Efek fotolistrik

  

I.PENDAHULUAN

Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya. Ditinjau dari perspektif sejarah, penemuan efek fotolistrik merupakan salah satu tonggak sejarah kelahiranfisika kuantum. Untuk merumuskan teori yang cocok dengan eksperimen, kita dihadapkan padasituasi dimana paham klasik yang selama puluhan tahun diyakini sebagai paham yang benar,terpaksa harus dirombak. Paham yang dimaksud adalah konsep cahaya sebagai gelombang tidak dirombak, fenomena efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan secara baik. Paham yang baru yangmampu menjelaskan secara teoritis fenomena efek fotolistrik adalah bahwa cahaya sebagai partikel namun demikian, munculnya paham baru ini menimbulkan polemik baru. Penyebabnyaadalah bahwa paham cahaya sebagai gelombang telah dibuktikan kehandalannya dalammenjelaskan sejumlah besar fenomena yang berkaitan dengan fenomena difraksi, interferensi,dan polarisasi. Sementara itu, fenomena yang disebutkan tadi tidak dapat dijelaskan berdasarkan paham cahaya sebagai partikel. Untuk mengatasi itu, para ahli sepakat bahwa cahaya memilikisifat ganda : sebagai gelombang dan sebagai partikel.Pada makalah ini akan dijelaskan materi mengenai sejarah perkembangan Efek Fotolistrik. Efek fotolistrik merupakan pengeluaranelektrondari suatu permukaan (biasanya logam) ketikadikenai, dan menyerap,radiasi elektromagnetik (seperticahayatampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi).Efek fotolistrik banyak membantu  penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti fotondalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan seperti-gelombang danseperti-partikel, sebuah konsep yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum.Efek  fotolistrik dijelaskan secara matematis olehAlbert Einsteinyang memperluas kuanta yangdikembangkan olehMax Planck .Hukum emisi fotolistrik:

1.Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang dikeluarkan berbanding lurusdengan intensitas cahaya yg digunakan.

2.Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. di bawah frekuensi inifotoelektron tidak bisa dipancarkan.

3.Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya.

4.Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10-9 detik.

II.THE PHOTOELECTRIC EFFECT

 Hertz Finds Maxwell's Waves: and Something Else

The most dramatic prediction of Maxwell's theory of electromagnetism, published in 1865, wasthe existence of electromagnetic waves moving at the speed of light, and the conclusion that light itself was just such a wave. This challenged experimentalists to generate and detect electromagnetic radiation using some form of electrical apparatus. The first clearly successful attempt was by Heinrich Hertz in 1886. He used a high voltage induction coil to cause a spark discharge between two pieces of brass, to quote him, "Imagine a cylindrical brass body, 3 cm indiameter and 26 cm long, interrupted midway along its length by a spark gap whose poles oneither side are formed by spheres of 2 cm radius." The idea was that once a spark formed aconducting path between the two brass conductors, charge would rapidly oscillate back and  forth, emitting electromagnetic radiation of a wavelength similar to the size of the conductorsthemselves.

Penemuan Hertz Gelombang Maxwell

Prediksi paling dramatis teori Maxwell elektromagnetisme, diterbitkan pada tahun 1865, adalahadanya gelombang elektromagnetik bergerak pada kecepatan cahaya, dan kesimpulan bahwacahaya itu sendiri hanya seperti gelombang. Eksperimentalis ini ditantang untuk menghasilkandan mendeteksi radiasi elektromagnetik menggunakan beberapa bentuk aparatus listrik. Usaha jelas pertama yang berhasil adalah dengan Heinrich Hertz pada tahun 1886. Dia menggunakansebuah kumparan induksi tegangan tinggi menyebabkan percikan discharge antara dua lembar kuningan, mengutip dia, "Bayangkan tubuh silinder kuningan, 3 cm diameter 26 cm, ditengahsela sepanjang panjangnya oleh celah percikan yang kutub pada sisinya dibentuk oleh lingkup

radius 2 cm. " Idenya adalah bahwa sekali percikan membentuk jalur melakukan antara duakonduktor kuningan, biaya dengan cepat akan berosilasi bolak-balik, memancarkan radiasielektromagnetik dari panjang gelombang mirip dengan ukuran konduktor sendiri.

