Efek Fotolistrik Panduan

Ikhtisar

Apakah cahaya itu gelombang atau partikel? Pada tahun 1905, Einstein memberikan jawaban yang mengguncang dunia dengan menjelaskan "Efek Fotolistrik": cahaya memiliki sifat partikel. Eksperimen ini mensimulasikan proses foton membombardir permukaan logam dan mengeluarkan elektron. Dengan menyesuaikan frekuensi cahaya, intensitas, dan tegangan balik, Anda akan secara pribadi mengalami fajar mekanika kuantum dan memverifikasi persamaan efek fotolistrik Einstein yang terkenal.

Latar Belakang

• Pada tahun 1887, Heinrich Hertz pertama kali menemukan fenomena efek fotolistrik dalam eksperimen, tetapi dia tidak dapat menjelaskannya menggunakan teori gelombang elektromagnetik pada masa itu.
• Pada tahun 1902, Philipp Lenard menemukan secara eksperimental bahwa energi kinetik maksimum fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya tetapi bergantung pada frekuensi, yang bertentangan dengan teori gelombang.
• Pada tahun 1905, Albert Einstein mengusulkan hipotesis foton, yang berhasil menjelaskan semua fenomena eksperimental efek fotolistrik, dan dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 1921 untuk ini.

Konsep Utama

Formula & Penurunan

Langkah Eksperimen

1. 1

   Temukan Frekuensi Ambang

   Pilih logam (misalnya, Natrium). Atur tegangan ke $0V$. Mulai dari panjang gelombang panjang (cahaya merah), kurangi panjang gelombang secara bertahap (tingkatkan frekuensi) dan amati pada panjang gelombang berapa elektron mulai dikeluarkan. Frekuensi yang sesuai dengan titik kritis ini adalah frekuensi ambang $f_0$.
2. 2

   Eksplorasi Efek Intensitas

   Dengan arus foto yang dihasilkan, pertahankan panjang gelombang konstan dan sesuaikan "Intensitas". Amati perubahan apa pun pada jumlah (kepadatan) elektron yang dikeluarkan dan kecepatannya. Apa yang diwakili oleh intensitas cahaya?
3. 3

   Ukur Tegangan Penghenti

   Pertahankan intensitas cahaya dan frekuensi konstan, dan atur tegangan baterai ke nilai negatif (tegangan balik). Amati bagaimana elektron diperlambat. Catat nilai tegangan ketika arus baru saja turun menjadi $0$. Ini adalah tegangan penghenti $V_s$.
4. 4

   Verifikasi Persamaan Einstein

   Ubah frekuensi cahaya datang dan ulangi langkah 3 untuk mengukur tegangan penghenti pada frekuensi yang berbeda. Pertimbangkan apakah ada hubungan linier antara tegangan penghenti (mewakili energi kinetik maksimum) dan frekuensi.

Hasil Pembelajaran

• Konfirmasikan bahwa terjadinya efek fotolistrik bergantung pada frekuensi cahaya, bukan intensitas
• Kuasai hubungan proporsional antara besarnya arus foto dan intensitas cahaya datang
• Verifikasi hukum bahwa energi kinetik awal maksimum meningkat secara linier dengan frekuensi cahaya datang
• Pahami karakteristik "partikel" dari dualitas gelombang-partikel cahaya

Aplikasi Nyata

• Sel Fotolistrik: Digunakan di pintu otomatis dan sensor lampu jalan untuk menghasilkan arus dan mengontrol sirkuit saat disinari.
• Sel Surya: Memanfaatkan efek fotovoltaik untuk mengubah energi cahaya secara langsung menjadi energi listrik, komponen kunci dari energi bersih.
• Tabung Photomultiplier: Mendeteksi sinyal cahaya lemah dalam fisika nuklir dan pencitraan medis (seperti pemindaian PET).
• Kamera Digital (CCD/CMOS): Menggunakan efek fotolistrik untuk mengubah sinyal foton yang masuk ke lensa menjadi sinyal elektronik untuk pencitraan.

Kesalahpahaman Umum

Bacaan Lebih Lanjut

• Photoelectric effect - Wikipedia