Soal dan Pembahasan Efek Foto Listrik

Soal dan Pembahasan atau Jawaban Efek Foto Listrik.

Soal nomer 1

Amati dengan baik pada gambar diwabah, gambar yang menerangkan percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan menggunakan cahaya berikut: 


Pertanyaan
Jikala fungsi pada kerja logam = 2,2 eV & cahaya yang akan di sinarkan memiliki panjang gelombang λ serta frekuensi f tentukanlah :
a. Energi pada cahaya, yang minimal di perlukan supaya elektron-elektron terlepas dari logam tersebut!
b. Frekuensi pada cahaya, yang minimal diperlukan supaya elektron-elektron tersebut lepas dari logam!
a. Panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan supaya elektron-elektron terlepas dari logam tersebut!
Gunakanlah data-data berikut untuk membantu menyelesaikan:
Cepat rambat cahaya c = 3 x 10⁸ m/s
Tetapan Planck h = 6,6 x 10⁻³⁴ Js 
1 eV = 1,6 x 10⁻¹⁹ joule 

Jawaban/Pembahasaan
a. Energi pada cahaya, yang minimal di perlukan supaya elektron-elektron terlepas dari logam!
energi cahaya yang minimal tidak lain ialah energi ambang atau fungsi daripada kerja logam. Sehingga 
W_o = 2,2 eV 
W_o = 2,2 x (1,6 x 10⁻¹⁹ ) joule = 3,52 x 10⁻¹⁹ joule 

b. Frekuensi pada cahaya, yang minimal diperlukan supaya elektron-elektron tersebut lepas dari logam!
Ingatlah energi foton atau cahayanya adalah E = hf, E disini terlambangkan sebagai W_o jadi :
W_o = h f_o
3,52 x 10⁻¹⁹ = 6,6 x 10⁻³⁴ x f_o
f_o = 0,53 x 10¹⁵ joule

c.  Panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan supaya elektron-elektron terlepas dari logam tersebut!
Hubungkan dengan kecepatan cahaya
λ_max = ^c / _fo
λ_max = ^{3 x 108} / _{0,53 x 10¹⁵}
λ_max = 5,67 x 10⁻⁷ m 

2
Amati dengan Cermat gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut: 


Jika fungsi kerja logam ialah 2,1 eV serta cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang 2500 Å dengan konstanta Planck
6,6 x 10⁻³⁴ Js dan 1 eV = 1,6 x 10⁻¹⁹ joule, 
tentukan :
a) energi ambang logam dalam satuan joule
b) frekuensi ambang
c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz
f) energi foton cahaya yang disinarkan
g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam

Jawaban/Pembahasaan
Skemanya seperti ini 


Logam yang di dalamnya terdapat elektron-elektron disinari oleh cahaya yang memiliki energi E. Jika energi cahaya ini cukup besar, maka energi ini akan dapat melepaskan elektron dari logam, dengan syarat, energi cahayanya lebih besar dari energi ambang bahan. Elektron yang lepas dari logam atau istilahnya fotoelektron akan bergerak dan memiliki energi kinetik sebesar Ek

Hubungan energi cahaya yang disinarkan E, energi ambang bahan W_o dan energi kinetik fotoelektron Ek adalah
E = W_o + Ek
atau
hf = hf_o + Ek

a) energi ambang logam dalam satuan joule
W_o = 2,1 x (1,6 x 10⁻¹⁹ ) joule = 3,36 x 10⁻¹⁹ joule 

b) frekuensi ambang
W_o = h f_o
3,36 x 10⁻¹⁹ = 6,6 x 10⁻³⁴ x f_o
f_o = 0,51 x 10¹⁵

c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam
λ_max = ^c / _fo
λ_max = ^{3 x 108} / _{0,51 x 10¹⁵}
λ_max = 5,88 x 10⁻⁷ m d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
λ = 2500 Å = 2500 x 10⁻¹⁰ m = 2,5 x 10⁻⁷ m

e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz
f = ^c/_λ 
f = ^{3 x 10 8}/_{2,5 x 10⁻⁷} 
f = 1,2 x 10 ¹⁵ Hz

f) energi cahaya yang disinarkan
E = hf
E = (6,6 x 10⁻³⁴) x 1,2 x 10 ¹⁵ = 7,92 x 10 ⁻¹⁹ joule

g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam
E = W_o + Ek 7,92 x 10 ⁻¹⁹ = 3,36 x 10⁻¹⁹ + Ek
Ek = 7,92 x 10 ⁻¹⁹ − 3,36 x 10⁻¹⁹ = 4,56 x 10⁻¹⁹ joule 

3
Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10⁻³⁴ Js dan kecepatan cahaya 3 × 10⁸ m/detik, maka energi kinetik elektron yang lepas....
A. 0,1 × 10^–19 joule
B. 0,16 × 10^–19 joule
C. 1,6 × 10^–19 joule
D. 3,2 × 10^–19 joule
E. 19,8 × 10^–19 joule
Literatur : Ebtanas tahun 1986


Jawaban/Pembahasaan
Data dari soal:
Energi ambang Wo = 2 eV = 2 x (1,6 x 10⁻¹⁹ ) = 3,2 x 10⁻¹⁹joule
Panjang gelombang λ = 6000 Å = 6000 x 10⁻¹⁰ = 6 x 10⁻⁷ m

Menentukan energi kinetik foto elektron:
4
Permukaan katode disinari cahaya sampai pada frekuensi tertentu, ternyata tidak terjadi foto elektron. Agar permukaan katode memancarkan foto elektron, usaha yang dapat dilaksanakan adalah …
A. mengurangi tebal katode dan memperbesar intensitas cahaya
B. memperbesar panjang gelombang dan memperbesar intensitasnya
C. mengurangi tebal katode dan memperbesar panjang gelombang
D. memperbesar frekuensi cahaya sampai frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya
E. memperbesar frekuensi cahaya sampai di atas frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya
Literatur : Ebtanas 1987 

Jawaban/Pembahasaan
Foto elektron tidak terjadi berarti energi cahaya yang disinarkan masih dibawah energi ambang, untuk itu frekuensi cahaya harus diperbesar hingga menghasilkan energi yang melebihi energi ambang. Untuk memperbanyak jumlah foto elektron yang terjadi, maka intensitas cahaya harus dinaikkan. 

5
Hubungan energi kinetik elektron dan frekuensi penyinaran pada gejala foto listrik terlihat pada grafik di bawah ini. 
Apabila konstanta Planck h, besarnya fungsi kerja logam adalah …
A. 1 h 
B. 2 h 
C. 3 h
D. 4 h
E. 8 h
Sumber soal : Ebtanas 1989

Jawaban/Pembahasaan
Dari gambar terlihat frekuensi ambang adalah 4 HZ, sehingga nilai fungsi kerja logam
Wo = hfo = h(4) = 4h 

6
Cahaya dengan panjang gelombang 500 nm meradiasi permukaan logam yang fungsi kerjanya 1,86 × 10^–19 joule. Energi kinetik maksimum foto elektron adalah …
A. 2 × 10^–19 joule
B. 4 × 10^–19 joule
C. 5 × 10^–19 joule
D. 6 × 10^–19 joule
E. 9 × 10^–19 joule
Literatur : Ebtanas 1990

Jawaban/Pembahasaan
Data dari soal sebagai berikut:
λ = 500 nm = 500 x 10^–9 m = 5 x 10^–7 m
Wo = 1,86 x 10^–19
Ek = ....? 


7
Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8 × 10¹⁴ Hz, dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 10¹⁵ Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 × 10^–34 J s, maka energi kinetik foto elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut adalah …
A. 1,32 × 10^–19 joule
B. 1,32 × 10^–19 joule
C. 1,32 × 10^–19 joule
D. 1,32 × 10^–19joule
E. 1,32 × 10^–19 joule
Literatur : Ebtanas 1991

Jawaban/Pembahasaan
Data yang diberikan oleh soal:
frekuensi ambang fo = 8 × 10¹⁴ Hz
frekuensi cahaya f = 10¹⁵ = 10 × 10¹⁴ Hz
Ek = ...? 


8
Frekuensi ambang natrium adalah 4,4 x 10¹⁴ Hz. Besar potensial penghenti dalam volt bagi natrium saat disinari dengan cahaya yang frekuensinya 6,0 x 10¹⁴ Hz adalah...
A. 0,34
B. 0,40
C. 0,44
D. 0,66
E. 0,99
Literatur : UMPTN 1999

Jawaban/Pembahasaan
Data dari soal:
f = 6,0 x 10¹⁴ Hz
fo = 6,0 x 10¹⁴ Hz
Potensial penghenti = ...?
Ek = h(f−fo)
Ep = qV
dimana muatan elektron adalah 1,6 x 10⁻¹⁹ Coulomb