Download Laporan Laboratorium Fisika Modern Efek Fotolistrik and more Lab Reports Physics in PDF only on Docsity!
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iii
- BAB I PENDAHULUAN DAFTAR GRAFIK iv
- A. Latar Belakang
- B. Rumusan Masalah
- C. Tujuan Eksperimen
- D. Manfaat Eksperimen
- BAB II LANDASAN TEORI
- BAB III METODE EKSPERIMEN
- A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan
- B. Alat dan Bahan
- C. Identifikasi Variabel
- D. Definisi Operasional Variabel
- E. Prosedur Kerja..............................................................................................
- F. Prinsip Kerja.................................................................................................
- G. Teknik Analisis Data
- BAB V PENUTUP
- A. Kesimpulan
- B. Saran...........................................................................................................
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema percobaan efek foto listrik ..................................................... 3
Gambar 2.2 Hubungan arus dengan tegangan ....................................................... 4
Gambar 2.3 Hubungan arus elektron dengan frekuensi ........................................ 4
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Periode fisika klasik terjadi dalam rentang tahun 1600 hingga 1890an. Pada
periode ini, konsep-konsep fisika yang mendasar berhasil diformulasikan.
Pemahaman keilmuan masih cenderung sempit dan perkembangannya tidak
seluas perkembangan konsep-konsep fisika modern. Contoh-contoh pemikiran
pada periode ini adalah mekanika Newton, elektrodinamika klasik (melahirkan
Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori Maxwell, dan lain-lain), dan
termodinamika klasik (melahirkan hukum kekekalan energi, teori relativitas
umum).
Periode fisika modern dimulai dari tahun 1900 hingga saat ini. Lahirnya
fisika modern terutama ditandai dengan ditemukan beberapa fenomena yang
tidak dapat dijelaskan menggunakan teori fisika klasik. Dua fenomena terkenal
yang gagal dijelaskan menggunakan landasan fisika klasik adalah efek
fotolistrik. Teori gelombang elektromagnetik yang menjadi paradigma sentral
perilaku cahaya dalam fisika klasik tidak mampu memberikan penjelasan
terkait fakta-fakta teramati dalam kasus efek fotolistrik.
Faham baru yang mampu menjelaskan secara teoretis gejala efek fotolistrik
adalah: cahaya sebagai partikel. Namun demikian, munculnya paham baru ini
menimbulkan polemik baru. Penyebabnya adalah bahwa faham cahaya sebagai
gelombang telah dibuktikan kehandalannya dalam menjelaskan sejumlah besar
gejala yang berkaitan dengan cahaya, yaitu yang berkaitan dengan gejala
difraksi, interferensi, dan polarisasi. Sementara itu, gejala yang disebut tadi
tidak dapat dijelaskan berdasarkan faham cahaya sebagai partikel. Untuk
mengatasi itu, para ahli sepakat bahwa cahaya memiliki sifat ganda bahwa
cahaya sebagai gelombang dan juga sebagai partikel. Beberapa ilmuwan
lainnya mencoba mengembangkan paradigma tandingan yang bisa
memecahkan masalah dan membimbing pada riset berikutnya.
2
Dalam perkembangannya, teori kuantum cahaya menuntun para ahli pada
riset-riset lanjutan hingga dicetuskannya teori dualisme gelombang cahaya
yang sangat fenomenal. Fenomena efek fotolistrik dapat dipandang sebagai
konsep kunci lahirnya revolusi sains dalam perkembangan fisika modern.
B. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada eksperimen yaitu:
- Bagaimana perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum?
- Berapa nilai konstanta planck berdasarkan eksperimen?
C. Tujuan Eksperimen
Tujuan eksperimen yaitu:
- Mengamati perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum
- Dapat menentukan konstanta Planck
D. Manfaat Eksperimen
- Manfaat Teoritis
Dapat memahami karakteristik perilaku cahaya sebagai partikel
menurut teori kuantum, dapat menentukan konstanta Planck, serta dapat
menentukan nilai fungsi kerja logam.
- Manfaat Praktis
Kalkulator menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan listrik.
Sel foto listrik mengubah energi cahaya menjadi energi listrik yang
menjadi sumber energi kalkulator. Dan suara dubbing film direkam
dalam bentuk sinyal optic di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat
film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik
dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan ampliefier tabung
sehingga menghasilkan film bersuara.
