RumusHitung.Com

A. Efek Fotolistrik

Tahukah kamu? Ketika kita menyorotkan cahaya terhadap logam maka akan ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Kejadian ini disebut gejala fotolistrik. Efek fotolistrik dapat diamati melalui prosedur berikut. Misalnya percobaan dari dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah di tempatkan di dalam tabung yang hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Dari hasil percobaan pertama tidak ditemukan arus listrik yang mengalir karena kedua pelat terpisah. Sedangkan pada percobaan kedua ketika cahaya yang sesuai dikenakan pada salah satu pelat, kemudian muncul indikator yang menandakan adanya arus listrik pada kawat. Terbentuknya arus listrik pada kawat ini terjadi karena elektron-elektron yang ada pada logam secara bersamaan lepas dari pelat satu menuju pelat lain melalui kawat yang menghubungkan kedua pelat logam tersebut.

Dari hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan fakta yang merupakan karakteristik efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah seperti berikut.

1. Hanya cahaya yang sesuai (memiliki frekuensi besar) yang memungkinkan terlepasnya elektron dari pelat logam. Frekuensi tertentu dari cahaya dimana terlepasnya elektron dari logam disebut ambang logam.
2. Jika cahaya yang digunakan menghasilkan gejala efek fotolistrik, maka penambahan intensitas cahaya juga dapat mempengaruhi jumlah elektron yang lepas dari logam. Namun, efek fotolistrik tidak akan muncul apabila frekuensi cahaya lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.
3. Jika terjadi efek fotolistrik, arus listrik akan terdeteksi pada rangkaian kawat setelah cahaya yang sesuai disinarkan pada pelat logam. Maka dari itu tidak ada kesempatan bagi elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.

Karakteristik efek fotolistrik diatas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang. Maka dari itu diperlukan cara berpikir baru yang menjelaskan bahwa cahaya tidak dianggap sebagai suatu gelombang yang memiliki energi secara kontiniu, akan tetapi anggapan bahwa cahaya sebagai partikel. Seperangkat teori yang menggambarkan cahaya bukan gelombang tersedia melalui teori yang dikembangakan oleh Plank tentang konsep energi diskrit atau terkuantisasi dan terbukti sesuai untuk menjelaskan spektrum radiasi kalor benda hitam. Konsep energi yang terkuantisasi ini kemudian digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan gejala efek fotolistrik. Di sini, cahaya dianggap sebagai energi yang diskrit dan tidak kontiniu yang dinyatakan sebagai E = hf.

Konsep penting yang disampaikan oleh Einstein sebagai latar belakang gejala efek fotolistrik yaitu bahwa setiap satu elektron menyerap satu kuantum. Satu kuantum yang diserap oleh elektron ini digunakan elektron untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan dalam bentuk persamaan seperti berikut.

Energi cahaya = Energi Ambang + Energi Kinetik Maksimum Elektron

E = W₀ + E_km
hf = hf₀ + E_km
E_km = hf – hf₀

Persamaan diatas disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. Dan perlu diingat bahwa E adalah energi cahaya, W₀ adalah energi ambang logam atau fungsi kerja logam, E_km adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke pelat logam lain, f₀ adalah frekuensi ambang logam, dan f adalah frekuensi yang digunakan, dan . Dalam bentuk persamaan lain, efek fotolistrik dapat ditulis seperti berikut.

Keterangan:
m = massa elektron
v_e  = kecepatan elektron
f = frekuensi yang digunakan (Hz)
f₀  = frekuensi ambang (Hz)
h = Tetapan Plank  (6,6 x 10^-34 Js)

Contoh Soal:

1. Diketahui frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 x 10¹⁴ Hz dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang memiliki 10¹⁵ Hz. Tentukan energi kinetik elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut! (h = 6,6 x 10^-34 Js)

Penyelesaian:

Diketahui:
f₀ = 8 x 10¹⁴ Hz
f = 10¹⁵ Hz
h = 6,6 x 10^-34

Ditanya: Ek..?

Dijawab:
Ek = hf – hf₀
Ek= 6,6 × 10^-34 (10¹⁵ – (8 ×10¹⁴))
Ek= 1,32 ×10^-19 J

Jadi, Ek yang dimiliki sebesar 1,32 ×10^-19 J

2. Diketahui sebuah logam memiliki frekuensi ambang 4 x 10¹⁴ Hz. Apabila logam tersebut mendapat foton ternyata elektron foton yang di permukaan logam memiliki energi kinetik maksimum sebesar 19,86 x 10^-20 Joule. Hitung frekuensi foton tersebut. (h = 6,62 x 10^-34 Js).

Penyelesaian:

Diketahui:
f₀ = 4 x 10¹⁴ Hz
Ek = 19,86 x 10^-20
h =  6,62 x 10^-34 Js

Ditanya: f..??
Wo = hfo
Wo= 6,62 x 10^-34 x 4 x 10¹⁴
Wo= 26,48 × 10^-20J

E = Ek + Wo = hf
f = Ek + Wo/h
f =(19,86 ×10^-20 + 26,48 × 10^-20) / 6,62×10^-34
f = 7 × 10¹⁴ Hz

Jadi, frekuensi foton sebesar 7 × 10¹⁴ Hz

B. Aplikasi Efek Fotolistrik dalam Kehidupan Sehari-hari

Efek fotolistrik pertama kali diterapkan dalam dunia hiburan. Dengan memanfaatkan alat-alat elektronik yang ada pada waktu itu, suara dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang tepi keping film. Pada saat film diputar, melalui efek fotolistrik ini film dapat diterjemahkan kembali dan sinyal listriknya diperkuat melalui amplifier tabung sehingga dapat menghasilkan film bersuara. Dikalangan akademis, pengaplikasian efek fotolistrik contohnya yaitu penggunaan tabung foto pengganda (photomultiplier tube). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi penggunaan yang tinggi bahkan tabung ini sanggup mendeteksi  foton tunggal sekalipun. Tidak cuma itu, akhir-akhir ini kita telah dibanjiri produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera CCD (charge coupled device) atau sebut saja kamera pada ponsel. Jadi secara tidak sadar kita telah memanfaatkan efek fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari.