makalah-percobaan-franck-hertz-praktikum-fisika
advertisement
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan atas rahmat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberkati dan melindungi sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini.Dan kami mengucapkan terima kasih kepada dosen yang telah membimbing sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Adapun makalah ini membahas tentang PERCOBAAN FRANCK HERTZ dimana akan membahas kajian-kajian yang berkaitan dengan materi tersebut untuk itu kami menerima saran dan kritik agar makalah ini bisa diperbaiki lagi. Medan, 25 Oktober 2016 Penulis DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...........................................................................................................1 DAFTAR ISI .........................................................................................................................2 BAB I : PENDAHULUAN A. Latar Belakang ........................................................................................................3 B. Tujuan .......................................................................................................................4 C. Rumusan Masalah ....................................................................................................4 BAB II : ISI A. Deskripsi ..................................................................................................................5 B. Eksperimen Franck - Hertz.......................................................................................4 BAB III : PENUTUP A. Kesimpulan ...............................................................................................................11 B. Saran ........................................................................................................................11 1 BAB I PENDAHULUAN A. 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 menunujukkan secara langsung bahwa tingkat energi atomik memang ada dan tingkat – tingkat ini sama dengan tingkat – tingkat yang terdapat pada spektreum garis. Teori atom Bohr 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, Bohr membuktikan bahwa elektron-elektrondalam 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) tertentu 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 Bohr yang menjelaskan spektrum dari hydrogen atom, yakni telah diketahui bahwa gas hydrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan tinggi, akanmengeluarkan cahaya dari suatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar teori Bohr tentang atomdari hipotesa sederhana tapi sanggup menjelaskan dengan ketetapan yang mengagumkan tentang gelombang panjang yang persis dari semua garis spektral (warna) yangdikeluarkan oleh hidrogen. 2 B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam pembuatan makalah ini adalah: C. 1. Jelaskan Deskripsi Eksperimen Frank dan Hertz? 2. Jelaskan Proses Eksperimen Frank dan Hertz? Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah: 1. Mengetahui Deskripsi Eksperimen Frank dan Hertz. 2. Mengetahui proses Eksperimen Frank dan Hertz. 3 BAB II PEMBAHASAN A. Deskripsi 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). B. Eksperimen Frank dan Hertz Percobaan Frank-Hertz adalah suatu eksperimen untuk menguji hipotesis Bohr. Neils Bohr telah mengembangkan kekurangan dari teori yang dikemukakan oleh Rutherford pada tahun 1913 melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. 4 Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck yang diungkapkan dalam 4 postulat, yaitu: 1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti. 2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap. 3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke satu lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat yang besarnya sesuai dengan persamaan ΔE=hυ 4. Lintasan elektron yang dibolehkan memiliki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Pada percobaannya, James Franck dan Gustav Heinrich Hertz menembaki uap merkuri (Hg) dengan elektron yang energinya diketahui. Pada percobaan ini menggunakan atom mercury atau raksa atau Hidrargium (80Hg200,6) mempunyai sifatsifat 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 : 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6 Skema percobaan yang dilakukan dapat dilihat pada gambar dibawah ini . Beda tegangan Vo dipasang diantara kisi G1 dan G2 sehingga tiap elektron yang mempunyai energi lebih besar dari harga minimum tertentu memberi kontribusi pada arus Ia juga membesar. 