Laporan Efek Fotolistrik [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM SIMULASI PHET “EFEK FOTOLISTRIK” LOGAM TEMBAGA



Nama Kelompok : 1.Hasna Amalina 2. Andre Pratama 3. Ari Atma Sulistia



FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MATARAM  2020



KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Alhamdulillahirabbilalamin, banyak nikmat yang Allah berikan, tetapi sedikit sekali yang kita ingat. Segala puji hanya layak untuk Allah atas segala berkat, rahmat, taufik, serta hidayahNya yang tiada terkira besarnya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas hasil laporan Praktikum “Fisika Modern” ini. Dalam penyusunannya, kami mengucapkan terimakasih kepada dosen pengampu fisika modern yaitu Dra. Susilawati, M.Si., Ph.D yang telah memberikan dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar. Dari sanalah semua kesuksesan ini berawal, semoga semua ini bisa memberikan sedikit kebahagiaan dan menuntun pada langkah yang lebih baik lagi. Meskipun kami berharap isi dari laporan praktikum ini lepas dari kekurangan dan kesalahan. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar tugas laporan praktikum ini dapat lebih baik lagi. Akhir kata kami mengucapkan terimakasih, semoga hasil laporan praktikum kami ini bermanfaat.



Mataram,, 20 Agustus 2020



Penyusun Hasna Amalina



DAFTAR ISI Halaman Judul................................................................................................ ........ i Kata Pengantar............................................................................................... ........ ii Daftar Isi......................................................................................................... ........ iii BAB I PENDAHULUAN A.  Latar Belakang............................................................................................. ........ 1 B.  Rumusan Masalah........................................................................................ ........ 1 C.  Tujuan Praktikum......................................................................................... ........ 2 D.  Manfaat Penelitian....................................................................................... ........ 2 BAB II KAJIAN PUSTAKA A.  Efek Fotolistrik............................................................................................ ........ 3 B.  Logam Tembaga.......................................................................................... ........ 6 BAB III METODE PENELITIAN A.  Alat dan Bahan............................................................................................ ........ 9 B.  Prosedur Kerja............................................................................................. ........ 9 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A.  Hasil Pengamatan........................................................................................ ........ 12 B.  Analisa Data................................................................................................ ........ 13 C.  Pembahasan................................................................................................. ........ 15 BAB V PENUTUP Kesimpulan....................................................................................................... ........ 20 Saran................................................................................................................. ........ 20 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 21 LAMPIRAN-LAMPIRAN..................................................................................... 22



BAB I PENDAHULUAN 1.1    Latar Belakang Penemuan efek fotolistrik merupakan salah satu tonggak sejarah kelahiran fisika kuantum. Untuk merumuskan teori yang cocok dengan eksperimen, sekali lagi orang dihadapkan pada situasi dimana faham klasik yang selama puluhan tahun telah diyakini sebaga faham yang benar, harus dirombak. Faham yang dimaksud adalah konsepsi bahwa cahaya sebagai gelombang. Efek fotolistrik merupakan gejala fisika yang pertama kali ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 ketika mendemonstrasikan keberadaan gelombang elektromagnetik. Kemudian, Lenard menggunakan sebuah tabung kaca yang divakumkan yang di dalamnya terdapat dua buah elektrode. Ketika itu, teori fisika tidak dapat menjelaskan hasil pengamatan Lenard. Setelahnya, Einstein dengan menggunakan gagasan kuanta Planck memberikan penjelasan teoritis terhadap hasil pengamatan gejala fotolistrik. Einstein merumuskan persamaan yang menghubungkan antara potensial ambang dengan frekuensi cahaya monokromatik yang digunakan dalam menyinari katode. Pada percobaan ini, kita akan mengamati perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum dan merombak pernyataan cahaya sebagai gelombang oleh teori klasik. Selain itu, pada percobaan ini akan di analisis untuk menentukan konstanta Planck. Dengan adanya eksperimen ini, kita dapat mengetahui bagaimana hubungan intensitas cahaya terhadap arus fotoelektrik. Selain itu, kita akan menyelidiki bagaimana penjelasan teori klasik dan teori kuantum mengenai cahaya 1.2    Rumusan Masalah 1.      Bagaimana hubungan antara arus dengan tegangan baterai? 2.      Bagaimana hubungan antara arus dengan intensitas cahaya? 3.      Bagaimana hubungan antara frekuensi dengan energi kinetik? 1.3    Tujuan 1.      Menentukan hubungan antara arus dengan tegangan baterai? 2.      Menentukan hubungan antara arus dengan intensitas cahaya? 3.      Menentukan hubungan antara frekuensi dengan energi kinetik?



