Laporan Praktikum Fisika Modern PENENTUA

LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA MODERN
JUDUL PRAKTIKUM
PENENTUAN KONSTANTA PLANCK

OLEH:

NAMA
NIM
OFFERING
KELOMPOK
HARI/TANGGAL
PEMBIMBING

: THATHIT SUPRAYOGI
: 130322615513
: N-2
: 11
: 7 Oktober 2015
: Dr. HARI WISODO, M. Si

LABORATORIUM FISIKA MODERN
JURUSAN FISIKA FMIPA
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
2015

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA MODERN
PENENTUAN KONSTANTA PLANCK
A. TUJUAN
Dengan melakukan percobaan ini diharapkan, bahwa Mahasiswa dapat :
a. Mengukur tegangan pada kotak h/e untuk bervariasi intensitas dari satu warna cahaya
yang menimpa katoda.
b. Mengukur tegangan pada kotak h/e untuk beberapa warna cahaya yang menimpa
logam dengan intensitas terkontrol tetap.
c. Mendapatkan hubungan antara energy kinetik elektron yang terpancar dengan
frekuensi cahaya yang menimpa katoda.
d. Menentukan konstanta alam Planck.
e. Menentukan fungsi kerja bahan lempeng katoda.
B. TEORI DASAR
Untuk membangun formulasi yang mencerminkan fenomena fotolistrik, Einstein
menggunakan azas konservasi energy, sedemikian sehingga diperoleh

Energi yang diserahkan foton = energy yang diterima elektron
Dalam hal ini foton berfrekuensi  menyerahkan energy sebesar h (h= 6,626 10-34
J/s, konstanta alam Planck). Energy foton datang setidaknya sebesar fungsi kerja logam.
Elektro foto menerima energy foton untuk melepaskan diri dari ikatan logam  dan
bergerak dengan energy kinetik sebesar Kmax. Sehingga konservasi energy dapat
diformulasikan sebagai
h    K max ………….……………(1)
dengan maksud memperoleh kuantitas energy kinetetik elektro foto, maka persamaan (1)
akan lebih tepat menjadi
K max  h   ……………………….(2)
yang memberika hubungan linier antara berubahnya energy kinetic tehadap variasi
frekuensi cahaya yang mengenai logam. Sesuai dengan K max  eVs , energy kinetic
maksimum secara eksperimen dapat diperoleh dari potensial penghenti Vs .
eVs  h  

h 
Vs     ………………………..(3)
e
e
Persamaan linier bagi hubungan antara potensial penghenti elektro yang terlepas dari

logam vs. frekuensi dapat dimanfaatkan untuk penentuan ulang konstanta Planck h.
atau

C. ALAT DAN BAHAN

Gambar 1. (a). Bagan Dasar Set-up Percobaan. (b). Bagian Utama.
(c). Komponen-komponen Alat bantu
Set up peralatan tersusun atas :
Tiga bagian utama:
1. kotak h/e.
2. kotak sumber cahaya Hg.
3. filter cahaya tampak.
Peralatan bantu:
1. batang penghubung dari kotak h/e ke kotak sumber cahaya.
2. Landasan penyangga kotak h/e.
3. Perangkat lensa dan kisi yang dilekatkan pada sisi depan kotak sumber cahaya.
4. Tameng cahaya yang dilekatkan pada sisi belakang kotak sumber cahaya Hg.
5. Papan pengatur cahaya yang dilekatkan pada kotak h/e.
6. Voltmeter digital yang harus terhubung ke kotak h/e.

D. PROSEDUR PERCOBAAN
Persiapan
1. Sebelum melakukan eksperimen memeriksa semua kelengkapan perlatan seperti yang
disebutkan diatas
a. Memerikasa bahwa semua unit dalam keadaan off dan skala sumber terkecil dan
alat ukur terbesar.
b. Menyusun set rangkaian eksperimen sesuai desain percobaan.
Percobaan 1 (mengamati hubungan antara pengukuran potensial penghenti dengan
variasi intensitas cahaya)
2. Mengatur posisi tabung h/e sedemikian sehingga hanya satu warna yang jatuh pada
celah cahaya (pada papan pengatur cahaya) yang selanjutnya lewat jendela masuk
menuju photodioda. Jika warna cahaya tadi adalah kuning maka tempelkanlah filter
warna kuning pada papan pengatur cahaya.

3. menempelkan filter transmisi di depan filter warna, memilih tingkat transmisi 100%
(intensitas penuh). Mengukur beda tegangan penghenti (dengan volt meter) melalui
terminal output pada panel kotak h/e; mencatat hasilnya pada tabel.
4. Menekan tombol pelepas muatan "push to zero" lalu melepaskan tekanan tadi dan
mengamati display pembacaan volt meter, melepaskan filter transmisi cahaya
(sehingga tinggal filter warna saja). Mengukur beda tegangan penghenti (seperti

langkah 3 dan 4).
5. Mengulangi langkah-langkah 2, 3, 4 dan 5 dengan memvariasi tingkat transmisi lainnya
(80%, 60%, 40% dan 20%).
6. Mengulangi langkah-laangkah 2 s.d. 6 untuk warna hijau.
Percobaan 2 (Mengamati hubungan antara pengukuran potensial penghenti dengan
variasi cahaya tampak)
7. Memfokuskan perhatian pada spektrum hasil difraksi orde pertama. Tampak terdapat
5 warna berurutan, yakni kuning, hijau, biru, violet dan ultra violet.
8. Menjatuhkan spectrum cahaya warna kuning (pola inteferensi) pada celah cahaya
kotak h/e (pada papan pengatur cahaya) agar cahaya tersebut mengenai photodioda.
9. Mengamati penunjukkan beda potensial penghenti dan mencatat pada table yang
sesuai.
10. Mengulangi langkah-langkah 8 dan 9, untuk warna-warna berikutnya.
11. Mengulangi langkah-langkah 8, 9 dan 10 di atas untuk spektrum tingkat kedua.
E. DATA PENGAMATAN
Tabel 1. Data Pengamatan Percobaan 1 (Filter Kuning)
No.
Tingkat Transmisi
Vs ± ΔVs (V)
100 %

0,460 ± 0,005
1.
80 %
0,440 ± 0,005
2.
60 %
0,420 ± 0,005
3.
40 %
0,380 ± 0,005
4.
20 %
0,310 ± 0,005
5.
Tabel 2. Data Pengamatan Percobaan 1 (Filter Hijau)
No.
Tingkat Transmisi
Vs ± ΔVs (V)
100 %
0,420 ± 0,005

1.
80 %
0,390 ± 0,005
2.
60 %
0,370 ± 0,005
3.
40 %
0,330 ± 0,005
4.
20 %
0,250 ± 0,005
5.
Tabel 3. Data Pengamatan Percobaan 2 (Orde Pertama)
No.
Warna
Vs ± ΔVs (V)
Ungu
0,480 ± 0,005
1.

Hijau
0,350 ± 0,005
2.
Kuning
0,310 ± 0,005
3.

Tabel 4. Data pengamatan percobaan 2 (Orde Kedua)
No.
Warna
Vs ± ΔVs (V)
Ungu
0,310 ± 0,005
1.
Hijau
0,220 ± 0,005
2.
Kuning
0,190 ± 0,005
3.

F. ANALISIS DATA
a) Percobaan 1
1) Deskripsi hasil pengukuran potensial penghenti untuk berbagai instensitas cahaya
yang menimpa pelat katoda dengan satu warna filter cahaya yang dikontrol tetap
Berdasarkan data pengamatan untuk satu filter warna cahaya yag dikontrol tetap
dengan berbagai intensitas cahaya yang menimpa pelat katoda, didapatkan hasil dari
kedua filter warna kuning (tabel 1) dan hijau (tabel 2) menunjukkan perubahan besar
potensial penghenti terhadap intensitas cahaya yang digunakan. Didalam data terlihat
semakin kecil intensitas cahaya yang ditembakkan semakin kecil pula potensial
penghentinya. Hal ini dikarenakan untuk penentuan ulang konstanta Planck pada set
percobaan yang digunakan seharusnya di pasang Ampermeter sebagai pengamat
banyaknya elektron yang lewat tiap detik sebagai arus listrik. Sehingga semakin
besar intensitasnya maka jumlah elektron yang terlepas dan mengalir semakin
banyak, jadi diperlukan potensial penghenti yang besar.
Seharusnya sesuai dengan tinjauan fisika modern bahwa distribusi energi
elektron terpancar (fotoelektron) tidak bergantung dari intensitas cahaya. Berkas
cahaya yang kuat hanya menghasilkan fotoelektron atau elektron terpancar lebih
banyak tetapi energi fotoelektron rata-rata sama saja dibanding fotoelektron oleh
berkas cahaya berintensitas lebih lemah dengan frekuensi sama.
b) Percobaan 2

2) Deskripsi hasil pengukuran potensial penghenti dengan frekuensi cahaya yang
menimpa pelat katoda jika intensitas cahaya dikontrol tetap.
Berdasarkan data pengamantan pada tabel 3 dan tabel 4 terlihat bahwa semakin
besar frekuensi cahaya yang ditembakkan pada pelat katoda maka potensial
penghentinya juga semakin besar. Hal ini dikarenakan energi yang diserap oleh
elektronfoto semakin besar sehingga dibutuhkan energi potensial penghenti yang
lebih besar, ditandai dengan pembacaan potensial penghenti pada voltmeter yang
semakin besar.
3) Hubungan antara energi potensial penghenti dengan frekuensi cahaya yang menimpa
pelat katoda jika intensitasnya tetap
Energi yang diserahkan foton = energy yang diterima elektron
Dalam hal ini foton berfrekuensi  menyerahkan energy sebesar h (h= 6,626
-34
10 J/s, konstanta alam Planck). Energy foton datang setidaknya sebesar fungsi
kerja logam. Elektro foto menerima energy foton untuk melepaskan diri dari ikatan
logam  dan bergerak dengan energy kinetik sebesar Kmax. Sehingga konservasi
energy dapat diformulasikan sebagai
h    K max ………….……………(1)

dengan maksud memperoleh kuantitas energy kinetetik elektro foto, maka persamaan

(1) akan lebih tepat menjadi
K max  h   ……………………….(2)
yang memberika hubungan linier antara berubahnya energy kinetic tehadap variasi
frekuensi cahaya yang mengenai logam. Sesuai dengan K max  eVs , energy kinetic
maksimum secara eksperimen dapat diperoleh dari potensial penghenti Vs .
eVs  h  

h 
Vs     ………………………..(3)
e
e
Persamaan linier bagi hubungan antara potensial penghenti elektro yang terlepas
dari logam vs. frekuensi dapat dimanfaatkan untuk penentuan ulang konstanta Planck
h.
Potensial penghenti diwakili oleh besaran  (frekuensi cahaya),  (fungsi kerja),
e (muatan elektron), dan h (konstanta alam Planck).
atau

4) Metode fitting linier kuadrat terkecil
 ORDE I
Warna
λ (m)
Ungu
4,05·10-7
Hijau
5,46·10-7
Kuning
5,78·10-7

 (Hz) Sb.x

Vs (Volt) Sb.y
0,48
0,35
0,31

14

7,41·10
5,49·1014
5,19·1014

h 
Sesuai dengan Vs     dengan pemodelan persamaan linier y  a  bx
e
e
h
sehingga Vs sebagai y ,  sebagai x, dan gradient garis/slope (b) adalah   dengan
e

a   adalah intercept.
e
Grafik Hubungan Antara Frekuensi Cahaya dengan Potensial Penghenti
Orde I
0.50
0.48

potensial penghenti (V)

0.46
0.44
0.42
0.40

potensial penghenti (V)
fitting linier kuadrat terkecil

0.38
0.36

Equation
Adj. R-Square

y = a + b*x
0.97922

0.34

Value

0.32

a

Intercept

b

Slope

Standard Error

-0.06265

0.04595

7.34078E-16

7.52131E-17

0.30
5.00E+014

5.50E+014

6.00E+014

6.50E+014

Frekuesi (Hz)

7.00E+014

7.50E+014



Ralat untuk gradient/slope (b)
sb
R  100%
b
7,52131 10 -17

100%
7,34078 10 -16

 10,25% (2 Angka Penting)

Didapat nilai gradient/slope adalah b= 7,3  0,8  10 16 dengan ralat 10,25%


Ralat untuk intercept (a )
s
R  a  100%
a
0,04595

 100%
 0,06265

 73,34% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai intercept adalah a =  0,063  0,046  dengan ralat 73,34 %
a.

Penentuan konstanta Planck (h)
sh 

b

h
e
h  be

 7,3  10 16 J C  s  1,6  10 19 C

 1,168  10 34 J s
Ralat untuk konstanta Planck (h)
s
R  h  100%
h
1,28  10 35

 100%
1,168  10 34



h
s
b b

e  sb

2

2

 1,6  10 19  0,8  10 16
 1,28  10 35 J s

 10,96% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai konstanta Planck adalah h = 1,2  0.1  10 34 J/s dengan ralat 10,96
%
Besar penyimpangan kosntanta Planck antara eksperimen dan nilai referensi
R

heksperimen  hreferensi
hreferensi

 100%

1,2  10 34  6,626  10 34

 100%
6,626  10 34
 81,89 (2 Angka Penting)

Terdapat penyimpangan konstanta Planck sebesar 81,89%

b. Penentuan fungsi kerja logam (  )
a 



e
  a  e



 0,063 J C  1,6  10 19 C

Ralat untuk fungsi kerja logam (  )
s



e  sb

2

2

 1,6  10 19  0,046

 0,1008  10 19 J

R


s
b b

s 

 0,0736  10 19 J

 100%

0,0736  10 19
 100 %
0,1008  10 19



 73,02% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai fungsi kerja adalah   1,0  0.1  10 20 J dengan ralat 73,02 %

 ORDE II
Warna
Ungu
Hijau
Kuning

 (Hz) Sb.x

λ (m)
4,05·10-7
5,46·10-7
5,78·10-7

Vs (Volt) Sb.y
0,31
0,22
0,19

14

7,41·10
5,49·1014
5,19·1014

h 
Sesuai dengan Vs     dengan pemodelan persamaan linier y  a  bx
e
e
h
sehingga Vs sebagai y ,  sebagai x, dan gradient garis/slope (b) adalah   dengan
e
h
a   adalah intercept.
e

Grafik Hubungan Antara Frekuensi Cahaya dengan Potensial Penghenti
Orde II
0.32

potensial penghenti (V)

0.30

0.28

0.26

potensial penghenti (V)
fitting linier kuadrat terkecil

0.24
Equation

y = a + b*x

0.22

Adj. R-Square

0.20

a

Intercept

b

Slope

0.97242
Value

0.18
5.00E+014

5.50E+014

6.00E+014

6.50E+014

Frekuesi (Hz)

Standard Error

-0.07048

0.0372

5.14888E-16

6.08868E-17

7.00E+014

7.50E+014



Ralat untuk gradient/slope (b)
s
R  b  100%
b
6,08868  10 -17

 100%
5,14888  10 -16

 11,83% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai gradient/slope adalah b= 5,1  0,6  10 16 dengan ralat 11,83%


Ralat untuk intercept (a )
s
R  a  100%
a
0,0372

 100%
 0,07048

 52,78% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai intercept adalah a = 0,070  0,037  dengan ralat 52,78 %
a. Penentuan konstanta Planck (h)
sh 

b

h
e
h  be

 5,1  10 16 J C  s  1,6  10 19 C

 0,816  10 34 J s
Ralat untuk konstanta Planck (h)
s
R  h  100%
h
1,20  10 35

 100%
0,816  10 34



h
s
b b

e  sb

2

2

 1,6  10 19  0,6  10 16
 1,20  10 35 J s

 14,70% (2 Angka Penting)

Jadi, nilai konstanta Planck adalah h = 0,82  0.12   10 34 J/s dengan ralat 14,70 %
Besar penyimpangan kosntanta Planck antara eksperimen dan nilai referensi
R



heksperimen  hreferensi
hreferensi

 100%

0,82  10 34  6,626  10 34
 100%
6,626  10 34

 87,82%

Terdapat penyimpangan konstanta Planck sebesar 87,82%
b. Penentuan fungsi kerja logam (  )

a 



e
  a  e

 0,070 J C  1,6  10 19 C
 0,112  10 19 J

Ralat untuk fungsi kerja logam (  )
R

s



s 




s
b b

e  sb

2

2

 1,6  10 19  0,037
 0,0592  10 19 J

 100%

0,0592  10 19

 100%
0,1120  10 19

 52,85 % (2 Angka Penting)

Jadi, nilai fungsi kerja adalah   1,1  0.6  10 20 J dengan ralat 52,85 %
5) Paparan pada fenomena 3 dan 4, andai digunakan konsep fisika klasik dan
bandingkan dengan kerangka fisika modern.
Secara klasik, sebenarnya peristiwa terpancarnya elektron dari permukaan
logam yang disinari merupakan hal atau fenomena yang wajar. Hasil pengamatan
yang tidak wajar dan tidak dapat dijelaskan oleh pemahaman klasik yaitu
Tidak ada keterlambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam
dan terpancarnya elektron. Secara klasik, misalkan permukaan logam pada
eksperimen adalah natrium, arus fotolistrik teramati jika energi elektromagnetik 106
J/m2 terserap oleh permukaan. Sementara ada 1019 atom pada selapis natrium
setebal satu atom seluas 1 m2. jika dianggap cahaya datang diserap oleh lapisan atas
dari atom-atom natrium, setiap atom menerima energi rata-rata dengan laju 10-25 W.
Pada laju ini, natrium membutuhkan waktu 1,6 ·106 detik atau sekitar dua minggu
untuk mengumpulkan energi sebesar 1 eV, yaitu energi fotoelektron.
Energi fotoelektron bergantung pada frekuensi cahaya yang digunakan dan
dibawah frekuensi tertentu tidak ada elektron dipancarkan walau intensitas
diperbesar. Energi kinetik elektron, energi cahaya, dan energi minimum dari cahaya
memenuhi hubungan
Ek = E - ɸ0
Jelas, jika energi cahaya E kurang dari energi minimum ɸ0 tidak ada elektron
terpancar.
G. PEMBAHASAN
Eksperimen yang dilakukan untuk menentukan ulang konstanta Planck dilakukan
dengan menggunakan fenomena efekfotolistrik. Set alat yang digunakan dapat melihat
variasi intensitas terhadap potensial penghenti dan variasi warna cahaya yang digunakan
dengan potensial penghentinya. Sehingga dengan menggunakan persamaan (3) dapat
ditentukan konstanta planck.
Berdasarkan data pengamatan tabel 1 dan 2 bahwa sesuai dengan tinjauan fisika modern
bahwa distribusi energi elektron terpancar (fotoelektron) tidak bergantung dari intensitas
cahaya. Berkas cahaya yang kuat hanya menghasilkan fotoelektron atau elektron terpancar

lebih banyak tetapi energi fotoelektron rata-rata sama saja dibanding fotoelektron oleh
berkas cahaya berintensitas lebih lemah dengan frekuensi sama (Purwanto, 2005).
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan untuk penentuan besar konstanta Planck
didapat hasil sebagai berikut
1) Konstanta Planck pada Orde I adalah h = 1,2  0.1  10 34 J/s dengan ralat relatif 10,96
% dan penyimpangan terhadap referensi sebesar 81,89%
2) Konstanta Planck pada Orde II adalah h = 0,82  0.12   10 34 J/s dengan ralat relatif
14,70 % dan penyimpangan konstanta Planck sebesar 87,82%
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan untuk penentuan fungsi kerja pelat katoda
yang digunaka didapat hasil sebagai berikut
a. Fungsi kerja pada Orde I adalah   1,0  0.1  10 20 J dengan ralat 73,02 %

b. Fungsi kerja pada Orde II adalah   1,1  0.6  10 20 J dengan ralat 52,85 %
Jika dilihat dari hasil analisis pada penentuan konstanta Planck terdapat nilai
ketidakpastian yang sangat besar jika dilihat dari nilai ralat relatifnya >10%, sehingga
bila dibandingkan dengan nilai referensinya terdapat perbedaan nilai yang sangat besar
yaitu >80%. The earliest reported photoelectric experiment results, those of Hughes and
Richardson and Compton in 1912, were explorations into the wave versus particle nature
of the effect. They had large uncertainties of about 10% for the values of h/e (Steiner,
2012). Pada tahun 1912 penggunaan metode efekfotolistrik juga memberikan
ketidakpastian sebesar 10%. Sehingga dikembangkan beberapa metode dalam penentuan
konstanta Planck yang menghasilkan ketidakpastian kecil diantaranya sebagai berikut
(Steiner, 2012)
1) A direct link to h via quantum electronics
2) Superconducting magnetic levitation
3) The Joule balance
4) The watt balance
5) Deriving h in measurements using SI units
6) Defining kilogram mass in terms of h
Hal-hal yang menyebabkan terjadinya ketidakpastian yang besar diantaranya yaitu set
alat yang digunakan kurang dilengkapi ampermeter untuk melihat seberapa banyak
elektron yang mengalir tiap detiknya. Selain itu tidak tidak dilakukan pengukuran
terhadap nilai frekuensi tiap warna cahaya yang digunakan memberikan pengaruh yang
besar juga.

H. JAWABAN TUGAS
Untuk jawaban tugas digunakan untuk menjawab tujuan yang sudah ada di analisis data dan
pembahasan
I. KESIMPULAN
Berdasarkan eksperimen penentuan konstanta Planck dengan menggunakan prinsip
efekfotolistrik dapat disimpulkan sebagai berikut
a) Intensitas cahaya yang ditembakkan pada pelat katoda tidak mempengaruhi besar nya
potensial penghentinya.

b) Semakin besar frekuensi cahaya yang ditembakkan pada pelat katoda maka potensial
penghentinya juga semakin besar.
c) Hubungan antara energy kinetik elektron yang terpancar dengan frekuensi cahaya yang
menimpa katoda adalah K max  h   .
d) Berdasarkan analisis yang telah dilakukan untuk penentuan besar konstanta Planck didapat
hasil sebagai berikut
1) Konstanta Planck pada Orde I adalah h = 1,2  0.1  10 34 J/s dengan ralat relatif 10,96
% dan penyimpangan terhadap referensi sebesar 81,89%
2) Konstanta Planck pada Orde II adalah h = 0,82  0.12   10 34 J/s dengan ralat relatif
14,70 % dan penyimpangan konstanta Planck sebesar 87,82%
e) Berdasarkan analisis yang telah dilakukan untuk penentuan fungsi kerja pelat katoda yang
digunaka didapat hasil sebagai berikut
1) Fungsi kerja pada Orde I adalah   1,0  0.1  10 20 J dengan ralat 73,02 %
2) Fungsi kerja pada Orde II adalah   1,1  0.6  10 20 J dengan ralat 52,85 %

J. DAFTAR PUSTAKA
Purwanto, Agus. 2005. FISIKA KUANTUM. Yogyakarta: Gava Media
Steiner, Richard. 2012. History and progress on accurate measurements of the Planck
constant. Iop science : doi:10.1088/0034-4885/76/1/016101
Tim pengajar Eksperimen Fisika Modern. 2015. Petunjuk Eksperimen Fisika Modern. Malang:
FMIPA UM.