PERCOBAAN FRANK HERTZ

Renie Adinda Pitalokha

Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran

27 Maret 2015

Assisten : R. Ajeng

Abstrak

Perobaan Franck-Hertz bertujuan membuktikan bahwa energy eksitasi elektron atom terkuantisasi serta

untuk mengukur nilai energy eksitasi atom Mercury. Literature menyebutkan bahwa nilai eksitasi atom

Mercury sebesar 4.9 eV. Percobaan ini dilakukkan dengan tiga tahapan. Tahapan pertama menggunakan

nilai U1 sebesar 30 V, untuk percobaan tahap kedua menggunakan nilai U1 sebesar 35V. dan tahapan ketiga

menggunakan nilau U1 sebesar 40V. Namun nilai UH yang digunakan sama pada setiap tahapan yaitu sebsar

4.8 V. Pada percobaan ini menggunakan tabung Franck-Hertz yang berisi mercuri sebagai objek yanga akn

ditelitiTegangan eksitasi atom Mercury yang dipeoleh dari percobaan ini adalah 0.043 V. hasil percobaan

tidak sesuai dengan nilai literature yang ada.

Kata Kunci : eksitasi elektron, percobaan Franck -Hertz

I. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Atom tediri dari elektron-elektron

yang mengelilingi inti atom. Elektron-

elektron tersebut memiliki lintasan

masing-masing dalam pergerakannya.

Lintasan orbit tiap elketron memiliki

tingkatan energy tertentu. Elektron dapat

berpindah ke tingkat energy yang lebih

rendah (kuantisasi) dan memancarakan

energy. Besar energy yang dipancarkan

akibat perpindahan elektron dapat dilihat

dan diamati dengan percobaan Franck-

Hertz. Maka dari itu kita perlu

memahami prinsip kerja dari percobaan

Franck-Hertz untuk melihat besarnya

energy eksitasi dari suatu kejadian

perpindahan elektron.

1.2 Tujuan

1. Memahami prinsip eksitasi atom

dari model atom Bohr.

2. Memahami munculnya eksitasi

atom melalui peristiwa tumbukan

elastic dan inelastic.

3. Memahami proses percobaan

Franck-Hertz.

4. Manunjukkan kebenaran teori

kuantum bahwa energy elektron

atom terkuantisasi.

5. Menentukan tegangan eksitasi

atom merkuri.

II. Teori Dasar

Konsep atom pertama kali dikenal

melalui literature Yunani kuno dengan

nama atomos yang artinya tidak dapat

dibagi-bagi lagi [1]. Selanjutnya

perkembangan teori atom dilanjutkan oleh

Dalton, J.J. Thompson dan Ernest

Rutherford. Neils Bohr mengemukakan

terdapat beberapa teori yang dikemukakan

Bohr yang lebih dikenal sebagai postulat

Bohr [2].

Elektron mengelilingi inti pad

alintasa tertentu, yaitu lintasan yang

memberikan momentum sudut sebesar

(h/2π)n, dimana h adalah tetapan Plank.

Energi elektron dalam lintasan

berbanding lurus dengan jarak lintasan

dari inti. Makin jauh lintasan dari inti,

makin tinggi tingkat energy lintasan.

Selama elektron berada pada lintasannya

elektron tidak melepas dan menyerap

energy.

Jika elektron menyerap energy maka

elektron berpindah ke lintasan yang

tingkat energinya lebih tinggi. Dan jika

elektron pindah dari lintasan dengan

tingkat energy tinggi ke tingkat energy

tinggi ke lintasan dengan tingkat energy

rendah, maka elektron akan memancarkan

energy dalam bentuk radiasi [2].

Untuk menerangkan kelemahan teori

atom Bohr, maka lahirlah teori atom baru

yaitu teori atom mekanika kuantum yang

ditopang oleh hipotesa De Broglie dan

azas ketidakpastian Heisenberg [2].

Pada percobaannya, James Franck dan

Gustav Heinrich Hertz menembaki uap

merkuri (Hg) dengan elektron yang

energinya diketahui. Skema percobaan

yang dilakukan oleh franck dan hertz

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 [3].

Gambar 1. Rangkaian percobaan

Franck -Hertz

Dalam tabung, tekanan udara relatif

lebih rendah dibandingkan dengan

tekanan udara pada laboratorium sehingga

elektron didalam tabung dapat menumbuk

atom Hg tanpa kehilangan energi [3].

Dengan kata lain, tumbukan pada tabung

bersifat elastik sempurna. Satu – satunya

mekanisme agar elektron kehilangan

energinya setelah tumbukan ialah besar

energi penumbuk telah mencapai harga

tertentu menyebabkan atom Hg

melakukan transisi keluar dari keadaan

dasar ke keadaan tereksitasi [3]. Sehingga

berdasarkan percobaan Franck – Hertz

lakukan, saat energi elektron telah

mencapai hingga melampaui harga A eV,

elektron akan menumbuk Hg secara

inelastik sehingga energinya diserap oleh

atom Hg (yang kini telah berada didalam

keadaan tereksitasi) tersebut dengan besar

energi yang sama, dan elektron penumbuk

yang terpantul dengan energi yang sangat

kecil [3]. Dengan kata lain, pada saat

energi telah melampaui A eV maka arus

pada keping akan menurun. Lalu, seiring

pembesaran harga tegangan pemercepat

arus pada keping akan kembali membesar

dan menurun kembali seperti pada

peristiwa diatas yaitu pada saat energi 2A

eV dan 3A eV [3]. Penjelasannya: Saat

tegangan pemercepat V kembali dinaikan

hingga 2A Volt, maka elektron akan

kembali menumbuk atom secara inelastik

sehingga mengakibatkan atom kembali

tereksitasi. Sehingga, elektron hasil

tumbukan tersebut kembali kehilangan

energi sebesar A eV [3]. Dan, Saat V

mencapai 3A Volt maupun kelipatan A

Volt lainnya, mekanisme serupa akan

kembali terjadi.

Hasil energi kritis sebesar A eV ini juga

ternyata mengemisikan atom sehingga

menimbulkan spektrum UV atau foton

dengan panjang gelombang sebesar B nm,

yang juga muncul saat energi kritis

sebesar A, 2A, dan 3A . Jarak antara dua

puncak berdekatan merupakan besarnya

tegangan eksitasi atom (Ve) [3]. Energi

eksitasi atom merupakan perkalian antara

muatan listrik elektron dengan tegangan

eksitasi yaitu :

𝐸𝑒 = 𝑒 𝑉𝑒

Energi ini digunakan untuk bereksitasi

ke tingkat energi yang lebih tinggi dan

kemudian tereksitasi kembali dengan

memancarkan foton yang memiliki

panjang gelombang λ sehingga :

𝜆 =ℎ𝑐

𝑒𝑉𝑒

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

[3].

III. Percobaan

3.1 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang

digunakan pada percobaan ini

antara lain :

3.2 Metode Eksperimen

Percobaan Franck-Herzt

membutuhkan 3 komponen

instrument yang digunakn yaitu

Franck-Hertz Control Unit, tabung

Franck-Hertz berisi mercuri dan

osiloskop. Ketiga instrument ini

dipasang seri seperti yang telah

digambarkan oleh diagram blog di

atas. Setelah itu praktikan mulai

mengeset parameter awal. Dilakukan

3 kali tahap percobaan yang pertama

percobaan 1-3 dengan menggunakan

nilai U1=30V, percobaan 4-6

menggunakan U2=35V dan

percobaan 7-9 menggunakan nilai

U3=40V. Masing-masing tahap

percobaan menggunakan nilai U2

sebesar 1V, 1.5V dan 2 V. Setelah

mengatur parameter dilanjtkan

dengan menekan tombol start pada

CU dan tunggu hingga lampu pada

CU tidak berkedip lagi. Setelah itu

mencatat suhu eksitasi yang

diperoleh, time/div, volt/div dan

jumlah div yang dihasilkan sinyal

pada osilosop. Lalu hitung data yang

dipeoleh menggunakan rumus yang

ada.

IV. Data dan Analisis

4.1 Data Percobaan

Tabung Frank-Hertz

Frank-Hertz Control unit

Osiloskop

UH (Volt) 4.8

IA (nA) 1

T (C) U2

(Volt)

Time/div

(m/s)

Volt/div (mV)

Eksitasi (eV)

T (s)

(10-5)

KSR (%)

CH1 CH2

175

1 5 160 40 0.16 20 96.7

1.5 5 3 30 0.003 1,5 99.9

2 5 8 32 0.008 1,6 99.8

1 5 15 30 0.015 15 99.7

1.5 10 8 32 0.008 16 99.8

2 5 32 8 0.032 4 99.3

1 5 52 26 0.052 13 98.9

1.5 5 52 26 0.052 13 98.9

2 5 60 30 0.06 15 98.8

U1 (Volt) 30

U1 (Volt) 35

U1 (Volt) 40

Percobaan T

nominal ( C )

Volt/div (mV)

T aktual

( C ) CH1 CH2

perc. 1

175

160 40 176

perc.2 3 30 174

perc.3 8 32 176

perc.4 15 30 173

perc.5 8 32 176

perc.6 32 8 174

perc.7 52 26 175

perc.8 52 26 174

perc.9 60 30 176

Gambar 2. Gambar pada percobaan 4

dengan nilai U1=35V, UH=4.8 dan IA=1 nA.

4.2 Analisis Data

Pada percobaan ini dapat dilihat

nilai kesalahan relative yang

diperoleh hampir 100%. Hal ini

menunjukkan bahwa pada saat

melakukan percobaan terdapat

banyak kesalahn yang terjadi. Pada

saat praktikum praktikan mencoba

mengecek Franck-Hertz Control Unit,

tidak ada arus masukan yang

diperoleh dari CU sehingga CH2 pada

osiloskop tidak mengeluarkan sinyal.

Pada osiloskop yang terlihat hanya

keluaran dari tegangan CU sehingga

yang diperoleh adalah grafik seperti

gambar 2.

Tegangan yang diperoleh dari

grafik osiloskop bukanlah nilai

tegangan kritis hal ini dikarenakan

tidak ada pengaruh dari nilai IA

sehinga data yang diperoleh tidak

valid.

V. Simpulan

1. Perpindahan elektron dari tingkat

energy rendah ke tingkat energy yang

lebih tinggi dapat disebut dengan

eksitasi atom menurut model atom

Bohr.

2. Peristiwa tumbukan elastic dan

tumbukan inelastik mendorong

terjadinya eksitasi elektron.

3. Menurut teory kuantum, energy

elektron atom terkuntisasi.

4. Tegangan eksitasi atom merkuri

sebesar 0.043 V.

Daftar Pustaka

Pustaka dari link internet :

[1] Information on

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/

JUR._PEND._FISIKA/19570807198

2112-

WIENDARTUN/19.AtomMklh.pdf

diakses pada 26/3/15

[2] Information on

https://www.academia.edu/6860188/

Sejarah_Perkembangan_Teori_Atom

_Menurut_Para_Ahli diakses pada

26/3/15

Pustaka dari Papper

[3] Istiqomah Sarasati, Pengukuran

Energi Eksitasi dan Panjang

Gelombang Foton Menggunakan

Percobaan Franck-Hertz,

Departemen Fisika, Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas

Airlangga, Surabaya.