Gambar 1 Ilustrasi Efek Fotolistrik

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM_03 “KONSTANTA PLANCK” I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menyelidiki energy kinetik maksimum dari electron foto sebagai fungsi frekuensi.

2. Melukiskan grafik sloping potensial (v) sebagai fungsi frekuensi (f). 3. Menentukan konstanta planck dari grafik.

II. LANDASAN TEORI

Efek fotolistrik adalah suatu proses yang mana suatu cahaya dengan frekuensi cukup tinggi mengenai permukaan sebuah logam, sehingga dari permukaan logam itu terpancar elektron. Gambar 1 memberi ilustrasi jenis alat yang dipakai dalam eksperimen efek fotolistrik.

Gambar 1 Ilustrasi Efek Fotolistrik

Tabung yang divakumkan berisi dua elektroda yang dihubungkan dengan rangkaian eksternal, dengan keping logam yang permukaannya mengalami iradiasi dipakai sebagai anoda. Sebagian dari elektron yang muncul dari permukaan yang mengalami iradiasi mempunyai energi yang cukup untuk mencapai katoda. Ketika potensial perintang V ditambah, lebih sedikit elektron yang mencapai katoda dan arusnya menurun. Ketika V sama atau melebihi suatu harga Vo yang besarnya dalam orde beberapa Volt, tidak ada elektron yang mencapai katoda dan arus terhenti. Terdapatnya efek fotolistrik menunjukkan bahwa gelombang cahaya membawa energi, dan sebagian

(2)

energi yang diserap oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu pada dan muncul sebagai energi kinetik. Banyaknya elektron yang dapat dipancarkan dari permukaan logam sangat tergantung pada intensitas penyinaran cahaya dan energinya tergantung pada frekuensi (ν).

Sebelum Albert Einstein mengemukakan teorinya, pada tahun 1901 Planck telah mempublikasikan hasil penemuannya tentang hukum radiasi cahaya elektromagnetik. Planck mendapatkan bahwa kuanta yang berpautan dengan frekuensi tertentu (v) dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan bahwa energi ini berbanding lurus dengan frekuensi.

E = hv Keterangan:

E = Energi Kuantum

h = tetapan Planck (6,626 x 10-34_J.s) v = Frekuensi

Pada peristiwa efek fotolistrik ini, terdapat beberapa hal yang tidak dapat dijelaskan oleh pemahaman klasik, antara lain:

a) Tidak ada keterlambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam dan terpancarnya elektron.

b) Energi fotoelektron bergantung pada frekuensi cahaya.

Energi kinetik elektron, energi cahaya, dan energi minimum dari cahaya yang diperbolehkan memiliki hubungan:

   C

K E

E

Jelas, jika energi cahaya E kurang dari energi minimum E tidak ada elektron yang terpancar. Sehingga dengan rumusan Planck tentang energi dapat dituliskan sebagai

  hv EK

Energi minimum _ __ev₀ disebut sebagai fungsi kerja(work function) dari logam. Dari persamaan ini maka diperoleh:

  hv 0

(3)

h v₀  

Dalam eksperimen efek fotolistrik ini, diukur laju dan energi kinetik elektron. Eksperimen ini menggunakan tabung vakum (ruang hampa). Hal ini harus dilakukan agar elektron tidak kehilangan energinya karena bertumbukan dengan partkel-partikel udara. Dalam tabung vakum terdapat lempeng metal dan kolektor. Lempeng metal disinari dengan cahaya sehingga terjadi pemancaran elektron. Elektron yang terpancar kemudian ditangkap oleh kolektor (Krane, 1992).

Berdasarkan data-data eksperimen yang dilakukan oleh Richardson dan Compton pada tahun 1912, emisi (pemancaran) dari fotolistrik harus memenuhi hukum-hukum dibawah ini:

a) Arus fotolistrik (yaitu jumlah elektron yang dipancarkan perdetik) berbanding lurus dengan intensitas sinar datang.

b) Untuk setiap permukaan metal yang fotosensitif, maka akan terdapat suatu harga frekuensi minimal (frekuensi ambang) diman elektron akan mulai terpancar.

c) Energi kinetik maksimum dari fotoelektron yang dipancarkan berubah secara linear dengan frekuensi cahaya yang datang, tetapi tidak bergantung pada intesitas cahaya. Jika digambarkan Emax sebagai fungsi dari

v

dengan intensitas yang konstan maka akan diperoleh suatu garis lurus dengan tan h dan memotong sumbu absis di maka

(4)

Bertambahnya intensitas cahaya memberi arti bahwa semakin banyak foton yang menumbuk permukaan metal, yang berarti bertambah banyak pula fotoelektron yang dipancarkan dengan kecepatan yang sama (energi kinetik tetap).

d) Untuk suatu permukaan metal, terdapat potensial penghenti 0V yang berbanding lurus dengan frekuensi dari sinar datang tetapi tidak bergantung pada intensitasnya. Potensial penghenti V0 adalah beda harga

dari potensial penghambatan antara kedua elektroda yang akan menyetop atau menghentikan aliran fotoelektron yang dipancarkan permukaan logam. 0 2 max 0 ₂ 1 mv E ev  

Harga h/e adalah:

15 19 34 10 . 14 , 4 10 . 6 , 1 10 . 63 , 6 _     e h

III. ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah:

1. Mercury Light Source: sebagai sumber foton / elektromagnetik dengan beberapa panjang gelombang.

2. h/e apparatus: untuk memunculkan fotoelektron dipermukaan fotodioda ketika sel ini disinari.

3. h/e accessory kit: berfungsi sebagai komponen pelengkap dalam eksperimen efek fotolistrik

4. Lensa/Grating Blazed 500 nm: untuk menangkap cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya merkuri

5. Light block: berfungsi untuk membloking/menghalangi cahaya. 6. Diffraction sets: sebagai alat untuk menyebarkan cahaya yang masuk. 7. Relative transmission: berfungsi sebagai filter transmisi dengan intensitas

persentase tertentu.

8. Voltmeter digital: berfungsi untuk mengukur tegangan.

9. Jingga Filter: berfungsi untuk meneruskan spektrum warna jingga 10. Yellow Filter: berfungasi untuk meneruskan spektrum warna kuning 11. Blue Filter: berfungsi untuk meneruskan spektrum warna biru.

(5)

IV. LANGKAH-LANGKAH PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1) Percobaan dapat dilakukan ditempat gelap untuk menghindari gangguan sinyal kuat. Dan alat bisa dipasang seperti gambar dibawah ini :

2) Arahkan cahaya merah, kuning dan biru dari spectrum yang dihasilkan ke lubang fotosel secara bergantian.

3) Untuk setiap cahaya amati stoping potensial yang dihasilkan melalui voltmeter.

V. TEKNIK ANALISIS DATA

Percobaan ini akan membahas tiga hal yaitu mengetahui hubungan antara energi kinetik maksimum sebagai fungsi frekuensi, kemudian mencari hubungan antara energi kinetik maksimum sebagai fungsi intesitas cahaya yang datang, dan mencari besarnya konstanta planck.

Untuk mencari hubungan energi kinetik maksimum dari elektron foton sebagai fungsi dari frekuensi dan intesitas cahaya datang dapat dilakukan dengan metode grafik.

Untuk mencari konstanta planck, teknik analisis data yang digunakan adalah dengan menggunakan persamaan EkeVohWo

e Wo e h Vo   

(6)

Dari persamaan di atas, jika kita misalkan Vo = y dan



= x, maka h/e dan Wo/e merupakan suatu konstanta atau mempunyai nilai tetap walaupun variable x dan y dirubah. Misalkan h/e = b dan Wo/e = c, maka persamaannya menjadi ybxc. Untuk mencari nilai b (yang dalam hal ini adalah h/e) maka kita harus merubah nilai x dan y atau terjadi perubahan x dan y. Dalam percobaan ini kita anggap:

Vo1 (tegangan sinar 1) = y1 Vo2 (tegangan sinar 2) = y2



1 (frekuensi sinar 1) = x1



2 (frekuensi sinar 2) = x2

Maka diperoleh suatu persamaan baru, yakni:

c bx y c bx y     2 2 1 1

Dengan mengeliminasi kedua persamaan diatas, maka didapat;

2 1 02 01 2 1 2 1 2 1 2 1 ( )            V V b x x y y b x x b y y

Karena b tidak lain merupakan h/e, maka nilai h dapat dicari dengan hbe, denga e adalah nilai muatan elektron. Setelah semua nilai h dihitung, maka nilai h rata-rata nya dapat dicari dengan

n h h



dengan n adalah banyaknya nilai h yang didapat atau banyaknya percobaan. Kesalahan mutlaknya dapat dihitung dengan rumus:

) 1 (     n n h hi h

(7)

Kesalahan relatifnya: % 100 x h h KR  Keakuratannya: % 100 tan x h h h Keakura teori percobaan teori  

VI. DATA HASIL PERCOBAAN Transmisi Jingga (volt) Kuning (volt) Biru (volt) 20% 0,130 0,136 0,139 40% 0,131 0,146 0,147 60% 0,132 0,149 0,148 80% 0,133 0,153 0,152 100% 0,134 0,155 0,154

VII. ANALISIS DATA

Dalam analisis ini, maka pertama kita harus menentukan frekuensi masing-masing spektrum cahaya.

Frekuensi spektrum jingga : ₉_,₄₀_.₁₀14_Hz

Frekuensi spectrum kuning :₅_,₁₇_.₁₀14_Hz

Frekuensi spectrum biru :₆_,₃₄_.₁₀14_Hz

1. Nilai konstanta Planck:

 Untuk intensitas 100%, sinar jingga, kuning dan biru









15 10 . 3 , 8 11 . 2 175 . 0 34 , 6 17 , 5 40 , 9 154 , 0 155 , 0 134 , 0                b b b V V V b biru kuning jingga biru kuning jingga   

(8)



 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 30 , 1 10 6 , 1 . 10 3 , 8 . 10 3 , 8 10 3 , 8 34 19 15 15 15          









Maka, besar konstanta planck (h) dapat dicari:



 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 3 , 1 10 6 , 1 . 10 1 , 8 . 10 1 , 8 10 1 , 8 34 19 15 15 15          

biru kuning jingga biru kuning jingga V V V b        











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 3 , 1 10 6 , 1 . 10 8 , 7 . 10 8 , 7 10 8 , 7 34 19 15 15 15          

(9)











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 2 , 1 10 6 , 1 . 10 6 , 7 . 10 6 , 7 10 6 , 7 34 19 15 15 15          

 Untuk intesitas 20%, sinar jingga, kuning dan biru











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 0 , 1 10 6 , 1 . 10 8 , 6 . 10 8 , 6 10 8 , 7 34 19 15 15 15          

Dari nilai h di atas, maka dapat dibuat tabel pembantu tentang nilai-nilai konstanta planck:

 Rata-rata nilai konstanta Planck;





s J x h x h h n h h . 10 20 , 1 5 10 1 , 6 5 10 . 0 . 1 2 . 1 3 . 1 3 . 1 3 . 1 34 34 34           



(10)

 Kesalahan mutlaknya :





34 69 68 2 10 27 , 0 10 07442 , 0 ) 1 5 ( 5 10 48 , 1 ) 1 (               x h x h x h n n h h h i

Sehingga nilai konstanta yang didapat dapat dituliskan dalam:

s J x h h h h . 10 ) 27 , 0 20 , 1 ( _ 34      Kesalahan Relatifnya (KR): % 23 , 0 % 100 10 20 , 1 10 27 , 0 % 100 34 34       KR x x x KR x h h KR  Keakuratannya: % 82 , 0 tan x100% 6,63x10 x10 20 , 1 6,63x10 Keakuratan x100% h h h Keakuratan 34 34 34 teori percobaan teori         Keakura

VIII. HASIL DAN PEMBAHASAN HASIL

Dari analisis data yang telah diuraikan, maka kami dapatkan hasil sebagai berikut.

 Hubungan antara energi kinetic maksimum dengan frekuensi.

Dari percobaan yang telah kami lakukan, diperoleh grafik yang menunjukan hubungan Vo dan frekuensi (V) yang menggambarkan besarnya energi kinetic maksimum untuk intensitas cahaya ungu dan hijau.

(11)

Dimana besarnya Ekmaks dalam hal ini diwakili oleh V, Ekmaks bergantung pada nilai V.

 Penentuan konstanta Planck

Secara teori besarnya konstanta Planck adalah 6,63. 10-34_{JS. Sedangkan}

konstanta planck yang kami peroleh dalam percobaan adalah 1,20. 10-34 _JS

dengan kesalahan relatifnya adalah 0,23% dan keakuratannya adalah

0,82%, sehingga besarnya konstanta Planck yang kami peroleh tidak

sesuai dengan teori. Hal ini disebabkan oleh banyaknya kendala yang kami hadapi dalam melakukan percobaan.

PEMBAHASAN

Pada saat melaksanakan percobaan penentuan konstanta Planck kami mengalami beberapa kesalahan dan kendala yang mempengaruhi hasil percobaan. Adapun kesalahan dan kendala yang kami hadapi adalah sebagai berikut.

1. Pada saat memanaskan alat, dimana kami memerlukan waktu yang cukup lama untuk memanaskan alat. Hal ini tentu saja menyita waktu yang cukup lama dalam melaksanakan praktikum.

2. Kurang telitinya dalam mengarahkan warna cahaya pada kisi sehingga hal ini mengakibatkan cahaya yang diamati tidak sepenuhnya dapat masuk lubang kisi. Selain itu kami juga kurang teliti dalam memprediksikan dimana cahaya jatuh setelah dipasang filter. Hal ini terjadi karena sifat cahaya yaitu mengalami pembiasan jika melalui dua medium yang berbeda yaitu dari udara menuju ke kisi. Kemungkinan pada saat sebelum memasang filter cahaya sudah mengalami pembelokan. Sehingga cahaya yang terdeteksi oleh alat kurang akurat.

3. Alat yang terlalu sensitive, dimana saat kami mengarahakan salah satu warna cahaya ke dalam kisi pada posisi tertentu, multimeter menunjukan sekala tertentu, kemudian pada saat kami mengarahkan warna cahaya yang sama pada kisi tetapi pada posisi yang berbeda ternyata multimeter menunjukan skala yang berbeda dan perbedaaanya sangat signifikan. Hal ini membuat kami bingung pada posisi mana skala yang seharusnya digunakan.

(12)

4. Kesensitifan alat juga mempengaruhi kami dalam menentukan potensial pemberhenti, dimana untuk satu warna yang sama kami menentukan beberapa skala potensial pemberhenti yang ditunjukan oleh multimeter. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh adanya getaran atau factor lingkungan lain yang dapat mengubah posisi alat sehingga berkas cahaya yang diamati tidak tepat masuk pada kisi.

5. Adanya penyimpangan pada nilai potensial yang terbaca pada multimeter, dimana nilai potensial pemberhenti bervariasi untuk satu warna dengan intensitas yang berbeda. Berdasarkan teori variasi intensitas satu warna/ berkas cahaya tertentu tidak berpengaruh terhadap potensial peensial pemberhenti cenderung mberhenti, artinya potensial pemberhenti harusnya tetap. Namun dari hasil dari hasil percobaan yang kami lakukan ternyata nilai potensial pemberhenti terus berubah seiring dengan perubahan intensitas. Hal ini tentu saja dapat menyebabkan penyimpangan yang terjadi saat melakukan percobaan.

6. Kendala yang lain dalam percobaan ini terletak pada ruangan yang digunakan. Ruangan yang kami gunakan memiliki pencahayaan yang tidak stabil. Meskipaun kendala ini tidak begitu berarti dalam menentukan hasil percobaan, sedikitnya hal ini juga mempunyai pengaruh pada hasil percobaan yang kami lakukan.

Dari berbagai kesalahan, Kendala dan penyimpangan tersebut di atas menyebabkan kami memperoleh nilai keakuratan yaitu sebesar 0,82%. Hal ini mengindikasikan bahwa percobaan yang kami lakukan belum akurat.

IX. JAWABAN PERTANYAAN

1. Buatlah grafik hubungan tegangan dengan frekuensi! Jawab : Frekuensi (f) Jingga (volt) 14 10 . 40 , 9  Hz 0,130 0,131 0,132 0,133

(13)

0,134 Frekuensi (f) Kuning (volt) 14 10 . 17 , 5  _Hz 0,136 0,146 0,149 0,153 0,155 Frekuensi (f) Biru (volt) 14 10 . 34 , 6  _Hz 0,139 0,147 0,148 0,152 0,154 Grafiknya :

(14)

2. Tentukan besarnya konstanta planck dari grafik yang diperoleh! Jawab :











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 30 , 1 10 6 , 1 . 10 3 , 8 . 10 3 , 8 10 3 , 8 34 19 15 15 15          











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 3 , 1 10 6 , 1 . 10 1 , 8 . 10 1 , 8 10 1 , 8 34 19 15 15 15          

(15)

 Untuk intensitas 60%, sinar jingga, kuning dan biru biru kuning jingga biru kuning jingga V V V b        











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 3 , 1 10 6 , 1 . 10 8 , 7 . 10 8 , 7 10 8 , 7 34 19 15 15 15          











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 2 , 1 10 6 , 1 . 10 6 , 7 . 10 6 , 7 10 6 , 7 34 19 15 15 15          

 Untuk intesitas 20%, sinar jingga, kuning dan biru

(16)











 



s J h x x h e x h x b e h . 10 . 0 , 1 10 6 , 1 . 10 8 , 6 . 10 8 , 6 10 8 , 7 34 19 15 15 15           X. KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dan analisis data yang kami lakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1. Besarnya energy kinetic maksimum dari elektron foton tidak hanya bergantung pada frekuensi tetapi juga bergantung pada intensitas cahaya datang. Dengan kata lain energy kinetic maksimum dari elektron-elektron merupakan fungsi dari frekuensi dan intensitas cahaya datang. 2. Konstanta Planck dapat ditentukan dari kemiringan grafik potensial henti

terhadap frekuensi dan besarnya konstanta Planck dapat dihitung dengan rumus h/e. dimana masing-masing percobaan dikaitkan dengan massa elektron (1,6x10-19_{C) kemudian dirata-ratakan dan dibandingkan dengan} nilai konstanta Planck dalam teori sehingga diperoleh keakuratan. 3. Nilai konstanta planck yang didapat adalah sebesar

s J x h

h

h _ __ _(1,20_0,27) 1034 . _{dengan kesalahan relative (KR)}

0,23% dan keakuratan 0,82%. Hasil ini menunjukkan hasil percobaan

(17)