Experiment Franck Hertz - Laporan Praktikum Fisika Atom - FISIKA

 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

 

Pada tahun 1914 James Franck dan Gustav Hertz melakukan eksperimen untuk menguji langsung hipotesis Bohr yang menyebutkan bahwa energi atom terkuantisasi.Atom gas bertumbukan dengan elektron-elektron dan memperoleh energi dari tumbukan hanya jika energi elektron melampaui ambang tertentu. Eksperimen ini menunjukkan secara langsung bahwa tingkat energi atomik nyata adanya dan tingkat- tingkat ini sama dengan tingkat-tingkat yang terdapat pada spektrum garis.

Kemudian  ia  kembali  ke Eropa selama  setahun,  untuk  menjadi  dosen  tamu di Kopenhagen,  Denmark.  Pada  1925,  Franck  menerima Hadiah  Nobel  Fisika,  yang diterimanya   dengan   Hertz,   untuk   kerja   mereka   dalam fisika   kuantum. Mekanika kuantum ialah teori fisika fundamental semua kuantum yang memperluas, membetulkan dan menyatukan mekanika Newton dan elektromagnetisme Maxwell, pada tingkat atom dan    subatom.Franck    dan    Hertz    mempelajari    gerakan    elektron    bebas    dalam bermacam gas dan pengaruh yang dimiliki elektron itu pada fungsi atom.

Teori  atom  Bohr  memperkenalkan  atom  sebagai  sejenis  miniatur  planet  mengitari matahari  dengan  elektron-elektron  mengelilingi  orbitnya  sekitar  bagian  pokok,  tapi dengan perbedaan yang sangat penting.

Sehingga  perlulah  dilakukan  sebuah  percobaan  untuk  membenarkan  teori-teori tersebut. Pada percobaan Frank-Hearzt di Laboratorium Fisika Atom, kebenaran..

Oleh  karena  itu,  melalui  praktikum  ini  dapat  membantu  dalam  memahami fenomena-fenomena alam yang terjadi, dan dapat dijadikan sebagai penunjang materi mata kuliah.

1.2 Tujuan

 

1.   Untuk menentukan tegangan eksitasi.

 

2.   Untuk  menentukan  energi  eksitasi  dari  setiap  cincin  dan  panjang  gelombang dari energi eksitasi.

 

BAB II

DASAR TEORI

 

Kita menyimpulkan pada bagian ini sebuah diskusi singkat yang ada pada eksperimen Franck dan Hertz. Pada tahun 1914 James Franck dan Gustav Hertz (keponakan Heinrich Hertz) melakukan eksperimen indah yang menunjukan secara meyakinkan sifat kuantitas tingkat energi atom-terkuantitsi. Keadaan energi atom diprediksi oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Memang  ketika  memperkenalkan  Franck  dan  Hertz  untuk  menerima  Hadiah  Nobel, disebutkan hipotesis Bohr tahun1913, bahwa atom dapat eksis di berbagai negara masing- masing adalah dicirikan oleh tingkat energi ini mengatur garis spektral yang dipancarkan oleh atom, tidak lagi hanya hipotesis tetapi fakta-fakta yang terbukti secara eksperimental. Metode verifikasi hipotesis ini adalah karya James Franck dan Gustav Hertz dimana mereka telah dianugrahi “untuk penemuan mereka tentang hukum yang mengatur dampak elekron pada

atom”.

 

Pengaturan  eksperimental  Franck  dan  Hertz.  Elektron  diproduksi  oleh  filamen tungsten yang dipanaskan. Elekton-elektron ini dipercepat oleh sebuah kawat G yang dijaga pada jarak beberapa sentimeter dari hiamen. Jaring kawat disimpan pada potensial negatif kecil sehingga elekron energi yang sangat rendah (setelah melewati G) tidak akan mencapai pelat  P.  Variasi  khas  arus  pelat  (seperti  yang  diperoleh  oleh  Franck  dan  Hertz)  dengan tegangan V. Seperti yang dapat dilihat ketika V mencapai 4,9V (atau kelipatanya) ada arus yang tiba-tiba turun. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elektron yang mencapai 4,9 ev energi menggairahkan atom Hg dan kehilangan seluruh energinya dan tidak lagi dikumpulkan oleh lempeng P.  Dengan demikian mengkonfirmasi keadaan energi diskrit dari atom Hg.  (Ghatak. A, 2004) Pada tahun 1914, J. Franck dan G. Hertz melaporkan sebuah percobaan luwes yang tak biasa yang membuktikan bahwa energi mekanik, seperti energi elektromagnetik, diserap oleh atom- atom  dalam  kuantitas  yang  berlainan.  Karena  begitu  sederhana  dan  meyakinkan,  maka percobaan  ini  berhak  mendapatkan  sedikit  pertimbangan  yang  terperinci.  Peralatan  yang dipergunakan  oleh  Franck  dan  Hertz  terdiri  dari  sebuah  kabel  pemanas  listrik,  yang ditempatkan sejajar dengan sumbupada jaringan silinder, yang mana dikelilingi oleh sebuah pengumpul. Alat tersebut ditempatkan dalam pagar yang berisi dengan uap air merkuri. Suatu

