HAI Ini dibuatfotolistrik adalah fenomena fisik yang terdiri dari emisi elektron oleh bahan tertentu, biasanya logam, ketika diterangi oleh gelombang elektromagnetik dari frekuensi tertentu. Dalam fenomena ini, cahaya berperilaku seperti partikel, mentransfer energi ke elektron, yaitu dikeluarkan keluar dari bahan.
Ringkasan tentang efek fotolistrik
Fenomena fisik ditemukan oleh Heinrich Hertz pada tahun 1886;
Dijelaskan oleh Albert Einstein, pada tahun 1905, melalui kuantisasi cahaya yang diusulkan oleh Planck pada tahun 1900;
Elektron dikeluarkan hanya jika energi foton datang lebih besar atau sama dengan fungsi kerja material;
Energi kinetik dari elektron yang dikeluarkan hanya bergantung pada frekuensi cahaya yang datang;
Intensitas cahaya hanya mempengaruhi berapa banyak elektron yang dikeluarkan setiap detik.
Sejarah efek fotolistrik
Sekitar tahun 1886, fisikawan Jerman Heinrichhertz (1857-1894) melakukan beberapa percobaan untuk menunjukkan adanya gelombang elektromagnetik. Untuk melakukannya, Hertz menghasilkan pelepasan antara dua elektroda, dan, kadang-kadang, dia menyadari bahwa, ketika diterangi, katoda mampu menghasilkan pelepasan listrik yang lebih kuat. Tanpa menyadarinya, Hertz telah menemukan efek fotolistrik, melalui emisi
sinarkatoda.Dua tahun setelah pengamatan Hertz, J.J.Thomson membuktikan bahwa partikel yang dipancarkan oleh pelat yang diterangi adalah elektron. Karena itu, thomson membuktikan bahwa rasio muatan terhadap massa (e/m) partikel katoda sama dengan rasio elektron— partikel yang ditemukan sendiri beberapa tahun sebelumnya.
Lihatjuga: Penemuan elektron
Pada tahun 1903, asisten Hertz, PhilippLenard, mengembangkan serangkaian percobaan untuk menetapkan hubungan diantara Intensitas cahaya dan energi elektron dikeluarkan, Lenard menyimpulkan bahwa tidak ada ketergantungan antara dua hal, yang diharapkan, menurut pengetahuan fisika saat itu. Satu tahun kemudian, Schweider ia mampu membuktikan bahwa energi kinetik elektron yang meninggalkan pelat logam berbanding lurus dengan frekuensi cahaya yang menyinarinya.
Hasil yang diperoleh secara eksperimental bertentangan dengan teori klasik elektromagnetik dan menjadi tantangan besar bagi fisikawan saat itu selama kurang lebih 18 tahun. Pada tahun 1905, Einstein memanfaatkan proposal yang diajukan oleh Planck, dengan memuaskan menjelaskan operasi dari efek fotoelektrik. Usulan yang digunakan oleh Einstein disebut kuantisasi medan elektromagnetik. Pada tahun 1900, Planck mencoba, dengan segala cara, untuk menjelaskan masalah tubuh hitam, dan hanya dapat melakukannya dengan menyarankan bahwa cahaya terkuantisasi, yaitu, bahwa ia memiliki nilai energi kelipatan dari kuantitas yang lebih kecil. Meskipun Planck mengerti bahwa prestasinya hanyalah perangkat matematika yang mampu menjelaskan suatu fenomena fisikawan, Einstein percaya bahwa cahaya benar-benar terdiri dari sejumlah besar partikel yang memiliki energi. Di masa depan, partikel seperti itu akan disebut foton.
Setelah publikasi artikelnya tentang efek fotolistrik, Einstein dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1921.
Tahu lebih banyak tentang:Apa itu foton?
Rumus
Menurut teori cahaya sel darah, yang diusulkan oleh Planck dan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efeknya fotolistrik, cahaya terdiri dari sejumlah besar foton — partikel tak bermassa yang membawa sejumlah kecil. kekuasaan. Energi ini sebanding dengan frekuensi cahaya dan juga dengan konstanta Planck (h = 6.662.10-34 J.s), seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut:
DAN - energi foton
H — Konstanta Planck
f - frekuensi cahaya
Jika energi foton cukup besar, ia dapat merobek elektron dari material. Energi kinetik elektron yang dikeluarkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
K — energi kinetik elektron
DAN - energi foton
Φ - Fungsi Pekerjaan
Menurut ekspresi di atas, energi kinetik yang diperoleh elektron (K) bergantung pada energi foton datang (E) dan juga pada (pendudukankerja). Kuantitas ini mengukur jumlah energi potensial dimana elektron terikat pada material, itu adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk menariknya keluar. Oleh karena itu, semua kelebihan energi ditransfer ke elektron dalam bentuk energikinetika. Di sini penting untuk disadari bahwa energi kinetik yang diperoleh elektron bergantung pada khusus memberi frekuensi cahaya insiden dan bukan intensitas cahaya yang dipancarkan.
