Efek Fotolistrik - Blog Ilmu Pengetahuan

Suatu eksperimen dilaksanakan pada tamat kurun ke-19 untuk mengamati fenomena radiasi. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa cahaya yg menumbuk permukaan logam tertentu menjadikan elektron terlepas dr permukaan logam tersebut. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Fotolistrik & elektron yg terlepas disebut sebagai fotoelektron. Skema eksperimen yg dilaksanakan mampu dilihat pada gambar dibawah ini.

Skema eksperimen fotolistrik. Sumber gambar: Serway, Jewet

Lihat pula bahan Wargamasyarakat.org lainnya:

Gelombang Elektromagnetik

Listrik Statis

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

Hubungan arus fotolistrik dgn perbedaan memiliki peluang (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 dapat bertambah jika intensitas cahaya ditingkatkan, hal ini terjadi alasannya adalah semakin tinggi intensitas cahaya yg ditembakkan maka kian 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 pertanda tak ada fotoelektron yg mengalir dr plat E ke plat C. Potensial V₀ disebut selaku memiliki potensi henti.

intensitas voltase

Dari hasil eksperimen yg dilakukan, ternyata nilai beda memiliki peluang tak bergantung pada intensitas cahaya yg diberikan, akan tetapi sebab banyaknya muatan fotoelektron yg keluar dr plat. Hal ini memperlihatkan bahwa besarnya energi kinetik maksimum dr efek fotolistrik dirumuskan sebagai berikut:

Besaran Pokok Dan Turunan: Rumus & Acuan Soal

$Ek_ maks = eV_0$

Dimana,

$e$ yakni muatan elektron (C),

$V_0$ adalah berpotensi henti (volt),

Persamaan ini memungkinkan kita untuk mengukur besarnya nilai energi kinetik maksimum dengan-cara eksperimental dgn memilih beda potensial saat nilai arus sama dgn nol.

Dari eksperimen imbas fotolistrik yg dilakukan, ternyata teori klasik yg menyatakan cahaya sebagai gelombang gagal menerangkan tentang sifat-sifat cahaya yg terjadi pada efek fotolistrik. Oleh alasannya adalah itu, teori kuantum Einstein digunakan untuk menerangkan sifat penting cahaya pada fenomena ini.

Daftar Isi

Teori Kuantum Mengenai Efek Fotolistrik

Pada model Einstein mengenai efek fotolistrik, sebuah foton dgn intensitas cahaya menunjukkan semua energinya hf ke suatu elektron yg terdapat di plat logam. Akan tetapi, absorpsi energi oleh elektron tak terjadi dengan-cara terus-menerus dimana energi dipindahkan ke elektron dgn paket tertentu, berlawanan seperti 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 yang lain 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),

$f$ ialah frekuensi foton (Hz),

$\Phi$ yaitu fungsi kerja (eV),

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

Dengan menggunakan foton selaku versi cahaya, efek fotolistrik dapat diterangkan dgn benar ketimbang yg diprediksikan oleh desain-desain klasik, yaitu:

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 berganti.

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, hanya 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 dapat dikeluarkan dr permukaan logam.

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

Model Einstein bisa memprediksi korelasi 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 jikalau frekuensi cahaya berada dibawah frekuensi ambang maka tak ada fotoelekton yg terlepas. Frekuensi ambang tersebut berafiliasi dgn fungsi kerja selaku berikut:

$f_0 = \frac \Phi h$

Dimana,

$f_0$ yakni 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 telah diterangkan sebelumnya, elektron mampu keluar & muncul energi kinetik jikalau frekuensi cahaya yg dikirimkan 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,

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

$hc$ =1240 eV.nm,

Contoh Soal Efek Fotolistrik

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

Pembahasan:

Berikut ini nilai fungsi kerja dari berbagai logam: