KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehungga penulis dapat menyelesaikan makalah eksperimen fisika yang berjudul EFEK FOTOLISTRIK. Penulis ingin menyamjuga ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah terlibat dalam pembuatan makalah ini.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima oleh orang banyak sampai sekarang ini.Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah: a. Teori Emisi atau Teori Partikel b. Teori Gelombang c. Teori Elektromagnetik d. Teori Kuantum Pada teori kuantum inilah efek fotolistrik di cetuskan. Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada intensitas cahaya.

Dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul, dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

1.2 TUJUAN PENULISAN Tujuan penulisan makalah ini yaitu untuk menjelaskan bagaimana cara untuk melakukan percobaan mengenai efek fotolistrik menggunakan h/e Apparatus .

1.3 BATASAN MASALAH 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 Teori mengenai efek fotolistrik Prosedur percobaan efek fotolistrik menggunakan h/e apparatus Data yang diperoleh dari hasil percobaan Pengolahan data Grafik mengenai hubungan antara frekuensi dengan persentase kisi Grafik mengenai hubungan antara frekuensi dengan potensial henti.

BAB II PEMBAHASAN

2.1 TUJUAN Menentukan konstanta Planck Menentukan energi ambang

2.2 ALAT DAN BAHAN Voltmeter digital Set h/e Apparatus 9368 yang terdiri dari: foto diode, baterai 18 volt DC, celah tempat filter dan standar. Lampu Mercury (OS 9298) dalam kotak yang dilengkapi dengan penutup, penutup bagian belakang, tangkai tempat lensa dan kisi. Lensa dan kisi menyatu dengan tangkainya. Lensa pengatur posisi h/e apparatus dan pasangannya. Satu set filter (kuning, hijau, filter transmisi)

Gambar I. gambar alat dan bahan

2.3 TEORI EFEK FOTOLISTRIK Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya atau gelombang elektromagnetik pada umumnya. Elektron yang terlepas pada efek fotolistrik disebut elektron foto (Photoelektron). Fenomena ini pertama kali diamati oleh Heinrich Hertz (1886-1887) melalui percobaan tabung lucutan. Hertz melihat bahwa lucutan elektrik akan menjadi lebih muda jika cahaya ultraviolet dijatuhkan pada elektroda tabung lucutan (sebagai bahan elektroda digunakan logam natrium). Ini menunjukkan bahwa cahaya ultraviolet dapat melepaskan elektron dari permukaan logam atau sekurang-kurangnya memudahkan elektron terlepas dari logam. Pengamatan Hertz ini kemudian diselidiki lebih lanjut oleh P. Lenard sekitar 18 tahun. Kemudian pada tahun 1905 secara teoritis, Einstein berhasil menjelaskan fenomena ini.

Gambar II.1 Set Percobaan Untuk Mengamati Efek Fotolistrik

Skema percobaan untuk mempelajari efek fotolistrik disajikan pada gambar II.1. Peralatan utama terdiri atas plat logam, jendela, galvanometer, dan potensiometer. Plat logam A dan logam K ditempatkan dalam tabung kaca yang dihampakan. Penghampaan ini diperlukan untuk meminimalkan tumbukan antara elektron-foto dengan molekulmolekul gas. Sisi tabung yang berperan sebagai jendela terbuat dari bahan kuarsa, melalui jendela inilah berkas cahaya monokromatis ditembakkan ke plat K sehingga plat melepaskan elektron-foto. Galvanometer (G) digunakan untuk mendeteksi adanya arus listrik yang dihasilkan oleh elektron foto tersebut (sering kali disebut arus fotoelektrik). Potensiometer (hambatan geser) diperlukan untuk mengatur beda potensial antara plat A dan plat B.

Cahaya monokromatis ditembakkan ke plat K yang potensialnya dibuat lebih positif terhadap plat A ternyata untuk cahaya dengan frekuensi tertentu, galvanometer (G) mendeteksi adanya arus listrik. Ini menunjukkan bahwa elektron-foto yang dipancarkan oleh plat K mampu mencapai plat A walaupun plat A memiliki potensial yang lebih negatif dari pada plat K. Ini juga berarti bahwa ketika terlepas dari plat K elektron sudah memiliki tenaga kinetik yang cukup besar untuk menembus potensial penghalang yang dipasang antara plat K dan A. Untuk menghentikan gerakan elektronfoto (ditunjukkan dengan tidak adanya arus fotoelektrik yang melalui G), diperlukan potensial penghalang V tertentu. Beda potensial yang mampu menghentikan gerak elektron-foto tercepat ini disebut potensial penghenti (stopping potential), yang diberi lambang Vo. Cacah elektron-foto yang dilepaskan plat K bergantung pada intensitas cahaya. Masing-masing elektron-foto memiliki energi kinetik yang berbeda-beda. Jika elektronfoto tercepat sudah dapat dihentikan oleh potensial penghenti, elektron-foto lainnya otomatis juga dihentikan. Elektron kinetik elektron-foto tercepat dapat diketahui dari nilai Vo. Berdasarkan prinsip kekekalan energi dapat disimpulkan bahwa energi kinetik elektron-foto tercepat sama dengan eVo, dengan e menyatakan muatan elektron sama dengan 1,6 x 10-19 C. Jika energi kinetik elektron tercepat dilambangkan Kmax, maka : Kmaks = eVo ................. (2.1)

Dalam efek fotolistrik itu ditentukan fakta-fakta eksperimental sebagai berikut: 1. Potensial pemberhenti Vo untuk bahan anoda tertentu tidak bergantung dari intensitas cahaya yang menyinari bahan anoda.

Gambar II.2 Arus fotolistrik sebanding dengan intensitas cahaya untuk semua rentang potensial.

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

Gambar II.3 Potensial pemberhenti Vo tergantung pada frekuensi cahaya yang datang.

3. Untuk satu macam bahan anoda lengkung potensial pemberhenti Vo sebagai fungsi frekuensi v cahaya, merupakan garis yang lurus. Ternyata ada satu frekuensi potong Vo (cut-of frequency) yang menjadi batas efek fotolistrik. Artinya bahwa cahaya dengan frekuensi di bawah harga Vo tidak akan menghasilkan efek fotolistrik berapapun intensitasnya. Setiap bahan anoda mempunyai Vo tersendiri.

Gambar 2.4 Grafik hasil pengukuran potensial pemberhenti sebagai fungsi frekuensi untuk sodium (frekuensi ambang 4,39 x 1014 Hz).

Bagian dari fakta eksperimental di atas tentang efek fotolistrik yang tidak dapat diterangkan dengan konsep gelombang tentang cahaya sebagai berikut : Bahwa Vo (jadi Ek) tidak bergantung dari intensitas cahaya. Menurut konsep gelombang kuat medan E dari cahaya berbanding lurus dengan I dimana I adalah intensitas cahaya. Jadi bila E besar, tentunya gaya pada elektron dipermukaan anoda juga besar, karena F = eE Bahwa di bawah frekuensi potong Vo elektron tidak lagi dapat dilepaskan dari permukaan logam. Menurut konsep gelombang, kuat medan E tidak bergantung dari frekuensi, sehingga asal intensitas cukup besar efek fotolistrik yang akan terjadi dan tidak bergantung pada frekuensi cahaya. Dengan demikian harus dicari penjelasan secara teoritis yang berpijak pada konsep gelombang cahaya. Untuk inilah maka kemudian Einstein mengemukakan postulatnya sebagai berikut : Cahaya itu terdiri dari paket-paket energi (foton) yang bergerak dengan kecepatan c Bahwa apabila frekuensi cahaya adalah v maka energi foton adalah E = hf Dalam proses fotolistrik satu foton diserap sepenuhnya oleh elektron pada permukaan logam. Dengan menggunakan teori Planck Einstein menemukan gejala efek fotolistrik dengan persamaan : E = f = EKmaks + Wo (2.2) Dengan: EKmaks = energi kinetik maksimum Wo = fungsi kerja logam.

