Materi Fisika SMA Kelas 12 Efek Fotolistrik

Zsmart.id. - Setelah mengetahui pembahasan mengenai radiasi benda hitam, maka pada artikel kali ini kita akan sama-sama mempelajari fenomena yang mendasari lahirnya fisika modern yakni efek fotolistrik. 

A. Apa itu efek fotolistrik?

Fenomena efek fotolistrik teramati pada saat sebuah cahaya monokromatik yang ditembakkan ke sebuah plat tertentu akan menghasilkan arus listrik. Sehingga, dapat dikatakan bahwa efek fotolistrik merupakan fenomena terlepasnya elektron di permukaan logam ketika logam tersebut diberikan gelombang elektromagnetik. Dalam percobaanya, digunakan cahaya-cahaya yang sifatnya tunggal atau monokromatik. 

B. Bagaimana proses terjadinya efek fotolistrik?

Dalam melakukan eksperimen efek fotolistrik dapat dijelaskan menggunakan skema gambar berikut.

Skema efek fotolistrik (sumber)

Pada gambar terlihat bahwa terdapat beberapa komponen-komponen penting dalam percobaan efek fotolistrik yakni logam target yang berfungsi sebagai anoda, katoda, tabung hampa serta sumber tegangan. 

Tabung hampa udara digunakan agar tidak ada atom-atom atau molekul-molekul pengotor yang berada di antara anoda dan katoda. Sehingga, dengan adanya tabung hampa udara ini, maka elektron akan mudah mengalir menuju ke target katoda sehingga tidak kehilangan energi kinetiknya. Lebih lanjut, sumber tegangan digunakan untuk menghasilkan potensial henti bagi elektron yang terlepas dari anoda menuju katoda.

Pada mulanya, logam target yang berada di anoda ditembakkan dengan sinar cahaya monokromatik tertentu, akibat dari cahaya ini, maka elektron-elektron yang berada di permukaan logam akan terlepas. 

Karena anoda bermuatan negatif dan katoda bermuatan positif dan dihubungkan dengan sumber tegangan, maka akan terjadi beda potensial antara kedua plat tersebut sehingga elektron-elektron akan mengalir dari anoda menuju katoda.

Aliran elektron inilah yang akan dideteksi oleh alat ukur listrik ammeter sebagai arus listrik. 

C. Bagaimana menjelaskan efek fotolistrik?

Dalam menjelaskan fenomena efek fotolistrik terdapat dua buah pendapat yakni pandangan fisika klasik dan pandangan fisika modern. Dalam pandangan fisika klasik, terdapat beberapa hal yang dapat menjelaskan hal tersebut, yakni :

1. Untuk radiasi berenergi rendah, maka akan diperlukan waktu beberapa saat sebelum elektron dapat terlepas dari permukaan logam.
2. Energi kinetik elektron bergantung terhadap intensitas radiasi yang diberikan. Dalam artian, energi kinetik elektron akan tinggi jika intensitas radiasi cahaya yang diberikan juga tinggi.
3. Energi kinetik tidak memiliki keterkaitan dengan frekuensi radiasi cahaya yang diberikan. 

Namun, berdasarkan hasil eksperimen menunjukkan bahwa, elektron dapat segera terlepas dari permukaan logam sesaat setelah anoda disinari dengan cahaya. Lebih lanjut, ternyata tidak ada hubungan antara energi kinetik dengan intensitas radiasi cahaya yang diberikan melainkan memiliki hubungan dengan frekuensi.

Hubungan ini kita kenal sebagai frekuensi ambang. Frekuensi ambang merupakan frekuensi tertentu yang diperlukan oleh logam agar elektron dapat terlepas dari permukaannya. 

Karena gagalnya teori klasik menjelaskan fenomena efek fotolistrik ini, maka diperlukan pendekatan teori baru. Teori tersebut dikemukakan oleh Einstein pada tahun 1905 yang menyatakan bahwa gelombang elektromagnetik membawa energi yang tidak kontiniu melainkan diskrit atau terpaket-paket dalam bentuk kuanta. 

Besar dari energi gelombang elektromagnetik ini dapat dituliskan ke dalam bentuk :

yang menyatakan bahwa energi bergantung terhadap frekuensi gelombang elektromagnetik yang datang. Pada persamaan ini, h merupakan konstanta Planck.

Ketika elektron menerima energi foton tersebut, maka energi tersebut harus cukup untuk melepaskan elektron dari permukaan logam (energi ambang) dan energi kinetik yang cukup untuk menuju ke katoda. Sehingga, besar energi totalnya yakni :

Sehingga, apabila energi ini tidak cukup maka efek fotolistrik tidak akan terjadi karena elektron tidak mendapatkan energi yang cukup untuk terlepas dari permukaan logam dan menuju ke katoda.

D. Latihan Soal Efek Fotolistrik

Dalam eksperimen efek fotolistrik, sebuah logam perak yang memiliki energi ambang sebesar 4.73eV disinari dengan gelomabang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang 300nm. Berdasarkan skenario ini, apakah fenomena efek fotolisrik akan teramati?

Dalam menjawab pertanyaan ini, maka kita harus mencari nilai dari panjang gelombang ambangnya. Lebih lanjut, jika panjang gelombang ambangnya ternyata lebih besar (atau frekuensi yang kecil) dari gelombang elektromagnetik yang diberikan maka efek fotolistrik akan teramati. Namun, jika panjang gelombang ambang lebih kecil (atau frekuensi besar) dari gelombang elektromagnetik yang diberikan maka efek fotolistrik tidak akan teramati. 

Besar nilai panjang gelombang ambangnya adalah :

Terlihat bahwa, besar panjang gelombang ambang yakni 262nm yang nilainya lebih kecil dari panjang gelombang yang diberikan yakni 300nm. Karena, energi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, sehingga energi yang diberikan pada logam perak nilainya lebih kecil dari energi ambang logam perak dan menyebabkan elektron-elektron di permukaan logam perak tersebut tidak akan terlepas sehingga efek fotolistrik tidak teramati pada kasus tersebut.

Sekian informasi singkat mengenai rangkuman materi efek fotolistrik. Semoga bermanfaat!

Share :