Percobaan 6EFEK FOTOLISTRIK

I. Tujuan: 1. Memahami fenomena efek fotolistrik 2. Menentukan konstanta Planck

II. Teori DasarPada awal abad ke-20, setelah Planck berhasil menjelakan secara teoritis

tentang radiasi benda hitam, terdapat fenomena fisis antara lain yaitu efek fotolistrik dimana fisika klasik tidak mampu menjelaskan fakta-fakta empirisnya

Efek fotolistrik adalah sebuah fenomena fisika dimana pada peristiwa ini elektron yang dimiliki oleh sebuah logam bisa terlepas dari permukaan logam tersebut dan bergerak, akibat penyinaran yang dilakukan terhadap permukaan logam tersebut.

Pada tahun 1905 A. Einstein dengan mengembangkan konsep Planck tentang cahaya berhasil menginterpretasikan fakta-fakta empiris efek fotolistrik secara teoritis. Teori Einstein tersebut menghasilkan teori dualitas gelombang cahaya dari cahaya.

Pada proses efek foto listrik ini, cahaya tidak dianggap sebagai gelombang elektromagnetik seperti apa yang di jelaskan oleh teori Gelombang elektromagnetik. Cahaya pada peristiwa ini dianggap sebagai quanta-quanta atau yang kita sebut sebagai foton. Menurut Einstein Cahaya bisa berperilaku sebagai paket paket energi yang tidak menyebar layaknya GEM, dan besar energi dari foton tersebut merupakan kelipatan dari frekuensi getaran dari elektron yang menyebabkan cahaya tersebut teradiasikan. Ketika foton bergerak maka kecepatan foton tersebut sama dengan kecepatan cahaya

Pada peristiwa efek fotolistrik ini, karena cahaya dianggap sebagai foton dan besar energi tiap foton itu bergantung pada frekunsi sumber foton tersebut maka memperbesar frekuensi foton, artinya memperbesar energi foton tersebut. Sedangkan besar kecilnya intensitas cahaya itu berhubungan dengan banyaknya foton yang bergerak. Artinya dengan memperbesar intensitas cahaya maka akan memperbanyak jumlah foton.

Jika cahaya kita jatuhkan pada sebuah dinding, maka akan terlihat bagian terang pada dinding yang tiada lain adalah cahaya yang tertangkap oleh dinding

Gambar 1

Cahaya Menurut EinsteinCahaya Menurut Teori GEM

sebagai layar. Jika kita dekatkan sumber cahaya ke dinding maka bagian terang tersebut akan terlihat semakin terang. Semakin terangnya cahaya yang tertangkap oleh layar artinya semakin besar intensitas cahaya yang jatuh pada layar dan artinya juga semakin banyak foton yang jatuh pada layar tersebut.

Gambar alat yang digunakan dalam percobaan Millikan mengenai effek foto listrik seperti di bawah ini.

Gambar 2. Rangkaian Pengamatan Effek Foto Listrik

Sebuah foton yang menumbuk permukaan logam akan diserap energinya oleh sebuah elektron. Energi yang diserap oleh elektron itu digunakan untuk membebaskan diri dari ikatan inti dan keluar dari permukaan logam. Jika terdapat sisa energi setelah elektron membebaskan diri dari ikatan inti maka energi tersebut digunakan untuk bergerak.

Dengan demikian jika semakin banyak foton yang menumbuk permukaan logam maka akan semakin banyak pula elektron yang melepaskan diri dari ikatan inti dan keluar dari permukaan logam. artinya intensitas penyinaran berpengaruh terhadap banyaknya elektron yang dikeluarkan dari permukaan logam.

Pada proses terjadinya efek fotolistrik, ketika penyinaran dilakukan elektron terbebas dari permukaan logam. karena rangkaian di hubungkan pada sumber tegangan , maka ruang antara katoda dan anoda merupakan ruangan yang memiliki medan listrik (E = V/d). Elektron bergerak dengan kecepatan (v) dalam medan listrik (E) tersebut, sehingga timbul gaya listrik (F = -e E F = -e V / d). Ketika energi kinetik elektron terimbangi oleh gaya listrik yang

cahaya

Tabung Kuartz tervakumkan

Elektron

Katoda Anoda

d

Gamabar 3

Proses Terjadinya Efek Fotolistrik

Cahaya

F v

E

AK

e

timbul akibat medan listrik itu maka elektron tidak akan bergerak sehingga akan diam. Potensial yang menyebabkan medan listrik yang bisa mengimbangi energi kinetik sehingga elektron tidak dapat bergerak ini disebut dengan potensial henti atau stoping potensial.