Pada umumnya elektron memanfaatkan energi minimum Wo untuk melepaskan diri dari katoda, keluar beberapa energi maksimum EKmaks. Elektron yang mencapai anoda dapat diukur dengan arus fotoelektron. Akan tetapi daya menerapkan potensial balik Vs antara anoda dan katoda, arus fotolistrik dapat dihentikan. EKmaks dapat ditentukan dengan mengukur potensial balik minimum yang diperlukan untuk menghentikan fotoelektron dan mengurangi arus fotolistrik sehingga mencapai nol. Hubungan antar EK dan Potensial penghenti diberikan oleh : EKmaks = eVos (2.3)

Maka didapat persamaan Einstein : hf = eVo+ Wo (2.4)

Sekarang ini tetapan Planck dipandang sebagai salah satu tetapan alam dan telah diukur dengan ketelitian yang sangat tinggi dalam berbagai percobaan. Nilai sekarang yang diterima adalah 6,63 x10-34 Js.

2.4 PROSEDUR PERCOBAAN 1. Menyusun alat-alat 2. Mengukur beda potensial alat h/e dengan voltmeter, dimana dilengkapi dengan 2 buah baterai. Ujung-ujung kontak sumber ini berada pada bagian atas kotak alat h/e. tegangan yang dibutuhkan adalah harus lebih besar dari 8 volt, jika kurang maka baterai harus diganti. 3. Menghidupkan lampu merkuri dan menutup bagian belakang kotak lampu dengan lempeng warna hitam persegi empat, kemudian menunggu kira-kira lima menit. 4. Memasang lensa dan kisi mercury dan mengatur sedemikian rupa sehingga sinar yang diuraikan kisi dapat dilihat dengan jelas (tajam), hal ini dapat kita uji dengan meletakkan kertas putih di depan celah alat h/e. 5. Mengatur kotak h/e, agar sinar yang diuraikan tepat masuk ke dalam kotak h/e. 6. Menekan ON pada alat h/e ini, yang berarti alat siap untuk dioperasikan. Kemudian mengusahakan salah satu jenis warna cahaya yang masuk ke dalam celah, meletakkan filter sesuai dengan warna cahaya yang masuk di depan celah, misalnya warna sinar yang masuk adalah kuning, maka pasang filter warna kuning didepan celah. 7. Mengukur potensial henti dengan menggunakan voltmeter dengan cara meletakkan ujung kontaknya pada bagian bawah alat h/e ini. 8. Mengulangi prosedur 6 dan 7 paling kurang lima untuk warna sinar yang sama. 9. Melakukan prosedur 6,7, dan 8 untuk warna sinar yang berbeda. 10. Untuk sinar ungu tidak dibutuhkan filter.

2.5 DATA HASIL PERCOBAAN Kuning No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 0% 0.59 V 0.60 V 0.58 V 0.57 V 0.57 V 0.55 V 0.55 V 0.55 V 0.55 V 0.55 V 20% 0.50 V 0.50 V 0.49 V 0.49 V 0.49 V 0.49 V 0.49 V 0.48 V 0.49 V 0.48 V 40% 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.48 V 0.47 V 60% 0.46 V 0.47 V 0.46 V 0.46 V 0.46 V 0.46 V 0.46 V 0.46 V 0.45 V 0.46 V 80% 0.46 V 0.46 V 0.44 V 0.45 V 0.46 V 0.45 V 0.45 V 0.45 V 0.45 V 0.44 V 100% 0.45 V 0.44 V 0.44 V 0.44 V 0.44 V 0.44 V 0.43 V 0.44 V 0.43 V 0.43 V

Hijau No. 1. 2. 3. 4. 5. 0% 0.82 V 0.81 V 0.83 V 0.83 V 0.83 V 20% 0.70 V 0.70 V 0.69 V 0.70 V 0.69 V 40% 0.72 V 0.71 V 0.72 V 0.72 V 0.73 V 60% 0.78 V 0.78 V 0.77 V 0.78 V 0.77 V 80% 0.78 V 0.79 V 0.76 V 0.76 V 0.76 V 100% 0.82 V 0.83 V 0.82 V 0.82 V 0.82 V

6. 7. 8. 9. 10.