Frekuensi cahaya, bukan intensitasnya, menentukan apakah elektron akan dikeluarkan.
tabel fungsi kerja
Lihat mengukur fungsi kerja dari beberapa bahan yang diketahui. Fungsi ini mengacu pada jumlah minimum energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari permukaan material:
Bahan |
Fungsi pekerjaan (eV) |
Aluminium |
4,08 |
Tembaga |
4,7 |
Besi |
4,5 |
Platinum |
6,35 |
Perak |
4,73 |
Seng |
4,3 |
Eksperimen efek fotolistrik
Perhatikan gambar di bawah ini, ini menyajikan skema sederhana dari pengaturan eksperimental, yang digunakan oleh Phillip Lenard, untuk mempelajari efek fotolistrik:
Skema eksperimen digunakan untuk mempelajari efek fotolistrik.
Percobaan terdiri dari dua pelat logam paralel yang terhubung ke baterai. Di sirkuit ada amperemeter, digunakan untuk mengukur arus listrik antara dua pelat, dan voltmeter, digunakan untuk mengukur tegangan listrik yang ditetapkan oleh baterai.
Ketika baterai ini disinari oleh frekuensi cahaya tertentu, beberapa elektron dipancarkan oleh salah satu pelat, yang memperoleh muatan positif (katoda). Ketika dipercepat oleh perbedaan potensial yang diberikan oleh baterai, elektron mencapai pelat lainnya. Arus listrik ini diukur dengan amperemeter.
Lenard memperhatikan bahwa dengan meningkatnya intensitas cahaya, lebih banyak elektron yang dikeluarkan setiap detik. Namun, menjaga frekuensi cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya konstan, energi yang dikeluarkan elektron tidak berubah. Lihatlah grafik di bawah ini:
Arus saturasi sesuai dengan jumlah elektron yang dikeluarkan oleh pelat yang diterangi setiap detik.
Gambar di atas berhubungan dengan arus listrik dihasilkan oleh elektron, dikeluarkan oleh satu pelat dan ditangkap oleh pelat lainnya, dengan potensial listrik didirikan di antara mereka. Dengan menerapkan potensi ini, elektron yang baru saja meninggalkan pelat, bahkan dengan energi kinetik nol, mencapai pelat lainnya. Ketika semua elektron yang dikeluarkan mencapai pelat lain, arus listrik jenuh, yaitu, itu mulai tetap konstan. Apa yang dapat dilihat adalah bahwa arus saturasi bergantung pada Intensitas cahaya: semakin besar intensitas cahaya, semakin besar arus listrik yang terbentuk antara pelat.
Namun, ketika menerapkan potensial listrik yang berlawanan, untuk menunda pergerakan elektron yang berpindah dari satu pelat ke pelat lainnya, diamati bahwa ada potensial listrik minimum (V0), dipanggil potensi pemotongan, dimana tidak ada elektron yang dapat mencapai pelat lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik elektron yang meninggalkan pelat tidak bergantung pada intensitas cahaya. Energi kinetik maksimum elektron dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
K — energi kinetik maksimum elektron
dan — beban dasar (1.6.10-19 )
V0 - potensi pemotongan
Elektron-Volt
Karena modul energi kinetik elektron memiliki modul yang terlalu rendah untuk diukur dalam Joule, pengukuran energi ini secara rutin dilakukan dalam unit lain yang jauh lebih kecil, elektron-volt (eV). Elektron-Volt adalah besarnya energi potensial listrik yang dialami oleh partikel bermuatan dengan nilai muatan terendah yang ada, a muatan dasar, bila ditempatkan di daerah yang potensial listriknya sama dengan 1 V. Oleh karena itu, 1 eV setara dengan 1.6.10-19 J
Selain elektron-Volt, biasanya digunakan awalan seperti: keV (kiloelektron-Volt, 103 eV), saya (Megaelektron-Volt, 106 eV), TeV (teraelektron-Volt, 109 eV) dll.
Aplikasi teknologi efek fotolistrik
Beberapa aplikasi teknologi muncul berdasarkan penjelasan tentang efek fotolistrik. Yang paling terkenal dari mereka mungkin adalah sel fotovoltaik. Sel-sel ini adalah unit dasar dari panel surya, melalui mereka itu mungkin untuk mengubah Itu energi cahaya di arus listrik. Lihat daftar penemuan utama berdasarkan efek fotolistrik:
Sel fotovoltaik;
Relai;
sensor gerak;
Fotoresistor.
latihan yang diselesaikan
1) Suatu zat, ketika disinari oleh foton 4 eV, mampu mengeluarkan elektron dengan energi 6 eV. Tentukan modulus fungsi kerja zat tersebut.
Resolusi:
Kami akan menggunakan persamaan fungsi kerja untuk menghitung kuantitas ini, perhatikan:
Jika energi kinetik elektron yang dikeluarkan (K) sama dengan 6 eV dan energi foton datang (E) sama dengan 4 eV, kita akan memiliki:
Menurut perhitungan yang dilakukan, fungsi kerja bahan ini, yaitu energi minimum untuk mengeluarkan elektron, adalah 2 eV.
2) Ketika kita menerangi pelat logam yang fungsi kerjanya adalah 7 eV, kita mengamati pelepasan elektron dengan energi 4 eV. Menentukan:
a) energi foton datang;
b) frekuensi foton datang.
Resolusi:
a) Tentukan energi foton cahaya datang melalui fungsi kerja:
B) Untuk menghitung frekuensi foton, kita dapat menggunakan persamaan berikut:
Mengambil data yang diberikan oleh latihan, kita akan memiliki perhitungan berikut:
Oleh Rafael Hellerbrock
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm