Home / Materi Fisika / Efek Fotolistrik menunjukan Cahaya sebagai Partikel

Efek Fotolistrik menunjukan Cahaya sebagai Partikel

Energi elektron yang dibebaskan cahaya tergantung pada frekuensi cahaya itu

Dalam eksperimennya, Hertz memperhatikan bahwa latu pada celah transmiter terjadi bila cahaya ultra violet (UV) diarahkan pada salah satu bola logammnya. Ia tidak melanjutkan percobaan tersebut, akan tetapi ahli fisika lainnya meneruskan eksperimennya tersebut salah satunya einstein (dan ia mendapatkan NOBEL Fisika atas penjelasan fenomena efek fotolistrik). Mereka menemukan bahwa penyebabnya adalah elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi. Gejala ini dikenal dengan Efek Fotolistrik (Photoelectric effect)  . Ini merupakan suatu ironi sejarah bahwa kerja yang sama untuk menamilkan cahaya itu terdiri dari gelombang elektromagnetik, juga dijelaskan bahwa petunjuk sebelumnya bukanlah merupakan cerita keseluruhan.

efek fotolistrik

Gambar 1 atas memberi ilustrasi jenis alat yang digunakan dalam eksperimen serupa itu, Tabbung yang divakumkan berisi dua elektrode yang dihubungkan dengan rangkaian eksternal terlihat seperti dalam gambar, dengan keping logam yang permukaannya mengalami iradiasi yang dipakai sebagai anode. Sebagian fotoelektron yang muncul dari permukaan megalami radiasi mempunyai energi yang cukup untuk mencapai katoda walaupun muatannya negatif, dan elektron serupa itu membentuk arus yang dapat diukur oleh ammeter dalam rangkaian tersebut. Ketika potensial perintang  ditambah, lebih sedikit elektron yang mencapai katoda dan arusnya menurun. Akhirnya ketika sama dengan atau melebihi Vyang besarnya dalam orde beberapa volt, tidak ada elektron yang mencapai katoda dan arusnya terhenti.

Terdapatnya efek fotolistrik tidak mengherankan, kita ingat bahwa gelombang cahaya membawa energi . dan sebagian energi yang diserap oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu dan muncul kembali sebagai energi kinetik. Jika kita memeriksa data yang ada lebih teliti, kita akan mendapatkan bahwa efek fotolistrik tidak dapat ditafsirkan sedemikan sederhana.

Salah satu sifat yang khususnya menimbukan pertanyaan pengamat adalah distribusi energi elektron yang dipancarkan (yang disebut fotoelektron) , ternyata tidak bergantung dari intensitas cahaya. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas yang lemah yang berfrekuensi sama, tetapi energi elektron rata rata sama saja (lihat gambar 2) dan juga dalam batas ketelitian eksperimen (sekitar 10-9 s), tak terdapat kelambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam dan terpancarnya elektron. Pengamatan serupa itu tidak dapat dimengerti dengan memakai teori elektromagnetik cahaya.

potensial perintang

gambar 2 : arus fotoelektron sebanding dengan intensitas cahay untuk semua tegangan perintang. Pemadaman voltasi V0adalah sama untuk semua intensitas cahaya dari frekuensi yang diberikan ν.

Mari kita tinjau cahaya yang jatuh pada permukaan zat natrium dalam peralatan seperti gambar 1 (paling atas). Arus fotolistrik terdeteksi jika energi elektromagnetiknya 10-6 W/m2, terserap oleh permukaan. Sekitar 1019 atom terdapat pada lapisan natrium setebal 1 atom yang luasnya 1 m2, sehingga jika kita anggap cahaya datang diserap pada lapisan teratas dari atom atom natrium, masing masing atom akan menerima energi rata rata dengan laju 10-25 W. Pada laju 1,6 x 106 s – sekitar dua minggu diperlukan oleh sebuah atom untuk mengumpulkan energi sekitar 1 eV energi yang biasa dimiliki fotoelektron, dan jika kita memasukan beberapa elektronvolt yang diperlukan untuk menarik elektron keluar dari permukaan natrium, waktu yang diperlukan menjadi sekitar 2 bulan. Dalam waktu maksimum yang diperbolehkan 10-9 s, teori elektromegnetik menyatakan bahwa atom natrium rata rata hanya mengumpulkan 10-15 eV untuk diberikan pada satu elektronnya.