4
Elektron terlempar meninggalkan emiter dengan energi kinetik tertentu dan
secara terus-menerus akan kekurangan energi kinetiknya akibat dari tegangan
negatif antara plat emiter dan kolektro. Elektron yang terkumpul akan memberikan
arus dan mempunyai energi yang lebih besar dari eV 0
. Dalam teori klasik
menyimpulkan bahwa elektron yang terlempar memperoleh energi kinteik karena
seberkas cahaya yang mengenai logam (Maryana dan Tiandho. 2019: 14).
Gambar 2. 2 Hubungan Arus dengan tegangan
( Sumber : Soedojo. 2001: 23)
Pada gambar 2.2. Bagan penelitian efek fotolistrik memperlihatkan grafik
dengan variasi kuat arus listrik pada anoda terhadap variasi tegangan anoda
terhadap katoda yang memancarkan cahaya pada plat katoda dengan panjang
gelombang, frekuensi cahaya dan intensitas cahaya tertentu. Efek fotolistrik
ditemukan tanpa sengaja oleh Heinrich Hertz pada tahun 1887 sewaktu
mempelajari pemancaran gelombang elektromagnetik oleh osilasi tegangan
diantara dua elektroda, kemudian dilanjutkan oleh beberapa peneliti lainnya pada
awal abad 20 yang dapat diterangkan oleh Einstein pada tahun 1905 dengan
mengikuti gagasan kuantum Planck (Soedojo. 2001: 23).
Gambar 2. 3 Hubungan arus elektron dengan frekuensi
(Sumber: Maryana dan Tiandho. 2019: 14)
5
Pada tahun 1902 Lenard mengamati bahwa energi elektron dengan beda
potensial penghalang tak bergantung pada intensitas pancaran sinar. Pada proses
pelontaran elektron menunjukkan adanya frekuensi ambang, pada frekuensi
ambang bagian bawah tidak ada pelontaran elektron seberapa kuat intensitas cahaya
yang seperti ditunjukkan pada gambar 2.3 (Maryana dan Tiandho. 2019: 14).
Menurut postulat Planck, foton-foton yang sampai pada katoda akan diserap
sebagai kuantum energi. Ketika elektron menyerap foton, maka elektron
memperoleh sejumlah energi yang dibawa foton yaitu sebesar h𝑣. Energi yang
diterima ini sebagian digunakan elektron untuk melepaskan diri dari bahan dan
sisanya digunakan untuk bergerak, menjadi energi kinetik elektron. Besarnya energi
yang diperlukan oleh elektron untuk melepaskan diri dari bahan (melawan energi
ikatan elektron dalam bahan) disebut fungsi kerja (Wo). Besar energi kinetik
elektron foto diungkapan dalam persamaan 2.1 disebut persamaan fotolistrik
Einstein berikut:
E
k
= hf - Wo ....................................................................................................... (2.1)
Kesahihan penafsiran Einstein mengenai fotolistrik diperkuat dengan
ditemukannya emisi termionik menjelang abad ke-19, yaitu terjadinya emisi
elektron dari benda panas. Emisi termionik memungkinkan bekerjanya piranti
seperti tabung televisi yang di dalamnya terdapat filamen logam yang pada
temperatur tinggi mampu menghasilkan arus elektron. Jelaslah bahwa elektron
yang terpancar memperoleh energi dari agitasi termal pada filamen. Elektron
memperoleh energi minimum tertentu sehingga dapat tereksitasi. Pada kasus emisi
fotolistrik, foton cahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk
lepas, sedang dalam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya. Dalam kedua
kasus itu, proses fisis yang berhubungan dengan eksitasi elektron dari permukaan
logam adalah sama (Hayat, dkk. 2017: 56).
Untuk menentukan nilai dari konstanta Planck, maka digunakan persamaan
berikut:
h v = E km
dengan frekuensi yang diperoleh dari persamaan berikut:
v =
𝑐
𝜆
7
BAB III
METODE EKSPERIMEN
A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan
Telah dilakukan eksperimen yang berjudul Efek Fotolistrik yang dilakukan
di Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Universitas
Negeri Makassar, pada hari Selasa tanggal 28 Mei 2022, pukul 13.00-17.
WITA.
B. Alat dan Bahan
- Filter dengan berbagai warna 5 buah
- Lux meter 1 buah
- Perangkat pengukuran konstanta Planck 1 set
- Power Supply 1 buah
C. Identifikasi Variabel
Kegiatan 1. Karakteristik cahaya Menurut Teori Kuantum
- Variabel Kontrol : Panjang Gelombang (nm).
