Konsep dan Proses Efek Fotolistrik – Materi Fisika Kelas 12

Dalam dunia fisika, ada suatu fenomena yang disebut dengan efek fotolistrik. Bukan, bukan foto tiang listrik. Lah, terus apa dong? Yuk kita telusuri lebih lanjut tentang efek fotolistrik!

Pengertian Efek Fotolistrik

Sebelum gue jelasin ke lo apa itu efek fotolistrik, coba perhatikan gambar rangkaian berikut:

Efek fotolistrik terjadi ketika salah satu plat logam dikenai cahaya (foton), terdapat arus yang menuju ke plat logam satunya, seperti yang telah terdeteksi oleh amperemeter pada rangkaian di atas.

Hal ini disebabkan oleh terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika terkena foton dan berpindah ke plat logam lainnya. Padahal kalo diliat lagi rangkaiannya, gak ada sumber tegangan dari mana pun. Terus, energi yang menyebabkan perpindahan elektron ini dari mana ya? Yup, dari gelombang elektromagnetik cahaya!

Baca Juga: Konsep Gelombang Elektromagnetik – Materi Fisika Kelas 12

Kemampuan cahaya untuk memindahkan elektron bergantung sama frekuensinya. Jadi kalo misalnya intensitas cahayanya kecil tapi frekuensinya besar, elektron akan tetap bisa lepas. Kok bisa?

Hal ini dijelaskan oleh Albert Einstein dengan menggunakan konsep Max Planck, bahwa energi itu terkuantisasi. Jadi, energi dari cahaya ini datang dalam bentuk paket-paket yang nantinya akan digunakan untuk menjalankan beberapa proses dalam peristiwa fotolistrik: melepaskan diri dari atom dan melakukan pergerakan elektron.

Di video belajar Zenius ini, fenomena fotolistrik dipaparkan dengan lebih mendalam, nanti coba lo liat, ya!

Rumus Efek Fotolistrik

Rumus Besaran Energi Foton

Agar cahaya atau foton bisa melepaskan elektron dari salah satu logam untuk pindah ke logam lainnya, ada syarat yang harus dipenuhi: yakni energi foton harus cukup. Menghitung besaran energi foton dilakukan dengan pake rumus berikut:

E = hf

dengan

h= nilai Konstanta Planck ((6,63 x 10-34 m2kg/s).
f = frekuensi cahaya.

Kalau misalnya foton lebih dari satu, hf tinggal dikalikan dengan n (jumlah foton).

Baca Juga: Postulat Einstein tentang Relativitas – Materi Fisika Kelas 12

Rumus Energi Ambang dan Energi Kinetik

Dalam efek fotolistrik, ada pergerakan pada elektron, dan di dunia fisika kalo ada pergerakan, berarti ada energi kinetiknya. Nah, gimana sih, cara menghitung energi kinetik yang digunakan dalam suatu peristiwa fotolistrik?

Nah tadi kan gue bilang paket-paket foton (Ef) ini dipake untuk 2 hal: energi untuk melepaskan diri dari atom atau energi ambang (E₀) dan energi untuk melakukan pergerakan elektron dengan energi kinetik maksimum (E_kmax).

Maka,

Ef = E₀ + E_kmax

Jadi kalo lo mau cari energi ambang atau kinetiknya, lo ubah rumusnya menjadi:

E_kmax = Ef – E₀
E₀ = Ef – E_kmax

Proses Terjadinya Efek Fotolistrik

Elektron-elektron berada di dalam lintasan-lintasannya masing-masing sesuai dengan tingkatan energinya. Kulit terdalam itu level energinya paling rendah, sedangkan kulit terluar yang level energinya paling tinggi. Gimana caranya biar elektron yang berada di kulit terdalam bisa ke luar, dia perlu energi yang cukup. Makanya dia menyerap energi dari cahaya dan melalui proses eksitasi, yakni lepasnya elektron dari orbital setelah dikenai energi.

Kalo misalnya elektronnya udah berada di kulit terluar dan menerima energi, apa dong yang terjadi? Elektronnya bakal keluar meninggalkan atom. Dalam prosesnya, atom disebut mengalami ionisasi karena atom yang netral jadi punya muatan setelah melepaskan dan menambahkan elektron di kulit atomnya.

Pembahasan lebih mendetail tentang eksitasi dan ionisasi bisa lo dapet di video belajar Zenius ini.

Dalam proses eksitasi ini, dibutuhkan energi eksitasi. Ini berbeda dengan energi yang udah dimiliki oleh masing-masing elektron dalam kulit atom, ya. Di sini, gue mau undang lagi si energi ambang (E₀). Buat tau berapa energi eksitasi yang dibutuhkan itu gampang banget. Misalnya E₁, E₂, dan E₃ masing-masing punya energi elektron 5, 8, dan 10. Sedangkan, energi ambang untuk melepaskan diri dari atom adalah 13.

Maka, misal kita mau menghitung energi eksitasi untuk E₁ maka: E₀ – E₁ = 13 – 5 = 8. Jadi, energi eksitasi yang dibutuhkan oleh E₁ adalah 8. Begitu pula seterusnya dengan E₂ dan E₃, energi eksitasi yang dibutuhkan adalah 5 dan 3. Gampang, kan?

Sekarang, kita kaitkan energi eksitasi ini dengan energi foton tadi, ya. Sebelumnya lo udah mempelajari cara nyari besaran energi foton dan lo udah tau kalo jumlahnya harus cukup untuk melakukan perpindahan elektron. Nah, ini cukup ditentukan dari nilai energi foton dan energi eksitasinya. Kalau energi foton < energi eksitasi, maka elektron tidak bisa berpindah.

Misal energi foton nya 20, tapi energi eksitasinya 25, jadinya energi yang diserap sama elektronnya gak cukup, dong. Kalo ditambah 2 foton lagi dengan energi yang sama bisa gak, ya? Jawabannya adalah nope, karena satu elektron hanya bisa menyerap energi dari satu foton.

Baca Juga: Rumus Energi Foton, Pengertian dan Contoh Soalnya! – Materi Fisika Kelas 12

Faktor yang Mempengaruhi Efek Fotolistrik

Apa sih, yang mempengaruhi proses efek fotolistrik?

Pertama, tadi kita udah bahas tentang frekuensi foton, ya. Jadi frekuensi cahaya itu yang berpengaruh sama perpindahan elektron, bukan intensitasnya. Semakin tinggi frekuensi foton, semakin banyak elektron yang bisa melepaskan diri dari permukaan logam.

Kedua, tadi juga udah dipaparkan dalam proses efek fotolistrik mengenai apa aja yang terjadi pada elektron dan atom yang mengalami fenomena tersebut. Ada eksitasi elektron yang menyebabkan lepasnya mereka dari orbital atom setelah menerima energi, dan ada ionisasi yang terjadi pada atom yang mengalami pelepasan atau penambahan elektron di kulit atomnya.

Kemudian, ada pula energi eksitasi, yang mana apabila energi foton lebih kecil dari energi eksitasi yang dibutuhkan, maka elektron tidak bisa mengalami perpindahan.

Nah, sekian dulu untuk penjelasan mengenai efek fotolistrik kali ini. Kalau mau lanjut belajar, lo tinggal klik banner di bawah. Gue juga udah siapin soal review juga nih, buat meninjau kembali pemahaman lo setelah baca materi ini!

Contoh Soal Efek Fotolistrik

1. Ketika 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
2. 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:

1. Jawaban: c.
   Efek fotolistrik merupakan sebuah fenomena perpindahan elektron dari permukaan logam yang satu ke lainnya setelah menerima energi dari cahaya.
2. Jawaban: c.
   Energi kinetik maksimum merupakan selisih dari energi foton dan energi ambang. Intensitas cahaya tidak mempengaruhi perpindahan elektron, yang mempengaruhi adalah frekuensi cahayanya.