Tahukah Kamu pada abad ke 19 terdapat suatu eksperimen untuk mengamati sebuah fenomena radiasi? Yaps, dari eksperimen tersebut ditemukan sebuah energi yang timbul akibat elektron saat cahaya menabrak permukaan benda berupa logam. Nah elektron yang terlepas tersebut dikenal dengan fotoelektron, dan fenomena tersebut disebut dengan efek fotolistrik.
Rumus Efek Fotolistrik
Dalam sebuah efek fotolistrik, terdapat energi kinetik yang muncul secara maksimum. Sehingga energi kinetik dalam fotolistrik dapat dirumuskan dengan:
Ek maks = eV0
Keterangan:
Ek maks = Energi kinetik maksimum
e = Muatan elektron dalam satuan Coulomb
V0 = Beda potensial henti dalam satuan Volt
Rumus tersebut digunakan untuk mengukur nilai energi kinetik maksimum. Dengan rumus tersebut, Kamu bisa menemukan besarnya arus listrik dengan beda potensial sama dengan nol. Hal ini sesuai dengan hasil eksperimen fotolistrik yang sudah dilakukan.
Dari eksperimen tersebut menunjukan sifat cahaya, dan peran cahaya sebagai gelombang gagal dalam efek fotolistrik. Sehingga muncul teori baru mengenai kuantum Enistein yang digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat pada cahaya.
Besarnya energi kinetik maksimum yang ada pada elektron bebas dapat dihitung menggunakan rumus:
Ek maks = hf – ɸ
Keterangan:
Ek maks = Energi kinetik maksimum
f = Frekuensi dalam satuan Hz
h = Konstanta dalam satuan Js
ɸ = Fungsi kerja dalam satuan eV
Melalui rumus tersebut dapat menunjukan hubungan antara elektron, energi kinetik maksimum dan frekuensi. Sehingga untuk menentukan nilai frekuensi ambang dapat menggunakan rumus berikut:
f0 = ɸ / h
Keterangan:
f0 = Frekuensi ambang dalam satuan Hz
ɸ = Fungsi kerja dalam satuan eV
h = Konstanta dalam satuan Js
Berdasarkan rumus-rumus di atas, maka dapat disimpulkan bahwa rumus untuk menentukan nilai energi kinetik maksimum adalah:
Ek maks = h (f – f0)
Untuk menentukan panjang gelombang ambang yaitu:
λ0 = c / f0 = hc / ɸ
Keterangan:
λ0 = Panjang gelombang ambang
c = Kecepatan cahaya dengan nilai 3 x 108 m/s
hc = 1240 eV nm
Eksperimen Efek Fotolistrik
Fotolistrik sendiri ditemukan berdasarkan eksperimen yang dilakukan pada abad ke 19. Untuk mengetahui lebih dalam lagi mengenai eksperimen ini dan yakin akan teori tersebut, yuk simak penjelasan fotolistrik berikut ini.
Eksperimen Fotolistrik dilakukan dengan cara meletakan dua pelat yaitu pelat E dan pelat C. Pelat logam E diletakan pada selubung gelas lalu menambahkan cahaya ke pelat tersebut. Pelat logam C dipasang secara sejajar dengan tujuan untuk menangkap elektron. Pada kedua pelat logam tersebut diletakan sirkuit yang mempunyai amperemeter.
Alat tersebut berfungsi untuk membaca besaran aliran elektron pada pelat logam C dan pelat E. Hasil eksperimen akan menunjukan hubungan beda potensial dan arus fotolistrik pada kedua pelat logam serta adanya dua jenis cahaya.
Saat nilai beda potensial menurun, bahkan mencapai minus, maka tidak ada arus yang mengalir dalam pelat logam tersebut. Sehingga tidak ada efek fotolistrik antara kedua pelat. Namun, jika nilai beda potensial menaik, maka ada arus yang mengalir hingga mencapai nilai maksimum.
Arus maksimum akan terus naik jika intensitas cahaya meningkat. Karena semakin banyak elektron yang keluar dari pelat, maka semakin banyak intensitas cahaya yang ditembakan pada pelat logam tersebut. Apabila beda potensial mencapai nilai 0 maka disebut Voltase henti.
Berdasarkan eksperimen yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa nilai Voltase atau beda potensial, dipengaruhi oleh banyaknya muatan elektron yang keluar dan tidak terpengaruh pada intensitas cahaya.