5 Gambar 1.Rangkaian percobaan Frank Hertz Pada tabung tersebut tekanan udaranya lebih rendah dari tekanan udara ruangan sehingga elektron di dalam tabung dapat menumbuk atm Hg tanpa adanya kehilangan energi atau bersifat elastik sempurna. Cara agar tumbukan itu menjadi tumbukan inelastik adalah dengan cara menambah besar energi penumbuk hingga mencapai nilai tertentu sampai atom Hg melakukan transisi dari keadaan dasar menuju keadaan tereksitasi. Menurut percobaan Frank Hertz ini, saat energi elektron telah mancapai harga tertentu, elektron akan menumbuk Hg secaara inelastik sehingga energinya diserap oleh atom Hg dan elektron penumbuk akan memantul dengan energi yang sangat kecil. Karena kejadian tersebut arus pada keping akan menurun, kemudian seiring dengan pembesaran tegangan arus pada keping akan naik kembali, dan pada saat terjadi tumbukan akan menurun kembali. Hasil energi eksitasi juga mengemisikan atom sehingga terbentuk spektrum atau foton dengan panjang gelombang tertentu, yang muncul pada saat eksitasi. Jarak antara dua puncak yang berdekatan merupakan besarnya tegangan eksitasi atom(Ve). Besarnya energi eksitasi atom merupakan perkalian muatan listrik elektron dengan tegangan eksitasinya. πΈπ = πππ (1) Energi ini digunakan untuk bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dan kemudian tereksitasi kembali dengan memancarkan foton yang memiliki panjang gelombang λ sehingga : βπ π = ππ (2) π 6 Eksperimen ini kemudian menjadi bukti dari teori model atom bohr yang menerangkan bahwa elektron harus memiliki energi minimum tertentu untuk dapat melakukan tumbukan inelastik dengan atom dan energi minimum tersebut dapat diartikan sebagai energi dari sebuah keadaan eksitasi pada atom. Menggunakan perangkat yang disajikan pada gambar 1, mereka mengamati energi transmisi maksimum dan minimum elektron, dengan meningkatkan potensial percepatan elektron ke arah kolektor melalui tabung tertutup mengandung uap merkuri pada tekanan rendah. Ketika tegangan percepatan (V) meningkat melebihi 1,5 V, maka ada nilai arus yang teramati (gambar. 2). Intensitas meningkat karena bertambahnya tegangan sampai ambang tertentu, di mana timbul titik turun yang tajam. Hal ini terjadi karena energi kinetik dari atom merkuri diakuisisi oleh elektron berdasarkan perbedaan energi antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi. Jika energi elektron dalam berkas kurang dari pemisahan energi keadaan tereksitasi pertama, maka tidak ada energi yang dialihkan dengan tumbukan elastis. Jika energi sama dengan atau lebih besar dari pemisahan, maka energi diserap oleh elektron menuju keadaan eksitasi dan terjadi tumbukan tidak elastis. Jika potensial ditingkatkan lagi dari drop pertama, arus akan mulai naik lagi hingga mencapai nilai ketika turun tajam lagi maka elektron mengalami dua tumbukan inelastic. Gambar. 2 Hubungan mempercepat potensial pada nilai arus Jika elektron masuk memiliki energi kinetik (EK) yang kurang dari perbedaan tegangan dengan tingkat energi merkuri (ΔE), maka menghasilkan tumbukan elastis terlihat pada (gambar 3). Ini adalah kasus ketika EK lebih kecil 4,9 eV. 7 Gambar 3. Jika elektron memiliki EK sama dengan ΔE, atom merkuri menjadi dipercepat. Sebuah elektron dibangkitkan dan seluruh energi elektron dipindahkan ke atom seperti pada gambar 4. Secara implisit dianggap energi elektron dibentuk oleh energi kuantum yang unik. Atom bergerak tidak stabil dan dalam interval waktu singkat, jatuh pada keadaan bawah dengan mengemisikan foton. Gambar 4. Ketika EK elektron lebih besar dari ΔE. Sebagai contoh, sebuah elektron dengan EK 6 eV menumbuk atom merkuri 4,9 eV dan elektron tetap dengan 1,1 eV seperti pada gambar 5. Maka elektron mengalami tumbukan elastis dengan atom merkuri lainnya sehingga kunduktivitas gas meningkat. 8 Gambar 5 Dengan demikian, stuktur atom berdasarkan model atom Bohr adalah elektron dapat berada di dalam lintasan-lintasan stasioner dengan energi tertentu. Dimana lintasan elektron dapat juga dianggap sebagai tingkat energi elektron. Meskipun model atom Bohr dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen, model atom Bohr tidak dapat digunakan untuk menentukan spektrum atom berelektron banyak. Jadi model atom Bohr tersebut memiliki kelebihan dapat menjelaskan bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron. Sedangkan kelemahannya adalah tidak dapat strack. 9 menjelaskan efek zeeman dan efek BAB III PENUTUP A. Kesimpulan 1. Percobaan Frank-Hertz adalah suatu eksperimen untuk menguji hipotesis Bohr. Dimana, Neils Bohr telah mengembangkan kekurangan dari teori yang dikemukakan oleh Rutherford pada tahun 1913 melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. 2. Eksitasi pada atom terbentuk akibat adanya gangguan dengan energi tertentu sehingga elekron berpindah ke orbit yang lebih luar dan menyerap energi. 3. Tumbukan yang terjadi ketika elektron tereksitasi adalah tumbukan inelastik dimana elektron yang ditumbukan mempunyai energi yang lebih tinggi dari batas energi eksitasi. 4. Percobaan Frank Hertz dilakukan untuk menunjukan perpindahan orbital elektron pada atom Hg. Dimana pada atom Hg energi eksitasinya terjadi pada batas yang lebih rendah dari atom Hidrogen. 5. Energi elektron terbukti terkuantisasi. Hal tersebut ditunjukan dengan adanya perbedaan tegangan eksitasi pada tiap-tiap orbital atom. B. Saran Kami sadar dalam penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, maka dari itu saran dan bimbingan dari para bapak ibu dosen selaku pembina, kami harapkan demi kesempurnaan karya penulis selanjutnya 10 DAFTAR PUSTAKA Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.. Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia. Usuludin.1999. Fisika.Klaten:Intan Pariwara. 11
