RANCANGAN VOLTMETER DIGITAL MENGGUNAAN ICL7107 DAN ANIMASI DENGAN 3DS-MAX 9 UNTUK ALAT PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK Proyek Akhir Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh ENDAH KURNIA NIM : 20207076 (Program Studi Pengajaran Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
ABSTRAK RANCANGAN VOLTMETER DIGITAL MENGGUNAAN ICL7107 DAN ANIMASI DENGAN 3DS-MAX 9 UNTUK ALAT PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK Oleh: Endah Kurnia NIM : 20207076 (Program Studi Pengajaran Fisika) Efek fotolistrik adalah sebuah fenomena alam yang sulit dijelaskan dengan konsep fisika klasik. Kesulitan dalam memahami konsep-konsep fisika yang bersifat abstrak dapat menurunkan motivasi belajar siswa SMA. Untuk membantu menjelaskan efek fotolistrik, dibuat peralatan praktikum efek fotolistrik yang dilengkapi dengan sebuah CD animasi. Peralatan praktikum ini dilengkapi dengan sebuah voltmeter digital yang dibuat dari ICL7107 dengan ukuran yang cukup kecil. Voltmeter ini dapat mengukur tegangan DC pada rentang 0-19.99 volt dan resolusi 0,01 volt. Rangkaian voltmeter memerlukan tegangan masukan 5 volt dan arus sekitar 25 ma. Telah dibuat CD animasi yang berisi penjelasan mengenai perkembangan penemuan efek fotolistrik, proses peristiwa efek fotolistrik, panduan percobaan dan animasi efek fotolistrik. Animasi dibuat menggunakan program 3D Studio Max 9 dan Macromedia Flash 8. Pengujian alat menunjukkan bahwa alat ini cukup baik untuk mendemonstrasikan fenomena efek fotolistrik. Dari data pengujian alat didapatkan hubungan linier antara energi kinetik elektron dengan frekuensi cahaya, ketidakbergantungan energi kinetik elektron terhadap intensitas cahaya dan kebergantungan arus elektron terhadap intensitas cahaya. Kata kunci: Efek Fotolistrik, Stopping Potensial, arus elektron, ICL7107, tabung vakum, logam emiter, katoda dan anoda
ABSTRACT DIGITAL VOLTMETER DESIGN USING ICL 7107 AND ANIMATION USING 3DS-MAX 9 FOR PHOTOELECTRIC EFFECT DEMONSTRATION APPARATUS by Endah Kurnia 20207076 (Program Studi Pengajaran Fisika) Photoelectric effect is a nature phenomenon that is hard to describe by classical physics. The difficulty of understanding abstract physics concepts could decrease high school students learning motivation. A photoelectric effect demonstration apparatus and an animation-cd (Compact Disc) have been made to increase the understanding of photoelectric effect phenomenon. The demonstration apparatus is equipped with digital voltmeter. The voltmeter is based on ICL7107 chip and it is quite small in size. It can measure DC voltage from 0 to 19.99 volt with a resolution of 0.01. The circuit should be supplied with a 5 voltage supply and consumes a current of around 25mA. The animation-cd contains a photoelectric developing history, photoelectric process, experiment guide and animation of photoelectric phenomenon. The animation was made with 3D Studio Max 9 and Macromedia Flash 8. This photoelectric apparatus has been tested and it can be concluded that the apparatus is good enough to describe the photo electric phenomenon. A linear function of kinetic energy of electron versus light frequency, independency of kinetic energy of electron to light intensity and the dependency of current to light intensity can be shown with this apparatus. Keywords: photoelectric effect, stopping voltage, current, ICL7107, vacuum tube, emitter, anode and cathode
RANCANGAN VOLTMETER DIGITAL MENGGUNAAN ICL7107 DAN ANIMASI DENGAN 3DS-MAX 9 UNTUK ALAT PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK Oleh ENDAH KURNIA NIM : 20207076 (Program Studi Pengajaran Fisika) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Dosen Pembimbing Tanggal 27 Februari 2009 (Maman Budiman, Dr.Eng) NIP: 131944841
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
Dipersembahkan kepada Yang telah memberikan segalanya Semoga penulis dapat memaknainya
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis sangat berterima kasih pada Bapak Maman Budiman,Dr.Eng sebagai Pembimbing, atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis ini. Terima kasih disampaikan kepada Mamah dan Bapak yang telah dengan sabar memahami proses yang dijalani Penulis. Juga kepada semua rekan-rekan yang sama-sama mengharapkan barokah atas terselesaikannya penelitian ini. Tidak lupa Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh staff akademis Prodi Fisika yang telah banyak membantu baik langsung maupun tidak langsung dalam proses pembelajaran selama ini. Semoga apa yang yang telah kalian semua berikan, menjadi amal shaleh dihadapan Allah dan menjadi suatu amal yang mampu mengundang hidayah Allah dalam kehidupan ini, amin. Jazakumullahu Khairan Katsiraan Ya Allah, letakanlah dunia ini di tangan kami, bukan di hati kami
DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACK ii LEMBAR PENGESAHAN.. iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS iv HALAMAN PERUNTUKAN.. v UCAPAN TERIMA KASIH.. vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR LAMPIRAN.. ix DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI.. x DAFTAR TABEL. xiii DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG xiv I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang. 1 1.2 Rumusan Masalah.. 1 Tujuan Penelitian 2 Ruang Lingkup Penelitian 2 1.3 Hipotesa. 2 1.4 Metode Penelitian.. 3 1.5 Sistematika Penulisan 3 II. Tinjauan Pustaka 2.1 Sejarah Efek Fotolistrik.. 5 2.2 Peristiwa Efek Fotolistrik.. 8 2.3 Light Emitting Diode (LED).. 11 III. Animasi dengan 3Ds-MAX dan Macromedia Flash 8... 17 IV. Voltmeter Digital dengan Menggunakan ICL7107. 27 V. Rancangan Alat Percobaan Efek Fotolistrik.. 34 5.1 LED sebagai Sumber Cahaya. 36 5.2 Phototube Jenis 1P39... 41
a. Logam Emitter (Katoda). 43 b. Logam Anoda.. 44 5.3 Rangkaian Current to Voltage Converter, Penguat dan Stopping Potensial. 45 5.5 Alat Ukur Arus Elektron dan Stopping Potensial 47 5.6 Kotak Tertutup..... 48 VI. Data dan Analisis Hasil Pengujian Alat.. 49 6.1 Hubungan Linier antara Frekuensi Cahaya dan Energi Kinetik Elektron. 49 6.2 Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Stopping Potensial dan Tegangan Keluaran... 51 VII. KESIMPULAN DAN SARAN.... 55 DAFTAR PUSTAKA..... 57 LAMPIRAN. 58
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data Sheet ICL7107... 58 Lampiran B Data Sheet IC7660... 74 Lampiran C Data Sheet LED... 88..
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1 Proses Pelepasan Electrón dari Atom Estela Menerima Energi Foton... 9 Gambar II.2 Energi Kinetik Electrón Berkaitan dengan Panjang Gelombang Foton... 9 Gambar II.3 Grafik Energi Kinetik terhadap frekuensi... 10 Gambar II.4 Ikatan Kovalen pada Silikon... 11 Gambar II.5 Semikonduktor Tipe N... 12 Gambar II.6 Semikonduktor Tipe P...12 Gambar II.7 Pita Energi dalam Semikonduktro... 13 Gambar II.8 Skema LED... 14 Gambar II.9 Merangkai LED.... 14 Gambar II.10 Rangkaian LED Seri...... 15 Gambar II.11 Rangkaian LED Paralel...... 16 Gambar III.1 Halaman Depan... 18 Gambar III.2 Menu Utama...... 18 Gambar III.3 Halaman Sejarah Efek Fotolistrik... 19 Gambar III.4 Peristiwa Efek Fotolistrik...... 20 Gambar III.5 Efek Fotolistrik pada Sebuah Atom... 21 Gambar III.6 Perbandingan Kecepatan Elektron untuk Panjang Gelombang Cahaya yang Berbeda-beda...... 21 Gambar III.7a Animasi Proses Pengukuran Stopping Potensial untuk Warna Biru... 23 Gambar III.7b Animasi Proses Pengukuran Stopping Potensial untuk Warna Hijau...... 23 Gambar III.7c Animasi Proses Pengukuran Stopping Potensial untuk Warna Kuning...... 23 Gambar III.7d Animasi Proses Pengukuran Stopping Potensial untuk Warna Merah... 23
Gambar III.8 Animasi Proses Pengukuran Stopping Potensial untuk Semua Warna...... 24 Gambar III.9 Animasi Perubahan Tegangan Keluaran terhadap Intensitas...... 25 Gambar III.10 Alat Praktikum Efek Fotolistrik... 26 Gambar IV.1 Skema Rangkaian Voltmeter Menggunakan ICL7107... 27 Gambar IV.2 Skema 1CL7107...... 28 Gambar IV.3 Rangkaian dalam ICL7107...... 30 Gambar IV.4 Analog to Digital Converter...... 30 Gambar IV.5a Seven Segment... 32 Gambar IV.5b Urutan LED Seven Segment... 32 Gambar V.1 Skema Rangkaian Alat Percobaan Efek Fotolistrik... 34 Gambar V.2 Filter untuk Empat Warna... 37 Gambar V.3 Skema monokromator... 37 Gambar V.4 Light Emitting Diodes...... 38 Gambar V.5 Grafik intensitas terhadap panjang gelombang untuk LED warna merah yang digunakan dalam percobaan... 39 Gambar V.6 Grafik intensias terhadap sudut penyebaran cahaya LED merah yang digunakan dalam percobaan... 40 Gambar V.7 Rangkaian LED untuk Percobaan Efek Fotolistrik... 40 Gambar V.8 Skema Phototube...... 42 Gambar V.9 Rangkaian penguat dengan Op Amp non Inverting... 45 Gambar V.10 Rangkaian Power Supply... 46 Gambar V.11 Voltmeter Menggunakan ICL7107... 47 Gambar V.12 Kotak Tertutup... 48 Gambar VI.1 Grafik Hubungan Linier Frekuensi terhadap Energi Kinetik Elektron... 50 Gambar VI.2 Grafik Hubungan Stopping Potensial terhadap LED Warna Biru...... 52 Gambar VI.3 Grafik Hubungan Stopping Potensial terhadap LED Warna Hijau... 52
Gambar VI.4 Grafik Hubungan Tegangan Keluaran terhadap LED Warna Biru...... 53 Gambar VI.5 Grafik Hubungan Tegangan Keluaran terhadap LED Warna Hijau... 53
DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Penjelasan 40 Pin ICL7107... 29 Tabel IV.2 Perubahan Sinyal BCD menjadi Kode untuk Seven Segment... 31 Tabel IV.3 Penjelasan Pin Seven Segment Common Anoda... 32 Tabel V.1 Nilai Frekuensi dan Panjang Gelombang Cahaya Tampak... 36 Tabel V.2 Jenis Filter dengan Panjang Gelombang Tertentu... 37 Tabel V.3 Data Sheet LED yang Digunakan dalam Alat Percobaan... 39 Tabel V.4 Data Fungsi Kerja Logam... 43 Tabel VI.1 Data 1 Pengujian Alat: Hubungan Linier antara Frekuensi dan Energi Kinetik Electrón.... 49 Tabel VI.2 Data 2 Pengujian Alat: Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Tegangan Stopping dan Tegangan Keluaran... 51.
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN E foton W o EK Nama Energi Foton Energi Ambang Logam Emiter Energi Kinetik elektron Pemakaian pertama kali pada halaman 7 7 7 h?? o? c R V S V L I e Konstanta Planck = 6,63.10-34 7 Frekuensi cahaya 7 Frekuenasi ambang 7 Panjang gelombang cahaya 10 Kecepatan cahaya 10 Habatan (resistansi) 15 Tegangan sumber 15 Tegangan LED 15 Arus 15 Muatan elektron = -1,6.10-19 C 36