Pintar Pelajaran Pengertian Efek Fotolistrik, Efek Compton, Rumus, Pola Soal, Praktikum, Jawaban, Penerapan, Aplikasi, Radiasi Benda Hitam, Gejala, Fisika

Pengertian fisika" target="_blank">Efek Fotolistrik, Efek Compton, Rumus, Contoh Soal, Praktikum, Jawaban, Penerapan, Aplikasi, Radiasi Benda Hitam, Gejala, Fisika.

1. Pengertian fisika" target="_blank">Efek Fotolistrik

Pada tahun 1905, Einstein memakai gagasan Planck wacana kuantisasi energi untuk menjelaskan imbas fotolistrik. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gambar 1. memperlihatkan diagram skema alat dasarnya. Apabila cahaya tiba pada permukaan logam katoda C yang bersih, elektron akan dipancarkan. Jika elektron menumbuk anoda A, terdapat arus dalam rangkaian luarnya. Jumlah elektron yang dipancarkan yang sanggup mencapai elektroda sanggup ditingkatkan atau diturunkan dengan menciptakan anoda positif atau negatif terhadap katodanya. Apabila V positif, elektron ditarik ke anoda. (Baca juga : fisika" target="_blank">Radiasi Benda Hitam)

Gambar 1. Sketsa alat untuk mengkaji imbas elektromagnetik.

Apabila V negatif, elektron ditolak dari anoda. Hanya elektron dengan energi kinetik ½ mv² yang lebih besar dari eV kemudian sanggup mencapai anoda. Potensial V₀ disebut potensial penghenti. Potensial ini dihubungkan dengan energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan oleh:

(½ mv²)_maks = e.V₀ .................................................... (1)

Percobaan yang lebih teliti dilakukan oleh Milikan pada tahun 1923 dengan memakai sel fotolistrik. Keping katoda dalam tabung ruang hampa dihubungkan dengan sumber tegangan searah. Kemudian, pada katoda dikenai cahaya berfrekuensi tinggi. Maka akan tampak adanya arus listrik yang mengalir alasannya elektron dari katoda menuju anoda. Setelah katoda disinari berkas cahaya, galvanometer ternyata menyimpang. Hal ini memperlihatkan bahwa ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.

Gambar 2. Efek fotolistrik.

Einstein telah menjelaskan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam diharapkan energi ambang. Jika radiasi elektromagnet yang terdiri atas foton mempunyai enegi yang lebih besar dibandingkan energi ambang, maka elektron akan lepas dari permukaan logam.

Akibatnya energi kinetik maksimum dari elektron sanggup ditentukan dengan persamaan:

Ek = h.f – h. f₀ ................................................... (2)

dengan:

f, f₀ = frekuensi cahaya dan frekuensi ambang (Hz)

h = konstanta Planck (6,63 × 10^-34 Js)

Ek = energi kinetik maksimum elektron ( J)

Contoh Soal 1 :

Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 × 10¹⁴ Hz dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 10¹⁵ Hz. Jika tetapan Planck 6,6 × 10¹⁴ Js, tentukan energi kinetik elekton yang terlepas dari permukaan logam tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui: 

f₀ = 8,0 × 10¹⁴ Hz

f = 10¹⁵ Hz

h = 6,6 × 10^-34 Js

Ditanya: Ek = ...?

Pembahasan :

Ek = h.f – h.f₀

Ek = 6,6 × 10^-34 (10¹⁴ – (8,0 × 10¹⁴))

Ek = 1,32 × 10^-19 J

Percobaan Sederhana / Praktikum Fisika :

Tujuan : Melakukan percobaan imbas fotolistrik sederhana.

Alat dan materi : LDR sebagai pengganti tabung imbas fotolistrik, baterai, lampu, resistor variabel, pembangkit listrik, amperemeter, voltmeter, pemutus arus.

Cara Kerja :

1. Rangkailah model alat imbas fotolistrik ibarat gambar.
2. Dalam kondisi rangkaian pembangkit cahaya off atau kondisi tanpa chif catatlah harga yang ditunjukkan oleh amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
3. Tempatkan tahanan variabel pada posisi maksimum dan on-kan sakelar. Amati dan ukur harga amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
4. Geser resistor variabel sampai harga tahanan lebih kecil. Amati dan ukur harga amperemeter I_LDR, amperemeter I_chy, dan voltmeter V_chy.
5. Ulangi langkah 4 untuk harga resistor variabel menjadi semakin kecil.
6. Catatlah data yang diperoleh pada tabel berikut ini.

No.	Ichy	Vchy	ILDR	Keterangan

Diskusi :

1. Gambarlah grafik relasi antara T_LDR dan Vchy!
2. Kesimpulan apa yang sanggup diambil dari percobaan tersebut?

Penerapan Efek Fotolistrik pada Sel Surya

Gambar 3. Panel Sel Suya. (Foto : inhabitat.com)

Sel surya atau sel fotovoltaik yakni memanfaatkan imbas fotolistrik untuk membangkitkan arus listrik dari cahaya matahari. Efek fotolistrik muncul saat cahaya tampak atau radiasi ultraviolet jatuh ke permukaan benda tertentu. Cahaya atau radiasi mendorong elektron keluar dari benda tersebut, yang jumlahnya sanggup diukur dengan meteran listrik. 

Keunikan imbas fotolistrik yakni ia hanya muncul saat cahaya yang menerpa mempunyai frekuensi di atas nilai ambang tertentu. Di bawah nilai ambang tersebut, tidak ada elektron yang terpancar keluar, tidak peduli seberapa banyak cahaya yang menerpa benda. Frekuensi minimum yang kemunculan imbas fotolistrik tergantung pada jenis materi yang disinari.

2. fisika" target="_blank">Efek Compton

Gejala Compton merupakan tanda-tanda hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini mempunyai frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi semula.

Menurut teori klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik dihubungkan oleh:

E = p.c

E² = p².c² + (m.c²)² ............................................... (3)

Jika massa foton (m) dianggap nol. Gambar 3. memperlihatkan geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang λ, dan elektron yang mula-mula berada dalam keadaan diam.

Gambar 4. Gejala Compton sinar-x oleh elektron.

Compton menghubungkan sudut hamburan θ terhadap yang tiba dan panjang gelombang hamburan λ₁ dan λ₂. p₁ merupakan momentum foton yang tiba dan p₂ merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c merupakan momentum elektron yang terpantul.

Kekekalan momentum dirumuskan:

p₁ = p₂ + p_e atau p_e = p₁ – p₂

Dengan mengambil perkalian titik setiap sisi diperoleh:

p_e² = p₁² + p₂² – 2p₁p₂cos θ .................................. (4)

Kekekalan energi memberikan:

Hasil Compton adalah:

Contoh Soal 2 :

Jika h = 6,6 × 10^-34 Js, c = 3,0 × 10⁸ m/s, dan m = 9,0 × 10^-31 kg, tentukan perubahan panjang gelombang Compton! 

Penyelesaian:

Diketahui: 

h = 6,6 × 10^-34 Js

c = 3,0 × 10⁸ m/s

m = 9,0 × 10^-31 kg

Ditanya: Δλ = ... ?

Pembahasan :

Contoh Soal 3 :

Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,4 nm menabrak sebuah elektron yang membisu dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asalnya. Tentukan kecepatan dan panjang gelombang dari foton sesudah tumbukan!

Penyelesaian:

a. Laju foton selalu merupakan laju cahaya dalam vakum, c yaitu 3 × 108 m/s.

b. Untuk mendapat panjang gelombang sesudah tumbukan, dengan memakai persamaan imbas compton:

Pembahasan :

Anda kini sudah mengetahui Efek Fotolistrik dan Efek Compton. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.