Materi Fisika SMA – Rumus Efek Fotolistrik

AhmadDahlan.Net – Mesin fotocopy merupakan mesin yang sangat dibutuhkan apalagi bagi para siswa maupun mahasiswa. Mesin fotocopy dapat menggadakan dan meng-copy tulisan atau catatan menjadi banyak lembar. Tahukah kalian? mesin fotocopy menggunakan konsep fisika dalam pengaplikasiannya. Mesin fotocopy merupakan salah satu contoh dari penerapan konsep Efek Fotolistrik. Untuk memahami mengenai efek fotolistrik, perhatikan penjelasan berikut.

A. Pengertian Efek Fotolistrik

Pelepasan elektron dari sebuah plat logam ketika disinari cahaya disebut dengan efek fotolistrik. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Fisikawan asal Jerman Heinrich Hertz tahun 1887. Efek fotolistrik pada saat itu tidak dapat dijelaskan ketika menganggap cahaya sebagai gelombang.

Efek fotolistrik kembali dipelajari oleh Hallwachs pada tahun 1888 dan menemukan bahwa muatan yang dipancarkan oleh permukaan logam adalah muatan negatif, yang kemudian diperjelas oleh J.J. Thomson pada tahun 1899 menunjukkan bahwa muatan negatif yang dipancarkan tersebut adalah elektron yang kemudian disebut dengan fotoelektron.

Pada tahun 1902 Philip Lenard melakukan eksperimen efek fotolistrik dengan menggunakan karbon sebagai sumber cahaya. Adapun beberapa kesimpulan yang diperoleh oleh Lenard adalah :

1. Energi kinetik dan kecepatan elektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, tetapi bergantung pada frekuensi cahaya
2. Terdapatnya frekuensi ambang. Artinya apabila frekuensi cahaya yang diberikan lebih kecil dari frekuensi ambang, maka tidak ada elektron yang dipancarkan. Frekuensi ambang ini disebut juga sebagai fungsi kerja (Φ) dari logam yang digunakan
3. Tidak ada selang waktu yang terjadi antara penyinaran cahaya dengan pelepasan atau pergerakan elektron.

B. Persamaan Efek Fotolistrik

1. Energi Foton

Einstein pada tahun 1905 memberikan penjelasan mengenai efek fotolistrik. Menurut einstein cahaya yang datang (ditembakkan) pada plat logam berbentuk paket energi yang disebut foton. Energi foton yang ditembakkan tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan :

E=hν

dimana,
E : besar energi foton (J)
h : konstanta Plank (6,63 . 10^-34 m²kg/s)
ν : frekuensi cahaya (Hz)

2. Energi Ambang

Foton yang ditembakkan kemudian sebagian energi nya digunakan untuk membebaskan elektron dari plat logam, dan sebagian lainnya menjadi energi kinetik dari elektron tersebut. Sebagian energi yang digunakan untuk membebaskan elektron dari plat logam disebut juga sebagai energi ambang atau fungsi kerja logam (Φ). Energi ambang pada efek foto listrik dapat dituliskan sebagai berikut :

E_0=hν_0

atau

E_0=Φ

dimana,
E₀ : besar energi ambang
h : konstanta Plank (6,63 . 10^-34 m²kg/s)
ν₀ : frekuensi ambang (Hz)
Φ : energi ambang atau fungsi kerja logam

Frekuensi ambang merupakan frekuensi cut-off atau frekuensi ambang yang harus dimiliki foton untuk membebaskan elektron dari logam.

3. Energi Kinetik

Energi kinetik elektron merupakan energi yang menyebabkan elektron dapat bergerak. Energi kinetik ini berasal dari energi foton yang ditembakkan pada plat logam. Persamaan untuk energi foton dapat dituliskan sebagai berikut :

E=E_0+E_k 

Sehingga, energi kinetik dari elektron dapat dituliskan sebagai berikut :

E_k=E-E_0

E_k=hν-hν_0

atau

E_k=hν-Φ

dimana,
E_k : besar energi kinetik elektron
h : konstanta Plank (6,63 . 10^-34 m²kg/s)
ν : frekuensi cahaya (Hz)
Φ : energi ambang atau fungsi kerja logam

Selain itu, energi kinetik elektron juga dapat dihitung menggunakan persamaan :

E_k=eV_s

dimana,
E_k : besar energi kinetik elektron
e : besar muatan elektron
V_s : tegangan stop

C. Contoh Soal

Logam yang memiliki frekuensi ambang sebesar 5 . 10¹⁴ Hz ditembakkan cahaya yang memiliki frekuensi sebesar 10 . 10¹⁴ Hz. Hitunglah besar energi kinetik elektron yang terbebas dari logam tersebut!

Pembahasan

Dik :
ν₀ = 5 . 10¹⁴ Hz Hz
ν = 10 . 10¹⁴ Hz
h = 6,6 . 10^-34 Js

Dit :
E_k = ?

Pembahasan :

E_k=E-E_0

E_k=hν-hν_0

E_k=h(ν-ν_0)

E_k=6,6\ .\ 10^{-34}\ (10\ .\ 10^{14}-5\ .\ 10^{14})

E_k=6,6\ .\ 10^{-34}\ (5\ .\ 10^{14})

E_k=3,3\ .\ 10^{-19}\ J

Jadi besar energi kinetik elektron yang terbebas dari logam adalah 3,3 . 10^-19 J