Jens Martensson Jens Martensson Sejarah dan Tokohtokoh Terkait Hertz (1857- 1894) Pada tahun 1887, Hertz menemukan efek fotolistrik saat mempelajari emisi gelombang elektromagnetik oleh pelepasan percikan api. Dia berpendapat bahwa jika katoda disinari dengan radiasi ultraviolet, percikan api akan melewati celah antar elektron. Jens Martensson Hallwachs (1859-1922) Pada tahun 1887, Hallwachs lebih lanjut mengembangkan ide ini. Dia mengamati bahwa ketika seng yang bermuatan negatif dengan sebuah elektroskop diradiasi dengan sinar ultraviolet, muatan negatif pada pelat itu berkurang. Jika plat netral digunakan, itu menjadi positif dan plat positif lebih positif. Ia menyimpulkan bahwa di bawah pengaruh sinar ultraviolet, partikel bermuatan negatif dipancarkan oleh plat dan menyebutnya sebagai fotoelektron. Jens Martensson Lenard (1862- 1947) Penemuan penting terakhir (sebelum penjelasan Einstein) dibuat pada tahun 1902 oleh Lenard. Dalam salah satu penelitiannya Lenard menemukan perilaku aneh yang dilakukan oleh cahaya dan elektron. Suatu ketika berkas cahaya dipancarkan di atas logam tertentu, dan ternyata cahaya tersebut dapat melontarkan elektron dari dalam logam tersebut. Lenard terkejut dan bingung dengan fenomena aneh ini. Fenomena ini kemudian lebih umum dikenal dengan nama efek fotolistrik. Jens Martensson Albert Einstein (1879-1955) Pada tahun 1905, Einstein mengemukakan penjelasan berupa ketergantungan fotoelektron pada frekuensi radiasi. Menurutnya, radiasi yang sampai pada permukaan menjadi sebungkus energi yang terlokalisasi E = hf sebagaimana digagas Max Planck dan merambat dengan laju cahaya. Sebungkus atau paket cahaya ini kemudian disebut foton. Jens Martensson Efek Fotolistrik Suatu jenis logam tertentu bila disinari (dikenai radiasi) dengan frekuensi yang lebih besar dari harga tertentu akan melepaskan elektron, walaupun intensitas radiasinya sangat kecil. Sebaliknya, berapapun besar intensitas radiasi yang dikenakan pada suatu jenis logam, jika frekuensinya lebih kecil dari harga tertentu maka tidak akan dapat melepaskan elektron dari logam tersebut. Peristiwa pelepasan elektron dari logam oleh radiasi tersebut disebut efek fotolistrik. Elektron yang terlepas dari logam disebut foto-elektron. Efek fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa elektron volt (eV) sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkahlangkah penting dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron memengaruhi pembentukan konsep dualitas gelombang-partikel. Jens Martensson Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik. Cahaya dipandang sebagai kuantum energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai E = hf Jens Martensson Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat Persamaan ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. dituliskan sebagai : Energi cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron Perlu diperhatikan bahwa: π0 adalah energi ambang logam atau fungsi kerja logam πΈ = π0 + πΈππ (Joule) βπ = βπ0 + πΈππ π0 adalah frekuensi ambang logam (Hz) πΈππ = βπ − βπ0 f adalah frekuensi cahaya yang digunakan (Hz) πΈππ adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke pelat logam yang lain (Joule) Jens Martensson Mekanisme Emisi Efek Fotolistrik Foton dari sinar memiliki energi karakteristik yang ditentukan oleh frekuensi cahaya. Dalam proses photoemission, jika elektron dalam beberapa bahan menyerap energi dari satu foton dan dengan demikian memiliki lebih banyak energi daripada fungsi kerja (energi ikat elektron) dari materi, itu dikeluarkan. Jika energi foton terlalu rendah, elektron tidak bisa keluar dari materi. Peningkatan intensitas sinar meningkatkan jumlah foton dalam berkas cahaya, dan dengan demikian meningkatkan jumlah elektron, tetapi tidak meningkatkan energi setiap elektron yang dimiliki. Energi dari elektron yang dipancarkan tidak tergantung pada intensitas cahaya yang masuk, tetapi hanya pada energi atau frekuensi foton individual. Ini adalah interaksi antara foton dan elektron terluar. Jens Martensson Elektron dapat menyerap energi dari foton ketika disinari, tetapi mereka biasanya mengikuti prinsip "semua atau tidak". Semua energi dari satu foton harus diserap dan digunakan untuk membebaskan satu elektron dari atom yang mengikat, atau energi dipancarkan kembali. Jika energi foton diserap, sebagian energi membebaskan elektron dari atom, dan sisanya dikontribusi untuk energi kinetik elektron sebagai partikel bebas. Tidak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi di bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan energi yang cukup untuk mengatasi ikatan atom. Jens Martensson Efek fotolistrik banyak membantu penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti foton dalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan seperti gelombang dan partikel, sebuah konsep yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum. Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang memperluas kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck. Jens Martensson Hukum emisi fotolistrik: 1. Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah foto elektron yang dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang digunakan. 2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi, di bawah frekuensi ini foto elektron tidak bisa dipancarkan. 3. Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan foto elektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya. 4. Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran foto elektron sangat kecil, kurang dari 10-9 detik. Jens Martensson Teori Kuantum Mengenai Efek Fotolistrik Pada model Einstein mengenai efek fotolistrik, sebuah foton dengan intensitas cahaya memberikan semua energinya hf ke sebuah elektron yang terdapat di plat logam. Akan tetapi, penyerapan energi oleh elektron tidak terjadi secara terus-menerus dimana energi dipindahkan ke elektron dengan paket tertentu, berbeda seperti yang dijabarkan pada teori gelombang. Pemindahan energi tersebut terjadi dengan konfigurasi satu foton untuk satu elektron. Jens Martensson Elektron keluar dari permukaan plat logam dan tidak bertabrakan dengan atom lainnya sebelum mengeluarkan energi kinetik maksimum (πΈππππ ). Menurut Einstein, besarnya energi kinetik maksimum untuk elektron yang terbebas tersebut dirumuskan dengan: πΈππππ = βπ − Φ Dimana : h adalah konstanta Planck (Js) f adalah frekuensi foton (Hz) Φ adalah fungsi kerja (eV) Fungsi kerja menggambarkan energi minimum yang diperlukan agar elektron dapat terus menempel pada logam. Jens Martensson Dengan menggunakan foton sebagai model cahaya, efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan benar daripada yang diprediksikan oleh konsep-konsep klasik, yaitu: • Besarnya energi kinetik yang dikeluarkan foto elektron tidak bergantung pada intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya digandakan, maka jumlah foto elektron yang keluar juga berlipat ganda, namun besarnya energi kinetik maksimum pada setiap foto elektron nilainya tidak berubah. • Elektron terlepas dari logam dalam waktu yang singkat. Selang waktu antara cahaya yang datang dan foto elektron yang keluar tergantung pada besarnya paket energi yang dibawa foton. Jika intensitas cahaya yang diterima rendah, hanya sedikit foton yang datang per unit waktu. • Keluarnya elektron tidak bergantung pada frekuensi cahaya. Jika energi yang dibawa foton besarnya tidak lebih dari fungsi kerja, maka elektron tidak dapat dikeluarkan dari permukaan logam. • Besarnya energi kinetik maksimum foto elektron bergantung pada frekuensi cahaya. Sebuah foton dengan frekuensi yang lebih besar membawa energi yang lebih besar dan akan mengeluarkan fotoelektron dengan energi kinetik yang lebih besar dibandingkan dengan foton berfrekuensi rendah. Jens Martensson Penerapan dalam Kehidupan Sehari-hari Mesin Fotokopi Jens Martensson Kalkulator Jens Martensson Kamera CCD (Change Coupled Device) & Pemindai kode batang (barcode) Jens Martensson Dubbing Film Jens Martensson Kesimpulan 1. Efek fotolistrik merupakan peristiwa pelepasan elektron dari logam oleh radiasi tersebut 2. Elektron yang terlepas dari logam disebut foto elektron 3. Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. 4. Einstein menemukan bahwa setiap foton mempunyai energi yang sangat besar, bergantung pada frekuensi Jens Martensson Thank You
