BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya. Ditinjau dari perspektif sejarah, penemuan efek fotolistrik merupakan salah satu tonggak sejarah kelahiran fisika kuantum. Untuk merumuskan teori yang cocok dengan eksperimen, kita dihadapkan pada situasi dimana paham klasik yang selama puluhan tahun diyakini sebagai paham yang benar, terpaksa harus dirombak. Paham yang dimaksud adalah konsep cahaya sebagai gelombang tidak dirombak, fenomena efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan secara baik.
Paham yang baru yang mampu menjelaskan secara teoritis fenomena efek fotolistrik adalah bahwa cahaya sebagai partikel namun demikian, munculnya paham baru ini menimbulkan polemik baru. Penyebabnya adalah bahwa paham cahaya sebagai gelombang telah dibuktikan kehandalannya dalam menjelaskan sejumlah besar fenomena yang berkaitan dengan fenomena difraksi, interferensi, dan polarisasi. Sementara itu, fenomena yang disebutkan tadi tidak dapat dijelaskan berdasarkan paham cahaya sebagai partikel. Untuk mengatasi itu, para ahli sepakat bahwa cahaya memiliki sifat ganda : sebagai gelombang dan sebagai partikel.


B. Tujuan Percobaan
1. Untuk mengamati perilaku cahaya sebagai gelombang menurut teori klasik.
2. Untuk mengamati perilaku cahaya sebagai partikel menurut teori kuantum.
3. Untuk menentukan konstanta Planck.














BAB II
LANDASAN TEORI

Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya atau gelombang elektromagnetik pada umumnya. Elektron yang terlepas pada efek fotolistrik disebut elektron foto (Photoelektron). Fenomena ini pertama kali diamati oleh Heinrich Hertz (1886-1887) melalui percobaan tabung lucutan. Hertz melihat bahwa lucutan elektrik akan menjadi lebih muda jika cahaya ultraviolet dijatuhkan pada elektroda tabung lucutan (sebagai bahan elektroda digunakan logam natrium). Ini menunjukkan bahwa cahaya ultraviolet dapat melepaskan elektron dari permukaan logam atau sekurang-kurangnya memudahkan elektron terlepas dari logam. Pengamatan Hertz ini kemudian diselidiki lebih lanjut oleh P. Lenard sekitar 18 tahun. Kemudian pada tahun 1905 secara teoritis, Einstein berhasil menjelaskan fenomena ini.
Skema percobaan untuk mempelajari efek fotolistrik disajikan pada gambar 2.1. Peralatan utama terdiri atas plat logam, jendela, galvanometer, dan potensiometer. Plat logam A dan logam K ditempatkan dalam tabung kaca yang dihampakan. Penghampaan ini diperlukan untuk meminimalkan tumbukan antara elektron-foto dengan molekul-molekul gas. Sisi tabung yang berperan sebagai jendela terbuat dari bahan kuarsa, melalui jendela inilah berkas cahaya monokromatis ditembakkan ke plat K sehingga plat melepaskan elektron-foto. Galvanometer (G) digunakan untuk mendeteksi adanya arus listrik yang dihasilkan oleh elektron foto tersebut (sering kali disebut arus fotoelektrik). Potensiometer (hambatan geser) diperlukan untuk mengatur beda potensial antara plat A dan plat B.





Gambar 2.1 Set Percobaan Untuk Mengamati Efek Fotolistrik
Cahaya monokromatis ditembakkan ke plat K yang potensialnya dibuat lebih positif terhadap plat A ternyata untuk cahaya dengan frekuensi tertentu, galvanometer (G) mendeteksi adanya arus listrik. Ini menunjukkan bahwa elektron-foto yang dipancarkan oleh plat K mampu mencapai plat A walaupun plat A memiliki potensial yang lebih negatif dari pada plat K. Ini juga berarti bahwa ketiak terlepas dari plat K elektron sudah memiliki tenaga kinetik yang cukup besar untuk menembus potensial penghalang yang dipasang antara plat K dan A. Untuk menghentikan gerakan elektron-foto (ditunjukkan dengan tidak adanya arus fotoelektrik yang melalui G), diperlukan potensial penghalang V tertentu. Beda potensial yang mampu menghentikan gerak elektron-foto tercepat ini disebut potensial penghenti (stopping potential), yang diberi lambang Vo.
Cacah elektron-foto yang dilepaskan plat K bergantung pada intensitas cahaya. Msing-masing elektron-foto memiliki energi kinetik yang berbeda-beda. Jika elektron-foto tercepat sudah dapat dihentikan oleh potensial penghenti, elektron-foto lainnya otomatis juga dihentikan. Elektron kinetik elektron-foto tercepat dapat diketahui dari nilai Vo. Berdasarkan prinsip kekekalan energi dapat disimpulkan bahwa energi kinetik elektron-foto tercepat sama dengan eVo, dengan e menyatakan muatan elektron sama dengan 1,6 x 10-19 C. Jika energi kinetik elektron tercepat dilambangkan Kmax, maka :
Kmaks = eVo ................. (2.1)
Dalam efek fotolistrik itu ditentukan fakta-fakta eksperimental sebagai berikut:
1. Potensial pemberhenti Vo untuk bahan anoda tertentu tidak bergantung dari intensitas cahaya yang menyinari bahan anoda.







Gambar 2.2 Arus fotolistrik sebanding dengan intensitas cahaya untuk semua rentang potensial.
2. Potensial pemberhenti Vo bergantung dari frekuensi ѵ dari cahaya yang menyinari anoda. Dalam gambar di bawah ini lengkung Io terhadap Vo dibuat untuk keadaan dengan anoda yang sama, dan tiga frekuensi yang berlainan.







Gambar 2.3 Potensial pemberhenti Vo tergantung pada frekuensi cahaya yang datang
3. Untuk satu macam bahan anoda lengkung potensial pemberhenti Vo sebagai fungsi frekuensi v cahaya, merupakan garis yang lurus. Ternyata ada satu frekuensi potong Vo (cut-of frequency) yang menjadi batas efek fotolistrik. Artinya bahwa cahaya dengan frekuensi di bawah harga Vo tidak akan menghasilkan efek fotolistrik berapapun intensitasnya. Setiap bahan anoda mempunyai Vo tersendiri.













Gambar 2.4 Grafik hasil pengukuran potensial pemberhenti sebagai fungsi frekuensi untuk sodium (frekuensi ambang 4,39 x 1014 Hz)
Bagian dari fakta eksperimental di atas tentang efek fotolistrik yang tidak dapat diterangkan dengan konsep gelombang tentang cahaya sebagai berikut :
1. Bahwa Vo (jadi Ek) tidak bergantung dari intensitas cahaya. Menurut konsep gelombang kuat medan E dari cahaya berbanding lurus dengan √I dimana I adalah intensitas cahaya. Jadi bila E besar, tentunya gaya pada elektron dipermukaan anoda juga besar, karena F = eE.
2. Bahwa di bawah frekuensi potong Vo elektron tidak lagi dapat dilepaskan dari permukaan logam. Menurut konsep gelombang, kuat medan E tidak bergantung dari frekuensi, sehingga asal intensitas cukup besar efek fotolistrik yang akan terjadi dan tidak bergantung pada frekuensi cahaya.
Dengan demikian harus dicari penjelasan secara teoritis yang berpijak pada konsep gelombang cahaya. Untuk inilah maka kemudian Einstein mengemukakan postulatnya sebagai berikut :
1. Cahaya itu terdiri dari paket-paket energi (foton) yang bergerak dengan kecepatan c.
2. Bahwa apabila frekuensi cahaya adalah v maka energi foton adalah E = hv.
3. Dalam proses fotolistrik satu foton diserap sepenuhnya oleh elektron pada permukaan logam.
Dengan menggunakan teori Planck Einstein menemukan gejala efek fotolistrik dengan persamaan :
E = hv = EKmaks + Wo ………… (2.2)
Dengan EKmaks = energi kinetik maksimum
Wo = fungsi kerja logam.
Pada umumnya elektron memanfaatkan energi minimum Wo untuk melepaskan diri dari katoda, keluar beberapa energi maksimum EKmaks. Elektron yang mecapai anoda dapat diukur dengan arus fotoelektron. Akan tetapi daya menerapkan potensial balik Vs antara anoda dan katoda, arus fotolistrik dapat dihentikan. EKmaks dapat ditentukan dengan mengukur potensial balik minimum yang diperlukan untuk menghentikan fotoelektron dan mengurangi arus fotolistrik sehingga mencapai nol.
Hubungan antar EK dan Potensial penghenti diberikan oleh :
EKmaks = eVos …………… (2.3)
Maka didapat persamaan Einstein :
hυ = eVso+ Wo …………… (2.4)















BAB III
METODE PRAKTIKUM

A. Alat dan Bahan
a. Digital Voltmeter (SE – 9589)
b. h/e Apparatus (AP – 936 8)
c. h/e Apparatus Accessory Kit (AB – 9369)
d. Mercury Vapor Light Source (OS – 9286)
B. Prosedur Kerja
Menyusun alat “h/e Apparatus” seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut.











