PENENTUAN KONSTANTA PLANCK MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY (PhET)

PENENTUAN KONSTANTA PLANCK MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK

_{PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY}

(PhET)

Hendro Kusworo1, Ishafit, Winarti2

Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta

Kampus 3: Jl. Prof. Dr. Soepomo, Janturan 55164 Yogyakarta Telp. (0274) 381523, 379418Jl. http://www.pf.uad.ac.id

1

email : edo_tsan@yahoo.com 2

email : wie_na15@yahoo.com

ABSTRAK

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat memberikan terobosan baru terhadap metode pengajaran fisika. Salah satunya dengan penggunaan perangkat lunak Physics Education Technology (PheT). Pada peristiwa efek fotolistrik, dimana permukaan sebuah logam ( katoda ) disinari dengan seberkas cahaya ( warna merah, kuning, hijau, biru, dan ungu ) dengan panjang gelombang (λ) sehingga menyebabkan elektron terpental keluar. Laju dan energi kinetik elektron yang terpancar bergantung pada intensitas dan panjang gelombang sumber cahaya. Secara eksperimen, tegangan diperlambat terus diperbesar hingga arusnya nol. Tegangan yang bersangkutan ini disebut potensial henti ( ). Telah dilakukan analisis penentuan nilai konstanta Planck h. Berdasarkan hasil analisis diperoleh nilai h = 6,595 x 10

s

V

-34 _{Js dengan ralat sebesar} 0,45 %. Untuk pembelajaran fisika, perangkat lunak tracker dapat mempermudah menganalisis penentuan nilai konstanta planck.

I. PENDAHULUAN

Dalam pelaksanaan pembelajaran fisika masih terdapat banyak kendala khususnya dalam melakukan eksperimen untuk menganalisa gejala fisika ataupun untuk memverifikasi suatu rumusan. Kendala tersebut dapat berupa keterbatasan alat dan bahan untuk eksperimen. Hal itu dapat terjadi karena biaya yang dibutuhkan cukup mahal untuk pengadaan alat maupun bahan eksperimen. Untuk mengatasi kendala tersebut, kemajuan teknologi komputer saat ini telah memunculkan alternatif eksperimen virtual dan analisis menggunakan software Physics Education Technology (PhET). PhET inilah yang digunakan untuk menganalisa serta menentukan nilai konstanta Planck, dengan percobaan efek fotolistrik.

Max Karl Ernst Ludwig Planck seorang fisikawan terkenal penemu teori kuantum, terlahir ke dunia di Kiel, Jerman 23 April tahun 1858. Planck belajar di Universitas Munich dan Berlin. Pada tahun 1879, ia menerima gelar doktor di bidang filsafat. Ia kemudian mengajar di berbagai universitas dan melakukan berbagai penelitian di bidang fisika. Penelitian Planck yang paling terkenal adalah dalam proses radiasi dan ia menemukan adanya electromagnetik di alam[5]. Planck memulai karir fisikanya di Universitas München di tahun 1874. Pada 1899, dia menemukan sebuah konstanta dasar yang dinamakan konstanta Planck, dan sebagai contoh digunakan untuk menghitung energi foton. Juga pada tahun itu, dia menjelaskan unit Planck yang merupakan unit pengukuran berdasarkan konstanta fisika dasar. Planck mengemukakan bahwa sebuah atom yang bergetar hanya dapat menyerap atau memancarkan energi kembali dalam bentuk buntelan-buntelan energi (yang disebut kuanta)[1]. Nilai konstanta Planck yang sekarang diterima adalahh=6,62618×10−34J.s.[2]

Teori efek fotolistrik yang benar barulah dikemukakan Einstein pada tahun 1905. Hubungan Einstein dan Max Karl Ernst Ludwig Planck dalam penemuan efek fotolistrik bermula saat Max Planck mengemukakan hipotesisnya bahwa cahaya dipancarkan oleh materi dalam bentuk paket-paket energi yang ia sebut quanta. Ia memformulakannya sebagai hv. Penemuan Planck itu membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel Bidang Fisika pada 1918.

Gagasan ini diperluas oleh Einstein lima tahun setelah itu. Dalam makalah ilmiah tentang efek fotolistrik, menurut Einstein, cahaya terdiri dari partikel-partikel yang kemudian disebut sebagai foton. Ketika cahaya ditembakkan ke suatu permukaan logam, foton-fotonnya akan menumbuk elektron-elektron pada permukaan logam tersebut sehingga elektron itu dapat lepas. Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik[7].

Teorinya didasarkan pada gagasan Planck tentang kuantum energi, tetapi ia mengembangkannya satu langkah lebih ke depan. Robert Milikan memberikan bukti yang lebih meyakinkan tentang semua fakta eksperimen efek fotolistrik sesuai dengan perilaku kuantum dari radiasi elektromagnet dalam serangkaian percobaan yang dilakukannya pada tahun 1915. Dari hasil percobaannya, diperoleh tetapan Planck:

.

s J h=6,57×10−34 . [2]

Tujuan dari percobaan dengan media PhET ini yaitu agar dapat mempermudah pengguna dalam melakukan eksperimen terhadap gejala-gejala fisika yang dapat digunakan sebagai media untuk membuktikan konstanta Planck. Dari gejala-gejala yang diamati tersebut, maka pengguna dapat menganalisis gejala tersebut agar dapat membandingkan data yang diperoleh secara eksperimen dengan nilai konstanta Planck yang telah ditentukan secara teori. Dalam hal ini pengguna dapat menggunakan media PhET untuk melakukan analisis terhadap gejala pembuktian konstanta Planck yang dibuktikan dengan simulasi tertentu. Dengan media PhET

tersebut, maka pengguna dapat melakukan analisa dengan baik sehingga diperoleh nilai yang tepat.

II. TEORI

Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron-elektron dari permukaan logam (elektron foton) ketika logam tersebut disinari cahaya. Efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan jika cahaya dipandang sebagai gelombang. Menurut teori gelombang, dua sifat penting gelombang cahaya adalah intensitas dan frekuensinya (panjang gelombang). Ternyata teori gelombang cahaya gagal menerangkan beberapa sifat penting pada efek fotolistrik, antara lain :

1. Teori gelombang menyatakan bahwa energi kinetik elektron foton harus bertambah jika intensitas (jumlah foton) cahaya diperbesar. Namun kenyataannya, besar energi kinetik maksimum elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya.

2. Teori gelombang menyatakan bahwa efek fotolistrik dapat terjadi pada setiap frekuensi asalkan intensitasnya memenuhi. Hal ini bertentangan dengan kenyataan bahwa setiap permukaan membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi ambang fountuk dapat menghasilkan elektron foto.

3. Teori gelombang menyatakan bahwa dibutuhkan rentang waktu yang cukup lama agar elektron berhasil mengumpulkan energi untuk keluar dari permukaan logam. Namun ternyata elektron-elektron dapat terlepas dari permukaan logam hampir tanpa selang waktu, yaitu kurang dari 10-9 sekon setelah penyinaran.

4. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar.[3]

Teori foton ternyata memberikan prediksi yang benar-benar berbeda. Menurut teori ini, semua foton memiliki energi yang sama (hf ), sehingga menaikkan intensitas cahaya berarti menambah jumlah foton, tetapi tidak menambah energi tiap foton selama frekuensinya tetap.[3]

Menurut percobaan terhadap energi radiasi benda hitam, Max Planck membuat hipotesis:

"Radiasi hanya dipancarkan (atau diserap) dalam bentuk satuan-satuan/kuantum energi disebut foton yang besarnya berbanding lurus dengan frekuensi radiasi"[3].

Energi total foton (masa foton = 0):

Dengan E adalah energi radiasi (joule), h adalah konstanta Planck, f adalah frekuensi radiasi (Hz), λ adalah panjang gelombang radiasi (m), n adalah jumlah foton.Jadi dapat dikatakan bahwa energi cahaya adalah terkuantisasi.

Einstein mengemukakan bahwa semua energi foton diberikan kepada elektron sehingga foton lenyap. Karena elektron terikat oleh energi ikat tertentu logam, maka diperlukan kerja minimum yang disebut fungsi kerja atau energi ambang Wo untuk melepaskan electron dari permukaan logam. Besarnya fungsi kerja Wo tergantung pada jenis logam. Apabila frekuensi cahaya f sedemikian rupa sehingga hf ≤ Wo , maka elektron tidak akan terlepas. Sedangkan, jika hf > Wo, maka elektron akan terlepas dari permukaan logam dengan energi kinetik maksimum yang memenuhi persamaan :[3]

dengan h adalah konstanta Planck, f adalah frekuensi, m adalah massa, dan v

adalah kecepatan.

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa efek fotolistrik dapat dijelaskan menurut teori foton sebagai barikut :[3]

1. Kenaikan intensitas cahaya menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang terlepas, tetapi karena energi elektron tidak berubah maka energi kinetik maksimum elektron foto juga tidak berubah.

2. Kenaikan frekuensi cahaya akan meningkatkan energi kinetik elektron foto yang memenuhi hubungan Ek_m =hf −W_o

3. Jika frekuensi cahaya f lebih kecil dari frekuensi ambang fo, maka tidak ada elektron yang terlepas dari permukaan logam, berapa pun besarnya intensitas cahaya yang digunakan.

4. Elektron terlepas dari permukaan logam sesaat setelah penyinaran karena cahaya bersifat partikel (paket energi) sehingga terjadi transfer energi spontan dari foton ke elektron dengan interaksi satu-satu.

III. EKSPERIMEN

Perangkat lunak yang digunakan dalam membantu kegiatan eksperimen virtual ini adalah PhET. Perangkat lunak ini digunakan untuk dapat menjalankan perintah yang diberikan pengguna untuk menganalisa percobaan yang dilakukan.

Secara garis besar, prosedur kerja analisis dengan PhET adalah sebagai berikut: 1. Mengaktifkan program Phet

2. Memilih menu simulations, Quantum Phenomena, kemudian aktifkan Photoelectric Effect

3. Menjalankan simulasi Photoelectric Effect

Setelah Photoelectric Effect aktif, maka langkah 1 sampai 2 akan menghasilkan tampilan seperti terlihat pada gambar 2:

Gambar 1. Tampilan pada layar PhET

4. Setelah tampilan tersebut muncul, maka dapat dilakukan eksperimen untuk memperoleh data yang dibutuhkan dengan menentukan intensitasnya dengan cara menggeser tombol pada bagian Beam Control yang tertera tanda %

5. Mengubah nilai panjang gelombang sampai beberapa kali pengukuran dengan menggeser tombol pada bagian Beam control (λ) yang tertera tanda nm dengan warna yang berbeda

6. Mencatat nilai tegangan penghenti dengan menggeser tombol yang terletak pada gambar baterai

) (V_S

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran terhadap Vs dan λuntuk 6 macam warna cahaya, disajikan pada

tabel berikut:

Tabel I. Tabel data hasil pengukuran V_s dan λ

No Warna Cahaya λ ( m )

Vs (Volt) Intensitas ( 50% ) 1

380 x 10 -9 1.20

2

385 x 10 -9 1.00

3

421 x 10 -9 0.80

4

454 x 10 -9 0.60

5

492 x 10 -9 0.40

6

528 x 10 -9 0.20

Dari data di atas, maka diperoleh grafik sebagai berikut:

Grafik Untuk Intensitas 50%

y = 1236.7x - 2.1306

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003

1/λ ( x 109 m-1 ) Vs

(v

o

lt

)

Dari data dan grafik yang telah diperoleh kemudian dianalisis, didapatkan nilai Konstanta Planck sebesar .Nilai tersebut cukup mendekati nilai konstanta Planck teori yaitu 6,62618 x 10

Js

Dengan nilai persentase selisih konstanta Planck secara eksperimen dan nilai secara teori

yang cukup kecil, maka penggunaan media PhET bisa dikatakan dapat membantu

pembelajaran dalam pembuktian konstanta Planck.

V. KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa pembelajaran dengan PhET dapat mempermudah penganalisaan percobaan efek fotolistrik. Penggunaan PhET mampu memadukan antara aspek teoritis dan eksperimental karena memberi pengalaman secara langsung khususnya dalam menganalisis nilai konstanta Planck. Berdasarkan eksperimen diperoleh nilai konstanta

planck sebesar . Hasil ini sangat mendekati nilai konstanta Planck

secara teoritis yaitu dengan persentase ralat .

Js

Penulis menyadari bahwa makalah ini dapat terwujud atas bantuan dari pihak lain. Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih setulus hati kepada: 1. Pimpinan Universitas Ahmad Dahlan (UAD) yang telah memberikan kebebasan

pada penulis untuk memanfaatkan fasilitas jaringan internet dalam proses pencarian materi tentang konstanta Planck

2. Pimpinan Program Studi Pendidikan Fisika UAD yang telah mengizinkan penulis untuk menggunakan perangkat media pembelajaran yang dimilikinya untuk eksperimen pembuktian konstanta Planck

3. Dosen pembimbing Program Studi Pendidikan Fisika UAD yang telah membantu dalam penyusunan makalah tentang konstanta Planck

DAFTAR PUSTAKA

[1] Tipler, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta. Erlangga

[2] Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia.

[3] Supiyanto.2002.Fisika SMA untuk SMA Kelas 3. Jakarta : Erlangga.

[4] Ishafit. Penentuan Konstanta Planck Dengan LED. Yogyakarta. Universitas Ahmad Dahlan

[5] www2.irib.ir/worldservice/melayuRADIO/kal_sejarah/april/23april.htm

[6] bebas.vlsm.org/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Fisika/0344%20Fis-3-6a.htm