4B - 63 - Salma Anditha - Laporan Akhir Praktikum Kostanta Planck [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum Fisika Lanjutan “Konstanta Planck”



Oleh: Salma Anditha(11200163000063) Kelas 4B 1. 2. 3. 4.



Frischa Maulida A Khalisal Amal Muna Dhurrotun Faiqoh Nur Aulyatun Hasanah



(11200163000048) (11200163000050) (11200163000054) (11200163000059)



9 JUNI 2022



PROGRAM STUDI TADRIS FISIKA FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA



KONSTANTA PLANCK A. TUJUAN PRAKTIKUM 1. Menganalisis prinsip efek fotolistrik. 2. Mengamati nilai konstanta planck yang dihasilkan secara praktikumn dan teori. 3. Menganalisis pengaruh frekuensi cahaya terhadap tegangan pada eksperimen konstanta planck. 4. Menganalisis pengaruh fungsi kerja logam terhadap efek fotolistrik yang dihasilkan pada eksperimen konstanta planck. B. DASAR TEORI Pada tahun 1900, ahli fisika Jerman Max Planck berhasil mendapat rumus yang bisa memprediksi data percobaan yang sudah ada. Dia mengusulkan gagasan yang sangat radikal: bahwa setiap kali dipancarkan, cahaya muncul dalam bentuk dengan jumlah tertentu-suatu "kuantum"-energi, yang berhubungan dengan frekuensi cahaya tersebut. Semakin cepat medan elektromagnetik berosilasi, semakin banyak energi yang dimiliki oleh tiap pancaran. Dalam prosesnya, Planck terpaksa mendefinisikan satu parameter dasar alam, yang kemudian dikenal sebagai konstanta Planck dan dituliskan dengan notasi h. Besar energi suatu kuantum cahaya berbanding lurus dengan frekuensinya, dan konstanta Planck adalah konstanta proporsionalitasnya: energi suatu kuantum cahaya adalah frekuensi dikalikan dengan konstanta Planck h. Sering sekali kita menggunakan versi lainnya yang kita sebut h, dibaca "h-bar", yang merupakan konstanta Planck yang asli tapi dibagi dengan 27. Kemunculan konstanta Planck dalam persamaan adalah sinyal bahwa mekanika kuantum sedang bekerja di balik layar. (Carroll, 2021). Penemuan konstanta Planck menunjukkan cara baru untuk memikirkan berbagai dimensi fisika, misalnya energi, massa, panjang, atau waktu. Energi diukur dalam satuan seperti erg atau joule atau kilowatt-jam, sedang frekuensi diukur dalam satuan 1/waktu, karena frekuensi memberitahu kita berapa kali sesuatu terjadi dalam waktu tertentu. Untuk membuat energi proposional dengan frekuensi, konstanta Planck harus memiliki satuan energi kali waktu. Planck kemudian sadar bahwa kuantitas yang baru itu bisa dikombinasikan dengan konstanta dasar lainnya-G, konstanta gravitasi Newton dan c, kecepatan cahaya-untuk mendefinisikan panjang, waktu, dan besaran lainnya dengan cara yang universal. Panjang Planck sekitar 10 sentimeter, sedangkan waktu Planck adalah 10



detik. Panjang Planck sangat kecil, tapi mungkin saja memiliki arti yang signifikan untuk kita, sebagai skala di mana mekanika kuantum (h), gravitasi (G), dan relativitas (c) menjadi sama pentingnya. (Surya, 2012). Planck menemukan bahwa ukuran kuanta berbeda dalam perbandingannya dengan frekuensi radiasi. Ia mengungkapkan hal ini dalam rumusnya yang terkenal: 𝐸 = ℎ𝑣 Di mana E adalah nilai energi kuantum, dan v adalah frekuensi radiasi. h adalah konstanta fundamental yang sekarang dikenal sebagai konstanta Planck. Konstanta fundamental adalah kuantitas fisik, yang dapat diungkapkan sebagai bilangan, dan selalu sama untuk setiap kondisi di mana pun di jagat raya ini. Contoh konstanta fundamental yang lain adalah kecepatan cahaya. Konstanta Planck sejak saat itu dihitung mempunyai nilai 6,626176 x 10-34 joule. Suatu jumlah yang sangat kecil, dalam kenyataan hampir nol. Tetapi fakta bahwa nilainya lebih dari nol berarti bahwa kuanta frekuensi tinggi membutuhkan lebih banyak energi, yang dengan demikian menyelamatkan kita dari bencana ultraviolet. (Strathern, 2003). Penjelasan Einstein atas efek fotolistrik, seperti biasa, tidak terduga. Ia menggagas teori mengenai cahaya yang jatuh ke permukaan logam dalam bentuk kuanta yang kini disebut foton. Cahaya berwarna tertentu tersusun dari foton-foton yang semuanya berenergi sama. Paket-paket kecil energi ini ditentukan oleh persamaan Planck. Jadi, ketika tiap foton memberikan energinya kepada sebuah elektron maka tiap elektron berenergi sama. Cahaya yang terang benderang memang membawa energi lebih besar, tetapi hal itu hanya karena cahaya tersusun dari jumlah foton yang lebih besar. Tiap foton masih tetap memberikan tumbukan yang sama terhadap permukaan logam. Namun karena cahaya biru berfrekuensi lebih tinggi daripada cahaya merah, tiap foton cahaya biru memberi tumbukan yang lebih keras terhadap permukaan logam dari pada foton cahaya merah. Karenanya, elektron-elektron yang dibebaskan oleh cahaya biru membawa energi lebih banyak daripada elektron-elektron yang dibebaskan cahaya merah, bahkan bila pada saat percobaan kita menggunakan cahaya biru redup dan cahaya merah terang. (Gribbin, 2005). Pada suatu kondisi akan ditemukan besar potensial penghenti (stopping potensial) yang dapat membuat elektron terhenti untuk mencapai anoda, yang dicirikan dengan tidak adanya arus yang mengalir melalui amperemeter. Beda potensial V dinamakan potensial



penghenti, jika pada tegangan tersebut arus fotolistrik menjadi nol. Energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan peka cahaya yang diberi beda tegangan Vantar elektodanya yaitu sebesar. 𝐸𝐾 = 1/ 2 𝑚𝑣 2 = 𝑒𝑉0 Keterangan : Ek: Energi Kinetik elektron-foton (Joule/eV) m: Massa elektron (kg) v: Kecepatan elektron (C) V0: Potensial penghenti (Volt) Beberapa pengamatan mengenai efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan menggunakan teori fisika klasik sebagai berikut: 1. Ternyata bahwa Ek maks = e V0 tidak bergantung pada intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya dinaikkan, maka nilai V0 tidak akan bertambah. 2. Ternyata V0 atau Ek maksimum bergantung pada frekuensi cahaya yang dijatuhkan pada material peka cahaya. 3. Millikan mengamati ternyata bahan untuk material katoda yang berbeda ada suatu harga frekuensi (f) tertentu (frekuensi potong), ketika efek fotolistrik tidak lagi terjadi jika digunakan cahaya yang frekuensinya lebih kecil daripada frekuensi tersebut. (Sani & Kadri, 2017) C. ALAT DAN BAHAN No 1.



ALAT DAN BAHAN Catu daya Ac 12 volt 1 set



2.



Electrometer amplifier



GAMBAR



FUNGSI Sumber tegangan



Menaikan tegangan



3.



Multimeter analog



Mengukur tegangan



4.



Kabel adaptor



Menurunkan tegangan



5.



1 set peralatan konstanta planck



Menghasilkan memancarkan hasil dari spectrum cahaya



6.



Saklar



Penyambung aliran listrik



7.



Lampu spectrum warna



Sumber spectrum warna



8.



Kabel penghubung



Menghubungkan alat satu dengan yang lainnya



9.



Kapasitor 100pf/630V



Mengosongkan muatan



D. LANGKAH KERJA



NO 1.



2.



GAMBAR



LANGKAH KERJA Alat dan bahan di susun terlebih dahulu



Kabel Catu daya dan Kabel Adaptor di sambungkan ke saklar



3.



Saklar ON/OFF pada catu daya di tekan ke opsi ON



4.



Kabel penghubung di hubungkan ke pada 1 set konstanta planck



5.



Dipasang juga kabel penghubung ke multimeter dan satu lainnya di sambungkan ke amplifier



6.



Kabel hitam yang terhubung kepada 1 set konstanta planck dipasang ke amplifier



7.



Difokuskannya satu warna dari setiap warna dan digunakannya kertas



8.



Ditutupnya penutup set konstanta planck agar tidak ada cahaya lain yang masuk



9.



Dilakukannya



pengosongan



dengan



di



tekannya bagian atas kapasitor, dilihat nya angka yang terukur pada multimeter untuk tegangan yang terukur dari setiap spektrum warnanya. 10.



Dilakukannya percobaan sebanyak 5 kali dengan spektrum warna yang berbeda, yaitu merah, kuning, hijau dan ungu. Hasil tegangan yang



terukur



dicatat



pada



lembar



data



percobaan E. DATA PERCOBAAN NO



WARNA



1 2 3 4 5



Merah Kuning Hijau Biru Ungu



TEGANGAN (Volt) 1 0,06 V 0,1 V 0,3 V 0,2 V 0,56V



2 0,06 V 0,09 V 0,36 V 0,2 V 0,58 V



3 0,06 V 0,09 V 0,4 V 0,21 V 0,58 V



4 0,06 V 0,1 V 0,38 V 0,23 V 0,58 V



5 0,06 V 0,09 V 0,38V 0,23 V 0,58 V



F. PENGOLAHAN DATA 1. Gunakan metode kuadrat terkecil/regresi linier untuk pengolahan data dengan model:



𝑉=



h e



f+



𝑦=𝑏𝑥+



W e



Substitusi nilai, maka:



y=140 , 535 x+(−80,3506)



2. Buatlah tabel pengolahan data sebagai berikut: NO



WARNA



1 2



Merah Kuning



TEGANGAN (Volt) 1



2



3



4



5



0,06 V 0,1 V



0,06 V 0,09 V



0,06 V 0,09 V



0,06 V 0,1 V



0,06 V 0,09 V



3 4 5



No Merah Kuning Hijau Biru Ungu 



Hijau Biru Ungu



f (Hz) 4.20E+14 5.17E+14 5.66E+14 6.37E+14 7.28E+14 2.87E+15



0,3 V 0,2 V 0,56V



U (Volt) 0.06 0.094 0.364 0.214 0.572 1.304



0,36 V 0,2 V 0,58 V



f^2 (Hz) 1.76E+29 2.67E+29 3.20E+29 4.06E+29 5.30E+29 1.70E+30



0,4 V 0,21 V 0,58 V



U^2 (Volt) 0.0036 0.008836 0.132496 0.045796 0.327184 0.517912



0,38 V 0,23 V 0,58 V



f.U 2.52E+13 4.86E+13 2.06E+14 1.36E+14 4.16E+14 8.33E+14



3. Menghitung Koefisien regresi a, b dan r Regresi a a=¿ ¿ a=



(1,304 ) (1,699 )−( 2,868 ) ( 8,325 ) 5 ( 1,699 ) (2,868 )2 a=



21,660604 0,269576



a=−80,3506



Regresi b b=n ¿ ¿ b=



5 ( 8,325 )−(2,868)(1,304) 5(1,699)(2,868)2 b=



37,8885128 0,269576



b=140,535



Regresi r r =n ¿ ¿



r=



5 ( 8,325 )− (2,868 )( 1,304 )



√ [ 5 ( 1,699 ) ( 2,868 ) ][ 5 ( 0,517 )( 1,304 ) ] 2



r=



37,885128 √ 0,2384626



r=



37,885128 0,48832



2



0,38V 0,23 V 0,58 V



r =77,582



4. Gambar grafik hasil pengukuran dengan skala yang proporsional yang terdiri dari plot data mentah hasil pengukuran dan grafik persamaan garisnya. Beri judul dan keterangan pada setiap sumbu beserta satuannya.



Tegangan (Volt)



Grafik hubungan antara tegangan dengan frekuensi cahaya 0.7 0.6 0.5 f(x) = 1.54590848277929E-15 x − 0.625933105722202 0.4 R² = 0.735288170009835 0.3 0.2 0.1 0 4.00E+14 5.00E+14 6.00E+14 7.00E+14 8.00E+14 Frekuensi (Hz)



5. Hitung nilai konstanta Planck (h) dan fungsi kerja (W) berdasarkan model persamaan yang digunakan di atas!  Berdasarkan persamaan no 1, maka untuk mencari nilai konstanta planck (h), digunakan persamaan h × V =b dengan e=1,6 × 10−19 dan f =Σf =2,868 v h=



b× e 140,535 ×1,6 ×10−19 = f 2,868



h=



224,856 × 10−19 2,869



h=0,784 ×10



−17



 Kemudian untuk mencari nilai fungsi kerja, digunakan persamaan: W =a e W =a ×e



W =(−80,3506 ) × ( 1,6 × 10



−19



)



W =−128,56 ×10−19



 Menghitung kesalahan literatur kesalahan literatur=



[



]



hliteratur −h percobaan ×100 % hliteratur



kesalahan literatur=



[



−19



−17



6,6 ×10 −0,784 × 10 −19 6,6 ×10 −17



kesalahan literatur=0,8812 ×10



×100 %



×100 %



−17



kesalahan literatur=0,008812 ×10



]



%



F. ANALISIS DATA Pada praktikum kali ini kami akan membahas mengenai praktikum konstanta planck, dimana kami sudah melakukan 5 kali percobaan dengan 5 kali pengulangan disetiap percobaannya. Percobaan yang dilakukan menggunakan frekuensi warna yang berbeda, yaitu merah, kuning, hijau, biru, ungu. Variabel terikat yang kita ambil dari praktikum ini adalah nilai tegangaan yang dihasilkan. Pada praktikum ini juga kita mengamati dari warna yang memiliki frekuensi paling rendah yaitu ungu. Praktikum yang akan kita amati pertama kali dari praktikum ini adalah efek fotolistrik yang terjadi pada praktikum ini. Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, kita berhasil mengamaati dan memahami bawa ketika lampu merkuri pada rangkaian memancarkan cahaya yang disebut foton kemudian mengenai logam, maka elektron akan dibebaskan dan menghasilkan energy yang berbentu paket-paket, proses seperti inilah yang dinamakan dengan efek fotolistrik. Namun karna spektrum cahaya yang dipancarkan berbeda-beda, maka energy yang dihasilkan pun pasti berbeda-beda, hal ini sesuai dengan apa yang telah kita bahas di dasar teori. Selanjutnya mengenai nilai konstanta planck yang dihasilkan secara praktikum dan teori, seperti yang kta tau bahwa nilai konstanta planck secara teori telah ditetapkan sebesar 6.6 x10-34 Js, namun berdasarkan data percobaan serta pengolahan data dengan persamaan data yang sudah ada, kita peroleh nilai konstanta planck sebesar 0,784 x 10^-17 Js, ini cukup berbeda dengan yang sesuai teori. Oleh karena perbedaan tersebut, kami mencari nilai kesalahan literatur pada percobaan kali ini, dan kita memperoleh nilai sebesar 0.008812x10^-17%, bisa dikatakan cukup kecil. Kesalahan ini bisa saja terjadi karena beberapa faktor, misalnya kekurang telitian kita dalam mengumpulkan data dan juga mengolah data. Selanjutnya mengenai pengaruh frekuensi cahaya pada percobaan. Seperti yang sudah kita jelaskan bahwa praktikum kali ini setiap percobaannya menggunakan spectrum warna yang berbeda, otomatis frekuensi cahaya pada setiap warna juga berbeda,



pengaruhnya dalam praktikum ini adalah, saat kita melakukan percobaan, warna yang memiliki frekuensi cahaya lebih tinggi, akan menghasilkan tegangan yang lebih tinggi pula, begitupun sebaliknya. Namun ada sesekali pengulangan dimana pernyataann ini tidak berlaku, hal ini bisa saja terjadi karna beberapa faktor yang berpengaruh pada saat dilangsungkannya praktikum. Dalam beberapa pernyataan juga disebutkan bahwa frekuensi cahaya disini akan berpengaruh pada nilai energi kinetic maksimum yang dihasilkan. Pembahasan terakhir mengenai pengaruh fungsi kerja logam terhadap efek fotolistrik yang dihasilkan pada eksperimen kali ini. Pada saat melakukan praktikum, sempat terjadi beberapa kali percobaan yang tidak menghasilkan nilai tegangan, hal itu disebabkan energy yang dipancarkaan foton lebih kecil dari fungsi kerja logam yang menerimanya, akibatnya tidak ada elektron yang dibebaskan. Berdasarkan persamaan yang dapat kita ambil adalah, jika fungsi kerja logam semakin besar, maka tegangan yang dihasilkan pun akan semakin besar. Artinya nilai tegangan sebanding dengan nilai frekuensi cahaya dan fungsi kerja logam. Selain itu ada pula pada hasil percobaan yang terdapat kesalahan data yaitu pada rata-rata tegangan spektrum biru lebih kecil dibandingkan dengan ratarata tegangan spektrum hijau, yang seharusnya tegangan spectrum biru lebih besar dibanding spketrum hijau jika menggunakan teori literatur frekuensi. Kami mendapat rata-rata tegangan spektrum biru yaitu 0,214 volt sedangkan rata-rata tegangan pada spektrum hijau yaitu 0,364 v. Hal ini mungkin saja dikarenakan adanya kesalahan pada alat ketika menutup alat konstanta planck, yang emngakibatkan alat spektrum cahaya bergeser atau dilektakkan tidak benar. Selain itu bisa saja spectrum yang digunkan tidak tepat diletakannya sehingga terdapat kesalahan pada saat mengambil data atau sering disebut human error.



G. KESIMPULAN Dari praktikum konstanta planck ini dapat disimpulkan bahwa: 1. Efek foto listrik dapat terjadi jika suatu foton memancarkan cahaya pada suatu logam yang besar energinya lebih besar dari fungsi kerja logam tersebut, kemudian mengakibatan elektron dibebaskan. 2. Terdapat perbedaan nilai konstanta planck yang dihasilkan dari praktikum dengan teori yang menghasilkan sedikit nilai kesalahan literature pada praktikum ini. 3. Nilai tegangan yang dihasilkan sebanding dengan frekuensi spektrum cahaya



4. Nilai tegangan yang dihasilkan sebanding dengan fungsi kerja logam pada rangkaian, dan energy foton yang dipancarkan harus lebih besar dari fungsi kerja logam tersebut. H. KOMENTAR 1. Praktikan harus menguasai teori konstanta planck dan efek foto listrik sebelum melakukan praktikum. 2. Dalam pengambilan data diharuskan untuk melakukannya secara teliti. 3. Berhati-hatilah dalam menggunakan peralatan laboratorium dalam praktikum ini, serta perhatikan kembali K3 sebelum dan sesudah melakukan praktikum. 4. Asisten Laboran membimbing praktikan dengan sangat baik.



DAFTAR PUSTAKA Carroll, S. (2021). YANG JAUH TERSEMBUNYI. Fisika Kuantum dan Teori Banyak Dunia.Jakarta: PT. Gramedia. Gribbin, J. (2005). Fisika Modern. Jakarta: Erlangga. Sani, R. A., & Kadri, M. (2017). Fisika Kuantum. Jakarta: PT Bumi Aksara. Strathern, P.



(2003). Bohr & Teori Kuantum. Jakarta: Erlangga. Surya, D. (2012). Penerima Nobel Fisika: Tokoh dan Lembaga. Create Space Independent Publishing Platform.



LAMPIRAN