Efek Fotolistrik: Pengertian, Contoh soal, dan Penerapannya

Dilansir Britannica, Efek Fotolistrik merupakan fenomena di mana partikel bermuatan listrik dilepaskan dari atau di dalam suatu bahan saat menyerap radiasi elektromagnetik.  Efeknya sering diartikan sebagai lontaran elektron dari pelat logam saat cahaya menyinarinya.

Semakin besar intensitas penyinarannya, maka semakin banyak pula elektron yang terlepas. Elektron-elektron yang terlepas di permukaan logam akan menciptakan arus listrik. Untuk membuktikannya bisa dengan menghubungkan sistem rangkaian listrik tertutup. Kuat arus yang besar dihasilkan karena intensitas radiasi foto yang besar.

Fenomena ini pertama kali ditemukan tahun 1887 oleh Heinrich Hertz seorang fisikawan Jerman. Pengamatan yang dilakukan Hertz memperlihatkan adanya elektroda logam yang terkena radiasi sinar ultraviolet membuat jumlah elektron di dalamnya menurun secara signifikan. Akan tetapi, penyebab terlepasnya elektron pada elektron logam tersebut belum bisa dijelaskan secara rinci oleh Hertz.

Di tahun 1902, fakta mengenai fenomena terlepasnya elektron dari elektroda berhasil diungkapkan. Seorang ilmuwan Fisika, Lenard menjelaskan berbagai fakta-fakta terkait fenomena tersebut. Di antaranya:

1. Elektron bisa terlepas dari logam apabila terkena foton yang memiliki frekuensi di atas ambang batas frekuensi elektron tersebut. Elektron dapat terlepas jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi ambang batas elektron dengan berapapun intensitas radiasinya. Sedangkan, elektron bisa tidak terlepas karena frekuensi fotonnya kecil dari frekuensi ambang batang elektron dengan berapapun intensitas radiasinya

2. Frekuensi foton akan mempengaruhi besar kecilnya energi kinetik yang dihasilkan oleh elektron ketika terlepas dari permukaan logam.

3. Banyak sedikitnya elektron yang terlepas dari permukaan logam dipengaruhi oleh intensitas radiasi foton.

Pada tahun 1905 penjelasan teori secara lengkap mengenai efek fotolistrik baru berhasil dilakukan oleh Albert Einstein. Einstein menjelaskan beberapa poin mengenai fenomena efek fotolistrik, di antaranya:

1.  Berbagai paket energi berbentuk foton dibawa oleh radiasi. Besarnya energi foton sama dengan frekuensinya yang berarti intensitas radiasi tidak akan mempengaruhi energi foton.

2. Besaran energi kinetik dihasilkan oleh elektron sebanding dengan selisih energi foton dan fungsi kerja atau energi ambang logam.

Rumus energi kinetik elektron dijelaskan dengan berikut:

Ekmaks = hf - hf

                = hf - W

Keterangan:

Ekmaks = energi kinetik maksimum elektron (J)

h = tetapan Planck (6,6 × 10-34 J.s)

f = frekuensi foton (Hz)

f0 = frekuensi ambang batas logam (Hz)

Dalam kehidupan sehari hari efek fotolistrik dapat diterapkan pada peralatan kelistrikan, meliputi:

1. Lampu LED
   Lampu LED menjadi perangkat fotonik yang memanfaatkan radiasi foton. Hal inilah yang membuat penggunaan lampu LED lebih hemat dari lampu yang lain.

2. Kalkulator
   Di dalam kalkulator ada sel-sel fotolistrik sehingga membuat kalkulator memiliki prinsip kerja yang memanfaatkan efek fotolistrik. Ketika terkena cahaya, elektron yang ada di dalam sel fotolistrik akan lepas dan menciptakan energi. Dari sinilah kalkulator bisa menyala.

3. Pemindai batang
   Saat kamu berbelanja di supermarket, pasti kamu pernah melihat di bagian kasir ada penggunaan mesin barcode. Mesin ini digunakan untuk mengetahui harga barang yang dibeli. Kasir akan memindai kode batang dan harga barang akan muncul di layar.

   Peran efek fotolistrik yang membuat mesin barcode tersebut bisa digunakan. Seluruh hasil citra pemindaian di alat tersebut akan diubah ke berbagai data elektronik melalui fenomena efek fotolistrik.

SOAL 1

Saat melakukan eksperimen untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik, Heinrich Hertz mengamati bahwa elektron dapat lepas dari permukaan logam karena logam tersebut disinari oleh cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam tersebut disebut dengan ….
a. Efek Dople
b. Efek Tynda
c. Efek Fotolistrik
d. Efek Compton
e. Efek Samping

Pembahasan:

Jawaban: C
Efek fotolistrik merupakan sebuah fenomena perpindahan elektron dari permukaan logam yang satu ke lainnya setelah menerima energi dari cahaya.

SOAL 2

Suatu logam dikenai sinar ungu yang frekuensinya 1016 Hz. Jika energi ambang permukaan logam tersebut ½ kali energi foton yang dibawa oleh sinar ungu, berapakah energi kinetik elektron yang akan terlepas?

Diketahui :

f = 1016 Hz

W0 = ½ E

Ditanya: EKmaks =…?

Jawaban

Untuk menentukan energi kinetik maksimumnya, gunakan persamaan berikut.

EKmaks = hf - W0

= hf - ½  hf

= ½ hf

= ½ (6,6 × 10-34 (1016)

= 3,3 x 10-18 J

SOAL 3

Suatu permukaan logam disinari cahaya dengan intensitas dan frekuensi tertentu sehingga terjadi peristiwa efek fotolistrik. Jika intensitas penyinaran dikurangi menjadi ¼ dari mula-mula, maka energi kinetik maksimum dari elektron akan ….
a. 1/16 dari mula-mula
b. ¼ dari mula-mula
c. Tidak berubah
d. 2 kali mula-mula
e. 4 kali mula-mula
Pembahasan:

Jawaban: C

Energi kinetik maksimum merupakan selisih dari energi foton dan energi ambang. Intensitas cahaya tidak mempengaruhi perpindahan elektron, yang mempengaruhi adalah frekuensi cahayanya.

SOAL 4

Sebuah logam memiliki frekuensi ambang 2,4 × 1016 Hz. Lalu, logam tersebut ditembak dengan gelombang elektromagnetik yang frekuensinya 3,2 × 1016 Hz. Tentukan besar energi kinetik elektron yang lepas dari permukaan logam tersebut!

Diketahui :

f = 3,2 × 1016 Hz

f0 = 2,4 × 1016 Hz

h = 6,6 × 10-34 J.s

Ditanya: Ekmaks = …?

Jawaban

Energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam bisa kamu tentukan dengan rumus berikut.

Ekmaks = hf - hf0

= h (f - f0)

= ( 6,6 × 10-34 ) ( 3,2 × 1016- )

= 5,28 × 10-18 J

Jadi, energi maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam tersebut adalah 5,28 × 10-18 J.

Itu tadi pembahasan mengenai pengertian Efek Fotolistrik, sejarah, rumus, penerapan dalam kehidupan sehari-hari, dan contoh soal efek fotolistrik . Semoga bermanfaat selamat belajar.