TOPIK I PRAKTIKUM LABORATORIUM FISIKA I
HUBUNGAN ANTARA ENERGI, PANJANG GELOMBANG DAN FREKUENSI
DISUSUN OLEH: NAMA
:
FANDRIYANTO HUBU
NIM
:
421 414 012
KELOMPOK
:
XI (SEMBILAN)
KAWAN KERJA
:
NURSIDA LATEKA
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO 2O16
A. Topik: HUBUNGAN ANTARA ENERGI, PANJANG GELOMBANG DAN FREKUENSI
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah perbedaan besarnya potensial henti masing-masing orde? 2. Bagaimana menentukan besarnya frekuensi dan energi dari tiap spektrum? 3. Bagaimana menentukan tetapan Planck dari grafik hubungan antara frekuensi dan energi?
C. Tujuan
Mahasiswa dapat: 1. Menentukan besarnya potensial henti masing-masing orde. 2. Menentukan besarnya frekuensi dan energi dari tiap spektrum. 3. Menentukan tetapan Planck dari grafik hubungan antara frekuensi dan energi.
D. Dasar Teori
Pada efek fotoelektrik, permukaan sebuah logam disinari dengan seberkas cahaya, dan sejumlah elektron terpancar dari permukaannya. Percobaan ini harus dilakukan dalam ruang hampa cahaya, agar elektron tidak kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul-molekul udara. Percoban ini dilakukan untuk mengetahui potensial henti pada tiap – tiap tiap warna yang dipancarkan cahaya dari light aperture lalu diterima oleh h/e apparatus. Pada percobaan ini juga mengukur nilai resistansi dari rheostat yang divariasikan dengan menggeser kontak geser sejauh 5 cm dan 10 cm dari titik awalnya pada tiap – tiap tiap spektrum warna. Panjang gelombang adalah jarak diantara unit berulang dari gelombang, yang diukur dari satu titik pada gelombang ketitik yang sesuai di unit berikutnya. Sebagaicontoh, jarak dari atas disebut puncak satu unit gelombang ke puncak berikutnya adalah satu panjang gelombang. Dalamnotasi fisika, panjang
2
gelombang sering ditunjuk oleh huruf Yunani lambda (λ). Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang. Dengan kata gelombang cahaya, setidaknya dalam dua cara: bagaimana kita memandang mereka tergantung pada panjang gelombang mereka, dan ada banyak panjang gelombang yang terlalu pendek atau terlalu panjang bagi kita untuk melihat. Perbedaannya adalah bahwa kita biasanya mendefinisikan suara dalam hal frekuensi gelombang, dari pada panjang gelombang, tapi dua ini umumnya berhubungan erat, seperti yang sudah dibahas. Sebuah gelombang suara dengangelombang panjang akan memiliki frekuensi rendah, dan kita mendengar gelombang ini sebagai suara bernada rendah. Suara bernada tinggi berasal dari gelombang panjang pendek, dank arena itu frekuensi tinggi (S ucipto, 2010). Panjang gelombang ( ) merupakan jarak antara dua gunung/ lembah yang berdampingan dari gelombang itu. it u. Banyaknya gelombang lengkap len gkap yang melewati suatu fisik yang diam persatuan waktu diberi istilah frekuensi (v). Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi adalah
= c/v
(1)
dengan adalah panjang gelombang (cm), v adalah frekuensi (dt -1 atau hertz, Hz), Energi cahaya adalah energi yang dimiliki oleh gerakan foton dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Energi maksimum yang dimiliki elektron sangat bergantung pada panjang gelombang cahaya yang kita gunakan. Semakin kecil panjang gelombang berarti semakin besar energi foton, maka energi kinetik elektronpun semakin besar. Tetapi hal ini sama sekali tidak mempengaruhi pada berapa banyak jumlah elektron yang teremisikan. Yang cukup menarik juga adalah jika panjang gelombang ini tidak cukup pendek untuk nilai tertentu, maka tidak akan ada satu elektronpun yang dapat lepas dari permukaan logam. Hubungan antara energi maksimum dengan panjang gelombang dan frekuensi cahaya dapat dijabarakan dalam persamaan berikut : E = hv =
