A. Latar Belakang Untuk membangkitkan tenaga listrik dari cahaya matahari kita mengenal istilah sel surya. Namun tahukah kita bahwa sel surya itu sebenarnya memanfaatkan konsep efek fotolistrik. Efek ini akan muncul ketika cahaya tampak atau radiasi UV jatuh ke permukaan benda tertentu. Cahaya tersebut mendorong elektron keluar dari benda tersebut yang jumlahnya dapat diukur dengan meteran listrik. Konsep yang sederhana ini tidak ditemukan kemudian dimanfaatkan begitu saja, namun terdapat serangkaian proses yang diwarnai dengan perdebatan para ilmuan hingga ditemukanlah definisi cahaya yang mewakili pemikiran para ilmuan tersebut, yakni cahaya dapat berprilaku sebagai gelombang dapat pula sebagai pertikel. Sifat mendua dari cahaya ini disebut dualisme gelombang cahaya. Meskipun sifat Gelombang cahaya tel berhasil diaplikasikan sekitar akhir abad ke-19, ada beberapa percobaan dengan cahaya dan listrik yang sukar dapat diterangkan dengan sifat gelombang cahaya itu. Pada tahun 1888 Hallwachs mengamati bahwa suatu keping itu mula-mula positif, maka tidak terjadi kehilangan muatan. Diamatinya pula bahwa suatu keping yang netral akan memperoleh muatan positif apabila disinari. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengamatan-pengamatan di atas adalah bahwa cahaya ultraviolet mendesak keluar muatan litrik negatif dari permukaan keping logam yang netral. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari logam ketika disinari dengan cahaya. Berdasarkan uraian di atas maka dilakukanlah percobaan ini dengan judul “efek fotolistrik” yang bertujuan untuk mengetahui apa yang dimaksud energi ambang, apa yang dimaksud energi foton dan bagaimana hubungan antara energi ambang dan energi foton.
1
B. Hipotesis Hipotesis yang diajukan dalam percobaan ini adalah : Semakin besar energi ikat elektron pada logam (energi ambang) maka semakin besar pula energi harus ditembakan (energi foton) untuk melepaskan elektron tersebut. C. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada percobaan ini adalah sebagai berikut
:
1. Apa yang dimaksud dengan energi ambang (Eo) ? 2. Apa yang dimaksud dengan energi foton (E) ? 3. Bagaimana hubungan antara energi ambang (Eo) dan energi foton (E) ? D. Identifikasi Variabel Percobaan Identifikasi variabel pada percobaan ini adalah
:
Kegiatan 1 : Hubungan antara energi ambang dan energi foton. 1. Variabel kontrol Intensitas cahaya merupakan banyaknya cahaya yang terpancar pada logam 2. Variabel terikat Energi ambang adalah besarnya energi pada logam untuk mempertahankan elektronnya agar tidak terlepas. 3. Variabel bebas
2
Energi foton adalah besarnya energi dari cahaya yang ditembakan pada logam. Energi foton yang dimaksudkan pada kegiatan ini adalah energi dari cahaya yang dipancarkan hingga elektron logam tepat terlepas.
E. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan telah tersedia lengkap dalam aplikasi Phet electronic. F. Prosedur Percobaan Langkah – langkah yang dilakukan pada percobaan ini adalah
:
Kegiatan 1 : Hubungan antara energi foton dan energi ambang. 1. Membuka aplikasi Phet dan memilih percobaan Photoelectric effect 2. Memilih jenis logam yang akan digunakan 3. Mengatur intensitas cahaya yang diberikan sebesar 100 % 4. Mengatur panjang gelombang cahaya yang diberikan hingga elektron tepat terlepas dari logam. 5. Mencatat data yang diperoleh pada tabel hasil pengamatan. 6. Mengulangi percobaan dengan jenis logam yang berbeda. 1. Mengulangi percobaan dengan panjang gelombang cahaya yang lebih kecil. G. Tabel Pengamatan Hasil yang diperoleh pada percobaan ini adalah
:
Kegiatan 1 : Hubungan antara energi foton dan energi ambang No.
Sumber Logam
Frekuensi (x1014 Hz)
1.
Sodium
5,56
2.
Zinc (besi)
10,42
3
3.
Coppr (tmbaga)
11,41
4.
Platinum
15,31
5.
