Contoh Soal Pembahasan Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah fenomena fisika yang menjelaskan emisi elektron dari permukaan material ketika cahaya atau radiasi elektromagnetik menyinari material tersebut. Penelitian yang dilakukan oleh Albert Einstein pada awal abad ke-20 memainkan peran sangat penting dalam menjelaskan fenomena ini dan mengantarkan pada penerimaan teori kuantum cahaya. Artikel ini akan membahas beberapa contoh soal terkait efek fotolistrik beserta penjelasan rinci dari penyelesaiannya.
Teori Dasar
Sebelum kita lanjut dengan contoh soal, mari kita tinjau beberapa konsep dasar terkait efek fotolistrik:
1. Energi foton : Energi dari sebuah foton diberikan oleh persamaan \( E = h \nu \), di mana \( h \) adalah konstanta Planck (\( h \approx 6.626 \times 10^{-34} \) Js) dan \( \nu \) adalah frekuensi cahaya.
2. Fungsi kerja (\( \phi \)) : Fungsi kerja adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan material.
3. Kinetik energi elektron : Elektron yang terlepas memiliki energi kinetik yang diberikan oleh persamaan \( K.E. = h \nu – \phi \).
Contoh Soal 1
Soal
Sebuah lembaran logam memiliki fungsi kerja sebesar \( 4.5 \) eV. Cahaya dengan panjang gelombang \( 200 \) nm menyinari lembaran tersebut. Tentukan:
1. Energi foton yang diserap oleh elektron.
2. Apakah elektron akan terlepas dari permukaan logam?
3. Jika iya, berapa energi kinetik maksimum dari elektron yang terlepas?
Penyelesaian
1. Menghitung energi foton (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
Di mana \( h \) adalah konstanta Planck, \( c \) adalah kecepatan cahaya (\( c \approx 3 \times 10^8 \) m/s), dan \( \lambda \) adalah panjang gelombang cahaya.
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 9.939 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
Untuk mengkonversi ke eV, gunakan \( 1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J} \).
\[
E = \frac{9.939 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \approx 6.2 \text{ eV}
\]
2. Mengecek apakah elektron akan terlepas
Karena energi foton (6.2 eV) lebih besar dari fungsi kerja (4.5 eV), maka elektron akan terlepas.
3. Menghitung energi kinetik maksimum dari elektron
\[
K.E. = E – \phi = 6.2 \text{ eV} – 4.5 \text{ eV} = 1.7 \text{ eV}
\]
Contoh Soal 2
Soal
Cahaya dengan frekuensi \( 1.2 \times 10^{15} \) Hz menyinari permukaan logam yang memiliki fungsi kerja \( 3 \) eV. Tentukan:
1. Energi foton yang diserap oleh elektron.
2. Apakah elektron akan terlepas dari permukaan logam?
3. Jika iya, berapa energi kinetik maksimum dari elektron yang terlepas?
Penyelesaian
1. Menghitung energi foton (\( E \))
\[
E = h \nu = 6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 1.2 \times 10^{15} \text{ Hz}
\]
\[
E = 7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
Konversi ke eV:
\[
E = \frac{7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \approx 4.97 \text{ eV}
\]
2. Mengecek apakah elektron akan terlepas
Karena energi foton (4.97 eV) lebih besar dari fungsi kerja (3 eV), maka elektron akan terlepas.
3. Menghitung energi kinetik maksimum dari elektron
\[
K.E. = E – \phi = 4.97 \text{ eV} – 3 \text{ eV} = 1.97 \text{ eV}
\]
Contoh Soal 3
Soal
Cahaya UV dengan panjang gelombang \( 120 \) nm mengenai permukaan logam yang memiliki fungsi kerja \( 2.2 \) eV. Hitung:
1. Energi foton dalam eV.
2. Apakah elektron akan terlepas dari permukaan logam?
3. Jika iya, berapa energi kinetik maksimum dari elektron yang terlepas?
Penyelesaian
1. Menghitung energi foton (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}
\]
Konversi ke eV:
\[
E = \frac{1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \approx 10.34 \text{ eV}
\]
2. Mengecek apakah elektron akan terlepas
Karena energi foton (10.34 eV) lebih besar dari fungsi kerja (2.2 eV), maka elektron akan terlepas.
3. Menghitung energi kinetik maksimum dari elektron
\[
K.E. = E – \phi = 10.34 \text{ eV} – 2.2 \text{ eV} = 8.14 \text{ eV}
\]
Kesimpulan
Fenomena efek fotolistrik dapat diilustrasikan melalui berbagai contoh soal di mana kita menghitung energi foton, memeriksa apakah elektron bisa terlepas, dan mengukur energi kinetik maksimum elektron terlepas. Dalam setiap penyelesaian soal, kita perlu berhati-hati dengan satuan fisik dan konversi antar satuan (misalnya dari joules ke elektronvolt). Pemahaman yang kuat serta praktik yang sesuai akan membantu kita menguasai konsep dasar dari efek fotolistrik, yang merupakan salah satu pilar penting dalam fisika kuantum.