- Variabel Manipulasi : Intensitas Cahaya (Lux)
- Variabel Respon : Tegangan Penghenti (V), dan Kuat Arus (μA)
Kegiatan 2. Pengaruh Panjang Gelombang Terhadap Potensial Penghenti
- Variabel Terukur : Kuat arus (𝜇A), dan panjang Gelombang (nm).
- Variabel Terhitung : Frekuensi cahaya f (Hz), dan tegangan penghenti (V).
D. Definisi Operasional Variabel
- Panjang gelombang (λ) merupakan besarnya nilai panjang gelombang
yang ditentukan berdasarkan jenis filter warna yang digunakan, nilai
panjang gelombang ini tertera pada sisi filter dalam satuan nanometer
(nm).
- Intensitas cahaya, ialah redup atau terangnya cahaya yang dipancarkan
dari sumber cahaya, yang tingkatan redup atau terangnya diatur melalui
power supply yang terhubung dengan perangkat pengukuran konstanta
planck, nilainya diukur menggunakan lux.
8
- Kuat Arus ( I ) merupakan besarnya nilai pada arus listrik yang dapat
dilewatkan oleh masing-masing filter warna, diukur dengan
menggunakan indikator pengukur arus pada perangkat pengukuran
konstanta planck, yang berfungsi sebagai ammeter, dan dalam satuan
microampere (μA).
- Tegangan penghenti, ialah tegangan maksimal yang dibutuhkan untuk
menghambat aliran listrik pada rangkaian, dilakukan dengan cara
memutar voltage adjuster dan ditandai dengan pembacaan arus pada
ammeter yang bernilai nol. Besarnya diukur menggunakan indikator
pada perangkat pengukuran konstanta planck yang berfungsi sebagai
voltmeter.
- Frekuensi cahaya, merupakan besarnya frekuensi cahaya yang
dipancarkan dari sumber cahaya, diperoleh dari hasil bagi antara
kecepatan cahaya dengan panjang gelombang.
E. Prosedur Kerja
Kegiatan 1. Karakteristik cahaya menurut teori kuantum
- Diatur osisi sumber cahaya dari sensor (35 cm)
- Diatur posisi mode display ke posisi current
- Diatur posisi pengali arus atau current multiplier pada x0,
- Diletakkan filter warna biru pada jendela tabung
- Diatur intensitas cahaya sampai arus yang terbaca pada layar 3,0 1 (μA)
- Diputar pengatur tegangan (voltage adjuster) hingga arus menjadi nol.
Kemudian dipindahkan mode display ke posisi voltage (V).
- Dicatat potensial yang terbaca pada posisi tersebut (potensial ini disebut
potensial penghenti Vs)
- Diatur kembali voltage adjustor ke posisi yang lebih kecil dari potensial
penghenti (V<Vs) (ini disebut potensial penghalang)
- Dipindahkan posisi mode display ke posisi current (μA) untuk melihat
arus adakah arus yang terbaca.
10
udara. Sehingga menyebabkan elektron yang berada didalamnya akan terpental
atau elektron terlepas dari ikatannya dengan syarat bahwa energi foton yang
dipancarkan harus lebih besar dari energi ambang. Ketika elektron terpental
maka ditandai dengan adanya arus yang terbaca pada amperemeter.
G. Teknik Analisis Data
Kegiatan 1. Karakteristik Cahaya menurut teori kuantum
- Dijelaskan pengaruh intensitas terhadap arus fotolistrik dan energi
kinetik yang menggunakan teori kuantum.
- Dijelaskan hasil yang diperoleh pada kegiatan 1 berdasarkan pandangan
fisika klasik dan model kuantum dengan membandingkan teori dengan
berdasarkan eksperimen.
Kegiatan 2. Pengaruh Panjang Gelombang Terhadap Potensial Penghenti
- Dicatat nilai panjang gelombang yang tertera pada setiap filter warna
yang digunakan
- Ditentukan nilai frekuensi dengan menggunakan persamaan
f =
𝑐
𝜆
Dimana c adalah kecepatan cahaya sebesar 3,00 × 10
8
- Diplot grafik menggunakan program microsoft excel pada PC, dan
ditentukan nilai kemiringan atau perpotongan kurva dengan sumbu x.
