Soal dan Pembahasan Efek Foto Listrik SMA Kelas 12

Materi Ini diajarkan untuk tingkat kelas 12 pada semester genap. Pada Materi Ini, akan dibahas gejala dan efek foto Listrik. Efek Foto Listrik Sendiri adalah proses keluarnya elektron karena pengaruh radiasi elektromagnetik. Biasanya ini terjadi pada Logam. Awalnya efek ini ikenal dengan efek Hertz.
Secara matematis ini dijelaskan oleh Albert Einstein yang memperluas teori kuantum yang ditemukan oleh Max Planck.

Hukum emisi fotolistrik:

Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg digunakan.
Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. di bawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa dipancarkan.
Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya.
Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10⁻⁹ detik.

Sejarahnya dimulai saat tahun 1899, Joseph John Thomson meneliti cahaya ultraviolet dalam tabung sinar katode berdasarkan kerja James Clerk Maxwell, Thomson menyimpulkan bahwa sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif, yang dia sebut corpuscles elektron Dalam penelitian itu, Thomson meletakkan pelat logam (sebagai katode) dalam tabung hampa, dan menyinarinya dengan radiasi frekuensi tinggi.

Soal No. 1

Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut. Jika fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f tentukan:

a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam
Gunakan data berikut :
Cepat rambat cahaya c = 3 x 108 m/s
Tetapan Planck h = 6,6 x 10−34 Js
1 eV = 1,6 x 10−19 joule

Pembahasan
a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
energi cahaya minimal tidak lain adalah energi ambang atau fungsi kerja logam. Sehingga
Wo = 2,2 eV
Wo = 2,2 x (1,6 x 10−19 ) joule = 3,52 x 10−19 joule

b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
Ingat energi foton atau cahaya adalah E = hf, E disini dilambangkan sebagai Wo sehingga
Wo = h fo
3,52 x 10−19 = 6,6 x 10−34 x fo
fo = 0,53 x 1015 joule

c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam
Hubungkan dengan kecepatan cahaya
λmax = c / fo
λmax = 3 x 108 / 0,53 x 1015
λmax = 5,67 x 10−7 m

Soal No. 2
Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut:

Jika fungsi kerja logam adalah 2,1 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang 2500 Å dengan konstanta Planck 6,6 x 10−34 Js dan 1 eV = 1,6 x 10−19 joule, tentukan
a) energi ambang logam dalam satuan joule
b) frekuensi ambang
c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz
f) energi foton cahaya yang disinarkan
g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam

Pembahasan
Skemanya seperti ini

Logam yang di dalamnya terdapat elektron-elektron disinari oleh cahaya yang memiliki energi E. Jika energi cahaya ini cukup besar, maka energi ini akan dapat melepaskan elektron dari logam, dengan syarat, energi cahayanya lebih besar dari energi ambang bahan. Elektron yang lepas dari logam atau istilahnya fotoelektron akan bergerak dan memiliki energi kinetik sebesar Ek

Hubungan energi cahaya yang disinarkan E, energi ambang bahan Wo dan energi kinetik fotoelektron Ek adalah
E = Wo + Ek
atau
hf = hfo + Ek

a) energi ambang logam dalam satuan joule
Wo = 2,1 x (1,6 x 10−19 ) joule = 3,36 x 10−19 joule

b) frekuensi ambang
Wo = h fo
3,36 x 10−19 = 6,6 x 10−34 x fo
fo = 0,51 x 1015

c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
λmax = c / fo
λmax = 3 x 108 / 0,51 x 1015
λmax = 5,88 x 10−7 m d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
λ = 2500 Å = 2500 x 10−10 m = 2,5 x 10−7 m

e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz
f = c/λ
f = 3 x 10 8/2,5 x 10−7
f = 1,2 x 10 15 Hz

f) energi cahaya yang disinarkan
E = hf
E = (6,6 x 10−34) x 1,2 x 10 15 = 7,92 x 10 −19 joule

g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam
E = Wo + Ek 7,92 x 10 −19 = 3,36 x 10−19 + Ek
Ek = 7,92 x 10 −19 − 3,36 x 10−19 = 4,56 x 10−19 joule

