JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) ( X Print) 1. Konstanta Planck

Transkripsi

1 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) Konstanta Planck Puji Kumala Pertiwi, Fitriana, Prof. Dr. Darminto, M.Sc Jurusan Fisika,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 Indonesia Abstrak Percobaan konstanta planck yang sudah dilakukan. Percobaan ini memiliki tujuan untuk menentukan nilai konstanta planck dan untuk menentukan fungsi kerja suatu material. Peralatan dan bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu planck s constant experiment apparatus, tegangan AC 220 volt, dan filter warna (merah, kuning, hijau, biru). Percobaan ini menggunakan prinsip efek fotolistrik. Pada percobaan ini didapatkan nilai Vs(stopping potensial) yang nantinya digunakan untuk menentukan nilai konstanta Planck. Variasi pada percobaan ini yaitu intensitas (,2,3,4) dan sensitifitas sensitivitas (0, μa dan μa. Dari data percobaan yang telah dilakukan, dapat dihitung nilai dari Konstanta Planck dan nilai dari fungsi kerja. Dari hasil percobaan konstanta planck yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa nilai konstanta planck pada sensitivitas yang paling mendekati nilai konstanta planck sesungguhnya terjadi pada saat menggunakan intensitas cahaya 4 dan sensitivitas µa, yaitu 5,0 x Nilai rata rata fungsi logam yang digunakan adalah mendekati nilai logam perak 4,73eVdan mendekati logam platina 6,35eV. Error perhitungan konstanta planck secara percobaan dengan konstanta planck sebenarnya errornya adalah 0,94977 %. C Kata Kunci Cahaya, Fungsi Kerja, Konstanta Planck. I. PENDAHULUAN ahaya memiliki sifat dualisme yaitu pada saat tertentu dia bisa bertindak sebagai cahaya yang memiliki gelombang dan pada saat tertentu cahaya bertindak sebagai partikel. Cahaya memiliki banyak manfaat. Cahaya itu terdiri dari paket-paket kecil bernama foton. Cahaya memiliki energi. Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali yang dipengaruhi oleh cahaya matahari. Seperti saat kita menjemur pakaian cucian dimana ketika baju dikenai cahaya dia akan melepaskan elektron dan terjadi tumbukan elekton dan foton, disitulah terjadi efek fotolistrik. Maka dari itu kita akan belajar percobaan tentang konstanta planck. Fotolistrik disebabkan oleh elektron yang terpancar karena elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi. Energi elektron yang dibebaskan cahaya bergantung pada frekuensi cahaya tersebut. Cahaya itu terdiri dari gelombang elektromagnetik. Efek fotolistrik bermula dari gelombang cahaya membawa energi dan sebagian energi yang diserap oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu dan muncul kembali kembali sebagai energi kinetik. Efek fotolistrik tidak dapat ditafsirkan secara sederhana. Energi elektron yang dipancarkan disebut fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya. Berkas cahaya yang lebih kuat menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas cahay yang lemah meskipun memiliki frekuensi yang sama. Energi fotoelektron bertambah dengan bertambahnya frekuensi cahaya yang datang, tetapi bukan intensitasnya. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan energi fotoelektron maksimal. Cahaya biru yang lemah menimbulkan elektron dengan energi lebih tinggi daripada yang ditimbulkan oleh cahaya merah yang kuat, meskipun cahaya merah menghasilkan jumlah yang lebih besar. Hubungan antara energi fotoelektron maksimum Kmaks terhadap frekuensi dari cahaya yang datang dapat dinyatakan dalam bentuk Kmaks = h(v-vo) = hv hvo...() Vo adalah merupakan frekuensi ambang, frekuensi ambang tidak terdapat pancaran foto dan h merupakan tetapan yaitu h = 6,626 x 0-34 J.s...(2) Keping logam yang permukaannya mengalami iridasi yang dipakai sebagai anode. Sebagian dari fotoelektron yang muncul dari permukaan mengalami radiasi mempunyai energi yang cukup untuk mencapai katode walaupun muatannya negatif dan elektron itu membentuk arus yang dapat diukur oleh ammeter. Arusnya akan terhenti jika tidak ada elektron yang mencapai katode. Berikut adalah ilustrasinya []. Gambar. Contoh pengamatan efek fotolistrik Cahaya adalah partikel gelombang, gelombang menyebar dari suatu sumber. Energi yang dibawa cahaya terdistribusi kontinue keseluruh pola gelombang. Sedangkan menurut teorema kuantum, cahaya menyebar dari sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang terlokalisasi, masing-masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron. Teleskop dan mikroskop mudah menunjukkan detail gambar jika terdapat gelombang cahaya yang menyebar. Penghamburan cahaya oleh atmosfir bumi bergantung pada panjang gelombang cahaya untuk mennetukan spektrum warna tampak berkisar sekitar 400nm(ungu) sampai sekitar 750nm(merah). Huygen s berusaha menyatukan antara gelombang dan sinar [2].

