Efek fotolistrik
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| photoelectric effect/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɪk ɪˈfekt/ | efek fotolistrik |
| photoelectrons/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɒnz/ | fotoelektron |
| threshold frequency/ˈθreʃəʊld ˈfriːkwənsi/ | frekuensi ambang |
| work function/wɜːk ˈfʌŋkʃn/ | fungsi kerja |
| threshold wavelength/ˈθreʃəʊld ˈweɪvleŋθ/ | panjang gelombang ambang |
| stopping potential/ˈstɒpɪŋ pəˈtenʃl/ | potensial penghenti |
Lampu merah terterang pun tidak bisa melakukannya
- Sinar lampu merah menyala pada pelat seng bersih dan tidak ada elektron yang keluar, berapapun lamanya Anda menunggu.
- Ganti dengan lampu ultraviolet redup, dan elektron dipancarkan seketika, sejak detik pertama.
- Gelombang membawa energi lebih banyak saat lebih terang, sehingga model gelombang menyatakan lampu merah seharusnya menang akhirnya. Namun hal itu tidak pernah terjadi.
- Fakta tunggal yang sulit ini adalah alasan mengapa foton itu ada. Pelajaran ini adalah efek fotolistrik dan persamaan yang menjelaskannya.
Apa efek itu
- Efek fotolistrik adalah pemancaran elektron dari permukaan logam ketika radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang cukup tinggi mengenai permukaannya.
- Dua poin: pemancaran elektron, dan dari permukaan logam yang diterangi radiasi elektromagnetik. Elektron yang dipancarkan disebut fotoelektron.
- Demonstrasi klasiknya adalah pelat seng bermuatan negatif pada elektroskop daun emas: sinarkan ultraviolet padanya dan daunnya turun karena muatan bocor.
Daun turun hanya di bawah paparan ultraviolet
Frekuensi ambang dan fungsi kerja
- Setiap logam memiliki frekuensi ambang $f_0$: frekuensi minimum radiasi untuk memancarkan fotoelektron. Di bawahnya, tidak ada elektron yang keluar, berapapun terangnya.
- Fungsi kerja $\Phi$ adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam, dan
- Kata "minimum" dan "dari permukaan" masing-masing bernilai poin. Elektron yang berada lebih dalam membutuhkan energi lebih besar, yang menjadi alasan mengapa persamaan ini memberikan maksimum energi kinetik.
- Panjang gelombang ambang $\lambda_0 = hc/\Phi$ adalah maksimum: panjang gelombang yang lebih panjang tidak melakukan apa-apa. Fungsi kerja tipikal berkisar antara $2$ hingga $5\ \text{eV}$.
Di bawah frekuensi ambang, menerangi logam dengan cahaya yang lebih terang:
Setiap foton berada di bawah $\Phi$, sehingga tidak ada foton tunggal yang dapat melepaskan elektron — kecerahan tidak membantu.
Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan adalah fungsi ____.
Fungsi kerja $\Phi = hf_0$ — energi terkecil untuk melepaskan elektron permukaan.
Cocokkan setiap istilah dengan definisi yang ditandai oleh penguji.
Frekuensi memiliki minimum, panjang gelombang memiliki maksimum: mereka berjalan berlawanan arah. "Minimum" dan "dari permukaan" keduanya membawa poin dalam fungsi kerja.
Contoh terpecahkan: logam mana yang memancarkan
- Cahaya dengan panjang gelombang $400\ \text{nm}$ jatuh pada caesium ($2.1\ \text{eV}$), natrium ($2.3\ \text{eV}$), seng ($4.3\ \text{eV}$), dan platinum ($5.6\ \text{eV}$). Manakah yang memancarkan elektron, dan dengan energi kinetik maksimum berapa?
- Energi foton: $hc/\lambda = 1240/400 = 3.1\ \text{eV}$.
- Pemancaran memerlukan energi $hf \geq \Phi$. Jadi caesium memancarkan dengan energi sisa $3.1 - 2.1 = 1.0\ \text{eV}$, dan natrium dengan $0.8\ \text{eV}$.
