Radiasi 2 Percobaan Franck Hertz 2
-
Upload
adi-trisno -
Category
Documents
-
view
20 -
download
0
Transcript of Radiasi 2 Percobaan Franck Hertz 2
1
PERCOBAAN FRANCK-HERTZ
A. TUJUAN
1. Memperlihatkan secara langsung kebenaran teori kuantum bahwa tenaga elektron
atom itu bertingkat-tingkat (terkuantisasi).
2. Mengamati hubungan antara arus anoda Ia dengan besarnya tegangan kisi Vg.
3. Menentukan tegangan eksitasi atom Neon dan panjang gelombang foton yang
dipancarkan.
B. ALAT DAN BAHAN
1. Franck-Hertz Apparatus (No. seri osk 5221 Ogawa Seiki, Ltd, Jepang)
2. Banana cables
3. Multimeter
4. XY Recorder
C. DASAR TEORI
Eksitasi elektron atom dari keadaaan dasar ke keadaan tereksitasi dapat terjadi
karena adanya serapan tenaga kinetik elektron yang menumbuk atom gas Neon di dalam
tabung Frenck-Hertz. Bila tenaga kinetik elektron sama dengan tenaga ionisasi atom
Neon, maka elektron-elektron dapat mengionkan atom-atom gas tersebut. Gejala ionisasi
ini ditandai oleh meningkatnya kuat arus anoda secara drastis.
Rangkaian / skema dasar eksperimen ini ditunjukkan oleh gambar 1. elektron yang
dipancarkan oleh pemanasan (F) pada katoda (k) akan dipercepat oleh tegangan kisi (Vg),
sehingga energi kinetiknya bertambah besar. Pada tegangan kisi tertentu, energi kinetik
elektron dapat mengeksitasi atom Neon, dan elektron akan kehilangan tenaga sebesar
tenaga eksitasi atom Neon. Elektron ini tidak akan mampu lagi mencapai anoda jika
tenaga sisanya kurang dari tenaga penghalang (Vp), sehingga terjadi pemerosotan arus
anoda (Ia). Bila tegangan kisi dinaikkan lagi lebih lanjut, maka arus anoda akan naik lagi,
tetapi kemudian merosot lagi bila tegangan kisi sama dengan kelipatan bulat tegangan
eksitasi (Ve). Hali ini terjadi karena elektron sebelum sampai di kisi telah beberapa kali
mengeksitasi atom Neon dan akan mengeksitasi lagi di daerah dekat kisi, sehingga tidak
mencapai anoda.
2
Dengan demikian grafik arus anoda (Ia) sebagai fungsi tegangan kisi (Vg) akan
memperlihatkan puncak-puncak dan lembah-lembah seperti pada gambar 2. Jarak antara
dua puncak berdekatan merupakan besarnya tegangan eksitasi atom (Ve) tersebut.
Gambar 1. Pesawat Franck-Hertz
Gambar 2. Grafik arus anoda Ia sebagai fungsi tegangan kisi (Vg)
Energi eksitasi atom (Neon) merupakan perkalian antara tegangan eksitasi atom
(Ve) dengan muatan elektron (e)
eeks eVE (1)
Energi ini digunakan untuk memancarkan foton yang memiliki panjang gelombang λ,
yang terkait dengan persamaan energi foton.
hcE (2)
3
Dari persamaan (1) dan (2) selanjutnya akan diperoleh panjang gelombang (λ) foton
yang dipancarkan dari eksitasi atom Neon, yaitu :
eeV
hc (3)
Dengan h : tetapan planck (6,626 .10-34
Js = 4,136 . 10-15
eVs), c : kecepatan cahaya (
2,998 . 108 ms
-1 ), dan e adalah muatan elektron ( 1,602 . 10
-19 C ).
Pesawat Franck-Hertz pada percobaan ini terdiri atas tabung berisi gas Neon
bertekanan rendah dilengkapi dengan filamen pemanas katoda K, dan kisi G1 dan G2,
plat anoda P, serta meter tegangan dan arus.
Tombol G1-K berfungsi untuk mengatur besarnya tenaga kinetik elektron yang
keluar dari kisi G1 menuju anoda P. Tombol G2-P berfungsi untuk mengatur /
menetapkan besarnya tegangan penghalang elektron sampai di anoda P. yang perlu
diperhatikan adalah penggunaan kedua panel tersebut harus dilakukan secara hati - hati
agar arus yang terbaca pada mikroamperemeter tidak melampaui jangkauannya.
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mengamati fungsi-fungsi peralatan yang terdapat pada pesawat Franck-Hertz sebelum
melakukan percobaan, agar pada saat melakukan percobaan bisa berjalan lancar.
2. Memilih saklar “MANU” untuk tegangan kisi (Vg), bila menaikkan tegangan antara
katoda tabung Franck-Hertz dengan grid kedua (G2) secara manual, atau pilih
“AUTO” bila tegangan akan dinaikkan secara otomatis.
3. Memilih saklar “INTERNAL” untuk mengukur arus antara grid kedua dengan plat (P)
Franck-Hertz. Kemudian memilih saklar “EKSTERNAL” apabila hendak
menggunakan pengukur arus (Ammeter) secara eksternal, dan menghubungkan
ammeter tersebut dengan panel P-Ge (i).
4. Menaikkan tegangan kisi (Vg) pelan-pelan dan mengamati arus anoda yang terukur Ia
untukj setiap Vg. Melakukan terus perubahan Vg dan pengukuran Ia sedemikian
hingga telah yakin memperoleh grafik seperti pada gambar 2.
5. Melakukan pengukuran tegangan kisi (Vg) dan arus anoda (Ia) menggunakan XY
Recorder. Caranya dengan menghubungkan panel-panel input horizontal (X) dan
vertical (Y) dari XY Recorder dengan panel H dan panel V pada pesawat Franck-
Hertz (dan E dengan Ground XY recorder).
4
E. HASIL PENGAMATAN
V (Volt) I (μAmpere) V (Volt) I (μAmpere)
2 2 42 19
4 3 44 22
6 4 46 25
8 4 48 28
10 6 50 28
12 9 52 28
14 10 54 26
16 12 56 23
18 14 58 22
20 12 60 22
22 11 62 26
24 11 64 29
26 14 66 32
28 17 68 34
30 20 70 34
32 22 72 32
34 22 74 31
36 18 76 30
38 16 78 32
40 16 80 33
F. ANALISIS DATA PENGAMATAN
Tegangan eksitasi ke- Beda tegangan (Volt)
I 15
II 17
III 19
TOTAL 51
a. Menentukan tegangan eksitasi (Ve)
5
Tegangan eksitasi atom Neon adalah :
Sehingga energi eksitasinya adalah :
b. Menentukan panjang gelombang foton yang dipancarkan
Sehingga, panjang gelombang foton yang dipancarkan adalah sebesar :
G. PEMBAHASAN
Jika tegangan (Vp) terus dinaikkan dari nol, maka makin banyak elektron yang
akan mencapai pelat anoda, dan bersamaan dengan itu naik pula arus elektriknya yang
ditandai dari makin menyimpangnya jarum galvanometer. Elektron-elektron di dalam
tabung dapat menumbuk atom di dalam tabung tersebut (dalam hal ini digunakan gas
Neon), namun tidak ada energi yang digunakan dalam tumbukan ini, jadi tumbukannya
adalah elastik sempurna. Agar elektron dapat melepas energinya dalam suatu tumbukan
dengan atom Neon, electron harus memiliki energi yang cukup untuk menyebabkan atom
Neon bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Dengan demikian apabila energi elektron
sedikit lebih besar dari 18 eV (atau ketika tegangan mencapai puncak pertama pada 18
V), elektron akan melakukan tumbukan tidak elastis dengen atom Neon, dan
meninggalkan energi sebesar 18 eV pada atom Neon, sedangkan elektron setelah terjadi
tumbukan dengan atom Neon memiliki energi yang lebih rendah, tetapi setelah penurunan
tegangan tersebut masih terdapat penyimpangan pada jarum galvanometer maka dapat
disimpulkan bahwa elektron masih mempunyai energi untuk melewati kisi (tegangan
penghalang) sehingga elektron masih dapat mencapai pelat anoda. Jadi, apabila V = 18 V,
akan terjadi penurunan arus. Bila tegangan (Vp) dinaikkan terus, arusnya akan naik
kembali, dan kemudian akan turun lagi pada 17 V, proses ini kembali terjadi pula pada
tegangan 18 V, dan seterusnya. Selain itu, jika tegangan (Vp) dinaikkan terus maka akan
6
terjadi efek tumbukan jamak (multiple collisions). Artinya, apabila V = 18 V maka ia
akan mengeksitasi atom Neon dan akan terjadi penurunan energi dari elektron, tetapi sisa
energi dari elektron tersebut masih dapat digunakan lagi untuk mengeksitasi atom Neon
kedua tumbukan tak elastik. Jadi, jika penurunan arus diamati terjadi pada tegangan V
maka penurunan serupa akan teramati pula pada tegangan-tegangan 2V, 3V, dst. Lebih
umum, jika penurunan arus teramati pada V1 dan V2, maka penurunan arus yang sama
akan teramatai pula pada tegangan-tegangan V1 + V2, 2V1 + V2, V1 + 2V2.
Dengan demikian percobaan ini memberikan kita suatu bukti langsung mengenai
eksitasi elektron. Grafik (lampiran) memberikan gambaran tingkat-tingkat eksitasi dari
elektron yang menunjukkan bahwa energi dari elektron itu bertingkat-tingkat
(terkuantisasi) yang mengukuhkan kebenaran dari teori kuantum.
Pada saat elektron terkuantisasi maka elektron tersebut akan memencarkan energi
berupa foton dengan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang dari foton tersebut
bergantung dari nilai energi eksitasi dari atom tersebut. Karena atom Neon memiliki
energi eksitasi sebesar maka atom tersebut akan memancarkan foton
dengan panjang gelombang sebesar .
H. KESIMPULAN
1. Tingkat-tingkat energi eksitasi dari elektron menunjukkan bahwa energi dari elektron
itu bertingkat-tingkat (terkuantisasi) dan mengukuhkan kebenaran dari teori kuantum.
2. Berdasarkan analisis data pengamatan, diperoleh tegangan eksitasi (Ve) atom Neon
sebesar :
3. Berdasarkan analisis data pengamatan, diperoleh energi eksitasi (Ee) atom Neon
sebesar :
4. Berdasarkan analisis data pengamatan, diperoleh panjang gelombang foton yang
dipancarkan sebesar :
DAFTAR PUSTAKA
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern, alih bahasa : Hans J. Wospakrik dan Sofia
Niksolihin. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
http://google.co.id
http://id.wikipedia.org
7
LAMPIRAN
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Aru
s A
no
da
Ia (
mik
roA
mp
ere)
Tegangan Kisi Vg (Volt)
Grafik Arus Anoda terhadap Tegangan Kisi