Definisi dan Penjelasan Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik terjadi ketika materi memancarkan elektron setelah terpapar radiasi elektromagnetik, seperti foton cahaya. Berikut ini adalah apa efek photoelectric itu dan bagaimana cara kerjanya.

Efek fotolistrik dipelajari sebagian karena dapat menjadi pengantar dualitas gelombang-partikel dan mekanika kuantum.

Ketika permukaan terpapar dengan energi elektromagnetik yang cukup energik, cahaya akan diserap dan elektron akan dipancarkan. Frekuensi ambang berbeda untuk bahan yang berbeda. ini cahaya tampak untuk logam alkali, sinar ultraviolet dekat untuk logam lain, dan radiasi ultraviolet ekstrem untuk bukan logam. Efek fotolistrik terjadi dengan foton yang memiliki energi dari beberapa elektron hingga lebih dari 1 MeV. Pada energi foton tinggi yang sebanding dengan energi sisa elektron 511 keV, hamburan Compton dapat terjadi, produksi pasangan mungkin terjadi pada energi lebih dari 1,022 MeV.

Einstein mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari kuanta, yang kita sebut foton. Dia menyarankan bahwa energi dalam setiap kuantum cahaya sama dengan frekuensi dikalikan dengan konstanta (konstanta Planck) dan bahwa foton dengan frekuensi di atas ambang tertentu akan memiliki energi yang cukup untuk mengeluarkan satu elektron, menghasilkan fotolistrik efek. Ternyata cahaya tidak perlu dikuantisasi untuk menjelaskan efek fotolistrik, tetapi beberapa buku teks tetap mengatakan bahwa efek fotolistrik menunjukkan sifat partikel cahaya.

Interpretasi Einstein tentang efek fotoelektrik menghasilkan persamaan yang valid untuk terlihat dan sinar ultraviolet:

energi foton = energi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron + energi kinetik dari elektron yang dipancarkan

hν = W + E

dimana
h adalah konstanta Planck
ν adalah frekuensi kejadian foton
W adalah fungsi kerja, yang merupakan energi minimum yang diperlukan untuk menghilangkan elektron dari permukaan logam yang diberikan: hν₀
E adalah maksimum energi kinetik dari elektron yang dikeluarkan: 1/2 mv²
ν₀ adalah frekuensi ambang batas untuk efek fotolistrik
m adalah massa sisa elektron yang dikeluarkan
v adalah kecepatan elektron yang dikeluarkan

Tidak ada elektron yang akan dipancarkan jika energi foton kejadian kurang dari fungsi kerja.

Menerapkan Teori relativitas khusus Einstein, hubungan antara energi (E) dan momentum (p) suatu partikel adalah

E = [(pc)² + (mc²)²]^(1/2)

di mana m adalah massa sisa partikel dan c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

• Laju di mana fotoelektron dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang datang, untuk frekuensi tertentu dari radiasi yang terjadi dan logam.
• Waktu antara kejadian dan emisi fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10^–9 kedua.
• Untuk logam tertentu, ada frekuensi minimum radiasi yang terjadi di bawah di mana efek fotolistrik tidak akan terjadi, sehingga tidak ada fotoelektron yang dapat dipancarkan (frekuensi ambang batas).
• Di atas frekuensi ambang batas, energi kinetik maksimum dari fotoelektron yang dipancarkan tergantung pada frekuensi radiasi yang terjadi tetapi tidak tergantung pada intensitasnya.
• Jika cahaya datang terpolarisasi linier, maka distribusi arah elektron yang dipancarkan akan memuncak ke arah polarisasi (arah medan listrik).

Ketika cahaya dan materi berinteraksi, beberapa proses dimungkinkan, tergantung pada energi radiasi yang terjadi. Efek fotolistrik dihasilkan dari cahaya energi rendah. Mid-energy dapat menghasilkan hamburan Thomson dan Hamburan Compton. Cahaya berenergi tinggi dapat menyebabkan produksi pasangan.