Efek Fotolistrik dan Teori Kuantum

Rate this post

Efek Fotolistrik

Suatu eksperimen yang dilakukan pada akhir abad ke-19 untuk mengamati fenomena radiasi menunjukkan bahwa cahaya yang menumbuk permukaan logam tertentu menyebabkan elektron terlepas dari permukaan logam. Fenomena ini dinamakan dengan efek fotolistrik, dan elektron yang terlepas dinamakan dengan fotoelektron.

Untuk lebih jelas, Anda dapat melihat skema eksperimen pada gambar berikut.

Sumber:studiobelajar.com

Eksperimen dilakukan dengan menembakkan berkas cahaya ke sebuah plat logam E. Ada sebuah plat logam lain yaitu plat C yang berada sejajar untuk menangkap elektron yang keluar dari plat E. Kedua plat tersambung dengan sebuah sirkuit yang memiliki amperemeter untuk membaca aliran elektron dari plat E ke plat C.

Hubungan arus fotolistrik dengan perbedaan potensial (voltase) yang terbaca dari hasil eksperimen tersebut ditunjukkan pada grafik dibawah. Ketika nilai voltase tinggi, besar arus menunjukkan nilai maksimal dan besar arus tidak dapat bertambah naik. Besar arus maksimum dapat bertambah jika ditingkatkan intensitas cahaya, karena semakin tinggi intensitas cahaya maka semakin banyak elektron yang keluar.

Ketika beda potensial (voltase) semakin mengecil bahkan hingga nilai minus, tidak ada arus yang mengalir, yang artinya tidak ada fotoelektron yang mengalir dari plat E ke plat C, yang disebut dengan potensial V disebut dengan potensial henti.

Sumber: studiobelajar.com

Dari hasil eksperimen, ternyata nilai beda potensial tidak bergantung pada intensitas cahaya, tetapi karena banyaknya muatan fotoelektron yang keluar dari plat. Jadi, besarnya energi kinetik maksimum dari efek fotolistrik dapat dirumuskan dengan:

READ  Kapasitor, Pengertian, Jenis, Simbol, dan Rangkaiannya

Dimana

 = muatan elektron (C)

V = potensial henti (volt)

Persamaan ini dapat digunakan untuk mengukur besarnya nilai energi kinetik maksimum dengan menentukan beda potensial saat nilai arus sama dengan nol. Ternyata teori klasik yang menyatakan bahwa cahaya sebagai gelombang tidak dapat menjelaskan mengenai sifat-sifat cahaya yang terjadi pada efek fotolistrik, sehingga kemudian digunakanlah teori kuantum Einstein untuk menjelaskan sifat penting cahaya dalam fenomena ini.

Teori Kuantum Mengenai Efek Fotolistrik

Berdasarkan teori Einstein mengenai efek fotolistrik, sebuah foton dengan intensitas cahaya memberikan semua energinya hf ke sebuah elektron yang terdapat di plat logam. Namun, penyerapan energi oleh elektron tidak terjadi secara terus menerus karena energi dipindahkan ke elektron dengan paket tertentu, yang berbeda dengan teori gelombang. Pemindahan energi ke elektron terjadi dengan konfigurasi satu foton pada satu elektron.

Elektron keluar dari plat logam dan tidak bertabrakan dengan atom yang lain sebelum mengeluarkan energi kinetik maksimum. Einstein mengatakan bahwa besarnya energi kinetik maksimum untuk elektron yang terbebas, dirumuskan dengan:

Dimana:

h = konstanta Planck (Js)

f = frekuensi foton (Hz)

 = fungsi kerja (eV)

Fungsi kerja menggambarkan energi minimum yang dibutuhkan oleh elektron untuk terus menempel pada logam.

Dengan menggunakan foton sebagai model cahaya, maka efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan benar, seperti berikut ini.

  • Besarnya energi kinetik yang dikeluarkan oleh fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya.

  • Elektron terlepas dari logam dengan selang waktu yang singkat.

  • Elektron yang keluar tidak bergantung pada frekuensi cahaya.