Efek fotolistrik mengacu pada apa yang terjadi ketika elektron dipancarkan dari bahan yang telah menyerap radiasi elektromagnetik. Fisikawan Albert Einstein adalah orang pertama yang menggambarkan efek sepenuhnya, dan menerima Hadiah Nobel untuk karyanya.
Apa efek fotolistrik?
Cahaya dengan energi di atas titik tertentu dapat digunakan untuk menjatuhkan elektron, membebaskan mereka dari permukaan logam padat, menurut Scientific American. Setiap partikel cahaya, yang disebut foton, bertabrakan dengan elektron dan menggunakan sebagian energinya untuk mengusir elektron. Sisa dari transfer energi foton ke muatan negatif gratis, yang disebut photoelectron.
Memahami cara kerjanya merevolusi fisika modern. Aplikasi efek fotolistrik memberi kita pembuka pintu "mata listrik", meter cahaya yang digunakan dalam fotografi, panel surya, dan penyalinan fotostatik.
Penemuan
Sebelum Einstein, efeknya telah diamati oleh para ilmuwan, tetapi mereka bingung oleh perilaku karena mereka tidak sepenuhnya memahami sifat cahaya. Pada akhir 1800-an, fisikawan James Clerk Maxwell di Skotlandia dan Hendrik Lorentz di Belanda menentukan bahwa cahaya tampak berperilaku sebagai gelombang. Ini dibuktikan dengan melihat bagaimana gelombang cahaya menunjukkan gangguan, difraksi, dan hamburan, yang biasa terjadi pada semua jenis gelombang (termasuk gelombang dalam air).
Jadi argumen Einstein pada tahun 1905 bahwa cahaya juga dapat berperilaku sebagai set partikel adalah revolusioner karena tidak cocok dengan teori klasik radiasi elektromagnetik. Ilmuwan lain telah mendalilkan teori di hadapannya, tetapi Einstein adalah orang pertama yang sepenuhnya menguraikan mengapa fenomena itu terjadi - dan implikasinya.
Sebagai contoh, Heinrich Hertz dari Jerman adalah orang pertama yang melihat efek fotolistrik, pada tahun 1887. Ia menemukan bahwa jika ia menyorotkan sinar ultraviolet ke elektroda logam, ia menurunkan tegangan yang diperlukan untuk membuat percikan api di belakang elektroda, menurut astronom Inggris David Darling.
Kemudian pada 1899, di Inggris, J.J. Thompson menunjukkan bahwa sinar ultraviolet yang mengenai permukaan logam menyebabkan pengusiran elektron. Ukuran kuantitatif efek fotolistrik datang pada tahun 1902, dengan karya Philipp Lenard (mantan asisten Hertz.) Jelas bahwa cahaya memiliki sifat listrik, tetapi apa yang terjadi tidak jelas.
Menurut Einstein, cahaya terdiri dari paket-paket kecil, pada awalnya disebut quanta dan kemudian foton. Bagaimana kuanta berperilaku di bawah efek fotolistrik dapat dipahami melalui eksperimen pikiran. Bayangkan sebuah kelereng berputar-putar di sebuah sumur, yang akan menjadi seperti elektron yang terikat pada sebuah atom. Ketika sebuah foton masuk, ia mengenai marmer (atau elektron), memberinya energi yang cukup untuk melarikan diri dari sumur. Ini menjelaskan perilaku permukaan logam yang mencolok.
Sementara Einstein, yang waktu itu seorang pegawai paten muda di Swiss, menjelaskan fenomena itu pada tahun 1905, butuh 16 tahun lagi bagi Hadiah Nobel untuk mendapatkan karyanya. Ini terjadi setelah fisikawan Amerika Robert Millikan tidak hanya memverifikasi karya itu, tetapi juga menemukan hubungan antara salah satu konstanta Einstein dan konstanta Planck. Konstanta terakhir menggambarkan bagaimana partikel dan gelombang berperilaku di dunia atom.
Studi teoritis awal lebih lanjut tentang efek fotolistrik dilakukan oleh Arthur Compton pada tahun 1922 (yang menunjukkan bahwa sinar-X juga dapat diperlakukan sebagai foton dan mendapatkan Hadiah Nobel pada tahun 1927), serta Ralph Howard Fowler pada tahun 1931 (yang melihat pada hubungan antara suhu logam dan arus fotolistrik.)
Aplikasi
Sementara deskripsi efek fotolistrik terdengar sangat teoretis, ada banyak aplikasi praktis kerjanya. Britannica menjelaskan beberapa hal:
Sel fotoelektrik awalnya digunakan untuk mendeteksi cahaya, menggunakan tabung vakum yang mengandung katoda, untuk memancarkan elektron, dan anoda, untuk mengumpulkan arus yang dihasilkan. Saat ini, "phototubes" ini telah maju ke dioda semikonduktor yang digunakan dalam aplikasi seperti sel surya dan telekomunikasi serat optik.
Tabung photomultiplier adalah variasi dari phototube, tetapi mereka memiliki beberapa pelat logam yang disebut dynodes. Elektron dilepaskan setelah cahaya menyerang katoda. Elektron kemudian jatuh ke dynode pertama, yang melepaskan lebih banyak elektron yang jatuh pada dynode kedua, kemudian ke yang ketiga, keempat, dan seterusnya. Setiap dinode memperkuat arus; setelah sekitar 10 dinamik, arus cukup kuat untuk photomultipliers untuk mendeteksi bahkan foton tunggal. Contoh-contoh ini digunakan dalam spektroskopi (yang memecah cahaya menjadi panjang gelombang yang berbeda untuk mempelajari lebih lanjut tentang komposisi kimia bintang, misalnya), dan pemindaian aksial tomografi terkomputerisasi (CAT) yang memeriksa tubuh.
Aplikasi lain dari dioda dan photomultipliers meliputi:
- teknologi pencitraan, termasuk tabung kamera televisi (yang lebih tua) atau penguat gambar;
- mempelajari proses nuklir;
- bahan analisis kimia berdasarkan elektron yang dipancarkan;
- memberikan informasi teoritis tentang bagaimana elektron dalam transisi atom antara keadaan energi yang berbeda.
Tetapi mungkin aplikasi yang paling penting dari efek fotolistrik adalah memicu revolusi kuantum, menurutnya
Ilmiah Amerika. Ini membuat fisikawan berpikir tentang sifat cahaya dan struktur atom dengan cara yang sama sekali baru.
