Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik
Download as DOCX, PDF3 likes16,686 views
Efek Fotolistrik adalah suatu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari oleh sebuah cahaya (foton) dengan frekuensi yang lebih besar daripada frekuensi ambang logam tersebut
![2.3.2 Pengaruh frekuensi cahaya terhadap
potensial penghenti
2.4 Analisis Data
Analisis data yang digunakan dalam
ekperimen efek fotolistrik adalah sebagai
berikut :
2.4.1 Tabel Data Pengamatan
Tabel 2.1 Pengaruh filter transmisi (jumlah
foton) terhadap besar potensial penghenti
Tabel 2.2 Pengaruh frekuensi gelombang
elektromagnetik terhadap besar potensial
penghenti
2.4.2 Persamaan yang Digunakan
Dengan memplot grafik hubungan
antara frekuensi dan tegangan penghenti yang
dihasilkan, didapatkan persamaan garis
regresi sebagai berikut :
y = mx + c
y = V =
h
e
e
Atau
m =
h
e
=
N xiyi xi yi
N x2
i ( xi)2
c =
e
=
yi m xi
N
Dengan ralat grafik
y =
1
N2
( yi
2 m xiyi c yi
N
i=1
N
i=1
N
i=1 )
m =
yN1/2
[N x2
i (xi)2]1/2
Start
Rangkai alat
Hidupkan sumber
cahaya merkuri
Hidupkan h/e apparatus
dan atur posisinya
Pastikan spektrum warna kuning tepat
mengenai bagian tengah fotodioda
Gunakan filter warna (hanya untuk
spektrum kuning dan hijau)
Tekan push to zero
/ discharge
Catat potensial
penghenti yang terbaca
Spektrum
kuning sudah
digunakan
Ganti
spektrum
warna lain
dari merkuri
Orde satu
sudah
diamati
Ganti
spektrum
warna pada
orde dua
End](https://image.slidesharecdn.com/laporanakhirekspeimenfisika1-170127051818/85/Laporan-Eksperimen-Efek-Fotolistrik-6-320.jpg)
More Related Content
What's hot (20)
Similar to Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik (20)
More from Nurfaizatul Jannah (20)
Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik
- 1. LAPORAN AKHIR MATA KULIAH EKSPERIMEN FISIKA 1 EFEK FOTOLISTRIK Disusun untuk memenuhi tugas Eksperimen Fisika 1 Oleh : Nurfaizatul Jannah NIM. 141810201051 JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2016
- 2. EFEK FOTOLISTRIK Nurfaizatul Jannah1 1Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember * Email: andersgabriella.kelvin@gmail.com 19 Desember 2016 ABSTRAK Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari oleh cahaya yang memiliki energi lebih besar daripada fungsi kerja logam. Tujuan percobaan efek fotolistrik selain untuk mengetahui konstanta Planck dan fungsi kerjanya, juga untuk mengetahui pengaruh intensitas dan frekuensi cahaya terhadap besarnya potensial penghenti yang terbaca. Data yang dicari adalah potensial penghenti, dengan pengulangan sebanyak 3 kali. Variasi yang dilakukan untuk mengetahui pengaruh intensitas dan frekuensi terhadap potensial penghenti berturut-turut adalah persentase filter transmisi dari 20% hingga 100% dan frekuensi dari rendah ke tinggi (kuning-ungu) untuk orde 1 dan 2. Hasil menunjukkan bahwa konstanta Planck untuk orde 1 dan 2 berturut-turut sebesar 3,87 1015 eV.s dan 4,00 1015 eV.s dengan deskripansi sekitar 8% dan 3%. Sementara fungsi kerja fotodioda yang diperoleh ialah 2,2 1020 V untuk orde 1 dan 4,6 1020 Vuntuk orde 2. Diketahui pula bahwa tidak ada pengaruh intensitas terhadap potensial penghenti, karena yang mempengaruhi adalah frekuensi. Kata kunci: Efek Fotolistrik, Frekuensi, Konstanta Planck, Fungsi Kerja. 1. PENDAHULUAN Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya. Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian Albert Einstein mengadakan suatu penelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut foton yang memiliki energi sebesar . Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan efek fotolistrik (Purwanto,1999). Gambar 1.1 Skema Percobaan Efek Fotolistrik (Sumber : Soedojo, 1998)
- 3. Gambar di atas menggambarkan skema alat yang digunakan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut terdiri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda, yaitu katoda dan anoda yang dihubungkan dengan tegangan arus searah (DC). Pada saat alat tersebut dibawa ke ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya arus listrik. Akan tetapi pada saat permukaan katoda dijatuhkan sinar, amperemeter menunjukkan adanya arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (yang selanjutnya disebut fotoelektron) katoda bergerak menuju anoda. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu (0), amperemeter menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari keping katoda. Potensial 0 ini disebut potensial penghenti yang nilainya tidak tergantung pada intensitas cahaya yang dijatuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar : Ek = 1 2 mv2 = eV0 (1.1) Berdasarkan hasil percobaan ini ternyata tidak semua cahaya (foton) yang dijatuhkan pada keping katoda akan menimbulkan efek fotolistrik. Efek fotolistrik akan timbul jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi tertentu. Demikian juga frekuensi minimal yang mampu menimbulkan efek fotolistrik tergantung pada jenis logam yang digunakan (Krane, 1992). Ternyata teori gelombang gagal menjelaskan tentang sifat-sifat penting yang terjadi pada efek fotolistrik, antara lain : Pertama, menurut teori gelombang, energi kinetik fotoelektron harus bertambah besar jika intensitas foton diperbesar. Akan tetapi kenyataan menunjukkan bahwa energi kinetik fotoelektron tidak bergantung pada intensitas foton yang dijatuhkan. Kedua, menurut teori gelombang, efek fotolistrik dapat terjadi pada sembarang frekuensi, asal intensitasnya memenuhi. Akan tetapi kenyataannya efek fotolistrik baru akan terjadi jika frekuensi melebihi harga tertentu dan untuk logam tertentu dibutuhkan frekuensi minimal tertentu agar dapat timbul fotoelektron. Ketiga, menurut teori gelombang, diperlukan waktu yang cukup untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Akan tetapi kenyataannya elektron terlepas dari permukaan logam dalam waktu singkat < 109 s setelah waktu penyinaran. Terakhir, teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum
- 4. fotoelektron bertambah jika frekuensi foton yang dijatuhkan diperbesar (Beiser,1999). Menurut Muljono (2003), teori kuantum mampu menjelaskan peristiwa efek fotolistrik karena menurut teori kuantum, foton memiliki energi yang sama, yaitu sebesar , sehingga menaikkan intensitas foton berarti hanya menambah banyaknya foton, tidak menambah energi foton selama frekuensi foton tetap. Menurut Einstein, energi yang dibawa oleh foton adalah dalam bentuk paket, sehingga jika diberikan pada elektron akan diberikan seluruhnya dan foton tersebut lenyap. Oleh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja (0) atau energi ambang. Besarnya 0 tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan pada elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron. Akan tetapi jika energi foton lebih kecil dari energi ambangnya ( < 0) tidak akan menyebabkan elektron terlepas dari logam. Frekuensi foton terkecil yang mampu meampu melepaskan elektron dari logam disebut frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu melepaskan elektron dari logam disebut panjang gelombang ambang. Sehingga hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik fotoelektron dapat dinyatakan dalam persamaan : E = 0 + Ek (1.2) Ek = E 0 (1.3) Sehingga Ek = hf hf0 = h(f f0) (1.4) Gambar 1.2 Grafik Hubungan Ek dengan f (Sumber : Soedojo, 1998) dengan : Ek = Energi kinetik maksimum fotoelektron E = Energi kuantum foton 0 = Fungsi kerja logam f = Frekuensi foton f0 = Frekuensi ambang Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh Einstein, praktikan mencoba melakukan eksperimen efek fotolistrik kembali untuk mencari fungsi kerja dari fotodioda yang digunakan dalam ekpserimen
- 5. dan konstanta Planck yang didapatkan, serta pengaruh intensitas dan frekuensi cahaya terhadap potensial penghenti (stopping potential) yang terukur. 2. METODE EKSPERIMEN 2.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen efek fotolistrik adalah sumber cahaya merkuri yang berfungsi sebagai sumber cahaya, h/e apparatus berfungsi sebagai tempat terjadinya fotolistrik, lensa atau grating sebagai pendifraksi cahaya merkuri, relative transmission sebagai peredup intensitas cahaya, voltmeter digital sebagai pembaca potensial penghenti, light block sebagai pemblock cahaya, dan filter hijau serta kuning untuk meneruskan spektrum warna hijau dan kuning. 2.2 Desain Eksperimen Desain percobaan yang digunakan dalam ekperimen efek fotolistrik adalah sebagai berikut : Gambar 2.1 Skema Percobaan Efek Fotolistrik (Sumber : Tim Penyusun, 2016) 2.3 Langkah Kerja 2.3.1 Pengaruh intensitas cahaya terhadap potensial penghenti Start Rangkai alat Hidupkan sumber cahaya merkuri Hidupkan h/e apparatus dan atur posisinya Tekan push to zero / discharge Gunakan filter kuning Pilih intensitas transmisi Catat potensial penghenti yang terbaca Intensitas cahaya sudah terpakai semua Ganti intensitas cahaya Filter kuning sudah digunakan Ganti filter hijau End
- 6. 2.3.2 Pengaruh frekuensi cahaya terhadap potensial penghenti 2.4 Analisis Data Analisis data yang digunakan dalam ekperimen efek fotolistrik adalah sebagai berikut : 2.4.1 Tabel Data Pengamatan Tabel 2.1 Pengaruh filter transmisi (jumlah foton) terhadap besar potensial penghenti Tabel 2.2 Pengaruh frekuensi gelombang elektromagnetik terhadap besar potensial penghenti 2.4.2 Persamaan yang Digunakan Dengan memplot grafik hubungan antara frekuensi dan tegangan penghenti yang dihasilkan, didapatkan persamaan garis regresi sebagai berikut : y = mx + c y = V = h e e Atau m = h e = N xiyi xi yi N x2 i ( xi)2 c = e = yi m xi N Dengan ralat grafik y = 1 N2 ( yi 2 m xiyi c yi N i=1 N i=1 N i=1 ) m = yN1/2 [N x2 i (xi)2]1/2 Start Rangkai alat Hidupkan sumber cahaya merkuri Hidupkan h/e apparatus dan atur posisinya Pastikan spektrum warna kuning tepat mengenai bagian tengah fotodioda Gunakan filter warna (hanya untuk spektrum kuning dan hijau) Tekan push to zero / discharge Catat potensial penghenti yang terbaca Spektrum kuning sudah digunakan Ganti spektrum warna lain dari merkuri Orde satu sudah diamati Ganti spektrum warna pada orde dua End
- 7. c = m 1 N x2 i N i=1 2.4.3 Grafik a. Grafik hubungan filter transmisi terhadap besar potensial penghenti b. Grafik hubungan frekuensi transmisi terhadap besar potensial penghenti 3. HASIL Berdasarkan percobaan efek fotolistrik yang telah dilakukan, diperoleh hasil sebagai berikut : Tabel 3.1 Pengaruh filter transmisi (jumlah foton) terhadap besar potensial penghenti Filter Transmisi (%) Potensial Penghenti (Volt) Kuning Hija u Biru Ung u 20 1,15 1,42 1,87 2,38 40 1,32 1,62 2,07 2,53 60 1,48 1,76 2,25 2,63 80 1,57 1,83 2,31 2,72 100 1,92 2,12 2,53 2,97 Gambar 3.1 Grafik hubungan filter transmisi terhadap besar potensial penghenti Tabel 3.2 Pengaruh frekuensi gelombang elektromagnetik terhadap besar potensial penghenti pada orde satu Warna Frekuensi (Hz) Potensial Penghenti (V) Kuning 5,187 1014 2,14 Hijau 5,49 1014 2,27 Biru 6,879 1014 2,85 Ungu 7,409 1014 2,98 Frekuensi (Hz) TeganganPenghenti(Volt) Filter Transmisi (%) TeganganPenghenti(Volt)
- 8. h (eV.s) h (eV.s) 標 (V) 標 (V) 3,8769 1015 2,09577 1016 2,24532 1020 2,11585 1020 Gambar 3.2 Grafik hubungan frekuensi tranmisi terhadap potensial penghenti pada orde satu Gambar 3.3 Grafik eror hubungan frekuensi transmisi terhadap potensial penghenti pada orde satu Tabel 3.3 Pengaruh frekuensi gelombang elektromagnetik terhadap besar potensial penghenti pada orde dua Warna Frekuensi (Hz) Potensial Penghenti (V) Kuning 5,187 1014 1,73 Hijau 5,49 1014 1,98 Biru 6,879 1014 2,41 Ungu 7,409 1014 2,7 h (eV.s) h (eV.s) 標 (V) 標 (V) 4,0003 1015 4,14286 1016 4,6669 1020 4,1826 1020
- 9. Gambar 3.4 Grafik hubungan frekuensi transmisi terhadap besar potensial penghenti pada orde dua Gambar 3.5 Grafik eror hubungan frekuensi transmisi terhadap besar potensial penghenti pada orde dua 4. DISKUSI Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika energi foton lebih besar dari fungsi kerja yang dimiliki oleh logam tersebut, dimana besarnya energi foton selain tergantung pada frekuensi juga bergantung pada konstanta Planck. Untuk mengetahui fungsi kerja fotodioda yang digunakan serta konstanta Planck yang diperoleh berdasarkan eksperimen, maka dapat dilakukan analisa pada garis regresi yang merupakan hasil plot antara frekuensi dan potensial penghenti. Hasil pada tabel 3.2 dan 3.3 menunjukkan bahwa nilai konstanta Planck yang diperoleh pada orde 1 dan orde 2 berturut-turut sebesar 3,87 1015 eV.s dan 4,00 1015 eV.s . Nilai tersebut sedikit menyimpang dari nilai konstanta Planck secara teori, yakni 4,135 1015 eV.s dengan deskripansi orde 1 dan 2 berturut-turut sebesar 8,1% dan dan 3,3%. Nilai deskripansi tersebut menyatakan bahwa semakin kecil persentasenya, maka nilai konstanta Planck yang diperoleh berdasarkan eksperimen semakin mendekati nilai yang seharusnya. Sementara itu fungsi kerja fotodioda yang dihasilkan pada orde 1 dan 2 berturut-turut sebesar 2,2 1020 V dan 4,6 1020 V . Nilai tersebut tidak dapat dibandingkan dengan nilai referensi karena tidak ada data referensi yang menyebutkan nilai fungsi kerja fotodioda tersebut. Berdasarkan grafik hubungan antara persentase filter transmisi dan potensial penghenti untuk masing-masing spektrum warna, diketahui bahwa seiring bertambahnya persentase filter transmisi, maka potensial penghenti yang terukur semakin besar, dimana persentase transmisi menyatakan besar kecilnya intensitas foton yang dikenakan pada fotodioda. Hasil tersebut
- 10. kurang sesuai dengan teori yang ada, dimana Krane menyebutkan dalam bukunya bahwa kenaikan intensitas sumber cahaya akan berakibat pada semakin banyaknya fotoelektron yang dipancarkan, namun demikian semua fotoelektron memiliki energi kinetik yang sama. Tidak sesuainya hasil ekperimen dengan referensi yang ada diindikasikan karena saat cahaya memasuki filter transmisi, terdapat perbedaan indeks bias antara bahan dan udara, sehingga mengakibatkan fase gelombang cahaya sedikit berubah, dengan komponen perubahannya adalah frekuensi. Dengan demikian, adanya filter transmisi mengakibatkan adanya perubahan frekuensi cahaya datang, sehingga potensial penghenti yang terukur sedikit menyimpang seiring kenaikan intensitas atau persentase filter transmisi. Tujuan ekperimen yang ingin dicapai selanjutnya adalah mengetahui pengaruh frekuensi sinar yang digunakan terhadap nilai potensial penghenti. Berdasarkan hasil eksperimen, diketahui bahwa semakin besar frekuensi yang digunakan, maka semakin besar pula potensial penghentinya. Hal tersebut bersesuaian dengan teori yang ada, dimana secara teori disebutkan bahwa energi cahaya yang menembak logam (dalam hal ini fotodioda) tergantung pada frekuensi. Sehingga, semakin besar frekuensi cahaya, semakin besar pula energinya dan semakin besar potensial penghenti yang diperlukan untuk menahan arus yang mengalir. 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan eksperimen efek fotolistrik yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Konstanta Planck untuk orde 1 dan 2 berturut-turut adalah 3,87 1015 eV.s dan 4,00 1015 eV.s . Sementara fungsi kerja yang diperoleh untuk orde 1 adalah 2,2 1020 Vdan 4,6 1020 V untuk orde 2. 2. Intensitas cahaya tidak berpengaruh pada potensial penghenti. 3. Frekuensi cahaya berbanding lurus dengan potensial penghenti 5.2 Saran Berdasarkan pengalaman praktikan dalam melaksanakan ekperimen efek fotolistrik, disarankan agar referensi dari fungsi kerja fotodioda dicantumkan, sehingga memudahkan praktikan dalam membandingkan antara hasil ekperimen dengan nilai yang seharusnya. Selain itu, ada baiknya fotodioda yang telah digunakan diganti terlebih dahulu terkait dengan
- 11. sensitivitas dan perolehan data yang lebih kredibel. DAFTAR PUSTAKA 1. Beiser, Arthur. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga. 2. Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia. 3. Muljono. 2003. Fisika Modern. Yogyakarta : Andi. 4. Purwanto, Agus. 1999. Fisika Kuantum. Yogyakarta : Penerbit Gaya Media. 5. Soedojo, Peter, B.Sc. 1998. Fisika Dasar. Yogyakarta : Andi. 6. Tim Penyusun Buku Panduan Praktikum Eksperimen Fisika 1. 2016. Buku Panduan Praktikum Eksperimen Fisika 1. Jember : FMIPA Universitas Jember.