Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik

Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah sebagai berikut.

1.      hanya cahaya yang sesuai (yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja) yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu.

2.      ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.

3.      ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.

Karakteristik dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang cahaya. Diperlukan cara pandang baru dalam mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak dipandang sebagai gelombang yang dapat memiliki energi yang kontinu.

Perangkat teori yang menggambarkan cahaya bukan sebagai gelombang tersedia melalui konsep energi diskrit atau terkuantisasi yang dikembangkan oleh Planck dan terbukti sesuai untuk menjelaskan spektrum radiasi kalor benda hitam. Konsep energi yang terkuantisasi ini digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek fotolistrik. Di sini, cahaya dipandang sebagai kuantum energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai E =hf.

Efek Compton dan sifat gelombang dari partikel

Efek Compton

            Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan energi yang diskrit. Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton. Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek Compton.

            Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih besar. Gejala ini dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur Holly Compton.

Sinar-X digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga

bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudutθ terhadap arah semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar.

Sifat Gelombang Dari Partikel

Untuk menjelaskan dan menemukan teori yang sesuai dengan spektrum radiasi kalor benda hitam, efek fotolistrik, dan efek Compton, maka cahaya yang sebelumnya diyakini sebagai gejala

gelombang dipandang sebagai partikel. Ini menunjukkan cahaya memiliki sifat dualisme, yaitu dapat dipandang sebagai gelombang dan juga partikel. Secara umum, sifat gelombang dicirikan dengan frekuensi dan panjang gelombang sedangkan sifat partikel dicirikan dengan

kecepatan gerak. Jika cahaya dapat dipandang sebagai partikel, maka seharusnya partikel pun (misalnya, elektron) dapat dipandang sebagai gelombang. Kaidah ini disebut dualisme gelombang-partikel.

Partikel yang dapat dipandang memiliki sifat gelombang dianggap memiliki suatu panjang gelombang. Panjang gelombang ini disebut panjang gelombang de Broglie, sesuai dengan nama pencetus gagasan ini, yaitu Louis de Broglie. Menurut de Broglie, sebuah partikel yang bergerak dapat dianggap memiliki sifat gelombang yang terkait dengan kecepatan geraknya. Secara matematis dapat dituliskan bahwa jika sebuah partikel dengan massam bergerak dengan kecepatan v, panjang gelombang de Broglie dari partikel itu adalah λ = h/mv

Teori de Broglie terbukti keabsahannya dengan teramatinya gejala difraksi elektron pada kisi kristal. Ini membuktikan bahwa elektron dapat juga berperilaku sebagai gelombang yang dapat mengalami difraksi. Dengan demikian, dualisme gelombang-partikel merupakan sebuah gejala alam.