Teori Kuantum Tentang Efek Fotolistrik
Dalam arus fotolistrik terdapat sebuah teori mengenai foton dan intensitas cahaya yang terdapat pada semua energi ke elektron dalam pelat logam. Pemindahan energi terjadi melalui konfigurasi suatu elektron dari satu foton. Namun, penyerapan energi tersebut saat energi dipindahkan ke elektron dengan waktu tertentu.
Teori ini menggunakan foton sebagai model cahaya, sehingga efek fotolistrik dijelaskan dalam konsep berikut.
1. Nilai Energi Kinetik yang Keluar oleh Elektron Tidak Dipengaruhi oleh Intensitas Cahaya.
Hal ini menunjukan bahwa intensitas cahaya tidak mempengaruhi nilai energi kinetik pada setiap elektron. Jika intensitas cahaya ditambah, maka jumlah elektron juga bertambah namun energi kinetik tidak berubah.
2. Dalam Waktu Singkat, Elektron Terlepas dari Logam.
Besarnya energi yang dibawa oleh foton akan berpengaruh pada waktu cahaya yang datang dengan fotoelektron yang keluar dari logam. Apabila intensitas cahaya yang diterima tinggi, maka foton yang datang per satuan waktu pun juga tinggi.
3. Frekuensi Cahaya Tidak Berpengaruh pada Keluarnya Elektron.
Apabila elektron tidak dapat dikeluarkan dari pelat logam, maka energi yang dibawa oleh foton mempunyai besaran yang kurang dari fungsi kerjanya. Sehingga menghalangi elektron yang ingin keluar dari permukaan logam.
4. Frekuensi Cahaya Mempengaruhi Besarnya Energi Kinetik Maksimum Fotoelektron.
Foton yang mempunyai frekuensi tinggi mampu membawa energi kinetik yang besar untuk mengeluarkan foto elektron dari logam. Namun, jika foton mempunyai frekuensi yang rendah, fotoelektron tidak dapat dikeluarkan karena energi kinetik yang rendah.
Contoh Soal Efek Fotolistrik
Selain membahas eksperimen efek fotolistrik beserta teorinya, kamu juga harus mempelajari contoh soal dan pembahasan dari fotolistrik tersebut.
Contoh Soal 1
Pelat logam Cu ditembakkan dengan cahaya yang panjang gelombangnya dapat mencapai 200 nm. Dari pelat tersebut, berapakah energi kinetik maksimum yang dikeluarkan oleh fotoelektron?
Diketahui:
Pelat Logam Cu mempunyai Fungsi Kerja atau eV = 4.70
Panjang gelombang atau λ = 200 nm
hc = 1240 eV nm
Ditanyakan:
Berapa besarnya energi kinetik maksimumnya?
Jawab:
Ek maks = (hf / λ) – ɸ
= (1240 / 200) – 4.70
= 6.20 – 4.70
= 1.50 eV
Nilai frekuensi ambang untuk pelat logam Cu yaitu:
λ = hc / ɸ
= 1240 / 4.70
= 264 nm
Maka dengan panjang gelombang 200 nm, diperoleh energi kinetik sebesar 1.5 eV.
Contoh Soal 2
Sebuah logam Zn mempunyai energi kinetik maksimum sebesar 1.88 Ev. Berapa frekuensi ambang logam tersebut?
Diketahui:
Pelat Logam Zn = 4.31
hc = 1240 eV nm
Energi kinetik maksimum = 1.88 eV
Ditanyakan:
Berapa frekuensi ambangnya?
Jawab:
λ = hc / ɸ
= 1240 / 4.31
= 288 nm
Maka dengan panjang gelombang pelat logam Zn tersebut yaitu 288 nm.
Contoh Soal 3
Terdapat dua buah pelat logam Na dan juga Ag. Pelat logam Na mempunyai panjang gelombang 188 nm dan pelat logam Ag panjang gelombangnya 320 nm. Berapakah total energi kinetik maksimum kedua pelat logam tersebut?
Diketahui
Pelat Logam Na = 2.46
Pelat Logam Ag = 4.73
Panjang gelombang Na = 188 nm
Panjang gelombang Ag = 320 nm
hc = 1240 eVnm
Ditanyakan:
Berapa total energi kinetik maksimum kedua pelat tersebut?
Jawab:
Ek maks Na = (hf / λ) – ɸ
= (1240 / 188) – 2.46
= 6.6 – 2.46
= 4.14 eV
Ek maks Ag = (hf / λ) – ɸ
= (1240 / 320) – 4.73
= 3.9 – 4.73
= -0.86 eV
Maka, Ek maks Na+Ag = 4.14 + (- 0.86)
= 3.28 eV
