dapatkan fungsi kerja dari

suatu logam yang digunakan saat eksperimen.. Hasil eksperimen mencari konstanta planck dari

eksperimen ini yang paling mendekati literatur adalah ) J.s. Kata Kunci : Efek Fotolistrik ,Potensial henti,Fungsi kerja, konstanta Planck

1. Pendahuluan

Penemuan efek fotolistrik merupakan salah satu tonggak sejarah kelahiran fisika kuantum.

Untuk merumuskan teori yang cocok dengan eksperimen, sekali lagi orang dihadapkan pada situasidimana faham klasik yang selama puluhan tahun telah diyakini sebaga faham yang benar, harusdirombak. Faham yang dimaksud adalah konsepsi bahwa cahaya sebagai gelombang.

Efek fotolistrik merupakan gejala fisika yang pertama kali ditemukan oleh Hertz pada tahun1887 ketika mendemonstrasikan keberadaan gelombang elektromagnetik. Kemudian, Lenardmenggunakan sebuah tabung kaca yang divakumkan yang di dalamnya terdapat dua buah elektrode.

Ketika itu, teori fisika tidak dapat menjelaskan hasil pengamatan Lenard. Setelahnya, Einstein denganmenggunakan gagasan kuanta Planck memberikan penjelasan teoritis terhadap hasil pengamatan

gejala fotolistrik. Einstein merumuskan persamaan yang menghubungkan antara potensialambang dengan frekuensi cahaya monokromatik yang digunakan dalam menyinari katode, yaitu .

Pada percobaan ini, kita akan mengamati perilaku cahaya sebagai partikel menurut teorikuantum dan merombak pernyataan cahaya sebagai gelombang oleh teori klasik. Selain itu, pada percobaan ini akan di analisis untuk menentukan konstanta Planck. Dengan adanya eksperimen ini,kita dapat mengetahui bagaimana hubungan intensitas cahaya terhadap arus fotoelektrik. Selain itu,kita akan menyelidiki bagaimana penjelasan teori klasik dan teori kuantum mengenai cahaya.

2. Landasan Teori

Suatu berkas cahaya yang didatangkan pada permukaan logam alkali (Li, Na, K, Cs)

akan menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Secara skematik rangkaian eksperimen efek

fotolistrik terdiri atas dua plat logam (elektroda), yang ditempatkan dalam vakum dan

terpisah pada jarak tertentu, dan dihubungkan dengan amperemeter dan potensiometer (yang

dilengkapi dengan voltmeter) dalam suatu rangkaian seri.


2/18



Efek foto listrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu zat

(logam), bila permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih

besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti

cahaya tampak dan radiasi ultraungu) tergantung pada jenis permukaan.

Gambar 2.1 Efek fotolistrikKetika pertama kali peristiwa ini ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887, interaksi

antara berkas cahaya dan elektron-elektron logam menunjukkan beberapa sifat yang belum

pernah dikenal sebelumnya, yaitu:

1. Efek fotolistrik hanya terjadi pada frekuensi cahaya yang lebih besar daripada harga

minimum tertentu (frekuensi ambang) yang bergantung pada jenis logam yang disinari.

2. Terjadinya efek fotolistrik hampir bersamaan dengan saat datangnya sinar pada plat

logam.

3. Energi kinetik maksimum elektron fotolistrik pada logam tertentu hanya bergantung pada

frekuensi berkas cahaya yang datang, tidak bergantung pada intensitas cahaya yang datang.

4. Besar arus fotolistrik sebanding dengan intensitas cahaya yang datang.

Sifat-sifat di atas hanya dapat dijelaskan jika cahaya yang datang pada permukaan

logam diperlakukan sebagai paket-paket energi yang disebut foton (Einstein, 1905). Dengan

mengadopsi teori radiasi benda hitam (Planck, 1901) Einstein menyatakan bahwa besar

energi masing-masing foton tersebut hanya ditentukan oleh frekuensi ( f ) foton, yait dengan f = frekuensi gelombang elektromagnetik

h=tetapan planck

dengan h suatu konstanta yang besarnya 6,626 ´ 10 - 34 J.s dan selanjutnya dikenal sebagai

konstanta Planck.

Efek fotolistrik hanya dapat terjadi jika energi foton datang lebih besar daripada rata-

rata energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Energi ini

dikenal sebagai fungsi kerja yang besarnya bergantung pada jenis logam dan sering

disimbolkan( wo) Besaran inilah yang menentukan frekuensi minimum atau frekuensi

ambang ( fo) yang dapat menghasilkan efek fotolistrik pada suatu permukaan logam

Dalam interaksi antara foton datang dan elektron logam yang menghasilkan efek

fotolistrik, energi seluruh foton diserap oleh elektron. Jika energi foton lebih besar daripada

fungsi kerja logam maka selisih antara energi foton dan fungsi kerja akan terbawa oleh

elektron sebagai energi kinetik (Ek ) sehingga elektron-elektron tersebut dapat melintasi

ruang vakum antara kedua plat logam dan menghasilkan arus fotolistrik dalam rangkaian.


3/18



Besar muatan elektron fotolistrik dapat ditentukan dengan memberikan potensial perintang

atau stopping potential, dalam rangkaian untuk menghentikan arus fotolistrik.

Gejala foto listrik adalah munculnya arus listrik atau lepasnya elektron yang

bermuatan negatif dari permukaan sebuah logam akibat permukaan logam tersebut disinari

dengan berkas cahaya yang mempunyai panjang gelombang atau frekuensi tertentu. Dari

gambar 1, sinar yang dipancarkan pada katoda dapat menyebabkan elektron keluar dan

meninggalkan katoda. Karena katoda dihubungkan dengan kutub positif dan anoda dengan

kutub negatif, maka potensial anoda lebih rendah daripada potensial katoda sehingga elektron

akan tertarik ke anoda. Aliran elektron ini merupakan arus listrik.

Jika potensial cukup besar, dapat menyebabkan elektron tak dapat sampai ke anoda.

Beda potensial yang tepat akan menahan pancaran elektron yang disebut potensial penyetop(Vo). Pada keadaan ini, berarti energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkansama

dengan beda potensial listrik elektron antara anoda dan katoda.

3. Alat dan Bahan

Pada percobaan ini akan digunakan beberapa macam peralatan yaitu sebagai berikut ini :

1) Sel foto , Lampu sumber cahaya dan Sumber dayanya serta diafragma dan multimeter dangalvanometer yang terangkum didalam peralatan Planck Constant Measuring, Ogawa Seiki Ltd. Jepang .

2)

Filter Cahaya yang telah diketahui beberapa nilai panjang gelombangnya3) Filter Cahaya dari Plastik mika dengan warna yang berbeda yaitu Biru, Hijau dan Kuning


4/18



4. Prosedur Percobaan

Pada percobaan kali ini, dapat ditentukan tetapan planck dari hasil eksperimen dan kemudianmenentukan nilai teapan planck dan tenaga kinetik maksimum dari efek fotolistrik atau gejalafotoelektron. Untuk memenuhi tujuan dari percobaan tersebut maka dapat digunakan prosedur percobaan sebagai berikut :

1) Siapkan semua peralatan yang digunakan untuk mencapai tujuan daripada eksperimen ini,dimana menyiapkan peralatan Planck Constant Measuring dan melihat fungsi dari masing – masing tombol hingga percobaan dapat berjalan dengan lancar.

2) Kemudian, ambil salah satu filter yang telah diketahui nilai panjang gelombangnya dan pasang pada bagian dudukan filter yang ada didalam peralatan.

3) Nyalakan lampu yang berada didalam peralatan tersebut sehingga terbaca arus listrik padaampermeter dan nilai tegangan pada voltmeter dalam alat tersebut.

4) Turunkan nilai tegangan yang dengan cara memutar potensiometer hingga menunjukan arus

nol. Nilai tegangan yang terbaca adalah nilai tegangan henti atau V s dan ulangi untuk beberapa filter cahaya yang lain

Untuk filter yang telah diketahui nilai panjang gelombangnya, digunakan untuk menentukan tetapan planck secara eksperimen dan untuk yang mika digunakan untuk menentukan panjang gelombangambang daripada logam dan work functionnya.

6. Data Hasil Eksperimen

Dari percobaan yang dilakukan, dapat diperoleh tabel pengamatan sebagai berikut :

f = ⁄ Intensitas Vs(volt)

5769,59 5,1997 I 0,3

II 0,4

III 0,5

IV 0,6

5460,74 5,4938 I 0,5

II 0,6

III 0,7

IV 0,7

4347,50 6,9005 I 0,7

II 0,9

III 1

IV 1,1

7. Hasil Analisis dan Pembahasan

Dalam percobaan ini, sumber cahaya yang digunakan memancarkan cahaya polikromatis,yang berarti harus difilter terlebih dahulu agar menghasilkan cahaya yang monokromatis. filter yang

digunakan yakni dengan panjang gelombang 5769,59 ;5460,748 ;dan 4347,50 Filter tersebutmenyebabkan cahaya mempunyai satu frekuensi saja.


5/18



Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, pengaruh intensitas cahaya terhadap arusfotoelektrik adalah berbanding lurus. Ketika tombol ON-OFF pada perangkat pengukuran konstantaPlanck dihidupkan dan belum dinaikkan intensitas cahanyanya, pada layar belum ada arus yangterbaca. Kemudian, saat intensitas cahaya dinaikkan, penunjukkan arus pada layar juga meningkat.Semakin meningkat intensitas, semakin tinggi pula jumlah arus yang terbaca pada layar. Sehinggadapat dikatakan bahwa intensitas cahaya berbanding lurus dengan kuat arus fotolistrik. Hal inimenunjukkan adanya aliran arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepasdari permukaan (disebut sebagai elektron-foto). Apabila tegangan (Vs) diperkecil, arus ikut mengecildan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilaitertentu (-Vs), layar menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidakada elektron yang keluar dari permukaan logam. Potensial Vs ini disebut potensial penghenti.Pengaruh intensitas cahaya terhadap energi kinetik elektron-foto berdasarkan percobaan yangdilakukan yaitu intensitas cahaya tidak bergantung pada energi kinetik elektron-foto.Kenaikan intensitas cahaya menyebabkan kenaikan partikel cahaya (foton) yang membentur permukaan logam. Sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan maka energi yang diterima elektron juga meningkat. Akibatnya, energi atau elektron-foto yang dihasilkan juga meningkat sehingga arusfotoelektrik yang dihasilkan juga meningkat.

Selanjutnya dapat diketahui bahwa nilai perhitungan konstanta planck berbanding lurusdengan nilai intensitas cahaya. Pada intensitas pertama diperoleh nilai nilai h1= 0,3293 J.s; pada intensitas kedua h2 = 0,4296 J.s ; intensitas ketiga h3= 0,4296 J.s ; danintensitas keempat h4= 0,46544 J.s.

Data pada percobaan ini membuktikan bahwa intensitas mempengaruhi nilai Vo yang secaralangsung juga mempengaruhi nilai h. Hal tersebut dipengaruhi oleh jumlah foton yang ada. Semuafoton mempunyai energi yang sama yakni hf sehingga menambah intensitas cahaya bukan berartimenambah energi dari foton ataupun elektron, namun jumlah foton yang semakin banyak seiringdengan meningkatnya intensitas cahaya. Berbeda dengan nilai energi kinetik maksimum elektron. Nilai energi kinetik maksimum elektron tidak dipengaruhi oleh intensitas cahaya, namun dipengaruhioleh frekuensi. Dimana semakin besar frekuensi maka energi kinetiknya akan semakin besar, begitu pula sebaliknya. Dalam percobaan kami, energi yang dibutuhkan oleh sebuah cahaya harus lebih besar

dari 0,848 eV untuk bisa terjadi efek fotolistrik pada logam.

8. Kesimpulan

Berdasarkan eksperimen efek fotolistrik ini, dapat dipelajari gejala fotolistrik secaraeksperimen, dapat ditentukan fungsi kerja suatu logam (sel foto) dan dapat menentukan nilai tetapan planck dan energi kinetik maksimum foto elektron secara eksperimen dan berdasarkan bahan yangdigunakan pada eksperimen, logam memiliki fungsi kerja 0,848 eV dan tetapan planck secaraeksperimen yang paling mendekati literatur diperoleh pada intensitas keempat yaitu

0,46544 J.s.eferensi

[1].Krane, Kenneth. S, 1982. Fisika Modern, Terjemahan : Hans. J. Wospakrik dan Sofia Nikhsolihin,Jakarta : Penerbit UI

[2]. Zaidan, A., 2014, Modul Praktikum Eksperimental Fisika 1 , tidak dipublikasikan


6/18



LAMPIRAN I

ANALISIS PERHITUNGAN

1. TABEL FREKUENSI f = ⁄ Intensitas Vs(volt) 5769,59 5,1997

I 0,3

II 0,4III 0,5

IV 0,6

5460,74 5,4938 I 0,5

II 0,6

III 0,7

IV 0,7

4347,50 6,9005 I 0,7

II 0,9

III 1

IV 1,1

Untuk menghitng nilai energy kinetik maksimum elektron, kita harus mendapatkan nilai h dan terlebih dahulu melalui persamaan

Persamaan diatas sebanding dengan persamaan y = mx + n

2. PERSAMAAN REGRESI TIAP-TIAP INTENSITAS

A. Persamaan Regresi Untuk Intensitas I

f Vs FVs x y

XY

5,1997 0,3 27,03688009 0,09 1,55991 5,4938 0,5 30,18183844 0,25 2,7469 6,9005 0,7 47,61690025 0,49 4,83035 ∑ ∑ = 1,5 ∑ = 104,8356188 ∑ = 0,83 ∑ = 9,13716 Persamaan regresi linear y = mx + n


7/18



-0,7071

[

]

Simpangan baku dalam m

Simpangan baku dalam n


8/18



Berikut grafik hubungan antara frekuensi dengan potensial henti pada Intensitas 1:

Selanjutnya, untuk menghitung nilai h(tetapan planck) dan work function digunakan persamaan

Persamaan tersebut kita analogikan dengan persamaan regresi Dimana dan n = Sehingga, Nilai tetapan planck dan work function pada intensitas pertama adalah :

h = e.m

= 1,6

= 0,3293 J.s = Sm.e 0,1243 J.s 0,3293 ) -n.e - (-0,7071)( ) J = - Sn.e= - (

)(

)

= - 0,73504 J= - 0,459 eV 0,459 ) eV dan besarnya energy kinetik diperoleh melalui persamaan

Untuk nilai f yang berbeda-beda di dapatkan

F(hertz) (Nm) 5,1997 0,64378121 5,4938 0,67774834 6,9005 1,14097465

y = 0,205x - 0,707

R² = 0,875

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.60.7

0.8

0 1 2 3 4

V o

frekuensi (E+14)

Grafik Hubungan Antara frekuensi dan Potensial Henti

pada Intensitas I

V

Linear (V)


9/18



B. Persamaan Regresi Untuk Intensitas II

f Vs FVs x y XY

5,1997 0,4 27,03688009 0,16 2,07988 5,4938

0,630,18183844

0,363,29628 6,9005 0,9 47,61690025 0,81 6,21045 ∑ ∑ = 1,9 ∑ = 104,8356188 ∑ = 1,33 ∑ = 11,58661

Persamaan regresi linear y = mx + n

0,9413

Simpangan baku dalam m


10/18




Berikut grafik hubungan antara frekuensi dengan potensial henti pada Intensitas 2:

Selanjutnya, untuk menghitung nilai h(tetapan planck) dan work function

digunakan

persamaan Persamaan tersebut kita analogikan dengan persamaan regresi Dimana dan n = Sehingga, Nilai tetapan planck dan work function pada intensitas pertama adalah :

h = e.m

= 1,6 = 0,4296 J.s

= Sm.e

0,04848 J.s

y = 0,268x + 0,941

R² = 0,940

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4

V o

frekuensi (E+14)


pada Intensitas II

V

Linear (V)


11/18



0,4296 ) -n.e - ( 0,9413)( ) J

= - Sn.e= - ( )( )= 0,63792 J= 0,398 eV ) eV

Dan besarnya energi kinetik diperoleh melalui persamaan Untuk nilai f yang berbeda-beda di dapatkan :

F(hertz) (Nm) 5,1997

0,72771112

5,4938 0,85405648 6,9005 1,4583748 C. Persamaan Regresi Pada Intensitas III

No f (Hz) V o (V) f2(Hz

2 ) (V 2 ) f V o(V.Hz)

x y x2 y

2 Xy

1 5,1997 0,5 27,03688009 0,25 2,59985 2 5,4938 0,7 30,18183844 0,49 3,84566 3 6,9005

1,0 47,61690025

1,00 6,90050

∑ 2,2 104,8356188 1,74 13,34601 Persamaan regresi linear Mencari nilai m

( )( )

Mencari nilai n


12/18



Menghitung simpangan y

Minghitung simpangan baku dalam m

Minghitung simpangan baku dalam n


13/18



Grafik hubungan antara frekuensi dengan potensial henti pada Intensitas III :

Nilai h (tetapan planck) dan (work function) diperoleh menggunakan persamaan : Persamaan tersebut dapat dianalogikan dengan persamaan regresi : Dimana dan Sehingga, Nilai tetapan Planck dan Work function pada intensitas ke-tiga diperoleh :

h = e.m

= = 0,4296

Js

= Js ) Js ) Js J =

)

J eV

y = 0,269E-14x - 0,841

R² = 0,940

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5E+14 1E+15

V o

( V )

Frekuensi (H z)


pada Intensitas III

V

Linear (V)


14/18



0,397 ) J Besarnya energi kinetik diperoleh melalui persamaan :

Dengan beberapa nilai f , diperoleh :

D. Persamaan Regresi Pada Intensitas IV

No f Vs f 2 V o2 f V o

x (Hz) y (V) x2(Hz

2 ) y

2(V

2 ) xy(V Hz)

1 5,1997 0,6 27,03688009 0,36 3,11982 2 5,4938 0,7 30,18183844 0,49 3,84566 3 6,9005 1,1 47,61690025 1,21 7,59055 ∑ 2,4 104,8356188 2,06 14,55603

Persamaan regresi linear Mencari nilai m

( )( )

Mencari nilai n


15/18



Minghitung simpangan pada y

√ Simpangan baku dalam m



16/18



Grafik hubungan antara frekuensi dengan potensial henti pada Intensitas IV

Nilai h (tetapan planck) dan (work function) diperoleh menggunakan persamaan : Persamaan tersebut kita analogikan dengan persamaan regresi :

Dimana dan n = Sehingga, Nilai tetapan Planck dan Work function pada intensitas ke-empat diperoleh :

h = e.m

= = 0,46544 Js =

Js ) Js ) Js

y = 0,291E-14x- 0,906

R² = 0,999

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5E+14 1E+15

V o

( V )

Frekuensi (Hz)

Grafik Hubungan Antara frekuensi dan Potensial Hentipada I ntensitas IV

v

Linear (v)


17/18



J eV

= )= J= eV

) eV Besarnya energi kinetik diperoleh menggunakan persamaan :

Dengan beberapa nilai f , diperoleh :

J

Jadi nilai fungsi kerja logam rata – rata adalah :

̅


18/18


L b i Fi ik R di i U i i Ai l

LAMPIRAN II

LAPORAN SEMENTARA

efek fotolistrik 1

Documents

Transcript of efek fotolistrik 1