di FKIP Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya 4 Herwinarso, Tjondro Indrasutanto, G. Budijanto Untung adalah Dosen Pendidikan Fisika

Transkripsi

1 PENENTUAN PANJANG GELOMBANG BERBAGAI FILTER WARNA PADA LAMPU TL DAN WOLFRAM DENGAN SPEKTROMETER KISI DIFRAKSI UNTUK MENUNJANG EKSPERIMEN EFEKFOTOLISTRIK Herwinarso, Tjondro Indrasutanto, G. Budijanto Untung 4 Abstrak. Tela dilakukan penelitian untuk menentukan nilai panjang gelombang berbagai filter warna dengan menggunakan percobaan kisi difraksi. Dipili percobaan kisi difraksi karena variabel kesalaannya relatif lebi sedikit dibandingkan dengan eksperimen lainnya. Tujuan dari penelitian ini adala untuk membantu siswa sekola menenga/maasiswa dalam melakukan eksperimen efekfotolistrik, seingga dapat mengasilkan nilai konstanta Planck yang cukup baik (paling tidak mempunyai orde yang sama yaitu ) dengan menggunakan panjang gelombang filter warna. Hasil penelitian adala nilai panjang gelombang dari 3 filter warna (mera jingga dan ijau) dari sumber caaya lampu TL dan wolfram, karena filter warna lainnya seperti biru dan ungu tidak tampat asil difraksinya pada teleskop spectrometer meski tela menggunakan lampu dengan daya 100 watt. Nilai panjang gelombang filter mera untuk lampu TL 6.404x10-7 m dan lampu wolfram x10-7 m, filter jingga untuk lampu TL 6.065x10-7 m dan lampu wolfram 6.936x10-7 m, filter ijau untuk lampu TL 5.380x10-7 m dan lampu folfram x10-7 m. Dan setela diujicobakan pada eksperimen efekfotolistrik, untuk lampu TL diperole nilai konstanta Planck 5,1797x10-34 Js dan untuk lampu wolfram 4,5443x10-34 Js. Dengan demikian panjang gelombang filter warna mera, jingga dan ijau yang diperole masi belum tepat sesuai arapan, al ini disebabkan karena ada beberapa nilai panjang gelombang yang tidak terdeteksi pada teleskop spectrometer. Namun demikian nilai panjang gelombang tersebut masi dapat digunakan untuk digunakan dalam eksperimen efekfotolistrik karena nilai konstanta Planck yang diperole masi dalam orde Pendauluan Pada kegiatan eksperimen efekfotolistrik diperlukan beberapa sumber caaya monokromatis yang panjang gelombangnya tela diketaui, dan biasanya sumber caaya tersebut diperole dengan memberikan filter warna (mika transparan berwarna) pada sumber caaya karena muda diperole dan biayanya relatif mura. Namun kendala yang 4 Herwinarso, Tjondro Indrasutanto, G. Budijanto Untung adala Dosen Pendidikan Fisika di FKIP Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya Magister Scientiae - ISSN: X 49

2 dijumpai adala dalam menentukan nilai rata-rata panjang gelombang yang dominan untuk masing-masing filter warna, misalkan filter warna mera memiliki panjang gelombang berkisar antara 6470Å 8100 Å dan dalam eksperimen efekfotolistrik diperlukan satu nilai panjang gelombang pada warna mera, demikian pula untuk beberapa warna lainnya. Berdasarkan pengamatan peneliti, laboratorium Fisika yang ada di SMA maupun di perguruan tinggai banyak yang menggunakan lampu TL dan ada juga yang menggunakan lampu wolfram sebagai penerang ruangan. Seingga dalam melakukan eksperimen efekfotolistrik diperlukan nilai panjang gelombang yang cukup akurat seingga diperole asil yang akurat pula. Berdasarkan uraian di atas akan dilakukan penelitian untuk memperole nilai rata-rata panjang gelombang berbagai warna filter yang dominan dari sumber caaya lampu TL dan lampu Wolfram, dengan menggunakan spektrometer kisi difraksi. Dipili alat spektrometer dalam penelitian ini karena memiliki tingkat kesalaan yang relatif lebi renda dibandingkan dengan menggunakan peralatan lainnya yang ada di Laboratorium fisika WM. Dan keakuratan asil panjang gelombang yang diperole akan diuji dengan menggunakan eksperimen efekfotolistrik. Teori 1. Spekrometer Kisi Difraksi Kisi difraksi adala alat yang terdiri atas sejumla cela sejajar yang terpisa pada jarak yang sama. Dan jarak antara dua cela berturutan disebut konstanta kisi (d). Berdasarkan teori Huygens, apabila berkas caaya melewati suatu cela sempit maka semua titik-titik yang berada pada cela tersebut merupakan sumber gelombang caaya baru (gelombang sekunder). Difraksi merupakan interferensi dari sederet sumber titik yang memenui lebar cela. Gambar 1 Caaya dilewatkan pada cela sempit 50 Magister Scientiae - ISSN: X