Kalsium
7,02
H. Grafik HUBUNGAN FREKUENSI DAN ENERGI AMBANG 16 14 12 10 8 6 4 2 0 30
40
50
60
70
80
90
100
110
I. Analisis Data Dari hasil analisis data percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut Kegiatan 1
: : Hubungan antara energi foton dan energi ambang
Menghitung nilai frekuensi ambang c f 0= λ 1. Untuk Sodium dengan c f 0= λ 3 x 108 ¿ 539 x 10−9 14 ¿ 5,50 x 10 Hz
λ
= 539 nm
4
2. Untuk Zinc dengan c f 0= λ 3 x 108 ¿ 288 x 10−9 14 ¿ 10,42 x 10 Hz
λ
3. Untuk copper dengan c f 0= λ 8 3 x 10 ¿ 263 x 10−9 ¿ 11,41 x 1014 Hz
= 288 nm
λ
= 263 nm
λ
4. Untuk Platinum dengan c f 0= λ 8 3 x 10 ¿ −9 196 x 10 5. Untuk Kalsium dengan c f 0= λ 8 3 x 10 ¿ −9 427 x 10 ¿ 7,02 x 1014 Hz
λ
= 196 nm
= 427 nm
Menghitung energi ambang Eo =h . f 0 1. Untuk Sodium Eo =h . f 0 ¿ 6,63 x 10−34 .5,50 x 1014 2. Untuk Zinc Eo =h . f 0 ¿ 6,63 x 10−34 .10,42 x 1014
5
−20
¿ 69,08 x 10
eV
3. Untuk Copper Eo =h . f 0 ¿ 6,63 x 10−34 .11,41 x 1014 −20
¿ 75,65 x 10
eV
4. Untuk Platinum Eo =h . f 0 −34
¿ 6,63 x 10
14
.15,31 x 10
5. Untuk Kalsium Eo =h . f 0 −34
¿ 6,63 x 10
.7,02 x 10
14
¿ 46,54 x 10−20 eV J. Pembahasan Menurut teori efek foto elektron setiap logam yang disinari tidak selamanya akan melepaskan elektron. Terlepasnya elektron pada logam bergantung pada besar fErekuensi atau panjang gelombang dari cahaya yang mengenai logam serta besarnya frekuensi ambang elektron pada logam. Frekuensi ambang adalah frekuensi minimum dimana logam akan melepas elektronnya. Untuk melepas elektron pada logam, frekuensi cahaya yang diberikan pada logam harus lebih besar atau sama dengan frekuensi ambang elektron pada logam. Hal ini disebabkan karena elektron yang terikat pada tiap logam memiliki energi ikat tertentu, sehingga untuk melepaskan elektron pada logam , energi yang diberikan harus lebih besar atau sama dari energi ikat elektron pada logam.
6
Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data untuk panjang gelombang cahaya 539 nm pada sodium frekuensinya sebesar 5,50 x 10 14 Hz dan energi ambangnya sebesar 36,46 x 10-34 eV , untuk panjang gelombang cahaya 288 nm pada zinc frekuensinya sebesar 5,50 x 1014 Hz dan energi ambangnya sebesar 69,08 x 10-34 eV, untuk panjang gelombang cahaya 263 nm pada copper frekuensinya sebesar 11,41 x 1014 Hz dan energi ambangnya sebesar 75,65 x 10-34 eV, untuk panjang gelombang cahaya 196 nm pada platinum frekuensinya sebesar 15,31 x 1014 Hz dan energi ambangnya sebesar 101,50 x 10-34 eV, untuk panjang gelombang cahaya 427 nm pada kalsium frekuensinya sebesar 7,02 x 10 14 Hz dan energi ambangnya sebesar 46,54 x 10-34 eV. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa Dari hasil percobaan yang dilakukan logam yang membutuhkan energi paling kecil untuk melepaskan elektronnya adalah Sodium dengan yaitu sebesar 36,46 x 10 -34 eV , sedangkan jenis logam yang membutuhkan energi paling besar agar elektronnya terlepas adalah Platinum yaitu sebesar
101,50 x 10−34 eV . Percobaan yang dilakukan
telah sesuai dengan teori yaitu logam yang memiliki energi ikat paling besar akan melepaskan elektronnya jika energi yang diberikan sama dengan energi ambang atau energt ikat elektron.
7
