Bank Soal Fisika SMA Bentuk, Kekekalan, dan Jenis Energi

Diketahui:

Energi ambang silikon $W_{\text{o}}$ = 1,11 eV

Panjang gelombang $\lambda$ = 400 nm

Intensitas foton $I$ = 10²⁰ /s

Konstanta Planck $h$ = 6,63×10^-34 J s

Kecepatan cahaya $c$ = 3×10⁸ m/s

Muatan elektron $e$ = 1,6×10^-19 C

Ditanya:

Daya yang diterima $P$ = ?

Jawab:

Silikon merupakan sebuah semikonduktor sehingga memiliki elektron bebas yang bisa berpindah-pindah dari satu atom ke atom lainnya. Namun, sebagian besar elektron ada di dalam pengaruh ikatan inti atom atau di dalam pita valensi. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan ikatan tersebut dinamakan energi ambang. Energi kinetik elektron yang keluar yang mungkin dicapai ketika elektron terpental adalah energi kinetik maksimum. Einstein mengatakan bahwa energi kinetk maksimum ini merupakan selisih antara energi foton dengan energi ambang. Dengan demikian energi kinetik maksimum dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

$EK_{\text{maks}}=E-W_{\text{o}}$

$E$ merupakan energi foton yang bisa didapatkan dari $E=hf=\frac{hc}{\lambda}$ dan $W_{\text{o}}$ adalah energi ambang.

Daya dari energi yang dihasilkan foto bisa didapatkan dengan mengalikan energi kinetik maksimal dengan intensitas fotonnya atau $P=EK_{\text{maks}}I$.

$EK_{\text{maks}}=E-W_{\text{o}}$

$EK_{\text{maks}}=\frac{hc}{\lambda}-W_{\text{o}}$

$EK_{\text{maks}}=\frac{\left(6,63\times10^{-34}\right)\left(3\times10^8\right)}{400\times10^{-9}}-1,11\left(1,6\times10^{-19}\right)$

$EK_{\text{maks}}=3,2\times10^{-19}$ J

Sehingga besar daya yang dihasilkan adalah sebesar

$P=EK_{\text{maks}}I$

$P=\left(3,2\times10^{-19}\right)\left(10^{20}\right)$

$P=32$ J/s $=32$ W

Jadi, daya yang diterima oleh lampu adalah 32 W.