EFEK FOTOLISTRIK

PRODUKSI PASANGAN

Nirmala Respatiningrum (K2310066)Nur Syakirah R P S (K2310070)Okki Wahyu Priutami (K2310072)Praditya Bangun Hutomo(K2310076)

KELOMPOK 4

Ketika sinar gamma di tembakkan pada suatu materi akan terjadi 3 peristiwa, yaitu : efek compton, efek fotolistrik, dan produksi pasangan.

Efek fotolistrik terjadi ketika sinar gamma ditembakkan pada logam yang ikatan elektronnya kuat maka elektron akan terpental. Sedangkan produksi pasangan terjadi ketika sinar gamma ditembakkan mendekati inti sehingga dipengaruhi medan inti yang mengakibatkan terbentuknya elektron dan positron.

Efek fotolistrik

Gejala terpancarnya elektron dari permukaan logam saat permukaan logam dikenai cahaya.

Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat

Ek = hf – hfo

Ek maks = e Vo

Hf = energi foton yang menyinari logam

H fo = Fo frekuensi ambang = fungsi kerja

= energi minimum untuk melepas elektron

e = muatan elektron = 1.6 x 10 – 19 c

Energi Kinetik Foto Elektron yang Terlepas

Hal yang Tidak Bisa Dijelaskan dengan Menggunakan Fisika Klasik atau Teori Gelombang Cahaya

• Tidak ada elektron yang dipancarkan jika frekuensi cahaya kurang dari frekuensi minimum (frekuensi ambang) f0, yang merupakan karakteristik bahan ketika disinari. Hal ini tidak sesuai dengan fisika klasik yang memperkirakan selalu bisa terjadi foto;istrik pada frekuensi berapapun, asalkan intensitas cahayanya cukup besar.

• Untuk frekuensi cahaya lebih besar dari dari frekuensi ambang, maka terjadi fotolistrik dan jumlah foto elektron sebanding dengan intensitas cahaya. Namun tenaga kinetik maksimum foto elektron tidak tergantung pada intensitas radiasi. Fisika klasik menyatakan bahwa jika intensitas cahaya diperbesar, maka energi kinetik elektron foto bertambah besar.

• Besarnya tenaga kinetik hanya tergantung pada frekuensi dan fungsi kerja, bukan pada intensitas cahaya. Tenaga kinetik maksimum foto elektron bertambah besar jika frekuensi cahaya dipbesar.

• Elektron terpancar dari permukaan tanpa waktu tunda (kurang dari 10-9 setelah disinari cahaya), meskipun untuk intensitas yang kecil. Secara klasik, elektron mestinya butuh waktu untuk menyerap energi secukupnya sebelum lepas dari permukaan logam.

Mengunakan Teori Foton Cahaya Ini, Maka Berbagai Hal yang Berkaitan dengan Efek Fotolistrik yang Tidak Dapat

Dijelaskan dengan Konsep Klasik1. Tidak ada elektron yang dipancarkan jika frekuensi cahaya kurang dari

frekuensi ambang, hal ini dapat dijelaskan bahwa jika energi foton kurang atau sama dengan fungsi kerja logam , maka elektron belum terlepas dari permukaan logam, berpapun besarnya intensitas cahaya

2. Fakta bahwa tenaga kinetik maksimum foto elektron tidak tergantung pada intensitas radiasi. Kenaikan intensitas cahaya menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang terlepas dari permukaan logam, tetapi energi elektron foto tidak berubah selama frekuensinya tidak berubah, sehingga energi kinetik maksimum elektron foto juga tidak berubah

3. Besarnya tenaga kinetik hanya tergantung pada frekuensi dan fungsi kerja, bukan pada intensitas cahaya

4. Elektron terlepas dari permukaan logam sesaat setelah penyinaran. Hal ini dikarenakan cahaya bersifat partikel sehingga terjadi transfer energi spontan dari foton ke elektron dengan interaksi satu foton untuk satu elektron

PRODUKSI PASANGAN

Sebuah foton dapat menyerahkan seluruh atau sebagian energy hf pada sebuah elektron. Mungkin juga terjadi foton menjelma menjadi pasangan elektron positron.

Dalam produksi pasangan tidak ada hukum kekekalan yang dilanggar bila pasangan elektron dan positron tercipta dekat inti atomic. Jumlah elektron (q=-e) dan positron (q=+e) adalah nol.

Energy diam m0c2 dari elektron atau positron ialah 0,51 MeV jadi produksi pasangan memerlukan energy foton sekurang-kurangnya 1,02 MeV.

Produksi pasangan akan terjadi saat energi fotonnya sama dengan 1,02 MeV, namun keadaan elektron dan positron nya diam. Jika energi foton kurang dari 1,02 MeV maka tidak akan terjadi produksi pasangan dan jika energi fotonnya lebih besar dari 1,02 MeV maka akan terjadi produksi pasangan (elektron dan positronnya bergerak).

Setiap tambahan energy foton akan menjadi energy kinetic elektron dan positron. Panjang gelombang foton maksimum yang bersesuaian dengan itu ialah 1,2 pm. Gelombang magnetic dengan panjang gelombang sebesar itu disebut sinar gamma dan didapatkan dalam alam sebagai pancaran dari inti radioaktif dan dalam sinar kosmik.

Kebalikan produksi pasangan terjadi bila positron berdekatan dengan elektron dan keduanya saling mendekati di bawah pengaruh gaya tarik-menarik dari muatan-muatan yang berlawanan. Kedua partikel tersebut musnah pada saat yang sama dan massa yang musnah tersebut menjadi energy dan foton sinar gamma yang tercipta :

ee

Elektron dan positron tecipta saat sebuah photon yang melewati inti atom yang pasif dan energinya dikonversikan ke dalam materi. Kehadiran inti atom diperlukan sehingga hukum kekekalan momentum dapat terpenuhi. Elektronnya tercipta sendiri, bukan milik atom. Lalu, muncullah positron dan elektron dari ketiadaan.

Energi photon yang hilang dalam proses ini dirubah menjadi energi relativistik positron e+ dan elektron e- dengan persamaan:

Karena K+ dan K- selalu positif maka untuk melakukan produksi pasangan, photon harus memiliki energi sekurang-kurangnya 2moc2=1,02 MeV atau 1,64 X 10-13 J.agar dapat mendekati inti berat sehingga terjadi produksi pasangan berupa elektron dan positron. Foton tersebut termasuk dalam sinar gamma inti atom.

Elektron bila bertemu dengan positron maka keduanya musnah (anihilasi) dan menjelma menjadi foton sinar gamma.Pada proses produksi pasangan maupun kebalikannya ini tetap berlaku hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum.Kembali pada produksi pasangan tersebut di atas, karena foton berubah menjadi elektron dan positron, maka dengan sendirinya foton yang ditembakkan harus mempunyai energi lebih tinggi dari 1,02 MeV. Setelah terjadi produk pasangan ini, maka mengalami penurunan intensitas.