2 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 2 Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan ikatan dinamakan fungsi kerja (ø) material. Cahaya terdiri dari foton memberi penjelasan untuk seluruh hasil eksperimen energi yang dibawa oleh foton diserap oleh elektron tunggal. Energi yang terserap oleh elektron tersebut dan energi ketika elektron tersebut terikat akan muncul sebagai energi kinetik elektron [3]. Sebuah benda tidak perlu sangat panas untuk bisa memancarkan gelombang elektromagnetik. Distribusi energi elektron yang dipancarkan ternyata tidak bergantung pada intensitas cahaya. Planck dapat menurunkan rumus yang menerangkan tentang radiasi spektrum, spektrum cahaya yaitu kecerahan relatif dari berbagai panjang gelombang yang ada. Rumusan planck adalah : E = hv...(3) Dimana h merupakan tetapan planck, nilainya adalah 6,626 x 0-34 J.s [4]. Stopping potensial adalah tegangan potensial penghenti. Dimana nilai tegangan yang menyebabkan elektron berhenti terlepas dari permukaan logam pada efek fotolistrik. Jika pada panjang gelombang dari spektrum menunjukkan peristiwa perlambatan pada salah satu dari elektron dan kehilangan energi tersebut serta energi tersebut teradiasi sebagai sebuah foton. Pada rangkaian efek fotolistrik terdapat tegangan, dimana kutub positif dihubungkan dengan kutub negatif. Maka terdapat nilai tegangan yang menyebabkan arus menjadi nol [5] II.METODOLOGI PERCOBAAN Peralatan dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah planck s constant experiment aparatus, power supply dan filter warna (merah, kuning, hijau dan biru). Langkah kerja pada percobaan ini adalah alat dan bahan disiapkan pastikan alat dan bahan dalam kondisi yang baik. Alat dirangkai sesuai gambar. Dipastikan ammeter dan voltmeter pada planck s constant experiment apparatus dalam posisi nol. Menghubungkan dengan tegangan listrik dan alat dinyalakan dengan memuat power switch pada posisi on (pilot lamp menyala), kemudian atur measure/calibration pada posisi measure dan inter/exter pada posisi inter. Memasukkan filter warna pada folter dan kemudian tutup kembali. Light adjusting dial diputar agar incandescent lampu menyala dan dicatat nilai arus pada amperemeter. Nodic voltage adjusting diputar ke kanan hingga beda potensial pada foto katoda naik sampai amperemeter menunjukkan angka nol dan mencatat besar potensial pada voltmeter. Dan percobaan diulangi untuk filter serta intensitas dan sensitifitas yang berbeda dan dicatat hasilnya. Setelah didapatkan hasil percobaan maka dilakukan pengolahan data yaitu menghitung frekuensi cahaya. Kemudian dibuat grafik antara frekuensi cahaya terhadap nilai tegangan yang didapatkan.dari grafik yang dibuat, akan didapatkan nilai regresi linier: y = mx + b...(4) yang digunakan untuk menghitung nilai konstanta planck dan fungsi kerja. Sumbu y pada grafik adalah nilai stopping potensial (V s ) sedangkan sumbu x adalah nilai frekuensi cahaya (f). Berdasarkan pada persamaan berikut: K maks = ev s...(5) Dan persamaan : K maks = hf - W...(6) Persamaan (5) disubstitusikan ke persamaan (6) ev s = hf W...(7) sehingga diperoleh persamaan: V s = f - W...(8) Persamaan ( 7) dan ( 8) ekivalen sehingga untuk mencari nilai konstanta planck ( h) dan fungsi kerja(w) dapat menggunakan persamaan: h = a.e (J.s)...(9) W = b (ev)...(0) Pada percobaan ini terdapat eror pada alat sebesar setengah dari skala terkecil pada voltmeter. Skala terkecil pada voltmeter adalah 0. sehingga eror alatnya sebesar ± Eror pada alat ini menyebabkan eror pada perhitungan. Untuk menghitung eror perhitungan, digunakan rumus: %.. () Pada percobaan ini dapat dijelaskan mengenai alat-alat yang akan digunakan seperti filter warna yang berfungsi sebagai alat untuk mengetes energi yang ada ketika diberi panjang gelombang yang berbeda, kemudian tegangan 220volt yang berfungsi sebagai pemberi beda potensial agar ada arus yang menggalir pada rangkaian, lalu ada Planck s constant experiment apparatus dan pada alat tersebut ada banyak macam tombol, seperti zero ADJ yang fungsinya untuk mengnolkan alat, Gain ADJ yang berfungsi sebagai ground, sensitivity berfungsi untuk memberikan variasi sensitivitas terhadap percobaan yaitu sebesar 0, dan µa, ada juga light ADJ yang fungsinya untuk memberi variasi intensitas cahaya, ada power yang berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan alat, ada tombol meas/calib yang berfungsi untuk mengukur dan mengkalibrasi, lalu INT/EXT untuk membaca filter warna yang dimasukkan pada folder inter, dan yang terakhir anode V. ADJ untuk mengnolkan arus agar besar tegangannya dapat diukur. Gambar 2. Alat percobaan konstanta planck

3 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 3 Disiapkan semua peralatan praktikum Merangkai alat Tegangan listrik dihubungkan Mengubah meas dan inter Filter warna dimasukkan Light adjusting dial diputar dan nilai arus dicatat Nodic voltage adjusting diputar dicatat nilai voltnya Diulangi dengan intensitas, sensitivitas dan filter warna yang berbeda Gambar 3. Flowchart langkah kerja III. PEMBAHASAN Dari percobaan konstanta planck yang telah dilakukan telah didapatkan hasil percobaan. Percobaan ini menggunakan variasi sensitivitas dan 0,, variasi intensitas yaitu intensitas, 2, 3 dan 4 dan juga menggunakan variasi filter merah, kuning, hijau dan biru. Dari percobaan ini data yang dihasilkan adalah arus dan tegangan. Berikut adalah tabel hasil percobaan : Tabel. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter merah dan menggunakan sensitivitas 0, 3 merah 2 0, , ,3 0 Tabel 2. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter kuning dan menggunakan sensitivitas 0,4 4 kuning 2 0, , ,62 40 Tabel 3. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter hijau dan menggunakan sensitivitas 0, ,49 6 hijau 3 0, ,6 32 Tabel 4. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter biru dan menggunakan sensitivitas 0, ,58 6 biru 3 0, ,98 37 Tabel 5. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter merah dan menggunakan sensitivitas 0, 0, ,35 2 merah 0, 3 0, ,62 30 Tabel 6. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter kuning dan menggunakan sensitivitas 0, 0,59 42 kuning 0, 2 0, , ,75 70 Tabel 7. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter hijau dan menggunakan sensitivitas 0, 0,6 3 hijau 0, 2 0, , ,9 66 Tabel 8. Data hasil percobaan saat menggunakan variasi filter biru dan menggunakan sensitivitas 0, 0,68 30 biru 0, 2 0, , Dari hasil analisis data di atas maka telah dilakukan perhitungan terhadap data yang diperoleh. Dan dilakukan perhitungan. Berikut adalah data panjang gelombang filter warna yang digunakan, Tabel 9. Panjang gelombang warna filter warna lamda (nm) rata2 (m) c (m/s) Freku ensi(0^ 4 Hz) merah kuning

