EFFEK FOTOLISTRIK 2

Makalah

Oleh

Tia Miftahul Khoiriyah (1201912)

Syifa Nuripah (1200076)

                                                                                                                      

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Peristiwa yang terjadi di kehidupan yang kompleks, menuntut perkembangan pada ilmu fisika. Fisika pun berkembang dari fisika klasik hingga sekarang fisika modern (kuantum) seiring dengan peristiwa yang ditemukan dan diteliti. Efek fotolistrik merupakan salah satu pemicu kelahiran fisika modern yang menarik perhatian para peneliti.

Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gejala efek fotolistrik ini dapat dijelaskan dengan baik oleh Einstein pada tahun 1905 dengan mengembangkan hipotesis Max Planck mengenai kuantisasi energi bahwa kuantisasi energi merupakan sifat dasar energi gelombang elektromagnetik atau dengan kata lain cahaya dipancarkan oleh materi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuanta dengan perumusan sebagai berikut E=hv. Albert Einstein mengembangkannya sehingga menemukan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel yang kemudian disebut sebagai foton. Ketika cahaya ditembakkan ke suatu permukaan logam, foton-fotonnya akan menumbuk elektron-elektron pada permukaan logam tersebut sehingga elektron itu dapat lepas. Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik. Hal ini lah yang membuat penulis tertarik untuk memahami bagaimana terjadinya peristiwa efek fotolistrik ini dengan menuangkannya dalam sebuah makalah yang berjudul “Efek Fotolistrik II”.

1.2         Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, rumusan masalah yang dirumuskan penulis adalah sebagai berikut:

1.      Bagaimana fenomena terjadinya efek fotolistrik?

2.      Bagaimana cara menentukan konstanta Planck?

1.3         Tujuan

Adapun tujuan dari eksperimen ini yaitu :

1.        Memahami fenomena efek fotolistrik

2.        Menentukan konstanta Planck

1.4         Manfaat

Adapaun manfaat dari eksperimen ini yaitu :

1.        Dengan memahami fenomena efek fotolistrik, kita dapat mengetahui perbedaan pandangan antara fisika klasik dan fisika modern mengenai cahaya

2.        Dengan konstanta Planck, kita dapat menghitung besarnya fungsi kerja suatu bahan yang berguna untuk mengetahui jenis bahan logam apa yang digunakan
BAB II

DASAR TEORI

Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam pada saat permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam. Elektron yang terlepas pada peristiwa efek fotolistrik tersebut dinamakan elektron foto (photo electron).   

Pada tahun1905, Einstein merumuskan teori kuantum cahaya tentang effek fotolistrik. Teori itu dirumuskannya karena terdorong untuk menerangkan efek fotolistrik yang telah diamati orang pada waktu itu. Teori kuantum cahayanya yaitu sangat erat kaitannya dengan hipotesa Planck tentang terkuantisasinya energi osilator pada permukaan benda hitam sempurna. Hal ini merupakan penyempurnaan konsep yang dikemukakan oleh Max Planck. Pendapat yang dikemukakan Einstein adalah

Suatu berkas cahaya terdiri dari paket-paket energi berharga diskrit dengan sifta-sifat sebagai berikut:

1.         Paket energi merambat dengan kecepatan cahaya c, tetapi berbeda dengan gelombang, energi ini tidak menyebar dalam ruang dan tetap menempati volume yang sangat terbatas dalam ruang.

2.         Energi paket terkait dengan frekuensi secara linier: E = hn

3.         Dalam proses fotolistrik sebuah paket menyerahkan energi seluruhnya pada elektron, dan elektron itu kemudian meninggalkan logam.

Hipotesa kuantum cahaya sesungguhnya hanya meliputi point 1 dan 2, sedangkan point 3 lebih khusus terkait dengan efek fotolistrik. Jadi point-point di atas merupakan hipotesa tentang kuantum cahaya dan sekaligus hipotesa tentang efek foto listrik yang baru dibuktikan tahun 1909 oleh Millikan melalui eksperimen efek foto listrik.

Laju pancaran elektron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan menggunakan sebuah ampheremeter, sedangkan energi kinetiknya ditentukan dengan mengenakan suatu potensial perlambat (retarding potential) pada anoda sehingga elektron tidak mempunyai energi yang cukup untuk melewati potensial penghalang yang terpasang. Secara eksperimen, tegangan perlambatan terus diperbesar sehingga pembacaan arus pada amperemeter menuju ke nol. Tegangan ini disebut potensial pemberhenti (Stopping Potential) V₀, karena elektron yang berenergi tinggi tidak dapat melewati potensial henti ini, maka ukuran V₀ merupakan suatu cara untuk menentukan energi kinetik maksimum elektron Ek_maks.

