1. Efek Fotolistrik
Pada tahun 1905, Einstein menggunakan gagasan Planck tentang kuantisasi energi untuk menjelaskan efek fotolistrik. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gambar dibawah menunjukkan diagram sketsa alat dasarnya.
Sketsa alat untuk mengkaji efek elektromagnetik.
Apabila cahaya datang pada permukaan logam katoda C yang bersih, elektron akan dipancarkan. Jika elektron menumbuk anoda A, terdapat arus dalam rangkaian luarnya. Jumlah elektron yang dipancarkan yang dapat mencapai elektroda dapat ditingkatkan atau diturunkan dengan membuat anoda positif atau negatif terhadap katodanya. Apabila V positif, elektron ditarik ke anoda. Apabila V negatif, elektron ditolak dari anoda. Hanya elektron dengan energi kinetik 1/2 mv2 yang lebih besar dari eV kemudian dapat mencapai anoda. Potensial V0 disebut potensial penghenti. Potensial ini dihubungkan dengan energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan oleh:
Percobaan yang lebih teliti dilakukan oleh Milikan pada tahun 1923 dengan menggunakan sel fotolistrik. Keping katoda dalam tabung ruang hampa dihubungkan dengan sumber tegangan searah. Kemudian, pada katoda dikenai cahaya berfrekuensi tinggi. Maka akan tampak adanya arus listrik yang mengalir karena elektron dari katoda menuju anoda. Setelah katoda disinari berkas cahaya, galvanometer ternyata menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.
Efek fotolistrik.
Einstein telah menjelaskan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam dibutuhkan energi ambang. Jika radiasi elektromagnet yang terdiri atas foton mempunyai enegi yang lebih besar dibandingkan energi ambang, maka elektron akan lepas dari permukaan logam. Akibatnya energi kinetik maksimum dari elektron dapat ditentukan dengan persamaan:
Ek
= h.f – h.f 0
dengan:
f,
f0 = frekuensi cahaya dan frekuensi
ambang (Hz)
h
= konstanta Planck (6,63 × 10-34 Js)
Ek
= energi kinetik maksimum elektron ( J)
2. Efek Compton
Gejala Compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi semula.
Menurut teori klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik dihubungkan oleh:
E
= p.c
E2
= p2 . C2 + (m.c2)2
Gejala Compton sinar-X oleh elektron.
Jika massa foton (m) dianggap nol. Gambar diatas menunjukkan geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang λ , dan elektron yang mula-mula berada dalam keadaan diam. Compton menghubungkan sudut hamburan θ terhadap yang datang dan panjang gelombang hamburan λ1
dan λ2. p1 merupakan momentum foton yang datang dan p2 merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c merupakan momentum elektron yang terpantul. Kekekalan momentum dirumuskan:
p
1 = p2 + pe
atau pe = p1 –
p2
Dengan mengambil perkalian titik setiap sisi diperoleh:
pe2
= p12 + p22 – 2p1
p2 cos θ
Kekekalan energi memberikan:
Hasil Compton adalah:
dengan:
