1 BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Elektron merupakan bagian dari cahaya atom yang bermuatan negatif. Elektron ditemukan pada tahun 1909 oleh Robert A Milikan. Dalam percobaannya ia berhasil menemukan harga muatan elektron secara akurat dan menunjukkan bahwa muatan elektron bersifat diskrit. Percobaan yang di lakukan di kenal dengan percobaan tetes minyak milikan atau percobaan Oil drop.
Penemuan elektron sangat berpengaruh terhadap perkembangan teknologi. Karena elektron sangat berperan penting dalam mempelajari gejala kelistrikan dan kemagnetan. Oleh karena itu percobaan tetes minyak milikan penting untuk dipelajari guna menambah pengetahuan mengenai sifat-sifat elektron dan bermanfaat bagi pengembangan ilmu kelistrikan dan kemagnetan.
Pada praktikum ini akan membahas tentang tetes minyak milikan yang memperoleh nilai muatan elektron (e). Percobaan ini di lakukan dengan menyemprotkan minyak milikan melalui atomizer, dengan cara mengarahkan nozle atomizer tegak lurus pada lubang chamber sehingga minyak akan jatuh perlahan-lahan pada chamber dengan di pengaruhi oleh gaya stoke dan gaya gravitasi. Diana pada saat tetes minyak milikan tersebut akan bergerak ke bawah sedangkan pada saat mengalami gaya stoke tetes minyak milikan akan bergerak ke atas.
Percobaan tetes minyak milikan adalah percobaan yang melakukan dua kesetimbangan gaya, yaitu gaya gravitasi dan gaya stoke pada satu tetes minyak yang berada di antara dua buah plat konduktor yang bermuatan (+) dan bermuatan (-). Pada percobaan minyak tetes milikan selain untuk mengetahui muatan listrik elementer atau muatan elektron (e). Percobaan ini di lakukan untuk menunjukkan sifat diskrit dari satu muatan elektron.
2 1.2 Rumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dari eksperimen tetes minyak milikan ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh kecepatan jatuh stasioner (Vf) dan kecepatan naik stasioner (Vr)?
2. Bagaimana harga hasil muatan elektron (e) acuan dengan hasil muatan elektron (e) percobaan?
3. Bagaimana hasil nilai muatan elementer elektron (e) dan bilangan Avogadro (N)?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari eksperimen tetes minyak milikan adalah menentukan muatan satuan elektron (e) dan menentukan bilangan Avogadro (N) berdasarkan Hukum Faraday serta menunjukkan sifat diskrit muatan elektron.
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari eksperimen tetes minyak milikan ini adalah mengetahui nilai muatan satuan elektron dan nilai bilangan Avogadro serta dapat membagikan antara pengaruh kecepatan jauh stasioner (Vf) dengan kecepatan naik stasioner (Vr) dan dapat menunjukkan sifat kediskritan muatan elektron.
3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
Dalam rangkaian penelitian di universitas chicago antara tahun 1909-1913, Robert Andreo Milikan hanya dapat menyingkapkan secara mengagumkan sifat muatan listrik, tetapi juga mengukur muatan satu elektron. Percobaan milikan di sebut juga percobaan Oil drop (1909). Percobaan ini di rancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Robert A. Milikan melakukan percobaan dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gravitasi dan gaya listrik pada satu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah plat elektroda, asing- asing plat berdiameter 20 cm dan terpisah sejauh 7,67 cm (Zemansky,1986).
Di dalam tetes minyak yang bermassa m bekerja gaya gravitasi mg, yang di imbangi gaya friksi, menurut stokes 6𝜋𝑛𝑟𝑣. Dari pengertian ini di peroleh:
𝑚𝑔 = 6𝜋𝑛𝑟𝑣 ... (2.1)
𝑣 =
6𝜋𝑛𝑟𝑣𝑚𝑔... (2.2) Dimana:
𝑟= jari-jari tetes minyak (m) 𝑣= kecepatan jatuh tetes (m/s) 𝑚= massa tetes (kg)
Jika kedua plat diberikan medan listrik, kuat medan dapat di atur sehingga gaya listrik dapat mengimbangi gaya gravitasi dan tetes minyak tidak akan lagi jatuh (Ahmad,1992).
Percobaan milikan juga dapat di sebut dengan percobaan Oil drop. Di sini elektron mempunyai peran penting dalam mempelajari gejala kelistrikan kemagnetan. Dalam percobaan ini minyak tetes di teteskan dengan terkesan kecil melalui dua buah plat logam dengan dua buah plat yang dapat menarik muatan
4 listrik dari terkesan minyak pada bagian atas. Beda tegangan di atur untuk mengimbangi gaya gravitasi pada tetes minyak maka partikel-partikel minyak yang mengandung muatan akan melayang karena keseimbangan gaya tersebut. Pada keadaan ini gaya gravitasi sama dengan gaya elektrostatik, sehingga besar muatan dapat diketahui (Finn,1992).
