EFEK FOTOLISTRIK
Heinrich Hertz (1757-1894), menyelidiki implikasi eksperimental dari persamaan-persamaan Mexwell mengenai adanya gelombang elektromagnetik. Sebagai guru besar pada sekolah tinggi teknik di Karlsruhe, ia melakukan percobaan-percobaan mengenai gelombang elektromagnetik. Percobaan-percobaan yang dirintisnya serta hasil percobaan para sarjan lain pada akhirnya menunjukkan adanya gelombang elektromagnetik. Tak lama sesudah itu, cahaya juga diidentifikasi sebagai gelomnag elektromagnetik.
Gambar 1. Percobaan Efek fotolistrik.
Sifat gelombang cahaya
didukung oleh bukti-bukti eksperimental seperti percobaan Young dan difraksi cahaya.Meskipun sifat gelombang cahaya telah mantap di sekitar abad ke-19, ada beberapa percobaan dengan cahaya dan listrik yang sukar dapat diterangkan dengan sifat cahaya sebagai gelombang. Dalam tahun 1988 Hallwachs mengamati bahwa suatu keping logam Zn akan kehilangan muatan listrik negatifnya bila disinari dengan cahaya ultraviolet. Akan tetapi tidak bila muatan keping itu mula-mula positip, maka tidak terjadi kehilangan muatan. Diamatinya pula bahwa suatu keping yang netral akan memperoleh muatan postip apabila disinari. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengamatan-pengamatan di atas adalah bahwa cahaya ultraviolet mendesak keluar muatan listrik negatip dari permukaan keping logam yang netral. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.
Mekanisme terjadinya efek fotolistrikGambar 1. Percobaan Efek fotolistrik.
Sifat gelombang cahaya
didukung oleh bukti-bukti eksperimental seperti percobaan Young dan difraksi cahaya.Meskipun sifat gelombang cahaya telah mantap di sekitar abad ke-19, ada beberapa percobaan dengan cahaya dan listrik yang sukar dapat diterangkan dengan sifat cahaya sebagai gelombang. Dalam tahun 1988 Hallwachs mengamati bahwa suatu keping logam Zn akan kehilangan muatan listrik negatifnya bila disinari dengan cahaya ultraviolet. Akan tetapi tidak bila muatan keping itu mula-mula positip, maka tidak terjadi kehilangan muatan. Diamatinya pula bahwa suatu keping yang netral akan memperoleh muatan postip apabila disinari. Kesimpulan yang dapat ditarik dari pengamatan-pengamatan di atas adalah bahwa cahaya ultraviolet mendesak keluar muatan listrik negatip dari permukaan keping logam yang netral. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.
Dalan eksperimennya Hertz menemukan bahwa latu pada celah transmitter terjadi bila cahaya ultraungu diarahkan pada salah satu bola logamnya. Ia tidak melanjutkan percobaan tersebut akan tetapi ahli fisika yang lain melanjutkan percobaan tersebut. Mereka menemukan bahwa penyebab terjadinya latu adalah terpancarnya electron pada frekuensi yang cukup tinggi. Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik. Gejala ini merupakan salah satu ironi sejarah bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Gambar 1 merupakan ilustrasi alat yang dipergunakan untuk membangkitkan gejala fotolistrik. Tabung yang divakuumkan berisi dua electrode yang dihubungkan dengan rangkaian eksternal. Keping logam yang permukaannya mengalami iradiasi, digunakan sebagai anode. Sebagian dari fotoelektron yang muncul dari permukaan yang mengalami radiasi memiliki energi yang cukup untuk mencapai katode, walaupun muatannya negatip, dan electron tersebut membentuk arus yang dapat diukur dalam ampere meter. Ketika potensial perintang V diperbesar, electron yang mencapai katode lebih sedikit dan arusnya menurun. Akhirnya ketika V sama dengan atau melebihi suatu harga Vo yang besarnya dalam orde beberapa volt, maka tidak ada electron yang mencapai katode dan arusnya terhenti.
Gejala efek fotilistrik dapat diterangkan sebagai berikut : gelombang cahaya membawa energi, dan sebagian energi yang diserap logam dapat terkonsentrasi pada electron tertentu dan muncul sebagai energi kinetic. Salah satu sifat yang menimbulkan pertanyaan pengamat adalah distribusi electron yang dipancarkan (fotoelektron), ternyata tak tergantung pada intensitas cahaya. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan fotoelektron yang lebih besar dari pada berkas cahaya yang lemah untuk frekuensi yang sama, akan tetapi energi electron rata-ratanya sama saja. Dalam batas ketelitian eksperimen (10¬-9s), tak terdapat kelambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam dan terpancarnya electron.
Secara kuantum energi kuantum cahaya pada efl dipergunakan sebagai energi untuk membebaskan electron dari permukaan logam dan sisanya dipergunakan sebagai energi kinetic electron, yang secara matematis dirumuskan :
h υ = Kmax + h υ0
dengan : h υ : energi kuantum cahaya.
Kmax : energi kinetic maximum electron.
h υ0 : fungsi kerja, energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah electron yang disinari.
Gejala efl terjadi dalam daerah tampak dan ultraungu. Beberapa pengamatan efl dapat diterangkan sebagai berikut :
a. Tenaga kinetic foto electron tidak bergantung pada intensitas cahaya.
b. Tenaga kinetic maksimum foto electron bergantung pada frekuensi sianr yang diperlukan dalam percobaan efek fotolistrik. Semakin besar frekuensi foton, semakin besar pula tenaga kinetic maksimum foto electron.
Penggunanaan prinsip dasar efek fotolistrik ini digunakan dalam tabung Sinar X pula.
Sumber :
Wiyatmo, Yusman. 2007. Fisika Modern. Yogyakarta: Pustaka Pelajar Offset.
Beiser, Arthur. 1995. Concepts of Modern Physics, 3rd Edition. McGraw-Hill.Inc.
