yaitu terlepa terlepasny snyaa elektro elektron n dari dari permuka permukaan an logam logam Efek fotolistr fotolistrik ik yaitu karena logam tersebut disinari cahaya. Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian Albert Einstein mengadakan suatu penelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut oton yang memiliki energi sebesar h. Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan efek fotolistrik .
Percobaan Efek Fotolistrik
Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik
!ambar diatas menggambarkan skema alat yang digunakan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut terdiri atas tabung hampa udara yang yang dileng dilengkap kapii dengan dengan dua elektr elektroda oda A dan " dan dihubu dihubungk ngkan an dengan dengan sumber tegangan arus searah #$%&. Pada saat alat tersebut dibawa ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya arus listrik. Akan teta tetapi pi pada pada saat saat perm permuk ukaa aan n 'ato 'atoda da # A& A& dijat dijatuh uhka kan n sinar sinar ampe amperem remete eter r menunjukkan adanya arus listrik. (al ini menunjukkan adanya aliran arus listrik listrik.. Alira Aliran n arus arus ini terjadi terjadi karena karena adanya adanya elektro elektron n yang yang terlepa terlepass dari dari permukaan #yang selanjutnya disebut elektron oto& A A bergerak bergerak menuju menuju B. B. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negati, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu #-V #-V o&, amperemeter
menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari keping A. Potensial V o ini disebut potensial henti, yang nilainya tidak tergantung pada intensitas cahaya yang dijatuhkan. (al ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar )
Grafik hubungan antara intensitas dengan potensial henti
dengan )
Ek * energi kinetik elektron oto #+ atau e& m * massa elektron #kg& v * kecepatan elektron #ms& e * muatan elektron #%& V o * potensial henti #olt&
(asil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah akta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik . 'arakteristik itu adalah sebagai berikut. /. (anya cahaya yang sesuai #yang memiliki rekuensi yang lebih besar dari rekuensi tertentu saja& yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik #yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat&. 0rekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut rekuensi ambang logam. 0rekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu. 1. 'etika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan eek otolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam #yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar&. 2etapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan rekuensi yang lebih kecil dari rekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar. 3. 'etika terjadi efek fotolistrik , arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. 4ni berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.
'arakteristik dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang cahaya. $iperlukan cara pandang baru dalam mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak dipandang sebagai gelombang yang dapat memiliki energi yang kontinu melainkan cahaya sebagai partikel. Perangkat teori yang menggambarkan cahaya bukan sebagai gelombang tersedia melalui konsep energi diskrit atau terkuantisasi yang dikembangkan oleh Planck dan terbukti sesuai untuk menjelaskan spektrum radiasi kalor benda hitam. 'onsep energi yang terkuantisasi ini digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek fotolistrik . $i sini, cahaya dipandang sebagai kuantum energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai
E = hf
Teori Kuantum Tentang Efek Fotolistrik
2eori kuantum mampu menjelaskan peristiwa ini karena menurut teori kuantum bahwa oton memiliki energi yang sama, yaitu sebesar h, sehingga menaikkan intensitas oton berarti hanya menambah banyaknya oton, tidak menambah energi oton selama rekuensi oton tetap. Menurut Einstein energi yang dibawa oton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi ini jika diberikan pada elektron akan diberikan seluruhnya, sehingga oton tersebut lenyap. 5leh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. "esarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut ungsi kerja #W o& atau energi ambang. "esarnya W o tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi oton yang diberikan pada elektron lebih besar dari ungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron. Akan tetapi jika energi oton lebih kecil dari energi ambangnya #h f < W o& tidak akan menyebabkan
elektron
oto.
0rekuensi
oton
terkecil
yang
mampu
menimbulkan elektron oto disebut rekuensi ambang. 6ebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan elektron oto disebut panjang gelombang ambang. 6ehingga hubungan antara energi oton, ungsi kerja dan energi kinetik elektron oto dapat dinyatakan dalam persamaan ) E = W o Ek sehingga
atau
Ek = E ! W o
Ek = hf ! hfo = h "f ! fo# h * ho 7 Ekm
Grafik hubungan antara Ek dengan dengan ) Ek * energi kinetik maksimum elektron oto h * konstanta Planck f * rekuensi oton fo * rekuensi ambang m * massa electron
Mekanisme Emisi
0oton dari sinar memiliki energi karakteristik yang ditentukan oleh rekuensi cahaya. $alam proses photoemission, jika elektron dalam beberapa bahan menyerap energi dari satu oton dan dengan demikian memiliki lebih banyak energi daripada ungsi kerja #energi ikat elektron& dari materi, itu dikeluarkan. +ika energi oton terlalu rendah, elektron tidak bisa keluar dari materi. Peningkatan intensitas sinar meningkatkan jumlah oton dalam berkas cahaya, dan dengan demikian meningkatkan jumlah elektron, tetapi tidak meningkatkan energi setiap elektron yang dimemiliki. Energi dari elektron yang dipancarkan tidak tergantung pada intensitas cahaya yang masuk, tetapi hanya pada energi atau rekuensi oton indiidual. 4ni adalah interaksi antara oton dan elektron terluar. Elektron dapat menyerap energi dari oton ketika disinari, tetapi mereka biasanya mengikuti prinsip 8semua atau tidak8 . 6emua energi dari satu oton harus diserap dan digunakan untuk membebaskan satu elektron dari atom yang mengikat, atau energi dipancarkan kembali. +ika energi oton diserap, sebagian energi membebaskan elektron dari atom, dan sisanya dikontribusi untuk energi kinetik elektron sebagai partikel bebas.
