L A P O R A N P R A K T I K U M

FISIKA EKSPERIMEN I

Disusun oleh:

Nama : RiyantoNIM : H1C004006Tim : Eva NSHari/Tanggal praktikum : Rabu, 15 Nopember 2006

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS JENDERAL

PROGRAM SARJANA MIPA

PURWOKERTO

2010

“ PERCOBAAN FRANCK-HERTZ “Oleh : Riyanto

Abstrak

Telah dilakukan eksperimen Franck-Hertz dilaboratorium Fisika Eksperimen Jurusan Fisika MIPA UNSOED. Eksperimen ini akan membuktikan mengenai kehadiran dari eksitasi atom. Percobaan ini bertujuan untuk memahami peristiwa penyerahan energi yang tidak kontinu dari elektron-elektron bebas kepada atom Hg (raksa). Hasil yang diperoleh dari praktikum ini adalah sebuah kurva Franck-Hertz dimana dari kurva tersebut diperoleh besarnya energi eksitasi atom Hg sebesar 5.6 eV.

Kata kunci : Kurva Franck-Hertz, eksitasi atom.

Abstract

The experiment of Franck-Hertz have been done in experiment laboratory in Physics Mathematics and Natural Science, UNSOED. This experiment will proving atom excitation. This attempt aim to comprehend transfer uncontinue energy from free electron to atom of Hg (mercury). The result is a curve Franck-Hertz where from the curve obtained the level of excitation energy of atom Hg equal to 5.6 eV.

Key word: Franck-Hertz Curve, atom excitation

BAB I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pada tahun 1914 James Franck dan Gustav Hertz melakukan eksperimen

untuk menguji secara langsung hipotesis Bohr yang menyebutkan bahwa energi

atom itu 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 memang ada dan tingkat-tingkat ini sama dengan tingkat-tingkat yang

terdapat pada spektrum garis.

Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah dapat memahami kurva Franck-Hertz

dan peristiwa penyerahan energi yang tidak kontinu dari elektron-elektron bebas

kepada atom mercury (raksa).

Dasar Teori

Dalam suatu tabung elektron-elektron akan meninggalkan katoda karena

dipanasi dengan sebuah filamen pemanas, semua elektron kemudian dipercepat

menuju sebuah kisi oleh beda potensial yang diatur. Apabila energi elektron lebih

besar dari pada V , yaitu tegangan perlambat kecil antara kisi dan pelat katoda,

maka elektron dengan energi V eV dapat menembusi kisi dan jatuh pada pelat

anoda. Arus elektron yang mencapai pelat anoda tersebut dapat diukur dengan

menggunakan Ammeter. Semakin banyak elektron yang mencapai anoda, maka

arus listriknya akan lebih besar. Atom-atom dalam tabung saling bertumbukan

akan tetapi tidak ada energi yang dilepaskan dalam tumbukan ini. Jadi

tumbukannya secara elastis sempurna. Jika energi kinetik kekal dalam tumbukan

antara elektron dan sebuah atom uap itu, elektronnya hanya terpental dalam arah

yang berbeda dengan arah datangnya. Karena atom itu jauh lebih massif dari

elektron, atom hampir tidak kehilangan energi dalam proses itu.

Setelah suatu energi kritis tercapai, ternyata arus keping menurun secara

tiba-tiba. Tafsiran dari efek ini ialah bahwa elektron yang bertumbukan dengan

atom memberikan sebagian atau seluruh energi kinetiknya untuk mengeksitasi

atom ke tingkat energi di atas tingkat dasar. Tumbukan semacam ini disebut tak

elastik. Energi kritis elektron bersesuaian dengan energi yang diperlukan untuk

menaikkan atom ke tingkat eksitasi terendah.

Gambar 1. Diagram eksitasi energi atom mercury (Hg)

Untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi, maka atom mengalami

transisi ke suatu keadaan eksitasi. Hal ini dapat dilakukan dengan cara tabung

elektron diisi dengan gas hidrogen, sehingga terjadi eksitasi ketingkat dasar pada

10,2 eV, jadi apabila energi sama atau lebih sedikit dari 10,2 eV, elektron akan

mengalami tumbukan. Elektron-elektron ini tidak mampu menuju ke anoda karena

harus melewati kisi dan energinya tidak cukup untuk mengatasi tegangan

perlambat, akibatnya arus elektrik akan turun. Apabila tegangan V dinaikkan lagi

maka arus listriknya juga akan naik lagi.

