EFEK FOTOLISTRIK
Heri
Setiawan, Alimuddin Hamsah P., Anuhgraini Jumaru, Nurfadia Adlina, Nurfitrah H,
Yuliastuti
Laboratorium Fisika Modern
Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak.
Telah dilakukan experimen dengan judul “Efek
Fotolistrik” yang bertujuan untuk mengamati perilaku cahaya sebagai
partikel menurut teori kuantum dan menentukan besarnya konstanta planck. Pengumpulan data dilakukan dengan cara mengamati
pengaruh intensitas cahaya terhadap perubahan arus yang terbaca pada perangkat
percobaan serta mengamati pengaruh frekuensi terhadap
potensial penghenti. Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa
intensitas cahaya tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap arus dan semakin besar frekuensi yang
diberikan, maka potensial penghenti juga semakin
meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa cahaya
berperilaku sebagai partikel sesuai dengan teori kuantum. Selain itu, dari
hasil experimen diperoleh nilai konstanta planck sebesar
. Nilai ini belum
menunjukkan kesesuaian dengan konstanta planck berdasarkan teori, yakni
sebesar
.
KATA KUNCI:
efek
fotolistrik, teori kuantum.
PENDAHULUAN
Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron
dari permukaan suatu logam ketika disinari oleh cahaya, ketika frekuensi cahaya
yang diberikan melewati frekuensi ambang logam tersebut. Gejala
ini pertama kali ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 ketika mendemonstrasikan
keberadaan gelombang elektromagnetik. Pada
alat eksperimennya yang terdiri atas sebuah antena pemancar gelombang (transmitter) dan penerima gelombang (receiver), Hertz mengamati bahwa
percikan bunga api yang timbul pada receiver
akan lebih mudah terjadi jika elektrode tempat terjadinya percikan bunga api
itu disinari dengan cahaya yang berasal dari percikan bunga api pada bagian
pemancar.
Sebelum
penemuan Hertz ini, efek fotolistrik pertama kali dijelaskan berdasarkan paham
cahaya sebagai gelombang bahwa adanya perubahan intensitas akan mempengaruhi
transfer energi dari cahaya ke elektron namun, kenyataannya berdasrkan hasil
eksperimen ditemukana danya fakta-fakta yang tidak dapat dijelaskan berdasarkan
paham tersebut, yang kemudian dijelaskan berdasarkan paham cahaya sebagai
partikel menurut teori kuantum, dimana meningkatnya frekuensi mempengaruhi
transfer energi dari cahaya ke elektron sedangkan intensitas cahaya tidak
berpengaruh.
Analisis semi-kuantitatif efek fotolistrik pertama kali
dilakukan oleh Philips Lenard pada tahun 1902. Dalam eksperimennya, Lenard
menggunakan sebuah tabung kaca yang divakumkan yang di dalamnya terdapat dua
buah elektrode. Satu dari elektrode ini disebut katode cahaya yang terbuat dari
bahan aluminium. Katode ini disinari dengan cahaya. Elektrode lainnya, disebut
anode, diberi potensial listrik U yang lebih negatif terhadap katode. Jika elektron
yang bermuatan negatif dapat melewati beda potensial antara kedua elektrode
ini, maka akan terdeteksi arus pada rangkaian luar tabung. Selanjutnya Einstein
dengan menggunakan gagasan kuanta Planck memberikan penjelasan teoritis
terhadap hasil pengamatan gejala fotolistrik.
Eksperimen ini selanjutnya dilakukan untuk mengamati
perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum dan menentukan besarnya
konstanta planck, melaui dua kegiatan. Kegiatan pertama dilakukan dengan
mengamati pengaruh intensitas cahaya yang diberikan terhadap perubahan arus
yang terbaca pada perangkat experimen efek fotolistrik yang diguanakan, untuk
kegiatan kedua dilakukan dengan mengamati pengaruh frekuensi terhadap potensial
penghenti.
Penentuan
nilai konstanta Planck dapat dilakukan dengan menggunakan teori Planck. Pada
dasarnya ponstulat yang dikemukan oleh Einstein yaitu cahaya terdiri atas
paket-paket energi atau foton yang bergerak dengan kecepatan cahaya, apabila
frekuensi cahaya adalah v maka energi foton adalah E = hv, dalam proses
fotolistrik satu foton diserap sepenuhnya oleh elektron pada permukaan logam.
Dari ponstulat einstein ini dapat menjadi referensi untuk mengukur konstanta
Planck.
TEORI
Pada experimen efek fotolistrik,
berkas cahaya ditembakkan ke permukaan logam yang diletakkan di dalam suatu
tabung vakum sehingga elektron terpencar keluar dari permukaan, Seperti
terlihat pada gambar berikut:
GAMBAR 1. Rangkaian experimen efek Fotolistrik
Di dalam emisi fotolistrik, cahaya yang menumbuk
sebuah benda menyebabkan elektron terlepas.
Model gelombang klasik meramalkan
bahwa ketika intensitas cahaya dinaikkan, amplitudo dan energi cahaya juga
bertambah. Hal ini akan menyebabkan semakin banyak fotoelektron energitik yang
dipancarkan. Akan tetapi, menurut teori kuantum, kenaikan frekuensi cahaya akan
menghasilkan fotoelektron dengan energi yang membesar, tidak bergantung pada
intensitas. Bila intensitas cahaya bertambah, jumlah elektron yang dipancarkan
juga bertambah.
Dengan menggunakan teori Planck,
Einstein menemukan gejala efek fotolistrik dengan persamaan:
dengan
=
energi kinetik maksimum (eV), dan
=
fungsi kerja logam (eV). Persamaan (1) memungkinkan pengukuran konstanta Planck
dengan analisis sebagai berikut. Cahaya dengan
energi
menabrak elektron katode di dalam tabung
hampa. Elektron memanfaatkan energi minimum
untuk melepaskan diri dari katoda, beberapa
elektron keluar dengan energi maksimum
.
Umumnya, elektron tersebut dapat mencapai anoda dan dapat diukur sebagai arus
fotoelektron. Akan tetapi dengan
menerapkan potensial balik Vs antara anoda dan katoda, arus
fotolistrik dapat dihentikan. Ekmax dapat ditentukan dengan mengukur
potensial balik minimum yang diperlukan untuk menghentikan fotoelektron dan
mengurangi arus fotolistrik hingga mencapai nol. Hubungan antar energi kinetik
dan potensial penghenti diberikan oleh:
Dengan mensubstitusi persamaan (2) ke dalam
persamaan (2) diperoleh persamaan Einstein,
Bila
dan
diplot, akan diperoleh grafik sebagai berikut:
|
Slope
=
|
|
(x
1014 Hz)
|
|
(volt)
|
GAMBAR
2.
Grafik hubungan potensial penghenti dengan frekuensi
Perpotongan kurva dengan
sama dengan
dan kemiringan kurva adalah
.
Dengan mengetahui nilai
,
konstanta
dapat ditentukan. Sedangkan perpotongan kurva
dengan sumbu
memberikan harga frekuensi ambang dan
perpotongan kurva dengan sumbu
dalam arah negatif memberikan harga fungsi
kerja dari katoda.
METODOLOGI
EKSPERIMEN
Alat dan bahan yang digunakan
pada eksperimen ini yaitu: perangkat pengukuran konstanta planck PC-101, dan 5
buah filter warna (merah, jingga, kuning, hijau, biru). Selain itu digunakan
tisu pada saat mengganti filter dalam eksperimen.
Metode penelitian dilakukan
dengan penyetelan perangkat pegukuran konstanta Planck PC-101 sebelum digunakan dengan mengatur posisi sumber cahaya
dari sensor sejauh 35 cm serta posisi pengali arus pada x0,01, selanjutnya
dilakukan dua kegiatan yaitu: untuk mengetahui pengaruh intensitas terhadap
arus dan untuk mengetahui pengaruh frekuensi terhadap potensial penghenti.
Kegiatan Pertama, untuk mengetahui pengaruh intentensitas
terhadap arus dilakukan dengan meletakkan filter biru pada jendela tabung
selanjutnya mengatur intensitas cahaya sampai terbaca arus pada layar, serta
mengukur potensial penghenti pada posisi tersebut. Setelah diperoleh potensial
penghenti pada posisi tersebut, selanjutnya mengatur potensial penghalang pada
tiga keadaan yaitu: potensial penghalang lebih kecil dari potensial penghenti
(V<Vs), potensial penghalang sama dengan potensial penghenti (V=Vs) dan
potensial penghalang lebih besar dari potensial penghenti (V>Vs), kemudian
menaikkan intensitas cahaya pada masing-masing keadaan serta mengamati
perubahan pada arus sehingga akan diperoleh tiga data.
GAMBAR 2. Perangkat experimen efek fotolistrik
Kegiatan Kedua, untuk mengetahui
pengaruh frekuensi terhadap potensial penghenti dilakukan dengan menganti
filter biru yang digunakan pada kegiatan pertama dengan filter merah menggunkan
tisu, selanjutnya mengatur potensial penghalang pada nilai nol dan mengatur
intensitas cahaya sampai terbaca arus pada layar serta megukur potensial
penghenti pada posisi tersebut. Kemudian menganti filter warna yang lain
(jingga, kuning, hijau, biru) dan mengulangi prosedur yang sama sehingga
diperoleh lima data.
HASIL EKSPERIMEN
DAN ANALISA DATA
Hasil Pengamatan
Kegiatan Pertama
TABEL 1. Hasil Pengamatan Pengaruh Intensitas Cahaya
terhadap Arus
|
Warna
Filter
|
Keadaan
|
Pengaruh
Intensitas Cahaya
|
|
Biru
|
V<Vs
|
√
|
|
V=Vs
|
-
|
|
|
V>Vs
|
-
|
Kegiatan Kedua
TABEL 2. Hasil Pengamatan Pengaruh panjang Gelombang terhadap
Potensial Penghenti
|
Filter
Warna
|
Panjang
Gelombang (nm)
|
Frekuensi
(x10-14Hz)
|
Potensial
henti (volt)
|
||
|
Merah
Jingga
Kuning
|
635
|
4,72
|
0,36
|
||
|
570
|
5,26
|
0,63
|
|||
|
540
|
5,56
|
0,75
|
|||
|
Hijau
|
500
|
6,00
|
0,89
|
||
|
Biru
|
460
|
6,52
|
1,05
|
||
Analisis
Data
GAMBAR 3. Grafik hubungan antara potensial penghenti dengan
frekuensi
Berdasarkan grafik di atas diperoleh,
dimana,
Menentukan
konstanta planck
Menetukan
fungsi kerja Wo
Pembahasan
Pada
percobaan kali ini yaitu Percobaan Efek Fotolistrik yang bertujuan untuk
mengamati perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum serta untuk
menentukan konstanta Planck. Dimana pada percobaan ini dibagi menjadi dua
kegiatan. Pada kegiatan pertama, dilakukan pengamatan pengaruh intensitas
cahaya terhadap kuat arus. Pada kegiatan ini terdapat tiga keadaan yang
berbeda, yaitu ketika potensial
penghalang dibuat lebih
kecil, sama besar, dan lebih besar dari potensial penghenti.
Berdasarkan hasil pengamatan terhadap ketiga keadaan tersebut diperoleh bahwa perubahan arus terjadi pada saat potensial penghalang
lebih kecil dari potensial penghenti (V<Vs) namun tidak terlalu signifikan,
sedangkan pada saat potensial penghalang sama besar dan lebih kecil dari
potensial penghenti
tidak ada perubahan arus. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan intensitas cahaya tidak mempengaruhi kenaikan
arus.
Sedangkan
untuk kegiatan kedua, dilakukan
pengamatan terhadap pengaruh frekuensi terhadap
potensial penghenti. Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa semakin
besar frekuensi yang diberikan maka semakin besar pula potensial penghentinya.
Berdasarkan
hasil analisis grafik dari data yang diperoleh pada kegiatan kedua, didapatkan nilai konstanta planck sebesar
. Nilai ini tidak
mendekati nilai konstanta planck secara teori, yakni sebesar
. Hal ini terlihat dari
%diff yang cukup tinggi
yaitu sebesar 8,99%. Sedangkan untuk nilai
fungsi kerja diperoleh
. Adanya perbedaan yang sangat jauh antara konstanta planck secara teori
dan yang diperoleh dari analisis grafik dipengaruhi dari perolehan data yang
didapatkan pada saat praktikum yang kurang akurat, karena disadari pada saat
pengambilan data tidak stabilnya tegangan sehingga lampu yang digunakan sering
tidak sesuai dengan yang diinginkan.
SIMPULAN
Berdasarkan
hasil experimen dapat disimpulkan bahwa cahaya berperilaku sebagai partikel
menurut teori kuantum. Hal ini terlihat dari tidak adanya perubahan arus yang
cukup signifikan akibat perubahan intensitas cahaya. Namun ketika frekuensi
dirubah, potensial penghentinyapun ikut berubah. Selain itu, penentuan
konstanta planck yang diperoleh berdasarkan hasil analisis grafik sebesar
tidak menunjukkan
kesesuaian dengan konstanta planck berdasarkan teori, yakni sebesar
.
REFERENSI
Beiser, Arthur. 2003. Concepts of Modern Physics –
Sixth Edition. McGraw-Hill. New York.
Subaer, dkk. 2014. Penuntun Praktikum Eksperimen
Fisika I Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.
Sutopo. 2005. Pengantar Fisika Kuantum. Jurusan
Fisika FMIPA UM. Malang.
0 komentar:
Posting Komentar