Efek Fotolistrik Sebagai Bukti dalam Perkembangan Fisika Modern

Ditulis Oleh : Mirza Nataya Hataini, 202142500025, Pendidikan Fisika 2021, UNINDRA

Fenomena efek fotolistrik merupakan salah satu topik penting dalam fisika modern. Efek fotolistrik dapat dijelaskan melalui hasil-hasil eksperimen dengan menganggap cahaya sebagai partikel. Dalam efek fotolistrik ini, Ilmuwan Fisika Albert Einstein menyatakan bahwa energi yang dibawa oleh cahaya tidak terdistribusi secara terus-menerus seperti yang dijelaskan oleh teori gelombang, tetapi terdistribusi secara terpisah dalam bentuk paket-paket energi. Paket-paket energi yang dibawa oleh cahaya ini disebut foton.  

E = hf

Dimana f adalah frekuensi cahaya (Hz) dan h dikenal sebagai konstanta Planck yaitu h = 6,626 x 10-34 Js. Sehingga dengan postulat ini maka diketahui bahwa dalam efek fotolistrik diperlukan energi ambang. Hal ini juga menjelaskan bahwa energi kinetik elektron tidak sebanding dengan intensitas cahaya melainkan sebandinng dengan frekuensi cahaya yang diberikan.

Dalam fenomena fotolistrik, ketika arus listrik yang muncul akibat suatu logam disinari cahaya, arus listrik tersebut bermuatan negatif yakni sebagai suatu elektron.  Intensitas cahaya yang diberikan tidak mempengaruhi besarnya energi kinetik elektron. Hal ini bertentangan dengan pandangan fisika klasik, yang berdasarkan teori gelombang elektromagnetik bahwa intensitas adalah jumlah energi cahaya yang melewati satuan luas permukaan dalam satuan waktu. Jika intensitas cahaya semakin besar, maka energi yang diterima juga semakin besar sehingga jumlah elektron yang terlepas harus semakin banyak (Sutarno dkk, 2017). Albert Einstein, mengemukakan bahwa intensitas cahaya dapat dianggap sebagai energi pada foton yang dikalikan dengan jumlah foton yang melewati satuan luas permukaan dalam satuan waktu. Dengan demikian, intensitas cahaya yang mengenai permukaan logam, sehingga semakin tinggi intensitas cahaya, semakin tinggi pula arus fotolistrik yang dihasilkan (Sutopo, 2004).

Pada dasarnya, fakta eksperimen efek fotolistrik melibatkan beberapa aspek yaitu, yang pertama diperlukannya ambang frekuensi untuk menghasilkan efek fotolistrik, artinya untuk menghasilkan fotoelektron atau elektron yang terlepas dari logam, frekuensi yang diserap oleh logam harus lebih tinggi dari ambang frekuensi, hal ini karena ketika logam disinari oleh gelombang elektromagnetik maka energi yang diikat oleh elektron adalah energi yang dihasilkan dari frekuensi gelombang dimana jika frekuensinya tinggi maka frekuensi tersebut dapat digunakan sebagai sumber energi agar elektron dapat melepaskan diri dari ikatan inti atom dan digunakan sebagai energi kinetik menuju anoda. Fakta yang kedua adalah energi kinetik fotoelektron tidak tergantung pada kekuatan cahaya, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, elektron hanya dapat bergerak ketika memiliki energi yang kuat atau frekuensi yang diserap lebih tinggi dari ambang frekuensi, artinya intensitas cahaya hanya mempengaruhi kuat arus listrik elektron dan tidak mempengaruhi energi kinetik elektron karena energi kinetik elektron dipengaruhi oleh jumlah energi yang diserap oleh elektron sehingga dapat digunakan untuk melepaskan ikatan dan sisanya digunakan sebagai energi kinetik. Fakta yang ketiga adalah tidak ada jeda waktu antara pencahayaan hingga terjadinya arus fotoelektrik. Berdasarkan hasil eksperimen, ditemukan bahwa arus fotoelektrik muncul secara spontan ketika logam disinari oleh cahaya elektromagnetik, hal ini karena ketika cahaya dengan frekuensi tinggi membawa energi yang besar, elektron akan langsung menyerap energi tersebut dan bergerak menuju anoda sehingga arus fotoelektrik muncul. Fakta yang keempat dari eksperimen efek fotolistrik adalah kuat arus fotoelektrik berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Kuat aliran fotoelektrik berbanding lurus dengan intensitas cahaya, ini karena kuat arus fotoelektrik sejajar dengan jumlah elektron foto yang dilepaskan per satuan waktu, di mana diketahui bahwa jumlah elektron foto yang dilepaskan oleh logam meningkat sesuai dengan intensitas cahaya yang diserap oleh logam itu sendiri.

Dari fakta-fakta tersebut telah menunjukkan bahwa efek fotolistrik ini lebih menonjol ke arah fisika kuantum dalam hal ini fisika modern. Untuk lebih menjelaskan hubungan antara efek fotolistrik dengan bukti fisika modern, maka berikut adalah penjelasan teoritis mengenai teori kuantum. Menurut teori kuantum, energi sebuah foton hanya ditentukan dari frekuensi partikel cahaya itu sendiri, jadi tidak ditentukan oleh intensitas cahya. Kemudian, menurut teori kuantum adanya energi kinetik maksimum fotoelektron dapat dijelaskan dengan baik karena besarnya frekuensi menentukan besarnya energi foton. Sehingga jelas bahwa jumlah elektron yang lepas dan bergerak dari ikatan atom di dalam logam hanya dapat dipengaruhi oleh besarnya energi yang diserap oleh elektron dimana energi tersebut dihasilkan dari besarnya frekuensi yang diserap oleh logam tersebut (Nurlina & Hartono, 2020).

Pada penerapannya sendiri, konsep efek fotolistrik ini sudah banyak ditemukan didalam kehidupan sehari-hari kita, contoh nya adalah pada penggunaan kamera CCD atau kamera Change Couple Device. Pada penggunanya kamera ini merupakan kamera digital yang memanfaatkan konsep efek fotolistrik untuk mengubah hasil tangkap kamera menjadi sebuah data elektronik yang kemudian dapat diproses oleh komputer. Selain kamera, efek fotolistrik juga dimanfaatkan pada mesin fotokopi. Pada penerapannya mesin fotokopi mempunyai lampu yang menghasilkan suatu cahaya terang yang menyinari berkas dan kemudian dipantulkan melalui lensa dengan menggunakan sensor, setelah itu cahaya tersebut akan mengarah ke bagian silinder foto sensitif yang menghasilkan terlepas nya elektron dari silinder foto tersebut yang membuat cairan yang bermuatan negatif yang ditarik oleh silinder bermuatan positif akan menempel pada kertas ketika melalui 2 buah rol yang memiliki tekanan tertentu sehingga membuat cairan tersebut akan menempel dengan erat pada kertas yang seterusnya akan diputar oleh mesin fotokopi.

DAFTAR PUSTAKA

Nurlina, & Hartono, B. (2020). Fisika Kuantum. Makassar: LPP UNISMUH Makassar.

Sutopo. (2004). Pengantar Fisika Kuantum. Malang: Universitas Negeri Malang.

Sutarno, dkk. (2017). Radiasi Benda Hitam dan Efek Fotolistrik Sebagai Konsep Kunci Revolusi Saintifik Dalam Perkembangan Teori Kuantum Cahaya. Jurnal Ilmiah Multi Sciences, 9 (2), 51-58.