Efek fotolistrik
Efek fotolistrik paling mudah dipahami jika cahaya diperlakukan sebagai paket energi. Setiap foton membawa energi E=hf. Elektron hanya dapat meninggalkan permukaan jika satu foton menyediakan setidaknya energi sebesar fungsi kerja bahan.
Ambang dahulu, intensitas kemudian
hf = φ + Kmax
Kekekalan energi ditulis hf=φ+Kmax. φ adalah fungsi kerja dan Kmax energi kinetik maksimum elektron yang keluar.
Di bawah frekuensi ambang f₀=φ/h, menaikkan intensitas tidak mengeluarkan elektron. Di atas ambang, intensitas terutama menaikkan jumlah foton per detik dan laju emisi; frekuensi yang lebih tinggi menaikkan energi tiap foton dan Kmax.
Dalam model dasar, satu foton berinteraksi dengan satu elektron. Frekuensi mengontrol energi per foton; intensitas terutama mengontrol berapa banyak foton yang tiba.
Potensial henti mengukur energi elektron
eVs = Kmax
Tegangan berlawanan dapat memperlambat fotoelektron. Pada potensial henti Vs yang cukup untuk menghentikan bahkan elektron tercepat, eVs=Kmax.
Grafik Vs terhadap frekuensi berupa garis lurus di atas ambang. Kemiringannya terkait h/e dan perpotongan dengan sumbu frekuensi memberi f₀.
Eksplorasi ambang
Ubah energi foton dan fungsi kerja secara terpisah untuk melihat apakah elektron keluar dan berapa Kmax yang tersisa.
Apa yang ditetapkan oleh eksperimen
Emisi yang nyaris seketika dan adanya frekuensi ambang jelas tidak dijelaskan oleh gambaran sederhana bahwa energi gelombang menyebar kontinu di permukaan lalu dikumpulkan elektron sedikit demi sedikit. Model foton menjelaskan keduanya.
Efek fotolistrik tidak berarti cahaya berhenti bersifat gelombang. Interferensi dan difraksi tetap menjadi bukti penting perilaku gelombang; teori kuantum harus memuat kedua jenis hasil eksperimen.
Membaca variabel dengan benar
Jangan menyamakan energi foton dengan daya berkas. Berkas terang berfrekuensi rendah dapat membawa banyak energi per detik tetapi tiap fotonnya tetap di bawah ambang. Sebaliknya, berkas lemah berfrekuensi tinggi dapat mengeluarkan lebih sedikit elektron, tetapi elektron itu dapat memiliki energi kinetik besar.
Contoh terhitung
1. Panjang gelombang ambang
Bahan memiliki φ=2,5 eV. Cari λ₀.
Penyelesaian
Dengan hc≈1240 eV·nm, λ₀≈1240/2,5=496 nm.
2. Energi kinetik maksimum
Foton 4,2 eV mengenai permukaan dengan φ=2,0 eV.
Penyelesaian
Kmax=4,2−2,0=2,2 eV. Menaikkan intensitas saja tidak memperbesar nilai maksimum ini.
3. Potensial henti
Jika Kmax=1,6 eV, berapa Vs?
Penyelesaian
Karena eVs=Kmax, jika energi elektron dinyatakan dalam eV maka Vs≈1,6 V.