- Seng dan platinum tidak memancarkan elektron, berapapun intensitas cahayanya. Untuk membuat seng memancarkan, Anda memerlukan panjang gelombang $\lambda < 1240/4.3 = 290\ \text{nm}$, yaitu di daerah ultraviolet, itulah sebabnya demonstrasi elektroskop menggunakan lampu UV pada seng.
Cahaya 400 nm (energi foton 3,1 eV) jatuh pada logam-logam ini. Manakah yang memancarkan fotoelektron? Pilih semua yang berlaku.
Emisi memerlukan hf >= fungsi kerja. Seng dan platinum tidak memancarkan apa pun pada panjang gelombang ini, sekuat apa pun intensitas cahayanya; seng membutuhkan di bawah 290 nm, di ultraviolet.
Persamaan fotolistrik Einstein
- Satu foton menyerahkan seluruh energinya kepada satu elektron. Tidak ada pembagian dan tidak ada penumpukan energi.
- Jika $hf$ melebihi fungsi kerja, elektron akan lepas dengan energi kinetik hingga mencapai maksimum:
- Jadi energi kinetik maksimum bergantung linier terhadap frekuensi, dan sama sekali tidak terhadap kecerahan.
Fungsi kerja dulu, sisanya sebagai kecepatan
Foton $5.0\ \text{eV}$ menabrak logam dengan fungsi kerja $2.0\ \text{eV}$. Berapa KE maksimum fotoelektron?
KE max $= hf - \Phi = 5.0 - 2.0 = 3.0\ \text{eV}$.
KE maksimum fotoelektron bergantung pada frekuensi, bukan kecerahan.
Max KE $= h(f - f_0)$ — ditentukan oleh frekuensi saja. Kecerahan mengubah jumlah elektron.
Contoh terpecah: fungsi kerja dan kecepatan maksimum
- Magnesium memancarkan hanya di atas $8.8\times10^{14}\ \text{Hz}$. Ia diterangi pada $1.2\times10^{15}\ \text{Hz}$. Temukan fungsi kerja dan kecepatan maksimum fotoelektron.
- $\Phi = hf_0 = (6.63\times10^{-34})(8.8\times10^{14}) = 5.8\times10^{-19}\ \text{J} = 3.6\ \text{eV}$.
- $\tfrac{1}{2}mv_{\text{max}}^2 = h(f - f_0) = (6.63\times10^{-34})(1.2\times10^{15} - 8.8\times10^{14}) = 2.1\times10^{-19}\ \text{J}$.
- $v_{\text{max}} = \sqrt{\dfrac{2\times 2.1\times10^{-19}}{9.11\times10^{-31}}} = 6.8\times10^{5}\ \text{m/s}$.
- Kurangkan frekuensinya sebelum mengalikan dengan $h$. Membulatkan $hf$ dan $\Phi$ secara terpisah lalu mengurangkannya akan menghilangkan satu angka penting dalam selisih kecil tersebut.
Sebuah logam memiliki frekuensi ambang 8.8e14 Hz dan diterangi pada 1.2e15 Hz. Berapa energi kinetik maksimum fotoelektron, dalam satuan 1e-19 J?
h(f - f0) = 6.63e-34 x 3.2e14 = 2.1e-19 J. Kurangkan frekuensinya DULU; membulatkan hf dan fungsi kerja secara terpisah akan kehilangan satu angka pada selisih kecil tersebut.
Grafik garis lurus
- Tulis persamaan sebagai $E_{\text{K,max}} = hf - \Phi$. Itu adalah garis lurus dengan gradien $h$, intersep $-\Phi$ pada sumbu energi, dan $f_0 = \Phi/h$ pada sumbu frekuensi.
- Gradiennya sama untuk setiap logam, karena $h$ adalah konstanta. Jadi dua logam menghasilkan dua garis sejajar, fungsi kerja yang lebih besar memotong sumbu frekuensi lebih jauh ke kanan.
- Intensitas cahaya tidak menggeser kedua garis. "Sketsalah garis untuk logam Y" dinilai tepat berdasarkan dua fitur tersebut: sejajar, dan bergeser.
- Inilah cara konstanta Planck diukur.
Kemiringan sama, intersep berbeda
Efek fotolistrik
KEmax = h·f − φ
KE maksimum adalah garis lurus terhadap frekuensi, dengan intersep −φ (fungsi kerja).
Pada grafik energi kinetik maksimum terhadap frekuensi, gradien sama dengan konstanta ____, sehingga garis untuk dua logam yang berbeda adalah sejajar.
E = hf - Phi, jadi gradiennya h dan intersepnya -Phi. Logam hanya mengubah intersep, tidak pernah kemiringan, dan intensitas juga tidak mengubah keduanya.
Mengukurnya: sel foto
- Fotoelektron menyeberangi ruang hampa menuju kolektor, dan arus menghitung elektron per detik.
- Buat kolektor negatif agar elektron harus mendaki bukit potensial. Naikkan tegangan balik hingga arus tepat mencapai nol: itu adalah tegangan penghenti $V_{\text{s}}$, dan
Naikkan tegangan hingga hitungan mencapai nol
Susun pengukuran potensial penghenti secara berurutan.
Arus menghitung elektron per detik; potensial penghenti mengukur energi elektron tercepat. Intensitas mengubah yang pertama, frekuensi mengubah yang kedua.
Intensitas versus frekuensi
- Pada frekuensi tetap, menggandakan intensitas menggandakan arus tetapi meninggalkan tegangan penghenti tidak berubah.
- Meningkatkan frekuensi meningkatkan tegangan penghenti tetapi, pada intensitas tetap, tidak meningkatkan arus.
- Alasannya adalah aturan satu-foton-satu-elektron: intensitas menentukan berapa banyak foton tiba per detik, sehingga menentukan berapa banyak elektron keluar. Frekuensi menentukan berapa banyak energi yang dibawa masing-masing, sehingga menentukan seberapa cepat mereka keluar.
- Pisahkan kedua kalimat itu dalam jawaban. Kebanyakan poin hilang di sini berasal dari menulis satu ketika soal meminta yang lain.
Menggandakan kecerahan pada frekuensi yang sama:
Lebih banyak foton per detik → lebih banyak elektron (lebih banyak arus), tetapi setiap foton tetap membawa $hf$ yang sama.
Mengapa model gelombang tidak bisa melakukannya
- Model gelombang memprediksikan bahwa kecerahan seharusnya menentukan energi elektron, dan bahwa semua frekuensi seharusnya berhasil jika ada cukup waktu untuk mengakumulasi energi. Tiga pengamatan membunuh hal ini.
- Tidak ada emisi di bawah $f_0$, secerah apa pun dan seberapa lama Anda menunggu.
- Emisi segera pada atau di atas $f_0$, bahkan dari sumber yang sangat redup.
- Energi kinetik maksimum bergantung pada frekuensi, bukan pada kecerahan.
- Ketiganya mengikuti sekaligus dari satu foton yang memberikan $hf$ kepada satu elektron, utuh.
Model gelombang salah memprediksi bahwa frekuensi apa pun akan memancarkan elektron jika Anda menunggu cukup lama.
Gelombang akan memungkinkan energi terkumpul secara bertahap—tetapi eksperimen menunjukkan frekuensi ambang yang tajam, yang dijelaskan oleh model foton.
Anda telah memahaminya
- efek fotolistrik adalah pemindaian elektron dari permukaan logam yang diterangi oleh radiasi dengan frekuensi yang cukup tinggi
- fungsi kerja adalah energi minimum untuk melepaskan elektron dari permukaan, dan $\Phi = hf_0$
- $hf = \Phi + \tfrac{1}{2}mv_{\text{max}}^2$, sehingga $E_{\text{K,max}}$ terhadap $f$ adalah garis lurus dengan gradien $h$ dan intersep $-\Phi$, sejajar untuk setiap logam
- intensitas menentukan arus, frekuensi menentukan energi kinetik maksimum, dan tegangan penghenti memberikan $eV_{\text{s}} = E_{\text{K,max}}$