Fisika: 2013

EFEK FOTOLISTRIK

A. Tujuan

1. Menentukan besar fungsi kerja

2. Menentukan besar nilai

B. Landasan Teori

Dekat permulaan abad keduapuluh serangkaian eksperimen menyatakan bahwa elektron dipancarkan dari permukaan logam jika cahaya yang berfrekuensi cukup tinggi jatuh pada permukan itu (diperlukan cahaya ultraungu untuk hampir semua logam alkali). Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.

Gambar 1. Efek fotolistrik

Gambar diatas memberi ilustrasi jenis alat yang dipakai dalam eksperimen serupa itu. Tabung yang divakumkan berisi dua elektrode yang dihubungkan dengan rangkaian eksternal seperti terlihat skema dalam gambar, dengan keping logam yang permukaannya mengalami iradiasi dipakai sebagai anode. Sebagian dari elektrosfoto yang muncul dari permukaan yang mengalami viadiasi mempunyai energi yang cukup untuk mencapai katode walaupun muatannya negatif, dan elektron serupa itu membentuk arus yang dapat diukur dengan ammeter dalam rangkaian itu. Ketika potensial perintang V ditambah, lebih sedikit elektron yang mencapai katode dan arusnya menurun. Akhirnya, ketika V sama dengan atau melebihi suatu harga V₀ yang besarnya dalam orde beberapa volt, tidak ada elektron yang mencapai katode dan arusnya berhenti.hanya electron dengan energi kinetic yang lebih besar daripada eV kemudian dapat mencapai anoda. Potensial V disebut disebut potensial penghenti. Potensial ini dihubungkan dengan energi kinetic maksimum electron yang dipancarkan oleh :

……….(1)

Einstein menerapkan teori Planck dan menjelaskan efek fotolistrik dalam model kuantum dengan menggunakan persamaan fotolistrik Einstein yang terkenal yaitu :

…….(2)

Dimana E adalah energi foton dan adalah fungsi kerja yang masing-masing bahan berbeda-beda. Persamaan (1) dan (2)

……………..(3)

Jika kita plot V terhadap v untuk nilai frekuensi yang berbeda-beda grafiknya sebagai berikut:

Gambar 2. Grafik V terhadap v

Dari persamaan kita dapat lihat bahwa kemiringan V terhadap v harus sama dengan .

Foton dengan frekuensi yang kurang dari frekuensi ambang v_t , dan dengan panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang ambang λ_t , tidak memiliki energi yang cukup untuk mengeluarkan electron dari logam tertentu. Frekuensi ambang dan panjang gelombang ambang yang bersesuaian dapat dihubungkan dengan fungsi kerja dengan membuat energi kinetic electron sama dengan nol pada persamaan sebagai berikut:

sama dengan nol menjadi

Terdapatnya efek fotolistrik tidak mengherankan, kita ingat bahwa gelombang cahaya membawa energi, dan sebagian energi yang diserap oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu dan muncul kembali sebagai energi kinetik. Jika kita memeriksa lebih teliti kita akan mendapatkan bahwa efek fotolistrik tidak dapat ditafsirkan sedemikian sederhana.

Salah satu sifat yang khususnya menimbulkan pertanyaan pengamat ialah distribusi energi elektron yang dipancarkan (yang disebut fotoelektron), ternyata tak bergantung dari intensitas cahaya. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas yang lemah yang berfrekuensi sama, tetapi energi elektron rata-rata sama saja. Dan juga dalam batas ketelitian eksperimen (sekitar 10^-9 s), tak terdapat keterlambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam dan terpancarnya elektron. Pengamatan serupa itu tidak dapat dimengerti dengan memakai teori elektromagnetik cahaya.

Sama anehnya bila dipandang dari teori gelombang ialah fakta bahwa energi fotoelektron bergantung pada frekuensi cahaya yang dipakai. Pada frekuensi di bawah frekuensi kritis yang merupakan karakteristik dari masing-masing logam, tidak terdapat elektron apapun yang dipancarkan. Di atas frekuensi ambang ini fotoelektron mempunyai selang energi dari 0 sampai suatu harga maksimum tertentu, dan harga maksimum ini bertambah secara linear terhadap frekuensi. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan energi fotoelektron maksimum yang lebih tinggi pula. Jadi cahaya biru yang lemah menimbulkan elektron dengan energi lebih tinggi daripada yang ditimbulkan oleh cahaya merah kuat, walaupun cahaya merah menghasilkan jumlah yang lebih besar.

C. Alat dan Bahan

1. Sumber cahaya raksa

2. Voltmeter digital

3. Amperemeter

4. Kabel penghubung

5. Tabung kaca hampa udara

6. Plat logam katoda dan anoda

7. Support Base Assemby

8. Filter warna

D. Setting Alat

E. Langkah Kerja

1) Mengatur posisi tabung seperti gambar sehingga hanya satu warna cahaya yang masuk dalam tabung melalui jendela tabung.

2) Mengukur potensial pengerhenti dengan voltmeter.

3) Melakukan variasi warna cahaya yang berasal dari sumber cahaya raksa dengan menggunakan filter warna.

4) Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamatan.

F. Rancangan Analisis Data

Tabel Pengamatan

No	Warna	Frekuensi	Potensial henti
1
2
3
4
5

Variasi warna cahaya atau frekuensi

y mx c

G. Data Pengamatan

1. Variasi intensitas

Spectrum warna kuning

No	Tingkat Intensitas	Potensial Henti (V)
1	20%	0.377
2	40%	0.464
3	60%	0.498
4	80%	0.538
5	100%	0.857

2. Variasi spectrum warna

No	Spektrum Warna	Frekuensi (Hz)	Potensial Henti (V)
1	Ultra Ungu	8.20264	1.125
2	Ungu	7.40858	1.030
3	Biru	6.87858	1.010
4	Hijau	5.48996	0.550
5	Kuning	5.18672	0.473

H. Analisis Data

1. Variasi intensitas spectrum warna kuning

Sumbu x	I	20%	40%	60%	80%	100%
Sumbu y	V	0.377	0.464	0.498	0.538	0.578

Grafik hubungan I dan V

Menentukan Nilai(

Dari persamaan dapat kita tentukan

y b x a

metode kuadrat terkecil untuk regresi linear

Dengan

x = variable bebas(frekuensi)

y = variable terikat ( digunakan V)

b = konstanta arah regresi linier = (

)

a = konstanta regresi linier = (

)

dimana

x=Frekuensi (

Hz)

y=Potensial Henti (V)

x.y

(

8.20264

1.125

9,22797

67,28330297

1,265625

7.40858

1.030

7,6308374

54,88705762

1,0609

6.87858

1.010

6,9473658

47,31486282

1,0201

5.48996

0.550

3,019478

30,1396608

0,3025

5.18672

0.473

2,45331856

26,90206436

0,223729

33,16648

4,188

29,27896976

226,5269486

3,872854

Rata2

6,633296

0,8376

5,855793952

45,30538971

0,774571

Jadi persamaan regresinya

Menentukan standar deviasi ∆(

) dan (

)

Fungsi kerja dapat ditentukan dengan

Jadi besarnya

Persamaan

Dapat digambarkan berdasarkan data

No	Spektrum Warna	Frekuensi (Hz)= x	Potensial Henti (V)= y
1	Ultra Ungu	8.20264	1.125
2	Ungu	7.40858	1.030
3	Biru	6.87858	1.010
4	Hijau	5.48996	0.550
5	Kuning	5.18672	0.473

Ketelitian

1. Untuk perhitungan (

)

Kesalahan relative =

ketelitian

2. Untuk perhitungan

Kesalahan relative =

ketelitian

Ketepatan

1. Untuk hasil (

)

2. Untuk fungsi kerja(

) praktikan tidak dapat menghitung besarnya kesesatan dan ketelitian. Hal ini dikarenakan praktikan tidak dapat mengetahui bahan yang dijadikan sebagai katoda, karena setiap bahan mempunyai fungsi kerja yang berbeda beda.

I. Pembahasan

Dalam melakukian percobaan foto listrik, ingin mengetahui besarnya fungsi kerja (

) suatu bahan dan mengetahui nilai (

). Dalam percobaan yang dilakukan di laboratorium fisika Unnes praktikan mendapatkan nilai fungsi kerja (

) sebesar

dan besarnya nilai (

) adalah

Dalam percobaan ini praktikan melakukan variasi warna, yaitu

No	Spektrum Warna	Frekuensi (Hz)= x	Potensial Henti (V)= y
1	Ultra Ungu	8.20264	1.125
2	Ungu	7.40858	1.030
3	Biru	6.87858	1.010
4	Hijau	5.48996	0.550
5	Kuning	5.18672	0.473

Dari variasi warna didapat nilai potensial henti yang berbeda beda. Dapat dilihat pada table, potensial henti paling tinggi yaitu pada warna kuning yang mempunyai frekuensi palling besar, sedang potensial henti terkecil yaitu pada warna kuning yang mempunyai frekuensi terkecil. Dari sini dapan diketahui bahwa besarnya potensial henti bergantung pada frekuensinya. Semakin besar frekuensinya maka makin tinggi potensial hentinya. Melihat persamaan

fungsi kerja juga bergantung terhadap frekuensi. Selain bergantung pada frekuensi, fungsi kerja juga tergantung dari bahan anoda yang digunakan(setiap bahan berbeda nilai potensial hentinya). Sayangnya padea praktikum ini praktikan tidak mengetahui pahan apa yang dijadikan sebagai anoda, sehingga praktikan tidak bias menentukan besarnta kesesatan dan ketelitian fungsi kerja.

Selain melakukan variasi warna, praktikan juga melakukan variasi intensitas. Praktikan melakukan variasi intensitas dengan menggunakan filter warna kuning yang intensitasnya sebagai berikut:

No	Tingkat Intensitas	Potensial Henti (V)
1	20%	0.377
2	40%	0.464
3	60%	0.498
4	80%	0.538
5	100%	0.857

Dari table di atas, dengan intensitas sebesar 20% didapat besarnya potensial henti sebesar 0.377 V, dan dengan intensitas 100% didapat potensial henti sebesar 0.857 V. Dari table tersebut juga diketahui semakin besar intensitas maka semakin besar pula nilai potensial hentinya.

Selain menentukan besarnya fungsi kerja, praktikan juga mencari nilai (

). Dengan menggunakan besarnya nilai