1.4    Manfaat Praktikum 1.      Dapat memahami proses efek fotolistris secara praktik dan teoritik.



BAB II LANDASAN TEORI 2.1  Efek Fotolistrik Efek fotolistrik yaitu terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya. Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian Albert Einstein mengadakan suatu penelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut foton yang memiliki energi sebesar . Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan efek fotolistrik.                            gambar 2.1 Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik.



Gambar diatas menggambarkan skema alat yang digunakan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut terdiri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda A dan B dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah (DC). Pada saat alat tersebut dibawa ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya arus listrik. Akan tetapi pada saat permukaan Katoda (A) dijatuhkan sinar amperemeter menunjukkan adanya arus listrik. Hal ini menunjukkan adanya aliran arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (yang selanjutnya disebut elektron foto) A bergerak menuju B. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika



tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu (-Vo), amperemeter menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari keping A. Potensial Vo ini disebut potensial henti, yang nilainya tidak tergantung pada intensitas cahaya yang dijatuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar:



Gambar 2.2 Grafik hubungan antara intensitas dengan potensial henti (2.1) Ek = ½ m.v2 = eV dengan : Ek = energi kinetik elektron foto (J atau eV) m = massa elektron (kg) v = kecepatan elektron (m/s) e = muatan elektron (C) Vo = potensial henti (volt) Berdasarkan hasil percobaan ini ternyata tidak semua cahaya (foton) yang dijatuhkan pada keping akan menimbulkan efek fotolistrik. Efek fotolistrik akan timbul jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi tertentu. Demikian juga frekuensi minimal yang mampu menimbulkan efek fotolistrik tergantung pada jenis logam yang dipakai.



2.2  Teori Gelombang Tentang Efek Fotolistrik Selanjutnya, marilah kita pelajari bagaimana pandangan teori gelombang dan teori kuantum (foton) untuk menjelaskan peristiwa efek fotolistrik ini. Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting, yaitu frekuensi (panjang gelombang) dan intensitas. Ternyata teori gelombang gagal menjelaskan tentang sifat-sifat penting yang terjadi pada efek fotolistrik, antara lain: a. Menurut teori gelombang, energi kinetik elektron foto harus bertambah besar jika intensitas foton diperbesar. Akan tetapi kenyataan menunjukkan bahwa energi kinetik elektron foto tidak tergantung pada intensitas foton yang dijatuhkan. b. Menurut teori gelombang, efek fotolistrik dapat terjadi pada sembarang frekuensi, asal intensitasnya memenuhi. Akan tetapi kenyataannya efek fotolistrik baru akan terjadi jika frekuensi melebihi harga tertentu dan untuk logam tertentu dibutuhkan frekuensi minimal yang tertentu agar dapat timbul elektron foto. c. Menurut teori gelombang diperlukan waktu yang cukup untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Akan tetapi kenyataannya elektron terlepas dari permukaan logam dalam waktu singkat (spontan) dalam waktu kurang 10-9 sekon setelah waktu penyinaran. d. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi foton yang dijatuhkan diperbesar. 2.3  Teori Kuantum Tentang Efek Fotolistrik Teori kuantum mampu menjelaskan peristiwa ini karena menurut teori kuantum bahwa foton memiliki energi yang sama, yaitu sebesar hf, sehingga menaikkan intensitas foton berarti hanya menambah banyaknya foton, tidak menambah energi foton selama frekuensi foton tetap. Menurut Einstein energi yang dibawa foton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi ini jika diberikan pada elektron akan diberikan seluruhnya, sehingga foton tersebut lenyap. Oleh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja (Wo) atau energi