Soal No. 3
Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10−34 Js dan kecepatan cahaya 3 × 108 m/detik, maka energi kinetik elektron yang lepas....
A. 0,1 × 10–19 joule
B. 0,16 × 10–19 joule
C. 1,6 × 10–19 joule
D. 3,2 × 10–19 joule
E. 19,8 × 10–19 joule
Sumber soal : Ebtanas tahun 1986

Pembahasan
Data dari soal:
Energi ambang Wo = 2 eV = 2 x (1,6 x 10−19 ) = 3,2 x 10−19joule
Panjang gelombang λ = 6000 Å = 6000 x 10−10 = 6 x 10−7 m

Menentukan energi kinetik foto elektron:

Soal No. 4
Permukaan katode disinari cahaya sampai pada frekuensi tertentu, ternyata tidak terjadi foto elektron. Agar permukaan katode memancarkan foto elektron, usaha yang dapat dilaksanakan adalah …
A. mengurangi tebal katode dan memperbesar intensitas cahaya
B. memperbesar panjang gelombang dan memperbesar intensitasnya
C. mengurangi tebal katode dan memperbesar panjang gelombang
D. memperbesar frekuensi cahaya sampai frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya
E. memperbesar frekuensi cahaya sampai di atas frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya
Sumber soal : Ebtanas 1987

Pembahasan
Foto elektron tidak terjadi berarti energi cahaya yang disinarkan masih dibawah energi ambang, untuk itu frekuensi cahaya harus diperbesar hingga menghasilkan energi yang melebihi energi ambang. Untuk memperbanyak jumlah foto elektron yang terjadi, maka intensitas cahaya harus dinaikkan.

Soal No. 5
Hubungan energi kinetik elektron dan frekuensi penyinaran pada gejala foto listrik terlihat pada grafik di bawah ini.

Apabila konstanta Planck h, besarnya fungsi kerja logam adalah …
A. 1 h
B. 2 h
C. 3 h
D. 4 h
E. 8 h
Sumber soal : Ebtanas 1989

Pembahasan
Dari gambar terlihat frekuensi ambang adalah 4 HZ, sehingga nilai fungsi kerja logam
Wo = hfo = h(4) = 4h

Soal No. 6
Cahaya dengan panjang gelombang 500 nm meradiasi permukaan logam yang fungsi kerjanya 1,86 × 10–19 joule. Energi kinetik maksimum foto elektron adalah …
A. 2 × 10–19 joule
B. 4 × 10–19 joule
C. 5 × 10–19 joule
D. 6 × 10–19 joule
E. 9 × 10–19 joule
Sumber soal : Ebtanas 1990

Pembahasan

Data dari soal sebagai berikut:
λ = 500 nm = 500 x 10–9 m = 5 x 10–7 m
Wo = 1,86 x 10–19
Ek = ....?

Soal No. 7
Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8 × 1014 Hz, dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 × 10–34 J s, maka energi kinetik foto elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut adalah …
A. 1,32 × 10–19 joule
B. 1,32 × 10–19 joule
C. 1,32 × 10–19 joule
D. 1,32 × 10–19joule
E. 1,32 × 10–19 joule
Sumber soal : Ebtanas 1991

Pembahasan
Data yang diberikan oleh soal:
frekuensi ambang fo = 8 × 1014 Hz
frekuensi cahaya f = 1015 = 10 × 1014 Hz
Ek = ...?

Soal No. 8
Frekuensi ambang natrium adalah 4,4 x 1014 Hz. Besar potensial penghenti dalam volt bagi natrium saat disinari dengan cahaya yang frekuensinya 6,0 x 1014 Hz adalah...
A. 0,34
B. 0,40
C. 0,44
D. 0,66
E. 0,99
Sumber soal : UMPTN 1999

Pembahasan
Data dari soal:
f = 6,0 x 1014 Hz
fo = 6,0 x 1014 Hz
Potensial penghenti = ...?
Ek = h(f−fo)
Ep = qV
dimana muatan elektron adalah 1,6 x 10−19 Coulomb

Terima Kasih atas Kunjungan Anda, tetap semangat ya belajar fisika yang katanya susah itu,