To prove there really was radiation emitted, it had to be detected. Hertz used a piece of copper wire 1 mm thick bent into a circle of diameter 7.5 cms, with a small brass sphere on one end,and the other end of the wire was pointed, with the point near the sphere. He added a screwmechanism so that the point could be moved very close to the sphere in a controlled fashion.This "receiver" was designed so that current oscillating back and forth in the wire would have anatural period close to that of the "transmitter" described above. The presence of oscillating charge in the receiver would be signaled by a spark across the (tiny) gap between the point and the sphere (typically, this gap was hundredths of a millimeter). (It was suggested to Hertz that this spark gap could be replaced as a detector by a suitably prepared frog's leg, but that apparently didn't work.)

Untuk membuktikan bahwa memang ada radiasi yang dipancarkan, itu harus terdeteksi. Hertzmenggunakan sepotong kawat tembaga 1 mm tebal membungkuk ke lingkaran diameter 7,5 cm,dengan lingkup kuningan kecil di salah satu ujungnya, dan ujung kawat itu menunjuk, dengantitik dekat bola. Dia menambahkan mekanisme sekrup sehingga titik bisa bergerak sangat dekatdengan lingkungan secara terkendali. Ini "penerima" dirancang sehingga arus berosilasi bolak- balik di kawat akan memiliki periode alami dekat dengan dari "pemancar" yang dijelaskan diatas. Adanya muatan berosilasi di penerima akan ditandai dengan percikan di seluruh perbedaan(kecil) antara titik dan lingkungan (biasanya, kesenjangan ini seratus milimeter). (Disarankanuntuk Hertz bahwa kesenjangan ini percikan bisa diganti sebagai detektor oleh kaki seekor katak yang sesuai disiapkan, tapi itu ternyata tidak berhasil.)

The experiment was very successful - Hertz was able to detect the radiation up to fifty feet away,and in a series of ingenious experiments established that the radiation was reflected and refracted as expected, and that it was polarized. The main problem - the limiting factor indetection -- was being able to see the tiny spark in the receiver. In trying to improve the spark'svisibility, he came upon something very mysterious. To quote from Hertz again (he called thetransmitter spark A, the receiver B): "I occasionally enclosed the spark B in a dark case so as to

more easily make the observations; and in so doing I observed that the maximum spark-lengthbecame decidedly smaller in the case than it was before. On removing in succession the various parts of the case, it was seen that the only portion of it which exercised this prejudicial effect was that which screened the spark B from the spark A. The partition on that side exhibited thiseffect, not only when it was in the immediate neighbourhood of the spark B, but also when it wasinterposed at greater distances from B between A and B. A phenomenon so remarkable called  for closer investigation." 

Penelitian ini sangat sukses - Hertz mampu mendeteksi radiasi hingga lima belas meter jauhnya,dan dalam serangkaian percobaan cerdik ditetapkan bahwa radiasi tercermin dan membiasseperti yang diharapkan, dan bahwa itu terpolarisasi. Masalah utama - faktor pembatas dalamdeteksi - sedang dapat melihat percikan kecil dalam receiver. Dalam upaya untuk meningkatkan percikan Deteksi, dia datang atas sesuatu yang sangat misterius. Untuk kutipan dari Hertz lagi(dia disebut pemancar percikan A, B penerima): "Aku kadang-kadang tertutup percikan B dalamkasus gelap sehingga lebih mudah membuat pengamatan, dan dengan demikian saya mengamati bahwa percikan panjang maksimum menjadi jelas lebih kecil dalam kasus ini daripadasebelumnya. Pada menghapus berturut-turut berbagai bagian kasus, terlihat bahwa hanyasebagian saja yang melakukan ini adalah efek merugikan yang ditayangkan percikan B dari percikan A. Partisi pada sisi yang dipamerkan efek ini, tidak hanya ketika berada di lingkunganlangsung dari spark B, tetapi juga ketika sela pada jarak yang lebih besar dari B antara A dan B.fenomena A begitu luar biasa disebut untuk penyelidikan lebih dekat. "

 Hertz then embarked on a very thorough investigation. He found that the small receiver spark was more vigorous if it was exposed to ultraviolet light from the transmitter spark. It took a long time to figure this out - he first checked for some kind of electromagnetic effect, but found a sheet of glass effectively shielded the spark. He then found a slab of quartz did not shield the spark,whereupon he used a quartz prism to break up the light from the big spark into its components,and discovered that the wavelength which made the little spark more powerful was beyond thevisible, in the ultraviolet.

Hertz kemudian memulai investigasi yang sangat teliti. Ia menemukan bahwa penerima percikankecil lebih kuat jika terkena sinar ultraviolet dari pemancar percikan. Butuh waktu lama untuk mencari ini keluar - ia pertama kali diperiksa untuk beberapa jenis efek elektromagnetik, tetapimenemukan selembar kaca efektif terlindung percikan. Dia kemudian menemukan sepotongkuarsa tidak perisai percikan, dimana ia menggunakan prisma kuarsa untuk memecah cahayadari besar percikan ke dalam komponen-komponennya, dan menemukan bahwa panjanggelombang yang membuat percikan sedikit lebih kuat berada di luar terlihat, di ultraviolet.Pada tahun 1887 Heinrich Rudolf Hertz menemukan fenomena efek Fotolistrik yangmembingungkan para Fisikawan waktu itu.

Sebuah logam ketika diberi cahaya akan melepaskan elektron, yang akan menghasilkan aruslistrik jika disambung ke rangkaian tertutup. Jika cahaya adalah gelombang seperti yang telahdiprediksikan oleh Fisika klasik, maka seharusnya semakin tinggi intensitas cahaya yangdiberikan maka semakin besar arus yang terdeteksi. Namun hasil eksperimen menunjukkan bahwa walaupun intensitas cahaya yang diberikan maksimum, elektron tidak muncul juga dari plat logam

 

Tetapi ketika diberikan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (frekuensi lebihtinggi, ke arah warna ungu dari spektrum cahaya) dari sebelumnya, tiba-tiba elektron lepas dari plat logam sehingga terdeteksi arus listrik, padahal intensitas yang diberikan lebih kecil dariintensitas sebelumnya. Berarti, energi yang dibutuhkan oleh plat logam untuk melepaskanelektronnya tergantung pada panjang gelombang. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan oleh  paraFisikawan pada waktu itu. Kalau cahaya itu memang benar-benar gelombang, yang memilikisifat kontinyu, bukankah seharusnya energi yang bisa diserap darinya bisa bernilai berapa saja ?Tapi ternyata hanya jumlah energi tertentu saja yang bisa diserap untuk melepaskan elektron bebas.

 

 Hallwachs' Simpler Approach

The next year, 1888, another German physicist, Wilhelm Hallwachs, in Dresden, wrote:"In a recent publication Hertz has described investigations on the dependence of the maximumlength of an induction spark on the radiation received by it from another induction spark. He proved that the phenomenon observed is an action of the ultraviolet light. No further light on thenature of the phenomenon could be obtained, because of the complicated conditions of theresearch in which it appeared. I have endeavored to obtain related phenomena which would occur under simpler conditions, in order to make the explanation of the phenomena easier.Success was obtained by investigating the action of the electric light on electrically charged bodies." 

Pendekatan Hallwachs 'Simpler

Tahun berikutnya, 1888, fisikawan Jerman, Wilhelm Hallwachs, di Dresden, menulis: "Dalamsebuah publikasi baru-baru ini Hertz telah dijelaskan investigasi terhadap ketergantungan panjang maksimum dari sebuah induksi percikan pada radiasi yang diterima dari induksi lain percikan. Dia membuktikan bahwa fenomena yang diamati adalah suatu tindakan dari sinar ultraviolet No cahaya lebih lanjut tentang itu. sifat fenomena bisa diperoleh, karena kondisi rumit penelitian di mana ia muncul. Saya telah berupaya untuk memperoleh fenomena terkait yangakan terjadi dalam kondisi sederhana, untuk membuat penjelasan dari fenomena lebih mudahSukses itu. diperoleh dengan menyelidiki tindakan dari lampu listrik pada tubuh bermuatanlistrik. "

 He then describes his very simple experiment: a clean circular plate of zinc was mounted on aninsulating stand and attached by a wire to a gold leaf electroscope, which was then charged negatively. The electroscope lost its charge very slowly. However, if the zinc plate was exposed to ultraviolet light from an arc lamp, or from burning magnesium, charge leaked away quickly. If the plate was positively charged, there was no fast charge leakage. (We showed this as alecture demo, using a UV lamp as source.)

Dia kemudian menjelaskan eksperimennya yang sangat sederhana: plat melingkar seng dipasang berdiri dengan isolasi serta dilengkapi dengan kawat ke electroscope daun emas, yang kemudiandibebankan negatif. electroscope yang hilang muatannya dengan sangat lambat. Namun, jika pelat seng terkena sinar ultraviolet dari lampu busur, atau dari magnesium terbakar, muatannyakeluar dengan cepat. Jika piring itu bermuatan positif, tidak ada muatan yang keluar. (Kamimenunjukkan ini sebagai demo kuliah, menggunakan lampu UV sebagai sumber.)

Could it be that the ultraviolet light somehow spoiled the insulating properties of the stand the zinc plate was on? Could it be that electric or magnetic effects from the large current in the arclamp somehow caused the charge leakage?

Mungkinkah cahaya ultraviolet entah bagaimana merusak sifat isolasi dari dudukan plat seng?Mungkinkah efek listrik atau magnetik dari arus besar di lampu busur entah bagaimanamenyebabkan keluarnya muatan?

 Although Hallwach's experiment certainly clarified the situation, he did not offer any theory of what was going on.

Meskipun percobaan Hallwach sudah dapat dipastikan kebenarannya, ia tidak mengerti teori apayang sedang terjadi.

 J.J. Thomson Identifies the Particles

 In fact, the situation remained unclear until 1899, when Thomson established that the ultraviolet light caused electrons to be emitted, the same particles found in cathode rays. His method was toenclose the metallic surface to be exposed to radiation in a vacuum tube, in other words to makeit the cathode in a cathode ray tube. The new feature was that electrons were to be ejected fromthe cathode by the radiation, rather than by the strong electric field used previously.

J.J. Thomson Mengidentifikasi Partikel

Pada kenyataannya, situasi masih belum jelas sampai 1899, ketika Thomson menetapkan bahwasinar ultraviolet menyebabkan elektron menjadi dipancarkan, partikel-partikel yang samaditemukan dalam sinar katoda. Metode-Nya adalah untuk menyertakan permukaan logam yangakan terkena radiasi dalam tabung vakum, dengan kata lain untuk membuat katoda dalam sebuahtabung sinar katoda. Fitur baru adalah bahwa elektron itu harus dikeluarkan dari katoda olehradiasi, bukan oleh medan listrik yang kuat yang digunakan sebelumnya.

 By this time, there was a plausible picture of what was going on. Atoms in the cathode contained electrons, which were shaken and caused to vibrate by the oscillating electric field of theincident radiation. Eventually some of them would be shaken loose, and would be ejected fromthe cathode. It is worthwhile considering carefully how the number and speed of electronsemitted would be expected to vary with the intensity and color of the incident radiation. Increasing the intensity of radiation would shake the electrons more violently, so one would expect more to be emitted, and they would shoot out at greater speed, on average. Increasing the frequency of the radiation would shake the electrons faster, so might cause the electrons to comeout faster. For very dim light, it would take some time for an electron to work up to a sufficient amplitude of vibration to shake loose.

Pada saat ini, ada gambar yang masuk akal tentang apa yang terjadi. Atom dalam katoda berisielektron, yang terguncang dan bergetar disebabkan oleh medan listrik dari radiasi . Akhirnya beberapa dari mereka akan bergetar dan akan dikeluarkan dari katoda. Hal ini bermanfaatmempertimbangkan dengan hati-hati bagaimana jumlah dan kecepatan elektron yangdipancarkan akan diharapkan bervariasi dengan intensitas dan warna radiasi. Peningkatanintensitas radiasi akan mengguncang elektron lebih keras, sehingga orang akan berharap lebihuntuk menjadi dipancarkan, dan mereka akan menembak keluar dengan kecepatan yang lebih besar, rata-rata. Meningkatkan frekuensi radiasi akan mengguncang elektron lebih cepat,sehingga dapat menyebabkan elektron untuk keluar lebih cepat. Untuk lampu sangat redup, ituakan memerlukan waktu untuk elektron bekerja sampai amplitudo getaran yang cukupmengeluarkannya.

Lenard Finds Some Surprises

In 1902, Lenard studied how the energy of the emitted photoelectrons varied with the intensity of the light. He used a carbon arc light, and could increase the intensity a thousand-fold. Theejected electrons hit another metal plate, the collector, which was connected to the cathode by awire with a sensitive ammeter, to measure the current produced by the illumination. To measurethe energy of the ejected electrons, Lenard charged the collector plate negatively, to repel theelectrons coming towards it. Thus, only electrons ejected with enough kinetic energy to get upthis potential hill would contribute to the current. Lenard discovered that there was a well defined minimum voltage that stopped any electrons getting through, we'll call it V 

 stop

. To his surprise, he found that V 

 stop

did not depend at all on the intensity of the light! Doubling the light intensity doubled the number of electrons emitted, but did not affect the energies of the emitted electrons. The more powerful oscillating field ejected more electrons, but the maximumindividual energy of the ejected electrons was the same as for the weaker field.

Penemuan Mengejutkan oleh Lenard

Pada tahun 1902, Lenard mempelajari bagaimana energi foto elektron yang dipancarkan bervariasi dengan intensitas cahaya. Dia menggunakan lampu karbon busur, dan dapatmeningkatkan intensitas seribu kali lipat. Elektron dikeluarkan dari pelat logam, kolektor, yangterhubung ke katoda melalui kawat dengan ammeter sensitif, untuk mengukur arus yangdihasilkan oleh iluminasi. Untuk mengukur energi elektron dikeluarkan, Lenard dibebankan pelatkolektor negatif, untuk mencegah elektron datang ke arah itu. Jadi, elektron hanya dikeluarkandengan energi kinetik yang cukup untuk bergerak ini adalah bukti potensial akan berkontribusi pada saat ini. Lenard menemukan bahwa ada tegangan minimum didefinisikan dengan baik yang berhenti setiap elektron mendapatkan melalui, kita akan menyebutnya Vstop. Yang mengejutkan,ia menemukan bahwa Vstop tidak tergantung sama sekali pada intensitas cahaya! Menggandakanintensitas cahaya dua kali lipat jumlah elektron yang dipancarkan, tetapi tidak mempengaruhienergi dari elektron yang dipancarkan. Bidang berosilasi lebih kuat terlontar elektron lebih, tapienergi individu maksimum elektron dikeluarkan adalah sama seperti untuk bidang lemah.

 But Lenard did something else. With his very powerful arc lamp, there was sufficient intensity to separate out the colors and check the photoelectric effect using light of different colors. He found that the maximum energy of the ejected electrons did depend on the color --- the shorter 

wavelength, higher frequency light caused electrons to be ejected with more energy. This was,however, a fairly qualitative conclusion --- the energy measurements were not veryreproducible, because they were extremely sensitive to the condition of the surface, in particular its state of partial oxidation. In the best vacua available at that time, significant oxidation of a fresh surface

took place in tens of minutes. (The details of the surface are crucial because the fastest electrons emitted are those from right at the surface, and their binding to the solid depends strongly on the nature of the surface --- is it pure metal or a mixture of metal and oxygen atoms?)

Tapi Lenard melakukan sesuatu yang lain. menggunakan lampu busur yang sangat kuat, adaintensitas yang cukup untuk memisahkan warna dan memeriksa efek fotolistrik menggunakanlampu warna yang berbeda. Dia menemukan bahwa energi maksimum dari elektron dikeluarkantidak bergantung pada warna namun panjang gelombang pendek, cahaya dengan frekuensi yanglebih tinggi menyebabkan elektron akan dikeluarkan dengan lebih banyak energi. Hal ini, bagaimanapun, sebuah kesimpulan yang cukup kualitatif --- pengukuran energi tidak terlaludireproduksi, karena mereka sangat sensitif terhadap kondisi permukaan, di negara khususnyaoksidasi parsial. Dalam vacua terbaik tersedia waktu itu, oksidasi signifikan dari permukaansegar terjadi di puluhan menit. (Rincian permukaan sangat penting karena elektron yangdipancarkan tercepat adalah mereka dengan mudah ke permukaan, dari ikatan mereka pada benda padat sangat bergantung pada sifat permukaan --- itu logam murni atau campuran logamdan atom oksigen )?

 

Question: In the above figure, the battery represents the potential Lenard used to charge thecollector plate negatively, which would actually be a variable voltage source. Since the electronsejected by the blue light are getting to the collector plate, evidently the potential supplied by thebattery is less than V 

 stop

for blue light. Show with an arrow on the wire the direction of theelectric current in the wire.

Pertanyaan: Pada gambar di atas, baterai merupakan potensi Lenard digunakan untuk mengisi pelat kolektor negatif, yang sebenarnya akan menjadi sumber tegangan variabel. Karena elektrondikeluarkan oleh sinar biru yang sampai ke plat kolektor, jelas potensi yang disediakan oleh baterai kurang dari Vstop untuk cahaya biru. Tampilkan dengan panah pada kawat arah aruslistrik dalam kawat.

 

 Einstein Suggests an Explanation

 In 1905 Einstein gave a very simple interpretation of Lenard's results. He just assumed that theincoming radiation should be thought of as quanta of frequency hf, with f the frequency. In photoemission, one such quantum is absorbed by one electron. If the electron is some distanceinto the material of the cathode, some energy will be lost as it moves towards the surface. Therewill always be some electrostatic cost as the electron leaves the surface, this is usually called thework function, W. The most energetic electrons emitted will be those very close to the surface,and they will leave the cathode with kinetic energy E = hf - W.

Penjelasan dan keterangan Einstein

Pada tahun 1905 Einstein memberikan penafsiran yang sangat sederhana dari hasil Lenard's. Diahanya menduga bahwa radiasi yang masuk harus dianggap sebagai kuanta dari frekuensi hf,dengan f frekuensi. Dalam photoemission, satu kuantum tersebut diserap oleh satu elektron. Jikaelektron adalah beberapa jarak menjadi bahan katoda, beberapa energi akan hilang ketika bergerak ke arah permukaan. Akan selalu ada beberapa biaya elektrostatik dengan elektron permukaan daun, ini biasanya disebut fungsi kerja, W. elektron yang paling energik yang

dipancarkan akan menjadi sangat dekat dengan permukaan, dan mereka akan meninggalkankatoda dengan energi kinetik E = hf - W.

On cranking up the negative voltage on the collector plate until the current just stops, that is, toV 

 stop

 , the highest kinetic energy electrons must have had energy eV 

 stop

on leaving the cathode.Thus,

Pada tegangan negatif pada plat kolektor sampai arus berhenti, untuk itu Vstop, elektron energikinetik tertinggi harus memiliki eVstop energi ketika meninggalkan katoda. Dengan demikian,

eV 

stop

=

hf 

– 

W Thus Einstein's theory makes a very definite quantitative prediction: if the frequency of theincident light is varied, and V 

 stop

plotted as a function of frequency, the slope of the line should be h/e.

Dengan demikian teori Einstein membuat prediksi kuantitatif yang sangat jelas: jika frekuensicahaya insiden yang bervariasi, dan Vstop diplot sebagai fungsi frekuensi, kemiringan garisharus h / e.

 It is also clear that there is a minimum light frequency for a given metal, that for which thequantum of energy is equal to the work function. Light below that frequency , no matter howbright, will not cause photoemission.

Hal ini juga jelas bahwa ada frekuensi cahaya minimum untuk suatu logam tertentu, bahwauntuk yang kuantum energi sama dengan fungsi kerja. Cahaya di bawah ini frekuensi itu, tidak  peduli seberapa terang, tidak akan menyebabkan photoemission.Dari Pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa energi yang dibutuhkan oleh plat logam untuk melepaskan elektronnya tergantung pada panjang gelombang, dan diungkap oleh Einsten bahwahal ini dikarenakan ketika frekuensi cahaya yang diberikan lebih tinggi, maka walaupun terdapathanya 1 foton saja (intensitas rendah) dengan energi yang cukup, foton tersebut mampu untuk 

 

melepaskan 1 elektron dari ikatannya. Intensitas cahaya dinaikkan berarti akan semakin banyak  jumlah foton yang dilepaskan, akibatnya semakin banyak elektron yang akan lepas. Einsteinmenjawab teka-teki mengenai fotolistrik.

Einstein

termashur dengan teori relativitasnya. Hampir semua orang kenal formula

 E = mc

2

,namun sedikit saja yang mengetahui apa itu efek fotolistrik yang mengantarkan Einstein sebagaiilmuwan penerima hadiah Nobel. Pada tahun 1921 panitia hadiah Nobel menuliskan bahwaEinstein dianugrahi penghargaan tertinggi di bidang sains tersebut atas jasanya di bidang fisikateori terutama untuk penemuan hukum efek fotolistrik. Sangat mengherankan mengapa ia tidak menerima Nobel dari teori relativitas yang berdampak filosofis tinggi tersebut. Mungkinkahhanya panitia hadiah Nobel yang tahu, atau ada alasan pragmatis di balik itu? Efek fotolistrik merupakan proses perubahan sifat-sifat konduksi listrik di dalam material karena pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor, atau pancaran elektron bebas dan ion yangtertinggal di dalam metal. Fenomena pertama dikenal sebagai efek fotolistrik internal, sedangkanfenomena kedua disebut efek fotolistrik eksternal.Einstein menyelesaikan paper yang menjelaskan efek ini pada tanggal 17 Maret 1905 danmengirimkannya ke jurnal

 Annalen der Physik 

, persis 3 hari setelah ulang tahunnya yang ke 26.Di dalam paper tersebut Einstein untuk pertama kalinya memperkenalkan istilah kuantum (paket)cahaya. Pada pendahuluan paper ia berargumentasi bahwa proses-proses seperti radiasi bendahitam, fotoluminesens, dan produksi sinar katode, hanya dapat dijelaskan jika energi cahayatersebut tidak terdistribusi secara kontinyu.

 

Ide Einstein memicu Louis de Broglie menelurkan konsep gelombang materi. Konsep inimenyatakan benda yang bergerak dapat dianggap sebagai suatu gelombang dengan panjanggelombang berbanding terbalik terhadap momentumnya. Sederhananya, ide de Broglie inimerupakan kebalikan dari ide Einstein. Kedua ide ini selanjutnya membantu melahirkanmekanika kuantum melalui persamaan Schroedinger yang menandai berakhirnya masa fisikaklasik.

 Millikan's Attempts to Disprove Einstein's Theory

 If we accept Einstein's theory, then, this is a completely different way to measure Planck'sconstant. The American experimental physicist  Robert Millikan , who did not accept Einstein'stheory, which he saw as an attack on the wave theory of light, worked for ten years, until 1916,on the photoelectric effect. He even devised techniques for scraping clean the metal surfacesinside the vacuum tube. For all his efforts he found disappointing results: he confirmed  Einstein's theory, measuring Planck's constant to within 0.5% by this method. One consolationwas that he did get a Nobel prize for this series of experiments.

Upaya Millikan untuk menyangkal Teori Einstein

Jika kita menerima teori Einstein, maka, ini adalah cara yang sama sekali berbeda untuk mengukur konstanta Planck. Ahli fisikawan Amerika Robert Millikan, yang tidak menerima teoriEinstein, yang dilihatnya sebagai serangan terhadap teori gelombang cahaya, bekerja selamasepuluh tahun, sampai 1916, pada efek fotolistrik. Dia bahkan dirancang teknik untuk Scrapingmembersihkan logam permukaan dalam tabung vakum. Untuk semua usahanya dia menemukanhasil mengecewakan: ia mengkonfirmasikan teori Einstein, pengukuran terus-menerus untuk 

 

konstanta Planck dalam 0,5% dengan metode ini. Namun salah satu hiburan untuknya adalah diamendapatkan hadiah Nobel untuk serangkaian percobaanPada kenyataanya, inilah ikhwal lahirnya fisika modern yang menampik asumsi teori-teorimapan saat itu. Salah satunya adalah teori Maxwell yang berhasil memadukan fenomenakelistrikan dan kemagnetan dalam satu formula serta menyimpulkan bahwa cahaya merupakansalah satu wujud gelombang elektromagnetik. Jelas dibutuhkan waktu cukup lama untuk meyakinkan komunitas fisika jika cahaya memiliki sifat granular. Nyatanya dibutuhkan hampir 11 tahun hingga seorang Robert Millikan berhasil membuktikan hipotesis Einstein. Tidak tanggung-tanggung juga, Millikan menghabiskan waktu 10 tahun untuk pembuktian tersebut.Pada saat itu Einstein mempublikasikan paper lain berjudul

