Modul Prakt Fis Mod

32
PERCOBAAN 1 INTERFEROMETER A. TUJUAN 1. Mempelajari prinsip terjadinya interferensi 2. Mempelajari prinsip kerja percobaan Michellson-Morley 3. Menghitung panjang gelombang sinar laser yang digunakan 4. Menghitung jumlah foton yang dipancarkan oleh sinar laser B. ALAT DAN BAHAN 1. Pembangkit Laser He-Ne 3. Mikrometer Skrup 2. 3 buah lensa setengah cermin 4. Bangku Optik C. TEORI RINGKAS Gambar di bawah ini menunjukkan diagram jalannya sinar laser pada percobaan untuk menunjukkan peristiwa interferensi. Sinar laser dari sumbernya diarahkan ke cermin A. Sinar dari cermin A ada yang diteruskan ke cermin B dan adapula yang dipantulkan ke cermin C. Oleh cermin C sinar dipantulkan ke layar setelah melalui cermin A. Oleh cermin B sinar dipantulkan ke cermin A, dan selanjutnya oleh cermin A sinar dipantulkan ke layar. 1

Transcript of Modul Prakt Fis Mod

Page 1: Modul Prakt Fis Mod

PERCOBAAN 1

INTERFEROMETERA. TUJUAN

1. Mempelajari prinsip terjadinya interferensi2. Mempelajari prinsip kerja percobaan Michellson-Morley3. Menghitung panjang gelombang sinar laser yang digunakan4. Menghitung jumlah foton yang dipancarkan oleh sinar laser

B. ALAT DAN BAHAN

1. Pembangkit Laser He-Ne 3. Mikrometer Skrup2. 3 buah lensa setengah cermin 4. Bangku Optik

C. TEORI RINGKAS

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram jalannya sinar laser pada percobaan untuk menunjukkan peristiwa interferensi. Sinar laser dari sumbernya diarahkan ke cermin A. Sinar dari cermin A ada yang diteruskan ke cermin B dan adapula yang dipantulkan ke cermin C. Oleh cermin C sinar dipantulkan ke layar setelah melalui cermin A. Oleh cermin B sinar dipantulkan ke cermin A, dan selanjutnya oleh cermin A sinar dipantulkan ke layar.

.

B

pola fringesLayar

SUMBERLASSER

A

1

C

Page 2: Modul Prakt Fis Mod

Jadi pada layar setiap saat datang dua buah gelombang yang frekuensinya sama besar. Akibatnya pada layar terjadi pola interferensi berbentuk lingkaran-lingkaran terang dan gelap yang disebut fringe. Pada saat terbentuk fringe, jika cermin B digeser mendekati

cermin A sejauh Δx = kali panjang gelombang ( ), maka beda lintasan antara dua

gelombang dari cermin A menuju layar adalah sebesar , sehingga terjadi perubahan pada pola fringe dari keadaan terang ke keadaan terang kembali atau dari keadaan gelap ke adaan gelap kembalil. Berarti pada saat ini m = 1 dan

.

Untuk mengukur beda lintasan antara kedua gelombang digunakan mikrometer skrup yang dihubungkan ke cermin B. Pada mikrometer skrup terdapat skala utama dan nonius. Setiap skala utama bernilai 0,625 mm = 0,025 inci, sedangkan setiap skala nonius bernilai 0,025 mm = 0,001 inci. Nilai skala ini harus dikonversikan dengan factor koreksi kelipatan 0,1. Dengan demikain rumus beda lintasan menjadi

dengan m adalah jumlah terjadinya keadaan terang ke terang kembali pada pola fringe

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Tempatkan posisi sumber laser dan cermin A, B dan C seperti gambar diagram eksperimen interferensi di atas

2. Atur 0 skala nonius tepat pada 0 skala utama, kemudian hidupkan sumber laser.

3. Aaturlah masing-masing posisi sumber laser, cermin A, B dan C, kemudian aturlah 2 buah skrup pada cermin C, sehingga dua gelombang cahaya yang datang pada layar tepat berimpit satu sama lain ( terjadi fringe ).

4. Jika pada layar telah terjadi pola fringe, hati-hatilah dalam memutar mikrometer skrup, agar posisi bangku optik tetap terhadap posisi sumber laser.

5. Pada saat memutar nonius, terjadilah perubahan pola fringe dari gelap menjadi terang atau sebaliknya.

6. Putarlah nonius sehingga terjadi 10 kali terang pada layar (m = 10 ). Catatlah skala (Δx) yang ditunjukkan oleh mikrometer skrup dalam Tabel 1.1

7. Ulangi langkah 6, untuk m = 20, 30, dan 40 kali terang pada layar.

TABEL 1.1 m skala

mikrometerΔxm

(mm)Δx1

(mm)λ

(mm)10203040

E. TUGAS1. Dari data dalam Tabel 1.1, hitunglah harga rata-rata Δx1 dinyatakan dalam nm2. Hitunglah harga rata-rata panjang gelombang sinar laser dinyatakan dalam nm

2

Page 3: Modul Prakt Fis Mod

3. Hitunglah harga dari ( )

PERCOBAAN 2

SINAR KATODA I

A. TUJUAN1. Mempelajari proses terjadinya sinar katoda2. Mempelajari pengaruh medan listrik terhadap sinar katoda3. Mempelajari pengaruh medan magnet terhadap sinar katoda4. Mempelajari pengaruh medan magnetik dan medan listrik terhadap sinar katoda

B. ALAT DAN BAHAN

1. Eksperimental Apparatus 4. Power Supply Heater

2. Power Supply Helmholtz Coils 5. Power Supply Deflektor3. Power Supply Accelerating Voltage 6. Voltmeter dan Ammeter

C. TEORI RINGKAS

Dalam tabung sinar katoda terdapat elektroda negatif (katoda) dan elektroda positif (anoda). Jika katoda dipanaskan oleh heater (pemanas) dan melalui Anoda dan Katoda dipasang tegangan tinggi dengan beda potensial VAK, maka dari Katoda akan terpancar sinar katoda menuju ke Anoda. Sinar katoda mula-mula diam dengan energi potensial yang dinyatakan oleh rumus Ep = VAK e Pada saat sinar katoda akan mencapai anoda, energi potensial berubah menjadi energi kinetik yang dinyatakan oleh rumus

Dengan menyamakan rumus energi potensial dan kinetik, diperoleh rumus kecepatan sinar katoda ketika akan mencapai anoda adalah

............................................................. (2.1)

Jika sebuah muatan listrik bermuatan e dan bermassa m, bergerak melintasi medan magnetik B dengan kecepatan v, sehingga muatan tersebut bergerak dengan lintasan berbentuk lingkaran yang jari-jarinya R. Pada kasus ini, gaya Lorentz = gaya sentripetal, maka berlaku rumus.

Sinar katoda yang bermuatan e dan bergerak melintasi suatu daerah yang dipengaruhi oleh medan listrik (E) dan medan magnetik (B) secara bersamaan, masih ada kemungkinan untuk bergerak lurus, apabila gaya Coulomb = gaya Lorentz, sehingga eE = B e v

3

Page 4: Modul Prakt Fis Mod

...........................................................................(2.2)

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Untuk menjaga keselamatan alat, maka dianjurkan tegangan melalui heater maksimum 6,3 volt, antara Anoda dan Katoda (VAK) maksimum 300 volt, pada Hemholtz Coils maksimum 9 volt dan antara kedua plat deflektor (VAB) maksimum 35 volt.

2. Apabila filamen heater telah pijar, putarlah tombol pengatur tegangan tinggi VAK

secara perlahan-lahan, sehingga kelihatan sinar katoda merambat lurus. Catat beda potensial VAK

Switch di digeser ke bawah (deflection plates)

3. Putarlah sakhlar pengatur tegangan deflektor secara perlahan-lahan, sehingga sinar katoda menyimpang dari arahnya mula-mula di dalam medan listrik. Catat arah penyimpangan sinar katoda

4. Selidikilah bagaimana pengaruh besar tegangan deflektor terhadap besar sudut penyimpangan sinar katoda

5. Tukarlah polaritas sumber tegangan pada deflektor. Putarlah sakhlar pengatur tegangan deflektor secara perlahan-lahan, sehingga sinar katoda menyimpang dari arahnya mula-mula di dalam medan listrik. Catat arah penyimpangan sinar katoda

Switch di digeser ke atas (e/m experiment)

6. Putarlah secara perlahan - lahan kenob pengatur tegangan pada Helmholtz Coils ( kumparan pembangkit medan magnetik yang arahnya mendekati pengamat), sehingga sinar katoda mulai menyimpang dari arahnya mula-mula.Catatlah arah penyimpangan sinar katoda. Bagaimanakah hubungan perubahan kuat arus yang melalui Helmholtz Coils terhadap perubahan besar sudut penyimpangan sinar katoda

7. Naikkanlah secara perlahan-lahan tegangan pada Helmholtz Coils dan jika perlu putarlah sakhlar pengatur tegangan tinggi VAK, sehingga lintasan sinar katoda berbentuk sebuah lingkaran berjari-jari R1. Catatlah kuat arus yang melalui kumparan (i1), VAK1 dan jari-jari lintasan sinar katoda (R1) di dalam medan magnetik kedalam Tabel 2.1

8. Naikkan lagi secara perlahan-lahan tegangan pada Helmholtz Coils, tetapi VAK

dibuat tetap. Catatlah kuat arus yang melalui kumparan (i2), jari-jari lintasan sinar katoda (R2) di dalam medan magnetik. kedalam Tabel 2.1

9. Naikanlah VAK, tetapi tegangan pada Hemholtz Coils dibuat tetap. Catatlah VAK

dan jari-jari lintasan sinar katoda (R3) di dalam medan magnetik. kedalam Tabel 2.1

Switch di digeser ke bawah (deflection plates)

10. Gunakan medan magnetik dan medan listrik secara bersamaan. Aturlah posisi masing-masing knob pengatur tegangan tinggi (VAK), tegangan pada Helmholtz Coils dan tegangan pada deflektor (VAB), sehingga lintasan sinar katoda menjadi lurus. Pada saat ini Gaya Lorentz = Gaya Coulomb. Catatlah VAK, VAB dan kuat arus

4

Page 5: Modul Prakt Fis Mod

listrik i yang melalui kumparan Helmholtz Coils, kedalam Tabel 3.2 (Percobaan 3) 1.

2.

TABEL 2.1

PERCOBAANKE

VAK

(volt)i

(A)R

(m)1

2

3

E. TUGAS

1. Berdasarkan arah penyimpangan sinar katoda baik di dalam medan listrik maupun medan magnetik, terdiri dari jenis muatan listrik apakah sinar katoda tersebut

2. Bagaimanakah hubungan antara perubahan tegangan pada deflektor terhadap perubahan sudut penyimpangan sinar katoda di dalam medan listrik

3. Bagaimanakah hubungan antara kuat arus yang melalui kumparan Helmholtz terhadap besar sudut penyimpangan sinar katoda di dalam medan magnetik

4. Berdasarkan data dalam Tabel 2.1, bagaimanakah hubungan antara beda potensial VAK

terhadap jari-jari lintasan R5. Jika besar kuat medan magnetik B berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang

melalui kumparan Helmholtz, maka berdasarkan data dalam Tabel 2.1, bagaimanakah hubungan antara kuat medan magnet B terhadap jari-jari lintasan R

6. Berdasarkan data dalam Tabel 2.1, bagaimanakah hubungan antara beda potensial VAK

terhadap kecepatan sinar katoda7. Berdasarkan data dalam tabel bagaimanakah hubungan antara kuat medan magnetik B

terhadap jari-jari lintasan R8. Buktikanlah bahwa rumus kecepatan sinar katoda ketika mencapai anoda, adalah

9. Buktikanlah bahwa rumus kecepatan sinar katoda yang bergerak melingkar di dalam medan magnetik B adalah

5

+ + + + +

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

- - - - -

- - - - - + + + + +

- - - - - + + + + +

Page 6: Modul Prakt Fis Mod

PERCOBAAN 3

SINAR KATODA II

A. TUJUAN1. Menghitung besarnya medan magnetik B yang dihasilkan oleh Helmholtz Coils,

jika dialiri arus listrik i

2. Menghitung nilai untuk elektron

B. ALAT DAN BAHAN

1. Eksperimental Apparatus 4. Power Supply Accelerating

Voltage2. Power Supply Heater 5. Voltmeter dan Ammeter3. Power Supply Helmholtz Coils 6. Power Supply Deflektor

C. TEORI RINGKAS

Untuk menghasilkan medan magnetik homogen, maka Eksperimental Apparatus

menggunakan dua buah kumparan Helmholtz Coils yang masing-masing terpisah pada jarak AB, terdiri dari N lilitan, berjari-jari a dan dialiri arus listrik i, seperti gambar di bawah ini

Menurut Hukum Biot-Savart, besarnya induksi magnetik dB pada titik P yang dihasilkan oleh kumparan Hemholtz Coils (A) adalah

6

r

x

θa

PA B

r2 =a2 + x2

AB = 2 x

Page 7: Modul Prakt Fis Mod

............................................................(3.1)

Oleh karena terdapat 2 kumparan Helmholtz Coils yang masing-masing terdiri dari N lilitan, maka persamaan (1) menjadi

............................................................(3.2)

Elektron bermuatan e dan bermassa m bergerak dengan kecepatan v melintasi medan magnet B, maka elektron tersebut bergerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari R, maka berlaku rumus

..................................................................(3.3)

Dengan mensubstitusikan harga v dalam persamaan (2.1) ke persamaan (3) sehingga diperoleh persamaan

..............................................................(3.4)

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Ukurlah jarak pisah antara kedua kumparan Helmholtz Coils, yaitu jarak AB, sehingga

jarak x dapat ditentukan dengan rumus

2. Ukurlah jari-jari lingkaran kumparan Helmholtz Coils yang digunakan3. Berdasarkan data pada langkah 1 dan 2, hitunglah r dengan rumus 4. Jika N = 130 lilitan, dengan menggunakan persamaan (2), tentukan bentuk persamaan

yang menyatakan hubungan antara B terhadap kuat arus i kumparan Helmholtz Coils.5. Isilah Tabel 3.1, berdasarkan data dalam Tabel 2.1

TABEL 3.1. PENGHITUNGAN HARGA e/m ELEKTRON

PERCOBAANKE

VAK

(volt)i

(A)B

(Wb/m2)R

(m)e/mC/kg

1

2

3

TABEL 3.2. SINAR KATODA TETAP BERGERAK LURUS, WALAUPUN DIPENGARUHI MEDAN MAGNETIK DAN MEDAN LISTRIK

PERCOBAANKE

VAK

(volt)VAB

(volt)i

(A)B

(Wb/m2)v

(m/s)

1

7

Page 8: Modul Prakt Fis Mod

2

3

E. TUGAS

1. Buktikanlah persamaan (3.1), yaitu :

2. Buktikanlah persamaan (3.2), yaitu :

3. Buktikanlah bahwa

4. Buktikanlah persamaan (3.3), yaitu :

5. Buktikanlah persamaan (3.4), yaitu :

6. Berdasarkan data dalam Tabel 3.1, hitunglah harga rata-rata

7. Jika massa elektron 9,1 x 10-31 kg, hitunglah muatan elektron8. Berdasarkan data dalam Tabel 3.2, pada saat sinar katoda masih tetap bergerak

lurus, walaupun dipengaruhi oleh medan magnetik B dan medan listrik E, hitunglah

a. Kuat medan listrik Eb. Jarak pisah antara kedua plat deflektor

8

Page 9: Modul Prakt Fis Mod

PERCOBAAN 4

EFEK FOTOLISTRIK I

A. TUJUAN1. Mempelajari syarat terjadinya Efek Fotolistrik2. Memahami pengertian beda potensial henti3. Mempelajari pengaruh intensitas cahaya terhadap Efek Fotolistrik4. Mempelajari pengaruh intensitas cahaya terhadap beda potensial henti

A. ALAT DAN BAHAN

1. Planck’s Constant Measuring Instrument2. Sumber cahaya3. Sel fotolistrik 4. Filter red (635 nm), yellow I (570 nm), yellow II (540 nm), green (520 nm) dan blue

(475 nm)

C. TEORI RINGKAS Efek fotolistrik adalah peristiwa terpancarnya elektron-elektron dari suatu permukaan logam, ketika permukaan logam tersebut disinari dengan cahaya.

K

9

AG

V

VOLTAGE DIRECTION

Berkas cahayaMonokhromatik

Anoda (A)Katoda (K) (A)

Page 10: Modul Prakt Fis Mod

Voltmeter (V) berfungsi untuk mendeteksi beda potensial (VAK) antara anoda A dan katoda K. Besar VAK dapat divariasikan dengan mengatur hambatan R .Galvanometer (G) berfungsi untuk mendeteksi arus listrik yang mengaliar melalui rangkaian. Jika arus listrik mengalir melalui rangkaian berarti adanya elektron-elektron yang keluar dari plat K dan bergerak melintasi ruang vakum menuju plat A.

Ketika VAK dijadikan nol, ternyata arus listrik masih juga mengalir. Kemudian ketika VAK dijadikan bernilai negatif terhadap anoda A, ternyata arus listrik yang mengalir menjadi berkurang. Kemudian VAK negatif itu terus diperbesar sehingga arus listrik yang mengalir menjadi nol. Pada saat ini VAK disebut dengan beda potensial henti ( Vo) atau potensial penghalang bagi elektron untuk menuju ke anoda A. Hasil kali (Voe) merupakan energi kinetik maksimum elektron, yaitu

Kemudian ketika intensitas cahaya yang digunakan divariasikan, ternyata nilai potensial henti Vo tetap. Berarti energi foton cahaya yang datang pada logam digunakan untuk membebaskan elektron dari logam katoda (Wo) dan selebihnya untuk memberi energi pada elektron tersebut (EK). Oleh karena itu rumus efek fotolistrik adalah : E = Wo + EK maks

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Sebelum ON/OFF dihidupkan, tempatkan tombol Light Intensity pada posisi Off. Pasanglah salah satu filter cahaya diantara sel fotolistrik dan sumber cahaya. Tempatkan sumber cahaya pada posisi yang diinginkan.

2. Untuk mengukur VAK, geser Sakhlar Display Mode ke arah Voltage (V), sedangkan untuk mengukur arus fotolistrik, geser Sakhlar Display Mode ke arah Current (μA).

3. Untuk memperoleh VAK (negatif), geser Sakhlar Voltage Direction ke arah ( - ), sedangkan untuk memperoleh VAK (positip), geser Sakhlar Voltage Direction ke arah tanda ( + ).

4. Catatlah posisi sumber cahaya terhadap sel fotolistrik dan panjang gelombang filter yang digunakan kedalam Tabel 4.1.

5. Hidupkan ON/OFF dan tempatkan tombol Light Intensity pada skala sedang saja, geser Sakhlar Display Mode ke arah Current (μA), geser posisi Sakhlar Voltage Direction ke arah tanda (-) dan atur posisi tombol voltage adjustor ( pengatur tegangan pada VAK) pada skala minimum, sehingga diharapkan voltmeter menunjukkan angka nol.

6. Putarlah secara perlahan-lahan tombol Voltage Adjustor searah putaran jarum jam, sehingga diperoleh kuat arus fotolistrik menjadi nol. Pada saat ini catatlah harga VAK

kedalam Tabel 4.1. Sekarang putarlah secara bertahap tombol Voltage Adjustor ke arah berlawan putaran jarum jam, sehingga mencapai skala minimum. Catatlah kuat arus pada setiap perubahan VAK.

7. Geser Sakhlar Voltage Direction ke arah (+) dan tempatkan knob voltage adjustor ( pengatur tegangan pada VAK) tetap pada skala minimum, kemudian putarlah secara bertahap tombol Voltage Adjustor searah putaran jarum jam. Catatlah kuat arus pada setiap perubahan VAK kedalam Tabel 4.1.

10

Page 11: Modul Prakt Fis Mod

8. Ulangi langkah 6 s.d 7, tetapi sumber cahaya ditempatkan pada posisi yang berbeda dengan posisi pertama.

TABEL 4.1

PANJANG GELOMBANG

CAHAYANO

POSISI SUMBER CAHAYA

BEDA POTENSIAL

VAK

KUAT ARUS FOTOLISTRIK

1

0

2

0

3

0

E. TUGAS

1. Berdasarkan data dalam Tabel 4.1, bagaimanakah pengaruh jarak sumber cahaya terhadap kuat arus foto listrik yang dihasilkan. Tulislah kesimpulannya

2. Bagaimanakah pengaruh intensitas cahaya terhadap kuat arus fotolistrik3. Lukislah grafik yang menyatakan hubungan beda potensial VAK terhadap kuat arus

fotolistrik untuk masing-masing pengamatan.4. Dari grafik yang diperoleh, bagaimanakah pengaruh intensitas cahaya terhadap beda

potensial henti5. Berdasarkan hasil analisa data, tentukanlah besar potensial henti untuk cahaya yang

digunakan, dinyatakan dalam eV

11

Page 12: Modul Prakt Fis Mod

PERCOBAAN 5

EFEK FOTOLISTRIK II

A. TUJUAN1. Mempelajari hubungan energi foton cahaya terhadap beda potensial henti. 2. Melukis grafik beda potensial henti terhadap frekuensi cahaya3. Menghitung konstanta Planck4. Menghitung energi ambang bahan sel fotolistrik yang digunakan

B. ALAT DAN BAHAN

1. Planck’s Constant Measuring Instrument2. Sumber cahaya Sel 3. Fotolistrik3. Filter red (635 nm), yellow (570 nm), green (520 nm) dan blue (475 nm)

B. TEORI RINGKAS

Gambar di bawah ini adalah grafik hubungan beda potensial henti Vo terhadap frekuensi cahaya yang digunakan. Gradien garis lurus adalah

Telah diperoleh bahwa rumus efek fotolistrik adalah E = Wo + EK maks

EK maks = E - Wo

Grafik garis lurus beda potensial henti Vo terhadap frekuensi f akan memotong sumbu horizontal pada nilai frekuensi ambang fo dan memotong sumbu vertikal pada nilai

. Sedangkan gradien garis lurus adalah . Dengan ketentuan bahwa h =

kontanta Planck dan muatan elektron e = 1,6 x 10-19 C

12

Vo

f

0 fo Δf f

-Vo

ΔVo

Page 13: Modul Prakt Fis Mod

Karena EK = Voe , maka grafik EK terhadap frekuensi f juga bebentuk garis lurus.

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Sebelum ON/OFF dihidupkan, tempatkan tombol Light Intensity pada posisi Off. Pasang filter cahaya red (635 nm) diantara sel fotolistrik dan sumber cahaya. Tempatkan sumber cahaya pada posisi yang tetap.

2. Untuk mengukur VAK, geser Sakhlar Display Mode ke arah Voltage (V), sedangkan untuk mengukur arus fotolistrik, geser Sakhlar Display Mode ke arah Current (μA).

3. Untuk memperoleh VAK (negatif), geser Sakhlar Voltage Direction ke arah ( - ), sedangkan untuk memperoleh VAK (positip), geser Sakhlar Voltage Direction ke arah ( + ).

4. Hidupkan ON/OFF dan atur tombol Light Intensity pada skala yang tetap. Geser Sakhlar Display Mode ke arah Current (μA), geser Sakhlar Voltage Direction ke arah tanda (-) dan atur posisi tombol voltage adjustor ( pengatur tegangan pada VAK) pada skala minimum, sehingga diharapkan voltmeter menunjukkan angka nol. Catatlah kuat arus fotolistrik mula-mula dan tegangan VAK kedalam Tabel 5.1

5. Putarlah secara perlahan-lahan knob Voltage Adjustor searah putaran jarum jam, sehingga diperoleh kuat arus fotolistrik menjadi nol. Pada saat ini, catatlah besar VAK

(beda potensial henti) kedalam Tabel 5.1. 6. Ulangi langkah no.4 s.d 5, tetapi masing-masing menggunakan filter yellow (570

nm), green (520 nm) dan blue (475 nm).

TABEL 5.1

N0MOR FILTER λ

(nm)f

( x 1014 Hz )KUAT ARUS

MULA-MULA

BEDA POTENSIAL

HENTI

1 red 635

2 yellow 570

3 green 520

4 blue 475

E. TUGAS

1. Filter manakah yang menghasilkan kuat arus mula-mula yang terbesar. Jelaskan apa kesimpulannya

2. Bagaimanakah pengaruh frekuensi foton cahaya terhadap beda potensial henti.3. Dengan menggunakan kertas milimeter, berdasarkan data dalam Tabel 5.1, plot grafik

beda potensial henti (Vo) terhadap frekuensi (f)4. Berdasarkan grafik yang diperoleh, hitunglah nilai frekuensi ambang (fo), energi

ambang (Wo) dan konstanta Planck (h)PERCOBAAN 6

13

Page 14: Modul Prakt Fis Mod

SPEKTRUM ATOM I

A. TUJUAN1. Mengamati spektrum atom yang dihasilkan oleh beberapa gas2. Mempelajari Rumus Emperis Balmer

B. ALAT DAN BAHAN

1. Catu Daya Sumber tegangan tinggi (HVT)2. Kisi Difraksi3. Teropong dan Kolimator4. Tabung spektrum H2 , He, Ne , N2 dan Hg 5. Statif Pemegang Tabung Spektrum

C. TEORI RINGKAS Spektrum emisi adalah beberapa panjang gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu zat. Berdasarkan kepada jenis zat yang memancarkan spektrum, maka terdapat dua jenis spektrum, yaitu spektrum kontinyu dan spektrum emisi. Alat untuk menyelidiki spektrum disebut spektrometer.

Spektrum garis adalah gelombang-gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang diskrit (terputus-putus) berbentuk garis terang warna-warni dengan latar belakang gelap. Spektrum ini dihasilkan oleh sumber cahaya dari lucutan muatan listrik di dalam tabung berisi gas bertekanan rendah. Atom gas yang sering digunakan misalnya hidrogen, helium, nitrogen dan air raksa. Panjang gelombang-panjang gelombang dalam suatu spektrum garis adalah sifat khas dari atom yang memancarkan spektrum tersebut.

Dalam tahun 1884 Johann Balmer, ketika mempelajari spektrum sinar tampak yang dipancarkan gas hidrogen, menemukan bahwa panjang gelombang beberapa garis dalam spektrum gas hidrogen berlaku rumus emperis Balmer, yaitu :

n merupakan bilangan bulat yang bernilai n = 3, 4, 5, ......... Oleh karena itu spektrum sinar tampak disebut Deret Balmer.

Dengan menggunakan Spektrometer kisi difraksi dapat mengukur besar panjang setiap warna cahaya dengan menggunakan rumus λ = d sin θ d = tetapan kisi θ = sudut hamburan

14

Page 15: Modul Prakt Fis Mod

D. LANGKAH PERCOBAAN

Tabung spektrum berisi gas

statif Kisi difraksi kolimator teropong

1. Nyalakan tabung spektrum berisi H2 , He, Ne , N2 dan Hg secara

bersamaan. Catat warna yang dipancarkan oleh masing-masing tabung2. Tulis dalam tabel pengamatan nama tabung spektrum dan jenis kisi

difraksi yang akan digunakan

3. Hitunglah tetapan kisi difraksi dengan rumus

4. Pasanglah tabung spektrum pada sumber tegangan. Hidupkan sumber tegangan dan kemudian putarlah tombol pengatur tegangan, sehingga tabung spektrum dapat menyala.

5. Amatilah spektrum yang dihasilkan oleh atom tanpa menggunakan teropong. Gambarkan dan tulislah warna-warnanya.

6. Sebelum memasang kisi difraksi, aturlah posisi teropong sehingga teropong membentuk garis lurus terhadap kolimator. Pada saat ini akan terlihat warna dasar dan besar sudut hamburan adalah 0o.

7. Pasang kembali kisi difraksi kemudian putarlah posisi teropong ke kiri atau ke kanan sehingga terlihat spektrum. Aturlah posisi terpong sehingga salah satu warna cahaya berimpit dengan garis vertikal berwarna hitam. Catat warna cahaya tersebut dan terjadinya pada sudut hamburan θ berapa.

8. Lanjutkan pengamatan untuk warna-warna lainnya.9. Hitunglah panjang gelombang (λ) untuk masing-masing warna yang

diamati dengan menggunakan rumus λ = d sin θ

10. Untuk membandingkan harga panjang gelombang yang diperoleh pada langkah percobaan No. 9, gunakan rumus emperis Balmer, yaitu

dengan ketentuan n = 3 untuk warna merah, n = 4 untuk warna biru, n = 5 untuk warna nila dan n = 6 untuk warna ungu.

15

KOLIMATOR

SUMBER TEGANGAN TINGGi (5 kV)

pengamat

TEROPONG

Page 16: Modul Prakt Fis Mod

TABEL 1NAMA GAS WARNA NAMA GAS WARNA

H2 N2

He O2

Ne Hg TABEL 2

Nama Tabung Spektrum :

Warna

Jenis Kisi(N)

Tetapan Kisi (d)

Sudut Hamburan

(θ)

Panjang GelombangEksperimen

Panjang Gelombang

Balmer

E. TUGAS

1. Apa kesimpulan berdasarkan data dalam Tabel. 12. Berdasarkan data dalam Tabel 2, bandingkan antara besar panjang gelombang yang

diperoleh secara eksperimen dan besar panjang gelombang yang diperoleh berdasarkan rumus emperis Balmer

3. Tentukan rumus emperis Balmer untuk masing-masing warna yang diamati4. Warna cahaya apakah yang termasuk ke dalam masing-masing deret Balmer I, deret

Balmer II, deret Balmer III dan deret Balmer IV

PERCOBAAN 7

16

Page 17: Modul Prakt Fis Mod

SPEKTRUM ATOM II

A. TUJUAN1. Mempelajari rumus Ritz dan Rydberg-Ritz untuk beberapa jenis gas2. Menghitung nilai konstanta Rydberg

B. ALAT DAN BAHAN

1. Catu Daya Sumber tegangan tinggi (HVT)2. Kisi Difraksi3. Teropong dan Kolimator4. Tabung spektrum H2 , He, Ne , N2 dan Hg 5. Statif Pemegang Tabung

C. TEORI RINGKAS

Sehubungan dengan rumus emperis Balmer, maka Rydberg – Ritz, memberikan kebalikan panjang gelombang yang berlaku umum untuk unsur lainnya, sebagai ...............................(1)

Untuk atom hidrogen, maka Z =1 dan muatan inti atom adalah Ze, maka R dalam persamaan di atas disebut konstanta Rydberg, sehingga rumus Rydberg-Ritz untuk sinar tampak menjadi

........................................(2)

Berdasarkan kebalikan panjang gelombang spektrum sinar tampak berdasarkan rumus emperis Balmer dapat diperoleh :

...........................................(3)

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Tulis dalam tabel pengamatan nama tabung spektrum dan jenis kisi difraksi yang akan digunakan

17

dengan n1 > n2

Page 18: Modul Prakt Fis Mod

2. Hitunglah tetapan kisi difraksi dengan rumus

3. Pasanglah tabung spektrum pada statip catu daya.4. Sebelum memasang kisi difraksi, aturlah posisi teropong sehingga teropong

membentuk garis lurus terhadap kolimator. Pada saat ini akan terlihat warna dasar yang dipancarkan gas. Pada saat ini besar sudut hamburan adalah 0o

5. Setelah dipasang kisi difraksi, putarlah posisi teropong ke kiri atau ke kanan sehingga terlihat spektrum. Aturlah posisi terpong sehingga salah satu warna cahaya berimpit dengan garis vertikal berwarna hitam. Catatlah warna cahaya tersebut dan besar sudut hamburan θ.

6. Hitunglah besar panjang gelombang (λ) untuk warna yang diamati dengan menggunakan rumus

λ = d sin θ7. Substitusikan panjang gelombang yang diperoleh kedalam persamaan

Dengan ketentuan untuk warna cahaya merah (n1 = 3), cahaya biru (n1 = 4), cahaya nila (n1 = 5) dan cahaya ungu (n1 = 6), sehingga dapat diketahui konstanta Rydberg untuk cahaya yang diamati

8. Ulangi pengamatan dan perhitungan langkah percobaan No.5 s.d 7 untuk warna cahaya lainnya.

9. Ulangi pengamatan dan perhitungan langkah No.1 s.d 8 untuk tabung spektrum gas yang lain

TABEL 1

Nama Tabung Spektrum :Nomor Atom (Z) : Warna

Jenis Kisi(N)

Tetapan Kisi (d)

Sudut Hamburan

(θ)

Panjang Gelombang

(λ)

Konstanta Rydberg

(R)

TABEL 2Nama Tabung Spektrum :Nomor Atom (Z) : Warna

Jenis Kisi(N)

Tetapan Kisi (d)

Sudut Hamburan

(θ)

Panjang Gelombang

(λ)

Konstanta Rydberg

(R)

18

Page 19: Modul Prakt Fis Mod

E. TUGAS

5. Hitunglah harga rata-rata konstanta Rydberg berdasarkan hasil pengolahan data dalam Tabel. 1 dan Tabel 2

6. Bandingkan antara harga konstanta Rydberg yang diperoleh ini dan salah satu komponen dalam persamaan (3).

7. Tulislah rumus panjang gelombang foton berdasarkan persamaan (2) untuk masing-masing deret Balmer I, deret Balmer II, deret Balmer III dan deret Balmer IV.

8. Tulislah rumus panjang gelombang foton berdasarkan persamaan (2) untuk masing-masing deret Lyman, deret Paschen, deret Bracket III dan deret Pfund

9. Berdasarkan kebalikan panjang gelombang spektrum sinar tampak berdasarkan rumus emperis Balmer, buktikanlah bahwa :

10. Buktikanlah cara menghitung harga konstanta Rydberg R = 1,097 x 107 m-1 secara teori.

11. Apakah rumus di bawah ini dapat berlaku umum untuk semua atom gas

PERCOBAAN 8

19

dengan n1 > n2

Page 20: Modul Prakt Fis Mod

FRANCK-HERTZ

A. TUJUAN1. Mempelajari bahwa di dalam atom terdapat tingkat-tingkat energi yang sama

dengan tingkat – tingkat pada spektrum garis2. Mengukur tingkat energi atom air raksa (Hg).

B. ALAT DAN BAHAN

1. Tabung Franck –Hertz Experiment berisi Hg2. Heating Chamber3. Control Unit for Franck –Hertz Experiment4. Oscilloscope5. Digital Thermometer dan Thermocouple6. RF Cable dan RF Cable, BNC/4mm Plug

C. TEORI RINGKAS

Sebuah eksperimen yang berdasarkan kepada tumbukan antara elektron dan atom telah dilakukan oleh Franck- Hertz dalam tahun 1914. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa di dalam atom terdapat tingkat-tingkat energi yang sama dengan tingkat-tingkat energi yang terdapat pada spektrum garis. Franck-Hertz menembaki uap air raksa dengan elektron yang energinya dapat divariasikan dengan menggunakan alat percobaan seperti dalam gambar di bawah ini

Elektron-elektron meninggalkan katoda K yang dipanasi oleh filamen pemanas. Semua elektron kemudian dipercepat menuju kisi Anoda A oleh beda potensial VAK yang dapat divariasikan. Elektron dengan energi Ve diperkirakan dapat menembus kisi Anoda A dan jatuh pada keping kolektor M, setelah menantang tegangan perlambat VAM. Jika elektron dapat mencapai keping kolektor M, maka akan mengalir arus listrik melalui amperemeter A.

Mula-mula beda potensial V AK = 0, dan kemudian VAK ini secara beransur-ansur

20

A

KA M

Page 21: Modul Prakt Fis Mod

ditingkatkan, maka kuat arus listrik yang melalui A juga beransur-ansur meningkat. Pada saat VAK = 4,9 volt, maka kuat arus listrik mulai berkurang dan arus ini akan meningkat kembali, apabila VAK ditingkatkan lagi. Pada saat VAK = 9,8 volt, maka kuat arus listrik mulai berkurang lagi. Demikian seterusnya kuat arus listrik akan berkurang lagi pada saat VAK = 14,7 volt. Berdasarkan data eksperimen Franck-Hertz dapat disimpulkan bahwa penurunan kuat arus listrik hanya terjadi apabila tegangan VAK merupakan kelipatan dari 4,9 volt. Peristiwa ini menunjukkan bahwa atom-atom uap air raksa akan tereksitasi ketingkat energi di atas tingkat dasar, apabila energi kinetik elektron sama dengan 4,9 eV. Apabila energi kinetik elektron sama dengan 5,9 eV, maka energi sebesar 4,9 eV digunakan untuk mengeksitasikan atom uap air raksa dan sisanya sebesar 1 eV digunakan untuk menggerakkan elektron menuju keping kolektor M. Apabila energi kinetik elektron kurang dari 4,9 eV, maka tumbukan antara elektron dan atom-atom uap air raksa hanya bersifat tumbukan lenting sempurna, sehingga seluruh energi kinetik elektron digunakan untuk menggerakkan elektron menuju keping kolektor M.

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Dengan menggunakan RF Cable, BNC/4mm plug, hubungkan terminal “FH Signal y-out” control unit ke terminal CH 2-Y oscilloscope dan hubungkan terminal ”UB/10 x-out ke terminal CH 1-X oscilloscope. Aturlah posisi KnobTIMES/DIV pada skala

X-Y.2. Hubungkan thermocouple ke Digital Thermometer, kemudian masukkan ujung

thermocouple melalui bahagian atas Heating Chamber.3. Atur posisi tombol voltage adjustor ( pengatur tegangan pada VAK) pada skala

minimum, sehingga diharapkan voltmeter menunjukkan angka nol. 7. Putar habis ke arah berlawanan arah putaran jarum jam semua knob Control Unit.8. Aturlah posisi knob pengatur suhu Heating Chamber pada posisi 130o C, kemudian

hidupkan Heating Chamber tersebut9. Aturlah posisi knob pengatur beda potensial Cathoda Heater disekitar 6-7 volt.10. Geser Sakhlar “Man/Ramp” kea rah Ramp 60 Hz.11. Hidupkan tombol oscilloscope, kemudian aturlah knob VOLTS/DIV CH 1 pada

posisi skala x = 0,5 V/div dan knob VOLTS/DIV CH 2 pada posisi skala y = 1 V/div. 12. Putar knob acceleration (VAK) dengan arah searah putaran jarum jam secara beransur-

ansur hingga mencapai posisi pada skala 30 volt. Amatilah gambar grafik pada layar oscilloscope pada saat memutar knob acceleration tersebut.

13. Aturlah posisi knob Cathoda Heater, Reverse Bias dan Amplitudo, sehingga diperoleh grafik kuat arus terhadap beda potensial VAK yang jelas dan tajam. Catatlah dalam tabel pengamatan koordinat x dan y untuk masing-masing titik puncak (P) dan lembah (L) dari grafik yang ditampilkan pada layar oscilloscope.

21

Page 22: Modul Prakt Fis Mod

P1 P2 P3 x2-x1 x3-x2 x3-x1

x

y

L1 L2 L3

x

y

E. TUGAS

1. Berdasarkan data dalam tabel lukislah pada kertas milimeter, grafik yang menyatakan hubungan perubahan kuat arus terhadap perubahan beda potensial VAK.

2. Jelaskanlah prinsip terjadinya grafik yang diperoleh melalui percobaan Franck-Hertz 3. Bandingkan grafik yang diperoleh melalui percobaan Franck-Hertz dengan grafik

dalam buku literatur.4. Tulis kesimpulan dari hasil analisa terhadap grafik yang yang diperoleh melalui

percobaan Franck-Hertz

22

Page 23: Modul Prakt Fis Mod

23