Dinamika 2 Gaya Gesek

Belajar efek foto listrik pelajari contoh soal dan pembahasan berikut untuk menambah pemahaman tentang efek foto listrik. Materi ini terkait dengan energi foton, energi ambang atau fungsi kerja suatu bahan / logam, dan energi kinetik elektron yang keluar dari logam akibat energi foton atau cahaya, dipelajari di kelas 12 SMA 
 

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 
W_o = 2,2 eV 
W_o = 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 W_o sehingga
W_o = h f_o
3,52 x 10⁻¹⁹ = 6,6 x 10⁻³⁴ x f_o
f_o = 0,53 x 10¹⁵ joule

c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam
Hubungkan dengan kecepatan cahaya
λ_max = ^c / _fo
λ_max = ^{3 x 108} / _{0,53 x 10¹⁵}
λ_max = 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 W_o dan energi kinetik fotoelektron Ek adalah
E = W_o + Ek
atau
hf = hf_o + Ek

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

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

c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
λ_max = ^c / _fo
λ_max = ^{3 x 108} / _{0,51 x 10¹⁵}
λ_max = 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 = W_o + 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