Dari berbagai percobaan tersebut, kita pelajari fakta-fakta terperinci efek fotolistrik sebagai berikut :

1.         Potensial pemberhenti (Stopping Potensial) Vo untuk bahan anoda tertentu tidak bergantung dari intenistas cahaya yang menyinari bahan anoda.

2.         Potensial pemberhenti Vo bergantung dari frekuensi n dari cahaya yang menyinari anoda. Dalam gambar di bawah ini lengkung i_G terhadap Vo dibuat untuk keadaan dengan anoda yang sama, dan 3 frekuensi yang berlainan.

3.         Untuk satu macam bahan anoda, lengkung potensial pemberhenti Vo sebagai fungsi-fungsi frekuensi n cahaya, merupakan garis yang lurus ternyata ada satu frekuensi potong n (cut-off frequency), yang menjadi batas efek fotolistrik. Artinya berkas cahaya dengan frekuensi di bawah harga no tidak akan menghasilkan efek fotolistrik berapapun intensitasnya.

Setiap logam memiliki harga n, juga memiliki Wo tersendiri. Sehingga Wo adalah harga minimum energi yang harus dimiliki elektron untuk melepaskan diri dari permukaan logam. Selanjutnya Wo dinamakan fungsi kerja logam. Harga Wo ini pun kadang-kadang dinyatakan dalam bentuk beda potensial f, dimana f = Wo/e, dimana e adalah muatan elektron. Satuan f adalah Volt, dan W dalam joule atau elektron Volt (eV).

Dengan demikian hipotesa Einstein menghasilkan hubungan kekekalan energi 

Hal ini dapat menerangkan secara konseptual fakta-fakta eksperimental tentang efek fotolistrik. 

Dari ungkapan 

Jelas bahwa Ek atau V₀ hanya bergantung dari frekuensi dan bukan dari intensitas cahaya.

Efek fotolistrik terjadi dengan syarat sebagai berikut :

1.         Panjang gelombang ambang sinar (datang) > panjang gelombang bahan

2.         Frekuensi sinar ( ) > frekuensi ambang bahan ( )

3.         Energi foton sinar (E) >energi ambang bahan (W_o)

Pandangan fisika klasik yang memandang cahaya sebagai gelombang dengan teorinya yaitu teori gelombang cahaya gagal menerangkan beberapa sifat penting pada efek fotolistrik, hal tersebuat dikarenakan antara lain:

1.   Teori gelombang menyatakan bahwa energi kinetik elektron foton harus bertambah jika intensitas (jumlah foton) cahaya diperbesar.

2.   Teori gelombang menyatakan bahwa efek fotolistrik dapat terjadi pada setiap frekuensi asalkan intensitasnya memenuhi.

3.   Teori gelombang menyatakan bahwa dibutuhkan rentang waktu yang cukup lama agar elektron berhasil mengumpulkan energi untuk keluar dari permukaan logam.

4.      Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan efek fotolistrik adalah  :

1.       Elektron akan segera terlepas, tanpa perlu waktu tunda

2.     Penambahan intensitas dari cahaya akan menambah jumlah elektron yang terlepas, tetapi tidak menambah besar energi kinetik

3.    Cahaya merah tidak akan menyebabkan keluarnya elektron, berapapun besar intensitasnya.

4.   Cahaya violet (ungu) yang lemah akan mengeluarkan sedikit elektron, tetapi besar energi kinetik maksimum akan bertambah dibandingkan untuk intensitas cahaya yang panjang gelombannya lebih besar.

Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa energi yang dilepaskan elektron akan sebanding dengan frekuensi sinar yang datang. Hal ini sesuai dengan hipothesis Planck, bahwa radiasi benda hitam hanya terjadi dalam paket-paket energi.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Alat

Alat yang dibutuhkan dalam eksperimen efek fotolistrik ini adalah:

1.         Planck’s Const. Apparatus                                               1 buah

2.         Voltmeter 0 -5 Volt                                                         1 buah

3.         Ampheremeter (Ammeter)                                               1 buah

4.         Kabel Penghubung                                                           secukupnya

3.2         Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:

1.      Mengkalibrasi voltmeter

2.      Mengubah saklar switch Planck Constant Apparatus menjadi On

3.      Mengubah saklar switch lampu menjadi On

4.      Mengatur skala sudut pantul menjadi  sehingga panjang gelombang yang dihasilkan menurut tabel yang tertera pada alat ini adalah 589 nm

5.      Mengatur tegangan henti (Stop Potential) dengan memperbesar tegangan sehingga arus yang terbaca pada amperemeter menjadi 0.

6.      Mencatat tegangan henti yang terbaca pada voltmeter ke tebel yang sudah dibuat sebelumnya.

7.      Mengatur tegangan henti menjadi keadaan semula dan mengubah kedua saklar menjadi off.

8.      Mengulangi percobaan dari langkah 4  hingga 9 agar mendapatkan 3 data dengan sudut yang sama untuk memperkecil kesalahan membaca data.

9.      Melakukan langkah 4 hingga 9 dengan mengubah skala sudut pantul sesuai dengan tabel yang tertera, agar mendapatkan panjang gelombang yang bervariatif.

3.3         Data Hasil Percobaan

Dari percobaan yang telah dilakukan, didapat data sebagai berikut:

No	λ (nm)	Sudut	Vo (volt)
			Vo1	Vo2	Vo3
1	589	0	0,70	0,60	0,7
2	584	-1	0,80	0,75	0,8
3	539	-2	0,80	0,8	0,85
4	514	-3	0,95	0,95	1,00
5	489	-4	1,05	1,05	1,05
6	463	-5	1,15	1,15	1,20
7	437	-6	1,25	1,30	1,35
8	411	-7	1,45	1,45	1,40
9	386	-8	1,60	1,55	1,65

Tabel 3.1

Data Hasil Percobaan

3.4         Pengolahan Data

Dengan menggunakan persamaan   maka kita dapat menentukan harga frekuensi  dari masing-masing panjang gelombang yang dihasilkan sebagai berikut :

No	λ (nm)	sudut (o)	c (m/s)
1	589	0		5,093 1014
2	564	-1		5,319 1014
3	539	-2		5,566 1014
4	514	-3		5,837 1014
5	489	-4		6,135 1014
6	463	-5		6,479 1014
7	437	-6		6,865 1014
8	411	-7		7,299 1014
9	386	-8		7,772 1014

Tabel 3.2

Pengolahan Data 1

Dan nilai Vo rata-rata dari ketiga data yang diperoleh adalah sebagai berikut:

No	λ (nm)	Sudut	c (m/s)		Vo (volt)			(volt)
					Vo1	Vo2	Vo3
1	589	0		5,093 x 1014	0,70	0,60	0,7	0,667
2	564	-1		5,319 x 1014	0,80	0,75	0,8	0,783
3	539	-2		5,566 x 1014	0,80	0,8	0,85	0,817
4	514	-3		5,837 x 1014	0,95	0,95	1,00	0,967
5	489	-4		6,135 x 1014	1,05	1,05	1,05	1,050
6	463	-5		6,479 x 1014	1,15	1,15	1,20	1,167
7	437	-6		6,865 x 1014	1,25	1,30	1,35	1,300
8	411	-7		7,299 x 1014	1,45	1,45	1,40	1,433
9	386	-8		7,772 x 1014	1,60	1,55	1,65	1,600
	Nilai rata-rata			6,263 x 1014				1,0871

Tabel 3.3

Pengolahan Data 2

Berdasarkan data hasil percobaan maka diperoleh grafik hubungan frekuensi  terhadap tegangan pemberhenti ) sebagai berikut :

Gambar 3.1

Grafik V = f(v) Menggunakan Microcal Origin

Gambar 3.2

Result Microcal Origin

Dari grafik didapat persamaan garisnya :

  

Dari persamaan garis tersebut dapat ditentukan (cut off frekuensi)

Saat V_o = 0 maka yang terukur adalah energi kinetiknya :

 

Maka kita dapat menentukan nilai konstanta planck berdasarkan teori  kuantum cahaya                     

Dengan ketidakpastian sebesar :

Sehingga dapat disimpulkan dari data diatas

dengan persentase akurasi sebagai berikut :

Dari hasil h/e pun kita dapat menentukan harga fungsi kerja logam tersebut dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Berdasarkan tabel fungsi kerja :

No	Element	Work Function(eV)	No	Element	Work Function(eV)
1	Aluminum	4.08	12	Magnesium	3.68
2	Beryllium	5.0	13	Mercury	4.5
3	Cadmium	4.07	14	Nickel	5.01
4	Calcium	2.9	15	Niobium	4.3
5	Carbon	4.81	16	Potassium	2.3
6	Cesium	2.1	17	Platinum	6.35
7	Cobalt	5.0	18	Selenium	5.11
8	Copper	4.7	19	Silver	4.73
9	Gold	5.1	20	Sodium	2.28
10	Iron	4.5	21	Uranium	3.6
11	Lead	4.14	22	Zinc	4.3

Tabel 3.5

Fungsi Kerja Unsur

Nilai fungsi kerja logam pada percobaan ini mendekati nilai fungsi kerja logam Cesium (Cs).