Sama anehnya bila dipandang dari teori gelombang ialah fakta bahwa energi fotoelektron bergantung pada frekuensi cahaya yang dipakai (gambar 3).

gambar 3 : tegangan penghenti V0bergantung dari frekuensi  ν dari cahaya. bila tegangan perintang Cahaya adalah Gelombang V = 0 . arus fotolistrik sama untuk cahaya yang berintensitas sama takbergantung frekuensinya.

 Pada frekuensi dibawah kritis yang merupakan karakteristik dari masing masing logam, tidak terdapat elektron apapun yang dipancarkan. Diatas frekeunsi ambang ini fotoelektron mempunyai selang energi dari 0 sampai suatu harga maksimum tertentu, dan harga maksimum ini bertambah secara linear terhadap frekuensi. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan fotoeleketron maksimum yang tinggi pula. Jadi cahaya biru yang lemah menimbulkan elektron dengan energi lebih tinggi daripada yang ditimbulkan oleh cahaya merah yang kuat, walaupun cahaya merah menghasilkan jumlah yang lebih besar.

gambar 4 : Energi kinetik fotoelektron maksimum Kmaks terhadap frekuensi cahaya datang untuk tida permukaan logam.

Gambar 4 merupakan plot energi fotoelektron maksimum Kmaks terhadap frekuensi ν dari cahaya yang datang untuk beberapa eksperimen. Jelaslah bahwa hubungan antara Kmaks dan frekuensi  ν mengandung tetapan pembanding yang dapat dinyatakan dalam bentuk

Kmaks = h(ν – ν0) = hν – hν0

Disini ν0  menyatakan frekuensi ambang, dibawah frekuensi tersebut tidak terdapat pancaran foto dan  menyatakan tetapan. Penting untuk diperhatikan harga adalah 6,626 x 10-34 J.s selalu sama, walaupun ν0  berubah untuk logam yang berlainan disinari. dengan eksperimen fotolistrik juga membuktikan bahwa cahaya memiliki sifat sebagai partikel.

setelah sebelumnya beberapa fisikawan sulit menjelaskan fenomena efek fotolistrik, dikarenakan teori gelombang cahaya gagal menjelaskan fenomena efek fotolistrik ini. akhirnya Einstein mampu menjelaskan fenomena tersebut secara memuaskan diantaranya adalah :

  1. Tidak satupun elektron dibebaskan dari pelat logam , ketika cahaya yang digunakan lebih kecil dari pada frekuensi tertentu yang disebut sebagai frekuensi ambang (ν0). Hasil ini tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya yang memprediksi bahwa fotolistrik akan terjadi pada frekuensi berapapun asalkan intensitas cahayanya cukup besar
  2. Jika frekuensi cahaya yang digunakan  ν lebih besar dari pada frekuensi ambang (ν0) maka efek fotolistrik terjadi;  dimana jumlah fotonelektron yang dibebaskan sebanding dengan intensitas cahaya (ini dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya) dan  energi kinetik maksimum elektron elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya. (ini bertentangan dengan teori gelombang cahaya).
  3. Arus fotoelektron terjadi hampir secara konstan, bahkan untuk cahaya yang rendah intenstasnya.

Check Also

Transformator Tenaga Listrik | Definisi dan Jenis Transformator

kelas-fisika.com – Transformator Tenaga Listrik | Definisi dan Jenis Transformator Definisi Transformator Transformator atau Trafo …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Powered by themekiller.com