Intensitas cahaya yang melalui luas penampang tertentu kita sebut sebagai fluks cahaya. Semakin besar luas penampang yang dilalui cahaya maka semakin besar pula intensitas cahaya tersebut.

Beberapa bahan bisa ditembus cahaya, cahaya yang melewati bahan itu bukan berarti seluruh cahaya yang melewati bahan itu diteruskan, ada sebagian cahaya yang diserap oleh bahan itu. Tingkat penyerapan cahaya oleh suatu bahan ditentukan oleh faktor absorpsi yang dimilki oleh bahan tersebut.

Beberapa fakta empiris yang ditemukan dalam eksperimen effek foto listrik adalah :1. Potensial pemberhenti (Stopping Potensial) Vo untuk bahan anoda tertentu tidak

bergantung dari intenistas cahaya yang menyinari bahan anoda. (lihat gambar 1.1)

2. Potensial pemberhenti Vo bergantung dari frekuensi v dari cahaya yang menyinari anoda. Dalam gambar di bawah ini lengkung iG terhadap Vo dibuat untuk keadaan dengan anoda yang sama, dan 3 frekuensi yang berlainan. (lihat gambar 1.2).

Gambar 1.1 Arus fotolistrik sebanding dengan Intensitas cahaya untuk semua rentang potensial. Tetapi potensial pemberhenti Vo sama untuk semua Intensitas cahaya pada frekuensi tetap

0

Arus Fotolistrik

Vo

1I

2I

3IFrekuensi tetap

Gambar 1.2Potensial pemberhenti Vo bergantung pada frekuensi cahaya datang.Potensial

v1 > v2 > v3

v1v2v3

Intensitas cahaya tetap

Vo(1)Vo(2)Vo(3)

3. Untuk satu macam bahan anoda, lengkung potensial pemberhenti Vo sebagai fungsi-fungsi frekuensi v cahaya, merupakan garis yang lurus Ternyata ada satu frekuensi potong vo (cut-off frequency), yang menjadi batas effek fotolistrik. Artinya bahan cahaya dengan frekuensi di bawah harga vo tidak akan menghasilkan efek fotolistrik berapapun intensitasnya, setiap bahan anoda mempunyai harga vo tersendiri.

Setiap logam memiliki harga vo jadi juga memiliki Wo tersendiri. Sehingga Wo adalah harga minimum energi yang harus dimiliki elektron untuk melepaskan diri dari permukaan logam. Selanjutnya Wo dinamakan fungsi kerja logam. Harga Wo inipun kadang-kadang dinyatakan dalam bentuk beda potensial V0, dimana V0 = Wo/e, dimana e adalah muatan elektron. Satuan V0 adalah Volt, dan W dalam joule atau elektron Volt (eV).

Dengan demikian hipotesa Einstein menghasilkan hubungan kekekalan energi

Atau untuk elektron yang paling energetik

Hal ini dapat menerangkan secara konseptual fakta-fakta eksperimental tentang efek fotolistrik. Dari ungkapan

Jelas bahwa Ek datau V0 hanya bergantung dari frekuensi dan bukan dari intensitas cahaya.

Berdasarkan teori kuantum cahaya tersebut dan Hukum Kekekalan Energi Einstein berhasil merumuskan :

hυ = W + Ek

hυ = energi fotonEk = energi kinetikW = fungsi kerja logamW =hv0

h = konstanta Planck

v (1014) Hz

Potensial Pemberhen

hv=

v0

v−v0

Bila grafik ubungan V 0 terhadap υ maka akan diperoleh grafik persis seperti hasil percobaan Milikan dimana koefisien arah dari grafik tersebut ialah h karena e muatan elektron

III. ALAT PERCOBAAN1. Alat Efek Fotolistrik (Planck Constant Apparatus)2. Voltmeter 0 – 5 Volt3. Mikroampremeter4. Kabel Penghubung

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Menentukan Hubungan antara Intensitas Penyinaran dengan Jarak dari Sumber Cahaya

1) Posisi sumber cahaya photo sel dan photoelektrik aparature diatur sesuai dengan gambar berikut,

2) Menghitung jarak antara sumber cahaya dengan photo sel ( d )3) Posisi tombol power photoelectric apparatus di ON kan.4) Voltmeter diatur sehingga skalanya pada posisi 80 Volt.5) Amperemeter diatur sehingga skalanya menunjukan angka nol.6) Saklar pada sumber cahaya ditutup7) Arus yang timbul dibaca pada Amperemeter.8) saklar pada sumber cahaya dibuka.9) Langkah 3, 7, 8 dan 9 diulangi dengan mengubah jarak d.

