LEMBAR PENGESAHAN : EFEK FOTOLISTRIK STAMBUK : G Laporan ini telah diperiksa dan disetujui. Palu, Mei Mengetahui, Kordinator Asisten

Transkripsi

1 LEMBAR PENGESAHAN JUDUL NAMA : EFEK FOTOLISTRIK : NUR AFNI STAMBUK : G Laporan ini telah diperiksa dan disetujui Palu, Mei 2015 Mengetahui, Kordinator Asisten Asisten Sri Ayuni Basri Sri Ayuni Basri G G i

2 ABSTRAK Efek Fotolistik adalah satu dari gejala lepasnya elektron dari permukaan suatu benda. Bila seberkas cahaya (yang memenuhi syarat tertentu) jatuh pada permukaan suatu benda maka elektron-elektron pada permukaan benda itu akan terbebaskan dari ikatannya sehingga elektron-elektron tersebut terlepas. Percobaan efek fotolistrik dirancang untuk menentukan nilai fungsi kerja sel foto, konstanta Planck, dan tenaga kinetik maksimum fotoelektron. Melalui percobaan ini diperoleh nilai Konstanta Planck. Efek foto listrik sendiri merupakan peristiwa loncatan elektron dari suatu plat karena pegaruh cahaya yang datang. Dimana energi kinetik elektron dapat diketahui dari potensial penghenti melalui hubungan. Dengan hubungan energi kuantum Planck dapat diperoleh nilai tetapan Planck h. Melalui percobaan fotolistrik dapat pula diketahui bahwa laju pemancaran elektron dipengaruhi oleh intensitas cahaya namun tidak terpengaruh oleh panjang gelombang cahaya yang digunakan. Energi kinetik maksimum fotoelektron juga tidak tergantung intensitas cahaya, namun hanya bergantung pada panjang gelombangnya, dengan frekuensi dan energi kinetik berhubungan secara linear. Kata Kunci: Efek fotolistrik, Konstanta planck, Potensial pengganti ii

3 KATA PENGANTAR Tiada kata yang paling indah selain Alhamdulillah rabil alamin karena atas berkah dan hidayah-nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. Walaupun dalam penyusunan laporan ini, penulis mendapat cukup banyak kesulitan, tetapi berkat bantuan semua pihak dan izin Allah swt, akhirnya terselesaikan. Penulis juga menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan laporan ini masih terdapat banyak kekurangan oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan penulisan laporan selanjutnya. Akhirnya kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Palu, Mei 2015 Penulis iii

4 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN...i ABSTRAK...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Percobaan Manfaat Percobaan... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 3 BAB III METODOLOGI Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Prosedur Kerja...10 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengamatan iv

5 4,2 Pembahasan...16 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ANALISA DATA BIOGRAFI LAPORAN SEMENTARA KARTU KONTROL v

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 4.1 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 2 mm Gambar 4.2 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 4 mm Gambar 4.3 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 8 mm vi

7 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 2 mm Tabel 4.2 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 4 mm Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 8 mm vii

8 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Efek fotolistrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. radiasi yang dihasilkan oleh atom yang tereksitasi yang terdiri dari berbagai warna yang bersinambungan, yaitu ungu, biru, hijau, kuning, jingga, merah. Semakin besar panjang gelombang maka semakin kecil energinya, maka artinya sinar ungu mempunyai foton dengan energi terbesar, sedangkan sinar merah mempunyai foton dengan energi terkecil. Maka dari itu tujuan dilakukannya percobaan ini adalah untuk mengetahui karakteristik dan tegangan dari garis spektrum agar teori tentang materi ini lebih dipahami lagi saat melakukan percobaan. 1.2 Rumusan Masalah Bagaimana cara menentukan karakteristik arus dan tegangan dari garis spectrum? 1.3 Tujuan Percobaan Menentukan karakteristik arus dan tegangan dari garis spectrum. 1

9 1.4 Manfaat Percobaan Dapat menentukan karakteristik arus dan tegangan dari garis spectrum. 2

10 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Efek Fotolistrik Secara umum yang disebut efek fotolistrik adalah gejala yang bersangkutan dengan pengaruh penyinaran cahaya pada permukaan logam terhadap sifat-sifat kelistrikan logam. Pada efek fotolistrik, pengaruh cahaya terhadap sifat kelistrikan bahan bukan hanya disebabkan oleh sifat cahaya sebagi gelombang elektromagnetik, tetapi juga sifat cahaya sebagai pembawa tenaga. Meskipun gelombang elektromagnetik juga pembawa arus tenaga, namun hal ini tidak dapat digunakan untuk menjelaskan gejala fotolistrik. Albert Einstein mengemukakan hipotesa bahwa untuk menerangkan gejala efek fotolistrik cahaya harus dipandang pula sebagai pancaran unit-unit tenaga atau kuantum-kuantum tenaga yang disebut foton. Kemudian, muncullah istilah baru dalam ilmu fisika mengenai dualisme partikel gelombang (Soedojo, 1998). Sebelum Albert Einstein mengemukakan teorinya, pada tahun 1901 Planck telah mempublikasikan hasil penemuannya tentang hukum radiasi cahaya elektromagnetik. Planck mendapatkan bahwa kuanta yang berpautan dengan frekuensi tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan bahwa energi E ini berbanding lurus dengan v maka: E = h v (1) Dimana: 3

11 E = Energi Kuantum h = tetapan Planck (6,626 x 10 J.s) v = Frekuensi (Beiser, 1999). 1. Teori Kuantum Cahaya Cahaya merupakan frekuensi tertentu yang terdiri dari foton yang energinya berbanding lurus dengan frekuensi itu. Teori elektromagnetik cahaya dapat menerangkan dengan baik banyak sekali gejala, sehingga teori itu mengandung kebenaran. Namun teori yang berdasarkan kokoh ini tidak cocok untuk menerangkan efek fotolistrik. Dalam tahun 1905 Einstein menemukan bahwa paradoks yang timbul dalam efek fotolistrik dapat dimengerti hanya dengan memasukan radikal yang telah diusulkan lima tahun sebelumnya oleh fisika teoritis Jerman Max Planck (Halliday dan Resnick, 1996). Ketika itu Planck menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan benda mampat. Kita mengenal pijaran dari sepotong logam yang menimbulkan cahaya tampak, tetapi panjang gelombang yang lain yang tak terlihat maya juga terdapat. Sebuah benda tidak perlu sangat panas untuk dapat memancarkan gelombang elektromagnetik semua benda memancarkan energi seperti seperti itu secara kontinu tidak peduli seberapa besar temperaturnya. Pada temperatur kamar sebagian besar radiasiny6a terdapat inframerah dari spektrum, sehingga tak terlihat. Sifat yang dapat diamati dari radiasi benda hitam ini persamaan serupa itu akan ditemukan alasannya 4

12 (Halliday dan Resnik, 1996). Planck dapat menurunkan rumus yang dapat menerangkan radiasi spektrum ini (yaitu kecerahan relatif dari berbagai panjang gelombang yang terdapat) sebagai fungsi dari temperatur benda ytang meradiasikannya jika dianggap bawa radiasi yang dipancarkan secara diskontinu. Planck mendapatkan bahwa kuanta yang berpautan dengan frekuensi tertentu sebesar f dari cahaya, semuanyta harus berenergi samadan bawa energi ini E berbanding lurus dengan f. 2. Energi Foton Energi foton memberikan kita untuk mencari energi foton berfrekuensi f langsung dalam elektrovolt. Jika diberikan panjang gelombang λ sebagai ganti f, maka: f = (2) dengan: c = kecepatan cahaya (m/s) f = frekuensi (Hz (Tipler, 2001). 3. Panjang Gelombang Panjang gelombang adalah jarak di antara unit berulang dari gelombang, yang diukur dari satu titik pada gelombang ke titik yang sesuai di unit berikutnya. Sebagai contoh, jarak dari atas disebut puncak satu unit gelombang ke puncak berikutnya adalah satu panjang gelombang. Dalam notasi fisika, panjang gelombang sering ditunjuk oleh huruf Yunani lambda (λ). Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi 5

