1 Abstrak— Telah dilakukan percobaan untuk tetes
minyak milikan dengan tujuan untuk menentukan besr jari-jari tetesan minyak dan untuk menentukan banyaknya setiap muatan yang ada dalam butiran minyak. Dalam percobaan ini menggunakan prinsip Hukum Stoke, Hukum Archimedes, Medan Magnet dan juga Gaya Berat. Dalam percobaan ini dilakukan mengamati dengan menggunakan mikroskop gerak ke atas dan ke bawah dari sebuah butiran minyak parafin yang telah disemprotkan pada pelat dan dilakukan dengan variasi tegangan serta pengulangan.Hasil yang didapat dalam percobaan ini adalah data waktu yang diperlukan butiran minyak untuk naik dan turun.Dari data yang diperoleh tersebut dapat dilakukan perhitungan besar jari-jari, muatan listrik serta jumlah muatan butiran minyak. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa besarnya jari-jari yang dihasilkan saat diberi tegangan 200 V adalah 1,75239E-06 m dengan muatan yang dihasilkan yaitu 6,83985E-18 C sedangkan pada saat diberi tegangan 300 V adalah 1,82126E-06 m dengan muatan yang dihasilkan yaitu 1,09808E-17 C..
Kata Kunci-- Hukum Archimedes, Hukum Stokes dan Medan Listrik.
I. PENDAHULUAN
lektron merupakan suatu partikel yang bermuatan negatif. Semua konsep Fisika yang berhubungan dengan hal yang sifatnya mekroskopis maka akan disinggung sifat elektron di antaranya komponen nilai muatannya. Sehingga peranan nilai muatan suatu elektron sangat penting, misal dalam aspek kelistrikan, tentang arus listrik yang dinyatakan sebagai muatan per waktu. Namun, hal yang paing penting yakni nilai muatan elektron tersebut diperoleh dari proses apakah dan ternyata prosen penentuan tersebut diperoleh dari percobaan tetes minyak milikan.
Dapat diketahui bahwa tetes minyak milikan merupakan sebuah percobaan yang menunjukkan bahwa muatan elektron memiliki sifat diskrit. Dimana pengertian diskrit adalah gaya kebawah yang terjadi pada tetes minyak milikan seperti yang telah dijelaskan bahwa percobaan yang dilakukan Robert Milikan yaitu menyeimbangkan gaya-gaya antara gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang ada diantara dua plan konduktor. Saat minyak jatuh diudara akan mengalami percepatan kebawah yang bersamaan gerakan tetes minyak dihambat oleh gaya
penghambat. [5]
Tetes minyak milikan akan memunculkan beberapa gaya. Dengan tidak adanya muatan listrik, akan muncul gaya kebawah pada tetesan minyak sebesar muatan dikalikan percepatan gravitasi dan gaya keatas sebesar muatan dikalikan percepatan gravitasi dan gaya keaas sebesar bv. Berikut merupakan persamaan gerakan :
Fs = 6 π η rv ………..(1.1) Fs merupakan gaya stokes
b = 6 π η a ……….…(1.2) η merupakan koefisien suatu cairan dan r ialah jari-jari,
Medan listrik ditetapkan maka gaya ke atas muatan gn
menjadi
gn Ɛ – m g – b v = m ………(1.3)
Vr = ………..……(1.4) Besaran muatan g dari setiap tetes minyak merupakan kelipatan bulat dari nilai tertentu.
