Percobaan Franck-Hertz bertujuan untuk menentukan energi eksitasi elektron dan panjang gelombang foton dengan menggunakan piranti Franck-Hertz, dimana diperoleh energi eksitasi elektron atom Neon sebesar 17,33 eV dan panjang gelombang foton 716 Å."

1. Penentuan Energi Eksitasi Elektron dan Panjang Gelombang
Foton Menggunakan Percobaan Franck-Hertz
Evi Nurafida (081411331018), Rahmatul Izza N.A. (081411331028), Miftachul Nur Afifah
(081411331062)
Laboratorium Fisika Modern, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Universitas Airlangga,
Surabaya 60155, Indonesia
Abstrak
Percobaan Franck-Hertz merupakan percobaan yang dilakukan pada tahun 1914 yang
mengukuhkan asas atom Bohr dan teori kuantum. Dalam teori ini menjelaskan bahwa elektron
menduduki pada tingkatan diskrit yakni dalam keadaan terkuantisasi. Selain itu, percobaan ini
bertujuan untuk menentukan energi eksitasi suatu elektron dan panjang gelombang fotonnya yang
menggunakan piranti Franck-Hertz sehingga diperoleh energi eksitasi elektron dengan atom Neon
sebesar (17.33 ± 0.70) eV dengan prosentase kesalahan perhitungan sebesar 4 %. Selain itu,
diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
Kata Kunci : Franck-Hertz; teori kuantum; energy eksitasi.
Pendahuluan
Pada tahun 1914, James Franck dan Gustav Hertz melakukan percobaan yang menunjukkan
adanya keadaan tereksitasi pada atom Merkuri di mana percobaan ini membuktikan prediksi teori
kuantum yang menjelaskan bahwa elektron akan menduduki tingkatan yang diskrit, keadaan
terkuantisasi. Elektron-elektron meninggalkan katoda karena pemanasan filamen pada anoda.
Gambar 1. Piranti Percobaan Franck-Hertz
Elektron-elektron ini kemudian dipercepat dengan adanya beda potensial antara katoda dengan
anoda sehingga dapat menembusi kisi dan jatuh pada plat anoda. Beda potensial ini dapat diatur,
jika V lebih besar daripada Vo, maka suatu tegangan akan memperlambat aliran elektron antara kisi
dan plat katoda. Arus elektron yang mencapai plat anoda diukur menggunakan Ammeter [1]
.
Penentuan Energi Eksitasi Elektron dan Panjang Gelombang
Foton Menggunakan Percobaan Franck-Hertz
Evi Nurafida (081411331018), Rahmatul Izza N.A. (081411331028), Miftachul Nur Afifah
(081411331062)
Laboratorium Fisika Modern, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Universitas Airlangga,
Surabaya 60155, Indonesia
Abstrak
Percobaan Franck-Hertz merupakan percobaan yang dilakukan pada tahun 1914 yang
mengukuhkan asas atom Bohr dan teori kuantum. Dalam teori ini menjelaskan bahwa elektron
menduduki pada tingkatan diskrit yakni dalam keadaan terkuantisasi. Selain itu, percobaan ini
bertujuan untuk menentukan energi eksitasi suatu elektron dan panjang gelombang fotonnya yang
menggunakan piranti Franck-Hertz sehingga diperoleh energi eksitasi elektron dengan atom Neon
sebesar (17.33 ± 0.70) eV dengan prosentase kesalahan perhitungan sebesar 4 %. Selain itu,
diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
Kata Kunci : Franck-Hertz; teori kuantum; energy eksitasi.
Pendahuluan
Pada tahun 1914, James Franck dan Gustav Hertz melakukan percobaan yang menunjukkan
adanya keadaan tereksitasi pada atom Merkuri di mana percobaan ini membuktikan prediksi teori
kuantum yang menjelaskan bahwa elektron akan menduduki tingkatan yang diskrit, keadaan
terkuantisasi. Elektron-elektron meninggalkan katoda karena pemanasan filamen pada anoda.
Gambar 1. Piranti Percobaan Franck-Hertz
Elektron-elektron ini kemudian dipercepat dengan adanya beda potensial antara katoda dengan
anoda sehingga dapat menembusi kisi dan jatuh pada plat anoda. Beda potensial ini dapat diatur,
jika V lebih besar daripada Vo, maka suatu tegangan akan memperlambat aliran elektron antara kisi
dan plat katoda. Arus elektron yang mencapai plat anoda diukur menggunakan Ammeter [1]
.
Penentuan Energi Eksitasi Elektron dan Panjang Gelombang
Foton Menggunakan Percobaan Franck-Hertz
Evi Nurafida (081411331018), Rahmatul Izza N.A. (081411331028), Miftachul Nur Afifah
(081411331062)
Laboratorium Fisika Modern, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Universitas Airlangga,
Surabaya 60155, Indonesia
Abstrak
Percobaan Franck-Hertz merupakan percobaan yang dilakukan pada tahun 1914 yang
mengukuhkan asas atom Bohr dan teori kuantum. Dalam teori ini menjelaskan bahwa elektron
menduduki pada tingkatan diskrit yakni dalam keadaan terkuantisasi. Selain itu, percobaan ini
bertujuan untuk menentukan energi eksitasi suatu elektron dan panjang gelombang fotonnya yang
menggunakan piranti Franck-Hertz sehingga diperoleh energi eksitasi elektron dengan atom Neon
sebesar (17.33 ± 0.70) eV dengan prosentase kesalahan perhitungan sebesar 4 %. Selain itu,
diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
Kata Kunci : Franck-Hertz; teori kuantum; energy eksitasi.
Pendahuluan
Pada tahun 1914, James Franck dan Gustav Hertz melakukan percobaan yang menunjukkan
adanya keadaan tereksitasi pada atom Merkuri di mana percobaan ini membuktikan prediksi teori
kuantum yang menjelaskan bahwa elektron akan menduduki tingkatan yang diskrit, keadaan
terkuantisasi. Elektron-elektron meninggalkan katoda karena pemanasan filamen pada anoda.
Gambar 1. Piranti Percobaan Franck-Hertz
Elektron-elektron ini kemudian dipercepat dengan adanya beda potensial antara katoda dengan
anoda sehingga dapat menembusi kisi dan jatuh pada plat anoda. Beda potensial ini dapat diatur,
jika V lebih besar daripada Vo, maka suatu tegangan akan memperlambat aliran elektron antara kisi
dan plat katoda. Arus elektron yang mencapai plat anoda diukur menggunakan Ammeter [1]
.

2. Dalam tabung, tekanan udara relatif lebih rendah dibandingkan dengan tekanan udara pada
laboratorium sehingga elektron didalam tabung dapat menumbuk atom Hg tanpa kehilangan energi.
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.
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. 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.
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. 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). Energi eksitasi atom merupakan perkalian antara muatan listrik
elektron dengan tegangan eksitasi yaitu :
=
Energi ini digunakan untuk bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dan kemudian tereksitasi
kembali dengan memancarkan foton yang memiliki panjang gelombang λ sehingga :
=
ℎ
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.
Metode
Percobaan ini cukup mudah dilakukan yakni dengan memilih tombol “AUTO” untuk
mengatur tegangan kisi secara otomatis antara tabung katoda dengan G1 pada piranti Frank-Hertz.
Kemudian untuk mengukur arus anoda yang mengalir antara G2 dengan plate (P), maka
menggunakan saklar “INTERNAL”.

3. Gambar 2. Perangkat Percobaan Franck-Hertz yang
digunakan saat ini Gambar 3. Grafik percobaan Franck-Hertz
Untuk mengetahui grafik arus anoda sebagai fungsi tegangan pemercepat, maka dilakukan
dengan cara memutar saklar tegangan dan arus sampai jarum menunjukkan nol. Kemudian saklar
tegangan diputar ke kanan sehingga tegangan pemercepatnya naik yang berakibat naiknya arus dan
pada titik tertentu arus akan mengalami penurunan. Perubahan tegangan dan arus pada setiap titik
dicatat yang kemudian akan dibuat grafik arus sebagai fungsi tegangan seperti Gambar 3.
Hasil
V ± 2 (volt) I ± 2 (µA)
0 0
4 2
8 12
12 22
16 30
20 28
22 16
26 34
30 48
34 56
36 42
38 30
V ± 2 (volt) I ± 2 (µA)
40 38
44 60
48 76
50 80
54 66
58 62
60 70
64 94
68 98
70 96
74 92
80 100
Tabel 1. Hasil Percobaan V terhadap I
dengan grafik sebagai berikut.

4. Grafik 1. Arus anoda sebagai fungsi pemercepat tegangan
Pembahasan
Percobaan Franck-Hertz yang telah dilakukan bertujuan untuk membuktikan teori kuantum.
Selain itu, bertujuan untuk menentukan energi eksitasi elektron dan panjang gelombang foton.
Metode percobaan ini hampir sama dengan percobaan yang dilakukan Franck dan Hertz sekitar se-
abad lalu, yaitu elektron-elektron meninggalkan katoda akibat dari pemanasan filamen
menyebabkan beda potensial di antaranya sehingga semua elektron mampu menembus kisi dan
jatuh pada plat anoda. Namun, yang berbeda dalam percobaan ini dengan percobaan Franck-Hertz
yakni atom yang digunakan adalah Neon.
Pada percobaan ini menghasilkan data hubungan antara arus elektrik I dengan tegangan V
sehingga diperoleh grafik hubungannya sesuai dengan Grafik 1. Berdasarkan Grafik 1 dapat
diketahui bahwa arus elektrik akan naik pada saat tegangannya dinaikkan, namun pada titik tertentu
arus elektriknya mengalami penurunan. Hal ini dapat terjadi karena suatu elektron yang diberi beda
tegangan tertentu dan jatuh pada plat anoda mengalami tumbukan dengan atom Neon, namun tidak
ada energi yang dilepaskan dalam tumbukan ini (tumbukan elastik sempurna). Supaya suatu
elektron dapat melepaskan energinya, maka diperluakn energi yang cukup sehingga atom Neon
bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa pada saat elektron
mencapai tegangan puncak 16 V (berdasar Tabel 1) maka elektron akan bertumbukan dengan atom
Neon (tumbukan tak elastik). Tumbukan ini mengakibatkan energi elektron berkurang sehingga
pada saat elektron melewati kisi, elektron tersebut tidak mampu untuk mengatasi tegangan
perlambat rendah. Hal ini mengakibatkan sulitnya elektron sampai ke anoda sehingga arus
elektriknya mengalami penurunan. Proses ini akan terjadi terus menerus pada saat tegangannya 34
V, 50 V, dan 58 V. Namun, keadaan eksitasi ini terjadi pada kelipatan 16 dan 18 V yang seharusnya
hanya memiliki 1 kelipatan saja. Dalam percobaan ini membuktikan adanya energi diskrit yang
mengukuhkan teori kuantum.
Dari grafik hubungan arus elektrik I dengan tegangan V dapat diperoleh energi eksitasi
elektron dengan atom Neon sebesar (17.33 ± 0.70) V dengan prosentase kesalahan tertinggi sekitar
7.89 % dan prosentase kesalahan terendah sekitar 0.47 %. Selain itu, diperoleh pula panjang
gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9) Å.
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100
ArusAnoda(µA)
Tegangan Pemercepat (volt)
Grafik Arus Anoda sebagai Fungsi
Tegangan Kisi
y

5. Kesimpulan
Percobaan Franck-Hertz mengukuhkan asas atom Bohr dan teori kuantum yang menjelaskan
bahwa elektron menduduki pada tingkatan diskrit yakni dalam keadaan terkuantisasi dengan energi
eksitasi elektron dengan atom Neon sebesar (17.33 ± 0.70) eV dengan prosentase kesalahan
perhitungan sebesar 4 %. Selain itu, diperoleh pula panjang gelombang foton sebasar (716.0 ± 28.9)
Å.
Referensi
[1]
Krane, Kenneth. 2006. Fisika Modern. Penerjemah : Hans J. Wospakrik. Pendamping : Sofia
Niksolihin. Cetakan 1. Jakarta : UI-Press. 253-255.

6. Lampiran I
Analisis Data
1. Menetukan Energi Eksitasi Elektron
Untuk menentuka energi eksitasi suatu elektron menggunakan persamaan :
=
V ± 2 (volt)
V1 16
V2 34
V3 50
V4 68
Tabel 2. Tegangan Kisi pada Puncak Grafik
V21 = V2 – V1
= (34 - 16) volt
= 18 volt
V32 = V3 - V2
= (50 - 34) volt
= 16 volt
V43 = V4 – V3
= (68 - 50) volt
= 18 volt
Karena terdapat 3 nilai tegangan eksitasi elektron,
maka
=
∑
= volt
=
( )
volt
= 17.33 volt
Menentukan nilai ketelitian dengan standart deviasi
= ∆ =
∑( ) ( )
( )
= ∆ =
( ) ( ) ( ) ( . )
( )
= ∆ = 0.70 volt
sehingga diperoleh nilai tegangan eksitasi elektron
= ( ± ∆ )
= (17.33 ± 0.70) volt
Menentukan Energi Eksitasi Elektron
=
= 17.33
dengan ketelitian standart deviasi
∆ = ∆
∆ = 0.70 volt

7. ∆ = 0.70 eV
Sehingga energi eksitasi elektron Neon adalah sebesar
= (17.33 ± 0.70) volt
Prosentase Kesalahan Perhitungan
% = 100%
% =
.
.
100%
% = 4 %
2. Menentukan Panjang Gelombang Foton
Untuk menentukan panjang gelombang suatu foton dapat menggunakan persamaan :
=
ℎ
maka dapat dihitung dengan berdasarkan tegangan eksitasi rata-rata
̅ =
̅ =
. /
( . )
̅ = 7.16 10 m
̅ = 716 Å
Ketelitian standart deviasi
Δ = ( ) ∆
Δ = ∆
Δ =
. /
( . )
0.70
Δ = 28.9 Å
sehingga panjang gelombang foton tersebut bernilai
= ( ± ∆ )
= (716.0 ± 28.9) Å
Prosentase Kesalahan Perhitungan
% = 100%
% =
.
100%
% = 4 %