LKPD-Eksperimen Virtual - Difraksi Elektron Davisson–Germer
Verifikasi Hipotesis de Broglie Melalui Eksperimen Difraksi Elektron Davisson–Germer
- Membuktikan hipotesis de Broglie dengan mengonfirmasi bahwa materi (elektron) yang bergerak memiliki sifat seperti gelombang, bukan semata-mata sebagai partikel klasik.
- Mengamati fenomena difraksi dan interferensi elektron ketika ditembakkan melalui celah kisi kristal atom nikel (\(\text{Ni}\)).
- Mengukur panjang gelombang elektron secara eksperimental menggunakan Hukum Bragg dan membandingkannya dengan perhitungan teoretis de Broglie.
- Senapan Elektron (Electron Gun): Filamen tungsten berlapis barium oksida untuk emisi termionik elektron.
- Sumber Tegangan Rendah & Tinggi: Catu daya variabel untuk memanaskan filamen dan mempercepat berkas elektron (hingga \(80\text{ V}\)).
- Silinder Kolimator: Pengarah berkas elektron agar terfokus lurus.
- Target Kristal Nikel (\(\text{Ni}\)): Kisi difraksi tiga dimensi dengan jarak antar bidang tetangga \(d = 0,215\text{ nm}\).
- Detektor Elektron (Silinder Faraday) & Galvanometer: Pengukur intensitas arus elektron terhambur pada berbagai variasi sudut \(\theta\).
- Pasang seluruh perangkat praktikum virtual (Catu daya, senapan elektron, kolimator, kristal nikel, dan detektor Faraday) ke dalam ruang vakum.
- Nyalakan pemanas filamen (\(V_f \approx 6,0\text{ V}\)) dan atur tegangan pemercepat (\(V\)) pada nilai tertentu (misalnya dimulai dari \(35\text{ V}\) hingga \(70\text{ V}\)).
- Arahkan berkas elektron menuju permukaan kristal nikel (\(\text{Ni}\)).
- Geser posisi sudut detektor (\(\theta\)) dari \(20^\circ\) hingga \(90^\circ\) untuk mencatat kuat arus listrik (\(I\)) pada galvanometer.
- Temukan sudut hambur yang menghasilkan puncak intensitas arus maksimum (terutama pada \(V = 54\text{ V}\) di sudut \(\theta = 50^\circ\)).
- Ulangi prosedur untuk 5 variasi tegangan/sudut berbeda dan masukkan data ke dalam tabel pengamatan.
*Silakan isi kolom Tegangan (\(V\)), Sudut Hambur (\(\theta\)), dan Arus (\(I\)). Nilai panjang gelombang teoretis dan eksperimen akan terhitung otomatis.
| No | Tegangan (\(V\)) [Volt] | Sudut Hambur (\(\theta\)) [\(\circ\)] | Kuat Arus (\(I\)) [\(\mu\text{A}\)] | \(\lambda\) Teoretis (de Broglie) \(\frac{1,226}{\sqrt{V}}\) [nm] |
\(\lambda\) Eksperimen (Bragg) \(d \sin\theta\) [nm] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.000 | 0.000 | |||
| 2 | 0.000 | 0.000 | |||
| 3 | 0.000 | 0.000 | |||
| 4 | 0.000 | 0.000 | |||
| 5 | 0.000 | 0.000 |
1. Contoh Analisis Data (Percobaan ke-3 pada \(V = 54\text{ V}\), \(\theta = 50^\circ\)):
- Panjang Gelombang Teoretis de Broglie: $$\lambda_{\text{teori}} = \frac{1,226}{\sqrt{V}} = \frac{1,226}{\sqrt{54}} \approx 0,1669\text{ nm}$$
- Panjang Gelombang Eksperimen Hukum Bragg (\(d = 0,215\text{ nm}\)): $$\lambda_{\text{eks}} = d \sin(\theta) = 0,215 \times \sin(50^\circ) = 0,215 \times 0,7660 \approx 0,1647\text{ nm}$$
2. Pembahasan:
Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan pada tabel di atas, terbukti bahwa elektron yang dipercepat dengan beda potensial tertentu menghasilkan puncak intensitas hamburan yang tajam pada sudut tertentu (terutama pada \(54\text{ V}\) di sudut \(50^\circ\)). Kesesuaian nilai panjang gelombang de Broglie teoretis dengan hasil eksperimen Hukum Bragg menunjukkan bahwa berkas elektron mengalami difraksi layaknya gelombang cahaya atau sinar-X. Hal ini secara empiris memvalidasi hipotesis Louis de Broglie mengenai dualisme partikel-gelombang untuk materi bermassa.
- Partikel elektron yang bergerak dengan kecepatan tertentu terbukti memiliki sifat gelombang, yang dikonfirmasi melalui kemunculan pola difraksi saat menumbuk kisi kristal nikel (\(\text{Ni}\)), sesuai dengan Hipotesis de Broglie.
- Fenomena interferensi konstruktif maksimum tercatat pada tegangan pemercepat \(54\text{ V}\) dan sudut hambur \(\theta = 50^\circ\).
- Nilai panjang gelombang de Broglie teoretis dan hasil eksperimen Hukum Bragg memiliki kedekatan yang sangat akurat (\(\approx 0,165\text{ nm}\)), yang membuktikan keabsahan teori gelombang materi dalam mekanika kuantum.
Komentar