Untuk kegiatan 1 bagian A
1. Mengatur h/e Apparatus sehingga hanya 1 (satu) garis spectral (warna) yang jatuh pada mask fotodioda.
2. Meletakkan filter yang bersesuaian dengan warna spectrum pada White Reflective Mask.
3. Meletakkan variable Transmission Filter di depan White Reflective Mask sehingga cahaya melewati bagian yang bertanda 100 % dan mencapai foto dioda.
4. Mencatat tegangan DVM pada table yang disediakan. Menggerakkan variable Transmission Filter sehingga bagian berikutnya tepat pada cahaya datang. Mencatat VDM dan memperkirakan waktu pemuatan (recharge) setelah tombol discharge ditekan dan dilepaskan.
5. Mengulangi langkah 3 sampai ke lima bagian filter telah diuji. Mengulangi seluruh langkah dengan warna kedua yang berbeda.
Untuk kegiatan 1 bagian B
1. Mengatur h/e Apparatus sehingga hanya satu bagian dari pita warna kuning yang jatuh pada Mask fotodioda. Meletakkan filter kuning pada White Reflective Mask.
2. Mencatat tegangan VDM (potensial penghenti) pada table yang tersedia.
3. Mengulangi percobaan untuk setiap warna di dalam spectrum.

Untuk kegiatan 2
Percobaan ini bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara energi, panjang gelombang dan cahaya. Dari hubungan tersebut konstanta Planck dapat ditentukan.
1. Memeriksa lima jenis warna dari dua orde pada spectrum Mercury.
2. Mengatur h/e Apparatus dengan hati-hati sehingga hanya satu warna dari orde pertama (orde paling terang) yang jatuh pada bukaan Mask fotodioda.
3. Untuk setiap warna pada setiap orde, mengukur potensial penghenti dengan DVM dan mencatat hasilnya pada table yang diberikan. Menggunakan filter kuning dan hijau pada reflective Mask ketika pengukuran dengan cahaya kuning dan hijau dilakukan.
4. Melanjutkan pengukuran untuk orde kedua, mengulangi seluruh proses di atas.
C. Teknik Analisis Data
1. Metode Tabel.
Pada table ini, untuk table 1 menggambarkan hubungan antara persen transmisi dengan potensial penghenti. Untuk table ke-2, menggambarkan hubungan antara warna spectrum dengan potensial penghenti. Pada table ini, ada lima spectrum warna yang akan ditentukan potensial penghentinya. Dan pada table ke-3, menggambarkan hubungan antara warna orde dengan panjang gelombang, frekuensi dan potensial penghenti.
2. Metode Grafik
Pada grafik yang akan dibuat menggambarkan hubungan antara frekuensi dengan potensial penghenti untuk orde satu dan orde dua. Dari grafik ini, diperoleh konstanta Planck (h) dan nilai fungsi kerja (W).
h = m x e
W = h x fo
dengan, e = muatan electron (1,6 x 10-19)
m = massa electrón ( 9,1 x 10 -31 kg)
fo = frekuensi ambang
h = konstanta Planck
W = fungsi kerja








BAB IV
HASIL PENGAMATAN, ANALISIS DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengamatan
Tabel 1.1 Hubungan antara % transmisi dengan Potensial Penghenti
Warna 1 % Transmisi Potensial Penghenti (volt)


Kuning 100 0,710
80 0,698
60 0,647
40 0.573
20 0,484
Warna 2 % Transmisi Potensial Penghenti (volt)


Hijau 100 0,765
80 0,731
60 0,692
40 0,631
20 0.555



Tabel 1.2 Hubungan antara warna dengan potensial penghenti.

Warna Potensial Penghenti
(volt)
Kuning 0,930
Hijau 0,941
Biru 1,267
Violet 1,318
Ultraviolet 1,423


Tabel 1.3 Hubungan antara frekuensi dengan potensial penghenti
Warna Orde
Pertama Panjang Gelombang (nm) frekuensi
(x1014 Hz) Potensial Penghenti (volt)
Kuning 578 5,18672 0,545
Hijau 546,074 5,48992 0,661
Biru 435,835 6,87858 1,257
Violet 404,656 7,40858 1,330
Ultraviolet 365,483 8,20264 1,557


Warna Orde
Kedua Panjang Gelombang (nm) frekuensi
(x1014 Hz) Potensial Penghenti (volt)