LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM FISIKA MODERN DIFRAKSI ELEKTRON DALAM KISI POLIKRISTAL Program Studi Fisika, Fakultas Teknologi Informasi dan Sains Universitas Katolik Parahyangan Andreas Budi Cahyanto / (2016720002) (2016720002)
Dualisme gelombang partikel merupakan fenomena bahwa partikel elementer dapat menunjukkan sifat tidak hanya partikel melainkan dapat juga menunjukkan sifat gelombang. Louis De Broglie mengemukakan bahwa partikel dapat bersifat seperti gelombang dengan panjang gelombang yang sebanding dengan konstanta plank dibagi dengan momentum partikel tersebut.Dalam praktikum kali ini, fenomena dualisme gelombang partikel dapat dilihat dengan melakukan percobaan difraksi elektron oleh kisi polycrystalline grafit. Praktikan akan mengamati mengamati pola difraksi elektron menggunakan alat tabung difraksi elektron yang diberi tegangan tegangan kurang lebih 3 sampai 5 kV. Ketika pola pola difraksi muncul dilayar dilayar , praktikan akan mengukur diameter dari pola lingkaran kecil dan lingkaran besar yang muncul dari setiap tegangan yang diberikan dengan rentang 0,1 kV. Data-data ini yang akan digunakan untuk menentukan panjang gelombang elektron dengan menerapkan postulat De Broglie. 1. Pendahuluan Tujuan praktikum kali ini adalah menentukan hubungan tegangan dengan diameter pola lingkaran yang muncul pada layar dan menentukan panjang gelombang elektron dengan menerapkan postulat de Broglie. Dualisme gelombang partikel adalah suatu fenomena bahwa setiap partikel elementer tidak hanya memiliki sifat partikel melainkan dapat juga memiliki sifat gelombang. Louis De Broglie mengemukakan bahwa partikel dapat memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang memenuhi persamaan berikut :
=
1
(1)
Dengan
: Panjang Gelombang h : Konstanta Planck : 6,626 ×
10−34 J.s
: 4,136 ×
10−5 eV
p : Momentum Partikel Untuk mengetahui fenomena dualisme gelombang-partikel pada elektron, dapat melalui fenomena difraksi elektron dalam kisi polikristal grafit. Untuk mengamati pola difraksi tersebut, digunakan tabung difraksi elektron yang diberi sumber sekitar 2 sampai 5 kV. Pada tabung difraksi elektron, terdapat komponen-komponen antara lain katoda, control grid (tabung Wehnelt), anoda, grafit foil dan layar flourescent. Prinsip kerja dari tabung difraksi difraksi elektron yaitu elektron berasal dari elektron gun atau pistol elektron yang akan menghasilkan elektron melalui thermionic pada katoda yang dipanaskan. Elektron-elektron ini difokukskan menjadi sinar yang tipis dengan menggunakan control grid (silinder Wehnelt). Kemudian elektron ini akan mengalami percepatan karena adanya medan listrik yang kuat antara katoda dan anoda. Elektron yang dipercepat ini akan melewati anoda dan akan menabrak grafit foil dengan kecepatan yang tinggi. Setelah menabrak grafit foil, elektron akan mengalami difraksi sehingga elektron akan bergerak menuju layar dengan arah yang berbeda-beda. Ketika elektron telah sampai pada layar flourescent, akan terjadi emisi cahaya sehingga pola difraksi dapat diamati. Semua konfigurasi alat ini diletakkan pada tabung vakum untuk mengurangi tumbukan antara elektron dengan molekul-molekul gas di udara yang akan menyebabkan atenuasi sinar. Tahun 1931 W.L Bragg mengemukakan bahwa sinar x-ray atau makromatik elektron mengenai kisi Kristal, maka gelombang akan terhamburkan dengan intensitas hamburan dapat diamati dengan kondisi sudut datang sama dengan sudut hambur dan perbedaan panjang lintasan sebanding dengan bilangan interger dari panjang gelombang. Sehingga untuk keadaan maksimum, dalam hukum Bragg panjang gelombang elektron yang mengenai kristal adalah sebagai berikut
2
n = 2d sin
(2)
dengan n : 1, 2, 3, ..... d : Jarak antar Bidang Lattice
: Sudut Difraksi Apabila terdapat banyak kristal-kristal kecil yang tersusun secara acak misalnya seperti pada polakristal grafit, akan diperoleh berkas-berkas terdifraksi maksimum yang membentuk kerucut dan akan terbentuk pola lingkaran/cincin dengan diameter tertentu pada layar. Akan terbentuk pola difraksi Hull-Debye Scherrer untuk kristal berwujud tepung (kumpulan kristal kecil) yaitu untuk tiap jarak kisi kristal d dan orde n akan diperoleh satu cincin.
