Efek Fotolistrik: Pengertian, Syarat, dan Rumusnya

Efek fotolistrik terjadi ketika cahaya menimpa permukaan logam dan menghasilkan elektron yang terlepas dari permukaan tersebut.

Efek fotolistrik juga sangat penting dalam teknologi panel surya, lho. Dengan menggunakan efek fotolistrik, panel surya dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik kita sehari-hari. 

Jadi, kita bisa hemat biaya dan bantu menjaga lingkungan dengan menggunakan sumber energi yang terbarukan.

Keren ya? Biar lebih paham lagi, yuk, belajar materi Efek Fotolistrik di artikel ini, Sobat Pijar!

Baca juga: Radiasi Benda Hitam: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya

Pengertian Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah suatu fenomena di mana cahaya dapat melepaskan elektron dari permukaan suatu bahan tertentu, seperti logam. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh fisikawan Jerman bernama Heinrich Hertz pada tahun 1887. Namun, baru pada tahun 1905, Albert Einstein berhasil memberikan penjelasan teori yang lengkap tentang efek fotolistrik.

Efek fotolistrik terjadi ketika foton cahaya bertumbukan dengan atom pada permukaan bahan. Jika energi foton cukup besar, elektron pada atom dapat terlepas dan meninggalkan atom tersebut. Elektron yang terlepas ini kemudian dapat diarahkan dan digunakan untuk menghasilkan arus listrik.

Perbedaan Efek Fotolistrik dan Efek Compton

Berikut adalah beberapa hal yang menjelaskan perbedaan antara Efek Fotolistrik dan Efek Compton:

Definisi

Efek fotolistrik adalah fenomena pelepasan elektron dari permukaan logam yang terjadi ketika cahaya jatuh pada logam tersebut. Sedangkan efek Compton adalah fenomena penyebaran sinar gamma atau sinar X oleh partikel bermuatan yang melintasinya.

Partikel yang Terlibat

Efek fotolistrik terjadi pada atom atau molekul yang memiliki elektron bebas, sedangkan efek Compton terjadi ketika sinar gamma atau sinar X bertumbukan dengan partikel bermuatan, seperti elektron.

Perubahan Energi

Pada efek fotolistrik, cahaya yang jatuh pada permukaan logam dapat memperbesar energi kinetik dari elektron pada permukaan tersebut. Sedangkan pada efek Compton, sinar gamma atau sinar X yang bertumbukan dengan partikel bermuatan akan mengalami perubahan energi, namun partikel tersebut akan tetap bertahan dalam keadaan stabil.

Penerapan

Efek fotolistrik banyak digunakan dalam teknologi panel surya, alat pengukur cahaya, dan kamera digital. Sedangkan efek Compton digunakan dalam bidang kedokteran, seperti dalam teknologi CT scan dan radioterapi.

Intensitas Cahaya

Efek fotolistrik terjadi pada cahaya dengan energi yang cukup besar, sedangkan efek Compton terjadi pada cahaya dengan energi yang cukup tinggi, seperti sinar gamma dan sinar X.

Inilah beberapa hal yang menjelaskan perbedaan antara efek fotolistrik dan efek Compton. Meskipun keduanya merupakan fenomena yang terjadi akibat interaksi cahaya dengan materi, namun terdapat perbedaan dalam partikel yang terlibat, perubahan energi, serta penerapannya dalam berbagai bidang.

Syarat Terjadinya Efek Fotolistrik

Syarat terjadinya efek fotolistrik adalah frekuensi foton lebih besar daripada fungsi kerja logam tersebut. Fungsi kerja adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Dalam hal ini, frekuensi foton yang lebih besar akan memberikan energi kinetik yang cukup untuk mengatasi fungsi kerja logam dan melepaskan elektron.

Hal ini juga menunjukkan bahwa energi foton dan frekuensi foton memiliki hubungan yang saling berkaitan. Semakin besar energi foton, semakin tinggi frekuensi foton yang diperlukan untuk terjadinya efek fotolistrik pada permukaan logam. Berikut adalah beberapa poin yang menjelaskan syarat terjadinya efek fotolistrik:

Frekuensi Foton

Syarat utama terjadinya efek fotolistrik adalah frekuensi foton yang jatuh pada permukaan logam harus lebih besar daripada fungsi kerja logam tersebut. Fungsi kerja adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Dalam hal ini, frekuensi foton yang lebih besar akan memberikan energi kinetik yang cukup untuk mengatasi fungsi kerja logam dan melepaskan elektron.

Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya juga mempengaruhi terjadinya efek fotolistrik. Semakin besar intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan logam, semakin banyak elektron yang akan dilepaskan dari permukaan tersebut.

Jenis Logam

Jenis logam yang digunakan juga mempengaruhi terjadinya efek fotolistrik. Setiap logam memiliki fungsi kerja yang berbeda-beda, sehingga frekuensi foton yang diperlukan untuk terjadinya efek fotolistrik pada logam tersebut juga berbeda-beda.

Sudut Penyinaran

Sudut penyinaran juga mempengaruhi terjadinya efek fotolistrik. Jika sudut penyinaran tidak tegak lurus dengan permukaan logam, energi foton yang diterima oleh permukaan logam akan berkurang sehingga kemungkinan terjadinya efek fotolistrik akan menurun.

Bagaimana proses efek fotolistrik?

Nah, setelah syarat-syarat efek fotolistrik terpenuhi, barulah efek fotolistrik bisa terjadi. Lantas, bagaimana proses efek fotolistrik terjadi? Jadi, proses efek fotolistrik bisa terjadi diawali dengan adanya cahaya yang mengenai suatu logam.

Lalu, cahaya tersebut akan menembus materi logam sehingga foton bertemu dengan elektron dalam logam. Nah, setiap cahaya atau foton itu nantinya akan menyebabkan satu elektron dikeluarkan karena foton tersebut mentransfer energi. Elektron yang keluar itulah yang disebut dengan fotoelektron.

Bagaimana Efek Fotolistrik dan Penerapannya?

Terkait efek fotolistrik, berikut adalah beberapa hal yang menjelaskan penerapannya dalam kehidupan kita:

Teknologi Panel Surya

Efek fotolistrik dimanfaatkan dalam teknologi panel surya untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik kita sehari-hari. Teknologi panel surya yang memanfaatkan efek fotolistrik sangatlah penting untuk mengurangi penggunaan sumber energi fosil yang semakin menipis.

Alat Pengukur Cahaya

Efek fotolistrik juga digunakan dalam alat pengukur cahaya, seperti lux meter. Alat ini bekerja dengan mengukur jumlah cahaya yang jatuh pada permukaan bahan dengan memanfaatkan efek fotolistrik. Lux meter biasa digunakan dalam bidang fotografi, pertanian, dan industri.

Kamera Digital

Efek fotolistrik juga digunakan dalam kamera digital. Ketika cahaya jatuh pada permukaan sensor kamera, elektron pada permukaan sensor akan terlepas dan menghasilkan sinyal listrik yang akan diubah menjadi gambar.

Pendeteksian Partikel

Efek fotolistrik juga dapat digunakan untuk mendeteksi partikel-partikel yang sulit diamati, seperti neutrino. Partikel ini dapat dideteksi dengan memanfaatkan efek fotolistrik pada tabung fotomultiplier.

Pembersih Udara

Efek fotolistrik juga digunakan dalam teknologi pembersih udara. Teknologi ini memanfaatkan sinar ultraviolet yang merangsang efek fotolistrik pada katalis di dalam pembersih udara, sehingga dapat membersihkan udara dari kotoran dan polutan.

Rumus Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah suatu fenomena di mana elektron terlepas dari permukaan logam ketika dikenai radiasi elektromagnetik, seperti cahaya. Untuk mengukur energi kinetik dari elektron yang terlepas dari permukaan logam, digunakan rumus fisika efek fotolistrik, yaitu:

$E_{kin} = hf - \phi$

Keterangan:

$E_{km}$ = energi kinetik dari elektron (dalam satuan joule)

h = konstanta planck ($6,626 \times 10^{-34} \space J \space s$)

f = frekuensi cahaya (dalam satuan Hz)

$\emptyset$ = fungsi kerja logam (dalam satuan joule)

Kecepatan elektron yang terlepas dari permukaan logam akibat efek fotolistrik dapat dihitung menggunakan rumus kecepatan efek fotolistrik sebagai berikut:

$v = \sqrt{\frac{2 \times E_{km}}{m}}$

Keterangan:

v = kecepatan elektron yang terlepas (dalam satuan m/s)

$E_{km}$ = energi kinetik elektron (dalam satuan joule)

M = massa elektron ($9,11 \times 10^{-31}$ kg)

Rumus tersebut menunjukkan bahwa kecepatan elektron yang terlepas (v) dari permukaan logam akibat efek fotolistrik bergantung pada energi kinetik elektron (Ekin) dan massa elektron (m). Semakin besar energi kinetik elektron, semakin besar pula kecepatannya.

Rumus ini digunakan untuk menghitung kecepatan elektron yang terlepas pada eksperimen fisika dan juga pada aplikasi teknologi, seperti dalam pembuatan kamera digital. Kecepatan elektron yang terlepas juga dapat mempengaruhi kualitas gambar yang dihasilkan pada kamera digital, sehingga penting untuk dipertimbangkan dalam desain kamera digital.

Rumus energi kinetik maksimum efek fotolistrik:

$EK_{maks} = e \times v_o$

Keterangan:

e = muatan elektron ($1,6 \times 10^{-19}$ c)

$v_0$ = tegangan\beda potensial henti (volt)

Sekarang, kita coba terapkan rumus-rumus di atas dalam latihan soal Pijar Belajar, yuk! Klik banner di bawah ini untuk mulai mengakses ribuan soal Pijar Belajar.

_________________________________

Baca juga: Konsep Inti Atom dan Radioaktivitas

Itulah materi mengenai Efek Fotolistrik yang punya banyak manfaat di kehidupan sehari-hari kita, Sobat Pijar! Semoga kamu semakin semangat ya dalam belajar Fisika!

Jika sedang mencari penunjang belajar, Pijar Belajar adalah aplikasi yang tepat untuk kamu gunakan! Selain harganya yang affordable, kamu bisa mengakses materi dalam bentuk video, latihan soal, hingga rangkuman, lho!

Tunggu apa lagi? Unduh Pijar Belajar sekarang!