efek fotolistrik

Ardhy Purwo Nugroho / 081013052 / S1 Fisika

Pengukuran Konstanta Planck dan Fungsi Kerja Suatu Bahan Dengan Eksperimen Efek Fotolistrik

1

PENGUKURAN KONSTANTA PLANCK DAN FUNGSI KERJA SUATU

BAHAN DENGAN EKSPERIMEN EFEK FOTOLISTRIK

Ardhy Purwo Nugroho, Alfan Sukrianda, Inda Karsunawati, dan SB. Widia Reza

Laboratorium Fisika Radiasi, Departement Fisika,

Fakultas Sains dan Terknologi, Universitas Airlangga

Jalan Mulyorejo, Surabaya

email : [email protected]

ABSTRAK

Telah dilakukan pengukuran konstanta planck dan fungsi kerja logam dengan eksperimen

efek fotolistrik. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun menjadi

sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat sel photo, sumber cahaya polikromatis,

multimeter, dan galvanometer. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang

5769,89 Å; 5460,74 Å; dan 4347,50 Å pada intensitas yang berbeda, maka akan didapatkan

nilai tegangan penghalang (Vs). Data tersebut kemudian dianalisis dengan menggunakan

persamaan regresi untuk mendapatkan nilai konstanta planck dan fungsi kerja. Dari hasil

pengukuran didapatkan nilai konstanta planck adalah 3,289 x 10−34

Js dengan persentase

kesalahan ukur 50,36%, sedangkan fungsi kerja logam adalah −1,204 x 10−19

J. Selain itu,

juga dilakukan pengukuran panjang gelombang dari filter berbahan plastik mika.

Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan bahwa panjang gelombang dari plastik mika

berwarna biru, hijau, dan kuning berturut – turut adalah (3030 ± 361,4) nm, (2856 ± 323,7)

nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan panjang gelombang plastik mika berwarna

kuning paling tinggi dibandingkan plastik mika berwarna biru dan hijau.

Kata Kunci: Cahaya, Efek Fotolistrik, Konstanta Planck, dan Fungsi Kerja Logam.

PENDAHULUAN

Efek fotolistrik merupakan suatu eksperimen yang menunjukkan bahwa suatu

gelombang dapat bersifat sebagai partikel. Eksperimen ini bertujuan untuk membuktikan

hipotesis Max Planck yang menyatakan bahwa energi yang dimiliki cahaya adalah

terkuantisasi.

Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard

pada tahun 1900. Gejala efek fotolistrik ini dapat dijelaskan dengan baik oleh Einstein pada

tahun 1905. Einstein mengembangkan hipotesis Max Planck kuantisasi energi. Dia

menyatakan bahwa kuantisasi energi merupakan sifat dasar energi gelombang

elektromagnetik.

Pada eksperimen ini akan dilakukan pengukuran nilai konstanta planck dan fungsi

kerja suatu bahan. Di samping itu, juga akan ditentukan nilai panjang gelombang dari bahan

plastic mika berwarna.

DASAR TEORI

Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron dari permukaan suatu logam akibat

adanya cahaya yang menyinari permukaan logam tersebut. Untuk melepaskan elektron

diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya bergantung pada jenis/sifat logam

tersebut. Tenaga minimal ini disebut work function atau fungsi kerja dari logam. Efek



2

fotolistrik dapat terjadi jika frekuensi foton (cahaya) lebih besar daripada frekuensi ambang

dari suatu logam. Elektron yang terlepas memiliki energi kinetik sebesar

Dengan e adalah muatan dasar, V adalah tegangan penghalang, h adalah konstanta planck, f

adalah frekuensi foton, dan W adalah fungsi kerja logam.

Energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tidak bergantung pada intensitas

cahaya, tetapi hanya bergantung pada panjang gelombangnya, Energi kinetik ini bertambah

secara linier terhadap frekuensi sumber cahaya.

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada 5 Desember 2012 bertempat di Laboratorium Fisika Radiasi,

Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.

Alat dan Bahan

1. Sel photovoltaic

2. Sumber Cahaya Polikromatis

3. Power supply

4. Filter atau diafragma

a. Filter Hitam

b. Filter dengan λ1 = 5769,89 Å

c. Filter dengan λ2 = 5460,74 Å

d. Filter dengan λ3 = 4347,50 Å

5. Plastik mika warna biru, hijau, dan kuning.

6. Multimeter dan Galvanometer

Set Up Eksperimen

Gambar 1 Susunan Alat Percobaan Efek Fotolistrik

Prosedur Penelitian

1. Mengamati peralatan eksperimen fotolistrik sebelum menyalakan alat.

2. Menyalakan sumber cahaya, kemudian mengatur intensitas pada lampu.

3. Memasang filter hitam untuk kalibrasi (dilakukan setiap ganti filter), kemudian mengatur

galvanometer dan multimeter dalam keadaan NOL.



