Hai Quipperian, siapa sih yang tidak kenal ilmuwan Fisika kenamaan Albert Einstein? Einstein merupakan salah satu tokoh peletak dasar Fisika Kuantum.
Kemunculan Fisika Kuantum ini dilatarbelakangi oleh banyaknya fenomena yang tidak bisa dijelaskan dengan Fisika Klasik era Newton.
Salah satu penemuan Einstein yang cukup fenomenal adalah adanya efek fotolistrik pada saat sebuah logam ditembak dengan gelombang elektromagnetik.
Memangnya, apa yang dimaksud dengan efek fotolistrik itu? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!
Pengertian Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron pada permukaan logam karena menyerap radiasi gelombang elektromagnetik. Adapun ilustrasi efek fotolistrik bisa kamu lihat pada gambar berikut.
Dari gambar di atas terlihat bahwa, saat atom-atom pada logam menyerap radiasi foton dari gelombang elektromagnetik, sebagian elektron di dalam atom akan terlepas.
Semakin besar intensitas penyinarannya, semakin banyak elektron yang akan terlepas. Nah, ternyata elektron-elektron yang terlepas dari permukaan logam ini bisa menghasilkan arus listrik.
Hal itu bisa dibuktikan dengan menghubungkannya pada sistem rangkaian listrik tertutup. Semakin besar intensitas radiasi fotonnya, semakin besar kuat arus yang terukur pada amperemeter
Sejarah Penemuan Efek Fotolistrik
Sejarah penemuan efek fotolistrik diawali oleh penelitian seorang Fisikawan Jerman, yaitu Heinrich Hertz dengan set up penelitian seperti berikut.
Kala itu, Hertz mengamati bahwa ketika elektroda logam dikenai radiasi sinar ultraviolet, jumlah elektron di dalamnya mengalami penurunan secara signifikan.
Namun, Hertz belum bisa menjelaskan secara rinci tentang penyebab terlepasnya elektron pada elektroda logam tersebut.
Barulah pada tahun 1902, ilmuwan Fisika lain, yaitu Lenard mengungkapnya beberapa fakta terkait fenomena terlepasnya elektron dari elektroda logam. Adapun fakta-fakta yang diungkapnya Lenard adalah sebagai berikut.
- Elektron akan terlepas dari logam jika dikenai foton yang frekuensinya di atas ambang batas frekuensi elektron tersebut. Berapapun intensitas radiasinya, jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi ambang batas elektron, maka elektron akan terlepas. Sebaliknya, berapapun intensitas radiasinya, jika frekuensi fotonnya lebih kecil dari frekuensi ambang batang elektron, maka elektron tidak akan terlepas.
- Besar kecilnya energi kinetik yang dihasilkan oleh elektron saat lepas dari permukaan logam dipengaruhi sepenuhnya oleh frekuensi foton.
- Intensitas radiasi foton hanya mempengaruhi banyak sedikitnya elektron yang terlepas dari permukaan logam dengan syarat frekuensinya terpenuhi. Semakin besar intensitas radiasinya, semakin banyak elektron yang akan lepas. Sebaliknya, semakin kecil intensitas radiasinya, semakin sedikit elektron yang akan terlepas.
Rumusan Efek Fotolistrik oleh Einstein
Pada tahun 1905, Albert Einstein mampu menyempurnakan fakta-fakta Lenard tentang fenomena efek fotolistrik. Poin utama yang ditekankan Einstein terkait fenomena efek fotolistrik tersebut adalah sebagai berikut.
- Radiasi gelombang elektromagnetik membawa paket-paket energi dalam bentuk foton. Besarnya energi foton sebanding dengan frekuensinya. Itu artinya, energi foton tidak dipengaruhi oleh intensitas radiasinya.
- Besarnya energi kinetik yang dihasilkan oleh elektron sebandingan dengan selisih energi foton dan fungsi kerja atau energi ambang logam.
Secara matematis, rumus energi kinetik elektron dinyatakan sebagai berikut.
Keterangan Rumus
Ekmaks = energi kinetik maksimum elektron (J)
h = tetapan Planck (6,6 × 10-34 J.s)
f = frekuensi foton (Hz)
f0 = frekuensi ambang batas logam (Hz)
Penerapan Efek Fotolistrik dalam Kehidupan Sehari-Hari
Fenomena efek fotolistrik ini ternyata bisa diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, khususnya pada peralatan kelistrikan seperti berikut.
Kalkulator
Hayo, siapa di antara Quipperian yang terbiasa menggunakan alat bantu kalkulator? Tahukah kamu jika prinsip kerja kalkulator itu memanfaatkan efek fotolistrik, lho. Di dalam kalkulator terdapat sel-sel fotolistrik. Saat terkena cahaya, elektron di dalam sel fotolistrik tersebut akan terlepas menghasilkan energi listrik. Nah, energi listrik inilah yang bisa menyalakan kalkulator.
Pemindai Batang (Barcode)
Saat berbelanja di supermarket, pasti Quipperian akan melihat penggunaan mesin barcode di bagian kasir. Untuk menentukan harga barang yang kamu beli, biasanya kasir akan melakukan pemindaian kode batang, sehingga harga barangnya akan muncul di bagian layar.
Di balik penggunaan mesin barcode tersebut, ternyata ada peran efek fotolistrik lho. Di dalam alat tersebut, hasil citra pemindaian akan diubah menjadi data-data elektronik melalui fenomena efek fotolistrik.
Lampu LED
Lampu LED termasuk salah satu perangkat fotonik, yaitu perangkat yang cara kerjanya memanfaatkan radiasi foton. Itulah mengapa, lampu LED ini bersifat lebih hemat listrik daripada lampu-lampu lain.
Contoh Soal Efek Fotolistrik
Untuk mengasah pemahamanmu, yuk simak beberapa contoh soal berikut.
Contoh Soal 1
Suatu logam dikenai sinar ungu yang frekuensinya 1016 Hz. Jika energi ambang permukaan logam tersebut ½ kali energi foton yang dibawa oleh sinar ungu, berapakah energi kinetik elektron yang akan terlepas?
Diketahui :
f = 1016 Hz
W0 = ½ E
Ditanya: EKmaks =…?
Jawaban
Untuk menentukan energi kinetik maksimumnya, gunakan persamaan berikut.
Jadi, energi kinetik elektron yang akan terlepas adalah 3,3 × 10-18 J.
Contoh Soal 2
Sebuah logam memiliki frekuensi ambang 2,4 × 1016 Hz. Lalu, logam tersebut ditembak dengan gelombang elektromagnetik yang frekuensinya 3,2 × 1016 Hz. Tentukan besar energi kinetik elektron yang lepas dari permukaan logam tersebut!
Diketahui :
f = 3,2 × 1016 Hz
f0 = 2,4 × 1016 Hz
h = 6,6 × 10-34 J.s
Ditanya: Ekmaks = …?
Jawaban
Energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam bisa kamu tentukan dengan rumus berikut.
Jadi, energi maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam tersebut adalah 5,28 × 10-18 J.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, yuk buruan gabung Quipper Video.