Sejarah, Rumus dan Contoh Soal

Hai Quipperian, siapa yang tidak kenal fisikawan terkenal Albert Einstein? Einstein adalah salah satu tokoh dasar Fisika Kuantum.

Munculnya Fisika Kuantum dilatarbelakangi oleh banyaknya fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh Fisika Klasik Newton.

Salah satu penemuan fenomenal Einstein adalah efek fotolistrik ketika sebuah logam ditembakkan dengan gelombang elektromagnetik.

Memang, apa yang dimaksud dengan efek fotolistrik? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!

Definisi Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik merupakan gejala lepasnya elektron pada permukaan logam dengan cara menyerap radiasi elektromagnetik. Anda dapat melihat ilustrasi efek fotolistrik pada gambar berikut.

Efek fotoelektrik

Dari gambar di atas terlihat bahwa, ketika atom-atom dalam suatu logam menyerap radiasi foton dari gelombang elektromagnetik, maka sebagian elektron dalam atom tersebut akan terlepas.

Semakin besar intensitas penyinaran, semakin banyak elektron yang dilepaskan. Nah, ternyata elektron yang dilepaskan dari permukaan logam ini bisa menghasilkan arus listrik.

Hal ini dapat dibuktikan dengan menghubungkannya dengan sistem rangkaian listrik tertutup. Semakin besar intensitas radiasi foton, semakin besar arus yang diukur pada ammeter

Sejarah Penemuan Efek Fotolistrik

Sejarah penemuan efek fotolistrik diawali oleh penelitian seorang fisikawan Jerman yaitu Heinrich Hertz dengan susunan penelitian sebagai berikut.

Saat itu, Hertz mengamati bahwa ketika elektroda logam terkena radiasi ultraviolet, jumlah elektron di dalamnya berkurang secara signifikan.

Namun, Hertz belum bisa menjelaskan secara detail tentang penyebab lepasnya elektron pada elektroda logam tersebut.

Barulah pada tahun 1902, fisikawan lain yaitu Lenard mengungkapkan beberapa fakta terkait fenomena lepasnya elektron dari elektroda logam. Fakta-fakta yang diungkapkan Lenard adalah sebagai berikut.

1. Elektron akan terlepas dari logam jika dikenai foton yang frekuensinya di atas ambang frekuensi elektron. Terlepas dari intensitas radiasi, jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi ambang elektron, elektron akan dilepaskan. Sebaliknya, berapapun intensitas radiasinya, jika frekuensi foton lebih rendah dari frekuensi ambang batas batang elektron, maka elektron tidak akan terlepas.
2. Besar kecilnya energi kinetik yang dihasilkan elektron ketika dilepaskan dari permukaan logam sepenuhnya dipengaruhi oleh frekuensi foton.
3. Intensitas radiasi foton hanya mempengaruhi jumlah elektron yang dilepaskan dari permukaan logam asalkan frekuensinya terpenuhi. Semakin besar intensitas radiasi, semakin banyak elektron yang hilang. Sebaliknya, semakin kecil intensitas radiasi, semakin sedikit elektron yang dilepaskan.

Formulasi efek fotolistrik Einstein

Pada tahun 1905, Albert Einstein mampu menyempurnakan fakta Lenard tentang fenomena efek fotolistrik. Pokok-pokok yang ditekankan Einstein mengenai fenomena efek fotolistrik adalah sebagai berikut.

1. Radiasi elektromagnetik membawa paket energi dalam bentuk foton. Energi foton sebanding dengan frekuensinya. Artinya, energi foton tidak dipengaruhi oleh intensitas radiasi.
2. Besarnya energi kinetik yang dihasilkan oleh elektron sebanding dengan selisih energi foton dengan fungsi kerja atau energi ambang logam.

Secara matematis, rumus energi kinetik elektron dinyatakan sebagai berikut.

Deskripsi Rumus

ek_maks = energi kinetik maksimum elektron (J)

H = Konstanta Planck (6,6 × 10^-34 js)

F = frekuensi foton (Hz)

F₀ = frekuensi ambang logam (Hz)

Penerapan Efek Fotolistrik dalam Kehidupan Sehari-hari

Fenomena efek fotolistrik sebenarnya dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, khususnya pada peralatan listrik seperti berikut ini.

Kalkulator

Hayo, Quipperian mana yang terbiasa menggunakan kalkulator? Tahukah kamu bahwa prinsip kerja kalkulator memanfaatkan efek fotolistrik lho. Di dalam kalkulator terdapat sel fotolistrik. Saat terkena cahaya, elektron dalam sel fotolistrik dilepaskan untuk menghasilkan energi listrik. Nah, energi listrik inilah yang bisa menggerakkan kalkulator.

Pemindai Batang (Kode Batang)

Saat berbelanja di supermarket, Quipperian pasti akan melihat penggunaan mesin barcode di kasir. Untuk menentukan harga barang yang Anda beli, biasanya kasir akan melakukan scan barcode, sehingga harga barang tersebut akan muncul di layar.

Di balik penggunaan mesin barcode ternyata ada peranan untuk efek fotolistrik lho. Pada alat ini, hasil citra yang dipindai akan diubah menjadi data elektronik melalui fenomena efek fotolistrik.

Lampu LED

Lampu LED adalah salah satu perangkat fotonik, yaitu perangkat yang menggunakan radiasi foton untuk bekerja. Itu sebabnya, lampu LED ini lebih hemat energi dibanding lampu lainnya.

Contoh Masalah Efek Fotolistrik

Untuk mengasah pemahaman Anda, mari kita lihat beberapa contoh berikut.

Contoh Soal 1

Sebuah logam disinari cahaya ungu dengan frekuensi 10¹⁶ Hz. Jika energi ambang permukaan logam adalah ½ kali energi foton yang dibawa oleh cahaya ungu, berapakah energi kinetik elektron yang dilepaskan?

Dikenal :

f = 10¹⁶ Hz

W₀ = ½ E

Dicari: EK_maks =…?

Menjawab

Untuk menentukan energi kinetik maksimumnya, gunakan persamaan berikut.

Jadi, energi kinetik elektron yang akan dilepaskan adalah 3,3 × 10^-18 J.

Contoh Soal 2

Sebuah logam memiliki frekuensi ambang 2,4 × 10¹⁶ Hz. Kemudian, logam ditembakkan dengan gelombang elektromagnetik yang frekuensinya 3,2 × 10¹⁶ Hz. Tentukan energi kinetik elektron yang dilepaskan dari permukaan logam!

Dikenal :

f = 3,2 × 10¹⁶ Hz

f0 = 2,4 × 10¹⁶ Hz

h = 6,6 × 10^-34 Js

Ditanya: Ec_maks = …?

Menjawab

Anda dapat menentukan energi kinetik maksimum elektron yang dilepaskan dari permukaan logam dengan rumus berikut.

Jadi, energi maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam adalah 5,28 × 10^-18 J.

Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, buruan gabung dengan Quipper Video.