Jurnal Efek Foto Listrik Universitas Andalas

MENENTUKAN KONSTANTA PLANCK DAN HARGA FUNGSI KERJA LOGAM KATODA MENGGUNAKAN FILTER

Fadli Nauval, Lisna Meylani

Laboratorium Fisika Lanjut, FMIPA, UNIVERSITAS ANDALAS

email: nauvalfadli46@gmail.com

ABSTRAK

Efek fotolistrik merupakan suatu peristiwa keluarnya elektron dari suatu permukaan bahan, bahan yang dipakai biasanya adalah logam dimana ketika dikenai, dan menyerap radiasi elektromagnetik seperti cahaya tampak yang berada di atas frekuensi ambang yang tergantung pada frekuensi jenis permukaan. Tujuan dari percobaan efek fotolistrik yang dilakukan adalah untuk menentukan konstanta Planck dan menentukan harga fungsi kerja (work function) logam katoda, dimana percobaan tersebut menggunakan persen transmisi dan pancaran beberapa sinar. Kemudian hasil percobaan tersebut dibandingkan dengan nilai literatur yang telah ada. Pada efek fotolistrik permukaan logam disinari dengan berkas cahaya, dan sejumlah elektron akan terpancar dari permukaannya. Percobaan ini akan mendapatkan hasil yaitu berupa fungsi kerja, nilai konstanta Planck dan energi kinetik elektron.

Kata kunci : konstanta Planck, fungsi kerja, energi kinetik, persen transmisi.

ABSTRACT

The photoelectric effect is an event of discharge of electrons from a surface materials, the materials used are usually the metal which when charged, and absorbs electromagnetic radiation such as visible light which is above a threshold frequency depending on the frequency of this type of surface. The purpose of the photoelectric effect experiment being performed is to determine Planck's constant and specify the price of the work function metal the cathode, where the experiment using the percent transmission and radiate some light. Then the results of the experiment are compared with literature values. On photoelectric effect metal surface irradiated with a beam of light, and a number of electrons will be emitted from the surface. This experiment will get a result that is either a work function, the value of Planck's constant and the kinetic energy of the electron.

Keywords : Planck's constant, function work, kinetic energy, the percent transmission.

I.     PENDAHULUAN

Mengacu pada teori cahaya sebagai foton (teori kuantum cahaya), energi dari fotoelektron hanya bergantung pada frekuensi cahaya datang, tidak bergantung terhadap intensitasnya.  Frekuensi yang lebih tinggi akan menghasilkan energi yang lebih besar, demikian sebaliknya. Ini sangat berbeda dengan model klasik dari gelombang cahaya, bahwa energi maksimum akan bergantung pada intensitas cahaya. Dengan kata lain, semakin terang cahaya maka semakin besar energinya, demikian sebaliknya.

Efek fotolistrik merupakan salah satu peristiwa dualisme gelombang, tepatnya gelombang yang menunjukkan sifat partikel. Dalam kasus ini gelombang elektromagnetik (cahaya tampak) yang menyinari suatu material akan mengeluarkan elektron yang ada pada permukaan material tersebut dengan syarat energi yang dimiliki oleh cahaya tampak harus lebih besar dari pada fungsi kerja permukaan material.

Pada tahun 1901, Planck mempublikasikan hukumnya tentang radiasi. Ia menyatakan bahwa pancaran dan serapan radiasi berhubungan dengan perpindahan atau lompatan antara dua tingkat energi. Energi yang hilang oleh osilator dipancarkan dan diserap sebagai paket (kuantum) energi radiasi, yang besarnya adalah :

E = hu                                                                          (1)

di mana,

h = konstanta planck (6,626 x 10^-34 Js)

E = Energi pancaran (J)

u = Frekuensi radiasi (Hertz)

            Konstanta Planck telah ditemukan untuk dapat menjelaskan hubungan antara frekuensi dan energi cahaya dan diperkenalkan pula teori kuantum cahaya. Teori ini kemudian diaplikasikan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik secara teori kuantum cahaya melalui pernyataanya : “Jika suatu sumber cahaya dengan frekuensi (u) mengenai permukaan logam, maka elektron di dalam logam tersebut akan tereksitasi dengan energi (Ek)“. Secara matematis dinyatakan :

hu = KE_maks  + W_o                                                        (2)

di mana,

W_o       = Energi yang diperlukan elektron untuk bergerak dari dalam logam ke permukaan (J)

KE_maks  = Energi kinetik elektron maksimum yang dipancarkan pada peristiwa fotoelektron (J)

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah menentukan konstanta Planck, menentukan harga fungsi kerja logam katoda, mengetahui pengaruh filter transmisi terhadap potensial penghenti, dan mengetahui pengaruh warna terhadap potensial penghenti.

II.  METODE

Gambar 1: Susunan Peralatan Efek Fotolistrik

          

                                                               

Sebelum penelitian dimulai, alat yang akan digunakan disusun seperti Gambar 1. Lima menit sebelum digunakan lampu merkuri dihidupkan kemudian lensa dan kisi (bersatu) di pasang pada lampu merkuri lalu diatur sedemikian rupa sehingga sinar yang diuraikan kisi dapat dilihat dengan jelas dan tepat masuk ke dalam kotak (h/e). On pada alat (h/e) ditekan dan salah satu jenis warna sinar diusahakan ke dalam celah dan filter dipasang sesuai warna sinar yang akan diukur.

Penelitian pertama adalah menunjukkan cahaya sebagai gelombang. Filter transmisi variabel diposisikan di depan selubung pemantul putih sehingga cahaya yang dilewatkan sesuai dengan persentase filter. Potensial yang terbaca pada voltmeter dicatat sebagai potensial penghenti. Tombol discharge ditekan, dilepaskan, dan diamati berapa waktu yang dibutuhkan untuk kembali ke tegangan semula pada lalu aproksimasi waktunya dicatat. Langkah-langkah di atas diulangi untuk filter transmisi dan warna yang lain.

Penelitian yang kedua adalah menunjukkan cahaya sebagai foton dan menentukan konstanta radiasi. Stopping potensial diukur dengan voltmeter dengan menekan tombol “Push to Zero” yang ada pada kotak alat (h/e). Angka yang tertera pada voltmeter digital dan dicatat ketika tegangan tidak naik lagi pada kolom potensial penghenti. Langkah di atas diulangi untuk garis yang lain dan pengukuran dilakukan minimal 5 kali untuk jenis sinar yang sama.

III.   HASIL DAN DISKUSI

Pada penelitian ini digunakan dua filter yaitu kuning dan hijau yang masing-masingnya memiliki lima persentase transmisi yang berbeda. Setelah melakukan penelitian didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 1. Pengaruh persentase transmisi terhadap stopping potential dan approx charge time  pada filter kuning

NO	% Transmisi	Stopping Potential (V)	Approx charge Time (s)	x (Hz)	y (cV)
1	100	0,642	2	5,08 x 1014	1,0272 x 10-19
2	80	0,563	3		9,008   x 10-20
3	60	0,613	2		9,808   x 10-20
4	40	0,581	2		9,296   x 10-20
5	20	0,538	1		8,608   x 10-20

Tabel 2. Pengaruh persentase transmisi terhadap stopping potential dan approx charge time pada filter    hijau

NO	% Transmisi	Stopping Potential (V)	Approx charge Time (s)	x (Hz)	y (cV)
1	100	0,630	1	5,45 x 1014	1,008   x 10-19
2	80	0,618	2		9,888   x 10-20
3	60	0,597	1		9,552   x 10-20
4	40	0,565	1		9,04     x 10-20
5	20	0,518	2		8,288   x 10-20

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa persentase transmisi berbanding terbalik besarnya dengan potensial penghenti dan berbanding lurus dengan waktu. Ini sesuai dengan fungsi persentase  filter transmisi yaitu menyaring cahaya yang akan masuk ke alat. Jadi, semakin tinggi persentase filternya maka akan semakin sedikit cahaya yang masuk karena tingkat penyaringannya lebih baik, dan itu artinya potensial yang terbaca pada voltmeter yang dihubungkan dengan alat juga akan membaca nilai tegangan yang lebih kecil dari pada filter yang persentasenya lebih kecil.

Hubungannya dengan waktu adalah semakin tinggi persentase filter maka akan semakin sedikit pula waktu yang dibutuhkan untuk mencapai nilai potensial penghentinya dari pada filter yang persentasenya lebih kecil. Filter transmisi ini menyaring seberapa banyak cahaya yang akan mengenai alat (h/e). Jadi filter yang persentasenya besar akan cepat melakukan penyaringan cahaya.