Adanya medan listrik dalam suatu ruang dikarenakan adanya muatan listrik Q, hal ini menunjukkan bahwa gaya elektrostatik terjadi untuk muatan lain Q yang berada di dalam ruang itu. Makin banyak muatan Q maka makin kuat gaya F dan makin banyak medan listrik yang di berikan oleh Q tersebut. Sehingga dapat di katakan bahwa kuat medan listrik di dalam ruang di tentukan oleh banyaknya muatan Q yang menimbulkan medan listrik (Peter,1992).
Milikan melakukan percobaan-percobaan ini dengan berulang-ulang dengan butiran yang berbeda (massanya). Sehingga milikan memberi kesimpulan bahwa muatan listrik yang dimiliki oleh setiap butiran merupakan kelipatan bulat dari bilangan tertentu dengan muatan muatan listrik elektron (Hans,2005).
5 BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah sebagai berikut:
1. Milikan Oil Drop Apparatus, untuk
2. Adaptor DC 12 volt, untuk menghasilkan tegangan DC 12 volt pada lampu halogen.
3. High voltage DC Power supply, berfungsi sebagai sumber tegangan.
4. Atomizer + minyak 𝜎 = 886 𝑚𝑘𝑔3, berfungsi untuk menyemprotkan minyak milikan ke dalam Chamber.
5. Multimeter digital berfungsi untuk mengukur nilai arus listrik dan tegangan listrik.
6. Stopwatch berfungsi untuk mengetahui waktu tempuh partikel.
7. Barometer berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan udara pada saat praktikum.
8. Teropong berfungsi untuk melihat jatuhnya minyak.
3.2 Desain Rangkaian
Adapun desain rangkaian dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah sebagai berikut:
6 Gambar 3.1 Desain Rangkaian Eksperimen Minyak Milikan
(sumber : modul eksperimen 1 pasco, 1996)
3.3 Langkah Kerja
Adapun langkah kerja yang di lakukan dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah sebagai berikut:
1. Peralatan di susun seperti pada gambar 3.2.1 2. Lampu halogen di hidupkan.
3. Atomizer di letakkan pada posisi siap semprot, nozle atomizer di arahkan tegak lurus pada lubang Chamber posisi switch ionisasi source di pindahkan ke posisi spray dropket.
4. Atomizer di semprotkan dengan sekali tekan. Pada saat pengamatan atomizer di semprotkan lagi untuk mendorong tetes minyak masuk ke dalam Chamber kemudian pindahkan ionisasi level ke posisi off setelah hujan tetes minyak terlihat.
5. Tetes minyak yang mempunyai kecepatan sekitar 0,02-0,05𝑚𝑚𝑠 di pilih. 6. Sinar alpha di tembakkan, ionisasi level di pindahkan ke posisi ON selama 3-4 detik untuk diberi muatan pada tetes minyak yang sama.
7 Selanjutnya di beri tegangan DC pada plat konduktor. Switch di pindahkan dari nol ke positif.
7. Tegangan pada plat konduktor di lepaskan, maka tetes minyak akan jatuh lagi, dan kecepatan jatuhnya di catat. Di beri tegangan pada plat maka tetes akan naik lagi dan di catat kecepatan naiknya.
8. Jika respons tidak di berikan oleh tetes terhadap plat, maka sinar alpha di tembakkan lagi untuk memberi muatan tetes (3-4) detik. Kecepatan jatuh dan naik tetes minyak di catat.