4 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) hijau biru Kemudian dihitung frekuensi pada tiap sensitivitas dan tiap intensitas dengan merata-ratakan range panjang gelombang dan kemudian digunakan rumus berikut Frekuensi = C/ λ Contoh perhitungan : Frekuensi = / 0, = 4, Hasil-Hasil perhitungan dimuat dalam tabel-tabel sebagai berikut. Tabel 0. Saat menggunakan sensitivitas μa warna lamda (nm) rata2 (m) c (m/s) frekuensi (0^7 Hz) merah kunin g hijau biru Tabel. Saat menggunakan sensitivitas 0, μa warna lamda (nm) rata2 (m) c (m/s) frekuensi (0^7 Hz) merah kunin g hijau biru Dari hasil perhitungan maka dibuat grafik antara frekuensi terhadap tegangan hasil percobaan, dan dicari regresinya. didapatkan adalah arus dan tegangan. Percobaan yang dilakukan saat mengukur arus adalah menyalakan alat planck s constant experiment apparatus dengan menyambungkannya ke power supply kemudian jarum pada amperemeter dan voltmeter dalam posisi nol, mengubah variasi sensitivitas, intensitas dan filter warna dan mengubah menggunakan measuring dan enter. Kemudian amperemeter akan menunjukkan besar arus yang dihasilkan. Percobaan yang dilakukan saat mengukur tegangan adalah menyalakan alat planck s constant experiment apparatus dengan menyambungkannya ke power supply kemudian jarum pada amperemeter dan voltmeter dalam posisi nol, mengubah variasi sensitivitas, intensitas dan filter warna dan mengubah menggunakan measuring dan enter. Kemudian amperemeter akan menunjukkan besar arus yang dihasilkan. Lalu menggunakan zero adj agar sampai nilai arus nol maka disitulah didapatkan nilai tegangan. Kemudian dilakukan perhitungan frekuensi, frekuensi terbesar adalah saat menngunakan warna filter biru yaitu 6,35 x 0 7 dan frekuensi terkecil adalah saat menggunakan filter merah yaitu 4,36 x 0 7, jadi semakin besar nilai panjang gelombang warna cahaya maka frekuensi yang dihasilkan semakin kecil dan jika semakin kecil nilai panjang gelombang warna cahaya maka frekuensi yang dihasilkan semakin besar. Dari itu maka akan dihasilkan regresi dari grafik antara frekuensi terhadap tegangan yang dihasilkan. Regresi linier grafik tersebut adalah: y = 0,34x 0,4 dan a = 0,34; b = 0,4 nilai konstanta planck dapat dihitung dengan menggunakan persamaan, h = a.e h = (0,34x 0-7 ) x (0,4x 0-9 ) h = 2,4x 0-35 J.s faktor pengali 0-7 diberikan karena frekuensi yang digunakan dalam satuan 0 7 Hz. Sedangkan untuk menghitung fungsi kerja dapat menggunakan persamaan, W = b W = 0,4 W = 0,4 ev Untuk menghitung nilai eror perhitungan, digunakan persamaan : Gambar 4. Grafik intensitas sensitivitas Gambar grafik yang lainnya ada di halaman lampiran. Pada percobaan getaran teredam yang telah dilakukan yang memiliki tujuan untuk menentukan nilai konstanta planck dan untuk menentukan fungsi kerja suatu material. Dimana percobaan ini menggunakan variasi filter warna merah, kuning, hijau dan biru, menggunakan variasi intensitas, intensitas 2, intensitas 3 dan intensitas 4 dan menggunakan variasi sensitivitas μa dan 0,μA dan kemudian hasil yang Tabel 2. Hasil perhitungan konstanta planck beserta error Sensitivita Intensitas s h W(eV) eror average E , µa E E E µa E E

5 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) E E RATA-RATA 3.35E E-0 Dari tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai h yang mendekati konstanta planck sebenarnya adalah saat menggunakan intensitas cahaya 4 dan sensitivitas µa, yaitu 5,0 x Nilai rata rata fungsi logam yang digunakan adalah mendekati nilai logam perak 4,73eVdan mendekati logam platina 6,35eV. Error perhitungan konstanta planck secara percobaan dengan konstanta planck sebenarnya errornya adalah 0,94977 % IV. KESIMPULAN Dari hasil percobaan konstanta planck yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa nilai konstanta planck pada sensitivitas yang paling mendekati nilai konstanta planck sesungguhnya terjadi pada saat menggunakan intensitas cahaya 4 dan sensitivitas µa, yaitu 5,0 x Nilai rata rata fungsi logam yang digunakan adalah mendekati nilai logam perak 4,73eVdan mendekati logam platina 6,35eV. Error perhitungan konstanta planck secara percobaan dengan konstanta planck sebenarnya errornya adalah 0,94977 %. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium fisika modern, Fitriana yang telah bersedia membantu baik sebelum maupun pada saat percobaan hingga jurnal ini selesai ditulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada tim satu kelompok atas kerja samanya dalam melaksanakan praktikum ini, serta seluruh pihak yang terlibat dalam pembuatan laporan ini. DAFTAR PUSTAKA [] Beiser, Arthur Konsep Fisika Modern. Jakarta; Erlangga [2] Giancolli, Douglas 200. Fisika. Jakarta; Erlangga [3] Gautreau, Ronald Fisika Modern Jakarta ; Erlangga [4] Krane, Kenneth S,992. Fisika Modern. Jakarta; Erlangga [5] Savin, Gautreau, Schaum s Outline of Theory and Problem of Modern Physics, second edition. Jakarta ; Erlangga.

6 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 6 Referensi Fungsi Kerja Logam LAMPIRAN Referensi panjang gelombang cahaya Grafik perhitungan

7 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 7

8 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 8

9 JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No., (205) ( X Print) 9