Untuk terlepas daripada logam, elektron mesti diberi jumlah tenaga minimum yang dipanggil fungsi kerja. Dalam kesan fotoelektrik, tenaga ini datang daripada satu foton yang mengenai satu elektron, jadi yang penting ialah tenaga setiap foton individu.
Tenaga foton bergantung pada frekuensi. Cahaya merah mempunyai frekuensi yang agak rendah, jadi setiap fotonnya membawa kurang daripada fungsi kerja kebanyakan logam. Satu foton itu memang tidak dapat memberi elektron tenaga yang cukup untuk pergi. Menaikkan kecerahan menghantar lebih banyak foton merah, tetapi setiap satu masih terlalu lemah, dan foton tidak bergabung tenaga pada satu elektron, jadi tiada elektron dipancarkan langsung.
Bertukar kepada cahaya berfrekuensi tinggi seperti ultraungu, dan setiap foton kini membawa tenaga yang cukup, jadi elektron keluar serta-merta, walaupun cahaya itu malap.
Dalam SPM, anda patut menggunakan frekuensi ambang dan fungsi kerja untuk menerangkan mengapa frekuensi, bukan kecerahan, mengawal kesan itu.
Salah faham biasa
- Cukup banyak foton merah boleh menggabungkan tenaganya untuk membebaskan satu elektron -> Setiap elektron menyerap satu foton; foton lemah tidak bergabung pada satu elektron.
- Kecerahan sentiasa boleh mengimbangi frekuensi rendah -> Di bawah frekuensi ambang, tiada kecerahan akan menyingkirkan elektron.
- Cahaya ultraungu yang malap terlalu lemah untuk menyingkirkan elektron -> Jika frekuensinya di atas ambang, cahaya malap pun menyingkirkan elektron serta-merta.
Fizik di sebaliknya
Untuk meninggalkan logam, elektron mesti diberi tenaga minimum yang dipanggil fungsi kerja, W, diukur dalam joule (J). Dalam kesan fotoelektrik, tenaga ini datang daripada satu foton yang mengenai satu elektron, jadi yang penting ialah tenaga yang dibawa oleh setiap foton individu, bukan jumlah tenaga alur cahaya.
Tenaga foton ditetapkan oleh frekuensi sahaja: E = hf, dengan h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s. Cahaya merah mempunyai frekuensi agak rendah, jadi setiap foton merah membawa sedikit tenaga.
Jika E di bawah W, foton tak boleh membebaskan elektron, dan foton tidak menggabungkan tenaganya pada satu elektron.
Baris kerja: andaikan logam mempunyai W = 3.6 × 10⁻¹⁹ J dan cahaya merah mempunyai f = 4.3 × 10¹⁴ Hz. Setiap foton membawa E = hf = 6.63 × 10⁻³⁴ J s × 4.3 × 10¹⁴ Hz = 2.9 × 10⁻¹⁹ J. Oleh sebab 2.9 × 10⁻¹⁹ J kurang daripada 3.6 × 10⁻¹⁹ J, tiada elektron dipancar, walau secerah mana cahaya.
Lihat dalam kehidupan harian
Bilik gelap untuk mencuci filem fotografi disinari lampu keselamatan merah yang malap. Walaupun pekerja bilik gelap menaikkan kecerahannya untuk melihat dengan jelas, cahaya merah cerah itu tidak mengaburi filem, kerana setiap foton merah kekurangan tenaga untuk mencetuskan tindak balas peka cahaya, sedangkan satu denyar cahaya putih atau biru akan merosakkan filem serta-merta.
Logik yang sama menjelaskan mengapa lampu haba merah yang lembut memanaskan anda tanpa menyebabkan selaran, sedangkan ultraungu yang jauh kurang sengit dalam matahari tengah hari menyebabkan selaran. Selaran matahari bergantung pada tenaga foton, ditetapkan oleh frekuensi, bukan pada betapa cerah atau panas cahaya terasa.
Inilah juga sebabnya lampu suluh yang sangat cerah disinari pada penderia cahaya tertentu tidak mencetuskan apa-apa jika warnanya salah, tetapi sumber cahaya berfrekuensi tinggi yang jauh lebih malap mengaktifkan penderia serta-merta. Menimbun lebih banyak foton berfrekuensi rendah tidak sekali-kali terkumpul menjadi satu penyingkiran yang berjaya.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2 Fizik SPM (4531), ini ialah tugasan terangkan klasik: terangkan mengapa menambah kecerahan cahaya di bawah frekuensi ambang tetap tidak menghasilkan fotoelektron, dan terangkan mengapa frekuensi, bukan keamatan, mengawal kesan ini. Anda patut merujuk fungsi kerja dan peraturan satu foton satu elektron.
Anda juga mungkin diminta membandingkan kesan cahaya berfrekuensi tinggi yang malap dengan cahaya berfrekuensi rendah yang cerah, dan mengira tenaga foton daripada E = hf untuk menunjukkan sama ada ia melebihi fungsi kerja, dengan mengekalkan unit dalam joule dan hertz sepanjangnya. Kata perintah mengaitkan menghubungkan frekuensi ambang f₀ = W/h dengan sama ada pemancaran berlaku.
Standard kandungan berjiran meliputi kesan fotoelektrik, foton, dan persamaan fotoelektrik Einstein. Pemeriksa mencari pernyataan jelas bahawa alur yang lebih cerah hanya menghantar lebih banyak foton sesaat, setiap satu masih terlalu lemah dengan sendirinya.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)