EFFEK FOTOLISTRIK

Penjelasaan Efek Fotolistrik oleh Einstein

Beberapa hasil eksperimen efek fotolistrik yang gagal dijelaskan oleh teori gelombang cahaya ( cahaya di anggap sebagai gelombang) adalah sebagai berikut:

1)   Tak satupun elektron dibebaskan dari pelat K ( ditunjukkan oleh arus nol pada galvanometer) ketika frekuensi cahaya yang digunakan lebih kecil dari pada frekuensi tertentu, yang disebut frekuensi ambang, f₀, yang khas untuk setiap logam. Misalnya untuk aluminium (f₀ = 9,84 × 10 ¹⁴ Hz) dan untuk natrium ( f₀ = 5,50 × 10¹⁴Hz).

Hasil ini tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya yang memprediksi bahwa efek fotolistrik akan terjadi pada frekuensi berapapun asalkan intensitas cahayanya cukup besar.

2)      Jika frekuensi cahaya yang digunakan lebih besar dari pada frekuensi ambang f₀, efek fotolistrik terjadi dan

a.       Jumlah elektron foto yang dibebaskan ( ditunjukkan oleh arus melalui galvanometer) sebanding dengan intensitas cahaya. Ini dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya,

b.      Energi kinetik maksimum elektron- elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya. Kejadian ini bertentangan dengan teori gelombang cahaya.

3)      Arus elektron – elektron foto terjadi hampir secara spontan, bahkan untuk cahaya yang rendah intensitasnya. Selang waktu mulai logam disinari cahaya sampai permukaannya melepaskan elektron- elektron adalah berkisar 10^-9 sekon 9 1 nonsekon). Dalam teori gelombang cahaya, elektron- elektron memerlukan selang waktu untuk menyerap yang cukup untuk membebaskan diri dari logam.

Seperti halnya spektrum energi radiasi benda hitam, teori gelombang cahaya fisika klasik nyata- nyata juga gagal menjelaskan efek fotolistrik. Nah, dengan memandang cahaya sebagai partikel dan menggunakan teori kuantum Planck, Albert Einstein, ahli fisika teori jerman, pada tahun 1905 berhasil menjelaskan efek fotolistrik secara memuaskan.

Einstein menyatakan bahwa dalam interaksi antara foton cahaya dan elektron di dalam logam, sifat partikel cahayalah yang berperan. Yakni, terjadi tumbukan antara foton cahaya dengan elektron ibarat tumbukan antara dua bola bilyar. Hanya saja setelah tumbukan, foton memusnahkan diri dengan menyerahkan seluruh energinya kepada elektron tertumbuk. Sebagian dari energi yang diterima elektron akan meningkatkanenergi total elektron sehingga dapat mengatasi energi ambang ( energi ikat)W₀ sisanya menjadi energi kinetik E_k, setelah elektron membebaskan diri dari permukaan logam.

            Mengingat energi foton cahaya E = hf dan energi ambang W₀ = hf_0, maka menurut Einstein, energi kinetik maksimum elektron foto E_k dapat dinyatakn dengan persamaan

E= W₀ + E_k

Atau 

EK= E – W0

Dengan m = massa elektron( 9,11 × 10^-31kg )dan v adalah kelajuan elektron saat keluar dari permukaan logam.

Bagaimana Einstein menjelaskan ketiga hasil eksperimen efek fotolistrik lenard dengan teori partikel cahaya?

1)      Tak satupun  elektron dibebaskan ketika frekuensi cahaya lebih kecil dari pada frekuensi  tertentu. Ini seusai fakta bahwa energi foton cahaya E = hf haruslah lebih besar dari pada energi ambang W₀ = hf₀ agar elektron dibebaskan. Jika frekuensi foton lebih kecil dari pada energi ambang ( f < f₀ ) maka energi foton  lebih kecil daripada energi ambang , dan tak satupun dibebaskan, berapapun besar intensitas cahaya yang digunakan.

2)      Fakta bahwa energi kinetik maksimum, Ek, tidak bergantung pada intensitas cahaya. Ketika intensitas cahaya digandakan, jumlah foton menjadi dua kali, yang berarti menggandakan jumlah elektron foto. Namun, energi kinetik maksimum elektron foto, ( hf – W₀) hanya bergantung pada frekuensi cahaya, f, dan energi ambang, W₀, dan tidak bergantung pada intensitas cahaya.

3)      Fakta bahwa elektron- elektron foto terjadi hampir secara spontan adalah sesuai dengan teori partikel cahaya, yaitu energi datang dalam paket- paket kecil dan terjadi interaksi satu- satu antara foton dan elektron( satu foton  hanya berinteraksi dengan satu elektron). Ini sangat berbeda jika energi foton didistribusikan secara kontinu melalui daerah yang luas seperti dalam konsep gelombang cahaya.

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen.2006. Fisika SMA KELAS XII. Jakarta : Erlangga