II. Menentukan Hubungan antara Fluks Cahaya Datang dengan Intensitas Penyinaran

1) Posisi sumber cahaya photo sel dan photoelektrik aparature dan slit diatur sesuai dengan gambar berikut,

d

Photo electric aparature

Photosel

Sumber cahaya

VA

2) Posisi lebar slit diatur3) Tombol power photoelectric aparatus di-ON-kan.4) Voltmeter diatur sehingga skalanya pada posisi 80 Volt.5) Amperemeter diatur sehingga skalanya menunjukan angka nol.6) Saklar pada sumber cahaya ditutup7) Kemudian arus yang timbul pada Amperemeter dibaca dan dicatat8) Saklar pada sumber cahaya dibuka.9) Langkah 3, 7, 8 dan 9 diulangi dengan mengubah Lebar slit. Dan tidak mengubah

jarak d.

III. Menentukan Karakateristik Photosel

1) Posisi sumber cahaya photo sel dan photoelektrik aparature dan slit diatur sesuai dengan gambar berikut,

2) Posisi lebar slit diatur.3) Tombol power photoelectric aparature di-ON-kan.4) Voltmeter diatur pada posisi 0 Volt.5) Amperemeter datur sehingga skalanya menunjukan angka nol.6) Saklar pada sumber cahaya ditutup7) Arus yang timbul dibaca pada Amperemeter.8) Saklar pada sumber cahaya dibaca.9) Langkah 7, 8 dan 9 diulangi, dengan mengubah Tegangan. Dan tidak mengubah

jarak d10) Mengulangi Langkah 7, 8, 9, dan 10 untuk lebar slit yang berbeda.

SLIT

Photo electric aparature

Photosel

Sumber cahaya

VA

SLIT

Photo electric aparature

Photosel

Sumber cahaya

VA

IV. Mengukur Faktor Absorpsi Suatu Material

1) Posisi sumber cahaya photo sel dan photoelektrik aparatus dan slit diatur sesuai dengan gambar berikut,

2) Tombol power photoelectric aparatus di-ON-kan.3) Voltmeter diatur sehingga skalanya pada posisi 80 Volt.4) Amperemeter diatur sehingga skalanya menunjukan angka nol.5) Saklar pada sumber cahaya ditutup6) Arus yang timbul dibaca pada Amperemeter.7) Membuka saklar pada sumber cahaya.8) Memasang 1 buah mika di depan photo sel9) Arus yang timbul dibaca pada Amperemeter.10) Membuka saklar pada sumber cahaya11) Langkah 9 dan 10 diulangi, dengan menambah 1 mika

V. DATA HASIL PERCOBAAN

θ λ (nm) V 0

0 589 0,73-1 564 0,75-2 539 0,81-3 514 0,9-4 489 1,01-5 463 1,11-6 437 1.22-7 411 1,32-8 386 1,42

VI. KESIMPULANBerdasarkan data hasil eksperimen, pengolahan data, serta analisis data yang telah

dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :1. Semakin dekat jarak sumber cahaya ke photo sel maka akan semakin besar intensitas

penyinaran terhadap photosel.2. Semakin besar fluks cahaya yang digunakan maka akan semakin besar pula intensitas

penyinaran terhadap photosel.

Mika

Photo electric aparature

Photosel

Sumber cahaya

VA

3. Salah satu karakteristik photosel adalah potensial henti dari photosel tersebut. Potensial henti ini tidak di pengaruhi oleh intensitas penyinaran, melainkan dipengaruhi oleh potensial antar elektrodanya.

4. Semakin tebal suatu material, maka akan semakin besar pula material tersebut menyerap intensitas cahaya yang melaluinya.

E. Daftar Pustaka

Beiser. 1987. Konsep Fisika Modern. Edisi keempat. Erlangga : JakartaResnick & Halliday. 1978. Fisika Jilid I 3rdEd. ( Terjemahan Pantur Silaban).

Jakarta :Erlangga. Tim Dosen Laboratorium Fisika 1,Petunjuk Praktikum Laboratorium Fisika, Jurusan Pendidikan Fisika Universitas Pendidikan Indonesia, 2003