ambang. Besarnya Wo tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan pada elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron. Akan tetapi jika energi foton lebih kecil dari energi ambangnya (hf < Wo) tidak akan menyebabkan elektron foto. Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto disebut frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan elektron foto disebut panjang gelombang ambang. Sehingga hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik elektron foto dapat dinyatakan dalam persamaan: E = Wo + Ek        atau        Ek = E – Wo                                                                                                          (2.2) sehingga        Ek = hf – hfo = h (f – fo)                                                (2.3)



gambar 2.2 Grafik hubungan antara Ek dengan frekuensi



dengan : Ek = energi kinetik maksimum elektron foto h = konstanta Planck f = frekuensi foton fo = frekuensi ambang



2.4  Faktor-faktor yang Mempengaruhi Efek Fotolistrik



Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi fotolistrik ini yaitu : 1. Faktor yang mempengaruhi keluar atau tidaknya elektron adalah frekuensi dari cahaya dan jenis logam yang dipakai. 2. Frekuensi cahaya mempengaruhi energi kinetik dari elektron oleh karena itu, seberapa cepatnya elektron bergerak setelah keluar dari logam ditentukan oleh frekuensi cahaya 3. Banyak atau tidaknya elektron yang keluar ditentukan oleh besarnya intensitas cahaya yang diberikan. 2.5  Karakteristik efek fotolistrik, yaitu sebagai berikut : 1.  Hanya cahaya yang sesuai yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu. 2. Ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar. 3 Ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya. 2.6  Penerapan Efek Fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari Salah satu penomena dalam penemuan yang berkaitan dengan efek fotolistri adalah pembangkit tenaga listrik dari cahaya matahari kita mengenal istilah sel surya. Sel surya adalah salah satu penemuan yang memanfaatkan konsep efek. Efek ini akan muncul ketika cahaya tampak atau radiasi UV jatuh ke permukaan benda tertentu.



BAB III METODE PENELITIAN 3.1.   Alat dan Bahan 1.      Seperangkat komputer 2.      Java Runtime Environment 3.      Software simulasi efek fotolistrik PhET 3.2.  Prosedur Kerja 1.      Pastikan komputer sudah terinstal Java Runtime Environment 2.      Hidupkan sofware simulasi efek fotolistrik pada kumputer yang sudah di unduh kelik tanda undu seperti terlihat pada gambar. 3.      Kemudian jalan program simulasi efek fotolistrik Phet seperti terlihat pada gambar. 4.      Klik arus vs tegangan baterai; arus vs intensitas cahaya energi elektron dan frekuensi cahaya pada bagian grafik. 5. Klik kemudian geserlah panjang gelombangan dengan nilai panjang gelombang 200 nm dengan intensitas 50%. 6. Ubahlah tegangan baterai dengan mengklik. 7.      Ubahlah Intensitas Cahaya dengan mengklik. 8.      Ulangi langkah 5 s/d 7  dengan intensitas 100% 9.      Cetaklah grafik dengan mengklik gambar kamera.



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1  Hasil Pengamatan a.       Tabel 4.1. Pengaruh tegangan baterai terhadap arus listrik Intensitas 100% No



1. 2. 3. 4. 5.



λ (nm)



200



Tegangan (volt) -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00



Arus ( ampere) 0,000 0,000 0,038 0,248 0,248 0,248 0,248



b.      Tabel 4.2. Pengaruh intensitas terhadap arus listrik Jenis Logam Tembaga



Intensitas



Panjang



Arus Listrik



(%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



Gelombang (nm) 200



(A) 0,025 0,049 0,073 0,099 0,124 0,149 0,172 0,199 0,223 0,248



c.       Tabel 4.3. Hubungan antara frekuensi dan Energi kinetik Intensitas 100% No 1. 2. 3. 4. 5.



Warna 



λ (nm) Arus Cahaya (A) 250 225 200 175 150



0.000 0.081 0.248 0.549 1.052



Tegangan (volt) 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00



Frekuensi



Energi Elektron Fungsi



cahaya



(Ek)



(10^17 Hz) 0,012 0,0133 0,015 0,02 0,024



(10^-19 J) 0,795 1,613 2,739 4,159 6,052



kerja (eV)



12,092



  4.3  Pembahasan a.      Hubungan Antara arus dengan tegangan baterai Efek fotolistrik terjadi ketika  elektron terlepas dari permukaan suatu  permukaan logam yang disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam. Pada percobaan pertama ini bertujuan untuk mendiskripsikan grafik arus terhadap tegangan batrai, kami melakan percobaan mengunakan logam tembaga yang di sinari dengan sinar UV (ultraviolet) 200 nm dengan intensitas 100%. pada percobaan ini kami memanipulasi tegangan batrai antara tegangan  -3,00 Volt sampai 3,00 Volt didapatkan respon berupa nilai arus yang bervariatif.



Berdasarkan percobaan hubungan antara arus terhadap tegangan baterai teramati ketika teganan -3,00 Volt dan -2,00 Volt di dapatkan nilai arus 0,000 Ampere sedangkan ketika tegangan -1,00 Volt arus berubah menjadi 0,038 Ampere. ketika tegangan -3 Volt sampai 0 Volt di dapatkan nilai arus dalam grafik  kesebandingan, yang artinya semakin tegangan mengarah ke nilai beda potensial yang positive maka semakin besar nilai arus. pada tengangan 0 sampai 3 Volt di dapatkan nilai arus yang konstan sebesar 0,248 A. Dari percoaan terlihat bahwa pengaruh tegangan terhadap arus terbagi menjadi 3 bagian yaitu arus akan konstan bila di beri tegangan positive, pada tegangan -2 Volt sampai 0 V akan terbentuk grafik linier ke atas,dan pada tegangan kurang dari -2 Volt nilai arus nol. nilai tegangan -2 Volt dalam percobaan ini adalah nilai minimun tegangan untuk bisa



menghasilkan arus atau yang di kenal  (stopping potensial). Nilai (stopping potensial) berbeda beda untuk setiap logam. Nilai  ini yang di gunakan untuk nantinya mengetahui energy ambang atau fungsi kerja (w). Energi ambang adalah energy minimum yang di butuhkan untuk melepas elektron dari logam. b.      Hubungan antara arus dengan intensitas cahaya Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, pengaruh intensitas cahaya terhadap arus fotoelektrik adalah berbanding lurus. Pada saat perangkat mulai dihidupkan dan belum dinaikkan intensitas cahayanya, pada layar belum ada arus yang terbaca. Kemudian, saat intensitas cahaya dinaikkan, penunjukkan arus pada layar juga meningkat. Semakin meningkat intensitas, semakin tinggi pula jumlah arus yang terbaca pada layar. Sehingga dapat dikatakan bahwa intensitas cahaya berbanding lurus dengan kuat arus fotolistrik. Hal ini menunjukkan adanya aliran arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (disebut sebagai elektron-foto). c.       Hubungan antara frekuensi dengan energi kinetik Pengaruh intensitas cahaya terhadap energi kinetik elektron-foto berdasarkan percobaan yang dilakukan yaitu intensitas cahaya tidak bergantung pada energi kinetik elektron-foto. Kenaikan intensitas cahaya menyebabkan kenaikan partikel cahaya (foton) yang membentur permukaan logam. Sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan maka energi yang diterima elektron juga meningkat. Akibatnya, energi atau elektron-foto yang dihasilkan juga meningkat sehingga arus fotoelektrik yang dihasilkan juga meningkat. Pengaruh intensitas cahaya terhadap energi kinetik elektron-foto berdasarkan percobaan yang dilakukan yaitu intensitas cahaya tidak bergantung pada energi kinetik elektron-foto tetapi hanya bergantung pada panjang gelombang. Dengan memanipulasi panjang gelombang pada logam tembaga, didapati bahwa arus yang dihasilkan berubah-ubah seiring dengan berubahnya panjang gelombang. Intensitas photon yang dipancarkan juga turut dimanipulasi, dari tabel nampak bahwa intensitas juga berpengaruh terhadap arus listrik. Dalam menentukan fungsi kerja untuk setiap bahan logam katoda, dalam hal ini bahan logam yang disinari perlu dipasang berkebalikan dengan kondisi semula, sehingga ketika mencapai suatu nilai tegangan tertentu, elektron yang terlontar dari bahan logam yang tersinari photon tidak lagi dapat mencapai plat kolektor, dalam hal ini arus listrik



