LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : EFEK FOTOLISTRIK

Abstrak. 
Efek fotolistrik adalah suatu fenomena dimana terjadi lepasnya electron yang ada dalam suatu logam akibat adanya interaksi dari cahaya. Elektron yang terlepas tersebut dinamakan fotoelektron. Cahaya yang digunakan agar dapat mengeluarkan logam harus memiliki frekuensi tertentu yang sesuai dengan panjang gelombangnya. Batas minimal frekuensi cahaya yang digunakan untuk mengeluarkan electron dinamakan frekuensi ambang, sedangkan energy yang mempunyai frekuensi ambang disebut dengan fungsi kerja.

Dari hasil percobaan diperoleh fungsi kerja sel foto sebesar ϕ=(0.533878679±0.49070463)10^(-19) J dan nilai tetapan Planck sebesar h=(2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js sedangkan pada referensi sebesar 6.626x10^(-34) Js. Besar energy kinetic pada panjang gelombang 5769.59 Ǻ sebesar 0.442 eV, panjang gelombang 5460.74Ǻ sebesar 0.486 eVdan panjang gelombang 4347.50Ǻ sebesar 0.696 eV
Keywords: efek fotolistrik, konstanta planck, energy kinetik.

Pendahuluan
Pada tahun 1887, Heinrich Hertz melakukan eksperimen untuk membuktikan gelombang elektromagnetik yang diprediksi oleh Maxwell.
Pada eksperimen Hertz terdapat fenomena fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori fisika pada saat itu. Pada tahun 1900, P.Lenard melakukan eksperimen yakni sinar katoda dilewatkan ke sebuah lubang (anoda) kemudian dilewatkan dalam sebuah medan magnet dan dideteksi perilakunya. Tahun1905, Einstein mengasumsikan bahwa kuantitas energy yang digunakan Planck dalam radiasi benda hitam merupakan sifat dasar dari cahaya. Einstein mengatakan bahwa ketika sebuah logam dikenai suatu cahaya tertentu, maka elektron dari logam tersebut akan tereksitasi sehingga lepas dari orbitnya dan membentuk suatu arus listrik. Pengeluaran elektron dari logam tersebut tidak berlaku untuk sebarang cahaya tetapi cahaya yang memiliki suatu energi tertentu yang sama dengan energi ambang dan satu foton daripada cahaya tersebut akan diserap oleh satu buah elektron saja yang ada pada logam tersebut. Einstein mengadakan suatu percobaan dimana menggunakan lempeng logam yang diletakan sebagai anoda dalam tabung dan disinari oleh beberapa cahaya hingga timbul elektron bebas yang bergerak dari anoda ke katoda yang kemudian disebut dengan arus elektron atau arus listrik yang dideteksi dengan multimeter yang dipasang pada peralatan tersebut. Dasar Teori Untuk melepaskan elektron diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya bergantung pada jenis/ sifat logam tersebut. Tenaga minimal ini disebut dengan fungsi kerja dari logam dan dilambangkan oleh ϕ. Keperluan tenaga tersebut disebabkan elektron terikat oleh logamnya. Tenaga gelombang elektromagnetik/ foton terkuantisasi besanya adalah :
E_f=hv (1)
Dimana v adalah frekuensi gelombang elektromagnetik dan h adalah tetapan planck. Bila dikenakan pada suatu logam dengan fungsi kerja ϕ, dimana hv>ϕ, maka elektron dapat terlepas dari logam. Bila tenaga foton tepat sama dengan fungsi kerja logam yang dikenainya, frekuensi sebesar frekuensi foton tersebut disebut frekuensi ambang dari logam yaitu : v_o=ϕ/h (2) Sehingga dapat dikatakan bila frekuensi foton lebih kecil dari pada frekuensi ambang logam, maka tidak akan terjadi pelepasan elektron dan jika lebih besar dari frekuensi foton terhadap frrekuensi ambang logamnya maka akan terjadi pelepasan elektron yang biasa disebut efek fotolistrik. Elektron yang terlepas dari logam karena dikenai foton, akibat efek fotolistrik ini disebut fotoelektron, yang mempunyai tenaga kinetik sebesar : E_k=hv-hv_o=h(v-v_o )=hv-ϕ (3) Sistem peralatan untuk mempelajari efek fotolistrik ditunjukan pada gambar di atas. Dua elektroda dalam tabung hampa, dimana salah satunya adalah logam yang disinari (sebuah sel foto). Antara kedua elektroda diberi beda potensial sebesar Va dengan baterai E1 dan E2, yang nilainya dapat divariasi dari Va = - E1 sampai dengan V2 = + E2 dengan suatu potensiometer. Arus fotoelektron (Ie) dapat diukur dengan mikrometer atau galvanometer. Untuk suatu nilai v > vo dengan intensitas tertentu, dapat diamati Ie sebagai fungsi ve. Ie akan mencapai nol bila Va diturunkan mencapai suatu nilai tertentu, Va = Vs (tegangan penghenti / Stopping Voltage) yang memenuhi persamaan : V_S=h/e v-ϕ/e (4) Persamaan diatas menunjukan bahwa Vs merupakan fungsi v, sehingga pengukuran Vs untuk berbagai nilai v memungkinkan untuk menentukan nilai h/e dan ϕ/e.

