Pengertian Efek Fotolistrik, Efek Compton, Rumus, Contoh Soal, Praktikum, Jawaban, Penerapan, Aplikasi, Radiasi Benda Hitam, Gejala, Fisika
Pengertian Efek Fotolistrik, Efek Compton, Rumus, Contoh Soal, Praktikum, Jawaban, Penerapan, Aplikasi, Radiasi Benda Hitam, Gejala, Fisika - Berikut ini adalah materi lengkapnya :
1. Pengertian Efek Fotolistrik
Pada tahun 1905, Einstein menggunakan gagasan Planck tentang kuantisasi energi untuk menjelaskan efek fotolistrik. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gambar 1. menunjukkan diagram sketsa alat dasarnya. Apabila cahaya datang 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 dapat mencapai elektroda dapat ditingkatkan atau diturunkan dengan membuat anoda positif atau negatif terhadap katodanya. Apabila V positif, elektron ditarik ke anoda. (Baca juga : Radiasi Benda Hitam)
 |
| Gambar 1. Sketsa alat untuk mengkaji efek elektromagnetik. |
Apabila V negatif, elektron ditolak dari anoda. Hanya elektron dengan energi kinetik ½ mv2 yang lebih besar dari eV kemudian dapat 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 menggunakan 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 karena elektron dari katoda menuju anoda. Setelah katoda disinari berkas cahaya, galvanometer ternyata menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.
 |
| Gambar 2. Efek fotolistrik. |
Einstein telah menjelaskan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam dibutuhkan 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 dapat 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 memiliki 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 efek fotolistrik sederhana.
Alat dan bahan : LDR sebagai pengganti tabung efek fotolistrik, baterai, lampu, resistor variabel, pembangkit listrik, amperemeter, voltmeter, pemutus arus.
Cara Kerja :
- Rangkailah model alat efek fotolistrik seperti gambar.
- Dalam kondisi rangkaian pembangkit cahaya off atau kondisi tanpa chif catatlah harga yang ditunjukkan oleh amperemeter ILDR, amperemeter Ichy, dan voltmeter Vchy.
- Tempatkan tahanan variabel pada posisi maksimum dan on-kan sakelar. Amati dan ukur harga amperemeter ILDR, amperemeter Ichy, dan voltmeter Vchy.
- Geser resistor variabel hingga harga tahanan lebih kecil. Amati dan ukur harga amperemeter ILDR, amperemeter Ichy, dan voltmeter Vchy.
- Ulangi langkah 4 untuk harga resistor variabel menjadi semakin kecil.
- Catatlah data yang diperoleh pada tabel berikut ini.
No.
|
Ichy
|
Vchy
|
ILDR
|
Keterangan
|
Diskusi :
- Gambarlah grafik hubungan antara TLDR dan Vchy!
- Kesimpulan apa yang dapat diambil dari percobaan tersebut?
Penerapan Efek Fotolistrik pada Sel Surya
 |
| Gambar 3. Panel Sel Suya. (Foto : inhabitat.com) |
Sel surya atau sel fotovoltaik adalah memanfaatkan efek fotolistrik untuk membangkitkan arus listrik dari cahaya matahari. Efek fotolistrik muncul ketika cahaya tampak atau radiasi ultraviolet jatuh ke permukaan benda tertentu. Cahaya atau radiasi mendorong elektron keluar dari benda tersebut, yang jumlahnya dapat diukur dengan meteran listrik.
Keunikan efek fotolistrik adalah ia hanya muncul ketika cahaya yang menerpa memiliki 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 efek fotolistrik tergantung pada jenis bahan yang disinari.
2. Efek Compton
Gejala Compton merupakan gejala 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 memiliki 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. menunjukkan geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang λ, dan elektron yang mula-mula berada dalam keadaan diam.
Compton menghubungkan sudut hamburan θ terhadap yang datang dan panjang gelombang hamburan λ1 dan λ2. p1 merupakan momentum foton yang datang dan p2 merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c merupakan momentum elektron yang terpantul.
 |
| Gambar 4. Gejala Compton sinar-x oleh elektron. |
Kekekalan momentum dirumuskan:
p1 = p2
+ pe atau pe = p1 – p2
Dengan mengambil perkalian titik setiap sisi diperoleh:
pe2 =
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 diam dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asalnya. Tentukan kecepatan dan panjang gelombang dari foton setelah tumbukan!
Penyelesaian:
a. Laju foton selalu merupakan laju cahaya dalam vakum, c yaitu 3 × 108 m/s.
b. Untuk mendapatkan panjang gelombang setelah tumbukan, dengan menggunakan persamaan efek compton:
Pembahasan :
