Percobaan He
-
Upload
fatahillah-agung-hardono-putra -
Category
Documents
-
view
219 -
download
2
description
Transcript of Percobaan He
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 INSTRUMENTASIPROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN MIPAFAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMANPURWOKERTO
2009
Oleh :1. Rani Chairani 2. Yuliana Dian N.3. Wahyu Ria Setiani
ABSTRAKTelah 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.
ABSTRACTh/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 8,00E-16 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 = Kmax + W0 …(2)
dengan:
hυ = energi kuantum cahaya.
Kmax = energi kinetik maksimum elektron.
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 (Ekmaks). Kita ingat bahwa hubungan antara energi
kinetik elektron dengan potensial elektron adalah:
Ekmaks = e.V …(3)
Menurut persamaan (2):
hυ = Ek + W0
hυ = e.V + W0
V = υ - …(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.
Slope =
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 ini adalah:
1. Sumber cahaya mercury
2. Multimeter digital
3. Filter warna kuning dan hijau
4. Perangkat h/e
5. Stopwatch
V
υ
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
Mengarahkan cahaya kuning ke alat h/e untuk tiap transmisi.
Potensial pada alat direset
Filter transmisi dipasang
Apakah semua warna cahaya sudah diukur
potensialnya?
SELESAI
Potensial dicatat dan waktu pencahayaan
Belum
Sudah
2. Bagian B
MULAI
Peralatan h/e disusun. Sumber cahaya mercury dihidupkan
Potensial pada alat direset
Filter warna dipasang
Apakah semua filter warna sudah diukur
potensialnya?
SELESAI
Potensial dan waktu pencahayaan untuk tiap
warna cahaya dicatat
Belum
Sudah
III. HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
A. Hasil Pengamatan
Tabel 1. Nilai potensial warna cahaya kuning untuk filter transmisi
Warna Filter % Transmisi Potensial (mV)
Kuning10080604020
171,2150,7142,6128,378,6
Tabel 2. Nilai potensial warna cahaya hijau untuk filter transmisi
Warna Filter % Transmisi Potensial (mV)
Hijau10080604020
192,875,247,643,815,7
Tabel 3. Nilai potensial untuk warna cahaya pembiasan
Warna Cahaya Pembiasan
Frekuensi(Hz)
Potensial (V)
MerahJinggaKuningHijauBiruNila
Ungu
4,11E+144,81E+145,19E+145,50E+146,88E+147,14E+148,20E+14
0,04560,04340,04180,04340,04560,04490,0401
B. Grafik dan Perhitungan
Grafik 1. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 100% y = 2E-15x - 1,0018
R2 = 0,694
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
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)
Teg
ang
an (
V)
dari Grafik 1:
Grafik 2. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 80%
y = 2E-15x - 1,1178R2 = 0,6195
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
1
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)
Teg
ang
an (
V)
dari Grafik 2:
Grafik 3. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 60%
y = 1E-15x - 0,4085R2 = 0,4079
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
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)
Teg
ang
an (
V)
dari Grafik 3:
Grafik 4. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 40% y = 2E-15x - 0,9136
R2 = 0,5888
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
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)
Teg
ang
an (
V)
dari Grafik 4:
Grafik 5. hubungan antara Frekuensi Cahaya Berwarna dengan Tegangan untuk Transmisi 20%
y = 2E-15x - 0,6993R2 = 0,4396
00,1
0,20,3
0,40,5
0,60,7
0,8
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)
Teg
ang
an (
V)
dari Grafik 5:
Grafik Hubungan Frekuensi (v) dengan Potensial (V)
y = -5E-18x + 0,0463
R2 = 0,109
0,039
0,04
0,041
0,042
0,043
0,044
0,045
0,046
0,00E+00 2,00E+14 4,00E+14 6,00E+14 8,00E+14 1,00E+15
Frekuensi v (Hz)
Pote
nsial (
V)
dari Grafik diatas didapat :
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.
Nilai W0 dengan transmisi 100% berdasarkaan grafik adalah 1,0018 eV
Nilai W0 dengan transmisi 80% berdasarkaan grafik adalah 1,1178 eV
Nilai W0 dengan transmisi 60% berdasarkaan grafik adalah 0,4085 eV
Nilai W0 dengan transmisi 40% berdasarkaan grafik adalah 0,9138 eV
Nilai W0 dengan transmisi 20% berdasarkaan grafik adalah 0,6993 eV
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 h/e (J.s) W0 (eV)
Transmisi (%)
20 6,00E-16 0,6993
40 6,00E-16 0,9138
60 6,00E-16 0,408580 8,00E-16 1,1178
100 9,00E-16 1,0018
WarnaKuning -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 Zo. 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.