“

Teori Kuantum Cahaya

”

. Di dalam paper ini ia menjelaskan proses emisi dan absorpsi paket cahaya dalam molekul, sertamenghitung peluang emisi spontan dan emisi yang diinduksi yang selanjutnya dikenal sebagaikoefisien Einstein

 A

dan

 B

. Kedua koefisien ini bermanfaat dalam menjelaskan secara teoretis penemuan laser di kemudian hari. Tujuh tahun kemudian Arthur Compton berhasil membuateksperimen yang membuktikan sifat kuantum cahaya tersebut dengan bantuan teori relativitaskhusus..

Aplikasi Efek Fotolistrik 

 Apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana sebuah kamera otomatis dapat mengambilgambar yang besar tanpa mengatur? Kamera memiliki built-in light meter. Ketika cahaya datangke light meter, menyerang sebuah benda logam yang melepaskan elektron dan menciptakan arus.Ini secara otomatis membuka dan menutup lensa untuk menyesuaikan kondisi pencahayaantinggi dan rendah. detektor asap dan beberapa alarm pencuri juga beroperasi menggunakan prinsip dasar efek fotolistrik.Sangat mengherankan jika kita mendengar bahwa aplikasi pertama efek fotolistrik berada dalamdunia hiburan. Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat film diputar, sinyal ini dibaca

kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakanamplifier tabung sehingga menghasilkan film bersuara.Aplikasi paling populer di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda (

 photomultiplier tube

). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapatdiamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi fotontunggal sekalipun. Dengan menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande diJepang berhasil menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk tujuanspektroskopi melalui peralatan yang bernama

 photoelectron spectroscopy

atau PES.Efek fotolistrik internal memiliki aplikasi yang lebih menyentuh masyarakat. Ambil contoh foto-diode atau foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor cahaya berkecepatan tinggi. Bahkan,dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40 Gigabit perdetik yang setara dengan pulsacahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11 detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.Sel surya yang sangat kita kenal manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energilistrik melalui efek fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahayatampak akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai dengankelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika dialirkan menuju bebanakan menghasilkan arus listrik.Akhir-akhir ini kita dibanjiri oleh produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kameraCCD (

charge coupled device

). Sebut saja kamera pada ponsel, kamera digital dengan resolusihingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-batang (

barcode

) yang dipakai diseluruhsupermarket, kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik internal dalam mengubah citra yangdikehendaki menjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer.Jadi, tanpa kita sadari kita telah memanfaatkan efek fotolistrik baik internal mau pun eksternaldalam kehidupan sehari-hari.

 

III.KESIMPULAN

1.Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinaricahaya.2.Ditinjau dari perspektif sejarah, penemuan efek fotolistrik merupakan salah satutonggak sejarah kelahiran fisika kuantum.3.Tokoh-tokoh yang berperan penting pada kelahiran efek fotolistrik adalah, Hertz,Lenard,Eintein,Max Planck ,Wilhelm Hallwachs serta JJ Thomson.4.Dalam perkembangannya efek fotolistrik diaplikasikan pada kamera digital dan berbagai alat-alat elektronik lainnya yang menggunakan sensor cahaya.

 

DAFTAR PUSTAKA

Abdurrahman.2009.

 Efek fotolistrik 

.http://blog.unila.ac.id/abdurrahmanabe. Diakses pada 08.00WIB tanggal 3 November 2010Anonim. 2007.

Sejarah efek fotolistrik 

.http://kambing.ui.ac.id. Diakses pada 08.00 WIB tanggal22 Oktober 2010Anonim. 2009.

 Photoelectric_effect 

. http://galileo.phys.virginia.edu. Diakses pada 08.14 WIBtanggal 3 November 2010Anonim.2000.

 Efek fotolistrik 

.http://id.wikipedia.org/wiki/Efek_fotolistrik .Diakses pada 08.15WIB tanggal 22 Oktober 2010Anonim.2009.

 Efekfotolistrik 

.http://simawa.unnes.ac.id.Diakses pada 08.19 WIB tanggal 22Oktober 2010Anonim.2010.

Sifat Partikel Cahaya

. http://aktifisika.wordpress.com. Diakses pada 08.23 WIBtanggal 22 Oktober 2010