BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat
disinari cahaya. Ditinjau dari perspektif sejarah, penemuan efek fotolistrik merupakan
salah satu tonggak sejarah kelahiran fisika kuantum. Untuk merumuskan teori
yang cocok dengan eksperimen, kita dihadapkan pada situasi dimana paham klasik
yang selama puluhan tahun diyakini sebagai paham yang benar, terpaksa harus
dirombak. Paham yang dimaksud adalah konsep cahaya sebagai gelombang tidak
dirombak, fenomena efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan secara baik. Paham
yang baru yang mampu menjelaskan secara teoritis fenomena efek fotolistrik
adalah bahwa cahaya sebagai partikel namun demikian, munculnya paham baru ini
menimbulkan polemik baru. Penyebabnya adalah bahwa paham cahaya sebagai
gelombang telah dibuktikan kehandalannya dalam menjelaskan sejumlah besar
fenomena yang berkaitan dengan fenomena difraksi, interferensi, dan polarisasi.
Sementara itu, fenomena yang disebutkan tadi tidak dapat dijelaskan berdasarkan
paham cahaya sebagai partikel. Untuk mengatasi itu, para ahli sepakat bahwa
cahaya memiliki sifat ganda yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.
Efek fotolistrik merupakan pengeluaran elektron dari
suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan
radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis
permukaan. Istilah lama untuk efek
fotolistrik adalah efek Hertz
(yang saat ini tidak digunakan lagi).
Efek fotolistrik banyak membantu penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti foton dalam kasus ini) dapat menunjukkan
kedua sifat dan kelakuan seperti-gelombang dan seperti-partikel, sebuah konsep
yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum. Efek fotolistrik dijelaskan secara
matematis oleh Albert Einstein yang memperluas kuanta yang
dikembangkan oleh Max Planck.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah
yang akan dibahas dalam makalah ini antara lain :
1.
Apa itu efek fotolistrik?
2.
Apa itu hamburan compton?
3.
Bagaimana aplikasi efek fotolistrik dalam kehidupan?
1.3 Tujuan
Berdasarkan
rumusan masalah di atas, pembahasan materi dari makalah ini bertujuan untuk :
1.
Mengetahui Efek fotolistrik.
2.
Mengetahui Hamburan Compton.
3.
Mengetahui aplikasi efek fotolistrik dalam kehidupan.
BAB
II
EFEK FOTOLISTRIK
2.1 Penemuan Hertz Gelombang Maxwell
Prediksi paling dramatis teori Maxwell
elektromagnetisme, diterbitkan pada tahun 1865, adalah adanya gelombang
elektromagnetik bergerak pada kecepatan cahaya, dan kesimpulan bahwa cahaya itu
sendiri hanya seperti gelombang. Eksperimentalis ini ditantang untuk
menghasilkan dan mendeteksi radiasi elektromagnetik menggunakan beberapa bentuk
aparatus listrik. Usaha jelas pertama yang berhasil adalah dengan Heinrich
Hertz pada tahun 1886. Dia menggunakan sebuah kumparan induksi tegangan tinggi
menyebabkan percikan discharge antara dua lembar kuningan, mengutip dia,
"Bayangkan tubuh silinder kuningan, 3 cm diameter 26 cm, ditengah sela
sepanjang panjangnya oleh celah percikan yang kutub pada sisinya dibentuk oleh lingkup radius
2 cm.
Untuk membuktikan
bahwa memang ada radiasi yang dipancarkan, itu harus terdeteksi. Hertz
menggunakan sepotong kawat tembaga 1 mm tebal membungkuk ke lingkaran diameter
7,5 cm, dengan lingkup kuningan kecil di salah satu ujungnya, dan ujung kawat
itu menunjuk, dengan titik dekat bola. Ia menambahkan
mekanisme sekrup sehingga titik bisa bergerak sangat dekat dengan lingkungan
secara terkendali. Ini "penerima" dirancang sehingga arus berosilasi
bolak-balik di kawat akan memiliki periode alami dekat dengan dari
"pemancar" yang dijelaskan di atas. Adanya muatan berosilasi di
penerima akan ditandai dengan percikan di seluruh perbedaan (kecil) antara
titik dan lingkungan (biasanya, kesenjangan ini seratus milimeter).
Penelitian ini
sangat sukses, Hertz mampu mendeteksi radiasi hingga lima belas
meter jauhnya, dan dalam serangkaian percobaan ditetapkan bahwa radiasi tercermin dan membias
seperti yang diharapkan. Hertz kemudian
memulai investigasi yang sangat teliti. Ia menemukan bahwa penerima percikan
kecil lebih kuat jika terkena sinar ultraviolet dari pemancar percikan. Butuh waktu lama untuk mencari ini
keluar tetapi menemukan selembar kaca efektif terlindung percikan. Dia kemudian menemukan sepotong kuarsa tidak perisai
percikan, dimana ia menggunakan prisma
kuarsa untuk memecah cahaya dari besar percikan ke dalam komponen-komponennya,
dan menemukan bahwa panjang gelombang yang membuat percikan sedikit lebih kuat
berada di luar.
Pada tahun 1887 Heinrich Rudolf Hertz
menemukan fenomena efek Fotolistrik yang membingungkan para Fisikawan.
Gambar 1. Fenomena Efek Fotolistrik
Sebuah logam ketika diberi cahaya akan melepaskan elektron, yang
akan menghasilkan arus listrik jika disambung ke rangkaian tertutup. Jika
cahaya adalah gelombang seperti yang telah diprediksikan oleh Fisika klasik, maka
seharusnya semakin tinggi intensitas cahaya yang diberikan maka semakin besar
arus yang terdeteksi. Namun hasil eksperimen menunjukkan bahwa walaupun
intensitas cahaya yang diberikan maksimum, elektron tidak muncul juga dari plat
logam.
Gambar 2. Fenomena Efek Fotolistrik
Tetapi ketika diberikan
cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (frekuensi lebih tinggi, ke
arah warna ungu dari spektrum cahaya) dari sebelumnya, tiba-tiba elektron lepas
dari plat logam sehingga terdeteksi arus listrik, padahal intensitas yang
diberikan lebih kecil dari intensitas sebelumnya. Berarti, energi yang
dibutuhkan oleh plat logam untuk melepaskan elektronnya tergantung pada panjang
gelombang. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan oleh
para Fisikawan pada waktu itu. Kalau cahaya itu memang benar-benar
gelombang, yang memiliki sifat kontinyu, bukankah seharusnya energi yang bisa
diserap darinya bisa bernilai berapa saja ? Tapi ternyata hanya jumlah energi
tertentu saja yang bisa diserap untuk melepaskan elektron bebas.
Gambar 3. Fenomena Efek Fotolistrik
2.2 Pendekatan Hallwachs
Tahun berikutnya,
1888, fisikawan Jerman, Wilhelm Hallwachs, di Dresden menjelaskan eksperimennya
yang sangat sederhana: plat melingkar
seng dipasang berdiri dengan isolasi serta dilengkapi dengan kawat ke
electroscope daun emas. Namun, jika pelat seng terkena sinar
ultraviolet dari lampu busur, atau dari magnesium terbakar, muatannya keluar
dengan cepat. Jika piring itu bermuatan positif, tidak ada muatan yang keluar.
Mungkinkah cahaya
ultraviolet entah bagaimana merusak sifat isolasi dari dudukan plat seng? Mungkinkah efek listrik atau
magnetik dari arus besar di lampu busur entah bagaimana menyebabkan keluarnya
muatan? Meskipun percobaan Hallwach sudah dapat
dipastikan kebenarannya, ia tidak mengerti teori apa yang sedang terjadi.
2.3 J.J. Thomson Mengidentifikasi Partikel
Pada kenyataannya,
situasi masih belum jelas sampai 1899, ketika Thomson menetapkan bahwa sinar
ultraviolet menyebabkan elektron menjadi dipancarkan, partikel-partikel yang
sama ditemukan dalam sinar katoda. Metode-Nya adalah untuk menyertakan
permukaan logam yang akan terkena radiasi dalam tabung vakum, dengan kata lain
untuk membuat katoda dalam sebuah tabung sinar katoda. Fitur baru adalah bahwa elektron itu
harus dikeluarkan dari katoda oleh radiasi, bukan oleh medan listrik yang kuat
yang digunakan sebelumnya.
Pada saat ini, ada gambar yang masuk
akal tentang apa yang terjadi. Atom dalam katoda
berisi elektron, yang terguncang dan bergetar disebabkan oleh medan listrik
dari radiasi . Akhirnya beberapa dari mereka akan bergetar dan akan
dikeluarkan dari katoda. Hal ini bermanfaat
mempertimbangkan dengan hati-hati bagaimana jumlah dan kecepatan elektron yang
dipancarkan akan diharapkan bervariasi dengan intensitas dan warna radiasi.
Peningkatan intensitas radiasi akan mengguncang elektron lebih keras, sehingga
orang akan berharap lebih untuk menjadi dipancarkan, dan mereka akan menembak
keluar dengan kecepatan yang lebih besar, rata-rata. Meningkatkan frekuensi
radiasi akan mengguncang elektron lebih cepat, sehingga dapat menyebabkan
elektron untuk keluar lebih cepat. Untuk lampu sangat redup, itu akan memerlukan
waktu untuk elektron bekerja sampai amplitudo getaran yang cukup mengeluarkannya.
2.4 Penemuan Mengejutkan oleh Lenard
Pada tahun 1902,
Lenard mempelajari bagaimana energi foto elektron yang dipancarkan bervariasi
dengan intensitas cahaya. Dia menggunakan lampu karbon busur, dan dapat meningkatkan
intensitas seribu kali lipat. Elektron dikeluarkan
dari pelat logam, kolektor, yang terhubung ke katoda melalui kawat dengan
ammeter sensitif, untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh iluminasi. Untuk
mengukur energi elektron dikeluarkan, Lenard dibebankan pelat kolektor negatif,
untuk mencegah elektron datang ke arah itu. Jadi, elektron hanya dikeluarkan
dengan energi kinetik yang cukup untuk bergerak ini adalah bukti potensial akan
berkontribusi pada saat ini. Lenard menemukan bahwa ada tegangan minimum
didefinisikan dengan baik yang berhenti setiap elektron mendapatkan melalui,
kita akan menyebutnya Vstop. Yang mengejutkan, ia menemukan bahwa Vstop tidak
tergantung sama sekali pada intensitas cahaya. Menggandakan intensitas cahaya dua kali lipat jumlah
elektron yang dipancarkan, tetapi tidak mempengaruhi energi dari elektron yang
dipancarkan. Bidang berosilasi lebih kuat terlontar elektron lebih, tapi energi
individu maksimum elektron dikeluarkan adalah sama seperti untuk bidang lemah.
Tapi Lenard melakukan sesuatu yang
lain. menggunakan lampu busur yang sangat kuat, ada intensitas yang cukup untuk
memisahkan warna dan memeriksa efek fotolistrik menggunakan lampu warna yang
berbeda. Dia menemukan bahwa energi maksimum
dari elektron dikeluarkan tidak bergantung pada warna namun panjang gelombang
pendek, cahaya dengan frekuensi yang lebih tinggi menyebabkan elektron akan
dikeluarkan dengan lebih banyak energi. Hal ini, bagaimanapun, sebuah
kesimpulan yang cukup kualitatif, pengukuran energi
tidak terlalu direproduksi, karena sangat sensitif
terhadap kondisi permukaan.
Gambar 4. Percobaan Lenard
Pertanyaan: Pada gambar di atas, baterai
merupakan potensi Lenard digunakan untuk mengisi pelat kolektor negatif, yang
sebenarnya akan menjadi sumber tegangan variabel. Karena elektron dikeluarkan oleh
sinar biru yang sampai ke plat kolektor, jelas potensi yang disediakan oleh
baterai kurang dari Vstop untuk cahaya biru. Tampilkan
dengan panah pada kawat arah arus listrik dalam kawat.
Gambar 4. Percobaan Lenard
2.5 Penjelasan dan Keterangan Einstein
Pada tahun 1905 Einstein memberikan
penafsiran yang sangat sederhana dari hasil Lenard. Einstein hanya menduga bahwa radiasi yang masuk harus dianggap sebagai
kuanta dari frekuensi hf, dengan f
frekuensi. Dalam
photoemission, satu kuantum tersebut diserap oleh satu elektron. Jika elektron adalah beberapa jarak menjadi bahan
katoda, beberapa energi akan hilang ketika bergerak ke arah permukaan. Akan
selalu ada beberapa biaya elektrostatik dengan elektron permukaan daun, ini biasanya
disebut fungsi kerja, W. Elektron yang paling
energik yang dipancarkan akan menjadi
sangat dekat dengan permukaan, dan mereka akan meninggalkan katoda
dengan energi kinetik
E = hf - W
Pada tegangan negatif pada plat kolektor sampai
arus berhenti, untuk itu Vstop, elektron energi kinetik tertinggi harus
memiliki eVstop energi ketika meninggalkan katoda. Dengan demikian,
eVstop = hf – W
Dengan demikian
teori Einstein membuat prediksi kuantitatif yang sangat jelas: jika frekuensi
cahaya insiden yang bervariasi, dan Vstop diplot sebagai fungsi frekuensi,
kemiringan garis harus h / e.
Hal ini juga jelas
bahwa ada frekuensi cahaya minimum untuk suatu logam tertentu, bahwa untuk yang
kuantum energi sama dengan fungsi kerja. Cahaya di bawah ini frekuensi itu,
tidak peduli seberapa terang, tidak akan menyebabkan photoemission.
Dari Pembahasan diatas
dapat disimpulkan bahwa energi yang dibutuhkan oleh plat logam untuk melepaskan
elektronnya tergantung pada panjang gelombang, dan diungkap oleh Einsten bahwa
hal ini dikarenakan ketika frekuensi cahaya yang diberikan lebih tinggi, maka
walaupun terdapat hanya 1 foton saja (intensitas rendah) dengan energi yang
cukup, foton tersebut mampu untuk melepaskan 1 elektron dari ikatannya.
Intensitas cahaya dinaikkan berarti akan semakin banyak jumlah foton yang
dilepaskan, akibatnya semakin banyak elektron yang akan lepas. Einstein
menjawab teka-teki mengenai fotolistrik.
Einstein termashur
dengan teori relativitasnya. Hampir semua orang kenal formula E = mc2, namun sedikit saja yang
mengetahui apa itu efek fotolistrik yang mengantarkan Einstein sebagai ilmuwan
penerima hadiah Nobel. Pada tahun 1921 panitia hadiah Nobel menuliskan bahwa
Einstein dianugrahi penghargaan tertinggi di bidang sains tersebut atas jasanya
di bidang fisika teori terutama untuk penemuan hukum efek fotolistrik. Sangat
mengherankan mengapa ia tidak menerima Nobel dari teori relativitas yang
berdampak filosofis tinggi tersebut. Mungkinkah hanya panitia hadiah Nobel yang
tahu, atau ada alasan pragmatis di balik itu?
Efek fotolistrik
merupakan proses perubahan sifat-sifat konduksi listrik di dalam material
karena pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini
mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor,
atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dalam metal. Fenomena
pertama dikenal sebagai efek fotolistrik internal, sedangkan fenomena kedua
disebut efek fotolistrik eksternal.
Einstein menyelesaikan
paper yang menjelaskan efek ini pada tanggal 17 Maret 1905 dan mengirimkannya
ke jurnal Annalen der Physik, persis 3 hari setelah ulang tahunnya yang
ke 26. Di dalam paper tersebut Einstein untuk pertama kalinya memperkenalkan
istilah kuantum (paket) cahaya. Pada pendahuluan paper ia berargumentasi bahwa
proses-proses seperti radiasi benda hitam, fotoluminesens, dan produksi sinar
katode, hanya dapat dijelaskan jika energi cahaya tersebut tidak terdistribusi
secara kontinyu.
Ide Einstein memicu
Louis de Broglie menelurkan konsep gelombang materi. Konsep ini menyatakan
benda yang bergerak dapat dianggap sebagai suatu gelombang dengan panjang
gelombang berbanding terbalik terhadap momentumnya. Sederhananya, ide de
Broglie ini merupakan kebalikan dari ide Einstein. Kedua ide ini selanjutnya membantu
melahirkan mekanika kuantum melalui persamaan Schroedinger yang menandai
berakhirnya masa fisika klasik.
2.6 Upaya Millikan untuk menyangkal Teori Einstein
Jika kita menerima
teori Einstein, maka ini adalah cara yang sama sekali berbeda untuk mengukur
konstanta Planck. Ahli
fisikawan Amerika Robert Millikan, yang tidak menerima teori Einstein, yang
dilihatnya sebagai serangan terhadap teori gelombang cahaya, bekerja selama
sepuluh tahun, sampai 1916, pada efek fotolistrik. Dia bahkan dirancang teknik untuk Scraping membersihkan logam permukaan
dalam tabung vakum. Untuk semua usahanya dia menemukan hasil mengecewakan: ia
mengkonfirmasikan teori Einstein, pengukuran terus-menerus untuk konstanta Planck
dalam 0,5% dengan metode ini. Namun salah satu hiburan untuknya adalah dia
mendapatkan hadiah Nobel untuk serangkaian percobaan
Pada kenyataanya, inilah
ikhwal lahirnya fisika modern yang menampik asumsi teori-teori mapan saat itu.
Salah satunya adalah teori Maxwell yang berhasil memadukan fenomena kelistrikan
dan kemagnetan dalam satu formula serta menyimpulkan bahwa cahaya merupakan
salah satu wujud gelombang elektromagnetik. Jelas dibutuhkan waktu cukup lama
untuk meyakinkan komunitas fisika jika cahaya memiliki sifat granular. Nyatanya
dibutuhkan hampir 11 tahun hingga seorang Robert Millikan berhasil membuktikan
hipotesis Einstein. Tidak tanggung-tanggung juga, Millikan menghabiskan waktu
10 tahun untuk pembuktian tersebut. Pada saat itu Einstein mempublikasikan
paper lain berjudul “Teori Kuantum Cahaya”. Di dalam paper ini ia
menjelaskan proses emisi dan absorpsi paket
cahaya dalam molekul, serta menghitung peluang emisi spontan dan emisi yang
diinduksi yang selanjutnya dikenal sebagai koefisien Einstein A dan B.
Kedua koefisien ini bermanfaat dalam menjelaskan secara teoretis penemuan laser
di kemudian hari. Tujuh tahun kemudian Arthur Compton berhasil membuat
eksperimen yang membuktikan sifat kuantum cahaya tersebut dengan bantuan teori
relativitas khusus.
2.7
Efek Fotolistrik
Hasil-hasil
eksperimen menunjukkan, bahwa suatu jenis logam tertentu bila disinari (dikenai
radiasi) dengan frekuensi yang lebih besar dari harga tertentu akan melepaskan
elektron, walaupun intensitas radiasinya sangat kecil. Sebaliknya, berapapun
besar intensitas radiasi yang dikenakan pada suatu jenis logam, jika
frekuensinya lebih kecil dari harga tertentu maka tidak akan dapat melepaskan
elektron dari logam tersebut. Peristiwa pelepasan elektron dari logam oleh
radiasi tersebut disebut efek
fotolistrik, diamati pertama kali oleh Heinrich Hertz (1887). Elektron yang
terlepas dari logam disebut foto-elektron.
Efek fotolistrik membutuhkan foton
dengan energi dari beberapa electronvolts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang
nomor atomnya tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah
penting dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron dan mempengaruhi pembentukan konsep Dualitas
gelombang-partikel. Fenomena
di mana cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik termasuk efek fotokonduktif
(juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau photoresistivity), efek
fotovoltaik dan efek fotoelektrokimia .
Ketika
seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan
logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati
melalui prosedur sebagai berikut. Dua
buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam
tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain
dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat
terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus
listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang
lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk
arus listrik. Cahaya
dipandang sebagai kuantum energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan
kontinu yang dinyatakan sebagai E = hf.
Gambar 5. Efek Fotolistrik
Konsep
penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek
fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu
kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk
bergerak ke pelat logam yang lain.
Persamaan ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. Perlu diperhatikan bahwa W0 adalah energi
ambang logam atau fungsi kerja logam, f0 adalah
frekuensi ambang logam, f adalah
frekuensi cahaya yang digunakan, dan Ekm adalah
energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke pelat
logam yang lain. Dimana m adalah
massa elektron dan ve adalah
dan kecepatan elektron. Satuan energi dalam SI adalah joule (J) dan frekuensi
adalah hertz (Hz). Tetapi, fungsi kerja logam
biasanya dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV) sehingga perlu diingat
bahwa 1 eV = 1,6 × 10−19 J.
2.7.1 Mekanisme Emisi
Foton dari sinar memiliki energi karakteristik yang
ditentukan oleh frekuensi cahaya. Dalam proses photoemission, jika elektron
dalam beberapa bahan menyerap energi dari satu foton dan dengan demikian
memiliki lebih banyak energi daripada fungsi kerja (energi ikat elektron) dari
materi, itu dikeluarkan. Jika energi foton terlalu rendah, elektron tidak bisa
keluar dari materi. Peningkatan intensitas sinar meningkatkan jumlah foton
dalam berkas cahaya, dan dengan demikian meningkatkan jumlah elektron, tetapi
tidak meningkatkan energi setiap elektron yang dimemiliki. Energi dari elektron
yang dipancarkan tidak tergantung pada intensitas cahaya yang masuk, tetapi
hanya pada energi atau frekuensi foton individual. Ini adalah interaksi antara
foton dan elektron terluar.
Elektron dapat menyerap energi dari foton ketika
disinari, tetapi mereka biasanya mengikuti prinsip "semua atau tidak"
. Semua energi dari satu foton harus diserap dan digunakan untuk membebaskan
satu elektron dari atom yang mengikat, atau energi dipancarkan kembali. Jika
energi foton diserap, sebagian energi membebaskan elektron dari atom, dan
sisanya dikontribusi untuk energi kinetik elektron sebagai partikel bebas. Tidak ada elektron yang
dilepaskan oleh radiasi di bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan
energi yang cukup untuk mengatasi ikatan atom.
Efek fotolistrik banyak membantu penduaan
gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti
foton
dalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan seperti- gelombang
dan seperti-partikel, sebuah konsep yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum.
Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein
yang memperluas kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck.
Hukum emisi fotolistrik:
1.
Untuk logam dan radiasi
tertentu, jumlah fotoelektro yang dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg digunakan.
2.
Untuk logam tertentu,
terdapat frekuensi minimum radiasi. di bawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa dipancarkan.
3.
Di atas frekuensi
tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun
bergantung pada frekuensi cahaya.
4.
Perbedaan waktu dari radiasi dan
pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10-9
detik.
2.7.2 Potensial Penghenti
Hubungan antara arus dan tegangan diterapkan
menggambarkan sifat efek fotolistrik. Untuk diskusi, sumber cahaya menerangi P
piring, dan lain elektrode pelat Q mengumpulkan setiap elektron yang dipancarkan.
Kami bervariasi potensial antara P dan Q dan mengukur arus yang mengalir dalam
sirkuit eksternal antara dua lempeng.
Jika frekuensi dan intensitas radiasi insiden adalah
tetap, arus fotolistrik meningkat secara bertahap dengan peningkatan potensi positif
sampai semua foto elektron yang dipancarkan dikumpulkan. Arus fotolistrik
mencapai nilai saturasi dan tidak meningkatkan lebih lanjut untuk peningkatan
potensi positif. Arus saturasi tergantung pada intensitas pencahayaan, tapi
tidak panjang gelombang.
Jika kita menerapkan potensi negatif ke piring Q
sehubungan dengan plat P dan secara
bertahap meningkatkan itu, berkurang saat fotolistrik sampai nol, pada
potensial negatif tertentu di piring Q. potensi negatif minimum yang diberikan
ke piring Q di mana arus fotolistrik
menjadi nol disebut potensial menghentikan atau memotong potensial.
Dalam rezim sinar-X, efek fotolistrik dalam bahan
kristal sering didekomposisi menjadi tiga langkah:
1) Inner
efek fotolistrik. Lubang tertinggal dapat menimbulkan efek auger , yang
terlihat bahkan ketika elektron tidak meninggalkan materi. Dalam padatan
molekul fonon sangat antusias dalam langkah ini dan dapat terlihat sebagai
garis dalam energi elektron akhir. Para photoeffect batin harus diperbolehkan.
Para aturan transisi untuk atom menerjemahkan melalui model ketat mengikat ke
kristal. Mereka adalah geometri untuk osilasi plasma dalam bahwa mereka harus transversal.
2)
Balistik transportasi setengah dari
elektron ke permukaan. Beberapa elektron tersebar.
3)
Elektron melarikan diri dari bahan di permukaan.
Dalam model tiga langkah, elektron dapat mengambil
beberapa jalur melalui tiga langkah. Semua jalan dapat mengganggu dalam arti
formulasi jalan terpisahkan. Untuk negara permukaan dan molekul model tiga
langkah apakah masih masuk akal bahkan beberapa sebagai yang paling atom
memiliki elektron yang dapat menyebarkan beberapa elektron yang meninggalkan.
Arus nol atau tidak ada arus berarti tidak ada lagi
elektron yang lepas dari permukaan logam akibat efek fotolistrik. Nilai
tegangan yang menyebabkan elektron berhenti terlepas dari permukaan logam pada
efek fotolistrik disebut tegangan atau potensial penghenti (stopping potential). Jika V0adalah potensial penghenti, maka
Ekm =
eV0
Persamaan ini pada dasarnya adalah persamaan energi.
Perlu diperhatikan bahwa e adalah
muatan elektron yang besarnya 1,6 × 10−19 C
dan tegangan dinyatakan
dalam satuan volt (V).
2.8 Hamburan
Compton
Seberkas
radiasi yang dikenakan pada lempeng (plat tipis) logam akan mengalami hamburan.
Intensitas radiasi terhambur tergantung pada sudut hamburannya. Gambar berikut
menunjukkan susunan peralatan dan hasil pengamatan hamburan radiasi. Gejala
tersebut tidak dapat dijelaskan dengan
memandang radiasi sebagai gelombang klasik.
Pada
tahun 1923, Compton mempelajari hamburan radiasi tersebut di atas, dan
menerangkan sebagai berikut. Radiasi yang dikenakan pada lempeng logam
berinteraksi dengan elektron bebas dalam logam (tidak selalu menimbulkan efek
fotolistrik walaupun tenaganya cukup). Interaksi antara radiasi dengan elektron
bebas dalam logam berperilaku seperti tumbukan elastis antara dua partikel.
Mekanisme hamburan radiasi (kemudian disebut hamburan Compton atau efek
Compton) tersebut di atas dapat dijelaskan dengan memberlakukan hukum-hukum
kekekalan tenaga dan momentum linear secara relativistik.
Percobaan
Compton merupakan salah satu dari tiga proses yang melemahkan energi suatu
sinarionisasi. Bila suatu sinar jatuh pada permukaan suatu materi sebagian
daripada energinya akan diberikankepada materi tersebut, sedangkan sinar itu
sendiri akan di sebarkan, sehingga energy radiasi yangdipancarkan lebih kecil
dari energi radiasi yang datang (panjang gelombang lebih panjang
daripadasebelumnya ).
Hamburan
Compton adalah suatu efek yang merupakan bagian interaksi sebuah penyinaran
terhadapsuatu materi. Efek Compton adalah salah satu dari tiga proses yang
melemahkan energi suatu sinar ionisasi. Bila suatu sinar jatuh pada permukaan
suatu materi sebagian daripada energinya akan diberikan kepadamateri tersebut,
sedangkan sinar itu sendiri akan di sebarkan. Proses hamburan Compton
dianalisis sebagai suatu interaksi (―tumbukan‖ dalam pengertian partikel secara klasik) antara sebuah foton dan sebuah elektron, yang kita
anggap diam. Hamburan Compton terjadi apabila foton dengan energi hf
berinteraksidengan elektron bebas atau elektron yang tidak terikat dengan kuat
oleh inti, yaitu elektron terluar dari atom.Elektron itu dilepaskan dari ikatan
inti dan bergerak dengan energi kinetik tertentu disertai foton lain
denganenergi lebih rendah dibandingkan foton datang. Foton lain ini dinamakan
foton hamburan. Dalam hamburanCompton ini, energi foton yang datang yang
diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan fotonhamburan
2.8.1 Efek Compton
Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang
sebagai kuantum energi dengan energi yang diskrit. Kuantum energi tidak dapat
digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati bentuk partikel. Partikel
cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton. Pandangan cahaya
sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek Compton. Jika seberkas sinar-X
ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan mengalami
perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih besar. Gejala ini
dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur Holly
Compton.
Gambar 6. Efek
Compton
Sinar-X
digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua
bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas yang diam menyerap sebagian
energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton
mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut θ terhadap
arah semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar. Perubahan panjang
gelombang foton setelah terhambur dinyatakan sebagai :
Dimana m adalah
massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya, dan h adalah konstanta Planck.
2.9 Aplikasi Efek Fotolistrik
Apakah Anda pernah bertanya-tanya
bagaimana sebuah kamera otomatis dapat mengambil gambar yang besar tanpa
mengatur? Kamera memiliki built-in light meter. Ketika cahaya datang ke light
meter, menyerang sebuah benda logam yang melepaskan elektron dan menciptakan
arus. Ini secara otomatis membuka dan menutup lensa untuk menyesuaikan kondisi
pencahayaan tinggi dan rendah. detektor asap dan beberapa alarm pencuri juga
beroperasi menggunakan prinsip dasar efek fotolistrik.
Sangat
mengherankan jika kita mendengar bahwa aplikasi pertama efek fotolistrik berada
dalam dunia hiburan. Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara
dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping
film. Pada saat film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek
fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung
sehingga menghasilkan film bersuara.
Aplikasi paling
populer di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda (photomultiplier
tube). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi
elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat
tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan
menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang berhasil
menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun
2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk
tujuan spektroskopi melalui peralatan yang bernama photoelectron
spectroscopy atau PES.
Efek fotolistrik
internal memiliki aplikasi yang lebih menyentuh masyarakat. Ambil contoh
foto-diode atau foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor cahaya
berkecepatan tinggi. Bahkan, dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40
Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11
detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.
Sel surya yang
sangat kita kenal manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik
melalui efek fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan
cahaya tampak akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu
sisi yang disertai dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda
potensial yang jika dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik.
Akhir-akhir ini
kita dibanjiri oleh produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera CCD
(charge coupled device). Sebut saja kamera pada ponsel, kamera digital
dengan resolusi hingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-batang (barcode)
yang dipakai diseluruh supermarket, kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik
internal dalam mengubah citra yang dikehendaki menjadi data-data elektronik
yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer. Jadi,
tanpa kita sadari kita telah memanfaatkan efek fotolistrik baik internal mau
pun eksternal dalam kehidupan.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1.
Efek fotolistrik adalah
fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya. Elektron yang terlepas
dari logam disebut foto- elektron.
2.
Ditinjau dari
perspektif sejarah, penemuan efek fotolistrik merupakan salah satu tonggak
sejarah kelahiran fisika kuantum.
3.
Tokoh-tokoh yang
berperan penting pada kelahiran efek fotolistrik adalah, Hertz,
Lenard,Eintein,Max Planck ,Wilhelm Hallwachs
serta JJ Thomson.
4.
Dalam
perkembangannya efek fotolistrik diaplikasikan pada kamera digital dan berbagai
alat-alat elektronik lainnya yang menggunakan sensor cahaya.
5. Hamburan
Compton adalah suatu efek yang merupakan bagian interaksi sebuah penyinaran
terhadapsuatu materi. Efek Compton adalah salah satu dari tiga proses yang
melemahkan energi suatu sinar ionisasi. Bila suatu sinar jatuh pada permukaan
suatu materi sebagian daripada energinya akan diberikan kepadamateri tersebut,
sedangkan sinar itu sendiri akan di sebarkan.
6. Foton
adalah partikel elementer
dalam fenomena elektromagnetik.
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan
fenomena gelombang seperti pembiasan
oleh lensa dan interferensi
destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.
DAFTAR PUSTAKA
Abdurrahman.2009.Efek
fotolistrik.http://blog.unila.ac.id/abdurrahmanabe. Diakses pada 08.00
WIB tanggal 13 Februari 2016
Anonim. 2007.Sejarah
efek fotolistrik.http://kambing.ui.ac.id.
Diakses pada 08.00 WIB tanggal 13
Februari 2016
Anonim. 2009.Photoelectric_effect.
http://galileo.phys.virginia.edu. Diakses pada 08.14 WIB tanggal 13 Februari 2016
Anonim.2000.Efek
fotolistrik.http://id.wikipedia.org/wiki/Efek_fotolistrik.Diakses
pada 08.15 WIB tanggal 13
Februari 2016
Anonim.2009.Efekfotolistrik.http://simawa.unnes.ac.id.Diakses
pada 08.19 WIB tanggal 13
Februari 2016
Anonim.2010.Sifat Partikel Cahaya. http://aktifisika.wordpress.com.
Diakses pada 08.23 WIB tanggal 13 Februari
2016
