Menentukan Konstanta Planck - Laporan Praktikum Fisika Atom - FISIKA

 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

 

Cahaya bukan satu-satunya contoh gelombang elektromagnetik. Walaupun semua sifatnya memiliki pokok yang sama seperti interaksi dengan banyak materi yang bergantung dengan frekuensi gelombang. Gelombang cahaya merupakan frekuensi pendek yang terentang antara 4,3 x 10¹⁴ Hz hingga 7,5 x 10¹⁴ Hz (dari warna merah hingga warna ungu) cepat rambat cahaya sebesar 3 x 10⁸ m/s. Karakteristik gelombang elektromagnetik seperti pula gelombang cahaya, dapat mengalami superposisi atau bergabungnya amplitudo gelombang-gelombang yang satu fase atau satu arah dalam amplitudo sesaat. Amplitudo adalah nilai maksimum dari perut gelombang.

Selain itu gelombang dapat mengalami interferensi konstruktif dan interferensi destruktif, interferensi berarti gabungan gelombang yang bertemu dapat menghasilkan gelombang baru atau saling meniadakan pengaruh satu sama lain. Salah satu contohnya melalui percobaan difraksi (oleh Young) pada pelajaran optik fisis. Ada nilai-nilai yang terekam sebagai daerah pita terang dan daerah pita gelap. Percobaan Hertz menunjukkan bahwa pada salah satu celah pemancar (transmiter) jika cahaya ultraviolet diarahkan pada salah satu logam target akan memancar loncatan elektron saat diberi frekuensi cahaya yang sangat tinggi. Gejala ini dinamakan Efek Fotolistrik.

Gelombang cahaya membawa energi dan sebagian energi diserap oleh logam yang terkonsentrasi pada permukaan (terutama elektron pada kulit valensi di permukaan logam) yang dengan serta merta spontan menyerap energi cahaya pada frekuensi tinggi tersebut untuk dipertukarkan dengan energi statisnya, jika terjadi transaksi energi yang memadai maka elektron pada permukaan logam (kulit valensi) akan terlempar dan muncul sebagai energi kinetik.

 

1.2  Tujuan

1.     Untuk menentukan panjang gelombang dari masing-masing spektrum warna yang tampak dalam percobaan. 

2.    Untuk menentukan nilai energi pada masing-masing spektrum warna. 

3.     Untuk menentukan harga konstanta Planck percobaan dalam percobaan.

BAB II

DASAR TEORI

 

Sinar putih adalah campuran berbagai warna. Terurainya warna-warna sinar putih setelah dibiaskan oleh prisma disebabkan oleh berbedanya indeks bias untuk masing-masing warna. indeks bias warna biru lebih besar dari pada indeks bias warna merah sehingga warna biru lebih dibiaskan daripada warna merah. Analisis hasil uraian warna dari kisi difraksi memberikan sebuah kesimpulan bahwa panjang gelombang cahaya selaku gelombang elektromagnetik menentukan warna cahaya. Jadi untuk warna tertentu, panjang gelombang tertentu pula. Ini berart bahwa indeks bias cahaya tergantung pada panjang gelombangnya. variasi indeks bias terhadap warna atau gelombang yang demikian dinamakan dispersi.

 

Untuk memberikan ukuran kemampuan suatu bahan gelas dalam menguraikan warna dipilihlah 3 warna tertentu, dengan mengingat bahwa panjang gelombang cahaya selaku gelombang elektromagnetik berkisar antara 4000 amstrong – 7000 amstrong dengan warna yang paling cemerlang pada panjang gelombang5890 amstrong. Ketiga warna tersebut dipilih dengan panjang gelombangnya 4861 amstrong, 5890 amstrong, dan 6563 amstrong.Ketiga panjang gelombang tersebut adalah panjang gelombang yang disebut garis-garis F, D dan C yang berturut-turut berwarna ungu, kuning, dan merah dalam spektrum cahaya.

 

Menurut grafik dispersi bayang mengikuti persamaan empiris   dengan A dan B

 

ialah tetapan-tetapan yang tergantung pada jenis bahan/medium pembias.udut deviasi        perti yang terlihat pada gambar yaitu sudut antara sinar datang

dan  sinar  sesudah  lewat  prisma,  kecuali  tergantung pada indeks  bias  bahan  prisma  juga

 

tergantung pada puncak prisma maupun arah sinar datang.Besar kecil warna dari satu prisma dinyatakan dengan apa yang dinamakan dispersi daya. Makin besar sudut deviasi, makin besar uraian wama itu. Maka kemampuan penguraian warna berbagai-bagai bahan gelas dapat dipertanggungjawabkan dengan membandingkan sudut urainya, yaitu sudut antara Arah sinar garis F dan Arah sinar garis C setelah dibiaskan, persatuan sudut deviasi rata-rata, yakni sudut deviasi sinar untuk garis D.Agar daya dispersi itu hanya tergantung pada suatu puncak pisma. Karena sifat penguraian wama demikian, prisma dipakai selaku untuk komponen-komponen warna  sumberdinamakan  spektroskoop.  Dalam  alat  yang  disebut  Spektroskop  pandang langsung diusahakan agar si  alat tetap pada arah sinar datang agar untuk spektrum warma, alat tersebut yang terdiri seperti teropong langsung diarahkan ke sumber cahaya. Untuk itu dipakai dua prisma yang  digabungkan sehingga terjadi uraian warna.            (Soedojo,1992) Kita telah mengatur kedudukan dan perbesaran bayangan yang dihasilkan cermin atau ikatan, dapat dihitung dengan anggapan bahwa cahaya merambat menurut garis lurus dalam medium homogen, dan sinar cahaya dideviasikan melalui sudut-sudut yang tertentu pada bidang yang memisahkan dua medium berlainan.Penentuan tempat yang merupakan bayangan merupakan geometrik, dan metoda yang dipakai untuk ini adalah opika-geometrik. Dalam hal ini kita akan membicarakan fenomena (gejala) interfensi dan difraksi, terutama bagi mereka yang belum cukup mempunyai pemahaman tentang azas-azas optika-geometrik. Disini kita kembali menelaah lebih dalam lagi tentang pandangan dasar cahaya merupakan rambatan gelombang, dan efek rambatan gelombang yang tiba pada satu titik tergantung pada fase gelombang dan amplitudonya.Pegetahuan mengenai ini disebut optika-fisik.

Pada setiap titik dimana dua atau lebih rentetan gelombang bergabung menjadi satu maka gelombang-gelombang ini dikatakan berinterferensi. Ini bukan berarti bahwa rentetan gelombang yang satu merintangi yang lain, yang lainkan terjadi efek kombinasi kedua gelombang itu (kedua gelombang itu berimpitan pada titik tersebut). Azas superposisi pengaturan pemindahan resultan pada setiap titik dan setiap saat, dapat dicari dengan menambah pengiriman pemindahan yang akan dihasilkan oleh masing-masing rentetan gelombang dititik itu. Istilah “pemindahan " yang dipakai di sini merupakan istilah umum. Jika kita melihat suatu kerutan permukaan pada suatu cairan, makapemindahan sebenarnya terjadi atas atau di bawah permukaan  yang normal. Jika gelombang-gelombag itu adalah gelombang  bunyi,  maka  istilah  itu  menyatakan  tekanan  lebih  atau  kurang.  Jika  pada gelombang elektromagnetik, maka perpindahan diartikan sebagai perubahan intensitas medan

listrik atau magnet.Yang menjadi persoalan tentang efek pada gelombang cahaya yang datang dari berbagai sumber tentang titik itu. Untuk mudahnya, ambil dua titik sumber saja.Jika gelombang-gelombang yang meninggalkan sumber-sumber ini berangkat dengan fase yang sama, merambat pada jalan yang berlainan dan kemudian tiba bersama-sama pada sebuah layar,maka gelombang-gelombang akan tiba dengan fase yang sama. Jika demikian halnya, maka  kedua  gelombang  itu  saling  menguatkan  sesamanya.  Namun,  mengapa  salah  satu sumber itu mungkin mengubah fase yang tiba-tiba, setelah mana kedua gelombang itu mulai merambat dari dua sumber dengan fase yang berbeda. Bila gelombang-gelombangyang baru ini datang bersama-sama  pada layar, maka gelombang itu tidak akan saling menguatkan.

Ini  merupakan  sifat  dasar  dari  atom-atom  atau  molekul-molekul  scbuah  sumber cahaya, yang terus-menerus dikirim, yang menyebabkan fase penggantian yang berulang- ulang dalam cahaya jang dipancarkan itu. Untuk dapat mengalihkan pembicaraan, perlu mempunjai dua sumber yang memancarkan gelombang cahaya, yang pada saat berangkat, selalu dalam fase yang sama. Hal ini tidak pernah dapat dihasilkan dengan dua sumber yang terpisah.Bahkanjika gelombang cahaya dari sumber yang terpisah mempunyai fase yang sama pada suatu waktu, maka seketika itu diduga gelombang-gelombang itu akan berubah fasenya. Untuk menghasilkan dua gelombang cahayayang kembali dua titik pada fase yang sama, maka perlu untuk memulai dengan hanya satu gelombang cahaya dan menyusun gelombang ini menjadi dua bagian, masing-masing merambat melalui jalan yang berbeda, akhirnya gelombang itu dimaksudkan bertemu pada titik yang sama pada suatu layar. Dalam fase ini, pada fase transisi, di mana cahaya asal mengalami pembagian menjadi dua bagian,  yang karena itu meninggalkan titik tolak tertentu dalam fase yang sama. Dua titik semacam ini disebut sumber koheren.

Jika jarak antara sumber-sumber terdiri dari banyak panjang gelombang, maka akan terdapat sekali bidang-bidang dimana gelombang-gelombang saling memperkuat, banyak sekali tepi-tepi hiperbola terang dan gelap harus lurus terletak di atas layar yang sejajar dengan garis yang menghubungkan sumber-sumber itu. Sejumlah besar lingkaran-lingkaran yang bertepi terang dan gelap berganti-ganti, akan terbentuk pada layar yang tegak lurus pada garis yang menghubungkan sumber-sumber tersebut.                                   (Zemansky, 1960) Langkah pertama Planck pada dasarnya adalah empiris. ia menemukan bahwa dengan memasukkan -1 ke dalam penyebut rumus wien untuk diperoleh, dan dengan menyesuaikan konstanta wien, ia bisa mendapatkan formula yang direduksi menjadi rumus atau panjang gelombang Rayleigh dan yang sesuai dengan kurva eksperimental di mana-mana. Dia tahu bahwa dia telah menemukan formula yang benar dan itu harus diturunkan. Posisi Planck sedikit seperti posisi seorang siswa  yang telah mengintip jawaban di belakang buku dan

sekarang dihadapkan dengan tugas untuk menunjukkan bagaimana jawaban itu dapat dihitung secara  logis.  Planck  mencoba  dengan  setiap  metode  yang  bisa  dibayangkannya  untuk mendapatkan  formula  yang  benar  ini  dari  fisika  klasik.  Dia  akhirnya  dipaksa  untuk memasukkan bahwa tidak ada cacat  dalam derivasi Rayleigh  dan bahwa cacat itu harus terletak pada teori klasik itu sendiri. Planck harus menghilangkan "bencana ultraviolet" yang datang  ke  derivasi  Rayleigh  karena  asumsi  bahwa  gelombang  radiasi  berdiri  memiliki fundamental  dan  juga  jumlah  mode  harmonik  getaran  yang  tak  terbatas.  masing-masing diasumsikan memiliki energi rata-rata kt. Alih-alih jika mengambil energi rata-rata per mode menjadi langsung, Planck memeriksa masalah ini secara lebih rinci. Mari kita, seperti yang dilakukan  Planck,  berasumsi  bahwa  setiap  mode  hanya  dapat  menerima  energi  dalam langkah-langkah terpisah, u. Kandungan energi dari satu mode adalah 0, u, 2u, 3u, dll., Atau secara umum. Di mana m adalah bilangan bulat. (Metode pada titik ini melibatkan mengikuti prosedur  yang  digunakan  oleh  Boltzmann  pada  tahun  1877  untuk  menentukan  distribusi energi kinetik antara molekul dalam gas.) Jumlah osilator yang memiliki energi, seperti yang diberikan oleh undang-undang distribusi Boltzmann. Ingat bahwa derivasi ini energi dari sebuah osilator telah diasumsikan sebagai bilangan bulat dikali sejumlah energi kecil. Fisika klasik mengatakan energi mungkin memiliki nilai apapun. Ini mengatakan bahwa mungkin sangat kecil dan dalam batasnya mendekati nol.                                                 (Wehr, 1902) Masalah yang menyebabkan lahirnya teori kuantum adalah spektrum cahaya kontinu yang dihasilkan ketika suatu benda padat atau cair dipanaskan hingga bercahaya, seperti pada filamen bola lampu atau batang baja panas-merah. Fenomena ini tidak bersifat atomik, karena atom-atomnya  sangat  rapat  dan  terus-menerus  berinteraksi  satu  sama  lain,  benar-benar mengganggu cara alami mereka menghasilkan cahaya. Ketika atom diisolasi, Seperti dalam gas, setiap elemen memiliki karakteristik Spektrum Garis. tetapi dalam kondisi yang lebih kental, semua bahan menghasilkan cahaya pijar yang hampir sama.Spektrum cahaya pijar tentu kontinu: cahaya dipancarkan di semua frekuensi. Kecerahan relatif dari berbagai warna tergantung pada suhu. saat sebuah benda dipanaskan, ia pertama-tama bersinar merah, tetapi ketika suhu naik, warna bergeser ke arah biru. Efek ini menjadi bidang penelitian penting dalam dua dekade terakhir abad kesembilan belas, sebagian sebagai hasil dari kesuksesan lampu listrik pijar Edison. Memahami spektrum ini dari sudut pandang teoritis adalah sebagai masalah  dalam  mekanika  statistik,  yang  telah  secara  konsisten  menangani    panas  dari konvergensi ke dalam badai energi lain, seperti pada mesin uap dan dalam reaksi kimia. Teori tersebut telah menunjukkan bahwa bahan-bahan yang terlibat dalam transformasi ini tidak begitu penting, seperti yang terlihat dengan cahaya pijar.Upaya pertama menunjukkan hasil yang menggembirakan. Terbukti sederhana untuk memperhitungkan fakta bahwa energi total

yang dipancarkan meningkat ketika kekuatan keempat dari temperatur absolut: teori itu juga menjelaskan alasannya. ketika cahaya yang dipancarkan berubah dari merah kusam melalui oranye ke putih dan ke biru, saat suhu naik.Planck adalah seorang profesional sejati dalam bidangnya, fisikawan Jerman pertama yang berspesialisasi dalam teori sejak awal pelatihannya.Dia juga menikmati keuntungan dari kedekatannya dengan para peneliti terkemuka di bidang ini.yang bekerja di universitasnya. Dengan demikian ia memiliki akses ke hasil mereka sebelum publikasi, memberinya keunggulan dalam hal pesaing.

Mengingat keunggulan ini, ia memutuskan untuk membiarkan data membimbingnya ke formula yang tepat.Pencariannya dihargai awal tahun 1900. Tetapi menemukan formula enmpirical yang tidak sesuai dengan data tetapi tidak didasarkan pada teori apa pun tidak banyak memajukan pemahaman kita. Mekanika statistik adalah teori yang dikembangkan dengan baik, dan Planck menetapkan standar tinggi untuk karyanya sendiri.Selain itu, rumus ini memiliki parameter semacam "faktor fudge” :yang dapat ditentukan hanya dengan mengutakatik nilainya hingga prediksi rumus sesuai dengan pengukuran. Saat ini parameter ini  dikenali  sebagai  konstanta  Planckditetapkan  oleh  simbol  (h),  dan  dengan  konstanta gravitasi  (G)  dan  kecepatan  cahaya  (c)  sebagai  salah  satu  faktor  fundamental  yang menentukan sifat alam semesta kita.Planck tahu dia harus mendapatkan nomor dari mekanika statistik atau memasukkannya melalui beberapa hipotesis baru.Pada akhir tahun, Planck telah menemukan derivasi yang keras. Tapi itu dibawa melalui asumsi bahwa itu sangat tidak masuk akal.Dia terpaksa berasumsi bahwa konversi panas menjadi cahaya tidak dapat terjadi dalam jumlah berapa pun.Sama seperti setiap mata uang di dunia memiliki koin terkecil, konversi panas ke cahaya memiliki unit pertukaran terkecil.Ukuran unit ini tergantung pada frekuensi  cahaya  yang  dihasilkan,  dan  kemudian  disebut  kuantum.  Untuk  frekuensi  unit energi adalah

E = hv........................................................................................................................(2.2) dengan  E  =  mc2sebagai  salah  satu  formula  paling  signifikan  dari  abad  kedua  puluh. Pengenalan formula ini pada pertemuan masyarakat Fisik Jerman pada tanggal 14 Desember

1900, sama saja dengan tanggal lahir teori kuantum.Dengan asumsi ini.diskontinuitas telah memasuki fisika. Belum pernah ada kuantitas fisis penting yang dibatasi pada serangkaian nilai yang terpisah.Planck sendiri jauh dari yakin bahwa kuantum harus diambil dengan hati- hati. Mungkin ada beberapa cara untuk menghilangkan aturan itu, atau menjelaskannya. Kuantum mungkin tidak lebih dari stasiun jalan pada rute menuju pemahaman yang lebih dalam.dan banyak fisikawan yang mengerjakan masalah itu berharap masalah itu akhirnya hilang. Planck mungkin telah menemukan aturan umum yang akan beroperasi dimana-mana dalam domain atom, bukan untuk fenomena satu ini. Salah satunya adalah untuk melihat apakah itu diterapkan pada cahaya itu sendiri dalam fenomena situasi lain.        (March,1937)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN 

1.1  Peralatan dan Fungsi

           

1.    Induktor Rumhkorf

Fungsi : sebagai sumber tegangan.

2.    Tabung Hidrogen

Fungsi : sebagai tempat lampu Pijar.

3.    Lampu Pijar

Fungsi : sebagai sumber Cahaya.

4.    Kisi 300 lines/mm

Fungsi : untuk menguraikan cahaya menjadi spektrum warna yang berasal dari lampu

              pijar.

5.    Penggaris

Fungsi : Untuk mengukur antara jarak kolimator ke lampu Pijar.

6.    Statif

Fungsi : sebagai penyangga lampu Pijar dan tabung Hidrogen.

7.    Kabel Penghubung

Fungsi : sebagai penghubung imduktor Rumhkorf ke sumber PLN.

8.    Lup (kaca pembesar)

Fungsi : sebagai alat untuk memperjelas skala yang akan dibaca pada spektrometer.

9.    Spektrometer

Fungsi : sebagai alat optik untuk mengamati spektrum warna dan berbagai spektrum   

             sudutnya yang terdiri dari:

a.Teleskop

            Fungsi : Untuk mengamati spektrum warna yang terjadi.

b.Kolimator

     Fungsi : Untuk memfokuskan atau mensejajarkan cahaya dari lampu Pijar.

c.Meja Kisi

                 Fungsi : sebagai tempat untuk meletakkan kisi.

     d.Meja skala

     Fungsi : untuk membaca besar sudut yang dibentuk oleh spektrum warna.

10.  Tissue/serbet

Fungsi : untuk membersihkan peralatan yang digunakan.

 

 

3.2  Prosedur Percobaan

 

1.      Dipersiapkan peralatan yang akan digunakan

2.      Dihubungkan tabung Hidrogen ke statif

3.      Dipasang lampu Pijar ke dalam tabung Hidrogen

4.      Dihubungkan induktor Rumhkorf ke sumber PLN

5.      Dinyalakan induktor Rumhkorf dan ditunggu hingga lampu Pijar menyala penuh

6.      Diukur jarak dari lampu Pijar ke kolimator dengan jarak sejauh 3o cm

7.      Disejajarkan kolimator dengan menggeser ke kiri-kanan untuk mensejajarkan cahaya pada celah sempit agar sejajar dengan sumbu x dan sumbu y

8.      Dilihat sudut pada meja skala sebagai θ_standar nya

9.      Diletakkan kisi 300 lines/mm pada meja kisi

10.  Dicari spektrum warna yang akan dianalisi dengan menggeser teleskop ke kiri dan ke kanan

11.  Dibaca skala pada spektrometer untuk mengetahui besar sudut spektrum warna yang akan diperoleh

12.  Dicatat hasilnya pada kertas data

13.  Diulangi percobaan yang sama hingga terlihat warna yang lain

14.  Dimatikan peralatan

15.  Dibersihkan peralatan yang digunakan dan dikembalikan ke tempat semula

 

   BAB  IV

HASIL DAN ANALISA

         4.2  Analisa Data

         

1.      Mencari nilai deviasi untuk masing-masing kisi

d = 1/N

Untuk kisi 300 lines/mm = 300000 lines/m

d= 3,33 .10⁶ m³

 .                                   

2.      Mencari nilai  untuk masing-masing kisi

   θ = (θ_kiri – θ _kanan )/2

3.      Mencari nilai  untuk masing-masing kisi

 Untuk kisi 300 lines/mm d = 3,33 x 10^-6 m

𝞴= d sin Ө

4.      Menentukan nilai E dari masing-masing Warna

  E_praktek = c/𝞴                       

5.      Menentukan nilai h dari masing-masing warna

E = h  ; h = E 𝞴/c

6.      Mencari % deviasi untuk masing-masing spektrum warna:

    

BAB V

 

KESIMPULAN 

  Aplikasi dari percobaan ini adalah :

 

Dalam kehidupan sehari-hari  adalah  pembuatan  foto tiga dimensi  yang disebut hologram. Pada hologram, berkas dari laser dipindahkan menjadi dua berkas yaitu : berkas acuan dan berkas benda. Berkas benda ini memantul dari benda yang akan difoto dan pola interferensi antara berkas benda ini dan berkas acuan direkam pada film fotonya. Rumbai interferensi pada film bertindak sebagai kisi.

DAFTAR PUSTAKA 

March.R.1937. Physics for Poets.Boston:Mc Graw Hill

            Pages : 174-176

Soedojo.P.1992. AZAS-AZAS ILMU FISIKA.Cetakan pertama.Yogyakarta:Gadjah Mada  

           University Press

           Halaman: 33-37

Wehr.R.1902. PHYSICS OF THE ATOM.Canada:Addison Wesley Publishing Company

            Pages: 80 – 83

Zemansky.M.1960. FISIKAUNTUK UNIVERSITAS.Jakarta:BINATJIPTA

             Halaman: 852-856

 

LAMPIRANG