pertemuan tunggal dari sebuah partikel alpa dengan atom, dikarenakan perhitungan sebelumnya mendasar pada perkalian sejumlah kecil partikel alpa yang tidak memberikan hasil yang memuaskan. Dia menunjukkan bahwa hasil percobaan dapat dijelaskan jika atom dianggap terdiri dari harga positif yang kuat atau negatif dari pusat, memfokuskan jarak yang

kurang dari 3 x 10-12  cm dan dikelilingi oleh sebuah bidang elektrifikasi yang harganya

 

berlawanan memperpanjang seluruh sisa dari atom, sebagai contoh, untuk jarak yang kira-kira sepanjang 10-8  cm. Kemudian sejumlah kecil partikel alpa dapat dianggap pokok harga dari pusat atau inti, yang akan menyebabkan partikel alpa menggambarkan garis edar hiperbola dengan pusat dari atom sebagai satuan fokus.                                             (Powell. J. L, 1961) Postulat  pertama  Bohr,  konsekuensi  teoritis  dari  panjang  gelombang  materi  de  broglie menarik. Kami selanjutnya menggambarkan bagaimana panjang gelombang de broglie cocok dengan model atom Bohr. Jika string yang diregangkan menyebabkan getaran, gangguan

bergerak kebawah string di kedua arah dalam  fase, alih-alih berjalan  tercermin di ujung dengan perubahan 180°, dan kembali satu sama lain. Secara umum gangguan tali ini menyebabkan gerakan kompleks yang membuat tali tampak kabur di mana-mana. Jika frekuensi menarik, panjang senar, atau tegangan entring bervariasi, penyesuaian dapat dilakukan sehingga menghasilkan gelombang stasioner. Loop dan node perpindahan muncul. Menjalankan perintah ke atas dan kebawah senar, gelombang tampak diam, dengan aktifitas transfer di loop dan hanya aktivitas goyang di node. Kondisi untuk gelombang stasioner yang stabil adalah bahwa panjang string menjadi bilangan bulat setengah panjang dari gangguan. Alasan untuk setengah dalam kondisi gelombang stasioner yang stabil adalah adanya pergeseran fase 180°.

Jika kita bisa mendorong seorang koboi yang terampil untuk memutar lariatnya sehingga loop pada akhirnya membentuk horizontal (hampir), kita dapat bayangkan diri kita bergetar koboi dan menyebabkan gelombang diam di loop. Harus diakui cukup sulit untuk dilakukan. Untuk mengamati gelombang yang tidak bergerak, pantulan pada ujungnya kita harus memutartubuh kita dengan lingkaran dan mengamati gerakan dari pusatnya. Dalam hal ini gangguan akan terjadi di sekitar loop di dua arah, membentuk gelombang stasioner tanpa perlu refleksi. Disini kondisi untuk stasioner loop menjadi jumlah keseluruhan panjang gelombang dari gangguan gelombang.

Kita dapat tahu menggambarkan analogi panjang dengan atom hidrogen dengan menyamakaan setiap koboi ke proton dengan orbit elektron. Gangguannya pada gelombang elektron de Broglie. Asumsi kita selanjutnya bahwa elektron yang berasal dari gelombang tegak yang stabil, bahwa panjang dari orbit dibagi dari panjang gelombang adalah bilangan bulat n. Kita dapati: memberikan persesuaian yang sangat   baik pada percobaan dan, merupakan sukses utama teori kuantum awal. Setelah percobaan awal sukses dibuat lalu model Bohr diperluas untuk atom lain selain hidrogen. Model yang paling sukses dari jenis ini adalah atom-atom denganelektron tunggal, tetapi dengan proton Z pada inti, contohnya adalah helium terionisasi tunggal, Lithium terionisasi ganda, dan sebagainya. Dalam atom-atom satu hanya menggantikan muatan  e proton dalam atom hidrogen oleh muatan inti Ze. 

Yang mana sekali lagi sangat sependapat dengan percobaan terhadap atom-atom ini. Namun, keberhasilan pendekatan ini bila diterapkan pada atom lain yang mengandung dua atau lebih elektron yang terbatas, terutama karena sifat rumuitnya interaksi Coulomb antara beberapa elektron dan proton, dan umumnya perkiraan atau teknik numerik harus digunakan.

Keistimewaan yang tidak hadir dalam model Bohr. Secara teoritis, model Bohr mencampur partikel dan gambar gelombang elektron yang dianggap oleh orang banyak tidak memuaskan.

Teori ini, yang dikembangkan oleh Heisenberg, Pauli, Schrodinger, Sommerfeld, dan lain- lain, yang cukup rinci secara matematis. Hasil utama yang berasal dari teori ini adalah bahwa ada empat bilangan kuantum menggambarkan keadaan elektron, dibandingkan dengan satu kuantum bilangan hadir dalam model Bohr. Bilangan-bilangan kuantum tersebut adalah n, bilangan kuantum utama, l, bilangan kuantum orbital, mp  bilangan kuantum orbital berputar ms,  bilangan putaran kuantum. Ini adalah label yang dalam arti yang sangat terbatas dapat dianggap sebagai karakterisktik arah yang mana elektron berputar pada porosnya. ms

Tidak  ada  dia  elektron  dalam  sistem  yang  miungkin  memiliki  set bilangan kuantum  yang sama. Menunjukkan apa yang terjadi saat kita mulai menambahkan satu elektron tambahan pada gilirannya, dengan prisip tertentu.                       (Sutarno, 2017)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Fungsi

 

1.   Seperangkat komputer, terdiri dari:

 

a.    Monitor

 

Fungsi : Untuk menampilkan data, grafik, dan untuk melihat waktu pembentukan cincin,  dan  untuk  mengoperasikan  sensor  cassy  yang  terhubung  oleh komputer

b.   CPU (Central Processing Unit) Fungsi : Untuk menjalankan input.

c.   Mouse

 

Fungsi : Untuk mengarahkan kursor. d.   Keyboard

Fungsi : Untuk mengetik nama. e.   UPS

Fungsi : Untuk menyimpan daya

 

2.   Seperangkat Franck – Hertz Apparatus (No. Seri osk 5221 Ogawa Seiki, Ltd, Jerman), terdiri dari:

a.   Pesawat Franck – Hertz

 

Fungsi : Untuk menginputkan tegangan dan melihat tegangan eksitasi cincin. b.   Tabung gas Neon

Fungsi : Untuk  melihat  cincin yang dibentuk  oleh  sinar  katoda karena adanya perpendaran elektron.

c.   Banana Cable

 

Fungsi : Untuk menghubungkan pesawat Franck Hertz ke tabung pelucutan.

 

3.   Adaptor

 

Fungsi : Untuk  menstabilkan tegangan yang masuk, atau menurunkan tegangan dari

 

220 V ke 30 V.

 

4.   Sensor Cassy

 

Fungsi : Untuk mendeteksi besarnya tegangandan mengeksitasinya.

 

5.   Kabel-kabel, terdiri dari:

 

            a.   XY Recorder

DAFTAR PUSTAKA

 

Ghatak, A. 2004. Quantum Mechanics :Theory and Applications. Netherland: Kluwer

 

Academic Publisher. Pages :64

Powel, J. L. 1961. Quantum Mechanics. London: Addison-Wesley Publishing Company.

 

Pages :11- 13

 

Richards, J. A. 1960.Modern University Physics. First Edition. London: Addison-Wesley publishing Company.

Pages : 829-830

 

Sutarno. 2013. Fisika untuk Universitas. Edisi Pertama. Yogyakarta: Graha Ilmu.

 

Halaman : 168 – 171