EFEK FOTO LISTRIK
Dalam
postulatnya Planck mengkuantisasikan energi yang dapat dimiliki osilator,
tetapi tetap memandang radiasi thermal dalam rongga sebagai gejala gelombang.
Einstein dapat menerangkan efek fotolistrik dengan meluaskan konsep kuantisasi
Planck. Einstein menggambarkan bahwa apabila suatu osilator dengan energi
pindah ke suatu keadaan dengan energi, maka osilator tersebut memancarkan suatu
gumpalan energi elektromagnetik dengan energi, Einstein menganggap bahwa
gumpalan energi yang semacam itu yang kemudian dikenal sebagai foton, yang
memiliki sifat-sifat sebagai berikut :
- Pada saat foton meninggalkan permukaan dinding rongga tidak menyebar dalam ruang seperti gelombang tetapi tetap terkonsentrasi dalam ruang yang terbatas yang sangat kecil.
- Dalam perambatannya, foton bergerak dengan kecepatan cahaya c.
- Energi faton terkait dengan frekuensinya yang memenuhi e = hv.
- Dalam proses efek fotolistrik energi foton diserap seluruhnya oleh elektron yang berada di permukaan logam.
Lima tahun
sesudah Planck mengajukan makalah ilmiahnya tentang teori radiasi thermal oleh
benda hitam sempurna, yaitu pada tahun 1905, Albert Einstein mengemukakan teori
kuantum untuk menerangkan gejala fotolistrik. Secara eksperimental sahihnya
teori kuantum itu dibuktikan oleh Millikan pada tahun 1914. Millikan secara
eksperimental membuktikan hubungan linear antara tegangan pemberhentian
elektron dan frekwensi cahaya yang mendesak elektron pada bahan katoda
tertentu.
Pada tahun
1921 Albert Einstein memperoleh hadian Nobel untuk Fisika, karena secara
teoritis berhasil menerangkan gejala efek fotolistrik. Kesahihan penafsiran
Einstein mengenal fotolistrik diperkuat dengan telaah tentang emisi termionik.
Telah alam diketahui bahwa dengan adanya panas akan dapat meningkatkan konduktivitas
udara yang ada di sekelilingnya. Menjelang abad ke-19 ditemukan emisi elektron
dari benda panas. Emisi termionik memungkinkan bekerjanya piranti seperti
tabung televisi yang di dalamnya terdapat filamen logam atau katoda berlapisan
khusus yang pada temperatur tinggi mampu menyajikan arus elektron yang rapat.
Jelaslah
bahwa elektron yang terpancar memperoleh energi dari agitasi thermal zarah pada
logam, dan dapat diharapkan bahwa elektron harus mendapat energi minimum
tertentu supaya dapat lepas. Energi minimum ini dapat ditentukan untuk berbagai
permukaan dan selalu berdekatan dengan fungsi kerja fotolistrik untuk permukaan
yang sama. Dalam emisi fotolistrik, foton cahaya menyediakan energi yang
diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedang dalam emisi termionik kalorlah
yang menyediakannya. Dalam kedua kasus itu proses fisis yang bersangkutan
dengan timbulnya elektron dari permukaan logam adalah sama.
BAB I
PENDAHULUAN
Untuk membangkitkan tenaga listrik
dari cahaya matahari kita mengenal istilah sel surya. Namun tahukah kita bahwa
sel surya itu sebenarnya memanfaatkan konsep efek fotolistrik. Efek ini akan
muncul ketika cahaya tampak atau radiasi UV jatuh ke permukaan benda tertentu.
Cahaya tersebut mendorong elektron keluar dari benda tersebut yang jumlahnya
dapat diukur dengan meteran listrik. Konsep yang sederhana ini tidak ditemukan
kemudian dimanfaatkan begitu saja, namun terdapat serangkain proses yang
diwarnai dengan perdebatan para ilmuan hingga ditemukanlah definisi cahaya yang
mewakili pemikiran para ilmuan tersebut, yakni cahaya dapat berprilaku sebagai
gelombang dapat pula sebagai pertikel. Sifat mendua dari cahaya ini disebut
dualisme gelombang cahaya.
Meskipun
sifat gelombang cahaya telah berhasil diaplikasikan sekitar akhir abad ke-19,
ada beberapa percobaan dengan cahaya dan listrik yang sukar dapat diterangkan
dengan sifat gelombang cahaya itu. Pada tahun 1888 Hallwachs mengamati bahwa
suatu keping itu mula-mula positif, maka tidak terjadi kehilangan muatan.
Diamatinya pula bahwa suatu keping yang netral akan memperoleh muatan positif
apabila disinari. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengamatan-pengamatan di
atas adalah bahwa chaya ultraviolet mendesak keluar muatan litrik negatif
dari permukaan keping logam yang netral. Gejala ini dikenal sebagai efek
fotolistrik.
Uraian diatas merupakan pengantar
untuk memasuki sebuah penjelasan yang lebih detail dan mendalam tentang efek
fotolistrik. Ada beberapa hal yang akan dibahas oleh penulis disini seperti
sejarah penemuan Efek Foto Listrik,sekilas tentang Efek Foto Listrik,
pengertian dan pengkajian mendalam tentang Efek Foto Listrik, soal-soal dan
pembahasan dan aplikasi Efek Foto Listrik dalam kehidupan sehari-hari.
Terdapat
begitu banyak manfaat dari Efek Foto Listrik ini, tentunya akan kita ketahui
melalui pengkajian yang mendalam melalui materi ini dan harapan kita tentunya
agar kita dapat mengaplikasikannya atau minimal dapat menjelaskannya kepada
orang disekitar kita tentang sebuah fenomena fisika yang begitu memukau ini.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
sejarah Penemuan Teori Efek Foto Listrik
Seratus
tahun lalu, Albert Einstein muda membuat karya besarnya. Tak tanggung-tanggung,
ia melahirkan tiga buah makalah ilmiah yang menjadikan dirinya ilmuwan paling
berpengaruh di abad ke-20. Tahun itu dianggap annus mirabilis atau Tahun
Keajaiban Einstein. Salah satu makalah itu adalah tentang efek fotolistrik.
Oleh panitia Hadiah Nobel Fisika, makalah itu dianugerahi Hadiah Nobel Fisika
pada 1921.
Einstein
termashur dengan teori relativitasnya. Hampir semua orang kenal formula E =
mc2, namun sedikit saja yang mengetahui apa itu efek fotolistrik yang
mengantarkan Einstein sebagai ilmuwan penerima hadiah Nobel. Pada tahun 1921
panitia hadiah Nobel menuliskan bahwa Einstein dianugrahi penghargaan tertinggi
di bidang sains tersebut atas jasanya di bidang fisika teori terutama untuk
penemuan hukum efek fotolistrik. Lantas mengapa ia tidak menerima Nobel dari teori relativitas yang berdampak filosofis tinggi tersebut?
penemuan hukum efek fotolistrik. Lantas mengapa ia tidak menerima Nobel dari teori relativitas yang berdampak filosofis tinggi tersebut?
Apa
hubungan Max Planck dan Albert Einstein? Pada 1990, Max Karl Ernst Ludwig
Planck (1858-1947), ilmuwan dari Universitas Berlin, Jerman, mengemukakan
hipotesisnya bahwa cahaya dipancarkan oleh materi dalam bentuk paket-paket
energi yang ia sebut quanta. Ia memformulakannya sebagai hv. Penemuan Planck
itu membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel Bidang Fisika pada 1918.
Gagasan
ini diperluas oleh Einstein lima tahun setelah itu. Dalam makalah ilmiah
tentang efek fotolistrik, menurut Einstein, cahaya terdiri dari partikel-partikel
yang kemudian disebut sebagai foton. Ketika cahaya ditembakkan ke suatu
permukaan logam, foton-fotonnya akan menumbuk elektron-elektron pada permukaan
logam tersebut sehingga elektron itu dapat lepas. Peristiwa lepasnya elektron
dari permukaan logam itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik.
Efek
fotolistrik merupakan proses perubahan sifatsifat konduksi listrik di dalam
material karena pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini
mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor,
atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dalam metal. Fenomena
pertama dikenal sebagai efek fotolistrik internal, sedangkan fenomena kedua
disebut efek fotolistrik eksternal.
Einstein
menyelesaikan paper yang menjelaskan efek ini pada tanggal 17 Maret 1905 dan
mengirimkannya ke jurnal Annalen der Physik, persis 3 hari setelah ulang
tahunnya yang ke 26. Di dalam paper tersebut Einstein untuk pertama kalinya
memperkenalkan istilah kuantum (paket) cahaya. Pada pendahuluan paper ia
berargumentasi bahwa prosesproses seperti radiasi benda hitam, fotoluminesens,
dan produksi sinar katode, hanya dapat dijelaskan jika energi cahaya tersebut
tidak terdistribusi secara kontinyu.
Pada
kenyataanya, inilah ikhwal lahirnya fisika modern yang menampik asumsi teor-teori
mapan saat itu. Salah satunya adalah teori Maxwell yang berhasil memadukan
fenomena kelistrikan dan kemagnetan dalam satu formula serta menyimpulkan bahwa
cahaya merupakan salah satu wujud gelombang elektromagnetik. Jelas dibutuhkan
waktu cukup lama untuk meyakinkan komunitas fisika jika cahaya memiliki sifat granular.
Dalam
kenyataanya dibutuhkan hampir 11 tahun hingga seorang Robert Millikan berhasil
membuktikan hipotesis Einstein. Tidak tanggung-tanggung juga, Millikan
menghabiskan waktu 10 tahun untuk pembuktian tersebut.
Pada saat
itu Einstein mempublikasikan paper lain berjudul Teori Kuantum Cahaya. Di dalam
paper ini ia menjelaskan proses emisi dan absorpsi paket cahaya dalam molekul,
serta menghitung peluang emisi spontan dan emisi yang
diinduksi yang selanjutnya dikenal sebagai koefisien EinsteinA danB. Kedua koefisien ini bermanfaat dalam menjelaskan secara teoretis penemuan laser di kemudian hari. Tujuh tahun kemudian Arthur Compton berhasil membuat eksperimen yang membuktikan sifat kuantum cahaya tersebut dengan bantuan teori relativitas khusus.
diinduksi yang selanjutnya dikenal sebagai koefisien EinsteinA danB. Kedua koefisien ini bermanfaat dalam menjelaskan secara teoretis penemuan laser di kemudian hari. Tujuh tahun kemudian Arthur Compton berhasil membuat eksperimen yang membuktikan sifat kuantum cahaya tersebut dengan bantuan teori relativitas khusus.
Ide Einstein
memicu Louis de Broglie menelurkan konsep gelombang materi. Konsep ini
menyatakan benda yang bergerak dapat dianggap sebagai suatu gelombang dengan
panjang gelombang berbanding terbalik terhadap momentumnya. Sederhananya, ide
de Broglie ini merupakan kebalikan dari ide Einstein. Kedua ide ini selanjutnya
membantu melahirkan mekanika kuantum melalui
persamaan Schroedinger yang menandai berakhirnya masa fisika klasik.
persamaan Schroedinger yang menandai berakhirnya masa fisika klasik.
2.2
Sekilas Tentang Efek Foto Listrik
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 foton yang
memiliki energi sebesar hf. Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal
dengan sebutan efek fotolistrik. Peristiwa efek fotolistrik yaitu
terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari
cahaya.
Gambar
(7.4) menggambarkan
skema alat yang digunakan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut
terdiri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda A dan B
dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah (DC). Pada saat alat
tersebut dibawa ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya
arus listrik. Akan tetapi pada saat permukaan Katoda (A) dijatuhkan sinar
amperemeter menunjukkan adanya arus listrik. Hal ini menunjukkan adanya aliran
arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari
permukaan (yang selanjutnya disebut elektron foto) A bergerak menuju B.
Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik
juga semakin mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya
negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu (-Vo), amperemeter
menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak
ada elektron yang keluar dari keping A. Potensial Vo ini disebut potensial
henti, yang nilainya tidak= tergantung pada intensitas cahaya yang
dijatuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang
keluar dari permukaan adalah sebesar:
Ek
= mv2 = e Vo …. (7.4)
dengan :
Ek = energi kinetik elektron foto (J
atau eV)
m = massa elektron (kg)
v = kecepatan elektron (m/s)
e = muatan elektron (C)
Vo = potensial henti (volt)
Berdasarkan
hasil percobaan ini ternyata tidak semua cahaya (foton) yang dijatuhkan pada
keping akan menimbulkan efek fotolistrik. Efek fotolistrik akan timbul jika
frekuensinya lebih besar dari frekuensi tertentu. Demikian juga frekuensi
minimal yang mampu menimbulkan efek fotolistrik tergantung pada jenis logam
yang dipakai. Selanjutnya, marilah kita pelajari bagaimana pandangan teori
gelombang dan teori kuantum (foton) untuk menjelaskan peristiwa efek
fotolistrik ini. Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting,
yaitu frekuensi (panjang
gelombang)
dan intensitas.
Ternyata
teori gelombang gagal menjelaskan tentang sifat-sifat penting yang terjadi pada
efek fotolistrik, antara lain :
a. Menurut
teori gelombang, energi kinetik elektron foto harus bertambah besar jika
intensitas foton diperbesar. Akan tetapi kenyataan menunjukkan bahwa energi
kinetik elektron foto tidak tergantung pada intensitas foton yang dijatuhkan.
b. Menurut
teori gelombang, efek fotolistrik dapat terjadi pada sembarang frekuensi, asal
intensitasnya memenuhi. Akan tetapi kenyataannya efek fotolistrik baru akan
terjadi jika frekuensi melebihi harga tertentu dan untuk logam tertentu
dibutuhkan frekuensi minimal yang tertentu agar dapat timbul elektron foto.
c. Menurut
teori gelombang diperlukan waktu yang cukup untuk melepaskan elektron dari
permukaan logam. Akan tetapi kenyataannya elektron terlepas dari permukaan
logam
dalam waktu singkat (spontan) dalam waktu kurang 10-9 sekon setelah waktu
penyinaran.
d. Teori
gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto
bertambah jika frekuensi foton yang dijatuhkan diperbesar. Teori kuantum mampu
menjelaskan peristiwa ini karena menurut teori kuantum bahwa foton memiliki
energi yang sama, yaitu sebesar hf, sehingga menaikkan intensitas foton
berarti hanya menambah banyaknya foton, tidak menambah energi foton selama
frekuensi foton tetap.
Menurut
Einstein energi yang dibawa foton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi
ini jika diberikan pada elektron akan diberikan seluruhnya, sehingga foton
tersebut lenyap. Oleh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka
diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. Besarnya energi
minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi
kerja (Wo) atau energi ambang. Besarnya Wo tergantung
pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan pada
elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan
berubah menjadi energi kinetik elektron. Akan tetapi jika energi foton lebih
kecil dari energi ambangnya (hf < Wo) tidak akan menyebabkan elektron
foto. Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto disebut
frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan
elektron foto disebut panjang
gelombang
ambang. Sehingga
hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik elektron foto
dapat dinyatakan
dalam
persamaan :
E
= Wo + Ek atau
Ek = E – Wo
Ek
= hf – hfo = h (f – fo) …. (7.5)
dengan :
Ek = energi kinetik maksimum elektron
foto
h = konstanta Planck
f = frekuensi foton
fo = frekuensi ambang
2.3
Pengkajian Mendalam Tentang Efek Foto Listrik
Ketika
seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan
logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui
prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang
terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat
ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang
mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada
salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya
elektron-elektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara
bersama-sama membentuk arus listrik.
Hasil
pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang
merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah sebagai
berikut.
- hanya cahaya yang sesuai (yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja) yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu.
- ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.
- ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.
Karakteristik
dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori
gelombang cahaya. Diperlukan 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. Konsep energi yang
terkuantisasi ini digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek
fotolistrik. Di sini, cahaya dipandang sebagai kuantum energi yang hanya
memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai E = hf.
Konsep
penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek
fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu
kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk
bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan sebagai
Energi
cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron
E = W0
+ Ekm
hf = hf0
+ Ekm
Ekm
= hf – hf0
Persamaan
ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. Perlu diperhatikan
bahwa W0 adalah energi ambang logam atau fungsi kerja logam, f0
adalah frekuensi ambang logam, f adalah frekuensi cahaya yang digunakan, dan Ekm
adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke
pelat logam yang lain. Dalam bentuk lain persamaan efek fotolistrik dapat
ditulis sebagai
Dimana m
adalah massa elektron dan ve adalah dan kecepatan elektron. Satuan
energi dalam SI adalah joule (J) dan frekuensi adalah hertz (Hz). Tetapi,
fungsi kerja logam biasanya dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV) sehingga
perlu diingat bahwa 1 eV = 1,6 × 10−19 J.
Gerakan
elektron yang ditandai sebagai arus listrik pada gejala efek fotolistrik dapat
dihentikan oleh suatu tegangan listrik yang dipasang pada rangkaian. Jika pada
rangkaian efek fotolistrik dipasang sumber tegangan dengan polaritas terbalik
(kutub positif sumber dihubungkan dengan pelat tempat keluarnya elektron dan
kutub negatif sumber dihubungkan ke pelat yang lain), terdapat satu nilai
tegangan yang dapat menyebabkan arus listrik pada rangkaian menjadi nol.
Arus nol
atau tidak ada arus berarti tidak ada lagi elektron yang lepas dari permukaan
logam akibat efek fotolistrik. Nilai tegangan yang menyebabkan elektron
berhenti terlepas dari permukaan logam pada efek fotolistrik disebut tegangan
atau potensial penghenti (stopping potential). Jika V0 adalah
potensial penghenti, maka
Ekm
= eV0
Persamaan
ini pada dasarnya adalah persamaan energi. Perlu diperhatikan bahwa e adalah
muatan elektron yang besarnya 1,6 × 10−19 C dan tegangan dinyatakan
dalam satuan volt (V).
2.4
Soal-Soal dan Pembahasan
1.
Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 × 1014 Hz dan logam tersebut disinari
dengan cahaya yang memiliki frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck 6,6× 10-34
Js, tentukan energi kinetik elekton yang terlepas dari permukaan logam
tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
f0 = 8,0 × 1014 Hz
f = 1015 Hz
h = 6,6 × 10-34 Js
Ditanya: Ek
= …?
Jawab: Ek
= h.f – h.f0
= 6,6 ×
10-34(1015 – (8,0 × 1014))
= 1,32 ×
10-19 J
2. Sebuah
logam mempunyai frekuensi ambang 4 x 1014 Hz. Jika logam tersebut dijatuhi
foton ternyata elektron foto yang dari permukaan logam memiliki energi kinetik
maksimum sebesar 19,86 × 10-20 Joule. Hitunglah frekuensi foton tersebut!
(h =
6,62 × 10-34 Js)
Penyelesaian
:
Diketahui : f o = 4 × 1014 Hz
Ek = 19,86 × 10-20 J
h = 6,62 × 10-34 Js
Ditanyakan
: f = …?
Jawab : Wo = hfo
= 6,62 ×
10-34 × 4 × 1014 J
= 26,48 ×
10-20 J
E = Ek + Wo= hf
f = Ek+ Wo /h
=(19,86
×10-20+26,48×10-20)/ 6,62×10-34
= 7 × 1014
Hz
Jadi
frekuensi foton sebesar 7 × 1014 Hz
Soal
Latihan :
1.
Frekuensi ambang suatu logam adalah 6.1014 Hz, jika logam tersebut disinari
cahaya dengan gelombang yang frekuensinya 1015 Hz. Hitunglah energi kinetik
elektron foto yang terlepas dari permukaan logam tersebut! (h = 6,62 × 10-34
Js).
2. Sebuah
elektron baru akan terlepas dari permukaan logam jika disinari cahaya dengan
panjang gelombang 5000 Å. Tentukan : (h = 6,62 × 10-34 Js dan c = 3 × 108
m/s)
a. fungsi
kerja logam tersebut. (Wo = 3,972 × 10-19 J)
b. energi
kinetik elektron foto yang terlepas jika disinari cahaya dengan frekuensi 8 x
1014 Hz! (Ek = 1,324 × 10-19 J).
3. Bila
diketahui fungsi kerja sebuah logam 2,1 eV. Jika foton dengan panjang gelombang
5 × 10-7 m dijatuhkan ke permukaan logam tersebut, tentukan berapa kecepatan
maksimum elektron yang terlepas! (massa elektron (m) = 9,1 × 10-31 kg, muatan
elektron (e) = 1,6 × 10-19 C, dan h = 6,62 × 10-34 Js).
2.5 Aplikasi
Efek Foto Listrik Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Sangat
mengherankan jika kita mendengar bahwa aplikasi pertama efek fotolistrik berada
dalam dunia hiburan. Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing
film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada
saat film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik
dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga
menghasilkan film bersuara.
Aplikasi
paling populer di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda (photomultiplier
tube). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi
elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat
tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan
menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang berhasil
menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun
2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk
tujuan spektroskopi melalui peralatan yang bernama photoelectron
spectroscopy atau PES.
Efek
fotolistrik internal memiliki aplikasi yang lebih menyentuh masyarakat. Ambil
contoh foto-diode atau foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor cahaya
berkecepatan tinggi. Bahkan, dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40
Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11
detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.
foto-transistor
yang sangat kita kenal manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energi
listrik melalui efek fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari
dengan cahaya tampak akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di
satu sisi yang disertai dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan
beda potensial yang jika dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik.
Akhir-akhir
ini kita dibanjiri oleh produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera
CCD (charge coupled device). Sebut saja kamera pada ponsel, kamera
digital dengan resolusi hingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-batang (barcode)
yang dipakai diseluruh supermarket, kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik
internal dalam mengubah citra yang dikehendaki menjadi data-data elektronik
yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer.
Jadi,
tanpa kita sadari kita telah memanfaatkan efek fotolistrik baik internal mau
pun eksternal dalam kehidupan sehari-hari.
BAB III
PENUTUP
3.1.
Kesimpulan
Gejala
foto listrik adalah munculnya arus listrik atau lepasnya elektron yang bermuatan
negatif dari permukaan sebuah logam akibat permukaan logam tersebut disinari
dengan berkas cahaya yang mempunyai panjang gelombang atau frekuensi tertentu.
Ditemukan seratus tahun lalu oleh Albert Einstein muda. Pada tahun
itulah ia membuat karya besarnya. Salah satunya adalah tentang efek
fotolistrik. Oleh panitia Hadiah Nobel Fisika, makalah itu dianugerahi Hadiah
Nobel Fisika pada 1921.
Konsep
penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek
fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu
kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk
bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan sebagai
Energi
cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron
E = W0
+ Ekm
hf = hf0
+ Ekm
Ekm
= hf – hf0
Persamaan
ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein.
Terdapat
berbagai macam aplikasi Efek Foto Listrik dalam kehidupan kita,
diantaranya : proses dubbing film, foto-transistor, sel surya, kamera CCD (charge
coupled device) dan aplikasi paling populer di kalangan akademis
yakni tabung foto-pengganda (photomultiplier tube).
DAFTAR PUSTAKA
Siswanto.
2008. Kompetensi Fisika Untuk SMA. Jakarta: Departemen Pendidkan
Nasional.
Handayani,
Sri. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Departemen
Pendidkan
Nasional
Tidak ada komentar:
Posting Komentar