13 gelombang. Dengan kata lain, semakin pendek panjang gelombang, akan memiliki frekuensi yang besar. Sebuah gelombang merupakan energi yang bergerak melalui media. Di luar konteks fisika, gelombang laut adalah contoh yang sangat baik bagaimana gelombang bekerja. Kecuali jika jeda gelombang, tidak begitu banyak air yang bergerak seperti energi dalam air, yang menghasilkan gerakan naik-turun yang terlihat jauh dari pantai. Fisikawan mempelajari gelombang cahaya dan suara, serta jenis gelombang energi lain dan dalam konteks ini, panjang gelombang merupakan faktor penting untuk penentuan dan pertimbang. Gelombang cahaya yang hadir di sekitar kita, dalam rentang yang sangat besar panjang gelombang. Kisaran ini dikenal sebagai spektrum elektromagnetik, sebagian kecil dari yang dirasakan oleh mata kita disebut sebagai cahaya tampak. Cahaya dari matahari sebenarnya terdiri dari seluruh spektrum elektromagnetik. Apakah jenis tertentu dari cahaya terlihat oleh kita tergantung pada panjang gelombang. Jika gelombang cahaya memiliki panjang gelombang antara 400 dan 700 nanometer, maka akan terlihat dengan mata manusia. Di kedua sisi kisaran ini semakin pendek dan panjang gelombang semakin panjang. Sinar-X memiliki panjang gelombang yang sangat pendek sehingga mereka dapat melewati benda padat. Di ujung lain, beberapa gelombang radio memiliki panjang gelombang dari 1 mil (1,6 km) atau lebih. Suara adalah bentuk lain dari energi yang bergerak dalam gelombang. Gelombang suara yang mirip dengan gelombang cahaya, setidaknya dalam dua cara: bagaimana kita memandang mereka tergantung pada panjang gelombang mereka, dan ada banyak panjang gelombang yang terlalu pendek atau terlalu panjang bagi kita untuk melihat. Perbedaannya adalah bahwa kita biasanya 6

14 mendefinisikan suara dalam hal frekuensi gelombang, daripada panjang gelombang, tapi dua ini umumnya berhubungan erat, seperti yang sudah dibahas. Sebuah gelombang suara dengan gelombang panjang akan memiliki frekuensi rendah, dan kita mendengar gelombang ini sebagai suara bernada rendah. Suara bernada tinggi berasal dari gelombang dengan panjang gelombang pendek, dan karena itu frekuensi tinggi (Sucipto, 2010). 2.2 Interaksi Foton dengan Materi 1. Koefisien atenuasi Jika radiasi g atau radiasi-x menembus materi, maka akan terjadi interaksi dengan materi dan mengalami pengurangan energi. Atenuasi karena interaksi adalah proses pengurangan energi foton atau perubahan arah foton. Rasio atenuasi foton dalam materi yang tebalnya 1 cm disebut koefisien atenuasi (m). Pada umumnya, semakin besar energi foton, semakin besar juga nilai m-nya. Oleh karena itu, daya tembus foton dalam materi semakin besar bila panjang gelombangnya semakin pendek. Pada materi tertentu, koefisien atenuasi dapat disebut koefisien atenuasi massa ( berubah berdasarkan rapat jenis materi tersebut, ). Untuk materi tertentu, koefisien atenuasi massa yang hanya berhubungan dengan panjang gelombang foton, dan merupakan rasio atenuasi foton dengan luasan 1 cm 2 dan massa 1 g. 2. Efek fotolistrik 7

15 Peristiwa terlepasnya elektron orbital suatu atom karena interaksi dengan radiasi dinamakan efek fotolistrik. Elektron yang dilepaskan pada peristiwa tersebut disebut fotoelektron, dan energi geraknya adalah selisih antara energi ionisasi elektron orbital dan energi radiasi g. Pada saat energi radiasi g kecil, kebanyakan fotoelektron terlepas dengan arah tegak lurus pada arah radiasi, tetapi bila energinya besar maka fotoelektron terpancar ke arah depan dalam jumlah yang banyak. Secara teori, semakin besar ikatan antara elektron dan inti atom maka semakin besar persentase terjadinya efek fotolistrik; untuk elektron pada kulit K akan terjadi efek fotolistrik sebesar kirakira 80%. 3. Efek Compton Peristiwa terjadinya tumbukan antara foton dan elektron dalam suatu atom yang mengakibatkan sebagian energi foton menjadi energi gerak elektron dan sebagian energi hamburan foton disebut efek Compton. Bila energi foton cukup besar, efek Compton dapat terjadi pada elektron orbital yang energi ikatnya dapat diabaikan. Selanjutnya elektron dianggap sebagai elektron bebas, energi dan momentumnya sama besar sebelum dan sesudah bertumbukan. Dalam hal ini terjadi tumbukan elastis sempurna antara foton dan elektron. Koefisien atenuasi pada efek Compton ialah jumlah dari perbandingan energi gerak elektron antibonding dan perbandingan energi hamburan foton. Koefisien atenuasi pada efek Compton sebanding dengan nomor atom materi. 8

16 4. Produksi pasangan Pada waktu foton yang berenergi lebih dari 1,02 MeV menembus materi dan mendekati inti atom, karena pengaruh medan listrik yang kuat dari inti atom, foton berubah dan membentuk satu pasangan yaitu positron dan elektron yang masing-masing berenergi sebesar 0,51 MeV. Peristiwa ini disebut produksi pasangan. Energi sebesar 1,02 MeV ini disebut nilai batas ambang produksi pasangan. Jumlah koefisien atenuasi radiasi g pada produksi pasangan makin bertambah bersamaan dengan bertambahnya energi foton, di sisi lain juga sebanding dengan Z (Z+1) dari materi. Jumlah koefisien atenuasi efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan disebut koefisien atenuasi linear. Pada Gambar 5 diperlihatkan koefisien atenuasi foton oleh timbal (Susanto, 2013).. 9

17 BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Percobaan mengenai Efek Fotolistrik dilaksanakan pada : Hari/tanggal : Selasa, 21 April 2015 Pukul Tempat : WITA : Laboratorium Fisika Material Energi dan Instrumentasi Jurusan Fisika FMIPA UNTAD 3.2 Alat dan Bahan Adapun alat dan Bahan yang digunakan dalam percobaan yakni: 1. Optical Filters, Apertures, Caps dan Screws 2. Mercury Light Source Enclosure Base 3. Power Supply 4. Photoelectric Effect Apparatus 5. Filters : 365 nm, 405 nm, 436 nm, 546 nm, 577 nm 6. Apertures : diameter 2 mm, 4 mm., 8 mm 3.3 Prosedur Kerja a. Kalibrasi alat 1. Sebelum memulai, memastikan lubang lampu merkuri dan lubangphotodiode tertutup dan saling berjauhan. 10

18 2. Menyalakan power supply dan lampu merkuri, membiarkan lampu merkuri dipanaskanselama lebih dari 20 menit. Pada fotoelektrik apparatus menekan power pada posisi on. 3. Mengatur tegangan antara -2 sampai +2, memutar current ranges ke skala Untuk mengkalibrasi alat, mengatur arus (current ranges) menjadi nol. Caranya dengan melepaskan kabel A, K dan ground dari belakang panel photodiode. 5. Mengatur phototube signal pada posisi calibration dan putar current calibration hingga arus menjadi nol, kemudian tekan kembali phototube signal pada posisi measure. 6. Memasang kembali kabel A, K dan ground. b. Pengukuran (frekuensi tetap, intensitas berubah) 1. Membuka lubang photodiode tempatkan filter diameter 2 mm dan 436nm. 2. Membuka lubang lampu merkuri sehingga cahaya 436 nm menyinari katoda di dalam photodiode. 3. Memutar current ranges ke skala A. 4. Mengatur -20 sampai +30 V voltage adjust hingga arus bernilai nol. Mencatat tegangan dan arus pada table. 5. Menaikkan tegangan sedikit demi sedikit (misalnya 1 V), mencatat perubahan tegangan dan arus pada tabel. 11

19 6. Meneruskan pengukuran sampai tidak ada perubahan arus terhadap kenaikan tegangan. 7. Mengulangi langkah 1-5 dengan menggunakan filter berdiameter 4 mm dan 8 mm. 12

20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan a) Untuk Celah Diameter 2 mm dan Filter λ= 436 nm Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 2 mm λ=436 nm dan D= 2 mm Tegangan (V) Arus ( ) -1,0 7-0,8 11-0,6 18-0,4 23-0,3 28-0,2 31 0,1 44 0,3 53 0,5 61 0,6 66 grafik ,6, 66 Arus (A) Arus Tegangan(V) 13

21 Gambar 4.1 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 2 mm b). Untuk Untuk Celah Diameter 4 mm dan Filter λ=436 nm Tabel 4.2 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 4 mm λ=436 nm dan D=4 mm Tegangan (V) Arus (A) -0,6 3-0, , , , , , ,6 702 Tegangan (v) grafik 10, Arus (A) Arus (A) Gambar 4.2 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 4 mm 14

22 (c). Untuk Untuk Celah Diameter 8 mm dan Filter λ= 436 nm Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Untuk Diameter 8 mm λ=436 nm dan D=8 mm Tegangan (V) Arus (A) -1,7 0-1,0 4-0,7 15-0, , , , , , , Arus () Tegangan (v) Arus (A) Gambar 4.3 Karakteristik garis Spektrum dengan celah D = 8 mm 15

23 4,2 Pembahasan efek fotolistrik adalah gejala yang bersangkutan dengan pengaruh penyinaran cahaya pada permukaan logam terhadap sifat-sifat kelistrikan logam. Pada efek fotolistrik, pengaruh cahaya terhadap sifat kelistrikan bahan bukan hanya disebabkan oleh sifat cahaya sebagi gelombang elektromagnetik, tetapi juga sifat cahaya sebagai pembawa tenaga. Meskipun gelombang elektromagnetik juga pembawa arus tenaga, namun hal ini tidak dapat digunakan untuk menjelaskan gejala fotolistrik. Albert Einstein mengemukakan hipotesa bahwa untuk menerangkan gejala efek fotolistrik cahaya harus dipandang pula sebagai pancaran unit-unit tenaga atau kuantum-kuantum tenaga yang disebut foton. Pada percobaan ini menggunakan tiga buah celah yang berbeda, namun dengan celah dan panjang gelombang yang tetap. Fungsi dari celah tersebut adalah untuk menyaring panjang gelombang yang dihasilkan dari celah yang berbeda. Dari percobaan ini mendapatkan arus yang dihasilkan berbeda-beda dengan tegangan yang tetap. Hal ini disebabkan karena celah yang digunakan berbeda-beda. Dimana diameter celah mempengaruhi arus karna pada diameter celah tedapat hambatan dan yang mempengaruhi arus yaitu adanya perbandingan pada tengangan dengan hambatan yang terdapat pada diameter. intensitas cahaya yang dihasilkan berpangaruh pada tegangan yang diberikan apabila teganggan yang diberikan besar maka intensitas cahaya akan terang dan sebaliknya.serta Intensitas cahaya yang meksimal didapat pada celah 16

24 berdiameter 8 mm karena pada celah tersebut terjadi penyempitan celah sehingga cahaya di teruskan dan penyebarannya kecil. Pada percobaan ini didapatkan bentuk kurva karakteristik dari garis spektrum dengan celah yang berbeda. Dimana tegangan berbanding lurus dengan arusnya. Hal ini tergambarkan karena bila tegangan antara katoda dan anoda lebih besar daripada potensial penghalang, photocurrent akan meningkat dengan cepat dan akhirnya mencapai saturasi. Arus saturasi ini sebanding dengan intensitas cahaya. 17

25 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil percobaan yang sudah dilakukan didapatkan bahwa tegangan dan arus pada garis spectrum berbanding lurus pada keduanya. Dan diameter yang digunakan untuk setiap celah mempengaruhi intensitas cahaya yang dihasilkan. 5.2 Saran Sebaiknya pada saat praktikum berlangsung, alat yang dipergunakan berfungsi lebih baik, sehingga data yang diperoleh lebih akurat dan waktu yang dipergunakan menjadi lebih singkat. 18

26 DAFTAR PUSTAKA Anam, Choirul,dkk Buku Ajar Mata Kuliah. Fisika Nuklir. UNDIP. Semarang. Haliday dan Resnick Fisika jilid 2. Erlangga. Jakarta. Krane, Kenneth fisika modern. Universitas Indonesia. Jakarta. Sucipto, Getaran dan Gelombang. Jurusan Fisika. Universitas Sumatra Utara. Susanto, Efinda Efek Fotolistrik. Jurusan Fisika. Universitas Airlangga. Beisser, A., Applied Physics. McGraw-Hill, Inc. New York. 19