- Ditentukan nilai konstanta planck (h) dan fungsi kerja (Wo) berdasarkan
praktikum diperoleh menggunakan persamaan
h = m × e f
Wo = c × e ...................................................................................... (3.3)
Dimana nilai e adalah muatan elektron sebesar 1,6 × 10
− 19
, dan nilai m
dan c diperoleh dari grafik.
- Ditentukan nilai perbedaan konstanta Plank secara teori dengan nilai
konstanta Plank secara praktikum menggunakan persamaan berikut:
ℎ
𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
−ℎ
𝑃𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
ℎ
𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
+ℎ
𝑃𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
2
11
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengamatan
Kegiatan 1. Karakteristik Cahaya Menurut Teori Kuantum
Tabel 4.1. Hasil Pengamatan Karakteristik Cahaya Menurut Teori Kuantum
Keadaan
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 = 445 𝐿𝑢𝑥
𝐼 = | 3 , 01 ± 0 , 01 |𝜇𝐴
𝑆
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 = 600 𝐿𝑢𝑥
𝐼 = | 3 , 50 ± 0 , 01 |𝜇𝐴
𝑆
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 = 720 𝐿𝑢𝑥
𝐼 = | 4 , 00 ± 0 , 01 |𝜇𝐴
𝑆
Terdapat Arus ( √ ) /
(X)
Terdapat Arus ( √ ) /
(X)
Terdapat Arus ( √ ) /
(X)
𝑺
X X X
𝑺
𝑺
X X X
Kegiatan 2. Pengaruh Panjang Gelombang Terhadap Potensial Penghenti
Tabel 4.2. Hasil Pengamatan Pengaruh Panjang Gelombang Terhadap
Potensial Penghenti
Filter Warna
Panjang
Gelombang (nm)
Frekuensi ( ×
𝟏𝟒
Potensial
Penghenti (Volt)
Merah 635 4,
Jingga 570 5,
Kuning 540 5,
Hijau 500 6,000 | 0 , 90 ± 0 , 01 |
Biru 460 6,521 | 1 , 12 ± 0 , 01 |
B. Analisis Data
Kegiatan 1. Karakteristik Cahaya Menurut Teori Kuantum
- Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Arus Fotoelektrik. Berdasarkan teori
kuantum, intensitas cahaya tidak berpengaruh pada efek fotolistrik. Dimana
hal ini ditinjau dari indikator terjadinya efek fotolistrik yaitu terpentalnya
elektron dari logam akibat pancaran sinar foton. Untuk tingkatan intensitas
besar maupun kecil tetap terdapat efek fotolistrik, namun dengan syarat
energi sinar tersebut harus lebih besar dari energi ambang logam yang
digunakan. Sedangkan ketika energinya kurang atau sama dengan energi
13
Dengan menggunakan analisis berikut maka diperoleh :
𝑓
𝑚𝑎𝑘𝑠
0
𝑚𝑎𝑘𝑠
0
𝑆
0
𝑆
0
Berdasarkan grafik hubungan antara potensial penghenti dengan frekuensi,
persamaan garisnya yaitu:
- Menentukan Konstanta Planck
− 1
ℎ = ( 0 , 415 )( 1 , 6022 × 10
− 19
− 14
ℎ = 6 , 6491 × 10
− 34
𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
| × 100%
( 6 , 6261 − 6 , 6491 ) × 10
− 34
× 10
− 34
| × 100%
- Menentukan Fungsi Kerja 𝑊
0
0
0
= 𝑐 × 𝑒
0
𝑉 × 𝑒
0
C. Pembahasan
Praktikum ini berjudul “Efek fotolistrik” yakni suatu gejala terlepasnya
elektron akibat pancaran sinar foton yang menumbuk suatu elektroda, dimana hal
ini dapat terjadi apabila energi foton yang ditembakkan lebih besar dari energi
ambang dari logam tersebut.
14
Pada percobaan ini terdiri dari dua kegiatan, pada kegiatan pertama dilakukan
pengamatan pengaruh intensitas cahaya terhadap kuat arus. Pada kegiatan ini
terdapat tiga keadaan untuk masing-masing tingkat intensitas cahaya yang berbeda,
yakni ketika potensial penghalang lebih kecil, sama besar dan lebih besar dari
potensial penghenti. Berdasarkan hasil pengamatan ketika potensial penghalang
lebih kecil dari potensial penghenti, maka terdapat arus yang terlewatkan pada
rangkaian, namun dalam jumlah yang kecil. Sedangkan ketika potensial penghalang
sama besar dan lebih besar dari potensial penghenti, tidak ada arus yang terlewatkan
ke rangkaian. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan intensitas cahaya tidak
berpengaruh terhadap kenaikan arus. Kemudian mengenai pengaruh intensitas
cahaya terhadap energi kinetik, secara teori nilai dari energi kinetik tidak
dipengaruhi oleh intensitas cahaya melainkan dari hasil kali antara muatan elektron
dengan potensial penghenti, serta frekuensi dari energi foton tersebut. Sehingga
ketika menggunakan panjang gelombang yang sama, nilai potensial penghentinya
seharusnya tetap atau konstan untuk setiap tingkatan intensitas cahaya. Berdasarkan
percobaan yang dilakukan nilai potensial penghenti berubah ketika nilai
intensitasnya meningkat meskipun tidak menunjukan perubahan yang cukup jauh.
Sehingga hasil percobaan tidak persis sama dengan teori kuantum, hal ini berkaitan
dengan pandangan fisika klasik bahwa efek fotolistrik dipengaruhi oleh intensitas
cahaya atau berbanding terbalik dengan teori kuantum. Namun, adanya ketidak
sesuaian ini kemungkinan besar disebabkan oleh sensitivitas dari alat yang
digunakan. Sebab ketika melakukan pengamatan, nilai yang diperoleh beberapa kali
berubah sebelum akhirnya berhenti.
Selanjutnya, pada kegiatan kedua yakni pengamatan pengaruh panjang
gelombang terhadap potensial penghenti. Pada kegiatan ini, digunakan beberapa
nilai panjang gelombang yang berbeda. Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh
bahwa untuk setiap panjang gelombang yang berbeda maka terdapat nilai potensial
penghenti yang berbeda pula. Dimana semakin tinggi nilai panjang gelombangnya
maka akan semakin rendah potensial penghentinya dan begitu pula sebaliknya. Dan
berdasarkan hasil analisis grafik, diperoleh hubungan anatara potensial penghenti
dengan frekuensi yakni semakin besar frekuensi energi foton maka akan semakin
16
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai
berikut:
- Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan bahwa dalam eksperimen
efek fotolistrik, cahaya berperilaku sebagai partikel sesuai dengan teori
kuantum. Dimana hal ini terlihat pada karakteristik cahaya pada percobaan,
dari intensitas cahaya dan panjang gelombang terhadap efek fotolistrik.
- Berdasarkan hasil analisis grafik diperoleh nilai konstanta planck dan fungsi
kerja berturut-turut sebesar h = 6,626 1 × 10
− 34
𝐽. 𝑠 diperoleh persen
perbandingan sebesar %diff = 0 ,35%.
B. Saran
Bagi praktikan selanjutnya, diharapkan untuk lebih teliti pada saat
pengambilan data di laboratorium agar memperoleh data yang lebih akurat dan juga
lebih memahami prosedur kerja sehingga pengambilan data berjalan lancer dan
tidak terjadi kesalahan dalam praktikum. Eksperimen ini perlu terus dikembangkan
sebagai dasar teori fisika kuantum mahasiswa terkait materi efek fotolistrik
xvii
DAFTAR PUSTAKA
Hari, S. B. 2019. Mengenal Fisika Modern. Duta: Jakarta.
Maryana, T. F. O, dan Tiandho, Y. 2019. Fisika Kuantum; Sejarah Dan Kisah
Inspiratif Para Tokohnya. Yrama Widya: Bandung.
Soedojo, P. 2001. Azas-azas Ilmu Fisika; Jld.4 Fisika Modern. Gadjah Mada
University Press: Yogyakarta.
Sutarno, dkk. 2017. Radiasi Benda Hitam Dan Efek Fotolistrik Sebagai Konsep
Kunci Revolusi Saintefik Dalam Perkembangan Teori Kuantum Cahaya.
Jurnal Ilmiah Multi Sciences. Vol. IX, No. 2.
Sutjahja, M. I. 2019. Fisika Modern. ITB Press: Bandung.
Umma dan Sucayo. 2017. Percobaan Efek Fotolistrik Berbasis Mikrokontroller
dengan LED RGB Sebagai Sumber Cahaya. Jurnal Inovasi Fisika
Indonesia (IFI). Vol. 06, No. 03.