3.4 Analisis Data
Adapun analisis data dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah sebagai berikut:
3.4.1 Tabel Pengamatan Hambatan Resistor : Tekanan Ruang :
Tetes Jarak (mm) Waktu (s) Naik/Turun Rata-rata waktu v
1A
s/d
8 3.4.2 Kecepatan Tetes Minyak
Kecepatan Jatuh 𝑣𝑓= 𝑠 𝑡 (𝑚 𝑠⁄ ) Kecepatan Naik 𝑣𝑟 = 𝑠 𝑡 (𝑚 𝑠⁄ )
3.4.3 Muatan Turun Tetes Minyak (C) 𝑒𝑛 =43𝜋𝜎𝑑 (√(2𝑝𝑏) 2 +9𝜂𝑣𝑟 2𝑔𝜎 − 𝑏 2𝑝) 3 (𝑣𝑓+𝑣𝑟 Δ𝑉(𝑣𝑟))
3.4.4 Muatan Naik Tetes Minyak (C)
𝑒𝑛 = 4 3𝜋𝜎𝑑 (√( 𝑏 2𝑝) 2 +9𝜂𝑣𝑓 2𝑔𝜎 − 𝑏 2𝑝) 3 (𝑣𝑓+ 𝑣𝑟 Δ𝑉(𝑣𝑓))
Dimana : 𝑒𝑛= muatan tetes minyak (C)
d= jarak antara kedua plat (= 0,00767𝑚) σ= rapat massa minyak (𝑘𝑔/𝑚3)
ρ= rapat massa udara (𝑘𝑔/𝑚3) g= percepatan gravitasi (𝑚/𝑠2) b= konstanta (=8,20 x 10-3 𝑃𝑎 𝑚) p=tekanan atmosfer (𝑃𝑎)
η= viskositas udara (𝑁/𝑚2)
𝑣𝑓= kecepatan jatuh stasioner (𝑚/𝑠) 𝑣𝑟= kecepatan naik stasioner (𝑚/𝑠) ΔV= beda tegangan antar plat (𝑣𝑜𝑙𝑡)
9 3.4.5 Bilangan Avogadro (N)
𝑁 =9,625 × 10
7(𝐶 𝑘𝑔 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑒𝑘𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛⁄ )
𝑒 (𝐶)
3.4.6 Diskripansi Nilai Muatan Elektron 𝐷 = |𝑒𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛+ 𝑒𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛
𝑒𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛 | × 100%
Keterangan : 𝑒𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛= 1,602 × 10−19𝐶
3.4.7 Diskrepansi Bilangan Avogadro 𝐷 = |𝑁𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 + 𝑁𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛
𝑁𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛 | × 100%
10 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
4.1.1 Tabel hasil pengamatan
Tetes Jarak (mm) Waktu (s) Naik/Turun Rata-rata waktu v
1A 0,5 3,7 U 3,566666667 0,000140187 0,5 3,4 U 0,5 3,6 U 0,5 2,7 D 2,866666667 0,000174419 0,5 2,8 D 0,5 3,1 D 2A 0,5 3,3 U 3,066666667 0,000163043 0,5 2,9 U 0,5 3 U 0,5 2,1 D 2,1 0,000238095 0,5 1,9 D 0,5 2,3 D 3A 0,5 1,7 U 1,9 0,000263158 0,5 1,7 U 0,5 2,3 U 0,5 2,4 D 2,433333333 0,000205479 0,5 2,6 D 0,5 2,3 D 4A 0,5 2,4 U 2,4 0,000208333 0,5 2,4 U 0,5 2,4 U 0,5 3,1 D 3,3 0,000151515 0,5 3,5 D
11 0,5 3,3 D 0,5 2,6 U 5A 0,5 2,4 U 2,433333333 0,000205479 0,5 2,3 U 0,5 2,2 D 2,066666667 0,000241935 0,5 2,1 D 0,5 1,9 D
4.1.2 Nilai Muatan Tetes Minyak
Tetes Minyak e Naik (C) e Turun (C) e Rata-rata
1A 2,31E-18 2,61E-18 2,46E-18
1B 3,2E-18 3,93E-18 3,565E-18
1C 4,85E-18 4,24E-18 4,545E-18
1D 3,28E-18 2,76E-18 3,02E-18
1E 4,05E-18 4,43E-18 4,24E-18
4.1.3 Analisis Akhir
Tetes Minyak e Rata-rata Selisih Muatan Banyak e
1A 2,46E-18 E-A 1,78E-18 1
1B 3,02E-18 C-A 2,09E-18 2
1C 3,57E-18 C-A 1,53E-18 2
1D 4,24E-18 Rata-rata 1,53E-18 2
1E 4,55E-18 3
4.1.4 Bilangan Avogadro
Bilangan Avogadro (literatur) 6,02E+23 Bilangan Avogadro (percobaan) 5,3475E+25
12 4.1.5 Diskrepansi Nilai Muatan Elektron
e (literatur) 1,6E-19
e (percobaan) 1,8E-18
D (%) 1025
4.2 Pembahasan
Pada eksperimen tetes minyak milikan, diperoleh besar muatan elektron (e) dengan perlakuan menyeimbangkan perbandingan gaya gravitasi dan gaya listrik pada tetes minyak yang disemprotkan dari atomizer. Pada saat tetes minyak yang jatuh pada saat penyemprotan, maka tetes tersebut akan mendapatkan gaya tarik ke bawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi. Sehubungan dengan itu, tetes minyak yang mendapatkan gaya gravitasi (Fg) akan
mendapatkan gaya penghenti yang sering disebut dengan gaya stoke (Fs), dengan
adanya gaya stoke ini maka tetes minyak akan mengakibatkan perlambatan laju gerak pada tetes minyak jatuh yang termuati. Gerak yang terjadi pada tetes minyak ke atas dan ke bawah dipengaruhi oleh beda potensial di antara kedua plat konduktor.
