Usulan Planck tentang terkuantisasinya energi osilasi molekul mendorong Einstein untuk membuat suatu teori yang juga sangat kontroversial. Ada dua inti dari teori Einstein ini adalah sebagai berikut:
Walaupun kelihatan aneh, namun teori Einstein ini mampu menjelaskan secara jelas gejala terjadinya fotolistrik. Fotolistrik merupakan peristiwa dipancarkannya elektron ketika permukaan suatu logam disinari cahaya. Elektron yang terlepas dinamakan fotoelektron. Gambar 1 menunjukkan diagram percobaan fotolistrik. Pada gambar tampak bahwa sebuah tabung hampa dengan keping logam K (katoda) yang dihubungkan dengan kutub negatif baterai. Kaping lain A (anoda) dihubungkan dengan kutub positif baterai.
Ketika tabung ditempatkan di tempat gelap, jarum amperemeter menunjukkan angka nol (menunjukkan tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian). Tetapi ketika cahaya monokromatik dengan panjang gelombang tertentu menyinari keping K, jarum amperemeter menyimpang (menunjukkan ada arus yang mengalir dalam rangkaian). Arus ini berasal dari elektron yang terpencar dari keping K dan dikumpulkan di keping A. Ada dua hasil yang mengejutkan sekali dari percobaan fotolistrik:
Misalnya ketika suatu bahan natrium disinari cahaya dengan frekuensi lebih kecil dari 5,5 x 1014 Hz tidak terjadi fotolistrik. Walaupun intensitas cahaya diperbanyak sampai ribuan kali, tetap saja tidak terjadi fotolistrik. Tetapi jika frekuensinya dinaikkan dari 5,5 x 1014 Hz, terdeteksi adanya fotolistrik. Hasil percobaan ini tentunya sangat mengejutkan fisikawan saat itu. Mereka bingung, mengapa penambahan intensitas (penambahan energi gelombang) tidak mempengaruhi gejalah fotolistrik, padahal setahu mereka cahaya merupakan suatu bentuk gelombang, sehingga ketika gelombang ini diserap elektron , maka energi elektron semakin besar, akibatnya elektron akan lebih mudah terlepas dari logam (terjadi fotolistrik), tetapi kenyataannya tidak demikian!!! Einstein mencoba menjelaskan fotolistrik ini. Menurut Einstein, cahaya terdiri dari foton-foton yang mempunyai energi sebesar hf. Ketika cahaya mengenai permukaan logam, elektron logam menyerap foton sehingga energinya naik sebesar hf. Jika frekuensi cahaya cukup tinggi maka energi yang diserap ini mampu mengeluarkan elektron dari permukaan logam itu.
Frekuensi terkecil cahaya yang dapat melepaskan elektron dari permukaan logam dinamakan frekuensi ambang, f0. Sedangkan energi terkecil yang harus diberikan agar elektron terlepas dari permukaan logam disebut energi ambang, E0, yang besarnya diberikan oleh E0 = hf0 Besarnya energi ambang ini harus sama dengan energi ikat elektron pada logam, ϕ, yaitu: ϕ = hf0 ϕ sering disebut fungsi kerja logam. Ketika energi foton lebih besar dari fungsi kerja logam, kelebihan energi akan digunakan sebagai energi kinetik elektron. Energi kinetik ini dinamakan energi kinetik maksimum, EKmaks. Bedakan ini dengan energi kinetik yang dimiliki elektron ketika tiba di anoda. Energi kinetik elektron yang tiba di anoda bisa lebih kecil dari EKmaks karena dalam perjalanan dari katoda ke anoda, sebagian energi elektron akan hilang akibat tumbukan dengan elektron lain. Dengan demikian hubungan antara energi kinetik maksimum elektron dengan frekuensi, f cahaya yang datang adalah hf = ϕ + EKmaks (1) ketika f = f0 maka hf0 = ϕ + EKmaks atau EKmaks = 0 (elektron baru akan terlepas dari inti atom). Persamaan yang diturunkan Einstein ini ternyata cocok dengan hasil eksperimen seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Kemiringan grafik sama dengan h dan perpotongan grafik dengan sumbu y merupakan fungsi kerja logam, ϕ.
Persamaan (1) sukar dibuktikan dengan teori gelombang. Menurut teori gelombang, energi gelombang maksimum sebanding dengan kuadrat frekuensi (E ∝ f2). Jika elektron menyerap energi gelombang ini maka energi kinetik maksimum elektron harus sebanding dengan frekuensi kuadrat bukan sebanding dengan f. Gambar 3c merupakan grafik arus pada percobaan fotolistrik sebagai fungsi beda potensial antara anoda dan katoda (VAK) untuk dua macam intensitas.
Ketika beda potensial negatif mencapai harga tertentu, Vs (disebut beda potensia penghenti), arus nol. Yang aneh adalah nilai beda potensial Vs ini sama untuk semua intensitas. Hasil percobaan di atas tidak dapat dijelaskan dengan teori gelombang. Namun secara brilian Einstein dapat menjelaskan hasil ini. Ketika permukaan logam diberi cahaya dengan frekuensi f, elektron mendapat energi kinetik maksimum sebesar EKmaks = hf – hf0
eVs = hf – hf0 Karena nilai EKmaks hanya tergantung pada hf dan ϕ, maka nilai Vs juga hanya tergantung pada hf dan ϕ, tidak bergantung pada intensitas cahaya yang datang. Itulah sebabnya nilai Vs sama untuk semua intensitas. Einstein berpendapat bahwa intensitas cahaya berhubungan dengan jumlah foton. Tiap foton berhubungan dengan satu elektron. Semakin banyak jumlah foton semakin banyak elektron yang menyerap foton. Itu sebabnya pada gambar 3c semakin besar intensitas, semakin besar arus yang dihasilkan. Banyaknya jumlah foton tidak berpengaruh pada energi listrik elektron sehingga intensitas cahaya tidak akan berpengaruh pada besar beda potensial penghenti. Peristiwa fotolistrik berlangsung sangat cepat. Elektron terpancar hanya dalam waktu yang sangat singkat sekali (sekitar 10-9 sekon) setelah menyinaran. Jika cahaya berkelakuan seperti gelombang, elektron membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menyerap energi agar dapat terlepas dari permukaan logam. Jadi, di sini jelas bahwa cahaya tidak berkelakuan sebagai gelombang. Einstein mencoba menjelaskan ini dan menganggap bahwa ketika permukaan logam disinari, jutaan foton secara serentak diserap oleh jutaan elektron sehingga dalam waktu sangat singkat akan terdeteksi arus. Secara tegas Einstein menekankan bahwa cahaya dapat berkelakuan sebagai partikel. Kemampuan Einstein untuk menjelaskan fotolistrik ini memaksa orang untuk menerima pendapat Einstein bahwa cahaya dapat berkelakuan sebagai partikel. Apalagi ditambah dengan percobaan Compton yang membuktikan bahwa sungguh cahaya dapat berkelakuan sebagai partikel. Ini sulit dipercaya orang! Bagaimana mungkin suatu gelombang (seperti cahaya) dapat berkelakuan seperti partikel? Bagaimana mungkin cahaya pada percobaan Young berkrlakuan seperti gelombang tetapi pada percobaan fotolistrik berkelakuan seperti partikel? Apakah cahaya punya otak sehingga tahu kapan berkelakuan sebagai gelombang dan kapan sebagai partikel? Sampai sekarang orang belum dapat menjelaskan hal ini. Orang hanya bisa menerima bahwa cahaya mempunyai sifat ganda (dualisme cahaya). Page 2
Tentang Fisika-Ok3 (FO3) Web ini diperuntukkan untuk semua orang kususnya pada peserta didik SMP dan SMA dan mahasiswa fisika yang membutuhkan variasi sumber belajar. Web ini dapat berfungsi sebagai pelengkap dari buku atau materi fisika, soal-soal fisika dan penyelesaiannya, dan soal latihan fisika untuk ulangan dan Ujian Nasional yang telah disediakan oleh guru/dosen di sekolah/kampus. www.fisika-ok3.com yang berisi tentang konsep ilmu fisika. Kami berusaha untuk menyajikan sebanyak-banyaknya konsep ilmu fisika bagi pembaca, agar web ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang mengunjungi web ini. Ini semua kami lakukan agar FO3 untuk mendapat tempat di hati pembaca, sebagai media pencerah bagi kita semua yang cinta akan ilmu pengetahuan Ilmu fisika. Kami juga berharap, kehadiran web ini akan bisa membantu meningkatkan penguasaan serta pengetahuan tentang ilmu Fisika. Mari kita terus belajar, membaca, dan menerapakan konsep-konsep fisika yang disajikan dalam www.fisika-ok3.com demi kemajuan bersama, Tuhan memberkati! |