EFEKFOTOLISTRIK

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,

eV_stop = 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