Penentuan Energi Ek Foton Menggu
Evi Nurafida (081411331018
Laboratorium Fisika Modern, Departe
Abstrak
Percobaan Franck-Hertz mengukuhkan asas atom Bohr da menduduki pada tingkatan diskr bertujuan untuk menentukan ene menggunakan piranti Franck-Her sebesar (17.33 ± 0.70) eV den diperoleh pula panjang gelombang Kata Kunci : Franck-Hertz; teori
Pendahuluan
Pada tahun 1914, James F adanya keadaan tereksitasi pada kuantum yang menjelaskan bahw terkuantisasi. Elektron-elektron m
G
Elektron-elektron ini kemudian anoda sehingga dapat menembusi jika V lebih besar daripada Vo, m dan plat katoda. Arus elektron ya
Eksitasi Elektron dan Panjan ggunakan Percobaan Franck-
081411331018), Rahmatul Izza N.A. (081411331028), Mi (081411331062)
temen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Surabaya 60155, Indonesia
merupakan percobaan yang dilakukan pa dan teori kuantum. Dalam teori ini menjela skrit yakni dalam keadaan terkuantisasi. Sela ergi eksitasi suatu elektron dan panjang gelom ertz sehingga diperoleh energi eksitasi elektron
ngan prosentase kesalahan perhitungan sebe ng foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
ori kuantum; energy eksitasi.
Franck dan Gustav Hertz melakukan percoba atom Merkuri di mana percobaan ini membukt hwa elektron akan menduduki tingkatan y meninggalkan katoda karena pemanasan filam
Gambar 1. Piranti Percobaan Franck-Hertz
n dipercepat dengan adanya beda potensial busi kisi dan jatuh pada plat anoda. Beda pote
maka suatu tegangan akan memperlambat alir ang mencapai plat anoda diukur menggunakan A
jang Gelombang -Hertz
iftachul Nur Afifah
C Universitas Airlangga,
pada tahun 1914 yang askan bahwa elektron ain itu, percobaan ini ombang fotonnya yang on dengan atom Neon besar 4 %. Selain itu,
obaan yang menunjukkan buktikan prediksi teori yang diskrit, keadaan men pada anoda.
antara katoda dengan ensial ini dapat diatur, ran elektron antara kisi
n Ammeter[1].
Dalam tabung, tekanan udara relatif lebih rendah dibandingkan dengan tekanan udara pada laboratorium sehingga elektron didalam tabung dapat menumbuk atom Hg tanpa kehilangan energi.
Dengan kata lain, tumbukan pada tabung bersifat elastik sempurna. Satu – satunya mekanisme agar elektron kehilangan energinya setelah tumbukan ialah besar energi penumbuk telah mencapai harga tertentu menyebabkan atom Hg melakukan transisi keluar dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi.
Sehingga berdasarkan percobaan Franck – Hertz lakukan, saat energi elektron telah mencapai hingga melampaui harga A eV, elektron akan menumbuk Hg secara inelastik sehingga energinya diserap oleh atom Hg (yang kini telah berada didalam keadaan tereksitasi) tersebut dengan besar energi yang sama, dan elektron penumbuk yang terpantul dengan energi yang sangat kecil. Dengan kata lain, pada saat energi telah melampaui A eV maka arus pada keping akan menurun. Lalu, seiring pembesaran harga tegangan pemercepat arus pada keping akan kembali membesar dan menurun kembali seperti pada peristiwa diatas yaitu pada saat energi 2A eV dan 3A eV.
Penjelasannya: Saat tegangan pemercepat V kembali dinaikan hingga 2A Volt, maka elektron akan kembali menumbuk atom secara inelastik sehingga mengakibatkan atom kembali tereksitasi.
Sehingga, elektron hasil tumbukan tersebut kembali kehilangan energi sebesar A eV. Dan, Saat V mencapai 3A Volt maupun kelipatan A Volt lainnya, mekanisme serupa akan kembali terjadi.
Hasil energi kritis sebesar A eV ini juga ternyata mengemisikan atom sehingga menimbulkan spektrum UV atau foton dengan panjang gelombang sebesar B nm, yang juga muncul saat energi kritis sebesar A, 2A, dan 3A . Jarak antara dua puncak berdekatan merupakan besarnya tegangan eksitasi atom (Ve). Energi eksitasi atom merupakan perkalian antara muatan listrik elektron dengan tegangan eksitasi yaitu :
=
Energi ini digunakan untuk bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dan kemudian tereksitasi kembali dengan memancarkan foton yang memiliki panjang gelombang λ sehingga :
= ℎ
Eksperimen ini kemudian menjadi bukti dari teori model atom bohr yang menerangkan bahwa elektron harus memiliki energi minimum tertentu untuk dapat melakukan tumbukan inelastik dengan atom dan energi minimum tersebut dapat diartikan sebagai energi dari sebuah keadaan eksitasi pada atom.
Metode
Percobaan ini cukup mudah dilakukan yakni dengan memilih tombol “AUTO” untuk mengatur tegangan kisi secara otomatis antara tabung katoda dengan G1 pada piranti Frank-Hertz.
Kemudian untuk mengukur arus anoda yang mengalir antara G2 dengan plate (P), maka menggunakan saklar “INTERNAL”.
Gambar 2. Perangkat Percobaan Franck-Hertz yang
digunakan saat ini Gambar 3. Grafik percobaan Franck-Hertz
Untuk mengetahui grafik arus anoda sebagai fungsi tegangan pemercepat, maka dilakukan dengan cara memutar saklar tegangan dan arus sampai jarum menunjukkan nol. Kemudian saklar tegangan diputar ke kanan sehingga tegangan pemercepatnya naik yang berakibat naiknya arus dan pada titik tertentu arus akan mengalami penurunan. Perubahan tegangan dan arus pada setiap titik dicatat yang kemudian akan dibuat grafik arus sebagai fungsi tegangan seperti Gambar 3.
Hasil
V ± 2 (volt) I ± 2 (µA)
0 0
4 2
8 12
12 22
16 30
20 28
22 16
26 34
30 48
34 56
36 42
38 30
V ± 2 (volt) I ± 2 (µA)
40 38
44 60
48 76
50 80
54 66
58 62
60 70
64 94
68 98
70 96
74 92
80 100
Tabel 1. Hasil Percobaan V terhadap I
dengan grafik sebagai berikut.
Grafik 1. Arus anoda sebagai fungsi pemercepat tegangan
Pembahasan
Percobaan Franck-Hertz yang telah dilakukan bertujuan untuk membuktikan teori kuantum.
Selain itu, bertujuan untuk menentukan energi eksitasi elektron dan panjang gelombang foton.
Metode percobaan ini hampir sama dengan percobaan yang dilakukan Franck dan Hertz sekitar se- abad lalu, yaitu elektron-elektron meninggalkan katoda akibat dari pemanasan filamen menyebabkan beda potensial di antaranya sehingga semua elektron mampu menembus kisi dan jatuh pada plat anoda. Namun, yang berbeda dalam percobaan ini dengan percobaan Franck-Hertz yakni atom yang digunakan adalah Neon.
Pada percobaan ini menghasilkan data hubungan antara arus elektrik I dengan tegangan V sehingga diperoleh grafik hubungannya sesuai dengan Grafik 1. Berdasarkan Grafik 1 dapat diketahui bahwa arus elektrik akan naik pada saat tegangannya dinaikkan, namun pada titik tertentu arus elektriknya mengalami penurunan. Hal ini dapat terjadi karena suatu elektron yang diberi beda tegangan tertentu dan jatuh pada plat anoda mengalami tumbukan dengan atom Neon, namun tidak ada energi yang dilepaskan dalam tumbukan ini (tumbukan elastik sempurna). Supaya suatu elektron dapat melepaskan energinya, maka diperluakn energi yang cukup sehingga atom Neon bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa pada saat elektron mencapai tegangan puncak 16 V (berdasar Tabel 1) maka elektron akan bertumbukan dengan atom Neon (tumbukan tak elastik). Tumbukan ini mengakibatkan energi elektron berkurang sehingga pada saat elektron melewati kisi, elektron tersebut tidak mampu untuk mengatasi tegangan perlambat rendah. Hal ini mengakibatkan sulitnya elektron sampai ke anoda sehingga arus elektriknya mengalami penurunan. Proses ini akan terjadi terus menerus pada saat tegangannya 34 V, 50 V, dan 58 V. Namun, keadaan eksitasi ini terjadi pada kelipatan 16 dan 18 V yang seharusnya hanya memiliki 1 kelipatan saja. Dalam percobaan ini membuktikan adanya energi diskrit yang mengukuhkan teori kuantum.
Dari grafik hubungan arus elektrik I dengan tegangan V dapat diperoleh energi eksitasi elektron dengan atom Neon sebesar (17.33 ± 0.70) V dengan prosentase kesalahan tertinggi sekitar 7.89 % dan prosentase kesalahan terendah sekitar 0.47 %. Selain itu, diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80 100
Arus Anoda (µA)
Tegangan Pemercepat (volt)
Grafik Arus Anoda sebagai Fungsi Tegangan Kisi
y
Kesimpulan
Percobaan Franck-Hertz mengukuhkan asas atom Bohr dan teori kuantum yang menjelaskan bahwa elektron menduduki pada tingkatan diskrit yakni dalam keadaan terkuantisasi dengan energi eksitasi elektron dengan atom Neon sebesar (17.33 ± 0.70) eV dengan prosentase kesalahan perhitungan sebesar 4 %. Selain itu, diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
Referensi
[1] Krane, Kenneth. 2006. Fisika Modern. Penerjemah : Hans J. Wospakrik. Pendamping : Sofia Niksolihin. Cetakan 1. Jakarta : UI-Press. 253-255.
Lampiran I Analisis Data
1. Menetukan Energi Eksitasi Elektron
Untuk menentuka energi eksitasi suatu elektron menggunakan persamaan :
=
V ± 2 (volt)
V1 16
V2 34
V3 50
V4 68
Tabel 2. Tegangan Kisi pada Puncak Grafik V21= V2– V1
= (34 - 16) volt
= 18 volt V32= V3- V2
= (50 - 34) volt
= 16 volt V43= V4– V3
= (68 - 50) volt
= 18 volt
Karena terdapat 3 nilai tegangan eksitasi elektron, maka
=∑ = volt
=( )volt
= 17.33 volt
Menentukan nilai ketelitian dengan standart deviasi
= ∆ = ∑( ) ( )
( )
= ∆ = ( ) ( ) ( ) ( . )
( )
= ∆ = 0.70 volt
sehingga diperoleh nilai tegangan eksitasi elektron
= ( ± ∆ )
= (17.33 ± 0.70) volt
Menentukan Energi Eksitasi Elektron
=
= 17.33
dengan ketelitian standart deviasi
∆ = ∆
∆ = 0.70 volt
∆ = 0.70 eV
Sehingga energi eksitasi elektron Neon adalah sebesar
= (17.33 ± 0.70) volt
Prosentase Kesalahan Perhitungan
% = 100%
% = .
. 100%
% = 4 %
2. Menentukan Panjang Gelombang Foton
Untuk menentukan panjang gelombang suatu foton dapat menggunakan persamaan :
= ℎ
maka dapat dihitung dengan berdasarkan tegangan eksitasi rata-rata
̅ =
̅ = . /
( . )
̅ = 7.16 10 m
̅ = 716 Å
Ketelitian standart deviasi
Δ = ( ) ∆
Δ = ∆
Δ = . /
( . ) 0.70
Δ = 28.9 Å
sehingga panjang gelombang foton tersebut bernilai
= ( ± ∆ )
= (716.0 ± 28.9) Å
Prosentase Kesalahan Perhitungan
% = 100%
% = . 100%
% = 4 %
