EFEK FOTOLISTRIK

Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan sebuah logam ketika dikenai atau menyerap radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi di atas ambang batas permukaan logam. Elektron yang terpancar tersebut dinamakan foto elektron atau elektron foton.

Foto percobaan :

Gambar Skema percobaan efek fotolistrik

Percobaan efek fotolistrik terdiri dari dua buah lempengan logam yaitu anoda dan katoda yang dimasukkan ke dalam tabung kaca, galvanometer untuk mengukur arus listrik, dan potensiometer. Jika elektron mengenai permukaan katoda, maka elektron tersebut akan dipancarkan anoda sehingga timbul arus pada rangkaian. Dengan percobaan efek fotolistrik, kita dapat mengukur laju dan energi kinetik elektron yang terpancar yang bergantung pada intensitas dan frekuensi gelombang cahaya yang datang. Tidak semua radiasi cahaya dapat menimbulkan efek fotolistrik.

Hasil-hasil percobaan

Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.

Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.

Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

E = h . f

E	=	Energi tiap foton dalam Joule.
f	=	Frekwensi cahaya.
h	=	Tetapan Planck yang besarnya          h = 6,625 .10 –34 J.det

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

E = a + Ek

h.f = ½ mv²

           

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron. Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang mengacu pada hipotesis Max Planck. Jika elektron mendapat energi foton lebih besar dari energi ambangnya, maka kelebihan energi ini digunakan untuk menambah energi kinetiknya. Energi kinetik maksimum dari elektron yang terpancar ditulis sebagai berikut.

Ek_maks = hf –W₀

Keterangan:
Ek_maks = selisih energi foton dan energi ambangnya;
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10^-34 J.s;
f = frekuansi (Hz); dan
W₀ = fungsi kerja yang merupakan energi ambang atau energi ikat atom;
W₀ = hf₀; dan
f₀ = frekuensi ambang.

Grafik hubungan energi kinetik maksimum elektron dengan frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut.

                       Grafik hubungan antara energi kinetik dan potensial penghenti

Potensial Penghenti

Percobaan efek foto listrik juga merumuskan hubungan antara tegangan dan arus listrik yang dihasilkan. Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa saat tegangan nol, arus tetap mengalir pada rangkaian. Jika keping katoda diberi tegangan minus dan anoda diberi tegangan positif maka arus yang mengalir bertambah besar. Jika tegangan anoda dan katoda dibalik, ternyata arus yang mengalir akan semakin kecil sampai mendekati tegangan tertentu yang tidak ada arus. Potensial ini disebut sebagai potensial penghenti atau disimbolkan sebagai vs.

Grafik antara arus listrik yang dihasilkan sebagai fungsi tegangan digambarkan sebagai berikut:

                                                    Grafik hubungan arus dan tegangan
Besarnya potensial penghenti ini tidak bergantung pada intensitasnya, tetapi bergantung pada energi kinetik maksimumnya. Berikut ini persamaannya.

Ek_maks = ½ mv²

Jika muatan elektron adalah e dan potensial penghentinya adalah V₀, maka

½ mv_maks² = e V₀

Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa kecepatan elektron tidak bergantung pada intensitas, akan tetapi bergantung pada tegangan penghentinya.

Sebelum ke contoh soal, break dulu yuk! Dengerin lagu berikut ini biar gak stress...

 

 

Contoh soal

Pada suatu percobaan efek fotolistrik, diketahui fungsi kerja logam yang digunakan adalah 3 eV. Cahaya yang digunakan sebagai penyinar logam memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f. Tentukan energi cahaya minimal yang dibutuhkan agar elektron bisa terpancar!
Pembahasan
Diketahui:
c = 3 x 10⁸ m/s
h = 6,6 x 10^-34 Js
1 eV = 1,6 x 10^-19 J
Ditanyakan: W₀ ?
Jawab:
W₀ = 3 eV = 3 x 1,6 x 10^-19 Joule = 4,8 x 10^-19 Joule
Jadi, energi minimum yang dibutuhkan untuk elektron berhenti adalah 4,8 x 10^-19J.

Untuk lebih memahami simak baik2 video berikut ini

Pertanyaan diskusi :

Diskusikan soal berikut dengan temanmu dan tulis jawaban atau pertanyaanmu di kolom komentar, ok

Dalam suatu percobaan efek fotolistrik, cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 200 nm dan fungsi kerja logam yang digunakan adalah 2,4 eV. Panjang gelombang maksimum yang diperlukan logam untuk memancarkan elektron adalah ....

Bisa kaaan....supaya lebih mantap yuk lanjut ke kuis, dapatkan sertifikat dengan nilai terbaik!

Soal Efek Fotolistrik » Create Quiz with ProProfs

Pertanyaan diskusi :

Diskusikan soal berikut dengan temanmu dan tulis jawaban atau pertanyaanmu di kolom komentar, ok

Dalam suatu percobaan efek fotolistrik, cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 200 nm dan fungsi kerja logam yang digunakan adalah 2,4 eV. Panjang gelombang maksimum yang diperlukan logam untuk memancarkan elektron adalah ....

Hukum Pergeseran Wien

Pada sebuah benda hitam, panjang gelombang maksimum bergantung pada suhu mutak benda hitam tersebut. Hubungan antara panjang gelombang dengan suhu mutlak yang dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

λ_m .T = C 

dengan λ_m merupakan panjang gelombang yang sesuai dengan radiasi energi maksimum, T adalah temperatur termodinamik benda, dan C adalah tetapan pergeseran Wien (2,898 × 10^-3 mK). Hubungan tersebut disebut Hukum pergeseran Wien, yang dinyatakan oleh Wilhelm Wien (1864 - 1928), seperti terlihat pada foto di atas nak anak...

Gambar Grafik hubungan pergeseran Wien.

Gambar diatas menunjukkan grafik hubungan antara intensitas radiasi dan panjang gelombang radiasi benda hitam ideal pada tiga temperatur yang berbeda. Grafik ini dikenal sebagai grafik distribusi spektrum. Intensitas merupakan daya yang dipancarkan per satuan panjang gelombang. Ini merupakan fungsi panjang gelombang I maupun temperatur T, dan disebut distribusi spektrum.

Dari grafik terlihat bahwa puncak kurva penyebaran energi spektrum bergeser ke arah ujung spektrum panjang gelombang pendek dengan semakin tingginya temperatur.

Fungsi distribusi spektrum P (λ,T) dapat dihitung dari termodinamika klasik secara langsung, dan hasilnya dapat dibandingkan dengan yang tertera pada gambar di atas. 

Hasil perhitungan klasik ini dikenal sebagai Hukum Rayleigh- Jeans yang dinyatakan:

P (λ,T) = 8 π k T λ^-4

dengan k merupakan konstanta Boltzmann.

Hasil ini sesuai dengan hasil yang diperoleh secara percobaan untuk panjang gelombang yang panjang, tetapi tidak sama pada panjang gelombang pendek. Begitu λ mendekati nol, fungsi P (λ, T ) yang ditentukan secara percobaan juga mendekati nol, tetapi fungsi yang dihitung mendekati tak terhingga karena sebanding dengan λ^-4. Dengan demikian, yang tak terhingga yang terkonsentrasi dalam panjang gelombang yang sangat pendek. Hasil ini dikenal sebagai katastrof ultraviolet.

Contoh Soal :

Soal (UN 2010)

Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2 . Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah…( h = 6,63 x 10^{− 34} J.s, c = 3 x 10⁸ m.s⁻¹)

A. 1 x 10¹⁹ foton

B. 2 x 10¹⁹ foton

C. 2x 10²⁰ foton

D. 5x 10²⁰ foton

E. 5 x 10²¹ foton

Pembahasan:

Diketahui:

I = 66,3 W/m²

λ = 600 nm = 6 . 10^-7 m

h = 6,63 x 10^{− 34} J.s

Sebelum menghitung yuk kita mendengarkan dulu lagu berikut,...biar kalian gak stress!!....

Ini kalian bisa lihat juga video dari 'sastrawan fisika' yang diambil dari youtube. gimana ? lebih jelas kaan..apa itu Hukum Pergeseran Wien

Quiz :
Ayo...kerjakan kuisnya juga agar kalian dapat sertifikat ya...Semangat!!!

ProProfs - Soal Hukum Pergeseran Wien » Create your own Personality Quiz

Pertanyaan Diskusi :

Matahari mempunyai beberapa lapisan, yaitu ini matahari, zona radiasi, zona konveksi, fotosfer, kromosfer dan korona. Pada lapisan fotosfer bagian atas mempunyai suhu 4500K dan pada kedalaman 260 km suhunya mencapai 6800 K. Berapa panjang gelombang pada intensitas maksimum pada suhu tersebut?

 Silakan tulis jawaban atau pertanyaan bila adda yang tidak dimengerti di kolom komentar...Terima kasih...Selamat Belajar!