Pengertian Lengkap Efek Fotolistrik

Pada tahun 1905, Einstein menggunakan gagasan Planck tentang kuantisasi energi untuk menjelaskan efek fotolistrik. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gambar 1. menunjukkan diagram sketsa alat dasarnya. Apabila cahaya datang pada permukaan logam katoda C yang bersih, elektron akan dipancarkan. Jika elektron menumbuk anoda A, terdapat arus dalam rangkaian luarnya. Jumlah elektron yang dipancarkan yang dapat mencapai elektroda dapat ditingkatkan atau diturunkan dengan membuat anoda positif atau negatif terhadap katodanya. Apabila V positif, elektron ditarik ke anoda.

Gambar 1. Sketsa alat untuk mengkaji efek elektromagnetik.

Apabila V negatif, elektron ditolak dari anoda. Hanya elektron dengan energi kinetik ½ mv² yang lebih besar dari eV kemudian dapat mencapai anoda. Potensial V₀ disebut potensial penghenti. Potensial ini dihubungkan dengan energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan oleh:

(½ mv²)_maks = e.V₀ .................................................... (1)

Percobaan yang lebih teliti dilakukan oleh Milikan pada tahun 1923 dengan menggunakan sel fotolistrik. Keping katoda dalam tabung ruang hampa dihubungkan dengan sumber tegangan searah. Kemudian, pada katoda dikenai cahaya berfrekuensi tinggi. Maka akan tampak adanya arus listrik yang mengalir karena elektron dari katoda menuju anoda. Setelah katoda disinari berkas cahaya, galvanometer ternyata menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.

Gambar 2. Efek fotolistrik.

Einstein telah menjelaskan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam dibutuhkan energi ambang. Jika radiasi elektromagnet yang terdiri atas foton mempunyai enegi yang lebih besar dibandingkan energi ambang, maka elektron akan lepas dari permukaan logam.

Akibatnya energi kinetik maksimum dari elektron dapat ditentukan dengan persamaan:

Ek = h.f – h. f₀ ................................................... (2)

dengan:

f, f₀ = frekuensi cahaya dan frekuensi ambang (Hz)

h = konstanta Planck (6,63 × 10^-34 Js)

Ek = energi kinetik maksimum elektron ( J)

Contoh Soal 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 × 10¹⁴ 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 = ...?

Pembahasan :

Ek = h.f – h.f₀

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

Ek = 1,32 × 10^-19 J

Percobaan Sederhana / Praktikum Fisika :

Tujuan : Melakukan percobaan efek fotolistrik sederhana.

Alat dan bahan : LDR sebagai pengganti tabung efek fotolistrik, baterai, lampu, resistor variabel, pembangkit listrik, amperemeter, voltmeter, pemutus arus.

Cara Kerja :

1. Rangkailah model alat efek fotolistrik seperti gambar.
2. Dalam kondisi rangkaian pembangkit cahaya off atau kondisi tanpa chif catatlah harga yang ditunjukkan oleh amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
3. Tempatkan tahanan variabel pada posisi maksimum dan on-kan sakelar. Amati dan ukur harga amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
4. Geser resistor variabel hingga harga tahanan lebih kecil. Amati dan ukur harga amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
5. Ulangi langkah 4 untuk harga resistor variabel menjadi semakin kecil.
6. Catatlah data yang diperoleh pada tabel berikut ini.

No.	Ichy	Vchy	ILDR	Keterangan

Diskusi :

1. Gambarlah grafik hubungan antara T_LDR dan Vchy!
2. Kesimpulan apa yang dapat diambil dari percobaan tersebut?

Penerapan Efek Fotolistrik pada Sel Surya

Gambar 3. Panel Sel Suya. (Foto : inhabitat.com)

Sel surya atau sel fotovoltaik adalah memanfaatkan efek fotolistrik untuk membangkitkan arus listrik dari cahaya matahari. Efek fotolistrik muncul ketika cahaya tampak atau radiasi ultraviolet jatuh ke permukaan benda tertentu. Cahaya atau radiasi mendorong elektron keluar dari benda tersebut, yang jumlahnya dapat diukur dengan meteran listrik. 

Keunikan efek fotolistrik adalah ia hanya muncul ketika cahaya yang menerpa memiliki frekuensi di atas nilai ambang tertentu. Di bawah nilai ambang tersebut, tidak ada elektron yang terpancar keluar, tidak peduli seberapa banyak cahaya yang menerpa benda. Frekuensi minimum yang kemunculan efek fotolistrik tergantung pada jenis bahan yang disinari.

2. Efek Compton

Gejala Compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi semula.

Menurut teori klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik dihubungkan oleh:

E = p.c

E² = p².c² + (m.c²)² ............................................... (3)

Jika massa foton (m) dianggap nol. Gambar 3. menunjukkan geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang λ, dan elektron yang mula-mula berada dalam keadaan diam.

Gambar 4. Gejala Compton sinar-x oleh elektron.

Compton menghubungkan sudut hamburan θ terhadap yang datang dan panjang gelombang hamburan λ₁ dan λ₂. p₁ merupakan momentum foton yang datang dan p₂ merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c merupakan momentum elektron yang terpantul.

Kekekalan momentum dirumuskan:

p₁ = p₂ + p_e atau p_e = p₁ – p₂

Dengan mengambil perkalian titik setiap sisi diperoleh:

p_e² = p₁² + p₂² – 2p₁p₂cos θ .................................. (4)

artikel ini disalin lengkap dari: http://perpustakaancyber.blogspot.co.id/2013/04/pengertian-efek-fotolistrik-efek-compton-rumus-contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasi-benda-hitam-gejala-fisika.html
halaman utama website: http://perpustakaancyber.blogspot.co.id/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!