ℎ
(2)
Dengan E adalah energi maksimum dari fotoelektron, h adalah te tapan planck (h = 6,626.10 -34 Js), v adalah frekuensi cahaya atau foton, c adalah kecepatan cahaya
3
(3x108 m/s), dan λ adalah panjang gelombang dari spektrum warna. (Resnick dan Halliday, 1997)
METODE
Lokasi
Praktikum ini dilakukan di Laboratorium Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA), Universitas Negeri Gorontalo. Lokasi tersebut dipilih karena terdapat alat-alat yang dapat menunjang pelaksanaan praktikum
E. Variabel-Variabel 1. Variabel Bebas
Variabel bebas yaitu, sesuatu yang nilainya sudah ditentukan atau ditetapkan, dimana nilai ini dapat mempengaruhi nilai lainnya. Adapun variabel bebas pada percobaan ini adalah: a. Spektrum warna, yaitu merupakan warna-warna yang muncul pada garis spektrum setelah lampu mercurI dinyalakan dan menembus foto diode yang terdiri atas warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. 2. Variabel Terikat
Variabel terikat yaitu, sesuatu yang nilainya dipengaruhi oleh nilai dari varibel bebas. Adapun variabel bebas pada percobaan ini yaitu: a. Potensial henti dari masing-masing spektum warna, yang diukur dengan menggunakan alat ukur berupa multimeter digital yang dihubungkan dengan h/e aparatus. Potensial henti ini disimbolkan dengan V dan memiliki satuan volt. b. Frekuensi gelombang, yang nilainya diperoleh dengan menggunakan persamaan matematis v = cahaya = 3.108 m/s dan
c/λ
dimana c merupakan cepat rambat
merupakan panjang gelombang dari masing-
masing warna.
4
c. Energi cahaya, yang nilainya diperoleh dengan menggunakan persamaan
E = h.v
dimana nilai v sudah didapat sebelumnya.
Sedangkan nilai h adalah tetapan Planck yang besarnya 6.626 x 10 -34Js. 3. Variabel Kontrol
Panjang gelombang dari masing-masing warna, yang disimbolkan dengan λ, dimana masing-masing masing -masing warna telah memiliki nilai dan mempunyai satuan meter. Yaitu jarak yang ditempuh rambatan gelombang selama satu periode (T). F. Alat dan Bahan
1. H/e Apparatus 2. Hg Light Sources 3. Coupart Base 4. Filter Cahaya 5. Light Block 6. Coupling Bar 7. Light Aperature 8. Focal Length Lensa 9. Voltmeter/Multimeter Digital
G. Prosedur Kerja 1. Penyusunan Alat
Mengarahkan pusat cahaya dari mercury vapor light source ke celah yang memantulkan cahaya putih pada penutup alat.
Memiringkan light source ke luar dan arah focus jalur kemiringan foto diode putih di sebelah alat.
Melihat gambar pusat lubang/celah diatas lubang dalam kemiringan dengan bantuan mikroskop foto dioda lensa yang dipasang pada sekrup.
Sistem perputaran alat h/e apparatus menghasilkan cahaya sama bila cahaya lampu mercury jatuh diatas celah dalam kemiringan foto diode dengan saling melengkapi warna dari pita spektral yang lain. Hasil cahaya perisai pada posisi tertutup.
5
Memeriksa muatan kutub pada petunjuk-petunjuk dari voltmeter digital
dan menghubungkan ke output pada muatan yang sama diatas pada h/e . 2. Cara Kerja
Melihat 5 (lima) warna dalam dua orde pada spektrum cahaya mercury.
Mengatur h/e dengan hati-hati, hingga hanya 1 warna dan petunjuk pertama (petunjuk paling terang) jatuh diatas jendela pada kemiringan foto dioda.
Mengukur potensial henti untuk setiap warna dalam orde dengan multimeter digital dan mencatat pengukurannya pada tabel data.
Menggunakan filter kuning dan hijau pada saat mengukur garis spectral yang kuning dan hijau.
Memindahkan orde kedua dengan mengulang proses diatas mencatat hasil yang didapat pada tabel data.
NO.
WARNA ORDE
1.
Orange
PANJANG GELOMBANG (NM) 6470
2.
Kuning
5790
3.
Hijau
5461
4.
Ungu
4047
FREKUENSI (X1013 HZ)
POTENSIAL HENTI (VOLT) ORDE I ORDE II
H. Tabel Hasil Pengamatan Pengamatan
1.
Orange
PANJANG GELOMBANG (NM) 6470
2.
Kuning
5790
0.41
0.19
3.
Hijau
5461
0.30
0.23
4.
Ungu
4047
0.92
0.25
NO.
WARNA ORDE
I. Pengolahan Data o
Menghitung Potensial Potensial Henti (V) 1. Orde I a. Warna Orange
6
POTENSIAL HENTI (VOLT) ORDE I 0.17
ORDE II 0.20
V V
= 0.17 Volt = Akurasi Voltmeter = 0.005
V
0.17 Volt
= 0.00085 Volt KR
= =
V V
100%
0.00085
100%
0,17
= 0.5% (4AP) (V±∆V) = (1,70 ± 0.0085) × 10-1 V b. Warna Kuning
V V
= 0.41 Volt = Akurasi Voltmeter = 0.005
V
0.41 Volt
= 0.00205 Volt KR
= =
V V
100%
0.00205
100%
0.41
= 0.5% (4AP) (V±∆V) = (4,10 ± 0.0205) × 10-1 V c. Warna Hijau
V V
= 0.30 Volt = Akurasi Voltmeter = 0.005
0.30 Volt
= 0.0015 Volt KR
= =
V V
0.0015 0.30
100% 100%
= 0.5% (4AP)
7
V
(V±∆V) = (3.0 ± 0.015) × 10-1 V d. Warna Ungu
V V
= 0.92 Volt = Akurasi Voltmeter = 0.005
V
0.92 Volt
= 0.0046 Volt KR
= =
V V
100%
0.0046
100%
0.92
= 0.5% (4AP) (V±∆V) = (9.20 ± 0.046) × 10-1 V 2. Orde II a. Warna Orange
V V
= 0.20 Volt = Akurasi Voltmeter = 0,005
V
0.20 Volt
= 0,001 Volt KR
= =
V V
100%
0,001
100%
0.20
= 0,5% (4AP) (V±∆V) = (2,0 ± 0.01) × 10-1 V b. Warna Kuning
V V
= 0.19 Volt = Akurasi Voltmeter = 0,005
0.19 Volt
= 0,00095 Volt KR
=
V V
100%
8
V
=
0,00095 0.19
100%
= 0,5% (4AP) (V±∆V) = (1,9 ± 0.0095) × 10-1 V c. Warna Hijau
V V
= 0.23 Volt = Akurasi Voltmeter = 0,005
V
0.23 Volt
= 0,00115 Volt KR
= =
V V
100%
0,00115 0.23
100%
= 0,5% (4AP) (V±∆V) = (2,3 ± 0.0115) × 10-1 V d. Warna Ungu
V V
= 0.25 Volt = Akurasi Voltmeter = 0,005
V
0.25 Volt
= 0,00125 Volt KR
= =
V V
100%
0,00125 0.25
100%
= 0,5% (4AP) (V±∆V) = (2,5 ± 0.0125) × 10-1 V o
Menghitung Frekuensi (Hz) a.
Warna Orange
= 6470 × 10-9 m
c
= 3 × 10-8 m/s
f
=
c
9
=
3 10
8
6470 10
9
= 4.63679 1013 Hz b.
Warna Kuning
= 5790 × 10-9 m
c
= 3 × 10-8 m/s
f
=
=
c
3 10
8
5790 10
9
= 5.1813 1013 Hz c.
Warna Hijau
= 5461 × 10-9 m
c
= 3 × 10-8 m/s
f
=
=
c
3 10
8
5461 10
9
13
= 5.4935 10 Hz d.
Warna Ungu
= 4047 × 10-9 m
c
= 3 × 10-8 m/s
f
=
=
c
3 10
8
4047 10
9
13
= 7.4129 10 Hz o
Menghitung Energi (J) a.
Warna Orange
E
= h × f orange orange 13
= 6.626 × 10-34 Js × 4.63679 10 Hz
10
= 3.07233 10 -20 Joule b.
Warna Kuning
E
= h × f kuning kuning = 6.626 × 10-34 Js × 5.1813 10 13 Hz = 3.4332 10 -20 Joule
c.
Warna Hijau
E
= h × f hijau hijau 13
= 6.626 × 10-34 Js × 5.4935 10 Hz = 3.63999 10 -20 Joule d.
Warna Ungu
E
= h × f ungu ungu 13
= 6.626 × 10-34 Js × 7.4129 10 Hz = 4.91179 10 -20 Joule
Tabel Hasil Analisis Data
NO.
WARNA ORDE
-1
POTENSIAL HENTI (10 V) ORDE I
ORDE II
FREKUENSI (1013 HZ)
ENERGI (10-21) JOULE
1.
Orange
(1,70 ± 0.0085)
(2,00 ± 0.01)
4.6368
30.723
2.
Kuning
(4,10 ± 0.0205)
(1,9 ± 0.0095)
5.1813
34.332
3.
Hijau
(3.0 ± 0.015)
(2,3 ± 0.0115)
5.4935
36.399
4.
Ungu
(9.20 ± 0.046)
(2,5 ± 0.0125)
7.4129
49.118
11
Berdasarkan data tersebut maka dapat dibuat grafik hubungan antara frekuensi dengan potensial henti pada orde pertama dan orde kedua. Orde I
o
Perbandingan frekuensi dan potensial henti
80,000
i s n e u k e r f
0.92, 74,129
60,000
0.3, 54,935 0.41, 51,813
40,000 20,000 0.17, 4,636
0 0
0.2
0.4
0 .6
0.8
1
potensial henti
Gambar. Gambar. 1 Hubungan antara frekuensi dan potensil henti untuk orde 1
o
Orde II
80,000 70,000 60,000 i s n e u k e r f
50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
potensial henti
Gambar. Gambar. 2 Hubungan antara frekuensi dan potensil henti untuk orde 2
J. Interpretasi Interpretasi Grafik
12
0 .2 5
0.3
Berdasarkan grafik diatas dapat kita simpulkan bahwa, frekuensi berbanding lurus dengan potensial henti artinya semakin besar frekuensinya maka semakin besar pula nilai potensial hentinya.
K. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Frekuensi dan energi berbanding lurus dengan energi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang semakin besar nilai frekuensinya maka semakin besar pula nilai energinya. 2. Semakin besar nilai potensial hentinya menandakan bahwa energi maksimumnya semakin besar. 3. Urutan warna yang memiliki nilai potensial, frekuensi dan energi paling besar adalah warna ungu, hijau, kuning dan terakhir orange. Hal ini karena ungu memiliki panjang gelombang paling kecil. 4. Tetapan Planck dapat diperoleh dengan menggunakan rumus h = E/f. dengan mengetahui nilai dari frekuensi dan energi.
L. Kemungkinan Kesalahan
1. Tidak fokusnya secara sempurna sinar spektrum yang diterima oleh diode. 2. Kurang stabilnya tegangan listrik (voltage) ketika proses pengambilan data dilakukan.
13