2idak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi di bawah rekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan energi yang cukup untuk mengatasi ikatan atom. Elektron yang dipancarkan biasanya disebut otoelektron dalam banyak buku pelajaran. Eek otolistrik banyak membantu penduaan gelombang-partikel, dimana sistem isika #seperti oton dalam kasus ini& dapat menunjukkan kedua siat dan kelakuan sepertigelombang dan seperti-partikel, sebuah konsep yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum. Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang memperluas kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck.
Hukum emisi fotolistrik:
Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah otoelektron yang dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg digunakan. Untuk logam tertentu, terdapat rekuensi minimum radiasi. di bawah rekuensi ini otoelektron tidak bisa dipancarkan. $i atas rekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan otoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada rekuensi cahaya. Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran otoelektron sangat kecil, kurang dari /9:; detik.
Potensial Penghenti
(ubungan antara arus dan tegangan diterapkan menggambarkan siat efek fotolistrik . Untuk diskusi, sumber cahaya menerangi P piring, dan lain elektrode pelat < mengumpulkan setiap elektron yang dipancarkan. 'ami berariasi potensial antara P dan < dan mengukur arus yang mengalir dalam sirkuit eksternal antara dua lempeng. +ika rekuensi dan intensitas radiasi insiden adalah tetap, arus otolistrik meningkat secara bertahap dengan peningkatan potensi positi sampai semua oto elektron yang dipancarkan dikumpulkan. Arus otolistrik mencapai nilai saturasi dan tidak meningkatkan lebih lanjut untuk peningkatan potensi positi. Arus saturasi tergantung pada intensitas pencahayaan, tapi tidak panjang gelombang. +ika kita menerapkan potensi negati ke piring < sehubungan dengan plat P dan secara bertahap meningkatkan itu, berkurang saat otolistrik sampai nol, pada potensial negati tertentu di piring <. potensi negati minimum yang diberikan ke piring < di mana arus otolistrik menjadi nol disebut potensial menghentikan atau memotong potensial. =>?
Untuk rekuensi yang diberikan radiasi insiden, potensi berhenti adalah independen dari intensitasnya. Untuk rekuensi yang diberikan radiasi insiden, potensi o berhenti berhubungan dengan energi kinetik maksimum otoelektron yang hanya berhenti dari 2. piring mencapai +ika m adalah massa dan adalah kecepatan maks maksimum otoelektron dipancarkan, maka) 'max*/1.m.1
+ika e adalah muatan pada elektron dan 9 adalah potensial penahan, maka pekerjaan yang dilakukan oleh potensi perlambatan dalam menghentikan elektron * e 9, yang memberikan) /1.m.1*e.o
(ubungan di atas menunjukkan bahwa kecepatan maksi mum otoelektron dipancarkan tidak tergantung pada intensitas cahaya insiden. 5leh karena itu, 'max * e.o
2egangan menghentikan berariasi secara linear dengan rekuensi cahaya, tapi tergantung pada jenis bahan. Untuk materi tertentu, ada rekuensi ambang yang harus dilampaui, independen dari intensitas cahaya, untuk mengamati emisi elektron.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Efek Fotolistrik
2erdapat beberapa aktor yang mempengaruhi otolistrik ini yaitu ) /. 0aktor yang mempengaruhi keluar atau tidaknya elektron adalah rekuensi dari cahaya dan jenis logam yang dipakai. 1. 0rekuensi cahaya mempengaruhi energi kinetik dari elektron oleh karena itu, seberapa cepatnya elektron bergerak setelah keluar dari logam ditentukan oleh rekuensi cahaya 3. "anyak atau tidaknya elektron yang keluar ditentukan oleh besarnya intensitas cahaya yang diberikan.
