PENENTUAN GAYA KUANTUM PLANCK MELALUI PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK
1)M.Wahyu R,2)Agus Romadhon,3)Zaenal Abidin,4) Bitorian richy,5) Karnaji Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Diponegoro ABSTRACT
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 1−34 Js dengan persentase kesalahan ukur 50,36%, sedangkan fungsi kerja logam adalah −1,204 x 10−19J. 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.
Keyword :Efek fotolistrik, Konstanta Planck, Potensial penghenti
PENDAHULUAN
Pada percobaan ini bertujuan untuk menentukan fungsi kerja (work function) sel foto (photo cell) dan nilai tetapan Planck serta energi kinetik maksimum foto elektron tersebut. Untuk menentukan suatu tujuan tersebut, pertama kali kita menyiapkan peralatan efek fotolistrik, kemudian sumber cahaya dinyalakan. Setelah itu, kita mengatur intensitas cahaya pada lampu dan mengatur cahaya yang dihalangi oleh filter hitam sehingga pada saat belum ada cahaya yang masuk. Kemudian kita mengatur voltmeter dan amperemeter sehingga menunjuk angka nol. Setelah itu, kita meletakkan penutup
hitam dan mengganti dengan filter berpanjang gelombang 𝜆 = 5769,59 Å , 𝜆 = 5460,74 Å, atau 𝜆 = 4347,50 Å dan membaca arusnya. Kemudian kita mengatur galvanometer sehingga menunjuk angka nol, pada keadaan ini kita mencatat tegangan dan arus yang ditunjukkan oleh multimeter. Setelah itu, kita mengganti cahaya tersebut dengan cahaya sedang dan terang dan mencatat tegangan dan arus yang ditunjukkan oleh multimeter. Setelah itu, kita membuat grafik dan membuat analisis sebagaimana dirumuskan sebagai:
𝑉0 = ℎ 𝑐
𝐸𝑘𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑒𝑉0 …………2) dengan 𝑒 = 1,602 × 10−19 𝐶 dan 𝑐 = 2,998 × 108 𝑚/𝑠.
DASAR TEORI
1. Teori Dualisme Cahaya
Isaac Newton meyakini bahwa cahaya dibawa
oleh partikel-partikel kecil dan
mempublikasikan teori itu dalam bukunya berjudul Optiks pada 1704. Ironis memang karena kita tahu, bahwa Newton sendirilah juga yang menemukan cincin Newton. Cincin Newton adalah suatu fenomena yang disebabkan interferensi cahaya, fenomena
yang menunjukkan cahaya sebagai
gelombang. Selanjutnya semakin banyak peneliti yang mempunyai rasa ingin tahu akan cahaya, dan semakin banyak eksperimen yang terlaksana membuktikan bahwa cahaya punya sifat partikel, dan juga sifat gelombang. Melalui percobaan dua celah tipis, Thomas Young menjelaskan interferensi cahaya sekaligus menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang. James Clerk Maxwell (1831-1879) juga mendukung teori itu dengan menjabarkannya dalam matematika. Maxwell
dengan apik menggabungkan dan
menjelaskan hubungan unik antara 4 hukum listrik dan kemagnetan yang sebelumnya diusulkan oleh Karl Gauss (1777-1855), Andre Ampere (1775-1836), dan Miichael Faraday (1791-1867). Dengan kejeniusannya dalam listrik statis, listrik dinamis, dan kemagnetan, Maxwell menyatukan keempat hukum itu dalam empat buah persamaan
differensial. Persamaan yang diajukan
Maxwell selalu berjalan simultan atau bersamaan. Saat menyelesaikan persamaan itu, diperlukan suatu kondisi agar keempat persamaan itu tetap terus simultan. Muatan
yang bergetar akan menjadi gelombang elektromagnetik dan bergerak dengan kecepatan yang tetap. Maxwell kemudian menghitung kecepatan gelombang itu, dan nilainya secara praktis sama dengan kecepatan cahaya. Suatu kebetulan yang luar biasa! Dan dengan itu, tidak bisa disangkal bahwa cahaya pasti bersifat gelombang.
Pada 1900, Max Planck (1858-1947) mengusulkan teori yang sama sekali bertentangan dengan teori cahaya sebagai gelombang. Dalam menjelaskan spektrum radiasi elektromagnetik oleh benda hitam pada suhu tinggi, Planck menemukan teori baru, teori kuantum. Dia menjelaskan bahwa muatan listrik yang bergetar hanya mengeluarkan emisi cahaya dalam tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini dihitung dalam unit kuanta hf, h adalah konstanta universal Planck, dan f adalah frekuensi getaran muatan listrik tersebut.
Tahun 1905, Albert Einstein
mengembangkan ide mengenai cahaya. Cahaya sendiri memancarkan energi dalam satuan kuanta. Tiap foton membawa satu kuanta energi hf, dan artinya cahaya memiliki sifat partikel.
2. Pengantar Efek fotolistrik
Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu zat (logam), bila permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam. Atau dapat di artikan sebagai munculnya arus listrik atau lepasnya elektron yang bermuatan negatif dari permukaan sebuah logam akibat permukaan logam tersebut disinari dengan berkas cahaya yang mempunyai panjang gelombang atau frekuensi tertentu. Istilah lama untuk efek fotolistrik
adalah efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi)[1]
Gambar.1 Prinsip efek fotolistrik. Efek fotolistrik ini ditemukan oleh Albert Einstein, yang menganggap bahwa cahaya (foton)
yang mengenai logam bersifat sebagai partikel.
Untuk melepaskan elektron dari suatu logam diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya tergantung pada jenis / sifat logam tersebut.
Tenaga minimal ini disebut work function atau fungsi kerja dari logam, dan dilambangkan oleh W. Keperluan tenaga tersebut disebabkan elektron terikat oleh logamnya.
Tenaga gelombang elektromagnetik foton yang terkuantisasi, besarnya adalah Ef = h υ………. (3) dimana υ adalah frekuensi gelombang elektromagnetik dan h adalah tetapan Planck, bila dikenakan pada suatu logam dengan fungsi kerja …, dimana h υ > …, maka elektron dapat terlepas dari logam. Bila tenaga foton tepat sama dengan fungsi kerja logam yang dikenainya, frekuensi sebesar frekuensi foton tersebut disebut frekuensi ambang dari logam, yaitu
υo = ∅
ℎ …………. (4)
Sehingga dapat dikatakan bila frekuensi foton lebih kecil daripada frekuensi ambang
logam, maka tidak akan terjadi pelepasan elektron dan jika lebih besar frekuensi foton terhadap frekuensi ambang logamnya maka akan terjadi pelepasan elektron, yang biasa disebut efek foto listrik atau gejala foto listrik.
Elektron yang lepas dari logam karena dikenai foton, akibat efek foto listrik ini, disebut foto elektron, yang mempunyai tenaga kinetik sebesar
Ek = h υ - θ ...(5) Sistem peralatan untuk mempelajari efek foto listrik ditujukan pada gambar 1. Dua elektroda dalam tabung hampa, dimana salah satunya adalah logam yang disinari (sebuat sel foto). Antara kedua elektroda diberi beda potensial sebesar Vα dengan baterai E1 dan E2, yang nilainya dapat divariasi dari Vα = - E1 sampai dengan Vα = + E2 dengan suatu potensiometer. Arus foto elektron (Ie) dapat diukur dengan mikro meter atau Gavanometer.
Untuk suatu nilai υ > υo dengan intensitas tertentu, dapat diamati Ie sebagai Vα. Ie akan mencapai nilai nol bila Vα diturunkan mencapai nilai tertentu, Vα = Vg (tegangan penghenti/ stopping voltage), yang memenuhi persamaan Tetapan Planck apabila sudah di ketahui potensial penghentinya maka dapat di uji dengan persamaan : 𝑉𝑝= 𝐸𝑘 𝑒 = ℎ𝑓 𝑒 − ф 𝑒 𝑉𝑝+ф𝑒 𝑓 𝑒 = ℎ 𝑉𝑝+ф 𝑓 = ℎ ………....6) Dengan 𝐸 = ℎ𝑓 =𝐸 ℎ ………7)
METODE PENELITIAN Alat Percobaan Foto-cell Lampu kalium Cermin Travo universal Multimeter
Instrumen kumparan putar Cara Kerja
Merangkai Semua Komponen
Menyalakan Sumberdaya
Mengukur lampu polikromatis dari lampu kalium
Meengukur arus saat V=0, ,mengukur tahanan geser dari i kiloohm sampai I=0 dan mencatat tegangan
Mengulangi untuk berbagai spektrum warna yang dihasilkan lampu kalium Skema Alat
Gambar 2. Skema Alat
1. Lampu kalium dengan tegangan tinggi 2. Geseran
3. Lensa pengumpul 4. celah
5. Lensa penggambar 6. Prisma pandang lurus 7. Cermin
8. tabung elektroda 9. logam
10. Jendela dan tingkap geser
HASIL DAN PEMBAHASAN
Telah dilakukan percobaan efek fotolistrik dengan tujuan untuk memahami dualism cahaya dan menentukan besar gaya kuantum plank (h) dengan fotoefek dalam percobaan ini menggunakan variasi cahaya monokromatis (merah, jingga, kuning,nila,dan ungu) dengan pengvarian tersebut mempengaruhi nilai tegangan dan arus yang terukur. Pada percobaan ini menggunakan sumber cahaya polikromatis yaitu pada lampu kalium.
Proses fisis pada percobaan ini yaitu sumber tegangan mengakibatkan elektron bergerak menuju kalium ,pada lampu kalium elektron menyebabkan eksitasi kawat kalium yang terdapat pada lampu bertumbukan dengan gas mulia ( biasanya Argon). Sehingga atom argon mengalami eksitasi dan deeksitasi dalam proses deeksitasi atom Ar melepaskan energy berupa foto efek. Kemudian cahaya yang ditimbulkan oleh lampu kalium menuju geseran dan menuju lensa pengumpul sehingga cahaya menjadi focus lalu menuju lensa penggambar sehingga lebih terfokuskan, Cahaya yang telah focus kemudian menuju prisma dan terjadi proses disperse cahaya, cahaya dari lampu kalium yang bersifat polikromatis diuraikan menjadi cahaya monokromatis, cahaya monokromatis dibelokkan oleh cermin sehingga menuju tabung elektroda
Cahaya monokromatis mengenai katoda apabila frekuensi cahaya melebihi frekuensi ambang batas logam katoda maka terjadi terjadi pelepasan elektron dalam bentuk energy kinetic yang dapat diketahui dengan timbulnya arus yang terukur oleh amperemeter dan untuk menghentikan laju elektron maka digunakan potensial penghenti yang akan terukur oleh volt meter
Percobaan efek fotolistrik menggunakan variasi frekuensi cahaya monokromatis dalam percobaan ini dapat terlihat 6 macam cahaya monokromatis yaitu merah jingga,kuning, hijau, nila, ungu. Dengan menggeser cermin pemantul maka cahaya monokromatis yang menuju tabung elektroda dapat diatur sehingga memudahkan pengamatan. Pada percobaan ini praktikan mengukur arus pada amperemeter dengan mengatur V=0 dan mengukur tegangan dengan mengatur I=0 dari hambatan 1 kilo ohm pada masing-masing cahaya monokromatis diulang 3 kali.
Pada percobaan ini didapat nilai tegangan untuk I=0 yaitu merah=jingga=kuning=hijau=0.005 v dan nila=ungu=0.01 v dan nilai nilai arus untuk V=0 semuanya sebesar 10-10 A.Tidak terlihatnya perbedaan yang signifikan baik arus maupun tegangan untuk setiap cahaya monokromatis dikarenakan ampermeter dan voltmeter yang digunakan merupakan jenis
analog yang memiliki tingkat ketelitian yang rendah.
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan praktikan.Peristiwaefek fotolistrik dapat dijelaskan melalui data yang telah diperoleh dimana hasil percobaan E>Ø dimana energy tergantung pada frekuensi tertentu.inilah yang menjadi syarat terlepasnya elektron dari permukaan logam,jadi percobaan yang telah dilakukan praktikan membuktikan terjadinya efek fotolistrik.
Dalam perhitungan nilai konstanta plank dan nilai W dihitung dengan menggunakan persamaan h.e v/f dan W=hf/ev dari hasil percobaan nilai W dan h didapatkan dengan mencari nilai rata-rata dari h dan W yang dihasilkan oleh masing-masing cahaya monokromatis . Didapatkan nilai h=0.01392.10-34 j.s dan W= 13.068.1023 . Berdasarkan perhitungan grafik didapat nilai h=0.0304. 10-34 hal ini menunjukkan nilai h dari hasil percoban jauh dari nilai h literature yaitu 6.62 10-34 j.s hal ini dikarenakan alat yang digunakan sudah tidak standart dan dalam melakukan praktikum efek fotolistrik, praktikan kesulitan melakukan percobaan karena percobaan harus dilakukan diruang gelap maka untuk melihat hasil pengukuran tegangan dan kuat arus menggunakan multimeter. Praktikan mengalami kesulitan dalam
menentukan nilai yang ditunjuk oleh jarum yang ditunjuk oleh jarum multimeter tersebut, dan juga pada saat praktikan menghubungkan multimeter tersebut pada sel foto jarum petunjuk pada multimeter tersebut tidak stabil sehingga harus dilakukan percobaan beberapa kali untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus yang pasti.
KESIMPULAN Kesimpulan
1. Dalam percobaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan dualisme cahaya yaitu terjadinya persitiwa dispersi yang menjelaskan cahaya sebagai gelombang dan peristiwa efek fotolistrik yang menjelaskan cahaya sebagai partikel
2. Dari percobaan didapatkan besar gaya kuantum plank (h) yaitu sebesar 0.0139 x 10-34 melalui perhitungan dan 0.0304 x 10-34 J.s melalui grafik slope
Saran
Dalam melakukan pengukuran arus dan tegangan sebaiknya digunakan multimeter digital yang memiliki tingkat ketelitian lebih tiggi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Beiser, Arthur. 2004. Konsep Fisika Modern. Edisi keempat. Jakarta :
Erlangga. Hal : 441-442, 472-473
[2]Nelkon, M. 2000. Principles Of Atomic Physics And Electronics. Fifth Edition.
London : Heinemann Educational Books. Pages : 34-47
[3] Solihin, Abdus. 2010. Eksperimen Efek fotolistrik Laporan Eksperimen Fisika II. Jember : Laboraturium Optoelektronika dan Fisika Modern Jurusan Fisika Universitas Negeri Jember.
[4] Tippler, P.A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta : Erlangga. [5] Wheeler, Gerald. F. 1997. Physics
Building A World View. USA :
Prentice-Hall, Inc. Pages : 398-399, 468-473