Metode Pada percobaan ini akan digunakan beberapa macam peralatan yaitu sebagai berikut ini : Sel foto, lampu sumber cahaya dan Sumber dayanya serta diafragma, multimeter dan galvanometer yang terangkum didalam peralatan Planck Constant Measuring, Ogawa Seiki Ltd. Jepang. Filter Cahaya yang telah diketahui beberapa nilai panjang gelombangnya Filter Cahaya dari Plastik mika dengan warna yang berbeda yaitu Biru, Hijau dan Kuning Pada percobaan kali ini, dapat ditentukan tetapan planck dari hasil eksperimen dan kemudian menentukan nilai teapan planck dan tenaga kinetik maksimum dari efek fotolistrik atau gejala fotoelektron.

Untuk memenuhi tujuan dari percobaan tersebut maka dapat digunakan prosedur percobaan sebagai berikut : Menyiapkan semua peralatan yang digunakan untuk mencapai tujuan daripada eksperimen ini, dimana menyiapkan peralatan Planck Constant Measuring dan melihat fungsi dari masing – masing tombol hingga percobaan dapat berjalan dengan lancar. Sumber cahaya dinyalakan dan mengatur intensitas lampu. Mengatur galvanometer dan voltmeter menunjuk angka nol ketika sebelum dan setelah menggunakan cahaya dengan menggunakan filter hitam ( kalibrasi alat ). Lubang penutup dibuka sehingga cahaya bisa masuk ke photo cell kemudian mengatur galvanometer sehingga menunjuk angka nol, pada saat ini tegangan yang ditunjukkan multimeter dicatat. Kemudian mengulangi langkah ke 4 dengan mengganti filter yang lain berpanjang gelombang λ=5769.59 Ǻ , λ=5460.74 Ǻ dan λ=4347.50 Ǻ. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk intensitas yang berbeda Hasil Pengamatan

Tabel 1.1 Data Pengamatan  (Ǻ)  (Hz) Intensitas Vs (Volt) (Volt) 5769.59 5.1926〖x10〗^14 I 0.35 0.4000 I I 0.40 I I I 0.40 IV 0.45 5460.74 5.4901〖x10〗^14 I 0.50 0.5375 I I 0.50 I I I 0.55 IV 0.60 4347.50 6.8959〖x10〗^14 I 0.65 0.6875 I I 0.65 I I I 0.70 IV 0.75

Hasil Analisis dan Pembahasan
Efek fotolistrik adalah suatu fenomena dimana terjadi lepasnya electron yang ada dalam suatu logam akibat adanya interaksi dari cahaya. Eksperimen ini harus dilakukan dadalam ruang hampa, agar electron tidak kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul udara. Laju pancaran electron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan menggunakan sebuah amperemeter, sedangkan energy kinetiknya dapat ditentukan dengan menggunakan suatu potensial penghenti pada anoda sehingga electron tidak memiliki energy yang cukup untuk memanjati bukit potensial yang terpasang. Teganngan yang terpasang ini disebut dengan potensial penghenti Vs. Karena electron yang bernergi tinggi tidak dapat melewati potensial penghenti ini, maka pengukuran Vs merupakan suatu cara yang digunakan untuk menentukan energy kinetic maksimum electron. Agar terjadi efek fotolistrik, cahaya yang digunakan agar dapat mengeluarkan elektron dari suatu logam tidak bisa digunakan sembarang cahaya, tetapi dibutuhkan suatu cahaya dengan panjang gelombang tertentu sehingga tentunya frekuensi yang dimiliki juga akan tertentu sesuai dengan panjang gelombangnya. Untuk mendapatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu maka digunakan filter yang dapat meloloskan cahaya sesuai dengan panjang gelombang yang diinginkan. Dalam percobaan ini menggunakan tiga buah filter dengan panjang gelombang λ=5769.59 Ǻ, λ=5460.74 Ǻ dan λ=4347.50 Ǻ. Pengaruh penggunaan intensitas yang berbeda terhadap gejala efek fotolistrik dengan filter yang sama adalah perubahan arus yang berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Ketika intensitas yang digunakan terlalu rendah maka tidak ada electron yang diemisikan ke permukaan logam. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (disebut sebagai fotoelektron). Apabila tegangan (Vs) diperkecil, arus ikut mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu (-Vs), layar menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Potensial Vs ini disebut potensial henti. Pengaruh intensitas cahaya terhadap energi kinetik elektron-foto berdasarkan percobaan yang dilakukan yaitu intensitas cahaya tidak bergantung pada energi kinetik fotoelektrontetapi hanya bergantung pada panjang gelombang.
Dari hasil eksperimen yang dilakukan, diperoleh energi kinetik maksimum elektron untuk tiap panjang gelombang yang diketahui yaitu pada 5769,59 Ǻ memiliki energi kinetik 0.442 eV dan pada panjang gelombang 5460,74 Ǻ diperoleh energi kinetik maksimum elektron 0.486 eV serta untuk panjang gelombang 4347,50 Ǻ maka energi kinetik maksimumnya adalah 0.696 eV. Sedangkan untuk fungsi kerja logamnya diperoleh sebesar 0.33 eV dan untuk tetapan planck yang diperoleh secara eksperimen adalah (2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js dan memberikan kesalahan 65.27% dari tetapan planck literatur.
 Berdasarkan hasil tersebut, semakin rendah panjang gelombang cahaya yang mengenai suatu permukaan logam, maka energi kinetik maksimum elektron akan meningkat dan untuk sebaliknya jika semakin tinggi panjang gelombang cahaya yang mengenai suatu permukaan logam, maka energi kinetik maksimum elektron akan menurun. Kemudian untuk memberikan efek fotoelektron pada logam tersebut dibutuhkan cahaya dengan energi lebih besar dari 0.33 eV dan besarnya 65.27% kesalahan untuk tetapan planck dikarenakan alat percobaan yang kondisinya kurang bagus maupun ketidaktelitian praktikan dalam pengambilan data.

Kesimpulan
Dengan percobaan efek fotolistrik dapat ditentukan fungsi kerja sel foto, nilai tetapan Planck dan energy kinetic maksimum fotoelektron. Berdasarkan analisis data didapatkan fungsi kerja sel foto sebesar 0.33 eV dan tetapan Planck sebesar (2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js sedangkan pada literature 6.626x10^(-34) Js , sehingga prosentase besar kesalahan ukur adalah 65.27%

Referensi:
 Beiser, Arthur., 1987, Komsep Fisika Modern, 4nd ed, Erlangga Jakarta. Krane, Kenneth. S, 1982. Fisika Modern, Terjemahan : Hans. J. Wospakrik dan Sofia Nikhsolihin, Jakarta : Penerbit UI. Zaidan, A., 2009, Pengantar Fisika Modern, tidak dipublikasikan.