Pada praktikum tetes minyak milikan dilakukan 15 kali pengukuran kecepatan tetes minyak yang bermuatan, yaitu masing-masing kecepatan naik dan kecepatan turun. Praktikum ini bertujuan mencari nilai muatan tetes minyak milikan. Hasil dari perhitungan menunjukkan kecepatan yang diperoleh bervariasi. Hal ini disebabkan tetes minyak yang diamati berbeda untuk setiap pengukuran, hal ini membuktikan bahwa untuk kecepatan turun atau naik dipengaruhi beberapa gaya yaitu, gaya berat, gaya stokes, dan gaya listrik.
Besar harga muatan tetes minyak yang ditunjukkan dalam lembar hasil bervariasi. Besar muatan dipengaruhi oleh ukuran tetes minyak yang diukur. Ukuran tetes minyak tersebut akan mempengaruhi kecepatan tetes. Jadi besar muatan yang bervariasi disebabkan tidak kontinu objek yang diukur, sedangkan
13 dalam percobaan yang dilakukan terlihat adanya beberapa ukuran tetes yang berbeda, selain itu hasil perhitungan juga menunjukkan bahwa radius tetes yang diperoleh bervariasi, hal ini cukup membuktikan bahwa variasi nilai muatan yang diperoleh disebabkan tidak kontinu objek yang diamati .
Ionisasi yang dilakukan menyebabkan tetes minyak tersebut bereksitasi dari keadaan dasar. Eksitasi yang terjadi menyebabkan elektron mempunyai energi kinetik. Hal ini dapat dilihat ketika plat dialiri beda potensial sebesar 120 volt. Akan tetapi kecepatan yang diperoleh berubah-ubah, tentunya energi kinetik dari elektron tersebut tidak kontinu.
Dari percobaan ini diperoleh nilai muatan elektron untuk masing-masing arah geraknya. Nilai muatan yang diperoleh sangat jauh dari nilai muatan elektron acuan, meskipun orde pangkat dari muatan elektron hasil perhitungan dapat dilihat pada bab empat lembar hasil. Hal ini dapat disebabkan ionisasi yang berkali-kali sehingga menyebabkan tetes minyak memiliki muatan, muatan yang dimiliki minyak dimungkinkan lebih dari satu elektron karena ionisasi yang dilakukan menggunakan sinar alpa. Diana sinar alpa memiliki empat elektron dalam sekali tembak. Hal ini menyebabkan muatan tetes minyak yang diukur bervariasi, dan nilai muatan elektron tidak selalu bernilai 1,6022 × 10−19 columb,
dengan demikian menandakan terjadinya kuantisasi elektron yang sekaligus menyatakan elektron tersebut bersifat diskrit.
Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh bilangan Avogadro yang dimiliki orde yang sama dengan kata lain cukup mendekati bilangan Avogadro yang sebenarnya, jika ditinjau dari pangkat ordenya. Akan tetapi nilai diskrepansi sangat tinggi, sehingga data yang diperoleh masih belum dikatakan valid. Adapun nilai Avogadro yang diperoleh sebesar 3,30 × 1025
14 BAB 5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari eksperimen tetes minyak milikan adalah sebagai berikut :
1. Harga kecepatan dari tetes minyak milikan baik kecepatan naik maupun turun yang diperoleh dapat mempengaruhi harga muatan elektron (e). Jika kecepatannya semakin besar pula, begitu juga sebaliknya jika kecepatannya semakin kecil maka harga muatan elektron semakin kecil. 2. Dengan mengamati perubahan harga muatan dengan bilangan integer pada
eksperimen tetes minyak milikan ini maka dapat terlihat sifat diskrit dari satu elektron.
3. Bilangan Avogadro yang dihasilkan dari eksperimen tetes minyak milikan adalah sebesar 3,30 × 1025
1 𝑘𝑔⁄ ekuivalen.
5.2 Saran
Ketika melaksanakan pengambilan data harus dengan ketelitian yang baik, terutama saat melihat tetes-tetes minyak. Ketelitian juga diperlukan ketika melakukan pengolahan data. Untuk mempengaruhi terhambatnya eksperimen maka setiap akan melakukan percobaan keadaan instrumen ( alat ) yang akan digunakan dilihat terlebih dahulu.
15 DAFTAR PUSTAKA
Ahmad, H. 1992. Struktur Atom Struktur Molekul Struktur Periodik. Bandung : PT cita Aditya bakti.
Finn, A. 1992. Dasar-dasar Fisika Universitas Edisi ke-2. Jakarta : Erlangga. Hans, J. 2005. Dari Atomos Hingga Quark. Jakarta : Universitas Atma Jaya. Peter, S. 1992. Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Yogyakarta : Universitas
Gajah Mada.
16 LAMPIRAN
