PENGUKURAN KONSTANTA PLANCK DAN FUNGSI KERJA SUATU BAHAN DENGAN EKSPERIMEN EFEK FOTOLISTRIK Ardhy Purwo Nugroho, Alfan Sukrianda, Inda Karsunawati, dan SB. Widia Reza Laboratorium Fisika Radiasi, Departement Fisika, Fakultas Sains dan Terknologi, Universitas Airlangga Jalan Mulyorejo, Surabaya email : phy_ardhy@yahool.co.id ABSTRAK Telah dilakukan pengukuran konstanta planck dan fungsi kerja logam dengan eksperimen efek fotolistrik. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun menjadi sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat sel photo, sumber cahaya polikromatis, multimeter, dan galvanometer. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang 5769,89 Å; 5460,74 Å; dan 4347,50 Å pada intensitas yang berbeda, maka akan didapatkan nilai tegangan penghalang (V s ). Data tersebut kemudian dianalisis dengan menggunakan persamaan regresi untuk mendapatkan nilai konstanta planck dan fungsi kerja. Dari hasil pengukuran didapatkan nilai konstanta planck adalah 3,89 x 34 Js dengan persentase kesalahan ukur 50,36%, sedangkan fungsi kerja logam adalah 1,04 x 19 J. Selain itu, juga dilakukan pengukuran panjang gelombang dari filter berbahan plastik mika. Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan bahwa panjang gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau, dan kuning berturut turut adalah (3030 ± 361,4) nm, (856 ± 33,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan panjang gelombang plastik mika berwarna kuning paling tinggi dibandingkan plastik mika berwarna biru dan hijau. Kata Kunci: Cahaya, Efek Fotolistrik, Konstanta Planck, dan Fungsi Kerja Logam. PENDAHULUAN Efek fotolistrik merupakan suatu eksperimen yang menunjukkan bahwa suatu gelombang dapat bersifat sebagai partikel. Eksperimen ini bertujuan untuk membuktikan hipotesis Max Planck yang menyatakan bahwa energi yang dimiliki cahaya adalah terkuantisasi. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gejala efek fotolistrik ini dapat dijelaskan dengan baik oleh Einstein pada tahun 1905. Einstein mengembangkan hipotesis Max Planck kuantisasi energi. Dia menyatakan bahwa kuantisasi energi merupakan sifat dasar energi gelombang elektromagnetik. Pada eksperimen ini akan dilakukan pengukuran nilai konstanta planck dan fungsi kerja suatu bahan. Di samping itu, juga akan ditentukan nilai panjang gelombang dari bahan plastic mika berwarna. DASAR TEORI Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron dari permukaan suatu logam akibat adanya cahaya yang menyinari permukaan logam tersebut. Untuk melepaskan elektron diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya bergantung pada jenis/sifat logam tersebut. Tenaga minimal ini disebut work function atau fungsi kerja dari logam. Efek Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 1
fotolistrik dapat terjadi jika frekuensi foton (cahaya) lebih besar daripada frekuensi ambang dari suatu logam. Elektron yang terlepas memiliki energi kinetik sebesar Dengan e adalah muatan dasar, V adalah tegangan penghalang, h adalah konstanta planck, f adalah frekuensi foton, dan W adalah fungsi kerja logam. Energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tidak bergantung pada intensitas cahaya, tetapi hanya bergantung pada panjang gelombangnya, Energi kinetik ini bertambah secara linier terhadap frekuensi sumber cahaya. METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada 5 Desember 01 bertempat di Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Alat dan Bahan 1. Sel photovoltaic. Sumber Cahaya Polikromatis 3. Power supply 4. Filter atau diafragma a. Filter Hitam b. Filter dengan λ 1 = 5769,89 Å c. Filter dengan λ = 5460,74 Å d. Filter dengan λ 3 = 4347,50 Å 5. Plastik mika warna biru, hijau, dan kuning. 6. Multimeter dan Galvanometer Set Up Eksperimen Gambar 1 Susunan Alat Percobaan Efek Fotolistrik Prosedur Penelitian 1. Mengamati peralatan eksperimen fotolistrik sebelum menyalakan alat.. Menyalakan sumber cahaya, kemudian mengatur intensitas pada lampu. 3. Memasang filter hitam untuk kalibrasi (dilakukan setiap ganti filter), kemudian mengatur galvanometer dan multimeter dalam keadaan NOL. Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik
4. Mengambil filter hitam dan mengganti dengan filter lainnya dengan panjang gelombang berbeda dan plastic mika berwarna, kemudian mengatur galvanometer sehingga dalam keadaan NOL dan mencatat tegangan pada multimeter saat keadaan ini. 5. Mengulangi langkah 3 dan 4 dengan intensitas cahaya yang berbeda. HASIL PENELITIAN Tabel 1 Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (V s ) pada Berbagai Panjang Gelombang Panjang Gelombang λ (Å) 5769,89 5460,74 4347,50 Tegangan Intensitas Penghalang V s (Volt) 1 0,3 0.4 3 0,4 4 0,4 1 0,5 0,5 3 0,6 4 0,6 1 0,6 0,7 3 0,8 4 0,9 Tegangan Penghalang Rata Rata (Volt) 0,375 0,550 0,750 Tabel Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (V s ) pada Berbagai Plastik Mika Berwarna Warna Plastik Mika Biru Hijau Kuning Tegangan Intensitas Penghalang V s (Volt) 1 1,0 0,9 3 1,1 4 1, 1 1,0 1,0 3 1,1 4 1, 1 0,6 0,9 3 1,1 4 1,3 Tegangan Penghalang Rata Rata (Volt) 1,050 1,075 0,975 Keterangan: Percobaan pada intensitas 1 dilakukan oleh praktikan Inda Karsunawati. Percobaan pada intensitas dilakukan oleh praktikan SB. Widia Reza. Percobaan pada intensitas 3 dilakukan oleh praktikan Ardhy Purwo Nugroho. Percobaan pada intensitas 4 dilakukan oleh praktikan Alfan Sukrianda. Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 3
ANALISIS DAN PEMBAHASAN Analisis Perhitungan 1. Menentukan Frekuensi dari Berbagai Panjang Gelombang Persamaan yang digunakan adalah Berdasarkan persamaan di atas dapat ditentukan frekuensi dari berbagai panjang gelombang. Adapun hasil perhitungannya adalah sebagai berikut: a. λ = 5769,89 Å b. λ = 5460,74 Å c. λ = 4347,50 Å. Menentukan Konstanta Planck dan Fungsi Kerja No 1 0,375 0,1 0,550 0,30 3 0,750 0,563 Σ 1,675 1,006 Menentukan Persamaan Regresi: n xy x y m n x x m 3(,16 3(4,79 ) 8 (17,59 ) (17,59 )(1,675) ) m 1,0 4,96 8 m.056 15 Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 4
n x n x y x x xy n (4,79 8 )(1,675) 3(4,79 8 (17,59 )(,16, ) (17,59 ) ) 3,19 n 4,96 n 0,64 8 8 Jadi, persamaan regresinya adalah Dengan menghubungakan persamaan regresi dengan persamaan energi kinetik elektron, dapat ditentukan konstanta planck dan fungsi kerja sebagai berikut: Konstanta Planck Adapun konstanta planck berdasarkan literatur adalah 6,66 34 Js (Halliday, 1986). Dengan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil literatur tersebut, maka dapat diketahui persentase kesalahan ukur sebesar 50,36 %. Fungsi Kerja 3. Menentukan Panjang Gelombang dari Plastik Mika Berwarna Persamaan yang digunakan adalah Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 5
a. Plastik mika berwarna biru λ = (3030 ± 361,4) nm b. Plastik mika berwarna hijau λ = (856 ± 33,7) nm c. Plastik mika berwarna kuning λ = (3708 ± 535,8) nm Pembahasan Eksperimen efek fotolistrik ini bertujuan untuk menentukan nilai kontanta planck dan fungsi kerja suatu bahan. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun menjadi sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat komponen-komponen yang telah disebutkan pada alat dan bahan. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan mengatur intensitas cahaya yang digunakan, maka akan didapatkan nilai tegangan penghalang (V s ). Dengan mengganti filter cahaya yang digunakan, maka akan diperoleh data tegangan penghalang yang besarnya berbanding terbalik dengan besarnya panjang gelombang. Dengan kata lain, semakin besar panjang gelombang yang digunakan, semakin rendah tegangan penghalang yang dihasilkan. Hal ini dapat dijelaskan bahwa energi kinetik elektron yang dipancarkan sebanding dengan besarnya tegangan penghalang yang dihasilkan. Besarnya tegangan penghalang ini tidak dipengaruhi oleh intensitas, melainkan sebanding dengan frekuensi cahaya yang digunakan. Besarnya frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Hubungan antara frekuensi dan tegangan penghalang akan membentuk kurva dengan persamaan y = mx n, dengan m = h / e dan n = W / e. Berdasarkan persamaan tersebut dapat diketahui besarnya konstanta planck dan fungsi kerja logam. Adapun hasil perhitungan konstanta planck adalah 3,89 x 34 Js, sedangkan fungsi kerja logam adalah 1,04 x 19 J. Persentase kesalahan ukur pada pengukuran konstanta planck adalah 50,36%. Hal ini menunjukkan bahwa hasil pengukuran kurang akurat dan selisihnya jauh dari literatur. Ada beberapa hal yang memengaruhi ketidakakuratan hasil pengukuran tersebut, diantaranya adalah: 1. Ruang yang digunakan (Alat percobaan fotoelektron) kurang hampa sehingga memungkinkan elektron kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekulmolekul udara sehingga pada saat elektron sampai pada potensial penghalang energinya telah berkurang. Karena energi tersebut berkurang maka nilai tegangan penghalang (V s ) juga akan berkurang.. Kalibrasi alat mungkin kurang bagus. 3. Adanya faktor human error sangat mungkin mempengaruhi dalan eksperimen ini, salah satu diantaranya adalah dalam pembacaan alat. Dalam pembacaan alat mungkin nilai yang tertera belum benar. Selain itu, juga dilakukan pengkuran besarnya panjang gelombang dari filter yang berbahan dasar plastik mika. Berdasarkan hasil perhitungan menunjukkan bahwa panjang gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut turut adalah (3030 ± 361,4) nm, (856 ± 33,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan bahwa plastik mika berwarna kuning memiliki panjang gelombang yang paling tinggi. Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 6
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Konstanta planck adalah 3,89 x 34 Js dengan persentase kesalahan ukur 50,36%.. Fungsi kerja Logam adalah 1,04 x 19 J. 3. Panjang gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut turut adalah (3030 ± 361,4) nm, (856 ± 33,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Saran Diperlukannya penelitian lanjutan dengan memperbanyak variabel variabel penelitian agar memperoleh banyak variasi data sehingga dapat meningkatkan keakuratan hasil pengukuran. DAFTAR PUSTAKA Dosen Fisika Radiasi. 011. Buku Petunjuk Fisika Eksperimental. Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya Halliday, Resnick. 1986. Fisika Jilid Edisi Ketiga. Diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga Pranoto, Awal Setyo. 011. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya Ayu. 0. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 7
TENTANG PENULIS Nama : Ardhy Purwo Nugroho TTL : Kediri, 6 April 199 Jenis Kelamin : Laki laki Alamat : Desa Kedungmalang, Papar, Kediri Jurusan : S1 Fisika Fakultas : Sains dan Teknologi Perguruan Tinggi : Universitas Airlangga Email : phy_ardhy@yahoo.co.id No. Hp : 0857358705 Penghargaan yang pernah diraih: 1. Peraih medali emas bidang PKMT (Program Kreativitas Mahasiswa-Penerapan Teknologi) dalam ajang PIMNAS yang diselenggarakan oleh Dikti pada 9 13 Juli 01 di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.. Juara I Mawapres Semester 5 Tingkat Fakultas Sains dan Teknologi pada Oktober 01 Pengalaman Organisasi: 1. Kepala Departemen Scientist Development JIMM Periode 01.. Staf Bidang Penalaran, Himpunan Mahasiswa Departemen Fisika periode 01. 3. Staf Departemen Syiar PU JIMM Periode 011. Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik 8