sama dengan nol. Stopping potensial adalah nilai tegangan yang diambil ketika arus tepat sama dengan nol. Dalam hal ini, energi kinetik maksimum didefinisikan sebagai hasil kali dari muatan elektron dan stopping potensial . Dari grafik didapati bahwa hubungan antara frekuensi dan energi kinetik adalah berbanding lurus. Dimana energi kinetik bergantung pada frekuensi. Persamaan garis linear dari grafik pada gambar 4.3. adalah y = 1037.1x - 12.092 sehingga diperoleh gradien yaitu 1037.1. Dari hasil garis linier kemudian mensubstitusi persamaan Kmaks = eVs ke persamaan Kmaks = hf  - W   didapat eVs = hf – W sehingga diperoleh persamaan Vs = . Kemudian dalam menentukan nilai konstanta plack menggunakan persamaan h = a.e, sedangkan fungsi kerja menggunakan       . Berdasarkan persamaan h = a.e,  yang merupakan fungsi linear terhadap frekuensi, maka kemiringan garis dari persamaan linear tersebut adalah konstanta Planck dimana secara teori konstanta Planck adalah . Dari percobaan ini, didapati konstanta Planck logam tembaga = 16,62 x 10-34 J.s. Selain dipengaruhi oleh frekuensi, energi kinetik maksimum juga dipengaruhi oleh fungsi kerja untuk setiap bahan logam. Fungsi kerja sebuah bahan metal adalah jumlah minimum gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan



 electron atau



membebaskan ikatan elektron yang paling lemah dari permukaan logam. Untuk menentukan besarnya fungsi kerja dari logam yang digunakan adalah: Dengan persamaan garis linier dari grafik 4.3 y = 1037.1x - 12.092 sehingga diperoleh fungsi kerja logam tembaga 12.092 eV.



BAB V PENUTUP A.    Kesimpulan



a.      simpulkan bahwa tegangan batrai berpengaruh terhadap arus yang menunjukan grafik kesebandingan dimana semakin tegangan batrai mengarah ke positif maka arus semakin besar. b.      intensitas cahaya pada percobaan ketiga  mempengaruhi kuat arus dari rangkaian. c.       Energi kinetik dipengaruhi oleh frekuensi cahaya, semakin besar frekuensi  maka energi kinetik semakin meningkat. B.     Saran Dalam melakukan percobaan dengan simulasi Phet lakukanlah percobaan dengan berkali-kali sebelum memutus suatu kesimpulan supaya mendapatkan hasil yang baik dan mendapat pehaman tentang konsep efek fotolistrik.



DAFTAR PUSTAKA Beiser, A., (1986). konsep fisika modern edisi ketiga, diterjemahkan oleh, The Houw Liong, Jakarta: Erlangga.



Puji Kumala Pertiwi, Fitriana, Prof. Dr. Darminto, M.Sc. Konstanta Planck. JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, Irwansyah Ramadhani, Arum Puspita Sari, Muhammad Nasrullah, Aris Widodo, Ridlo Fajjrittamam. Konstanta Planck. JURNAL FISIKA MODERN Vol. 2, No. 1, (2012)



LAMPIRAN-LAMPIRAN 1. Pengaruh Tegangan Terhadap Arus Listrik



2. Pengaruh Intensitas terhadap arus listrik



3. Hubungan frekuensi dengan energi kinetik