Tabung Franck dan Hertz dipanasi dalam oven. Dengan demikian terjadi

lingkungan uap air raksa didalam tabung, dimana air raksa tersebut mempunyai

nomor atom 80; massa atom 200,59; titik didih 1440 °C; titik leleh 838 °C; dan

massa jenis 155 g/ml. Pesawat Franck Hertz yang digunakan pada percobaan ini

seperti gambar 2.

Konfigurasi elektron dari atom Hg adalah 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10. Eksitasi atom adalah perpindahan elektron dari tingkat

dasar ke tingkat yang lebih tinggi. Pada atom Hg eksitasi pertama terjadi pada

elektron terluar yaitu dari tingkat dasar 1S0 ke tingkat 3P1 dengan menyerap energi

sebesar 4,88 eV (Arthur Beisser,1990).

G1 G2

Uf

- + - + + -

U1 U2 U3

Gambar 2. Diagram tabung Franck-Hertz

BAB II. METODE

2.1. Waktu dan Tempat

Percobaan Franck-Hertz ini dilaksanakan pada hari Rabu tanggal 15

Nopember 2006. Percobaan dimulai dari pukul 09.00-11.00 WIB. Bertempat di

Laboratorium Fisika Eksperimen 1, Jurusan Fisika, P.Sa. MIPA UNSOED,

Purwokerto.

2.2. Alat dan Bahan

1. 1 tabung

2. 1 rangka sambung untuk tabung

3. 1 tabung oven listrik

4. 1 travo 250 V

5. 2 kabel percobaan khusus

6. sensor suhu NiCr-Ni

7. multimeter

2.3. Cara Kerja

1. Menyusun peralatan.

2. Memasukan terlebih dahulu tabung Franck-Hertz pada kerangkanya.

3. Memanaskan tabung oven sampai 180 °C dan menyalakan sumber daya

stabil.

4. Memasukan tabung Franck-Hertz pada kerangka dan memasukannya ke

tabung oven.

5. Mengatur U1 sebesar 1 V dan U3 sebesar 3 V dengan suhu 180C.

6. Melakukan percobaan dengan variasi harga U2 dan mengamati serta

mencatat besarnya arus I.

7. Mengulang langkah 5 dan 6 untuk harga U1 sama dengan 1 V serta U3

sama dengan 3.25 V.

2.4. Diagram Alir

BAB III. HASIL

3.1 Grafik hubungan antara tegangan pemercepat dengan arus anoda dengan

V, V dan C.

Mulai

Menyusun peralatan

Memasukan dahulu tabung Franc-Hertz pada kerangkanya

Memanaskan tabung oven sampai 180 °C dan menyalakan sumber daya stabil.

Memasukan tabung Franc-Hertz pada kerangka dan memasukannya ke tabung oven.

Mengatur U1 dan U3.

Melakukan percobaan dengan variasi harga U2 dari 0 sampai 30 V

dengan interval 0.2 V serta mencatat besarnya arus I.

Apakah sudah 2 kali ?

Selesai

Ya

Belum

Kurva Franck-Hertz

77.27.47.67.8

88.28.48.68.8

9

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Tegangan pemercepat (Volt)

Aru

s A

no

da

(nA

)

Gambar 3. Kurva Franck-Hertz atom Hg dengan =1 volt dan =3 volt.

3.2 Grafik hubungan antara tegangan pemercepat dengan arus anoda dengan

V, V dan C.

Kurva Franck-Hertz

5.56

6.57

7.58

8.59

9.510

10.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Tegangan pemercepat (Volt)

Aru

s A

no

da

(nA

)

Gambar 4. Kurva Franck-Hertz atom Hg dengan =1 volt dan =3.25 volt.

PERCOBAAN FRANK-HERTZ

I. TUJUAN PERCOBAAN - Penggunaan kurva Frank-Hertz - Demonstrasi penyerahan energi yang tidak kontinyu dari elektron-

elektron bebas kepada atom air raksa (tumbukan elektron percobaan Frank-Hertz)

II. DASAR TEORI Sejak awal mulanya penggunaan spektroskopi dalam percobaan fisika

atom, telah diketahui bahwa atom mengemisikan radiasi pada frekuensi yang bersifat diskrit. Menurut model atom Bohr, frekuensi radiasi ν berhubungan dengan perubahan level energi yang ditulis dalam perumusan ΔE = hν. Eksperimen lanjut membuktikan bahwa absorbsi radiasi oleh atom juga terjadi pada frekuensi yang diskret.

Maka, diharapkan pula transfer energi pada elektron atom melalui mekanisme apapun besarnya akan selalu diskret dan berhubungan dengan spektrum atom tersebut, seperti yang digambarkan oleh persamaan diatas. Salah satu mekanisme transfer energi adalah melalui tumbukan elektron yang bersifat tak elastis dari suatu keseluruhan atom. Jika atom yang dibombardir tidak mengalami ionisasi dan bila sedikit energi digunakan untuk keseimbangan momentum, maka seluruh energi kinetik dari elektron yang ditembakkan dapat tersalur ke dalam sistem atom.

Percobaan yang dilakukan oleh Frank dan Hertz pada prinsipnya adalah sederhana yaitu mencoba mengukur energi kinetik elektron sebelum dan sesudah ditumbukkan pada atom-atom merkuri. Percobaan dilakukan dengan suatu tabung yang menghasilkan sinar katoda (Gambar 2.1). Tabung diisi uap merkuri. Pada waktu seberkas sinar katoda memancar dari katoda, berkas elektron tersebut akan menghantam atom-atom uap merkuri. Berkas tersebut akan melewati anoda dan akan menuju ke pengumpul elektron yang dihubungkan dengan sebuah mikroamperemeter. Pengumpul diberi tegangan lebih negatif dari anoda (misal 0,5 eV), sehingga ketika energi kinetik elektron kurang dari selisih tegangan anoda pengumpul elektron tidak akan sampai ke pengumpul (arus tidak akan terdeteksi). Dengan mengatur tegangan pengumpul dan mengamati arus yang mengalir pada mikroamperemeter. Frank dan Hertz mampu menghitung besarnya energi kinetik elektron seolah menghantam atom-atom merkuri.

Gambar 2.1 Bentuk Tabung Frank Hertz AK G2G1+U1-+U2-+U3-

III. METODE PERCOBAAN

Alat dan Bahan 1. Oven, untuk memanaskan tabung Frank Hertz

Dimensi = 11 cm x 9 cm x 13 cm Warna = Merah Berat = 1,4 Kg Temperatur = 600°C

2. Frank-Hertz Power Supply Dimensi = 30 cm x 21 cm x 23 cm Warna = Merah Berat = 2,9 Kg

3. Power Suply, 115/230 V, 50/60 Hz

Cara Kerja - Menyusun sesuai dengan gambar 2.1 - Memasukkan tabung Frank Hertz pada kerangkanya, memanaskan tabung

oven serta menyalakan daya stabil - Setelah itu, menyetel U1 pada 1,5 Volt dan U3 pada 3 Volt. - Melakukan percobaan dengan memvariasi U2 setiap 0,2 Volt 20 Volt dan

mengamati besarnya arus serta mencatatnya.

Gambar 2. Susunan percobaan penggambaran otomatis kurva Frank-Hertz

PERCOBA

BAB IV. PEMBAHASAN

Dalam praktikum Percobaan Franc-Hertz, Praktikan memperoleh hasil

seperti pada gambar 3 dan 4, yaitu grafik hubungan antara potensial pemercepat

U2 dengan arus keping I. Dari eksperimen tegangan pemercepat U2 dimulai dari 0

volt sampai dengan 30 volt. Ketika tegangan pemercepat semakin besar maka arus

I akan naik, dan setelah tegangan pemercepat mencapai 5,6 volt maka arus akan

turun, selanjutnya arus akan naik lagi dan bila tegangan pemercepat mencapai

kelipatan 5,6 volt arus akan kembali turun. Hal ini dikarenakan ketika potensial

pemercepat U2 bertambah naik maka akan semakin banyak elektron-elektron

bebas dari katoda yang sampai ke anoda sehingga arus yang terdeteksi oleh

ampermeter akan naik, selama elektron bergerak dari katoda ke anoda elektron

akan menumbuk atom Hg, namun selama energi elektron lebih kecil dari energi

untuk mengeksitasi atom Hg tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting

sempurna (elastic collisions) sehingga tidak ada energi yang dilepaskan.

