EKSPERIMEN EFEK FOTOLISTRIK

Universitas Tadulako

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, atas Nugrahan-Nya lah laporan yang berjudul “Efek Fotolistrik“ ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.

Dalam penyusunan laporan ini, penulis banyak mendapat tantangan dan hambatan akan tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak, tantangan itu bisa teratasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan ini.

            Penulis menyadari bahwa isi makalah ini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan  kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Semoga laporan yang penulis buat ini dapat bermanfaat dan berguna  bagi para pembaca.

Palu ,  Desember  2015

                                                                                                                  Penulis

 

DAFTAR ISI

      Kata pengantar

      Daftar isi

      BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

1.2. Tujuan

1.3. Alat dan Bahan

      BAB II KAJIAN PUSTAKA

      BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Jenis Penelitian

3.2. Waktu dan tempat

3.3. Prosedur Kerja

      BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengamatan

4.2. Analisa Data

4.3. Pembahasan

      BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

5.2. Saran

      DAFTAR PUSTAKA         

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.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 telah 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. Uraian diatas merupakan pengantar untuk memasuki sebuah penjelasan yang lebih detail dan mendalam tentang efek fotolistrik. Ada beberapa hal yang akan dibahas oleh penulis disini seperti sejarah penemuan efek fotolistrik, sekilas tentang efek fotolistrik, pengertian dan pengkajian mendalam tentang efek fotolistrik, soal-soal dan pembahasan dan aplikasi efek fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari.

Terdapat begitu banyak manfaat dari efek fotolistrik ini, tentunya akan kita ketahui melalui pengkajian yang mendalam melalui materi ini dan harapan kita tentunya agar kita dapat mengaplikasikannya atau minimal dapat menjelaskannya kepada orang disekitar kita tentang sebuah fenomena fisika yang begitu memukau ini.

1.2.Tujuan

1. Mempelajari efek /gejala efek fotolistrik secara eksperimen.
2. Menentukan nilai konstanta planck melalui eksperimen.

1.3.Alat dan Bahan

1.  Photodiode (2 mm, 4 mm, 5 mm)
2. Power supply
3. Kabel penghubung secukupnya
4. Lampu mercury
5.  Mercury light source enclosure
6. Photoelectric Effect Apparatus
7. Dudukan base
8. Filter Optik (Filter: 365 nm, 405 nm, 436 nm, 546 nm, 577 nm)
9. Kabel banana 2 buah
10. Kabel BNC Connector

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

Efek fotolistrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultra ungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi). Hertz mengamati dan kemudian menunjukkan bahwa elektrode diterangi dengan sinar ultraviolet menciptakan bunga api listrik lebih mudah.

Efek fotolistrik merupakan proses perubahan sifat­-sifat konduksi listrik di dalam material karena pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor, atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dalam metal.

Efek fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa electronvolts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah penting dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron dan mempengaruhi pembentukan konsep Dualitas gelombang-partikel. fenomena di mana cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik termasuk efek fotokonduktif (juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau photoresistivity ), efek fotovoltaik , dan efek foto elektrokimia .

Sebelum menjelaskan mengenai fenomena efek fotolistrik, kita harus mengetahui sifat-sifat dari cahaya. Menurut teori modern, cahaya merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan juga merupakan sebuah partikel yang memiliki paket energi yang disebut dengan foton. Oleh karena itu cahaya menganut dualisme gelombang-partikel, yaitu cahaya dapat berupa gelombang dan juga dapat berupa partikel. Efek fotolistrik membantu menjelaskan mengenai dualisme ini. Albert Einstein adalah orang yang menjelaskan mengenai efek ini dan meraih Nobel Prize In Physics pada tahun 1921.

Cahaya merupakan paket energi, maksudnya cahaya yang terdapat di alam memiliki energi yang besarnya terkuantitas dan merupakan kelipatan dari bilangan bulat. Energi dari sebuah foton didefinisikan dengan persamaan Planck yaitu  , dimana h adalah konstanta Planck yang besarnya h = 6,625×10-34 J.s dan f adalah frekuensi dari foton (cahaya) tersebut.

Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan sebagai

Energi cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron

E = W0 + Ekm

hf = hf0 + Ekm

Ekm = hf – hf0

Prinsip kerja dari efek fotolistrik adalah ketika cahaya menabrak lapisan logam tertentu, kemudian elektron di dalamnya akan terhempas keluar. Elektron akan terhempas keluar hanya jika energi dari cahaya lebih besar dari fungsi kerja logam. Pada efek fotolistrik, diperoleh bahwa banyaknya elektron yang terlepas dari permukaan logam (katoda) sebanding dengan intensitas cahaya yang menyinari permukaan logam tersebut.

Pada percobaan efek fotolistrik, ada batas frekuensi cahaya terendah yang menyebabkan elektron di katoda melepaskan diri dari atom. Frekuensi terendah cahaya yang digunakan agar terjadi peristiwa fotolistrik disebut frekuensi ambang. Oleh karena, frekuensi cahaya berkaitan erat dengan energi foton, energi terkecil yang digunakan untuk menghasilkan arus elektron.

Karakteristik efek fotolistrik, yaitu sebagai berikut :

1.      Hanya cahaya yang sesuai yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu.

2.      Ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.

3.      Ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.

Penerapan Efek Fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari

Salah satu penerapan efek fotolistrik dalam kehidupan adalah dalam dunia hiburan. Dengan bantuan alat elektronika saat itu, suara dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik disepanjang pinggiran keping film. Pada saat film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga menghasilkan film bersuara.

BAB III

METODE PENELITIAN

       3.1. Jenis Penelitian

  Jenis penelitian yang digunakan yaitu penelitian langsung

       3.2. Waktu dan Tempat

1.  Waktu       : Rabu, 09 Desember 2015
2. Tempat      : Laboratorium Fisika Modern FKIP UNTAD

       3.3. Prosedur Kerja

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan di gunakan dalam percobaan
2. Merangkai alat seperti gambar di bawah ini
3. Memposisikan Mercury Lamp tertutup dengan Lampu Mercury Cap dari kotak Filter Optical.Dan Photodiode dengan Photodiode tersebut Cap dari kotak Filter Optical.
4. Menyalakan tombol POWER pada posisi ON kemudian tombol Mercury Lamp di power suplly di posisi ON
5.  Menyalakan power pada Photoelektric Efek Apparatus
6. Mengatur posisi pada current rangepada posisi 10^-13dan volatage pada posisi Rentang ke -2 - 0 V.
7. Biarkan sumber cahaya dan peralatan untuk pemanasan selama beberapa  menit.
8. Kalibrasi  arus  Photoelektric Efek Apparatus

         a. Sebelum mengkalibrasi kita mencabut dahulu kabel yang  terpasang  yaitu kabel K, A dan Ground
                  b. Mengatur nilai arus dengan menggunakan current calibration pada posisi nol
         c. Lalu  kemudian memsang kembali ke-3 kabel

       Pengukuran
       a. Untuk lubang bidik 2 mm

1.Pada jendela photo dioda, kita Menempatkan lubang bidik 2 mm diameter aperture dan filter 365 nm  

2.Membuka Cap pada Mercury Lamp. Sehingga cahaya merkuri akan masuk pada  photo dioda.

3.Menyusuaikan arus pada tombol current menunjukan angka nol

4.Mencatatat besarnya potensial yang terjadi pada tabel pengamatan.

5.Menutup jendela Mercury Lamp dengan cap

6.Mengganti filter 365 nm dengan filter 405 nm.

7.Mengulangi langkah ke-2 s/d 5 pada perlakuan di filter 365 nm

8.Mengganti filter 405 nm dengan filter 436 nm.

9.Mengulangi langkah ke-2 s/d 5 pada perlakuan di filter 365 nm

10.  Mengganti filter 436 nm dengan filter 546 nm.

11.  Mengulangi langkah ke-2 s/d 5 pada perlakuan di filter 365 nm

12.  Mengganti filter 546 nm dengan filter 577 nm.

13.  Mengulangi langkah ke-2 s/d 5 pada perlakuan di filter 365 nm

14.  Menutup Mercury lamp dengan cap

 b.  Untuk lubang bidik 4 mm

1.Pada jendela photo dioda, kita Menempatkan lubang bidik 4 mm diameter aperture dan filter 365 nm

2.Mengulangi langkah ke-2 s/d 15 pada perlakuan di lubang bidik  2 mm.

c.       Untuk lubang bidik 8 mm

1.Pada jendela photo dioda, kita Menempatkan lubang bidik 8 mm diameter aperture dan filter 365 nm  

2.Mengulangi langkah ke-2 s/d 15 pada perlakuan di lubang bidik  2 mm.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

    4.1. Hasil Pengamatan

            Ø Untuk lubang bidik berdiameter 2 mm

No	𝜆 (nm)	VS (volt)	v (Hz)
1.	365	-1,058	8,22 x 1014
2.	405	-0,679	7,41 x 1014
3.	436	-0,566	6,88 x 1014
4.	546	-0,140	5,49 x 1014
5.	577	-0,052	5,20 x 1014

  

          Ø Untuk lubang bidik berdiameter 4 mm

No	𝜆 (nm)	VS (volt)	v (Hz)
1.	365	-1,484	8,22 x 1014
2.	405	-0,947	7,41 x 1014
3.	436	-0,888	6,88 x 1014
4.	546	-0,345	5,49 x 1014
5.	577	-0,119	5,20 x 1014

          Ø Untuk lubang bidik berdiameter 8 mm

No	𝜆 (nm)	VS (volt)	v (Hz)
1.	365	-1,569	8,22 x 1014
2.	405	-1,082	7,41 x 1014
3.	436	-0,983	6,88 x 1014
4.	546	-0,432	5,49 x 1014
5.	577	-0,198	5,20 x 1014

4.2. Analisa Data

              Untuk nilai v (Hz) untuk semua lubang bidik

               

                 

Ø  v=  = 8,2 x 10¹⁴ Hz

Ø  v =  =7,4 x 10¹⁴ Hz

Ø  v = = 6,8 x 10¹⁴Hz

Ø  v = =5,4 x 10¹⁴Hz

Ø  v = =5,1 x 10¹⁴Hz

    a. Diameter 2 mm

No	𝜆 (nm)	v(1014)	V	v.V (1014)	v 2 (1028)
1	365	8,22	1,058	8,697	67,568
2	405	7,41	0,679	5,031	54,908
3	436	6,88	0,566	3,894	47,334
4	546	5,49	0,140	0,769	30,140
5	577	5,2	0,052	0,270	27,04
Rata2		6,640	0,499	3,732	45,398

    b. Diameter 4 mm

No	𝜆 (nm)	v(1014)	V	v.V (1014)	v 2 (1028)
1	365	8,22	1,484	12,198	67,57
2	405	7,40	0,947	7,008	54,91
3	436	6,88	0,888	6,109	47,33
4	546	5,49	0,345	1,894	30,14
5	577	5,19	0,119	0,618	27,04
Rata2		6,640	0,757	5,565	45,398

     c. Diameter 8 mm

No	𝜆 (nm)	v(1014)	V	v.V (1014)	v 2 (1028)
1	365	8,22	1,569	12,897	67,57
2	405	7,40	1,082	8,007	54,91
3	436	6,88	0,983	6,763	47,33
4	546	5,49	0,432	2,372	30,14
5	577	5,19	0,198	1,028	27,04
Rata2		6,640	0,853	6,213	45,398

               

4.3. Pembahasan

Efek fotolistrik merupakan proses perubahan sifat­-sifat konduksi listrik di dalam material karena  pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor, atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dalam metal.

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu, Filter optik yang berfungsi sebagai penangkap sinar yang dipancarkan oleh mercury lamp dan meneruskannya dalam bentuk gelombang menuju photodioda, Apertures berfungsi untuk menentukan bukaan seberapa kecil atau besarnya bukaan lensa. Semakin besar bukaan lensa maka semakin besar pula cahaya yang masuk, dan sebaliknya semakin sempit bukaan lensa maka semakin sedikit cahaya yang masuk. Cap berfungsi untuk menutup jendela mercury lamp, Mercury Light Source Enclosure berfungsi sebagai Penguat saat memiliki sensitivitas yang tinggi dan sangat stabil dalam rangka meningkatkan akurasi pengukuran, Photodiode Enclosure berfungsi sebagai tempat keluar masuknya cahaya, Power Supply berfungsi sebagai fungsi perangkat keras yang memberikan atau menyuplai arus listrik yang sebelumnya diubah dari bentuk arus listrik yang berlawanan atau AC, menjadi arus listrik yang searah atau biasa disebut sebagai arus DC. Fotolistrik Efek Aparatur berfungsi untuk menghasilkan efek arus fotolistrik, Banana-plug Tali patch, Merah dan Biru berfungsi sebagai penghubung arus dari power supplay menuju photo diode dan BNC Connector Cable berfungsi untuk menghubungkan Photodiode Enclosure

Pada percobaan ini kami menggunakan tiga ukuran untuk lubang bidik yaitu lubang bidik 2 mm, 4 mm, dan 8 mm yang kemudian dengan panjang gelombang yang ditentukan untuk setiap lubang bidik berturut-turut yaitu 365 nm, 405 nm, 436 nm, 546 nm, dan 577 nm. Pada setiap panjang gelombang akan ditentukan stopping potensialnya. Dimana pada saat cahaya dari lampu mercury mengenai panjang gelombang yang telah ditempatkan pada jendela photodiode, maka panjang gelombang tersebut akan memancarkan elektron yang diteruskan kedalam hingga akan menimbulkan arus listrik sebagai akibat dari laju pancaran elektron. Kemudian untuk menentukan stopping potensialnya kita lakukan dengan memutar skalar voltmeter sampai nilai yang ditunjukkan oleh ammeter tepat pada angka nol.

Adapun nilai potensial stopping yang kami dapatkan pada setiap perlakuan baik untuk lubang bidik berdiameter 2 mm, 4 mm, dan 8 mm semua bernilai negatif (-), hal tersebut disebabkan fotoelektrik efek aparatus, posisi tombol voltage diatur pada posisi 0 volt sampai -2 volt. Maksudnya nilai voltage yang dapat diukur hanya potensial yang bernilai -2 volt sampai 0 volt.

Berdasarkan analisa data yang kami peroleh, nilai konstanta Planck yang untuk lubang bidik berdiameter 2 mm yaitu sebesar 2,849  J.s untuk lubang bidik berdiameter 4 mm yaitu 6,987  J.s dan untuk lubang bidik berdiameter 8 mm yaitu sebesar   J.s . Dari hasil yang didapatkan, nilai konstanta planck yang diperoleh berdasarkan perhitungan dengan rata-rata sebesar 5,852  J.s  sedangkan pada literature sebesar 6,625  J.s  sehingga terdapat perbedaan selisih berapa angka.Hal tersebut dikarenakan kurangnya ketelitian dalam mengamati nilai stopping potensial saat setelah mengatur penunjukan angka nol pada penunjukan ammeter, pada saat melakukan kalibrasi alat kurang tepat.Selain itu, alat yang digunakan (dalam hal ini fotodioda) ruangnya kurang hampa udara, sehingga masih ada terdapat molekul-molekul udara yang dapat mengurangi energi elektron.

Dari hasil pengamatan yang kami peroleh, dapat disimpulkan bahwa panjang gelombang sangat mempengaruhi nilai stopping potensial, dimana semakin besar panjang gelombang maka nilai stopping potensial akan semakin rendah begitupula sebaliknya. Selain itu juga dapat diamati bahwa semakin besar diameter lubang bidik, maka akan semakin besar nilai stopping potensial yang diperoleh. Hal tersebut disebabkan karena berdasarkan teori gelombang cahaya, sebuah atom akan menyerap energi dari gelombang elektromagnetik yang dating dan sebanding dengan luasnya yang menghadap kearah gelombang datang.

Pada percobaan ini ada beberapa faktor yang menyebabkan tinggi atau rendahnya tegangan yang diperoleh, kemudian juga cocok atau tidaknya konstanta planck yang didapatkan. Faktor-faktor tersebut antara lain intensitas cahaya yang diberikan, lalu panjang gelombang yaitu yang terdapat pada filter warnanya (merah, kuning, hijau, dan biru), dan stopping potensialnya. Telah diketahui bahwa pemasangan filter warna untuk mengetahui pengaruh panjang gelombang terhadap efek fotolistrik yang nantinya digunakan untuk mencari nilai konstanta Planck. Maka semakin besar panjang gelombangnya, energi yang dihasilkan juga akan semakin kecil, karena energi pada hal ini besarnya sama dengan tegangan yang dicari, oleh karena itu ketika menggunakan filter warna merah yang juga telah diketahui bahwa memiliki panjang gelombang yang besar, akan dihasilkan tegangan yang kecil. Kemudian untuk intensitas cahaya yang diberikaan dengan menggunakan empat variasi, dengan menggunakan intensitas cahaya yang rendah maka akan didapatkan tegangan yang rendah pula, tetapi apabila menggunakan intensitas yang besar maka tengangan pun ikut bertambah besar. Dapat dikatakan bahwa intensitas sebanding dengan energi yang dihasilkan.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan 

1. Efek fotolistrik adalah munculnya arus listrik akibat permukaan suatu bahan logam disinari. Arus listrik yang muncul ini adalah arus electron yang bermuatan negative.Sinar yang dating dipermukaan bahan adalah menyebabkan electron dan bahan keluar dan lepas dari bahan. 
2. Berdasarkan analisa data dari hasil pengamatan, adapun nilai konstanta planck yang kami peroleh adalah:

·         Untuk lubang bidik berdiameter 2 mm

h = 10,760  J.s

·         Untuk lubang bidik berdiameter 4 mm

h = 6,987  J.s

·         Untuk lubang bidik berdiameter 8 mm

h = 7,720  J.s 

       5.2.Saran

Sebaiknya dalam melakukan percobaan atau praktikum disesuaikan dengan materi perkuliahan, karena fakta dalam lapangan lain materi yang disampaikan oleh dosen lain pula yang dipraktekkan. Sehingga jangan heran mahasiswa kurang tau tentang materi yang dipraktekkan.

Daftar Pustaka

Anonim.2015. Efek Fotolistrik. http://id.wikipedia.org/wiki/efek-fotilistrik. (diakses pada 05 Desember 2015).

Anonim.2015. Materi Efek Fotolistrik. www.nusaprivat.com/efek-fotolistrik. (diakses pada 05 Desember 2015).

Anonim.2015. Praktikum Efek Fotolistrik. Blogspot.co.id/pengertian-efek-fotolistrik-fotoelektron-html. (diakses pada 06 Desember 2015).

Tim Penyusun.2015. Penuntun Praktikum Fisika Modern. Palu:Universitas  Tadulako