LKPD-Eksperimen Virtual - Difraksi Elektron Davisson–Germer

Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) Virtual
Eksperimen Difraksi Elektron Davisson–Germer & Hipotesis de Broglie
Nama Siswa:
Kelas / Kelompok:
Tanggal:
A. Judul Percobaan

Verifikasi Hipotesis de Broglie Melalui Eksperimen Difraksi Elektron Davisson–Germer

B. Tujuan Praktikum
  1. Membuktikan hipotesis de Broglie dengan mengonfirmasi bahwa materi (elektron) yang bergerak memiliki sifat seperti gelombang, bukan semata-mata sebagai partikel klasik.
  2. Mengamati fenomena difraksi dan interferensi elektron ketika ditembakkan melalui celah kisi kristal atom nikel (\(\text{Ni}\)).
  3. Mengukur panjang gelombang elektron secara eksperimental menggunakan Hukum Bragg dan membandingkannya dengan perhitungan teoretis de Broglie.
C. Alat dan Bahan
  • 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 \(\theta\).
D. Langkah Kerja
  1. Pasang seluruh perangkat praktikum virtual (Catu daya, senapan elektron, kolimator, kristal nikel, dan detektor Faraday) ke dalam ruang vakum.
  2. 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 \(70\text{ V}\)).
  3. Arahkan berkas elektron menuju permukaan kristal nikel (\(\text{Ni}\)).
  4. Geser posisi sudut detektor (\(\theta\)) dari \(20^\circ\) hingga \(90^\circ\) untuk mencatat kuat arus listrik (\(I\)) pada galvanometer.
  5. Temukan sudut hambur yang menghasilkan puncak intensitas arus maksimum (terutama pada \(V = 54\text{ V}\) di sudut \(\theta = 50^\circ\)).
  6. Ulangi prosedur untuk 5 variasi tegangan/sudut berbeda dan masukkan data ke dalam tabel pengamatan.
E. Hasil Praktikum (Tabel Data & Hitungan Otomatis)

*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
F. Perhitungan dan Pembahasan

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.

G. Kesimpulan
  1. 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.
  2. Fenomena interferensi konstruktif maksimum tercatat pada tegangan pemercepat \(54\text{ V}\) dan sudut hambur \(\theta = 50^\circ\).
  3. 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