Kemudian ketika energi elektron telah mencapai energi eksitasi atom Hg,

tumbukan yang terjadi adalah tumbukan tak lenting (inelastic collisions) sehingga

energinya akan diserap oleh atom Hg sebesar energi eksitasinya sehingga energi

elektron akan berkurang. Karena energinya berkurang elektron tidak dapat

sampai pada keping anoda sehingga arus akan turun. Ketika tegangan U2

dinaikkan terus energi elektron akan naik kembali. Namun setelah energi elektron

kembali mencapai energi eksitasi atom, terjadi tumbukan tak lenting dan

penyerapan energipun terjadi, akhirnya penurunan arus terjadi lagi yang

ditafsirkan timbul dan eksitasi tingkat energi yang sama pada atom lain.

Energi yang dimiliki oleh elektron saat berada pada potensial V ialah

sebesar E = eV. Dari hasil percobaan yang dilakukan diperoleh dua hasil terbaik

yang dituliskan dalam perhitungan yaitu untuk U1 = (1 ± 0,01) V dan U3 = (3 ±

0,01) V; untuk U1 = (1 ± 0,01) V dan U3 = (3.25 ± 0,01) V dari grafik diperoleh

untuk masing-masing ∆UHg adalah sekitar 5,6 eV.

Dari praktikum didapatkan bahwa hampir semua atom Hg mengambil

energi dari elektron sebesar 5,6 eV. Energi yang diambil ini menjadi energi dalam

atom Hg yaitu energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron pada tingkat

dasar ke tingkat eksitasi. Sedangkan dari referensi energi dalamnya sebesar 4,9

eV(Arthur Beiser, 1990). Bila energi elektron kurang dari 5,6 eV tumbukan

bersifat elastik dan energi dalam Hg tak berubah. Bila energi elektron lebih besar

dari 5,6 eV, sebagian energi elektron diambil menjadi energi dalam, sisanya tetap

sebagai energi kinetik elektron. Peristiwa ini sering disebut transfer energi

resonan.

BAB V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam percobaan Franc-Hertz, dapat

disimpulkan bahwa:

1. Percobaan Franck-Hertz kali ini telah memberikan bukti kepada kita

mengenai eksitasi atom Hg yaitu perpindahan elektron dari tingkat dasar

ketingkat yang lebih tinggi melalui penyerapan energi yang berasal dari

elektron bebas.

2. Berdasarkan kurva Franck-Hertz dapat diketahui bahwa penyerahan energi

dari elektron bebas kepada atom Hg terjadi secara tidak kontinu.

Penyerapan energi terjadi ketika energi kinetik elektron bebas telah

mencapai energi eksitasi atim Hg. Dari kurva tersebut diperoleh energi

eksitasi Hg (EHg) sebesar 5,6 eV.

BAB VI. DAFTAR PUSTAKA

Beisser,Arthur. 1990. Konsep Fisika Modern. Erlangga: Jakarta.

Krane,Kenneth.1992. Fisika Modern. UI: Jakarta.

Oxtoby. 2003. Prinsip Prinsip Kimia Modern. Erlangga: Jakarta

Wiyatno,Yusman. 2003. Fisika Modern. Pustaka Pelajar: Jogjakarta.

LAPORANPRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN I

PERCOBAAN FRANCK - HERTZ

Disusun oleh:

Nama : Nurhayati (H1C006049) Bhakti Yuda Perwira(H1C006050)

Hari/Tanggal Praktikum : Sabtu, 1 November 2008

Pengumpulan Laporan : Sabtu, 22 November 2008

Asisten : Riyanto, S.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIKJURUSAN MIPA-FISIKA

PURWOKERTO2008

PERCOBAAN FRANCK-HERTZOleh:

Nurhayati (H1C006049)Bhakti Yudha Perwira (H1C006050)

ABSTRAK

Laporan ini bertujuan untuk menggunakan kurva Franck-Hertz serta

memahami peristiwa penyerahan energi yang tidak kontinu dari elektron bebas

pada atom mercury. Untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi, mka atom

mengalami transisi ke suatu keadaan eksitasi. Metode yang digunakan adalah

menggunakan tabung Franck Hertz dan set up eksperimen Franck Hertz seperti

pada gambar 1 dan 3. Data hasil pengamatan diolah dengan menggunakan

program exel dan selanjutnya dibuat grafik hubungan antara tegangan pemercepat

dengan arus anoda.

Kurva Franck-Hertz pada U1 = 1,5 V; U3 = 3,0V memberikan hasil EHg

adalah 4,85 volt. Dan menurut referensi EHg adalah 4,9 volt. Grafik yang diperoleh

sesuai dengan referensi.