3

4. Mengambil filter hitam dan mengganti dengan filter lainnya dengan panjang gelombang

berbeda dan plastic mika berwarna, kemudian mengatur galvanometer sehingga dalam

keadaan NOL dan mencatat tegangan pada multimeter saat keadaan ini.

5. Mengulangi langkah 3 dan 4 dengan intensitas cahaya yang berbeda.

HASIL PENELITIAN

Tabel 1 Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (Vs) pada Berbagai Panjang

Gelombang

Panjang

Gelombang

λ (Å)

Intensitas

Tegangan

Penghalang

Vs (Volt)

Tegangan

Penghalang Rata–

Rata (Volt)

5769,89

1 0,3

0,375 2 0.4

3 0,4

4 0,4

5460,74

1 0,5

0,550 2 0,5

3 0,6

4 0,6

4347,50

1 0,6

0,750 2 0,7

3 0,8

4 0,9

Tabel 2 Hasil Pengukuran Tegangan Penghalang (Vs) pada Berbagai Plastik Mika

Berwarna

Warna

Plastik

Mika

Intensitas

Tegangan

Penghalang

Vs (Volt)

Tegangan

Penghalang Rata–

Rata (Volt)

Biru

1 1,0

1,050 2 0,9

3 1,1

4 1,2

Hijau

1 1,0

1,075 2 1,0

3 1,1

4 1,2

Kuning

1 0,6

0,975 2 0,9

3 1,1

4 1,3

Keterangan:

Percobaan pada intensitas 1 dilakukan oleh praktikan Inda Karsunawati.

Percobaan pada intensitas 2 dilakukan oleh praktikan SB. Widia Reza.

Percobaan pada intensitas 3 dilakukan oleh praktikan Ardhy Purwo Nugroho.

Percobaan pada intensitas 4 dilakukan oleh praktikan Alfan Sukrianda.



4

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Analisis Perhitungan

1. Menentukan Frekuensi dari Berbagai Panjang Gelombang

Persamaan yang digunakan adalah

Berdasarkan persamaan di atas dapat ditentukan frekuensi dari berbagai panjang

gelombang. Adapun hasil perhitungannya adalah sebagai berikut:

a. λ = 5769,89 Å

b. λ = 5460,74 Å

c. λ = 4347,50 Å

2. Menentukan Konstanta Planck dan Fungsi Kerja

No

1 0,375 0,141

2 0,550 0,302

3 0,750 0,563

Σ 1,675 1,006

Menentukan Persamaan Regresi:

22 xxn

yxxynm

21428

1414

)1059,17()1079,104(3

)675,1)(1059,17()1016,10(3m

28

14

1096,4

1002,1m

1510056.2m



5

22

2

xxn

xyxyxn

21428

141428

)1059,17()1079,104(3

)10,16,10)(1059,17()675,1)(1079,104(n

28

28

1096,4

1019,3n

64,0n

Jadi, persamaan regresinya adalah

Dengan menghubungakan persamaan regresi dengan persamaan energi kinetik elektron,

dapat ditentukan konstanta planck dan fungsi kerja sebagai berikut:

Konstanta Planck

Adapun konstanta planck berdasarkan literatur adalah 6,626 ∙ 10−34

Js (Halliday, 1986).

Dengan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil literatur tersebut, maka dapat

diketahui persentase kesalahan ukur sebesar 50,36 %.

Fungsi Kerja

3. Menentukan Panjang Gelombang dari Plastik Mika Berwarna

Persamaan yang digunakan adalah



6

a. Plastik mika berwarna biru

λ = (3030 ± 361,4) nm

b. Plastik mika berwarna hijau

λ = (2856 ± 323,7) nm

c. Plastik mika berwarna kuning

λ = (3708 ± 535,8) nm

Pembahasan

Eksperimen efek fotolistrik ini bertujuan untuk menentukan nilai kontanta planck dan

fungsi kerja suatu bahan. Perangkat yang digunakan dalam eksperimen ini telah disusun

menjadi sebuah alat yang terpadu yang di dalamnya terdapat komponen-komponen yang telah

disebutkan pada alat dan bahan. Dengan memasang filter cahaya dengan panjang gelombang

tertentu dan mengatur intensitas cahaya yang digunakan, maka akan didapatkan nilai tegangan

penghalang (Vs). Dengan mengganti filter cahaya yang digunakan, maka akan diperoleh data

tegangan penghalang yang besarnya berbanding terbalik dengan besarnya panjang

gelombang. Dengan kata lain, semakin besar panjang gelombang yang digunakan, semakin

rendah tegangan penghalang yang dihasilkan.

Hal ini dapat dijelaskan bahwa energi kinetik elektron yang dipancarkan sebanding

dengan besarnya tegangan penghalang yang dihasilkan. Besarnya tegangan penghalang ini

tidak dipengaruhi oleh intensitas, melainkan sebanding dengan frekuensi cahaya yang

digunakan. Besarnya frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Hubungan antara frekuensi dan tegangan penghalang akan membentuk kurva dengan

persamaan y = mx – n, dengan m = h / e dan n = W / e. Berdasarkan persamaan tersebut dapat

diketahui besarnya konstanta planck dan fungsi kerja logam. Adapun hasil perhitungan

konstanta planck adalah 3,289 x 10−34

Js, sedangkan fungsi kerja logam adalah −1,204 x 10−19

J. Persentase kesalahan ukur pada pengukuran konstanta planck adalah 50,36%. Hal ini

menunjukkan bahwa hasil pengukuran kurang akurat dan selisihnya jauh dari literatur.

Ada beberapa hal yang memengaruhi ketidakakuratan hasil pengukuran tersebut,

diantaranya adalah:

1. Ruang yang digunakan (Alat percobaan fotoelektron) kurang hampa sehingga

memungkinkan elektron kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul-

molekul udara sehingga pada saat elektron sampai pada potensial penghalang energinya

telah berkurang. Karena energi tersebut berkurang maka nilai tegangan penghalang (Vs)

juga akan berkurang.

2. Kalibrasi alat mungkin kurang bagus.

3. Adanya faktor human error sangat mungkin mempengaruhi dalan eksperimen ini, salah

satu diantaranya adalah dalam pembacaan alat. Dalam pembacaan alat mungkin nilai yang

tertera belum benar.

Selain itu, juga dilakukan pengkuran besarnya panjang gelombang dari filter yang

berbahan dasar plastik mika. Berdasarkan hasil perhitungan menunjukkan bahwa panjang

gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut – turut adalah (3030 ±

361,4) nm, (2856 ± 323,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm. Hal ini menunjukkan bahwa plastik

mika berwarna kuning memiliki panjang gelombang yang paling tinggi.



7

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Konstanta planck adalah 3,289 x 10−34

Js dengan persentase kesalahan ukur 50,36%.

2. Fungsi kerja Logam adalah −1,204 x 10−19

J.

3. Panjang gelombang dari plastik mika berwarna biru, hijau dan kuning berturut – turut

adalah (3030 ± 361,4) nm, (2856 ± 323,7) nm, dan (3708 ± 535,8) nm.

Saran

Diperlukannya penelitian lanjutan dengan memperbanyak variabel–variabel penelitian agar

memperoleh banyak variasi data sehingga dapat meningkatkan keakuratan hasil pengukuran.

DAFTAR PUSTAKA

Dosen Fisika Radiasi. 2011. Buku Petunjuk Fisika Eksperimental. Departemen Fisika,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya

Halliday, Resnick. 1986. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan

Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga

Pranoto, Awal Setyo. 2011. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika

Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya

Ayu. 2010. Laporan Eksperimen Efek Fotolistrik. Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen

Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya



8

TENTANG PENULIS

Nama : Ardhy Purwo Nugroho

TTL : Kediri, 6 April 1992

Jenis Kelamin : Laki – laki

Alamat : Desa Kedungmalang, Papar, Kediri

Jurusan : S1 Fisika

Fakultas : Sains dan Teknologi

Perguruan Tinggi : Universitas Airlangga

Email : [email protected]

No. Hp : 085735108705

Penghargaan yang pernah diraih:

1. Peraih medali emas bidang PKMT (Program Kreativitas Mahasiswa-Penerapan

Teknologi) dalam ajang PIMNAS yang diselenggarakan oleh Dikti pada 9–13 Juli

2012 di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

2. Juara I Mawapres Semester 5 Tingkat Fakultas Sains dan Teknologi pada Oktober

2012

Pengalaman Organisasi:

1. Kepala Departemen Scientist Development JIMM Periode 2012.

2. Staf Bidang Penalaran, Himpunan Mahasiswa Departemen Fisika periode 2012.

3. Staf Departemen Syiar PU JIMM Periode 2011.

efek fotolistrik

Documents