Fungsi Kerja Logam: Contoh Soal & Pembahasan

by ADMIN 45 views
Iklan Headers

Hallo guys! Kali ini kita bakal membahas soal fisika yang sering muncul, yaitu tentang fungsi kerja logam. Soal ini biasanya melibatkan konsep efek fotolistrik, di mana cahaya datang ke permukaan logam dan menyebabkan elektron lepas. Biar makin paham, yuk kita bedah soalnya satu per satu!

Soal

Sebuah logam memiliki fungsi kerja (work function) ϕ=2,0\phi = 2,0 eV. Cahaya dengan panjang gelombang λ=400\lambda = 400 nm diarahkan ke permukaan logam dalam ruang hampa. Konstanta yang diketahui:

  • h=6,63×10−34h = 6,63 \times 10^{-34} J/S (Konstanta Planck)
  • c=3,0×108c = 3,0 \times 10^8 m/s (Kecepatan Cahaya)

Nah, dari informasi ini, biasanya kita akan diminta mencari beberapa hal, misalnya energi foton, energi kinetik elektron yang lepas, atau bahkan panjang gelombang ambang logam tersebut. Mari kita pecahkan bersama!

Pembahasan Konsep Fungsi Kerja Logam

Sebelum masuk ke penyelesaian soal, penting banget buat kita paham dulu apa itu fungsi kerja logam. Gampangnya, fungsi kerja logam itu adalah energi minimum yang dibutuhkan buat melepaskan elektron dari permukaan logam. Setiap logam punya fungsi kerja yang beda-beda, tergantung jenis logamnya. Ibaratnya, fungsi kerja ini kayak "harga" yang harus dibayar supaya elektronnya mau keluar. Semakin besar fungsi kerjanya, semakin susah elektronnya lepas.

Energi foton yang datang harus lebih besar atau minimal sama dengan fungsi kerja logam supaya elektron bisa lepas. Kalau energi fotonnya kurang, ya elektronnya tetap anteng di dalam logam. Nah, energi foton ini bergantung pada panjang gelombang cahaya. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin besar energinya, begitu juga sebaliknya. Rumusnya gimana? Tenang, ada kok!

Rumus energi foton adalah:

E=h×f=h×cλE = h \times f = h \times \frac{c}{\lambda}

Keterangan:

  • E = Energi foton (Joule)
  • h = Konstanta Planck (6,63×10−346,63 \times 10^{-34} J/s)
  • f = Frekuensi cahaya (Hertz)
  • c = Kecepatan cahaya (3,0×1083,0 \times 10^8 m/s)
  • λ\lambda = Panjang gelombang cahaya (meter)

Setelah elektron berhasil lepas, biasanya elektron tersebut punya energi kinetik. Energi kinetik ini adalah selisih antara energi foton yang datang dengan fungsi kerja logam. Jadi, sebagian energi foton dipakai buat ngeluarin elektron, sisanya jadi energi kinetik elektron tersebut. Rumusnya:

EK=E−ϕEK = E - \phi

Keterangan:

  • EK = Energi kinetik elektron (Joule)
  • E = Energi foton (Joule)
  • Ï•\phi = Fungsi kerja logam (Joule)

Langkah-Langkah Penyelesaian Soal

Okay, sekarang kita siap buat menyelesaikan soal di atas. Berikut adalah langkah-langkahnya:

1. Hitung Energi Foton

Langkah pertama, kita hitung dulu energi foton dari cahaya yang datang. Kita pakai rumus yang tadi:

E=h×cλE = h \times \frac{c}{\lambda}

Kita masukkan nilai-nilainya:

E=(6,63×10−34 J/s)×(3,0×108 m/s)(400×10−9 m)E = (6,63 \times 10^{-34} \text{ J/s}) \times \frac{(3,0 \times 10^8 \text{ m/s})}{(400 \times 10^{-9} \text{ m})}

E=4,9725×10−19 JouleE = 4,9725 \times 10^{-19} \text{ Joule}

Nah, energi fotonnya udah ketemu, yaitu 4,9725×10−194,9725 \times 10^{-19} Joule. Tapi, biasanya fungsi kerja logam itu dalam satuan elektron volt (eV). Jadi, kita ubah dulu energi foton ini ke satuan eV. Caranya, kita bagi dengan muatan elektron (1,6×10−191,6 \times 10^{-19} Coulomb):

E=4,9725×10−19 J1,6×10−19 CE = \frac{4,9725 \times 10^{-19} \text{ J}}{1,6 \times 10^{-19} \text{ C}}

E=3,1078 eVE = 3,1078 \text{ eV}

2. Hitung Energi Kinetik Elektron

Sekarang kita hitung energi kinetik elektron yang lepas. Kita pakai rumus yang tadi juga:

EK=E−ϕEK = E - \phi

Kita masukkan nilai-nilainya. Ingat, energi foton dan fungsi kerja harus dalam satuan yang sama, yaitu eV:

EK=3,1078 eV−2,0 eVEK = 3,1078 \text{ eV} - 2,0 \text{ eV}

EK=1,1078 eVEK = 1,1078 \text{ eV}

Jadi, energi kinetik elektron yang lepas adalah 1,1078 eV.

3. (Optional) Hitung Panjang Gelombang Ambang

Kadang-kadang, kita juga diminta mencari panjang gelombang ambang logam tersebut. Panjang gelombang ambang ini adalah panjang gelombang maksimum cahaya yang masih bisa melepaskan elektron dari permukaan logam. Kalau panjang gelombangnya lebih besar dari ini, elektronnya nggak akan lepas.

Rumusnya gimana? Kita balik aja rumus energi foton:

λ0=h×cϕ\lambda_0 = \frac{h \times c}{\phi}

Keterangan:

  • λ0\lambda_0 = Panjang gelombang ambang (meter)
  • h = Konstanta Planck (6,63×10−346,63 \times 10^{-34} J/s)
  • c = Kecepatan cahaya (3,0×1083,0 \times 10^8 m/s)
  • Ï•\phi = Fungsi kerja logam (Joule)

Ingat, fungsi kerja harus dalam satuan Joule. Jadi, kita ubah dulu dari eV ke Joule:

ϕ=2,0 eV×1,6×10−19 J/eV\phi = 2,0 \text{ eV} \times 1,6 \times 10^{-19} \text{ J/eV}

ϕ=3,2×10−19 Joule\phi = 3,2 \times 10^{-19} \text{ Joule}

Baru deh kita masukkan ke rumus panjang gelombang ambang:

λ0=(6,63×10−34 J/s)×(3,0×108 m/s)3,2×10−19 J\lambda_0 = \frac{(6,63 \times 10^{-34} \text{ J/s}) \times (3,0 \times 10^8 \text{ m/s})}{3,2 \times 10^{-19} \text{ J}}

λ0=6,2156×10−7 m\lambda_0 = 6,2156 \times 10^{-7} \text{ m}

λ0=621,56 nm\lambda_0 = 621,56 \text{ nm}

Jadi, panjang gelombang ambang logam tersebut adalah 621,56 nm. Artinya, kalau cahaya yang datang punya panjang gelombang lebih dari 621,56 nm, elektronnya nggak akan lepas.

Kesimpulan

Nah, itu dia pembahasan soal tentang fungsi kerja logam. Intinya, kita harus paham konsep energi foton, fungsi kerja, dan energi kinetik elektron. Jangan lupa juga satuan-satuannya harus sesuai. Dengan latihan soal yang banyak, pasti kalian makin jago deh!

Semoga penjelasan ini bermanfaat ya, guys! Kalau ada pertanyaan, jangan sungkan buat tanya di kolom komentar. Selamat belajar dan sampai jumpa di pembahasan soal lainnya!