Viskositas atau yang bisa disebut kekentalan dapat dianggap sebagai gesekan dalam fluida. Fluida memiliki gesekan internal yang besarnyatertentu disebut viskositas yang dilambangkan dengan η. Faktor-faktor yang mempengaruhi suatu viskositas ialah koefisien kekentalan zat cair. Viskositas berhubungan dengan hokum stokes. Besarnya yang mempengaruhi gaya tersebut ialah viskositas η fluida, jari-jari bola dan kecepatan relative terhadap fluida, maka :
f = 6 π η r v ………..(1.5) Fluida yang memiliki besar viskositas yang berbeda, sirup lebih kental dari air. Viskositas fluidayang berbeda dapat dinyatakan secara kuantitatif oleh koefisien viskositas, η yang didefinisikan sebagai satu lapisan tipis fluida ditempatkan antara dua lempeng yang rata. Satu lempeng diam dan yang lainnya bergerak dengan laju
konstan. [3]
Fluida yang langsung bersentuhan dengan setiap lempeng ditahan dan permukaan oleh gaya adhesi antara molekul zat cair dan lempeng. Dengan demikian permukaan atas fluida bergerak dengan laju v yang sama seperti pada gambar 1.1, sementara fluida yang bersentuhan dengan lempeng yang diam, tetap diam. Lapisan fluida yang diam menhan aliran lapisan yang persis diatasnya, yang juga menhan lapisan berikutnya. Kecepatan bervariasi secara
continue dari O sampai V. [3]
Untuk fluida tertentu, gaya dibutuhkan f sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng. A dengan laju V. untuk fluida yang berbeda, makin kental fluida tersebut, makin besar gaya yang diperlukan. Konstanta pembanding untuk persamaan ini didefinisikan sebagai koefisien viskositas:
Tetes Minyak Milikan
Nisrina Ikbar Rahmawati, Roihatur, Agustin Leni, Eddy Yahya.
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: nara.rina@gmail.com
2
………..(1.6)
Dengan menyelesaikan η dapatkan η = Fy / VA. Satuan SI
untuk η adalah N.s/cm2
= Pa. s (pascal secon). Pada sistim
cgs, satuan tersebut adalah dyne.s/cm2 dan satuan ini disebut
poise (p). [2]
Jika diletakkan muatan listrik pada suatu titik, maka muatan laian pada setiap titik disekeliling muatan tadi terdapat medan listrik. Medan gaya listrik tersebut disebut dengan medan listrik, sehingga medan listrik merupakan besaran vector. Kuat medan listrik pada suatu titik ialah gaya yang dialami oleh suatu satuan muatan titik bola
diletakkan pada titik tersebut. [1]
Untuk menentukan kuat medan listrik pada suatu titik, ditempatkan pada titik tersebut muatan pengetas q’ yang kecil sekali, sehingga tidak mempengaruhi muatan penyebab medan listrik, jika F ialah gaya yang dialami oleh muatan pengetest q’, maka kuat medan listrik Ē dititik dimana muatan q’ ditempatkan ialah :
Fe =q Ē ………(1.7) Sehingga besarnya dari muatan listrik Ē disuatu titik adalah E=F/q dan arah dari Ē ialah gaya F yang tindakan dari
positif muatan ujinya. [4]
Percobaan tetes minyak milikan menggunakan prinsip bola jatuh, di mana bola yang dijatuhkan dari permukaan ke dalam sebuah wadah berisi cairan akan mengalami gerakan jatuh ke bawah. Karena gaya gravitasi. Pada saat awal hingga tertentu gerakan bola yang jatuh dipercepat.Namun pada saat tertentu hingga akhir gerakan bola diperlambat. Di dalam fluida diam, suatu benda akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung sebesar berat fluida yang
dipindahkannya disebut dengan gaya Archimedes [1]
Fa = V g………(1.8) Gaya-gaya yang bekerja pada tetes minyak tersebut adalah, saya gravitasi yakni gaya ke bawah yang dialami tetes minyak:
Fg = mm.g ………..(1.9)
Ketika butiran minyak pada pelat dipengaruhi oleh medan listrik, medan listrik ini berpengaruh sebagai penimbul gaya Lorentz yang dapat menggerakkan muatan karena ada gaya tersebut sehingga F = qE dan E=V/d.
II. METODE
Pada percobaan tetes milikan ini digunakan beberapa alat dan bahan, seperti milikan oil apparatus, sprayer, minyak parafin, mikroskop, sumber cahaya, sumber tegangan dan stopwatch.
Dapat dilihat rangkaian alat pada percobaan tetes minyak milikan, yakni seperti pada gambar 3.1.
Gambar 2.1Rangkaian percobaan tetesan minyak milikan Langkah pertama yang harus dilakukan dalam percobaan tetes minyak milikan ini adalah alat dan bahan semuanya dipersiapkan terlebih dahulu,. Kemudian sumber cahaya diatur, sehingga butiran minyak dapat terlihat. Lalu, diatur tegangan input yang digunakan. Kemudian, dimasukkan minyak parafin ke ruang penyemprotan dengan sprayer. Lalu, dicari dan ditetapkan salah satu butiran minyak yang akan dijadikan obyek pengamatan dengan penggunaan mikroskop. Diatur medan listrik dengan menggerakkan switch pembalik ke arah atas. Selanjutnya, diamati dan dicatat waktu tempuh butiran minyak untuk bergerakdari garis batas bawah menuju garis batas bawah. Lalu, dikembalikan posisi switch pembalik ke posisi awal. Dan diamati serta dicatat waktu tempuh butiran minyak untuk bergerak dari garis batas atas menuju garis batas bawah. Dan untuk yang terakhir dilakukan pengulangan sebanyak 5 kali dengan variasi tegangan input yang diberikan.
Dimana alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini memiliki fungsi masing-masing. Minyak oil apparatus yang berguna sebagai tempat melekatnya mikroskop serta sumber cahaya. Sprayer berfungsi sebagai alat penyemprot minyak parafin ke dalam ruang penyemprotan hampa udara. Minyak parafin berfungsi sebagai objek yang akan diamati. Mikroskop berfungsi sebagai pembesar suatu objek agar lebih terlihat dan mudah diamati. Stopwatch berfungsi sebagai alat penghitung waktu untuk perpindahan setiap butiran minyak dari bawah ke atas dan sebaliknya.
Untuk melakukan perhitungan jari-jari butiran minyak dengan menggunakan rumus pada persamaaN:
√ (2.1)
Dimana v adalah vgravitasi yang didapat dari:
Vg = s/t……….…..(2.1)
Jarak yang digunakan adalah 0,0005 m dan waktu yang digunakan adalah waktu ketika belum diberikan medan
listrik atau tturun.
Diketahui nilai ρminyak sebesar 875,3 kg/m-3 dan
ρudara sebesar 1.29 kg/m-3. Sedangkan nilai ƞudara sebesar
3 besar jari-jari butiran minyak pada masing-masing tegangan
ditentukan dalam satuan meter.
Setelah mengetahui nilai q, dapat ditentukan jumlah muatan pada butiran minyak. Nilai muatan e telah
diketahui sebesar 1,6×10-19C.
Gambar 2. Flow Chart percobaan tetesan minyak milikan Setelah melakukan percobaan tetesan minyak milikan yang bertujuan untuk menentukan besar jari-jari tetesan minyak dan untuk menentukan banyaknya setiap muatan butiran minyak, didapatkan data pada tabel berikut:
Tabel 1. Data percobaan tetesan minyak milikan dengan 200 V
tegangan 200 v
Pengulangan t naik t turun d (meter)
1 3,96 1,53 0,005 2 3,92 2,56 0,005 3 4,32 2,98 0,005 4 3,38 2,57 0,005 5 2,19 1,48 0,005 6 2,18 1,6 0,005 7 3,29 1,12 0,005
Tabel 2. Data percobaan tetesan minyak milikan dengan 300 V
tegangan 300 v
Pengulangan t naik t turun d (meter)
1 1,73 1,22 0,005 2 1,78 1,04 0,005 3 1,64 1,42 0,005 4 1,73 1,22 0,005 5 1,66 1,08 0,005 6 1,82 1,3 0,005 7 2 1,04 0,005
Data yang telah diperoleh, dapat hitung nilai jari-jari butiran minyak, muatan q, dan jumlah banyaknya muatan yang hasilnya disajikan pada tabel-tabel di bawah:
Tabel 3. Hasil perhitungan jari-jari butiran minyak dengan 200 V
P en g u la n ag an v n ai k ( g ra fi ta si ) v t u ru n ( m ed an ) r n ai k r tu ru n 1 0,000126 0,000327 1,09E-06 2,49E-06 2 0,000128 0,000195 1,10E-06 1,92E-06 3 0,000116 0,000168 1,05E-06 1,78E-06 4 0,000148 0,000195 1,18E-06 1,92E-06 5 0,000228 0,000338 1,47E-06 2,53E-06 6 0,000229 0,000313 1,47E-06 2,43E-06 7 0,000152 0,000446 1,20E-06 2,91E-06 Tabel 4. Hasil perhitungan jari-jari butiran minyak dengan 300 V P en g u la n ag an v n ai k ( g ra fi ta si ) v t u ru n ( m ed an ) r n ai k r tu ru n 1 0,000289 0,00041 1,65E-06 1,97E-START
Diatur sumber cahaya
Diatur tegangan input
Dimasukkan minyak
Dicari dan ditetapkan satu butiran
Diatur medan listrik
Dicatat waktu tempuh dari batas
Dikembalikan posisi switch
Dicatat waktu tempuh dari batas
Ganti Tegangan
4 06 2 0,000281 0,000481 1,63E-06 2,13E-06 3 0,000305 0,000352 1,70E-06 1,83E-06 4 0,000289 0,00041 1,65E-06 1,97E-06 5 0,000301 0,000463 1,69E-06 2,09E-06 6 0,000275 0,000385 1,61E-06 1,91E-06 7 0,00025 0,000481 1,54E-06 2,13E-06
Tabel 5. Hasil perhitungan Q dan jumlah muatan untuk 200 V
P en g u la n g an Q ( m u at an ) n ai k Q ( m u at an ) tu ru n n n ai k n t u ru n 1 4,20E-18 9,55E-18 26,2323 9 59,6835 6 2 3,01E-18 5,26E-18 18,7890 9 32,8809 3 2,51E-18 4,28E-18 15,7174 26,7626 7 4 3,43E-18 5,57E-18 21,4638 9 34,8109 5 7,05E-18 1,21E-17 44,0796 2 75,8305 3 6 6,77E-18 1,12E-17 42,2850 4 69,8023 5 7 6,08E-18 1,47E-17 38,0125 92,1362 1 Rata-rata 4,72E-18 8,96E-18 29,5114 2 55,9867 3
Tabel 6. Hasil perhitungan Q dan jumlah muatan untuk 300 V
P en g u la n g an Q ( m u at an ) n ai k Q ( m u at an ) t u ru n n n ai k n t u ru n 1 9,80E-18 1,17E-17 61,2199 2 72,9014 2 1,05E-17 1,38E-17 65,7787 3 86,0555 3 3 9,46E-18 1,02E-17 59,1108 2 63,5250 1 4 9,80E-18 1,17E-17 61,2199 2 72,9014 5 1,09E-17 1,36E-17 68,3383 3 84,7240 2 6 9,01E-18 1,07E-17 56,3123 8 66,6297 7 9,53E-18 1,32E-17 59,5381 82,5644 9 Rata-rata 9,86E-18 1,21E-17 61,6454 6 75,6145 1
Tabel 7. Hasil perhitungan Q rata-rata dan jumlah muatan rata-rata
VOLT q (rata-rata) n (rata-rata)
200 6,84E-18 42,749075
300 1,10E-17 68,629983
Pada percobaan tetesan minyak milikan ini setiap peralatan dan bahan memiliki fungsi bermacam-macam, dan antara satu alat dengan yang lain memiliki fungsi yang berbeda-beda. Seperti minyak oil apparatus yang berfungsi sebagai tempat untuk menyemprotkan minyak parafin. Sprayer yang berfungsi sebagai alat untuk menyemprotkan minyak parafin, kemudian sprayer sebagai penghasil butiran-butiran atau tetesan minyak yang ukurannya sangat kecil. Dalam percobaan ini minyak parafin digunakan sebagai bahan atau objek untuk melakukan percobaan. Karena minyak parafin memiliki nilai viskositas yang cukup tinggi. Kemudian dalam percobaan ini terdapat mikroskop yang mempunya lensa cembung, berguna untuk mengamati, memperjelas dan memperbesar butiran-butiran minyak parafin yang disemprotkan oleh sprayer tadi. Selanjutnya terdapat sumber cahaya yang digunakan sebagai penerang butiran minyak parafin tadi, sumber cahaya yang digunakan yaitu berupa lampu. Dan yang terakhir terdapat stopwatch, digunakan sebagai penghitung waktu tempuh yang dibutuhkan untuk butiran-butiran minyak parafin tadi bergerak dari batas bawah menuju batas atas, dan sebaliknya bergerak dari batas atas menuju batas bawah.
Ketiak minyak parafin disemprotkan, makan akan terdapat butiran-butira minyak yang memiliki ukuran yag berbeda-beda. Dikarenakan minyak tersebut tidak tunggal namun berkoalisi. Kemudian, butiran minyak parafin tersebut diberi medan listrik dengan mengatur switch pembalik sehingga butiran minyak parafin bergerak naik ke atas. Koalisi yang besar memiliki waktu yang cepat karena bila secara analogi, butiran minyak adalah besi yang semakin besar maka semakin mudah ditarik oleh magnet dan semakin cepat sehingga nilai t medan yang dihasilkan berbeda-beda pada variasi tegangan.
Dapat dilihat pda tabel 3 dan 4, pada saat diberi tegangan yang berbeda yakni 200 V dan 300 V, jari-jari butiran minyak parafin yang dihasilkan berbeda, hal itu disebabkan karena beberapa faktor. Karena pada saat melakukan percobaan ini terdpata beberapa kendala, salah satunya yaitu pada saat mengamati butiran minyak parafin
5 dengan mikroskop. Disebabkan karena mata pengamat tidak
sejajar dedengan mikroskop, sehingga hasil pengamatan yang tertangkap tidak begitu jelas. Dalam prcobaan ini juga membutuhkan waktu yang cukup lama, dikarenakan butiran yang dihasilkan minyak parafintersebut sangat sensitif terhadap medan listrik. Dan dalam percobaan ini juga dibutuhkan waktu tempuh yang digunakan butiran itu untuk bergerak ke batas atas dan bawah. Apabila butiran pecah, pada saat diberi medan magnet, maka harus dilakukan pengamatan ulang untuk butiran baru.
III. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa besarnya jari-jari yang dihasilkan saat diberi tegangan 200 V adalah 1,75239E-06 m dengan muatan yang dihasilkan yaitu 6,83985E-18 C sedangkan pada saat diberi tegangan 300 V adalah 1,82126E-06 m dengan muatan yang dihasilkan yaitu 1,09808E-17 C..
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten
laboratorium fisika modern dalam percobaan tetesan minyak milikan yaitu Agustin Leny P., Roihatur Rohmah yang telah bersedia membantu membantu dalam praktikum tetes minyak milikan ini serta dalam proses pembuatan laporan. Dan juga kepada tim satu kelompok atas kerja samanya dalam melakukan percobaan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Dosen-Dosen Fisika. 2010. “ Fisika II Listrik Magnet Gelombang Optika Fisika Modern”. Surabaya: Yohanes Pembina Jurusan Fisika
[2] Cutnel, John D. 2007. “7th Edition Physics”. Asia:
John-Wiley & Sons, Inc.
[3] Giancoli, Douglas C. 1998. “Fisika Edisi kelima”. Jakarta: Erlangga
[4] Haliday, David, dkk. 2011. “Fisika Dasar”. Jakarta: Erlangga
[5] Krane, Kenneth S. 1992. “Fisika Moder”. Jakarta: Universitas Indonesia