BAB IV

ANALISIS

4.1 Analisis

Pada eksperimen Efek Fotolistrik II ini memiliki beberapa variabel, yaitu sudut, panjang gelombang, potensial pemberhenti, frekuensi ambang, dan konstanta Planck. Untuk sudut dapat kita dapatkan pada Planck’s Apparatus, besar sudut yang digunakan berpengaruh pada panjang gelombang sinar yang digunakan untuk menyinari logam. Potensial pemberhenti dapat kita dapatkan ketika tidak ada arus yang mengalir lagi, hal itu terdeteksi pada ampheremeter yang telah menunjukan angka nol dan pada saat itu voltmeter akan menunjukan nilai potensial pemberhenti, nilai potensial pemberhenti ini akan sangat besar apabila elektron foto yang bergerak memiliki energi kinetik yang besar pula. Besarnya energi kinetik ini dipengaruhi oleh besarnya frekuensi yang bergantung pada besarnya panjang gelombang, sehingga semakin kecil nilai panjang gelombang maka nilai frekuensi akan semakin  besar dan nilai energi kinetik akan semakin besar, begitupun dengan nilai beda potensial pemberhentipun akan semakin besar.

Dengan pengolahan data yang telah dilakukan kami mendapatkan nilai konstanta Planck yaitu . Nilai ini sedikit menyimpang dari literature . Jika hasil tersebut dibandingkan dengan literatur, terdapat perbedaan nilai dengan kesalahan relatif sebesar : . Besar presentase kesalahan diatas menunjukan bahwa percobaan yang dilakukan sudah cukup baik, maka perbedaan nilai konstanta Planck dari literatur bukan sepenuhnya disebabkan oleh praktikan, akan tetapi dikarenakan faktor berikut :

1. Kondisi Planck’s Constant Apparatus dengan nilai panjang gelombang yang berubah tidak terlalu tepat untuk tiap sudut yang diubah.

2. Percobaan ini kami menggunakan voltmeter yang memiliki jarak antar skala nya cukup lebar, dan menyebabkan nilai yang dicatat tidak terlalu tepat.

3. Ruang yang digunakan (alat percobaan foto elektron) kurang hampa sehingga masih terdapat molekul-molekul udara didalamnya sehingga memungkinkan untuk elektron kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul-molekul tersebut, sehingga pada saat elektron sampai pada potensial penghalang energinya telah berkurang. Karena energi tersebut berkurang maka nilai stopping potensial berkurang sehingga akan mempengaruhi nilai yang lain.

 

BAB V

PENUTUP

1.1  Simpulan

           Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, memperlihatkan hasil konstanta Planck yang berorde sama dengan hasil literatur, yaitu sebesar  dengan kesalahan relatif yaitu 16,21 %, sedangkan nilai frekuensi cut off  sebesar . Kemudian diperoleh nilai fungsi kerja logam sebesar . Hasil tersebut pun menunjukan bahwa fenomena efek fotolistrik akan terjadi jika cahaya yang menyinari logam memiliki frekuensi cahaya lebih besar dibandingkan frekuensi cut off logam sebesar , nilai fungsi kerja logam pun menunjukan jenis logam yang digunakan, percobaan ini memperlihatkan fungsi kerja logam yang hasilnya mendekati nilai fungsi kerja logam Cesium (Cs), sehingga kita menyimpulkan logam tersebut adalah Cesium.

1.2  Saran

Dalam melakukan percobaan ini, hendaknya :

1.         Pada saat melakukan pengamatan untuk mengetahui berapa nilai tegangan pada voltmeter hendaknya dilakukan dengan sabar, yaitu sampai jarum benar-benar berhenti

2.         Perhatikan dengan benar pergerakan jarum baik pada voltmeter maupun pada amperemeter agar pengukuran yang dilakukan lebih akurat

3.         Hendaknya melakukan pengukuran berulang minimal tiga kali pengambilan data agar data yang didapatkan memiliki kesalahan yang minimal.

DAFTAR PUSTAKA

Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Alih bahasa : Hans J. Wospakrik dan SofiaNiksolihin. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.

Tim Dosen Eksperimen Fisika II. Modul Eksperimen Fisika II. Laboratorium  Fisika Lanjut, Bandung: UPI.

Beiser, Athur. 1987. Konsep Fisika Modern. Edisi keempat. Erlangga. Jakarta.