Efek Fotolistrik

Gambar 1. Diagram eksperimen efek foto listrik
Gejala foto listrik adalah munculnya arus listrik atau lepasnya elektron yang bermuatan negatif dari permukaan sebuah logam akibat permukaan logam tersebut disinari dengan berkas cahaya yang mempunyai panjang gelombang atau frekuensi tertentu.
Dari gambar 1, sinar yang dipancarkan pada katoda dapat menyebabkan elektron keluar dan meninggalkan katoda. Karena katoda dihubungkan dengan kutub positif dan anoda dengan kutub negatif, maka potensial anoda lebih rendah daripada potensial katoda sehingga elektron akan tertarik ke anoda. Aliran elektron ini merupakan arus listrik.
Jika potensial cukup besar, dapat menyebabkan elektron tak dapat sampai ke anoda. Beda potensial yang tepat akan menahan pancaran elektron yang disebut potensial penyetop (Vo). Pada keadaan ini, berarti energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tepat sama dengan beda potensial listrik elektron antara anoda dan katoda.
Kmax = e Vo (1)
Hasil pengamatan Lenard tahun 1902 dari eksprimen efek foto listrik adalah:
1)kecepatan elektron (yang sebanding dengan energi kinetik elektron) yang lepas dari seng itu tidak bergantung kepada intensitas cahaya, tetapi hanya bergantung kepada frekuensi (atau panjang gelombang) sinar yang digunakan.
2)Untuk suatu logam tertentu, tidak ada pancaran elektron jika panjang gelombang cahaya lebih besar dari suatu panjang gelombang tertentu.
Hasil pengamatan tersebut tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang klasik, karena menurut teori gelombang klasik, intensitas cahaya adalah besarnya kerapatan laju energi (gelombang) cahaya. Dengan demikian, jika intensitas cahaya yang datang pada permukaan bahan makin besar berarti laju energi yang datang pada permukaan bahan juga semakin besar. Karena energi yang datang semakin besar, seharusnya jumlah elektron yang dipancarkan juga makin besar. Dismaping itu seharusnya elektron dapat terpancar dari pelat asalkan intensitasnya (energinya) cukup, berapapun panjang gelombang sinar yang digunakan. Akan tetapi dari hasil eksprimen diketahui bahwa energi kinetik elektron yang dilepaskan bahan tidak bergantung pada intensitas cahaya yang digunakan dan elektron tidak dapat dipancarkan pada sembarang nilai panjang gelombang, meskipun intensitasnya dibuat besar.
Untuk menjelaskan hasil eksperimen ini, digunakan teori kuantisasi energi yang dikemukakan oleh Planck kemudian diartikan (lebih fisis) oleh Einstein. Tahun 1905. Menurut Einstein pancaran cahaya berfrekuensi f berisi paket-paket gelombang atau paket-paket energi, energi setiap paket gelombang adalah hf.
Menurut postulat Planck, foton-foton yang sampai ke katoda akan diserap sebagai kuantum enrgi. Ketika elektron menyerap foton, maka elektron mendapat sejumlah energi yang dibawa foton yaitu hf. Energi yang diperoleh ini sebagian digunakan elektron untuk melepaskan diri dari bahan dan sisanya digunakan untuk bergerak menjadi energi kinetik elektron. Besarnya energi yang diperlukan oleh elektron untuk melepaskan diri dari bahan (melawan energi ikat elektron dalam bahan) disebut fungsi kerja (θ). Secara matematik dapat dituliskan :
Ek = hf - θ (2)
Persamaan (2) disebut persamaan foto listrik Einstein.
Dari persamaan (1) dan (2) dapat diperoleh :
e Vo = hf - θ (3)
(4)
Dengan eksprimen, kita dapat mencari harga potensial penyetop untuk suatu harga frekuensi sinar datang. Dari berbagai harga frekuensi sinar datang, akan didapat berbagai harga potensial penyetop. Jika dibuat kurva eVo terhadap frekuensi, akan diperoleh kurva berbentuk linier. Dengan mengeplot grafik hubungan antara eVo dengan f akan didapatkan persamaan garis eVo = m f + c, jika kita melihat persamaan (3) maka dapat diperoleh :
m = h ;
c = θ
Pengamatan efek foto listrik sangat sesuai dengan teori Einstein mengenai foton yang dilakukan oleh Milikan pada tahun 1916. Milikan menggunakan bahan lithium sebagai katoda dan mendapatkan hasil nilai tetapan h besarnya 6,67 x 10-34 Js. Sekarang ini tetapan Planck dipandang sebagai salah satu tetapan alam, dan telah diukur dengan ketelitian yang sangat tinggi dalam berbagai percobaan. Nilai sekarang yang diterima adalah h = 6,62618 x 10-34 J.s.

Achmad Samsudin, La Sahara, dan Nurjannah @ 2008 Pendidikan IPA/Fisika SL SPs UPI