PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK (Fisika Kuatum)
Oleh :
Kelompok 1
Desti Anggistia (1413022015) Ni Wayan Santi (1413022051) Pipit Apriyanah (1413022057)
PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017
I.
TUJUAN
Adapun tujuan dari percobaan efek fotolistrik ini yaitu: 1. Mengetahui fenomena efek fotolistrik melalui aplikasi Phet-Simulation. 2. Mencari konstanta Planck melalui percobaan efek fotolistrik pada logam Sodium dan membandingkannya dengan referensi. 3. Mencari fungsi kerja logam Sodium melalui percobaan efek fotolistrik dan membandingkannya dengan referensi.
II. DASAR TEORI
Dalam postulatnya Planck mengkuantisasikan energi yang dapat dimiliki osilator, tetapi tetap memandang radiasi thermal dalam rongga sebagai gejala gelombang. Einstein dapat menerangkan efek fotolistrik dengan meluaskan konsep kuantisasi Planck. Einstein menggambarkan bahwa apabila suatu osilator dengan energi pindah ke suatu keadaan, maka osilator tersebut memancarkan suatu gumpalan energi elektromagnetik, Einstein menganggap bahwa gumpalan energi yang semacam itu yang kemudian dikenal sebagai foton, yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut : 1. Pada saat foton meninggalkan permukaan dinding rongga tidak menyebar dalam ruang seperti gelombang tetapi tetap terkonsentrasi dalam ruang yang terbatas yang sangat kecil 2. Dalam perambatannya, foton bergerak dengan kecepatan cahaya c. 3. Energi foton terkait dengan frekuensinya yang memenuhi E = h . 4. Dalam proses efek fotolistrik energi foton diserap seluruhnya oleh elektron yang berada di permukaan logam.
Lima tahun sesudah Planck mengajukan makalah ilmiahnya tentang teori radiasi thermal oleh benda hitam sempurna, yaitu pada tahun 1905, Albert Einstein mengemukakan teori kuantum untuk menerangkan gejala fotolistrik. Secara eksperimental sebenarnya teori kuantum itu dibuktikan oleh Millikan pada tahun 1914. Millikan secara eksperimental membuktikan hubungan linear antara
tegangan pemberhentian elektron dan frekuensi cahaya yang mendesak elektron pada bahan katoda tertentu.
Pada tahun 1921 Albert Einstein memperoleh hadian Nobel untuk Fisika, karena secara teoritis berhasil menerangkan gejala efek fotolistrik. Kesahihan penafsiran Einstein mengenal fotolistrik diperkuat dengan telaah tentang emisi termionik. Telah diketahui bahwa dengan adanya panas akan dapat meningkatkan konduktivitas udara yang ada di sekelilingnya. Menjelang abad ke-19 ditemukan emisi elektron dari benda panas. Emisi termionik memungkinkan bekerjanya piranti seperti tabung televisi yang di dalamnya terdapat filamen logam atau katoda berlapisan khusus yang pada temperatur tinggi mampu menyajikan arus elektron yang rapat.
Jelaslah bahwa elektron yang terpancar memperoleh energi dari agitasi thermal partikel pada logam, dan dapat diharapkan bahwa elektron harus mendapat energi minimum tertentu supaya dapat lepas. Energi minimum ini dapat ditentukan untuk berbagai permukaan dan selalu berdekatan dengan fungsi kerja fotolistrik untuk permukaan yang sama. Dalam emisi fotolistrik, foton cahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedang d alam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya.
Pada tahun 1888 Hallwachs mengamati bahwa suatu kep ing itu mula-mula positif, maka tidak terjadi kehilangan muatan. Diamatinya pula bahwa suatu keping yang netral akan memperoleh muatan positif apabila disinari. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengamatan-pengamatan di atas adalah bahwa cahaya ultraviolet mendesak keluar muatan listrik negatif dari permukaan keping logam yang net ral. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.
Perumusan Matematis Efek Fotolistrik
Plank mengemukakan bahwa osilator hanya dapat menyerap dan memancarkan energi gelombang dengan nilai yang terkuantisasi. Namun, Planck masih tetap menganggap bahwa gelombang tetaplah suatu wujud yang kontinu. Ia belum sampai pada pemikiran bahwa energi gelombang itu sendirilah yang terkuantisasi. Konsep tersebut dikemukakan oleh Albert Einstein ketika menjelaskan efek fotolistrik.
Gambar Simulasi Lab Virtual Percobaan 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).
Prinsip pengukuran efekfotolistrik.
Keunikan efek fotolistrik adalah ia hanya muncul ketika cahaya yang menerpa memiliki frekuensi di atas nilai ambang tertentu. Di bawah nilai ambang tersebut, tidak ada elektron yang terpancar keluar, tidak peduli seberapa banyak cahaya yang menerpa benda. Frekuensi minimum yang kemunculan efek fotolistrik tergantung pada jenis bahan yang disinari. 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 Φ. Keperluan tenaga tersebut disebabkan elektron terikat oleh logamnya. Tenaga gelombang elektromagnetik/ foton yang terkuantisasi, besarnya adalah Ef = h υ dimana
. . . . . . . . . . . . . . . (1)
adalah frekuensi gelombang elektromagnetik dan h adalah tetapan
υ
Planck, bila dikenakan pada suatu logam dengan fungsi kerja Φ, dimana h υ> Φ, 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 . . . . . . . . . . . . . . . (2) 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
. . . . . . . . . . . . . . . (3)
Sistem peralatan untuk mempelajari efek foto listrik ditujukan pada gambar simulai phet.
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
Dari persamaan menunjukkan bahwa Vg merupakan fungsi pengukuran Vg untuk berbagai nilai
, sehingga
memungkinkan untuk menentukan nilai
dan ɸ/e.
Tetapan Planck apabila sudah di ketahui potensial penghentinya maka dapat di uji dengan persamaan :
Dengan
Susunan alat percobaan Efek Fotolistrik https://www.slideshare.net/prisiliamondigir1/laporan-praktikum-repaired
Principle of Physics. 1995
Misalnya, fungsi kerja logam sodium adalah 2,5 eV. Elektron-elektron tidak dapat dikeluarkan dari logam ini oleh cahaya merah. tetapi cahaya biru dapat
menyebabkan elektron-elektron untuk dikeluarkan dari sodium. Oleh karena foton-foton cahaya merah mempunyai 2 eV. tetapi foton- foton cahaya biru mempunyai energi 3 eV. Gambaran energi cahaya ini sebagai sesuatu yang dibawa oleh foton foton menjawab empat pertanyaan yang dituliskan pada halaman sebelumnya yang menyulitkan para ilmuwan sepanjang waktu. Ketika cahaya biru dengan 3 eV datang ke logam sodium, energi elektronelektron yang terpancarkan menjadi 3 -2.5= 0.5 eV. Energi ini adalah energi kineuk elektron. Oleh karena itu. energi cahaya 2.5 eV digunakan untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam dan sisanya 0,5 eV ditransfer ke berbagai fotoelektron sebagai energi kinetik Fenomena ini dinyatakan sebagai berikut.
M. Ali Yaz. 2006
III. LANGKAH KERJA
Adapun langkah dari percobaan ini yaitu: 1. Membuka aplikasi “Phet-Simulation”. 2. Memilih kategori “Phisics”. Lalu memilih percobaan Photoelectric Effect. 3. Memilih logam yang akan digunakan pada percobaan yaitu Sodium. 4. Memilih intensitas cahaya yang akan digunakan yaitu 30%. 5. Mencari nilai panjang gelombang dimana elektron pertama keluar dengan cara menggeser nilai skala panjang gelombang. 6. Mengganti nilai panjang gelombang sebanyak 12 kali dan mencatat arus pada setiap panjang gelombang.ss 7. Mencari nilai tegangan sumber sehingga didapat nilai arus adalah nol pada setiap panjang gelombang. 8. Mencatat hasil percobaan ke dalam tabel di bawah ini.
IV. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Percobaan
Adapun hasil dari percobaan Phet Simulasion ini yaitu: No.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Panjang Gelombang (nm) 539 521 509 501 494 488 483 479 475 471 467 464
Frekuensi (Hz)
Potensial Henti (Volt)
Energi Kinetik (J)
Kuat Arus (A)
5.69 x 1014 5.76 x 1014 5.89 x 1014 5.99 x 1014 6.07 x 1014 6.15 x 1014 6.21 x 1014 6.26 x 1014 6.32 x 1014 6.37 x 1014 6.42 x 1014 6.47 x 1014
0 -0.01 -0.1 -0.15 -0.19 -0.22 -0.25 -0.27 -0.29 -0.32 -0.34 -0.36
0 0.16 x 10-20 1.60 x 10-20 2.40 x 10-20 3.04 x 10-20 3.52 x 10-20 4.00 x 10-20 4.32 x 10-20 4.64 x 10-20 5.12 x 10-20 5.44 x 10-20 5.76 x 10-20
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011
4.2 Pembahasan
Berdasarkan percobaan Phet Simulation dapat diamati bahwa efek fotolistrik adalah 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. Keunikan efek fotolistrik adalah hanya muncul ketika cahaya yang menerpa memiliki frekuensi di atas nilai ambang tertentu. Di bawah nilai ambang tersebut, tidak ada elektron yang terpancar keluar, tidak peduli seberapa banyak cahaya yang menerpa benda.
Pada percobaan ini praktikan melakukan 12 kali percobaan dengan logam Sodim yang intensitas cahayanya 30 %. Percobaan ini dilakukan mengganti nilai panjang gelombang (λ), lalu mengambil data kuat arus (I) dan potensial henti (Vo).
Setelah memperoleh data praktikan melakukan perhitungan frekuensi dan energy kinetik dengan menggunakan persamaan di bawah ini:
F rekuensi =
, Dengan c = 3 x 108 m
E nergi K inetik Ek = eV, Dengan e = 1.602 x 10− C Setelah dilakukan perhitungan yang ada di lampiran dan hasilnya yang tertera pada tabel hasil pengamatan. Dari hasil frekuensi dan energy kinetik dibuat grafik lalu di cari gradienya. Grafiknya seperti gambar di bawah ini:
Grafik Hubungan Antara Energi Kinetik Terhadap Frekuensi 7E-20 6E-20 ) k E ( 5E-20 k i t 4E-20 e n 3E-20 i K i 2E-20 g r e 1E-20 n E
0 5.5E+14 -1E-20
y = 7E-34x - 4E-19
ek Linear (ek)
6E+14
6.5E+14
7E+14
Frekuensi (f)
Dari grafik di atas didapatkan y= 7.10-34x- 4-19. Maka konstanta plancknya adalah h=7.10-34 Js.
Jika dilakukan pembulatan pada data frekuensi dan energy kinetik maka diperoleh nilai konstanta placnk yaitu h=6.78.10-34 Js. Hampir mendekati nilai konstanta planck pada referensi yaitu h=6.626.10-34 Js. Grafiknya seperti gambar di bawah ini:
Grafik Hubungan Antara Energi Kinetik Terhadap Frekuensi 7 6
y = 6.7819x - 38.155
4 1
0 5 1 x ) k 4 E ( k i t 3 e n i K 2 i g r e 1 n E
ek Linear (ek)
0 -1
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
6.6
Frekuensi (f) x10 -20
Setelah memperoleh nilai konstanta planck maka cari nilai fungsi kerja dari logam Sodium dengan menggunakan persamaan ini:
= h Dimana konstanta plancknya h=6.78.10-34 Js dan nilai f o = 5.69 x 1014 Hz. Maka
= (7 x 10− ). ( 5.69 x 1014) = 39.83 10− = 2.48 Jadi
nilai
fungsi
kerja
yang
diperoleh
melalui
percobaan
= 2.48 hampir mendekati nilai referensi yaitu = 2.5 .
yaitu
V. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Fenomena Efek Fotolistrik melalui Phet-Simulation yaitu 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. 2. Berdasarkan percobaan efek fotolistrik Konstanta Planck pada logam Sodium yaitu 7 x 1034 Js. Jika dilakukan pembulatan nilai Konstanta Planck nya yaitu 6.78 x 1034 Js Hal ini hampir mendekati referensi yaitu 6.626 x 1034
Js. 2.5 Ev.
3. Berdasarkan percobaan efek fotolistrik, fungsi kerja logam Sodium yaitu 2.48 Ev. Hal ini sesuai dengan referensi yaitu 2.5 Ev.