0.86 V 0.87 V 0.87 V 0.86 V 0.85 V

0.69 V 0.69 V 0.69 V 0.69 V 0.69 V

0.73 V 0.73 V 0.73 V 0.72 V 0.73 V

0.74 V 0.72 V 0.78 V 0.75 V 0.72 V

0.75 V 0.75 V 0.75 V 0.73 V 0.74 V

0.82 V 0.81 V 0.81 V 0.80 V 0.83 V

Ungu No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 0% 0.88 V 0.88 V 0.88 V 0.86 V 0.85 V 0.85 V 0.86 V 0.85 V 0.85 V 0.86 V 20% 0.70 V 0.70 V 0.69 V 0.70 V 0.69 V 0.69 V 0.69 V 0.68 V 0.68 V 0.68 V 40% 0.73 V 0.74 V 0.73 V 0.73 V 0.73 V 0.73 V 0.71 V 0.73 V 0.72 V 0.71 V 60% 0.82 V 0.86 V 0.84 V 0.86 V 0.84 V 0.82 V 0.82 V 0.82 V 0.82 V 0.83 V 80% 0.97 V 0.92 V 0.92 V 0.93 V 0.93 V 0.92 V 0.93 V 0.93 V 0.93 V 0.92 V 100% 1.02 V 1.02 V 1.04 V 1.04 V 1.04 V 1.03 V 1.03 V 1.03 V 1.04 V 1.03 V

2.6 PENGOLAHAN DATA A. Menghitung Nilai Frekuensi dari masing-masing sinar

f=

1. Sinar kuning

0% V = V = 0.60 0.566 = 0.034 V KR = V = 0.566 6.007% f= = 0.566 V

= 1.37 x 1014 Hz

20 % V = V = 0.50 0.490 = 0.01 V KR = V = 0.490 2.040 % f= = 0.490 V

= 1.18 x 1014 Hz

40 % V = = 0.479 V

V = 0.48 0.479 = 0.001 V KR = V = 0.479 0.208 % f=

= 1.16 x 1014 Hz

60 % V = V = 0.47 0.46 = 0.01 V KR = V = 0.460 2.174 % f= = 0.460 V

= 1.11 x 1014 Hz

80 % V = V = 0.46 0.451 = 0.009 V KR = V = 0.451 1.995 % f= = 0.451 V

= 1.09 x 1014 Hz

100 % V = V = 0.44 0.438 = 0.012 V = 0.438

KR = V = 0.438 2.74 % f=

= 1.06 x 1014 Hz

2. Sinar hijau 0% V = V = 0.87 0.843 = 0.027 V KR = V = 0.843 3.20 % f= = 0.843

= 2.03 x 1014 Hz

20 % V = V = 0.70 0.693 = 0.07 V KR = V = 0.693 1.01 % f= = 0.693 V

= 1.67 x 1014 Hz

40 % V = V = 0.73 -0.724 = 0.006 V = 0.724 V

KR = V = 0.724 0.828 % f=

= 1.75 x 1014 Hz

60 % V = V = 0.78 0.759 = 0.021 V KR = V = 0.759 2.77 % f= = 0.759 V

= 1.83 x 1014 Hz

80 % V = V = 0.79 0.757 = 0.033 KR = V = 0.757 4.35 % f= = 0.757 V

= 1.83 x 1014 Hz

100 % V = V = 0.83 0.818 = 0.012 V KR = V = 0.818 1.46 % = 0.818 V

f=

= 1.97 x 1014 Hz

3. Sinar Ungu 0% V = V = 0.88 0.862 = 0.018 V KR = V = 0.862 2.088 % f= = 0.862 V

= 2.08 x 1014 Hz

20 % V = V = 0.70 0.69 = 0.01V KR = V = 0.69 1.49% f= = 0.69 V

= 1.67 x 1014 Hz

40 % V = V = 0.74 0.726 = 0.014 V KR = V = 0.726 1.93 % = 0.726 V

f=

= 1.75 x 1014 Hz

60 % V = V = 0.86 0.832 = 0.028 V KR = V = 0.832 3.365 % f= = 0.832 V

= 2.01 x 1014 Hz

80 % V = V = 0.97 0.93 = 0.04 V KR = V = 0.93 4.30 % f= = 0.93 V

= 2.24 x 1014 Hz

100 % V = V = 1.04 1.032 = 0.008 V KR = V = 1.032 0.775 % = 1.032 V

f=

= 2.49 x 1014 Hz

Kuning Persentase Kisi (%) 0% 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Potensial Henti (V) 0.566 6.007 % 0.490 2.040 % 0.479 0.208 % 0.460 2.174 % 0.451 1.995 % 0.438 2.74 % Frekuensi (.1014 Hz) 1.37 1.18 1.16 1.11 1.09 1.06

Hijau Persentase Kisi (%) 0% 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Potensial Henti (V) 0.843 3.20 % 0.693 1.01 % 0.724 0.828 % 0.759 2.77 % 0.757 4.35 % 0.818 1.46 % Frekuensi (.1014 Hz) 2.03 1.67 1.75 1.83 1.83 1.97

Ungu Persentase Kisi (%) 0% 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Potensial Henti (V) 0.826 2.088 % 0.69 1.49 % 0.726 1.93 % 0.832 3.365 % 0.930 4.30 % 1.032 0.775 % Frekuensi (.1014 Hz) 2.08 1.67 1.75 2.01 2.24 2.49

B. Menghitung Konstanta Planck h=| | 1. Sinar Kuning V = 0.566 0.438 = 0.128 f = 1.37 x 1014 1.06 x 1014 = 0.31 x 1014

h = 1.6 x 10-19|

| = 6.61 x 10-34

kesalahan = |

| x 100 % = 0.3 %

2. Sinar Hijau V = 0.843 0.693 = 0.15 f = 2.03 x 1014 1.67 x 1014 = 0.36 x 1014

h = 1.6 x 10-19|

| = 6.66 x 10-34

kesalahan = |

| x 100 % = 0.45 %

3. Sinar Ungu V = 1.032 0.69 = 0.342 f = 2.49 x 1014 1.67 x 1014 = 0.82 x 1014

h = 1.6 x 10-19|

| = 6.67 x 10-34

kesalahan = | C. Menentukan Energi Ambang 1. sinar kuning

| x 100 % = 0.60 %

= 1.6 x 10-19 x 0.566 = 0.9056 x 10-19

6.63 x 10-34 x 1.37 x 1014 =

+ 0.9056 x 10-19 = ( 6.63 x 10-34 x 1.37 x 1014 ) - 0.9056 x 10-19 = 0.0271 x 10-20J

2. sinar hijau

= 1.6 x 10-19 x 0.843

= 1.345 x 10-19

6.63 x 10-34 x 2.03 x 1014 =

+ 1.345 x 10-19

= ( 6.63 x 10-34 x 2.03 x 1014 ) - 1.345 x 10-19 = 0.089 x 10-20 J sinar ungu

= 1.6 x 10-19 x 0.862 = 1.3792 x 10-19

6.63 x 10-34 x 2.08 x 1014

=

+ 1.3792 x 10-19

= (6.63 x 10-34 x 2.08 x 1014 ) - 1.3792 x 10-19 = 0.0016 x 10-20 J Sinar Kuning Hijau Ungu Energi ambang 0.0271 x 10-20J 0.0089 x 10-20 J 0.0016 x 10-20 J

D. GRAFIK 1. Grafik hubungan frekuensi untuk masing-masing partisi pada ketiga sinar a. Sinar kuning

hubungan antara frekuensi dengan persentase kisi1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 kisi (%) 80 100 120 frekuensi (x10^14) frekuensi (x10^14)

Dari grafik terlihat bahwa pada saat

b. Hijau

hubungan antara frekuensi dengan persentase kisi2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 kisi (%) 80 100 120

c. USSngu

hubungan antara frekuensi dengan persentase kisi2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 kisi (%) 80 100 120 frekuensi (x10^14) potensial henti (V)

hubungan antara potensial henti dengan frekuensi0.6

0.4

0.2

0 1 frekuensi (x10^14) 10

hubungan antara potensial henti dengan frekuensi1.2 1 potensial henti (V) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 frekuensi (x10^14) 10

hubungan antara potensial henti dengan frekuensi1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 frekuensi (x10^14) 10

potensial henti (V)