Indikator Pembelajaran
- Menganalisis hubungan intensitas dengan panjang gelombang agar terjadinya peristiwa efek fotolistrik
- Menyimpulkan pengaruh frekuensi ambang terhadap peristiwa efek fotolistrik
- Menentukan besar fungsi kerja suatu logam
- Menentukan besar potensial penghenti pada setiap logam
- Menyimpulkan peristiwa terjadinya efek fotolistrik berdasarkan fungsi kerja dan energi kinetik
- Menganalisis gejala kuantum pada efek fotolistrik dalam kehidupan sehari-hari
Tahukah kalian bagaimana cara kerja sel surya agar dapat menghasilkan energi listrik?
Penggunaan sel surya dalam menghasilkan listrik merupakan salah satu cara pemanfaatan energi yang ramah lingkungan. Ternyata pemanfaaan tersebut menggunakan prinsip efek fotolistrik, dengan cahaya matahari sebagai foton. Simaklah video berikut ini!
A. Pendahuluan
Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam bila disinari (dalam bentuk sinar-x, sinar ultraviolet atau cahaya tampak). Efek fotolistrik pertama kali diamati pada tahun 1887 oleh Heinrich Hertz ketika Ia melakukan percobaan mengenai gelombang elektromagnetik. Studi selanjutnya dilakukan oleh J.J. Thomson yang menunjukkan bahwa peningkatan sensitivitas ini adalah hasil dari cahaya yang mendorong elektron (sebuah partikel yang ia temukan pada tahun 1897), penelitian mengenai efek fotolistrik semakin giat dilakukan dan mencapai puncaknya setelah Einstein mengadakan suatu penelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut foton yang memiliki energi sebesar:
dengan E adalah energi foton dengan satuan Joule, h merupakan konstanta Planck sebesar 6,63×10−³⁴ 𝐽𝑠, 𝑓 adalah frekuensi cahaya. Kemudian muncul pertanyaan yang tidak dapat dijelaskan oleh teori klasik, mengapa pada frekuensi yang berada diluar frekuensi ambang tidak ada elektron keluar dari logam walaupun intensitas cahaya yang digunakan cukup besar? Bagimana percobaan Einstein dapat menjelaskannya? Perhatikan animasi berikut!
Gambar 1. Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik | steemit.com
Skema alat (gambar 1) yang digunakan Einstein terdiri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda A dan B dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah (DC). Ketika diruang gelap, maka amperemeter tidak bergerak. Kemudian ketika Katoda (A) dijatuhkan sinar, amperemeter bergerak yang menunjukkan adanya arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (yang selanjutnya disebut elektron foton) A bergerak menuju B. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai 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, akan tetapi karena banyaknya muatan fotoelektron yang keluar dari plat. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar:
dengan:
Ek = energi kinetik elektron foton (J atau eV)
m = massa elektron (9,1 x 10−³¹ kg)
v = kecepatan elektron (m/s)
e = muatan elektron (1,6 x 10−¹⁹C)
Vo = potensial henti (volt)
Ek = energi kinetik elektron foton (J atau eV)
m = massa elektron (9,1 x 10−³¹ kg)
v = kecepatan elektron (m/s)
e = muatan elektron (1,6 x 10−¹⁹C)
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.
Teori Gelombang Tentang Efek Fotolistrik
Teori klasik yang gagal menjelaskan mengenai sifat-sifat cahaya yang terjadi pada efek fotolistrik menyatakan bahwa cahaya hanya sebagai gelombang saja. Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting, yaitu frekuensi (panjang gelombang) dan intensitas. Kegagalan tersebut dikarenakan teori gelombang menyatakan bahwa:
- Teori gelombang menganggap bahwa efekfotolistrik dapat terjadi pada sembarang frekuensi. Akan tetapi tidak satupun elektron yang terlepas ketika logam disinari oleh frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi frekuensi ambang (fo) yang tergantung jenis benda.
- Teori gelombang menganggap energi kinetik tergantung intensitas. Padahal energi kinetik tidak tergantung intensitas cahaya. Tetapi mempengaruhi jumlah elektron foton yang keluar.
- Teori gelombang menganggap perlu waktu tertentu untuk mengeluarkan foton, tapi secara ekperimen foton keluar secara spontan.
Teori Kuantum Tentang Efek Fotolistrik
Gambar 2. Albert Einstein | Wikipedia
Albert Einstein menggunakan pandangan cahaya sebagai partikel dan teori Max Plank, berhasil menjelaskan efek fotolistrik dan mendapat Nobel pada tahun 1921. Menurut Einstein energi yang dibawa foton adalah dalam bentuk paket, ketika foton menumbuk elektron maka foton melenyapkan diri dengan menyerahkan seluruh energinya pada elektron. Sebagian energi yang diterima elektron digunakan untuk meningkatkan energi total sehingga dapat mengatasi besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya yang disebut fungsi kerja (Wo) atau energi ambang.
Dengan persamaan fungsi kerja (Wo) dapat ditulisakn sebagai berikut.
Sisa energi foton dijadikan energi kinetik maksimal setelah lepas dari logam. Besarnya Wo tergantung pada jenis logam yang digunakan. Persamaan yang menunjukkan hubungan energi energi kinetik maksimum (Ek), energi foton (E) dan energi ambang (Wo) sebagai berikut.
dengan h adalah konstanta Planck (6,63×10−³⁴ 𝐽𝑠), f merupakan frekuensi foton (Hz) dan fo ialah frekuensi ambang (Hz).
B. Aplikasi Efek Fotolistrik Dalam Kehidupan Sehari-hari
0 comments