Kata kunci : Eksitasi atom, penyerahan energi, kurva Franck-Hertz.

ABSTRACT

For produce discharge of energy transfer, so atom realize transition to

excitation condition. Mechanism of energy transfer can happened at inelastic

crash between electron and atom.

The experiment of Franck-Hertz had been done in physics Experiment

Laboratory at Tuesday, October, 21th 2008 in Mathematics and Natural Sciences,

Jenderal Soedirman University, Purwokerto .The objectives are study Franck-

Hertz curve and discontinue energy transfer from free electron to mercury atoms.

Curve of Franck-Hertz at U1 = 1,5V; U3 = 3,0V give result of EHg is 4,85

volt. And according to reference of EHg is 4,9 volt.

Key word: Atom excitation, absorbs of energy, Franck-Hertz curve

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Leukipos dan Demokritos dua ilmuan yang mengembangkan konsep atom.

Mereka menyatakan bahwa atom bagian terkecil suatu zat/partikal yang tidak

dapat dibagi lagi. Konsep ini bertahan hingga abad XIX. Pada akhir abad ke XIX

banyak ilmuan yang berusaha mengungkap rahasia atom (Usuludin, 1999) .

Teori atom Bhor memperkenalkan atom sebagai sejenis miniatur planit

mengitari matahari, dengan elektron-elektron mengelilingi orbitnya sekitar bagian

pokok, tapi dengan perbedaan yang sangat penting. Bilamana hukum-hukum

fisika klasik mengatakan tentang perputaran orbit dalam segala ukuran, Bhor

membuktikan bahwa elektron-elektron dalam sebuah atom hanya dapat berputar

dalam orbitnya dalam ukuran spesifik tertentu. Atau dalam kalimat rumus lain :

elektron-elektron yang mengitari bagian pokok berada pada tingkat energi (kulit)

tertententu tanpa menyerap atau memancarkan energi. Elektron dapat berpindah

dari lapisan dalam ke lapisan luar jika menyerap energi. Sebaliknya, elektron akan

berpindah dari lapisan luar ke lapisan lebih dalam dengan memancarkan energi.

Kemampuan teori Bhor yang menjelaskan spektrum dari hydrogen atom,

yakni telah diketahui bahwa gas hydrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan

tinggi, akan mengeluarkan cahaya dari suatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar

teori Bhor tentang atom dari hipotesa sederhana tapi sanggup menjelaskan dengan

ketetapan yang mengagumkan tentang gelombang panjang yang persis dari semua

garis spektral (warna) yang dikeluarkan oleh hidrogen

Tetapi teori Niels Bohr terdapat kekurangan dan harus diganti secara

mekanika kuantum, agar ketelitian dan kegunaannya lebih besar. Berdasarkan

permasalahan inilah, pada tahun 1914 ilmuwan bernama James Franck dan Gustav

Hertz melakukan sederetan eksperimen yang membuktikan kebenaran teori Bohr

yakni juga mengenai kehadiran eksitasi atom.

1.2 Tujuan

Dengan dilaksanakannya praktikum ini tujuan yang ingin dicapai adalah:

1. Mampu menggunakan kurva Franck-Hertz

2. Memahami peristiwa penyerahan energi yang tidak kontinu dari

elektron-elektron bebas kepada atom mercury (raksa).

II. DASAR TEORI

Sebuah atom dapat mengeksitasi ke tingkat energi di atas tingkat energi

dasar yang menyebabkan atom tersebut memancarkan radiasi melalui dua cara.

Salah satunya adalah tumbukan dengan partikel lain. Pada saat tumbukan,

sebagian dari energi kinetik pada partikel akan diserap oleh atom. Atom yang

tereksitasi dengan cara ini akan kembali ke tingkat dasar dalam waktu rata-rata 10-

8 detik dengan memancarkan satu foton atau lebih. Cara lainnya adalah dengan

lecutan listrik dalam gas bertekanan rendah, sehingga timbul medan listrik yang

mempercepat elektron dan ion atomic sampai energi kinetiknya cukup untuk

mengeksitasi atom ketika terjadi tumbukan. Misalnya pada lampu neon dan uap

air raksa, medan listrik kuat yang terpasang antara elektroda dalam tabung berisi

gas menimbulkan emisi radiasi spektral karakteristik dari gas itu yang ternyata

merupakan cahaya berwarna kemerah-merahan (dalam kasus neon) dan cahaya

kebiru-biruan (dalam kasus uap air raksa) dalam percobaan ini menggunakan uap

air raksa sebagai media.

Mekanisme eksitasi yang berbeda terpaut jika sebuh atom menyerap

sebuah atom cahaya yang energinya cukup untuk menaikkan atom tersebut ke

tingkat energi yang lebih tinggi. Jika cahaya putih yang mengandung semua

panjang gelombang dilewatkan melalui gas hydrogen, foton dengan panjang

gelombang yang bersesuaian dengan transisi antara tingkat energi yang

bersangkutan akan diserap. Atom hidrogen yang tereksitasi yang ditimbulkannya

akan memancarkan kembali energi yang eksitasinya hampir saat itu juga, tetapi

foton keluar dalam arah yang rambang dengan hanya beberapa daya yang berarah

sama dengan berkas semula dari cahaya putih tersebut. Jadi garis gelap dalam

spektrum absorbsi tidak 100% hitam dan hanya terlihat hitam karena terjadi

kontras dengan latar belakang yang terang. Garis yang seharusnya dalam

spektrum absorbsi setiap unsur bersesuaian dengan garis pada spektrum emisi

yang menyatakan transisi ke tingkat dasar yang cocok dengan hasil eksperimen

(Beisser, 1992).

Pada tahun 1914 James Frank dan Gustav Hertz melaporkan energi yang

hilang akibat elektron yang melewati uap mercury, dan adanya pancaran sinar

ultraviolet dengan panjang gelombang 254 nm. Kemudian percobaan Frank-Hertz

ini dijadikan percobaan klasik untuk menjelaskaan teori kuantum (Leyboed,

internet).

Gambaran sederhana mengenai percobaan ini adalah sebagai berikut:

dalam tabung elektron-elektron meninggalkan katoda karena dipanasi dengan

sebuah filamen pemanas, semua elektron kemudiaan dipercepat menuju sebuah

kisi oleh beda potensial yang diatur. Apabila energi elektron lebih besar dari pada

Vo, yaitu tegangan perlambat kecil antara kisi dan plat katoda maka elektron

dengan energi V eV (elekron volt) dapat menembus kisi dan jatuh pada plat anoda.

Arus elektron yang mencapai plat anoda tersebut dapat diukur menggunakan

ampermeter. Semakin banyak elektron yang mencapai anoda maka arus listriknya

akan lebih besar. Atom-atom dalam tabung saling bertumbukan akan tetapi tidak

ada energi yang dilepaskan dalam tumbukan ini. Jadi tumbukannya secara elastis

sempurna. Dan untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi, maka atom

mengalami transisi kesuatu keadaan eksitasi dan hal ini dapat dilakukan dengan

cara tabung elektron diisi dengan gas hidrogen, maka elektron akan mengalami

tumbukkan dan juga jika tegangan V dinaikkan lagi maka arus listriknya juga

akan ikut naik.

Pada percobaan ini menggunakan atom mercury atau raksa atau

Hidrargium (80Hg200,6) mempunyai sifat-sifat fisis sebagai berikut :

1. Bersifat cair dan berwarna putih keperakan

2. Nonkunduktor

3. Logam yang tidak dapat ditempa

4. Tidak mengkilap

5. Titik didih pada 630 oK

6. Titik lebur pada 234 oK

Hydragyrum atau raksa mempunyai konfigurasi sebagai berikut :

c

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6

Diagram tingkat-tingkat energi untuk air raksa. Dalam masing-masing tingkat

eksitasi satu elektron terluar berada dalam keadaan dasar, dan pelambangan

tingkat energi dalam diagram bersesuaian dengan elektron terluar (Beiser,1987).

III. METODE PERCOBAAN

Frank dan Hertz menembaki uap berbagai unsur dengan elektron yang

energinya diketahui dengan memakai alat seperti yang terlihat pada gambar 1.

perbedaan potensial kecil Vo dipasang diantara kisi dan keping pengumpul,

sehingga setiap elektron yang mempunyai energi lebih besar dari harga minimum

tertentu memberi kontribusi (sumbangan) pada arus i yang melalui ammeter.

Ketika potensial pemercepat V bertambah, elektron yang datang pada keping

bertambah banyak dan arus i naik (Gambar 2). Sehingga atom-atom dalam tabung

saling bertumbukan akan tetapi tidak ada energi yang dilepaskan dalam tumbukan

ini. Jadi tumbukannya secara elastis sempurna.

IA

AUf

G1 G2

U3U2U1

- + - + + -

Gambar 1. Diagram Tabung Frank-Hertz

S

f

f k

UA

Lebih jelasnya lihat gambar 3.

Gambar 6. Diagram alat percobaan Franck-Hertz

Percobaan akan siap jika rangkaian terlebih dahulu sudah di set dan pipa

lampu akan semakin panas dan temperatur oven juga akan sampai kira-kira 175°

C dan memulai tegangan pada anoda untuk 0 V serta membuat Elektrometer

Keithleuy yang skalanya harus diperhitungkan, lalu tegangan diturunkan sedikit

demi sedikit sampai kita mendapatkan sinyal yang pasti pada elektrometer lalu

catat tegangannya setelah itu tegangan anoda itu juga dinaikkan perlahan-lahan

Gambar 2. Diagram eksitasi energi mercury (Hg)

Gambar 3. Diagram alat percobaan Franck-Hertz

( kenaikkan anoda maksimum 30 V ) maka elektrometer itu akan menangkap

perubahannya secara lambat karena untuk memberikan waktu kepada reaksinya

dan arus yang dipakai dari minimum sampai maksimum lalu catat tegangan yang

disesuaikan dengan arusnya.

3.1 Waktu Dan Tempat

Percobaan statistik peluruhan radioaktif ini dilaksanakan pada:

Hari,tanggal : Sabtu, 1 Nopember 2008

Waktu : 10.00-12.00 WIB

Tempat : Laboratorium Fisika Eksperimen

3.2 Alat Dan Bahan

1. 1 tabung Frank Hertz

2. 1 rangka sambung untuk tabung

3. 1 tabung oven listrik

4. kabel penghubung

5. Osiloskop

6. Multimeter

3.3 Cara Kerja

Menyusun peralatan seperti gambar 3. Memasukkan tabung Frank-Hertz

dalam kerangkanya dan memanaskannya dalam tabung oven sampai 110 V.

Mengatur U1 dan U3 sehingga diperoleh kurva Franck-Hertz pada layar

osiloskop. Memvariasi nilai U2 untuk setiap kenaikan 0,2 V hingga 24 V dan

mencatat besarnya arus IA pada tabel pengamatan dan membuat grafik eksitasi

energi mercury.

Diagram Alir Percobaan Franck Hertz

Mulai

Menyusun peralatan

Menunggu lampu power suplly berwarna hijau (110 V)

Mengatur nilai U1dan U3 hingga diperoleh kurva Franck-Hertz

Mencatat nilai IA untuk masing-masing variasi nilai U2 (0, 0.2, 0.4, …, 24 volt)

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan

UA (V) IA (mA) UA (V) IA (mA) UA (V) IA (mA)0.0 41.0 8.2 46.0 16.2 56.00.2 41.2 8.4 47.1 16.4 55.60.4 41.4 8.6 48.9 16.6 55.00.6 41.5 8.8 50.0 16.8 55.00.8 41.7 9.0 49.9 17.0 54.91.0 41.8 9.2 51.0 17.2 55.01.2 41.9 9.4 51.0 17.4 55.31.4 42.3 9.6 52.0 17.6 55.51.6 42.4 9.8 53.0 17.8 55.71.8 42.6 10.0 54.0 18.0 55.92.0 42.9 10.2 53.1 18.2 56.02.2 42.7 10.4 54.1 18.4 56.32.4 42.6 10.6 53.9 18.6 56.72.6 42.8 10.8 53.1 18.8 56.92.8 43.1 11.0 52.0 19.0 57.03.0 43.3 11.2 50.7 19.2 57.53.2 43.5 11.4 50.4 19.4 57.73.4 44.0 11.6 50.5 19.6 57.83.6 44.4 11.8 50.6 19.8 57.93.8 44.8 12.0 50.7 20.0 58.04.0 45.2 12.2 50.9 20.2 58.94.2 45.9 12.4 51.5 20.4 58.54.4 46.1 12.6 52.6 20.6 59.0

Gambar 4. Diagram alir untuk percobaan Frank-Hertz

Sudah

Apakah nilai IA untuk masing-masing U2 sudah di dapat ?

Selesai

Belum

4.6 46.5 12.8 53.0 20.8 60.04.8 47.0 13.0 53.9 21.0 60.35.0 47.2 13.2 54.0 21.2 60.55.2 47.3 13.4 55.5 21.4 60.95.4 47.6 13.6 56.0 21.6 61.25.6 47.4 13.8 57.0 21.8 61.45.8 47.2 14.0 56.9 22.0 61.76.0 47.0 14.2 58.0 22.2 61.96.2 46.6 14.4 59.0 22.4 62.26.4 46.2 14.6 59.1 22.6 62.26.6 45.9 14.8 58.9 22.8 62.06.8 45.6 15.0 58.8 23.0 61.77.0 45.1 15.2 58.6 23.2 61.57.2 45.0 15.4 58.0 23.4 61.27.4 45.1 15.6 57.5 23.6 61.07.6 45.2 15.8 57.2 23.8 60.97.8 45.3 16.0 57.0 24.0 60.58.0 45.4        

4.2 Hasil dan Perhitungan

Grafik Hubungan Tegangan Pemercepat dengan Arus Anoda

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

0.0 10.0 20.0 30.0

Teganan Pemercepat (V)

Aru

s A

no

da

(m

A)

Series1

Gambar 5. Grafik hubungan antara U2 dan IA pada percobaan 1

Dari kurva diatas maka dapat ditentukan nilai EHg adalah:

U21 = Puncak II – Puncak I

= 9,8 V – 4,8 V

= 5 V

U32 = Puncak III – Puncak II

= 15,6 V – 9,8 V

= 5,8V

U43 = Puncak IV – Puncak III

= 18,8 V – 15,6 V

= 3,2V

U54 =Puncak V – Puncak IV

= 24,2V – 18,8

=5,4V

Urata = V

EHg = e x Urata = 4,9 eV

4.3 Pembahasan

Dari percobaan yang dilakukan diketahui bahwa fenomena tumbukan

antara elektron dengan atom mercury terjadi saat katoda dipanasi sebuah filamen

pemanas, sehingga semua elektron dipercepat menuju kisi oleh beda potensial V

yang dapat diatur.

Elektron-elektron yang dipercepat tersebut kemudian bertumbukan dengan

atom mercury yang telah diuapkan hingga 175 o Celcius, sehingga memudahkan

tumbukan antara keduanya terjadi.

Bertumbukannya elektron dengan atom mercury ada dua kemungkinan

yakni tumbukan elastis sempurna dimana elektron tidak melepaskan energi. Dan

yang kedua tumbukan elastis tidak sempurna dimana elektron dapat melepaskan

energinya dengan cara elektron harus mempunyai energi yang cukup untuk

menyebabkan atom mercury bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Dengan

demikian apabila energi elektron mencapai 4,9 eV elektron dapat melakukan

tumbukan tak elastik dengan atom mercury dan meninggalkan energi 4,9 eV pada

atom mercury.

Saat setelah mengalami tumbukan, elektron masih dapat berjalan atau

bergerak dengan energi yang dimiliki lebih rendah dan jika elektron melewati kisi

energinya tidak cukup untuk melewati tegangan perlambatan rendah. Elektron

tidak dapat melewati plat anoda sehingga arus yang dihasilkan akan turun.

Pada percobaan diketahui elektron yang bertumbukan dengan atom

memberikan energi kinetiknya sebagian atau seluruhnya untuk mengeksitasikan

atom ke tingkat energi di atas tingkat dasar. Tumbukan semacam ini tidak elastik,

sebagian lawan dari tumbukan elastik (lenting) yang berlangsung dengan energi

kinetik kekal. Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa pada setelah atom

mengalami eksitasi maka arusnya akan turun.

Besarnya nilai EHg untuk masing – masing puncak berdasarkan referensi

adalah 4,9 eV dan hasil dari percobaan yang telah dilakukan adalah :

U21 = 5

U32 = 5,8

U43 = 3,2

U54 = 5,4

Urata-rata = 4,9 V , EHg = 4,9 eV

Nilai EHg menunjukan energi yang diperlukan untuk mempromosikan

elektron atom gas merkury ketingkat yang lebih tinggi pada saat bertumbukan.

Setelah nilai perhitungan grafik dibandingkan dengan nilai referensi, ternyata

hasil yang didapat hampir sama.

V. KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga..

Hartono,dkk. 2007. Panduan Praktikum Fisika Eksperimen I.Purwokerto:MIPA.

Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia.

Usuludin.1999. Fisika.Klaten:Intan Pariwara.