3 Ada dua macam difraksi, yaitu difraksi Fraunofer dan difraksi Fresnel. Jika jarak cela ke layar cukup jau maka berkas-berkas caaya yang keluar dari cela ke layar dapat dianggap sejajar (liat Gambar 1), dinamakan difraksi Fraunofer. Diagram fasor superposisi gelombang sekunder di P dari titik-titik sepanjang lebar cela dapat diliat pada Gambar a, sedangkan di titik O dapat diliat pada Gambar b. (a) (b) Gambar Duagram fasor superposisi gelombang Beda fasa pada titik P antara gelombang yang berasal dari titik A dan titik B adala: p f = k Dr atau f = d sin q l... (1) Berdasarkan Gambar diperole amplitudo superposisi gelombang pada f titik P adala A = R sin. Jika amplitudo pada titik O adala A o maka diperole: f f R sin sin A = = Ao Rf f... () Dan perbandingan antara intensitas di titik P dan di titik O adala: æ f ö ç sin I = ç I o ç f è ø... (3) Agar intensitas pada layar sama dengan nol (Syarat agar terjadi minimum): Magister Scientiae - ISSN: X 51

4 sin f = 0 atau f = p, 4p,6p, (4) Berdasarkan Persamaan (1) dan (4) diperole persamaan: d sin q = n l, n = 1,,3, (5) n adala orde pola difraksi (= 0, ± 1, ±, ± 3,.....) Adapun Grafik ubungan antara intensitas teradap f dapat diliat pada Gambar 3. Gambar 3 Pola intensitas pada difraksi Persamaan (5) dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang caaya dengan menggunakan spekrometer kisi dfraksi, yaitu dengan mengukur q, dan konstanta kisi d yang tela diketaui. Gambar 4 sketsa eksperimen spekrometer kisi difraksi 5 Magister Scientiae - ISSN: X

5 . Efekfotolistrik Sifat dualisme caaya adala sifat caaya yang dapat dipandang sebagai gelombang dan sebagai partikel. Pada peristiwa efek fotolistrik anya dapat dijelaskan dengan memandang caaya sebagai partikel, di mana berkas caaya yang mengenai lempeng logam (katoda) dianggap sebagai aliran foton yang mempunyai energi : E = f. (6) Jika seberkas caaya dijatukan pada lempeng logam akan terjadi peristiwa tumbukan antara foton dengan elektron yang berada di dekat permukaan lempeng logam, dalam peristiwa tumbukan tersebut terjadi perpindaan momentum maupun energi. Sebagian energi (E) yang diberikan ole foton digunakan untuk melepaskan elektron ikatnya (E0) dalam struktur atom sisanya digunakan sebagai energi kinetik (Ek). E = E o + E k. (7) Berdasarkan al tersebut di atas, maka dapat disimpulkan bawa elektron anya dapat keluar dari lempeng logam apabila foton yang datang mempunyai energi yang lebi besar dari energi ikat elektron dalam struktur atomnya. Meskipun intensitas caaya diperbesar, elektron tidak akan keluar jika E < Eo. Apabila E = Eo, maka energi foton tepat akan mengeluarkan elektron dari logam dengan energi kinetik sama dengan nol, atau dengan kata lain energi foton tepat sama dengan fungsi kerja fotolistrik (energi ikat elektron dalam logam) dengan frekuensi batas f 0. Pada Gambar 5, elektron meninggalkan katoda dengan energi kinetik sebesar ½ mv. Jika beda potensial antara anoda dan katoda dibalik (katoda lebi positif dari anoda), maka gerakan elektron ole gaya medan listrik. Seingga dengan tegangan tertentu elektron tepat dapat dientikan ole gaya medan tersebut. Gambar 5 Rangkain eksperimen efekfotolistrik. Tegangan yang dapat mengentikan elektron dinamakan potensial pemberenti (V s ). 1 m v = ev s. (8) Dari Persamaan (7) dan (8) diperole: Magister Scientiae - ISSN: X 53

6 e f = fo + V s.. (9) Berdasarkan Gambar 6 (grafik di samping) tg a = atau e = etga. (10) Gambar 6 Grafik ubungan f dan Vs. : Tetapan Planck. e : Muatan elektron (1, C) V s : Potensial pemberenti. f : Frekuensi foton. f o : Frekuensi batas. Hasil dan Pembaasan Percobaan Spektrometer Kisi Difraksi Tujuan percobaan adala untuk menentukan nilai panjang gelombang dari berbagai warna dengan sumber caaya lampu TL dan lampu wolfram. Karena kepekaan alat spectrometer sangat terbatas maka setela dilakukan eksperimen anya diperole 3 panjang gelombang mera, jingga dan ijau, masing-masing untuk sumber caaya lampu TL dan lampu wolfram. Tabel 1. Hasil pengamatan panjang gelombang dengan eksperimen spektrometer kisi difraksi dengan lampu TL Tetapan kisi: d = 10-5 m Jumla Warna kiri kanan ϴ Filter yang n (ratarata) warna diasilkan derajat menit ϴ derajat menit ϴ mera Mera mera dan Jingga kuning 1 ijau Hijau Berdasarkan tabel 1 dan Persamaan 1 diperole nilai panjang gelombang dan frekuensi seperti yang ditunjukkan pada tabel. 54 Magister Scientiae - ISSN: X

7 Tabel. Nilai panjang gelombang dan frekuensi. Warna λ (m) f = c/ λ (ertz) Mera 6.404x x10 Jingga 6.065x x10 Hijau 5.380x x10 c merupakan cepat rambat caaya di udara (=3x10 8 m/s) Tabel 3. Hasil pengamatan panjang gelombang dengan eksperimen spektrometer kisi difraksi dengan lampu wolfram Tetapan kisi: d = 10-5 m Warna Jumla kiri kanan ϴ yang n (ratarata) Filter warna diasilkan derajat menit ϴ derajat menit ϴ 3 mera Mera mera dan 4 kuning Jingga ijau Hijau Sebagai acuan : Terang pusat derajat menit Berdasarkan tabel 3 dan Persamaan 1 diperole nilai panjang gelombang dan frekuensi seperti yang ditunjukkan pada tabel 4. Tabel 4. Nilai panjang gelombang dan frekuensi. Warna λ (m) f = c/ λ (ertz) Mera x x10 Jingga 6.936x x10 Hijau x x10 c merupakan cepat rambat caaya di udara (=3x10 8 m/s) Panjang gelombang yang diperole dari asil eksperimen spektrometer kisi difraksi seperti pada tabel 4. dan tabel 4.4, sesuai dengan yang ada pada buku acuan yaitu: - Panjang gelombang mera nm. - Panjang gelombang jingga nm. - Panjang gelombang ijau nm Magister Scientiae - ISSN: X 55

8 Percobaan Efekfotolistrik Tujuan percobaan adala untuk menentukan nilai konstanta Planck melalui grafik ubungan antara frekuensi caaya (f) dan potensial pemberenti (Vs). Pada percobaan ini akan digunakan panjang gelombang warna mera, jingga dan ijau asil eksperimen spectrometer kisi difraksi. Tabel 5 Hasil pengamatan eksperimen efekfotolistrik dengan menggunakan lampu TL sebagai sumber caaya. Warna λ (m) f = c/ λ (ertz) Vs (volt) Mera 6.404x x Jingga 6.065x x Hijau 5.380x x Berdasarkan tabel 5 diperole grafik ubungan antara frekuensi (f) dan potensial pemberenti (Vs). Gambar 7. Grafik ubungan antara frekuensi dan potensial pemberenti (lampu TL) 56 Magister Scientiae - ISSN: X

9 Berdasarkan persamaan pada Gambar 7, f = 3,0890x10 Vs +,905x10 dan Persamaan.5 e f = fo + V s diperole: Frekuensi batas logam alat efekfotolistrik =,905x10 Hz. Konstanta Planck: e = 3,0890x10, dengan e = 1,6x10-19 coulomb. = 5,1797x10-34 Js Tabel 6 Hasil pengamatan eksperimen efekfotolistrik dengan menggunakan lampu wolfram sebagai sumber caaya. Warna λ (m) f = c/ λ (ertz) Vs (volt) Mera x x Jingga 6.936x x Hijau x x Berdasarkan tabel 4.6 diperole grafik ubungan antara frekuensi (f) dan potensial pemberenti (Vs). Gambar 8. Grafik ubungan antara frekuensi dan potensial pemberenti (lampu wolfram) Magister Scientiae - ISSN: X 57

10 Berdasarkan persamaan pada Gambar 8, f = 3,509x10 Vs +,3058x10 dan Persamaan.5 e f = fo + V s diperole: Frekuensi batas logam alat efekfotolistrik =,3058x10 Hz. Konstanta Planck: e = 3,0890x10, dengan e = 1,6x10-19 coulomb. = 4,5443 x10-34 Js Nilai konstanta Planck yang diperole dari asil eksperimen efekfotolistrik tidak sama persis dengan nilai konstanta Planck yaitu 6,63x10-34 Js, al ini disebabkan karena adanya nilai panjang gelombang caaya datang belum tepat sekali dan adanya ketidakpastian dalam pengukuran. Penutup Tela dilakukan penelitian pengukuran panjang gelombang caaya dengan menggunakan eksperimen spectrometer kisi difraksi dan pemanfaatannya dalam eksperimen efekfotolistrik. Pada eksperimen spectrometer kisi difraksi diperole nilai panjang gelombang caaya mera, jingga dan ijau dari filter warna dengan lampu TL dan lampu wolfram. Untuk lampu TL, panjang gelombang caaya warna mera 6.404x10-7 m, warna jingga 6.065x10-7 m, dan warna ijau 5.380x10-7 m. Sedangkan untuk lampu TL, panjang gelombang caaya warna mera x10-7 m, warna jingga 6.936x10-7 m, dan warna ijau x10-7 m. Panjang gelombang yang diasilkan terletak dalam range panjang gelombang acuan, yaitu: ada pada buku acuan yaitu: panjang gelombang mera nm, panjang gelombang jingga nm, dan panjang gelombang ijau nm. Panjang gelombang yang diasilkan dari eksperimen kisi difraksi tela diimplementasikan dalam eksperimen efekfotolistrik, dan diperole nilai konstanta Planck = 5,1797x10-34 Js untuk sumber caaya lampu TL dan = 4,5443 x10-34 Js untuk sumber caaya lampu wolfram. Kedua nilai konstanta Planck tersebut belum sama persis dengan nilai konstanta Planck 6,63x10-34 Js, namun suda cukup baik mengingat adanya beberapa keterbatasan ketelitian alat dan ketidakpastian dalam pengukurannya. Dengan demikian nilai panjang gelombang yang diasilkan dari eksperimen spectrometer kisi difraksi dapat dimanfaatkan untuk eksperimen efekfotolistrik. 58 Magister Scientiae - ISSN: X

11 PUSTAKA Beiser, Artur. (00). Concept of Pysics Modern. Publiser: McGraw- Hill. Laboratorium Fisika (008). Modul Praktikum Fisika Lanjut. UKWMS. Surabaya. Tyler, Frank. (1977). A Laboratory Manual of Pysics. London: Edward Arnold. Magister Scientiae - ISSN: X 59