Efek Fotolistrik Sebagai Revolusi Dalam Perkembangan Teori Kuantum Cahaya

Efek Fotolistrik Sebagai Revolusi Perkembangan Teori Kuantum Cahaya 

Fenomena efek foto listrik merupakan salah satu pembahasan penting dalam fisika modern. Efek fotolistik dapat dijelaskan melalui fakta-fakta ekperimen dengan menganggap cahaya sebagai partikel. Dalam efek fotolistrik ini, Ilmuwan fisika Albert Einstein memberikan postulat bahwa Energi yang dibawah oleh cahaya tidak terdistribusi secara kontinu seperti yang dinyatakan oleh teori gelombang, melainkan terdistribusi secara diskrit dalam bentuk paket-paket energi. Paket-paket energi yang dibawah oleh cahaya ini disebut sebagai foton. 

E = hf

Dimana f adalah frekuensi cahaya (Hz) dan h dikenal sebagai tetapan Plank yaitu h = 6,626 x 10-34 Js. Sehingga, dengan postulat ini maka diketahui bahwa dalam efek fotolistrik diperlukan energi ambang. Hal ini juga menjelaskan bahwa energi kinetik elektron tidak sebanding dengan intensitas cahaya melainkan sebanding dengan frekuensi cahaya yang diberikan.

Dalam efek fotolistrik, intensitas cahaya yang diberikan tidak mempengaruhi besar energi kinetik elektron. Hal ini bertentangan dengan pandangan fisika klasik, yang menurut teori gelombang elektromagnetik bahwa intensitas merupakan kerapatan laju energi cahaya dimana jika intensitas cahaya yang datang semakin besar, maka laju energi yang datang juga akan semakin besar sehingga jumlah elektron yang dipancarkan harus semakin besar (Sutarno dkk, 2017). Albert Einstain, mengemukakan bahwa intensitas cahaya dianggap sebagai energi pada tiap foton yang dikalikan dengan cacah foton yang menembus satuan luas permukaan tiap satuan waktu. Sehingga intensitas cahaya menunjukkan besar atau kecilnya energi cacah foton. Kenikana cacah foton ditentukan oleh kenaikan intensitas cahaya yang membentur ke permukaan logam, akibatnya semakin tinggi intensitas cahaya maka semakin tinggi arus forolistrik yang dihasilkan (Sutopo, 2004).

Srdangkan, menurut postulat Planck, foton-foton yang sampai pada katoda akan diserap sebagai kuantum energi. Ketika foton diserap pleh elektron, maka elektron akan memperoleh sejumlah energi yang dibawah oleh foton yaitu sebesar hv. Energy yang diterima ini sebagian besar digunakan elektron untuk melepaskan diri dari logam dan sisanya digunakan sebagai penggerak untuk berpindah dari anoda ke katoda, sehingga menjadi energi kinetik elektron. Besranya energy yang diperlukan oleh elektron untuk melepaskan diri dari logam (melawan energy ikatan elektron dalam bahan) disebut sebagai fungsi kerja (Wo) (Beiser, 1981). 

Postulat yang dikemukakan oleh Albert Einstein mengenai fotolistrik diperkuat dengan ditemukannya emisi termionik menjelang abad ke-19, yaitu terjadinya emisi elektron dari benda panas. Emisi termionik juga memungkinkan untuk piranti seperti tabung televisi yang di dalamnya terdapat filamen logam yang pada temperatur tinggi mampu menghasilkan arus elektron. Hal ini diketahui bahwa diperoleh energi dari agitasi termal pada filament yang membuat elektron terpancar kemudian elektron memperoleh energi minimum tertentu yang membuatnya tereksitasi. Pada kasus emisi termionik kalor yang menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedang dalam kasus emisi fotolistrik foton cahaya yang menyediakan energi agar elektron terlepas. Sehingga, dalam kedua kasus itu proses fisis yang berhubungan dengan eksitasi elektron dari permukaan logam adalah sama. 

Fisikawan Amerika Robert Millikan tidak dapat menerima teori Einstein begitu saja. Hal ini dikarenakan, Postulat Einstein dianggap sebagai serangan terhadap teori gelombang elektromagnetik cahaya. Oleh karena itu, untuk mengkonfirmasi penafsiran yang dikemukakan Einstein dalam kasus fenomena efek fotolistrik Millikan melakukan berbagai eksperimen selama sepuluh tahun. Namun ia gagal menemukan fakta yang mampu menyanggah terkait postulat Einsten. Melalui ekperimen yang dilakukan, Milikan justru mendapatkan berbagai fakta yang memperkuat perilaku cahaya sebagai partikel. Secara eksperimental kepastian teori kuantum itu dibuktikan oleh Millikan pada tahun 1914, dimana Millikan menemukan adanya hubungan linear antara frekuensi cahaya dan tegangan pemberhenti elektron yang mendesak elektron pada bahan katoda tertentu (Sutarno dkk, 2017). 

Referensi

Baiser, A. (1981). Fisika Moder. Terjemahan The Houw Liong. Jakarta:Erlangga

Sutarno, dkk. (2017). Radiasi Benda Hitam dan Efek Fotolistrik Sebagai Konsep Kunci Revolusi Saintifik Dalam Perkembangan Teori Kuantum Cahaya. Jurnal Ilmiah Multi Sciences, 9 (2), 51-58.

Sutopo. (2004). Pengantar Fisika Kuantum. Malang: Universitas Negeri Malang.