Sabtu, 16 November 2013

EFEK FOTOLISTRIK



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 vt , dan dengan panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang ambang λt , 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


No
x=Frekuensi (Hz)
y=Potensial Henti (V)
x.y   
(
1
8.20264
1.125
9,22797
67,28330297
1,265625
2
7.40858
1.030
7,6308374
54,88705762
1,0609
3
6.87858
1.010
6,9473658
47,31486282
1,0201
4
5.48996
0.550
3,019478
30,1396608
0,3025
5
5.18672
0.473
2,45331856
26,90206436
0,223729
Σ
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  dan  didapat nilai ( ) secara praktikum sebesar  dengan nilai kesesatan sebesar  dan nilai ketelitian sebesar .

J.      Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, praktikan dapat menarik kesimpula sebagai berikut:
a.       Fungsi kerja pada percobaan ini sebesar
Fungsi kerja bergantung kepada frekuensi, semaki besar frekuensi semakin besar pula fungsi kerjanya. Fungki kerja setiap bahan tidak sama.
b.      Besarnya nilai ( ) sebesar
Dengan

K. Daftar Pustaka
Beiser, Arthur. 1982. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

Sudjana. 2005. Metoda Statistika. Bandung:

Tipler, Paul.2001.Fisika Untuk Sains dan Teknik.jakarta:Erlangga: