Mengkreasi alat peraga efek fotolistrik

Efek foto listrik merupakan salah satu materi fisika sulit digambarkan secara langsung sehingga peserta didik kadang susah memahami konsepnya dengan baik. Karena konsep efek foto listri bersifat kasat mata (abstrak) maka alangkah baiknya guru yang mengajar efek foto listrik bisa memiliki alat peraga yang memadai untuk menjelaskan konsep efek foto listrik sehingga membuat peserta didik lebih mudah menangkap dan memahami konsep materi yang diberikan guru.

Berikut kami sajikan cara membuat alat peraga sederhana tentang efek foto listrik yang bisa dibuat oleh guru maupun peserta didik.  Dengan bantuan alat peraga efek foto listrik ini diharapkan guru bisa lebih mudah mengajarkan dan menanamkan konsep efek foto listrik serta peserta didik lebih mudah memahami konsep efek foto listrik.

Alat dan bahan :

1. Kompresor udara (bisa digantikan pompa manual)
2. Kawat strimin
3. Bola-bola sterofoam (partikel)
4. Margarin
5. Statif
6. Klem universal (2 buah)
7. Bose head (2 buah)
8. Kabel ties/kawat
9. Steples
10. Powersuply
11. Kabel
12. Lampu

Langkah pembuatan :

1. Membentuk kawat stimin menyerupai setengah kulit bola lalu distreples
2. Mengolesi bagian luar kawat strimin dengan margarin
3. Menaburkan bola-bola sterofom ke bagian kulit luar kawat strimin
4. Merangkai klem universal pada statif menggunakan bose head
5. Merangkai powersuply dengan lampu
6. Memasang lampu pada klem universal atas
7. Memasang kawat strimin (poin3) pada klem universal bawah
8. Memasang ujung selang kompresor pada statif, ikat dengan kabel ties/kawat

Konsep Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi). Hertz mengamati dan kemudian menunjukkan bahwa elektrode diterangi dengan sinar ultraviolet menciptakan bunga api listrik lebih mudah.

Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang mengacu pada hipotesis Max Planck. Jika elektron mendapat energi foton lebih besar dari energi ambangnya, maka kelebihan energi ini digunakan untuk menambah energi kinetiknya. Energi kinetik maksimum dari elektron yang terpancar ditulis sebagai berikut:

Ek_maks = hf – W₀

Ek_maks = hf – hf₀

Dengan :

Ek_maks = energi kinetik maksimum elektron = selisih energi foton dan energi ambangnya (Joule)

hf = energi foton cahaya yang digunakan (J)

hf₀ = energi foton minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron disebut

h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10^-34 J.s;

f = frekuansi (Hz)

W₀ = fungsi kerja yang merupakan energi ambang atau energi ikat atom (J)

f₀ = frekuensi ambang (Hz)

Grafik hubungan energi kinetik maksimum elektron dengan frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut.

grafik hubungan antara energi kinetik dan potensial penghenti

Jika energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil dari pada energi ambang logam (hf < W₀ ) maka elektron-elektron ini tidak akan keluar dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang kita berikan.

Jika hf > W₀ maka intensitas cahaya akan bisa menentukan jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam.

Makin besar intensitas cahaya, maka makin banyak foton yang bertumbukan dengan elektron-elektron dekat permukaan, sehingga makin banyak elektron yang keluar dari permukaan logam.

Potensial Penghenti (V₀)

Percobaan efek foto listrik juga merumuskan hubungan antara tegangan dan arus listrik yang dihasilkan. Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa saat tegangan nol, arus tetap mengalir pada rangkaian.

Jika keping katoda diberi tegangan minus dan anoda diberi tegangan positif maka arus yang mengalir bertambah besar. Jika tegangan anoda dan katoda dibalik, ternyata arus yang mengalir akan semakin kecil sampai mendekati tegangan tertentu yang tidak ada arus. Potensial ini disebut sebagai potensial penghenti atau disimbolkan sebagai V₀.

Grafik antara arus listrik yang dihasilkan sebagai fungsi tegangan digambarkan sebagai berikut:

Grafik hubungan arus dan tegangan

Besarnya potensial penghenti ini tidak bergantung pada intensitasnya, tetapi bergantung pada energi kinetik maksimumnya.

Berikut ini persamaannya.

Jika muatan elektron adalah e dan potensial penghentinya adalah V₀, maka

Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa kecepatan elektron tidak bergantung pada intensitas, akan tetapi bergantung pada tegangan penghentinya.

Berikut kami berikan tautan video peragaan penggunaan alat peraga efek foto listrik

https://drive.google.com/file/d/1sO-Gv2CF4WEHkpvpr5fgwTiUWZ2520-J/view?usp=sharing

Ditulis oleh Agus Prasetyo, S.Si (guru fisika SMA Widya Wacana Surakarta)

Daftar pustaka :

https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/sumberbelajar/tampil/Efek-Foto-Listrik-2016/menu5.html