Efek Fotolistrik -

Suatu eksperimen dikerjakan pada selesai masa ke-19 untuk mengamati fenomena radiasi. Hasil eksperimen memperlihatkan bahwa cahaya yg menumbuk permukaan logam tertentu menimbulkan elektron terlepas dr permukaan logam tersebut. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Fotolistrik & elektron yg terlepas disebut sebagai fotoelektron. Skema eksperimen yg dijalankan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Skema eksperimen fotolistrik. Sumber gambar: Serway, Jewet

Lihat pula bahan Sosiologiku.com lainnya:

Gelombang Elektromagnetik

Listrik Statis

Eksperimen dilaksanakan dgn menembakkan berkas cahaya ke suatu plat logam E yg terdapat pada selubung gelas (supaya keadaan eksperimen terkontrol). Terdapat suatu plat logam lain (plat C) yg diposisikan sejajar untuk menangkap elektron yg keluar dr plat E. Kedua plat tersebut tersambung dgn sebuah sirkuit dimana terdapat amperemeter untuk membaca ajaran elektron dr plat E ke plat C.

Hubungan arus fotolistrik dgn perbedaan berpotensi (voltase) yg terbaca dr hasil eksperimen plat E & plat C untuk dua jenis intensitas cahaya ditunjukkan pada grafik dibawah. Saat nilai voltase tinggi, besar arus menunjukkan nilai yg optimal & besar arus tersebut tak dapat bertambah naik. Besarnya arus maksimum mampu bertambah jikalau intensitas cahaya ditingkatkan, hal ini terjadi sebab kian tinggi intensitas cahaya yg ditembakkan maka bertambah banyak elektron yg keluar dr plat logam. Tatkala besar beda memiliki potensi (voltase) makin mengecil & bahkan nilainya hingga minus (-V₀), ternyata tak ada arus yg mengalir yg menandakan tak ada fotoelektron yg mengalir dr plat E ke plat C. Potensial V₀ disebut selaku potensial henti.

intensitas voltase

Dari hasil eksperimen yg dijalankan, ternyata nilai beda memiliki potensi tak bergantung pada intensitas cahaya yg diberikan, akan tetapi alasannya adalah banyaknya muatan fotoelektron yg keluar dr plat. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya energi kinetik maksimum dr imbas fotolistrik dirumuskan selaku berikut:

Besaran Pokok dan Besaran Turunan

$Ek_ maks = eV_0$

Dimana,

$e$ yakni muatan elektron (C),

$V_0$ adalah memiliki peluang henti (volt),

Persamaan ini memungkinkan kita untuk mengukur besarnya nilai energi kinetik maksimum dengan-cara eksperimental dgn menentukan beda berpotensi ketika nilai arus sama dgn nol.

Dari eksperimen imbas fotolistrik yg dikerjakan, ternyata teori klasik yg menyatakan cahaya selaku gelombang gagal menjelaskan mengenai sifat-sifat cahaya yg terjadi pada imbas fotolistrik. Oleh alasannya itu, teori kuantum Einstein digunakan untuk menerangkan sifat penting cahaya pada fenomena ini.

Daftar Isi

Teori Kuantum Mengenai Efek Fotolistrik

Pada versi Einstein tentang efek fotolistrik, suatu foton dgn intensitas cahaya memperlihatkan semua energinya hf ke suatu elektron yg terdapat di plat logam. Akan tetapi, peresapan energi oleh elektron tak terjadi dengan-cara terus-menerus dimana energi dipindahkan ke elektron dgn paket tertentu, berlawanan mirip yg dijabarkan pada teori gelombang. Pemindahan energi tersebut terjadi dgn konfigurasi satu foton untuk satu elektron.

Elektron keluar dr permukaan plat logam & tak bertabrakan dgn atom lainnya sebelum mengeluarkan energi kinetik maksimum $Ek_ maks$ . Menurut Einstein, besarnya energi kinetik maksimum untuk elektron yg terbebas tersebut dirumuskan dengan:

$Ek_ maks = hf - \Phi$

Dimana,

$h$ yakni konstanta Planck (Js),

$f$ adalah frekuensi foton (Hz),

$\Phi$ ialah fungsi kerja (eV),

Fungsi kerja menggambarkan energi minimum yg diperlukan agar elektron mampu terus menempel pada logam.

Dengan memakai foton sebagai versi cahaya, imbas fotolistrik dapat diterangkan dgn benar daripada yg diprediksikan oleh desain-desain klasik, yakni:

Besarnya energi kinetik yg dikeluarkan fotoelektron tak bergantung pada intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya digandakan, maka jumlah fotoelektron yg keluar pula berlipat ganda, tetapi besarnya energi kinetik maksimum pada setiap fotoelektron nilainya tak berubah.

Elektron terlepas dr logam dlm waktu yg singkat. Selang waktu antara cahaya yg tiba & fotoelektron yg keluar tergantung pada besarnya paket energi yg dibawa foton. Jika intensitas cahaya yg diterima rendah, cuma sedikit foton yg datang per unit waktu.

Keluarnya elektron tak bergantung pada frekuensi cahaya. Jika energi yg dibawa foton besarnya tak lebih dr fungsi kerja, maka elektron tak mampu dikeluarkan dr permukaan logam.

Besarnya energi kinetik maksimum fotoelektron bergantung pada frekuensi cahaya. Sebuah foton dgn frekuensi yg lebih besar menenteng energi yg lebih besar & akan mengeluarkan fotoelektron dgn enrgi kinetik yg lebih besar dibandingkan dgn foton berfrekuensi rendah.

Model Einstein mampu memprediksi kekerabatan antara energi kinetik maksimum elektron & frekuensi cahaya. Hasil eksperimen yg membuktikan teori Einstein tersebut dapat dilihat pada grafik dibawah.

model einstein

Terdapat frekuensi ambang logam dimana kalau frekuensi cahaya berada dibawah frekuensi ambang maka tak ada fotoelekton yg terlepas. Frekuensi ambang tersebut berhubungan dgn fungsi kerja selaku berikut:

$f_0 = \frac \Phi h$

Dimana,

$f_0$ adalah frekuensi ambang (Hz),

Dengan menggabungkan persamaan diatas dgn persamaan sebelumnya, maka besarnya energi kinetik maksimum dr suatu elektron yg terlepas diformulasikan dengan:

$Ek_ maks = h(f - f_0)$

Seperti yg sudah dijelaskan sebelumnya, elektron dapat keluar & muncul energi kinetik jika frekuensi cahaya yg diantarkan oleh paket yg dibawa foton lebih besar dr frekuensi ambangnya.

Selain itu, dapat dikenali pula panjang gelombang ambang menurut frekuensi ambangnya:

$\lambda_0 = \frac c f_0 = \frac hc \Phi$

Dimana,

$c$ yaitu kecepatan cahaya (3 x 10⁸m/s),

$hc$ =1240 eV.nm,

Contoh Soal Efek Fotolistrik

Sebuah permukaan logam natrium diterangi dgn cahaya yg mempunyai panjang gelombang 300 nm. Tentukan energi kinetik maksimum yg dikeluarkan fotoelektron & tentukan besar panjang gelombang ambang untuk natrium.

Pembahasan:

Berikut ini nilai fungsi kerja dari berbagai logam: