Efek Fotolistrik
-
Upload
vina-lestari -
Category
Documents
-
view
43 -
download
3
Transcript of Efek Fotolistrik
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
1
PENGUKURAN KONSTANTA PLANCK DAN FUNGSI KERJA SUATU
BAHAN DENGAN EKSPERIMEN EFEK FOTOLISTRIK
Ardhy Purwo Nugroho, Alfan Sukrianda, Inda Karsunawati, dan SB. Widia Reza
Laboratorium Fisika Radiasi, Departement Fisika,
Fakultas Sains dan Terknologi, Universitas Airlangga
Jalan Mulyorejo, Surabaya
email : [email protected]
ABSTRAK
Telah dilakukan pengukuran konstanta planck dan fungsi kerja logam dengan eksperimen
efek fotolistrik. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun menjadi
sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat sel photo, sumber cahaya polikromatis,
multimeter, dan galvanometer. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang
5769,89 Å; 5460,74 Å; dan 4347,50 Å pada intensitas yang berbeda, maka akan didapatkan
nilai tegangan penghalang (Vs). Data tersebut kemudian dianalisis dengan menggunakan
persamaan regresi untuk mendapatkan nilai konstanta planck dan fungsi kerja. Dari hasil
pengukuran didapatkan nilai konstanta planck adalah 3,289 x 10−34
Js dengan persentase
kesalahan ukur 50,36%, sedangkan fungsi kerja logam adalah −1,204 x 10−19
J. Selain itu,
juga dilakukan pengukuran panjang gelombang dari filter berbahan plastik mika.
Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan bahwa panjang gelombang dari plastik mika
berwarna biru, hijau, dan kuning berturut – turut adalah (3030 ± 361,4) nm, (2856 ± 323,7)
nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan panjang gelombang plastik mika berwarna
kuning paling tinggi dibandingkan plastik mika berwarna biru dan hijau.
Kata Kunci: Cahaya, Efek Fotolistrik, Konstanta Planck, dan Fungsi Kerja Logam.
PENDAHULUAN
Efek fotolistrik merupakan suatu eksperimen yang menunjukkan bahwa suatu
gelombang dapat bersifat sebagai partikel. Eksperimen ini bertujuan untuk membuktikan
hipotesis Max Planck yang menyatakan bahwa energi yang dimiliki cahaya adalah
terkuantisasi.
Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard
pada tahun 1900. Gejala efek fotolistrik ini dapat dijelaskan dengan baik oleh Einstein pada
tahun 1905. Einstein mengembangkan hipotesis Max Planck kuantisasi energi. Dia
menyatakan bahwa kuantisasi energi merupakan sifat dasar energi gelombang
elektromagnetik.
Pada eksperimen ini akan dilakukan pengukuran nilai konstanta planck dan fungsi
kerja suatu bahan. Di samping itu, juga akan ditentukan nilai panjang gelombang dari bahan
plastic mika berwarna.
DASAR TEORI
Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron dari permukaan suatu logam akibat
adanya cahaya yang menyinari permukaan logam tersebut. Untuk melepaskan elektron
diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya bergantung pada jenis/sifat logam
tersebut. Tenaga minimal ini disebut work function atau fungsi kerja dari logam. Efek
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
2
fotolistrik dapat terjadi jika frekuensi foton (cahaya) lebih besar daripada frekuensi ambang
dari suatu logam. Elektron yang terlepas memiliki energi kinetik sebesar
Dengan e adalah muatan dasar, V adalah tegangan penghalang, h adalah konstanta planck, f
adalah frekuensi foton, dan W adalah fungsi kerja logam.
Energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tidak bergantung pada intensitas
cahaya, tetapi hanya bergantung pada panjang gelombangnya, Energi kinetik ini bertambah
secara linier terhadap frekuensi sumber cahaya.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada 5 Desember 2012 bertempat di Laboratorium Fisika Radiasi,
Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.
Alat dan Bahan
1. Sel photovoltaic
2. Sumber Cahaya Polikromatis
3. Power supply
4. Filter atau diafragma
a. Filter Hitam
b. Filter dengan λ1 = 5769,89 Å
c. Filter dengan λ2 = 5460,74 Å
d. Filter dengan λ3 = 4347,50 Å
5. Plastik mika warna biru, hijau, dan kuning.
6. Multimeter dan Galvanometer
Set Up Eksperimen
Gambar 1 Susunan Alat Percobaan Efek Fotolistrik
Prosedur Penelitian
1. Mengamati peralatan eksperimen fotolistrik sebelum menyalakan alat.
2. Menyalakan sumber cahaya, kemudian mengatur intensitas pada lampu.
3. Memasang filter hitam untuk kalibrasi (dilakukan setiap ganti filter), kemudian mengatur
galvanometer dan multimeter dalam keadaan NOL.
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
3
4. Mengambil filter hitam dan mengganti dengan filter lainnya dengan panjang gelombang
berbeda dan plastic mika berwarna, kemudian mengatur galvanometer sehingga dalam
keadaan NOL dan mencatat tegangan pada multimeter saat keadaan ini.
5. Mengulangi langkah 3 dan 4 dengan intensitas cahaya yang berbeda.
HASIL PENELITIAN
Tabel 1 Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (Vs) pada Berbagai Panjang
Gelombang
Panjang
Gelombang
λ (Å)
Intensitas
Tegangan
Penghalang
Vs (Volt)
Tegangan
Penghalang Rata–
Rata (Volt)
5769,89
1 0,3
0,375 2 0.4
3 0,4
4 0,4
5460,74
1 0,5
0,550 2 0,5
3 0,6
4 0,6
4347,50
1 0,6
0,750 2 0,7
3 0,8
4 0,9
Tabel 2 Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (Vs) pada Berbagai Plastik Mika
Berwarna
Warna
Plastik
Mika
Intensitas
Tegangan
Penghalang
Vs (Volt)
Tegangan
Penghalang Rata–
Rata (Volt)
Biru
1 1,0
1,050 2 0,9
3 1,1
4 1,2
Hijau
1 1,0
1,075 2 1,0
3 1,1
4 1,2
Kuning
1 0,6
0,975 2 0,9
3 1,1
4 1,3
Keterangan:
Percobaan pada intensitas 1 dilakukan oleh praktikan Inda Karsunawati.
Percobaan pada intensitas 2 dilakukan oleh praktikan SB. Widia Reza.
Percobaan pada intensitas 3 dilakukan oleh praktikan Ardhy Purwo Nugroho.
Percobaan pada intensitas 4 dilakukan oleh praktikan Alfan Sukrianda.
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
4
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Analisis Perhitungan
1. Menentukan Frekuensi dari Berbagai Panjang Gelombang
Persamaan yang digunakan adalah
Berdasarkan persamaan di atas dapat ditentukan frekuensi dari berbagai panjang
gelombang. Adapun hasil perhitungannya adalah sebagai berikut:
a. λ = 5769,89 Å
b. λ = 5460,74 Å
c. λ = 4347,50 Å
2. Menentukan Konstanta Planck dan Fungsi Kerja
No
1 0,375 0,141
2 0,550 0,302
3 0,750 0,563
Σ 1,675 1,006
Menentukan Persamaan Regresi:
22 xxn
yxxynm
21428
1414
)1059,17()1079,104(3
)675,1)(1059,17()1016,10(3m
28
14
1096,4
1002,1m
1510056.2m
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
5
22
2
xxn
xyxyxn
21428
141428
)1059,17()1079,104(3
)10,16,10)(1059,17()675,1)(1079,104(n
28
28
1096,4
1019,3n
64,0n
Jadi, persamaan regresinya adalah
Dengan menghubungakan persamaan regresi dengan persamaan energi kinetik elektron,
dapat ditentukan konstanta planck dan fungsi kerja sebagai berikut:
Konstanta Planck
Adapun konstanta planck berdasarkan literatur adalah 6,626 ∙ 10−34
Js (Halliday, 1986).
Dengan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil literatur tersebut, maka dapat
diketahui persentase kesalahan ukur sebesar 50,36 %.
Fungsi Kerja
3. Menentukan Panjang Gelombang dari Plastik Mika Berwarna
Persamaan yang digunakan adalah
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
6
a. Plastik mika berwarna biru
λ = (3030 ± 361,4) nm
b. Plastik mika berwarna hijau
λ = (2856 ± 323,7) nm
c. Plastik mika berwarna kuning
λ = (3708 ± 535,8) nm
Pembahasan
Eksperimen efek fotolistrik ini bertujuan untuk menentukan nilai kontanta planck dan
fungsi kerja suatu bahan. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun
menjadi sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat komponen-komponen yang telah
disebutkan pada alat dan bahan. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang
tertentu dan mengatur intensitas cahaya yang digunakan, maka akan didapatkan nilai tegangan
penghalang (Vs). Dengan mengganti filter cahaya yang digunakan, maka akan diperoleh data
tegangan penghalang yang besarnya berbanding terbalik dengan besarnya panjang
gelombang. Dengan kata lain, semakin besar panjang gelombang yang digunakan, semakin
rendah tegangan penghalang yang dihasilkan.
Hal ini dapat dijelaskan bahwa energi kinetik elektron yang dipancarkan sebanding
dengan besarnya tegangan penghalang yang dihasilkan. Besarnya tegangan penghalang ini
tidak dipengaruhi oleh intensitas, melainkan sebanding dengan frekuensi cahaya yang
digunakan. Besarnya frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang.
Hubungan antara frekuensi dan tegangan penghalang akan membentuk kurva dengan
persamaan y = mx – n, dengan m = h / e dan n = W / e. Berdasarkan persamaan tersebut dapat
diketahui besarnya konstanta planck dan fungsi kerja logam. Adapun hasil perhitungan
konstanta planck adalah 3,289 x 10−34
Js, sedangkan fungsi kerja logam adalah −1,204 x 10−19
J. Persentase kesalahan ukur pada pengukuran konstanta planck adalah 50,36%. Hal ini
menunjukkan bahwa hasil pengukuran kurang akurat dan selisihnya jauh dari literatur.
Ada beberapa hal yang memengaruhi ketidakakuratan hasil pengukuran tersebut,
diantaranya adalah:
1. Ruang yang digunakan (Alat percobaan fotoelektron) kurang hampa sehingga
memungkinkan elektron kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul-
molekul udara sehingga pada saat elektron sampai pada potensial penghalang energinya
telah berkurang. Karena energi tersebut berkurang maka nilai tegangan penghalang (Vs)
juga akan berkurang.
2. Kalibrasi alat mungkin kurang bagus.
3. Adanya faktor human error sangat mungkin mempengaruhi dalan eksperimen ini, salah
satu diantaranya adalah dalam pembacaan alat. Dalam pembacaan alat mungkin nilai yang
tertera belum benar.
Selain itu, juga dilakukan pengkuran besarnya panjang gelombang dari filter yang
berbahan dasar plastik mika. Berdasarkan hasil perhitungan menunjukkan bahwa panjang
gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut – turut adalah (3030 ±
361,4) nm, (2856 ± 323,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan bahwa plastik
mika berwarna kuning memiliki panjang gelombang yang paling tinggi.
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
7
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Konstanta planck adalah 3,289 x 10−34
Js dengan persentase kesalahan ukur 50,36%.
2. Fungsi kerja Logam adalah −1,204 x 10−19
J.
3. Panjang gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut – turut
adalah (3030 ± 361,4) nm, (2856 ± 323,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm.
Saran
Diperlukannya penelitian lanjutan dengan memperbanyak variabel–variabel penelitian agar
memperoleh banyak variasi data sehingga dapat meningkatkan keakuratan hasil pengukuran.
DAFTAR PUSTAKA
Dosen Fisika Radiasi. 2011. Buku Petunjuk Fisika Eksperimental. Departemen Fisika,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya
Halliday, Resnick. 1986. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan
Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga
Pranoto, Awal Setyo. 2011. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika
Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya
Ayu. 2010. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen
Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya
Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika
Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
8
TENTANG PENULIS
Nama : Ardhy Purwo Nugroho
TTL : Kediri, 6 April 1992
Jenis Kelamin : Laki – laki
Alamat : Desa Kedungmalang, Papar, Kediri
Jurusan : S1 Fisika
Fakultas : Sains dan Teknologi
Perguruan Tinggi : Universitas Airlangga
Email : [email protected]
No. Hp : 085735108705
Penghargaan yang pernah diraih:
1. Peraih medali emas bidang PKMT (Program Kreativitas Mahasiswa-Penerapan
Teknologi) dalam ajang PIMNAS yang diselenggarakan oleh Dikti pada 9–13 Juli
2012 di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
2. Juara I Mawapres Semester 5 Tingkat Fakultas Sains dan Teknologi pada Oktober
2012
Pengalaman Organisasi:
1. Kepala Departemen Scientist Development JIMM Periode 2012.
2. Staf Bidang Penalaran, Himpunan Mahasiswa Departemen Fisika periode 2012.
3. Staf Departemen Syiar PU JIMM Periode 2011.