Soal dan pembahasan efek fotolistrik

Soal 1
Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 x 1014 Hz dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 x 10-34 Js, tentukan energi kinetik elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut.

Jawab;
Frekuensi ambang f0 = 8,0 x 1014 Hz; frekuensi foton cahaya f = 1015 Hz; tetapan Planck = 6,6 x 10-34 Js, maka energi kinetik elektron dapat kita peroleh dengan
EKm = hfW0
EKm = hfhf0
        = 6,6 x 10-34 Js(1015 Hz – 8,0 x 1014 Hz)
EKm = 1,32 x 10-19 J
Karena 1,6 x 10-19 J = 1 eV, maka EKm dapatlah kita nyatakan dalam satuan eV yaitu
EKm = 1,32 x 10-19 J/1,60 x 10-19 J = 0,825 eV

Soal 2
Pada percobaan penyinaran suatu lempeng logam yang fungsi kerja logam adalah 2,1 eV, jika kecepatan rambat cahaya 300000 km/s, tetapan Planck h = 6,6 x 10−34 Js, 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.


Jawab;
Fungsi kerja logam W0 = 2,1 eV = 2,1 eV x 1,60 x 10-19 J = 3,36 x 10-19 J, tetapan Planck h = 6,6 x 10-34 Js.
(a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam adalah
Energi minimal = energi ambang atau fungsi kerja logam
Wo = 2,1 eV = 3,36 x 10-19 J
(b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
Wo = hf0
3,36 x 10-19 J = 6,6 x 10−34 Js x fo
f0 = 5,1 x 1014 Hz
(c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam
Wo = hf0 = hc0
λ0 = hc/W0 = (6,6 x 10-34 Js)(3,0 x 108 m/s)/(3,36 x 10-19 J)
    = 5,89 x 10-7 m = 589 nm

Soal 3
Jika diketahui fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 450 nm dengan konstanta Planck 6,6 x 10−34 Js, tentukan; (a) energi ambang logam dalam satuan joule, (b) frekuensi ambang logam; (c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam, (d) panjang gelombang dari cahaya yang digunakan; (e) frekuensi dari cahaya yang digunakan, (f) energi foton cahaya yang digunakan dan (g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam.


Jawab;
diketahui fungsi kerja logam W0 = 2,2 eV; panjang gelombang cahaya λ = 450 nm = 450 x 10-9 m.
(a) energi ambang logam adalah
Wo = 2,2 x (1,6 x 10−19 ) Joule = 3,52 x 10−19 J
(b) frekuensi ambang
Wo = hfo
3,52 x 10−19 J = 6,6 x 10−34 x fo
fo = 5,33 x 1014 Hz = 533 GHz
(c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
λ0 = c/f0
λ0 = (3 x 108 m/s)/(5,33 x 1014 Hz)
    = 5,63 x 10-7 m = 563 nm
(d) panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah
λ = 450 nm = 450 x 10−9 m = 4,5 x 10−7 m
(e) frekuensi dari cahaya yang digunakan adalah
f = c
  = (3 x 108 m/s)/(4,5 x 10−7 m)
f = 6,67 x 1014 Hz = 667 GHz
(f) energi cahaya yang digunakan adalah
E = hf
E = (6,6 x 10−34 Js) x (6,67 x 1014 Hz)
   = 4,40 x 10−19 J
E = 2,75 eV
(g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam adalah
E = Wo + Ek
4,40 x 10−19 J = 3,52 x 10−19 J + Ek
Ek = 0,88 x 10−19 J = 0,55 eV

Soal 4
Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini diulang dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ternyata, tidak ada elektron keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Tentukan panjang gelombang λ tersebut.

Jawab;
Diketahui; panjang gelombang ambang λ0 = 500 nm, potensial penghenti V0 = 3,1 Volt,
EKmaks = eV0, dengan e = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C. Besar hc = 19,8 x 10-26 Jm
EKmaks = hfhf0
eV0 = hfhf0
eV0 = (hc/λ)– (hc/λ0)
(1,6 x 10-19 C)(3,1 volt) = (19,8 x 10-26 Jm)/λ – (19,8 x 10-26 Jm)/(500 x 10-9 m)
4,96 x 10-19 = (19,8 x 10-26)/λ – 3,96 x 10-19
8,92 x 10-19 = (19,8 x 10-26)/λ
λ = 2,22 x 10-7 m = 222 nm

Soal 5
Grafik antara energi kinetik maksimum elektron foto terhadap frekuensi penyinaran dalam efek fotolistrik ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Dari grafik tersebut, tentukan (a) tetapan Planck, dan (b) fungsi kerja logam.
Jawab;
(a) graden garis pada grafik EKm terhadap f menyatakan tetapan Planck h dan titik potong garis terhadap sumbu f menyatakan frekuensi ambang f0. Dengan demikian,
f0 = 4 x 1014 Hz dan
h = tan θ = (52 x 10-20 J)/[(12 – 4) x 1014 Hz]
h = 6,5 x 10-34 Js
(b) fungsi kerja logam atau energi ambang W0 adalah
W0 = hf0 = (6,5 x 10-34 Js)(4 x 1014 Hz)
W0 = 2,6 x 10-19 J = 1,625 eV

Soal 6
Jika fungsi kerja natrium adalah 2,1 eV, berapakah kelajuan maksimum elektron foto yang dipancarkan oleh cahaya dengan panjang gelombang 560 nm?(h = 6,6 x 10-34 Js; c = 3 x 108 m/s; massa elektron = 9,0 x 10-31 kg).

Jawab;
Fungsi kerja logam natrium W0 = 2,1 eV = 2,1 x 1,6 x 10-19 J = 3,36 x 10-19 J,
Panjang gelombang cahaya = 560 nm = 5,6 x 10-7 m,                           
Maka kelajuan maksimum elektron foto dihitung dengan persamaan,
EKm = hfW0 = hc/λ – W0
EKm = [(6,6 x 10-34 Js)(3 x 108 m/s)/(5,6 x 10-7 m)] – 3,36 x 10-19 J
½ mvm2 = 0,18 x 10-19
½ (9 x 10--31)vm2 = 0,18 x 10-19
vm2 = 4 x 1010
vm = 2,0 x 105 m/s

Soal 7
Tabel berikut menunjukkan hasil-hasil ekperimen dalam efek fotolistrik yang memberikan potensial penghenti V0 untuk elektron-elektron dari logam cesium ketika disinari bergantian oleh cahaya dari dua frekuensi f yang berbeda.
f ( x 1015 Hz)0,750,50
V0 volt 1,220,19
Dari data-data tersebut tentukan; (a) nilai tetapan Planck, (b) fungsi kerja cesium

Jawab;
(a) kita menggunakan
EKmaks = hf – W0
eV0 = hfW0
karena hanya nilai f dan V0 yang berubah, maka besaran-besaran lainnya tetap, sehingga dari data dua frekuensi berbeda f01 dan f02 diperoleh dua potensial penghenti yang berbeda yaitu V01 dan V02, maka kita peroleh
eV01 = hf1W0        (1)
eV02 = hf2W0      (2)
dua persamaan ini dibagi kita peroleh
h = e(V01V02)/(f1f2)
   = (1,6 x 10-19)(1,22 – 0,19)/(0,75 – 0,50) x 1015
h = 6,6 x 10-34 Js
(b) fungsi kerja logam W0 diperoleh dari persamaan,
eV01 = hf1W0
(1,6 x 10-19) (1,22) = (6,6 x 10-34)(0,75 x 1015) – W0
W0 = (4,95 – 1,952)  x 10-19 J
W0 = 3,0 x 10-19 J = 1,874 eV
                               

0 Response to "Soal dan pembahasan efek fotolistrik"

Post a Comment

Sobat ASF! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!

Note: Only a member of this blog may post a comment.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel