Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan sebuah logam ketika dikenai atau menyerap radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi di atas ambang batas permukaan logam. Elektron yang terpancar tersebut dinamakan foto elektron atau elektron foton.

Susunan alat untuk percobaan efek fotolistrik

Gambar 1. Skema percobaan efek fotolistrik

Percobaan efek fotolistrik terdiri dari dua buah lempengan logam yaitu anoda dan katoda yang dimasukkan ke dalam tabung kaca, galvanometer untuk mengukur arus listrik, dan potensiometer. Jika elektron mengenai permukaan katoda, maka elektron tersebut akan dipancarkan anoda sehingga timbul arus pada rangkaian. Dengan percobaan efek fotolistrik, kita dapat mengukur laju dan energi kinetik elektron yang terpancar yang bergantung pada intensitas dan frekuensi gelombang cahaya yang datang. Tidak semua radiasi cahaya dapat menimbulkan efek fotolistrik.

Hukum pancaran fotolistrik1. Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektron yang dipancarkan sebanding dengan intensitas cahaya yang digunakan.2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi, artinya di bawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa terpancar, karena energinya lebih kecil dibandingkan dengan energi ikat elektron.3. Di atas frekuensi ambang, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya.4. Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran foto elektron sangat kecil, kurang dari 10 9 detik.

Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang mengacu pada hipotesis Max Planck. Jika elektron mendapat energi foton lebih besar dari energi ambangnya, maka kelebihan energi ini digunakan untuk menambah energi kinetiknya. Energi kinetik maksimum dari elektron yang terpancar ditulis sebagai berikut.

Keterangan:
Ekmaks = selisih energi foton dan energi ambangnya;
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10-34 J.s;
f = frekuansi (Hz); dan
W0 = fungsi kerja yang merupakan energi ambang atau energi ikat atom;
W0 = hf0; dan
f0 = frekuensi ambang.

Grafik hubungan energi kinetik maksimum elektron dengan frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut.

  Gambar 2. Grafik hubungan antara energi kinetik dan potensial penghenti

Potensial Penghenti

Percobaan efek foto listrik juga merumuskan hubungan antara tegangan dan arus listrik yang dihasilkan. Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa saat tegangan nol, arus tetap mengalir pada rangkaian. Jika keping katoda diberi tegangan minus dan anoda diberi tegangan positif maka arus yang mengalir bertambah besar. Jika tegangan anoda dan katoda dibalik, ternyata arus yang mengalir akan semakin kecil sampai mendekati tegangan tertentu yang tidak ada arus. Potensial ini disebut sebagai potensial penghenti atau disimbolkan sebagai vs.

Grafik antara arus listrik yang dihasilkan sebagai fungsi tegangan digambarkan sebagai berikut:

   Gambar 3. Grafik hubungan arus dan tegangan
Besarnya potensial penghenti ini tidak bergantung pada intensitasnya, tetapi bergantung pada energi kinetik maksimumnya. Berikut ini persamaannya.

Jika muatan elektron adalah e dan potensial penghentinya adalah V0, maka

Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa kecepatan elektron tidak bergantung pada intensitas, akan tetapi bergantung pada tegangan penghentinya.

Contoh soal

Pada suatu percobaan efek fotolistrik, diketahui fungsi kerja logam yang digunakan adalah 3 eV. Cahaya yang digunakan sebagai penyinar logam memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f. Tentukan energi cahaya minimal yang dibutuhkan agar elektron bisa terpancar!

Pembahasan
Diketahui:
c = 3 x 108 m/s
h = 6,6 x 10-34 Js
1 eV = 1,6 x 10-19 J
Ditanyakan: W0 ?
Jawab:
W0 = 3 eV = 3 x 1,6 x 10-19 Joule = 4,8 x 10-19 Joule
Jadi, energi minimum yang dibutuhkan untuk elektron berhenti adalah 4,8 x 10-19 J.