Selain untuk menentukan hubungan antara persentase filter transmisi dengan waktu dan potensial penghenti, pada penelitian ini ada lagi hal yang lebih penting yaitu penentuan nilai konstanta planck dan energi gelombang cahaya. Secara literatur nilai konstanta planck (h) adalah 6,626 x 10^-34 Js, bila dibandingkan dengan yang didapatkan melalui penelitian perbedaan nilainya sangat besar, hal ini karena skala yang digunakan sangat kecil (10^-34). Secara nilai sepertinya tidak berpengaruh tapi secara fisis tidak bisa dijelaskan pengaruhnya karena dibutuhkan penelitian lebih lanjut untuk menjelaskannya dengan pasti.

Dari penelitian ini juga dapat dilihat bahwa frekuensi sangat mempengaruhi besar energi yang dimiliki oleh gelombang cahaya. Semakin besar frekuensinya maka akan semakin besar energi yang diberikan oleh cahaya dan semakin besar energi maksimum yang dimiliki elektron yang keluar dari material akibat ditembakkan oleh cahaya.

Hubungan ini didapatkan dari persamaan (2). Dari persamaan itu kita ketahui bahwa kerja permukaan suatu material bersifat konstan pada tiap material. Jadi yang berubah adalah energi radiasi gelombang datang dan elektron yang keluar dari material, dan hubungannya sebanding. Hasil yang didapat dari pratikum membuktikan kebenaran ini.

Hubungan antara pengaruh warna terhadap potensial penghenti (dapat dilihat dalam tabel 1 dan tabel 2) adalah sebanding. Artinya semakin besar frekuensi warna, maka akan semakin besar pula potensial penghentinya. Secara Grafik hubungannya dapat dinyatakan :

Gambar 2. Grafik hubungan stopping potential terhadap approx charge time cahaya sebagai gelombang pada filter kuning

Grafik untuk filter kuning tidak linear, hal ini disebabkan karena nilai pada data yang diperoleh dari percobaan naik turun. Kesalahan ini kemungkinan terjadi dalam menentukan berapa waktu yang diperlukan saat mencapai potensial penghenti yang diharapkan. Serta kurang telitinya praktikan dalam pembulatan angka pada perhitungan.

Gambar 3. Grafik hubungan stopping potential terhadap approx charge time cahaya sebagai gelombang pada filter hijau

Grafik untuk filter hijau juga tidak linear, hal ini disebabkan karena nilai pada data yang diperoleh dari percobaan naik turun. Kesalahan ini kemungkinan terjadi dalam menentukan berapa waktu yang diperlukan saat mencapai potensial penghenti yang diharapkan. Serta kurang telitinya praktikan dalam pembulatan angka pada perhitungan.

Gambar 4.  Grafik hubungan frekuensi sinar terhadap stopping potential

Dari gambar 4 menunjukkan hubungan frekuensi sinar terhadap stopping potential, grafik menunjukkan semakin besar nilai frekuensi sinar maka semakin besar pula stopping potential yang dihasilkan. Kelinearannya juga tidak bagus. Hal ini disebabkan karena data yang diperoleh naik turun

IV.     KESIMPULAN

Dari percobaan mengenai efek fotolistrik dapat praktikan simpulkan:

1.    Konstanta Planck yang diperoleh dari percobaan tidak sama dengan literaturnya, dimana konstanta Planck dari percobaan sebesar 0,439 x 10^-34 Js sedangkan literaturnya 6,626 x 10^-34 Js.

2.    Semakin besar % transmisi cahaya maka semakin besar stopping potential yang dihasilkan, hal ini berlaku bagi kedua filter yaitu filter kuning dan hijau.

3.    Nilai approx charge time rata-rata sama walaupun % transmisinya diubah-ubah.

4.    Semakin kecil % transmisi yang diberikan maka semakin kecil energi kinetik yang dihasilkan elektron.

5.    Harga fungsi kerja yang dihasilkan filter kuning lebih besar daripada harga fungsi kerja yang dihasilkan filter hijau.

DAFTAR PUSTAKA

Indajit, D. 2007 . Mudah dan Aktif Belajar Fisika. Bandung: Grafindo.

Krane, K.S. 1992. Fisika Modern (diterjemahkan oleh: Hans J. Wospakrit). Jakarta: UI Press.

Muttaqin, A. 2015. Modul Fisika Eksperimen 1. Padang: UNAND.