EFEK FOTOLISTRIK

Nama                          : Reo Ramandha
Nim                             : 321200062
Kelas                           : A Sore
Semester                     : VI
Mata Kuliah              : E-Learning

EFEK FOTOLISTRIK

1.        Tujuan

Dengan simulasi yang diberikan, siswa dapat memahami peristiwa efek fotolistrik

2.        Dasar Teori

Efek fotolistrik adalah keluarnya elektron-elektron dari permukaan logam ketika logam tersebut dikenai seberkas cahaya. Elektron yang keluar disebut elektron foto. Einstein pada tahun 1905 memandang cahaya sebagai paket-paket energi yang disebut Foton. Jika berkas cahaya yang mengenai permukaan logam memiliki frekuensi f, maka energi tiap foton cahaya adalah hf. Elektron-elektron didekat permukaan logam terikat dalam struktur atom. Besar energi ikatan ini bergantung pada jenis logam, dan disebut Energi ambang atau fungsi Kerja Logam (diberi notasi W₀). Sebagai contoh, energi ambang logam seng adalah 4,31 eV dan logam Aluminium adalah 4,08 eV. Jika energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil daripada energi ambang logam (hf < W₀) maka elektron-elektron tidak akan keluar dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang kita berikan. Tetapi dengan mengganti dengan cahaya yang frekuensinya lebih tinggi atau mengganti dengan logam yang energi ambangnya lebih kecil, sedemikian energi foton lebih besar daripada energi ambang (hf > W₀) akan menyebabkan elektron-elektron keluar dari permukaan walaupun intensitas cahaya kecil. Jika hf > W₀ , berulah itensitas cahaya akan menentukan jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam. Makin besar intensitas cahaya makin banyak elektron yang keluar dari permukaan logam. Untuk lebih jelasnya perhatikan prosedur simulasi berikut.

1.      Gambar rangkaian ekperimen efek fotolistrik

Gambar 1. Rangkaian ekperimen efek fotolistrik

2.      Objek logam menggunakan logam sodium

3.      Objek logam sodium di sinari cahaya warna kuning dengan panjang gelombang   λ = 582 nm dengan intensitas 50 %.

Gambar 2. Logam sodium disinari cahaya kuning dengan intensitas 50%

Gambar 3. Logam sodium disinari cahaya kuning dengan intensitas 100%

Terlihat bahwa tidak terjadinya pelepasan elektron oleh logam. Hal ini disebabkan oleh energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil daripada energi ambang logam (hf < W₀) atau frekuensi foton lebih kecil dari energi ambang logam, dengan demikian elektron-elektron tidak akan keluar dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang kita berikan.

4.   Logam sodium disinari cahaya ungu dengan panjang gelombang λ = 400 nm (Ingat : energi sebanding dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang) dengan intensitas 50%.

Gambar 4. Logam sodium disinari cahaya ungu dengan intensitas 50%

Dari gambar 4 diatas terlihat bahwa elektron terlepas dari logam dan tertarik ke anoda (kutub positif). Terlihat bahwa elektron bergerak dari katoda(kutub negatif) sisi kiri ke anoda(kutub positif) sisi kanan. Selain itu, terbuktinya perpindahan atau terlepasnya elektron dari logam dapat dilihat bahwa terbacanya arus sebesar 0,071 A. Hal tersebut terjadi karena dengan mengganti cahaya yang frekuensinya lebih tinggi, sedemikian energi foton lebih besar daripada energi ambang (hf > W₀), sehingga menyebabkan elektron-elektron keluar dari permukaan logam walaupun intensitas cahaya kecil.

5.  Jika hf > W₀ , intensitas cahaya akan  menentukan jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam. Makin besar intensitas cahaya makin banyak elektron yang keluar dari permukaan logam. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar simulasi berikut.

Gambar 5. Logam sodium disinari cahaya ungu dengan intensitas 100%

Berdasarkan gambar diatas, terlihat bahwa jumlah elektron yang keluar dari logam bertambah banyak. Selain itu, dengan dibuktikan arus yang bertambah besar yaitu 0,141 A.

Untuk elektron yang sangat dekat dengan permukaan logam, maka begitu terlepas dari ikatannya, elektron bebas ini segera keluar dengan kecepatan tertentu dari permukaan. Elektron bebas dengan keadan seperti ini kita katakan memilki energi kinetik maksimum. Besar energi kinetik maksimum (diberi lambang E_km ) sama dengan selisih antara energi foton hf  dengan energi ambang W₀. Dengan demikian persamaan-persamaan yang berlaku bagi efek fotolistrik adalah sebagai  berikut.

Keterangan:

W₀        = Energi ambang logam atau fungsi kerja logam (J)

f0          = frekuensi ambang logam (Hz)

f           = frekuensi foton cahaya (Hz)

Ekm      = energi kinetik maksimum elektron (J)

m         = masaa elektron (kg),

v_m        = kelajuan maksimum elektron keluar dari permukaan (m/s)

λ          = panjang gelombang foton (m)

λ₀         = panjang gelombang ambang logam (m)

c          = kecepatan cahaya (3,0 x 10⁸ m/s)

h          = Tetapan Planck (6,63 x 10^-34 Js)

                                                                                                  (Kanginan, 2007:172-173)

3.        Kesimpulan

Efek fotolistrik adalah keluarnya elektron-elektron dari permukaan logam ketika logam tersebut dikenai seberkas cahaya dengan syarat frekuensi atau energi foton cahaya hf  lebih besar dari energi ambang logam W₀.

Contoh Soal

Elektron suatu bahan baru dapat terlepas bila disinari oleh cahaya yang panjang gelombangnya 4400 Ǻ (konstanta Planck h = 6,6 x 10^-34 Js, cepat rambat cahaya   c = 3 x 10⁸ m/s).

(     a) Berapakah besar fungsi kerja bahan tersebut ?

(     b) Jika cahaya yang digunakan panjang gelombangnya 3300 Ǻ, berapakah energi kinetik maksimum       elektron yang lepas ?

Penyelesaian:

Diketahui: panjang gelombang ambang λ₀ = 4400 x 10^-10 m = 4,4 x 10^-7 m
                h = 6,6 x 10^-34 Js
                 c = 3 x 10⁸ m/s

(     a) Fungsi Kerja Logam W₀ adalah:

(     b)  Panjang Gelombang foton λ = 3300 x 10^-10 m = 3,3 x 10^-7 m

Referensi Buku:

Kanginan, M. 2007. Seribu Pena FISIKA Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga