225
Fisika SMAMA XII
Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian
Albert Einstein mengadakan suatu pe- nelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya
merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut
foton yang memiliki energi sebesar hf. Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan
efek foto- listrik. Peristiwa efek fotolistrik yaitu terlepasnya elektron dari
permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya.
Soal Latihan :
1. Hitung berapa panjang gelombang foton yang memiliki
energi sebesar 2,75 eV. Jika digunakan h = 6,6 .10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms. 2.
Hitung energi foton yang memiliki panjang gelombang 6,0 nm h = 6,62.10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms. 3.
Hitung panjang gelombang foton yang memiliki energi se- besar 3.10
-19
joule Jika h = 6,62.10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms.
Gambar 7.4
Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik
Apabila di siang hari yang cuacanya cukup cerah, badan kita akan merasakan lebih panas jika memakai baju hitam dibandingkan dengan
memakai baju putih. Demikian pula bila kita berdiri di dekat tungku yang berwarna hitam akan terasa lebih panas dibandingkan dengan tungku
yang berwarna putih. Jelaskan mengapa bisa demikian coba diskusikan dengan temanmu
B. Efek Fotolistrik
Life Skills : Kecakapan Sosial
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMAMA XII
226
Gambar 7.4
menggambarkan skema alat yang diguna- kan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut ter-
diri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda A dan B dan dihubungkan dengan sumber tegangan
arus searah DC. Pada saat alat tersebut dibawa ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya
arus listrik. Akan tetapi pada saat permukaan Katoda A dijatuhkan sinar amperemeter menunjukkan adanya arus
listrik. Hal ini menunjukkan adanya aliran arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari
permukaan yang selanjutnya disebut elektron foto A bergerak
menuju B. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika
tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu -V
o
, amperemeter menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang
mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari keping A. Potensial
V
o
ini disebut potensial henti, yang nilainya tidak
tergantung pada intensitas cahaya yang dijatuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang
keluar dari permukaan adalah sebesar: Ek = mv
2
= e Vo .... 7.4 dengan :
Ek = energi kinetik elektron foto J atau eV
m = massa elektron kg v = kecepatan elektron ms
e = muatan elektron C 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 ter- gantung pada jenis logam yang dipakai.
Selanjutnya, marilah kita pelajari bagaimana pandangan teori gelombang dan teori kuantum foton untuk menjelas-
kan peristiwa efek fotolistrik ini. Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting, yaitu
frekuensi panjang gelombang dan intensitas.
Gambar 7.5
Grafik hubungan antara intensitas dengan potensial henti
Arus I
2
I
1
–V
o
V
Di unduh dari : Bukupaket.com
227
Fisika SMAMA XII
Ternyata teori gelombang gagal menjelaskan tentang sifat- sifat penting yang terjadi pada efek fotolistrik, antara lain :
a. Menurut teori gelombang, energi kinetik elektron foto
harus bertambah besar jika intensitas foton diperbesar. Akan tetapi kenyataan menunjukkan bahwa energi kinetik
elektron foto tidak tergantung pada intensitas foton yang dijatuhkan.
b. Menurut teori gelombang, efek fotolistrik dapat terjadi pada sembarang frekuensi, asal intensitasnya memenuhi.
Akan tetapi kenyataannya efek fotolistrik baru akan terjadi jika frekuensi melebihi harga tertentu dan untuk logam
tertentu dibutuhkan frekuensi minimal yang tertentu agar dapat timbul elektron foto.
c. Menurut teori gelombang diperlukan waktu yang cukup
untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Akan tetapi kenyataannya elektron terlepas dari permukaan
logam dalam waktu singkat spontan dalam waktu kurang 10
-9
sekon setelah waktu penyinaran. d. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa
energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi foton yang dijatuhkan diperbesar.
Teori kuantum mampu menjelaskan peristiwa ini karena menurut teori kuantum bahwa foton memiliki energi yang
sama, yaitu sebesar hf, sehingga menaikkan intensitas foton
berarti hanya menambah banyaknya foton, tidak menambah energi foton selama frekuensi foton tetap.
Menurut Einstein energi yang dibawa foton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi ini jika diberikan pada elektron
akan diberikan seluruhnya, sehingga foton tersebut lenyap. Oleh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka
diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk
melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja
W
o
atau energi ambang. Besarnya W
o
tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan
pada elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron.
Akan tetapi jika energi foton lebih kecil dari energi ambangnya hf W
o
tidak akan menyebabkan elektron foto. Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto disebut
frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan elektron foto disebut
panjang gelombang ambang. Sehingga hubungan antara energi foton,
fungsi kerja dan energi kinetik elektron foto dapat dinyatakan dalam persamaan :
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMAMA XII
228
E = W
o
+ Ek atau Ek = E – W
o
sehingga Ek = hf – hfo = h f – fo .... 7.5
dengan : Ek = energi kinetik maksimum elek-
tron foto h
= konstanta Planck f
= frekuensi foton fo = frekuensi ambang
Ek
0 f
o
f
Gambar 7.6
Grafik hubungan antara Ek dengan f
Contoh Soal
Sebuah logam mempunyai frekuensi ambang 4 x 10
14
Hz. Jika logam tersebut dijatuhi foton ternyata elektron foto yang dari permukaan logam memiliki
energi kinetik maksimum sebesar 19,86 × 10
-20
Joule. Hitunglah frekuensi foton tersebut
h = 6,62 × 10
-34
Js
Penyelesaian : Diketahui
: f
o
= 4 × 10
14
Hz Ek = 19,86 × 10
-20
J h
= 6,62 × 10
-34
Js Ditanyakan : f
= ...? Jawab
: W
o
= hf
o
= 6,62 × 10
-34
× 4 × 10
14
J = 26,48 × 10
-20
J E = Ek + W
o
= hf
f =
= =
= 7 × 10
14
Hz Jadi frekuensi foton sebesar 7 × 10
14
Hz
Di unduh dari : Bukupaket.com
229
Fisika SMAMA XII
Soal Latihan :
1. Frekuensi ambang suatu logam adalah 6.10
14
Hz, jika logam tersebut disinari cahaya dengan gelombang yang
frekuensinya 10
15
Hz. Hitunglah energi kinetik elektron foto yang terlepas dari permukaan logam tersebut
h = 6,62 × 10
-34
Js 2.
Sebuah elektron baru akan terlepas dari permukaan logam jika disinari cahaya dengan panjang gelombang
5000 Å. Tentukan : h = 6,62 × 10
-34
Js dan c = 3 × 10
8
ms a.
fungsi kerja logam tersebut. W
o
= 3,972 × 10
-19
J b. energi kinetik elektron foto yang terlepas jika disinari
cahaya dengan frekuensi 8 x 10
14
Hz Ek = 1,324 × 10
-19
J 3.
Bila diketahui fungsi kerja sebuah logam 2,1 eV. Jika foton dengan panjang gelombang 5 × 10
-7
m dijatuhkan ke permukaan logam tersebut, tentukan berapa kecepatan
maksimum elektron yang terlepas massa elektron m = 9,1 × 10
-31
kg, muatan elektron e = 1,6 × 10
-19
C, dan h = 6,62 × 10
-34
Js
Peristiwa yang sangat menarik dalam radiasi benda hitam yaitu saat Einstein mengemukakan terjadinya efek fotolistrik, yang membuktikan bahwa
cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang disebut foton. Salah satu contoh penerapan terjadinya efek fotolistrik yaitu pada alat fluksmeter
yaitu suatu alat yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya dalam suatu ruangan. Cobalah terangkan bagaimana prinsip kerja dari fluksmeter
tersebut lengkap dengan skema gambar rangkaiannya? Carilah informasi dari internet atau sumber-sumber referensi yang lain mendukung.
C. Efek Compton
