PERCOBAAN FRANK - HERTZ

Muhamad Ridwdan Hamdani (140310120012)

Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran

27 Maret 2015

Asisten : R. Ajeng A.

Abstrak .

Kata Kunci : Radiasi Benda Hitam, Konstanta Stefan Boltzmann, Emisivitas

I. PENDAHULUAN

Ada beberapa cara untuk atom dapat terkesitasi, yaitu dengan lucutan listrik dalam bertekanan rendah dan dengan tumbukan partikel. Frank-Hertz melakukan eksperimen dengan memanfaatkan lucutan listrik dalam gas bertekanan rendah, akibatnya muncul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomic sampai energi kinetiknya cukup untuk mengeksitasi atom ketika terjadi tumbukan.

Dengan dilakukannya percobaan Franck-Hertz, akan dapat dipahami prinsip eksitasi atom dari model atom Bohr. Selain itu, melalui proses tumbukan elastik dan inelastik dapat dipahami munculnya eksitasi. Kebenaran dari teori kuantum dapat dibuktikan bahwa energi elektron dapat terkuantisasi dan tegangan eksitasi atom merkuri dapat ditentukan.

.

II. TEORI DASAR

Sebuah atom dapat mengeksitasi tingkat energi di atas tingkat energi dasar yang menyebabkan atom tersebut memancarkan radiasi melalui dua cara. Cara pertama adalah dengan tumbukan antara partikel 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 lain adalah dengan lucutan listrik dalam gas bertekanan rendah sehingga timbul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomik sampai energi kinetiknya cukup untuk mengeksitasi atom ketika terjadi tumbukan.

A. Percobaan Frank-Hertz

Gambar 2.1. Skema Franck-Hertz [1]

Pada gambar 2.1. terlihat bahwa elektron-elektron akan diemisikan oleh sebuah katoda termionik yang berakselerasi antara katoda C dan anoda A di dalam tabung yang diisi dengan gas merkuri dan tersebar karena tumbukan elastis dengan atom-atom merkkuri. Elektron-elektron tersebut akan terdeteksi dalam bentuk arus di anoda, IA.

Untuk sebuah tegangan anoda U1, misalnya 16,8 V, energi kinetik elektron cukup untuk membawa elektron valensi dari merkuri ke tingkat eksitasi pertama dengan sebuah tumbukan elastis. Oleh karena terjadi loss energy, elektron tidak dapat lagi melintasi medan yang berlawanan antara anoda A dan membawa elektroda S (arus IA berada pada keadaan minimum). Jika tegangan anoda ditambah, energi kinetik dari elektron cukup untuk mengatasi medan yang berlawanan dan arus IA bertambah lagi. Ketika U1 = 2x16,8 Volt, energi kinetiknya sangat tinggi sehingga dua atom yang bergantian dapat excited dengan elektron yang sama. Oleh karena itu akan diperoleh keadaan minimum yang kedua. Grafik dari IA terhadap U1 yang mennunjukkan maksimum dan minimum yang sama ditunjukkan oleh grafik berikut.

Gambar 2.2. Grafik IA dan U1 uamg menunjukkan maksimum dan minimum.[2]

IV. DATA DAN ANALISIS

Berdasarkan hasil percobaan, diperoleh data parameter yang dibutuhkan untuk mengukur harga eksitasi dari Hg. Seperti yang ditampilkan di tabel di bawah ini :

Tabel 4.1. Hasil percobaan Frank-Hertz

.

V. KESIMPULAN

Dari praktikum modul ini dapat disimpulkan bahwa radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam sangat bergantung terhadap suhu benda hitam itu sendiri. Semakin besar suhunya, maka radiasi yang dipancarkan akan semakin banyak. Nilai Konstanta Stefan Boltzmann didapat dari tegangan listrik serta suhu yang dihasilkan dapat dicari nilainya dengan mencatat tegangan saat suhu dinaikkan ataupun diturunkan. Untuk kemudian dihubungkan dengan rumus:

Selain itu dari grafik juga dapat dicari nilai konstanta Stefan Boltzmann-nya dengan rumus

Setelah dibandingkan dengan nilai literaturnya didapatkan nilai KSR rata rata untuk perc = 90.46 (Penaikan) dan 86.29 (Penurunan). Sementara untuk grafik nilai KSR-nya adalah 99.42 (Penaikan) dan 99.62 (Penurunan).

Nilai emisivitas dari benda hitam juga dibuktikan dengan rumus

Dan hasil yang didapatkan adalah emisivitas rata rata-nya adalah 0.0901 (Penaikan) dan 0.1370 (Penurunan)

DAFTAR PUSTAKA

Krane, Kenneth. 1993. Modern Physics. Chichester:John Wiley and Sons

Anonim. https://atophysics.files.wordpress.com/2008/11/materi-23.pdf (Diakses : Kamis, 26 Maret 2015. 16.00 WIB)