Diameter pada difraksi Hull-Dybe Schrrer pada layar akan memenuhi persamaan
D=2n
(3)
Dengan D : Diameter cincin L : Jarak antara grafit dan layar. Pola cincin itu dipengaruhi oleh besarnya panjang gelombang dan percepatan tegangan U. Berdasarkan persamaan energi elektron, didapat persamaan sebagai berikut
e U = m =
(4)
dengan U : Tegangan percepatan e : Muatan elektron 3
m : Masa Partikel v : Kecepatan Partikel Persamaan (4) juga dapat ditulis
= = √
(5)
Kemudian dengan subtitusi persamaan (5) ke dalam persamaan de Broglie, akan didapat persamaan
=
√
(6)
2. Metode Percobaan
Pada percobaan kali ini terdapat beberapa prosedur keselamatan yang harus diperhatikan antara lain tidak memberikan tegangan lebih dari 5 kV, tidak menyentuh kaca pada tabung dam tidak memberikan tekanan yang berlebih pada tabung, serta hati-hati dal am memasukkan kontak pin pada dudukan tabung. Langkah pertama pada praktikum ini adalah meng-setup alat. Praktikan menghubungkan soket pemanas katoda F1dan F2 pada dudukan tabung dengan power supply.Kemudian praktikan menhubungkan soket C (catodhe cap) dan X (focusing electrode) pada dudukan tabung dengan kutub negatif. Setelah itu hubungkan soket A (Anoda) dengan kutub positif dengan output 5kV/2mA pada power supply dan hubungkan kutub positif power supply 10 kV dengan ground. Pastikan kabel penghubung terpasang dengan benar dan kencang. Setelah setup alat, hidupkan power supply dan beri tegangan sesuai dengan kemauan praktikan hingga muncul pola difraksi. Awalnya praktikan memberikan tegangan maksimum yaitu 5 kV. Kemudian praktikan mengamati pola difraksi yang muncul pada layar serta lingkaran besar. Kemudian lakukanlah langkah ini diulangi dari tegangan 5 kV turun ke tegangan 2 kV dengan rentang 0,1 kV.
4
3. Pengolahan Data
Gambar 1. Hasil grafik percobaan d2
Gambar 2. Data hasil percobaan d2
5
Gambar 3. Grafik data percobaan d1
6
Gambar 4. Tabel penghitungan rata-rata data dari d1 dan d2
4. Pembahasan
Pada saat percobaan digunakan tegangan sebesar 3 -5 kV. Praktikan tidak boleh menggunakan tegangan lebih dari 5 kV karena ketika tabung difraksi electron diberikan tegangan lebih dari 5kV, akan dihasilkan sinar X. Selain itu alasan praktikan tidak boleh menggunakan tegangan yang terlalu tinggi adalah karena tegangan yang terlalu tinggi dapat merusak tabung difraksi
7
elektron. Pada gambar 1, hasil dari grafik menggambarkan d2 dengan rata-rata 2,054, dimana grafik d2 membentuk agak condong kearah kanan. Sedangkan pada gambar 3, hasil dari grafik menggambarkan d1 dengan rata-rata 1,134, dimana grafik d1 membentuk agak tegak lurus. 5. Kesimpulan
Dari paktikum ini, dapat disimpulkan bahwa 1. Tegangan berbanding terbalik dengan panjang gelombang. 2. Panjang gelombang berbanding lurus dengan diameter pola lingkaran yang muncul pada layar. 3. Semakin besar tegangan yang diberikan pada tabung difraksi elektron, akan semakin besar momentum elektron dan mengakibatkan panjang gelombang akan kecil dan diameter pola lingkaran yang muncul juga akan kecil. 4. Panjang gelombang hasil eksperimen tidak sesuai dengan teori disebabkan karena adanya kesalahan dalam mengukur diameter pola lingkaran yang muncul. 6. Daftar Pustaka
[1] Electron Diffraction Tube [2] Diffraction of electrons in polycrystalline latice ( Debye-Scherrer difraction ) [3] https://www.scribd.com/doc/.../Struktur-polikristal-grafit
8
