Efek Fotolistrik, Hukum Emisi Fotolistrik

Efek Fotolistrik adalah pelepasan electron dari suatu permukaan logam ketika disinari oleh cahaya akibat penyerapan radiasi elektromagnetik berfrekuensi di atas ambangnya yang tergantung pada jenis permukaannya.

Cahaya merambat dalam bentuk paket-paket energy yang disebut dengan foton. Cahaya bersifat sebagai partikel dan sebagai gelombang karena cahaya juga melakukan peristiwa interferensi, difraksi, dan polarisasi. Selain itu, cahaya juga termasuk salah satu gelombang elektromagnetik.

Teori Kuantum Plank

Setiap benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energinya secara diskontinu (diskrit) berupa paket- paket energi. Paket -paket energi ini dinamakan kuanta (istilah kuata sekarang dikenal sebagai foton).

Efek Fotolistrik, Pembahasan Contoh Soal Ujian Hukum Emisi Fotolistrik
Efek Fotolistrik, Pembahasan Contoh Soal Ujian Hukum Emisi Fotolistrik

Menurut Max Planck, cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merupakan kuanta bergerak dengan kecepatan cahaya yang disebut foton dan memiliki dua sifat yaitu sebagai dan partikel.

Energi setiap foton sebanding dengan frekuensi gelombang radiasi dan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:

E = h.f = (h.c)/λ

Dengan  keterangan

E = energi foton (joule)

f = frekuensi foton (Hz)

h = tetapan Planck (h = 6,6×10-34 Js)

c = kecepatan cahaya (3,0 x108 m/s)

λ= Panjang gelombang cahaya, m

Contoh Soal Sinar Jingga Rumus Energi Foton pada Peristiwa Efek Fotolistrik

Sinar jingga dengan panjang gelombang 6600 Å dipancarkan dari suatu benda hitam yang mengalami radiasi. Tentukan energi foton yang terkandung pada sinar jingga tersebut?

Penyelesaian

Diketahui

λ = 6.600 Å = 6,6×10-7 m

c = 3 x108 m/s

h = 6,6 x10-34 Js

Kuanta energi sinar jingga memenuhi :

E =h.f atau

E = (h.c)/λ

E = (6,6 x10-34 x3 x108)/6,6×10-7

E = 3x 10-19 Joule

Hukum Emisi Fotolistrik.

Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektron yang dikeluarkan (atau laju electron yang terpancarkan) berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang digunakan.

Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. Jika di bawah frekuensi minimumnya, maka fotoelektron tidak dapat dipancarkan.

Energy kinetika yang dipancarkan fotoelektron tidak tergantung pada intensitas cahaya, namun tergantung pada frekuensi cahaya.

Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang daripada 10-9 detik.

Rumus Efek Fotolistrik.

Energi yang dibawa foton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi ini jika diberikan pada electron akan diberikan seluruhnya, sehingga foton tersebut lenyap.

Electron terikat pada energi ikat tertentu, dengan demikian diperlukan energi minimal sebesar energi ikat electron tersebut agar dapat terlepas dari ikatannya. Elektron yang terlepas dari permukaan logam akibat efek fotolistrik disebut foto electron (electron foto)

Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja dan diberi notasi Wo, atau biasa disebut juga sebagai 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 (h.f < Wo) maka tidak akan menyebabkan foto elektron.

Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto disebut frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan foto elektron disebut Panjang gelombang ambang.

Hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik foto elektron dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:

Ek = E – W

Ek = h.f – h.f0

Keterangan:

Ek = Energy kinetic electron (J)

E  = Energy foton (J)

W = Energi ambang elektron atau fungsi kerja (J)

h = Konstanta Planck = 6,63 x 10-34 Js

f = Frekuensi foton (Hz)

f0 = Frekuensi ambang (Hz)

Energy biasanya dinyatakan dalam satuan electron volt (eV) dengan ketentuan 1 eV sama dengan 1,6 x 10-19 J.

Energi foton digunakan untuk melepaskan electron dari permukaan logam, dan sisa energinya digunakan untuk bergerak atau sebagai energi kinetic dari electron yang lepas.

Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Foton Efek Fotolistrik

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, Jika h = 6,62 × 10-34 Js

Penyelesaian :

Diketahui :

fo = 4 × 1014 Hz

Ek = 19,86 × 10-20 J

h = 6,62 × 10-34 Js

Ditanyakan : f = …?

Jawab : Wo = h.fo

Wo = (6,62 ×10-34) × (4 ×1014) J

Wo = 26,48 × 10-20 J

E = Ek + Wo

E = h.f, sehingga

f = (Ek + Wo)/h

f = (19,86×10-20 + 26,48×10-20)/(6,62×10-34)

f = 7 x 1014Hz

Jadi frekuensi foton sebesar 7 × 1014 Hz

Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Kinetik Efek Fotolistrik

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

Ek = (6,6 ×10-34) x (1015 – (8,0 ×1014))

Ek = 1,32 × 10-19 J

Contoh Soal Ujian dan Pembahasan Materi Efek Fotolistrik.

Perhatikan pernyataan berikut:

  • Electron yang terpancar pada peristiwa efek fotolistrik disebut electron foton
  • Laju electron yang terpencar tidak bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaan logam
  • Energy kinetic electron yang terpencar tergantung pada energy gelombang cahaya yang mengenai permukaan logam
  • Untuk mengeluarkan electron dari permukaan logam tidak bergantung pada frekuensi ambang, f0.

Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah:

A..(1) dan (2)    B..(1) dan (3)    C..(2) dan (3)    D..(2) dan (4)    E..(3) dan (4)

Jawaban: B

Pembahasan:

Electron yang terpencar pada peristiwa efek fotolistrik disebut electron foton atau fotoelektron. Jadi Pernyataan (1) adalah benar.

Intensitas cahaya tidak bergantung pada keluar atau tidaknya electron dari logam, namun tergantung pada laju atau jumlah electron yang keluar dari logam. Jadi Pernyataan (2) salah

Energy electron yang terpencar dari permukaan logam bergantung pada energy foton yang mengenai logam, Ek = E – W. Jadi Pernyataan (3) Benar

Electron akan keluar dari logam jika frekuensi foton yang datang lebih besar dari frekuensi ambang logam, Ek = hf – hf0. Jadi Pernyataan (4) Salah

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Ardra.Biz, 2019, “Efek Fotolistrik, Energi Ambang Elektron, Energi Foton, Energi Kinetika Elektron, Frekuensi Ambang Elektron, Hukum Emisi Fotolistrik, Konstanta Planck, Pembahasan Contoh Soal Ujian Efek Fotolistrik, Pengertian Efek Compton,
  9. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Efek Fotolistrik, Pengertian Fotoelektron, Pengertian Radiasi Elektromagnetik, Rumus Efek Fotolistrik, paket energy foton, Cahaya bersifat partikel dan gelombang, Teori Kuantum Max Plank, paket energi kuata, Energi Radiasi diskontinu (diskrit),
  10. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Besar kecepatan cahaya, Rumus Persamaan Energi Foton, Satuan Lambang Energi Foton, Nilai Satuan tetapan Planck, Panjang gelombang cahaya, Contoh Soal Sinar Jingga Rumus Energi Foton pada Peristiwa Efek Fotolistrik,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Kuanta energi sinar jingga, frekuensi minimum radiasi, Energy kinetika foto listrik, Pengertian fotoelektron, Rumus Efek Fotolistrik, Pengertian fungsi kerja fotolistrik, energi ambang fotolistrik, satuan energi ambang fotolistrik,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Panjang gelombang ambang, Frekuensi foton terkecil, Satuan lambang Energi ambang elektron atau fungsi kerja, Fungsi energi foton, Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Foton Efek Fotolistrik, Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Kinetik Efek Fotolistrik,