LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA MODERN docx

LAPORAN

PRAKTIKUM FISIKA MODERN

EFEK ZEEMAN

OLEH :

NAMA : KURNIA ASIH MANURUNG

NIM : 1603115650

KELAS : B

ASISTEN : SISCA MAHARANI DEWI

DOSEN PEMBIMBING : Drs. MAKSI GINTING, M.Si

LABORATORIUM FISIKA MODERN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS RIAU

I. TUJUAN

Adapun tujuan dalam percobaan ini adalah untuk membandingkan medan elektromagnetik dengan masa elektromagnetik.

II. TEORI

Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada harga ml seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral oleh medan magnetik). Efek Zeeman, nama ini diambil dari nama seorang fisikawan Belanda Zeeman yang mengamati efek itu pada tahun 1896.

Suatu elektron bermassa m bergerak dalam suatu orbit berjari-jari r dengan frekuensi f dan momentum sudut elektron L. Gerakan elektron ini menghasilkan arus. Gerakan elektron ini juga menimbulkan medan magnetik maka pada kejadian ini muncul momen magnetik.

Besarnya arus yang dihasilkan dari pergerakan electron sama dengan bearnya muatan yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut ini:

I = q/t

t(T) = 1/f

I = qf = -ef

Momentum Sudut elektron yang diakibatkan oleh pergerakan elektron sebagai berikut:

Subtitusikan persamaan momentum sudut ke persamaan arus listrik sehingga di peroleh:

Untuk elektron orbital kuantitas (e/2m) yang bergantung hanya pada muatan dan massa elektron disebut rasio magnetik. Tanda minus berarti bahwa arah µ berlawanan dengan L. Rumusan tersebut untuk momen magnetik elektron orbital diperoleh secara klasik, namun ternyata pada mekanika kuantumpun mendapatkan hasil sama jadi energi potensial dalam sebuah atom dalam medan magnet ialah:

III. ALAT PERCOBAAN

Adapun alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Lampu Cadmium (Ca)

2. Teslameter

3. Power supply

4. Amperemeter

5. Voltmeter

6. Perangkat Zeeman

IV. Rangkaian percobaan

V. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Hubungan Seri

A1. Sebelum Ada Magnet

1. Hidupkan lampu yang berada diantara logam.

2. Ketatkan sekrup yang ada di atas logam seketat mungkin.

3. Arahkan teropong ke lampu sehingga tampak spektrum.

4. Putar atau maju mundurkan lensa okuler sehingga tampak tanda

silang.

5. Putar sekrup yang ada pada tiang sehingga tanda silang tepat berhimpit

dengan salah satu spektrum dan catat posisi jarum pada skala sebagai titik

nol.

6. Pindahkan tanda silang itu dengan memutar sekrup sehingga

tepat berhimpit dengan salah satu spektrum pertama tadi atau berada di

bawahnya dan/ sebagai posisi akhir, lalu hitung selisihnya dan dinyatakan

dengan jarak spektrum yaitu ∆a.

A2. Setelah Ada Medan Magnet

1. Hubungkan soket 1 dan 4ke sumber tegangan, dan hubungkan soket 2 ke

soket 3.

2. Arahkan kembali teropong dan pindahkan tanda silang ke spektrum dan catat

sebagai posisi awal

3. Putar lagi sekrup sehingga tanda silang pindah lagi ke spektrum di atas atau

di bawah spektrum pertama tadi dan catat sebagai posisi akhir. 4. Hitung jarak spektrum yang dinyatakan dengan d, lalu hitung

besar dari 1/2d yaitu δa.

5. Masukkan probe diantara logam dan catat besar medan magnetnya dan catat juga besar arus listriknya dan beda potensial. Besar arus dan beda potensial dapat diubah dengan memutar potensiometer.

6. Setiap pengamatan dilakukan oleh orang yang berbeda.

B. Hubungan Paralel

1. Hidupkan kembali lampu yang berada diantara logam.

2. Arahkan teropong ke arah lampu, sehingga tampak spektrum

secara jelas.

3. Putar atau maju mundurkan lensa okuler sehingga tanda silang berhimpit dengan salah satu spektrum dan ukur jarak spektrum seperti pada hubungan seri.

4. Matikan terlebih dahulu lampu, lalu susun rangkaian dengan cara

hubungkan soket 1 ke 3 dan soket 2 ke 4. Lalu hubungkan 1 atau 3 ke sumber dan soket 2 atau 4 ke sumber.

5. Hidupkan kembali lampu dan atur potensiometer sehingga

diperoleh besar arus dan tegangan yang diinginkan, lalu catat besarnya.

6. Arahkan lagi teropong ke lampu dan catat jarak spektrum dan

hitung besar ∆a seperti pada hubungan seri di atas.

VI. PERHITUNGAN 1. Hubungan Seri

a. Praktikan : Naldi Rahmat F

δa = 0,0075 mm = 0,75 x 10-5 _m

I = 2,7 A

V = 3,4 Volt

B = 95 mT = 9,5 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,015 mm = 1,5 x 10-5 _m

n = 1,4567

c= 3 x 108

Δλ=δa Δa⋅

λ2

_√

_n2₋₁

2d⋅(n2₋₁₎

¿0,75 .10

−5

8,5 .10−5 ⋅

(6,438.10−7₎2

_√

_(1,4567)2₋₁

2(1,5.10−5_{)⋅((1,4567)}2₋₁₎

¿9.10−2_.4,145−13

√

2,12−1

3.10−5_{⋅(2,12−1)}

¿9.10−2_.4,145−13

√

1,12

3.10−5_⋅(1,12)

¿9.10−2_.4,145−13.1,05

3,36.10−5 ¿11,658.10−10_m

Δν=c λ2⋅Δλ

¿3⋅10

8

(6, 438⋅10−7

)2⋅11,658⋅10

−10

¿34,97⋅10

−2

4, 145⋅10−13

¿8, 44⋅1011m

e m=

4π B ⋅Δν

=4(3,14)

9,5 .10−2⋅8,44⋅10 11

¿11,16⋅1013_A⋅s/Kg

b. Praktikan : Kurnia Asih Manurung

Dik: ∆a = 0,13 mm = 13 x 10-5 _m

δa = 0,05 mm = 5 x 10-5 _m

I = 2,7 A

V = 3,4 Volt

B = 81 mT = 8,1 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,1 mm = 1 x 10-4 _m

n = 1,4567

Δλ=δa

Praktikan : Ribka Ersita

c. Praktikan : Novi Yanti

Dik: ∆a = 0,1 mm = 10 x 10-5 _m

δa = 0,07 mm = 7 x 10-5 _m

I = 2,6 A

V = 3,2 Volt

B = 68 mT = 6,8 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,14 mm = 1,4 x 10-4 _m

n = 1,4567

c= 3 x 108

Δλ=δa Δa⋅

λ2

_√

_n2₋₁

2d⋅(n2−1)

¿7.10

−5

10.10−5⋅

(6, 438 .10−7₎2

_√

_{(1, 4567)}2₋₁

2(1,4.10−4_{)⋅((1, 4567)}2₋₁₎

¿7.10−1_.4, 145−13

√

2,12−1

2,8.10−4_{⋅(2,12−1)}

¿7.10−1_.4, 145−13

√

1,12

2,8.10−4_⋅(1,12)

¿7.10−1_.4, 145−13. 1,05

3,14.10−4 ¿9,7.10−10_m

Δν=c λ2⋅Δλ

¿3⋅10 8

(6, 438⋅10−7₎2⋅9,7⋅10 −10

¿29,1⋅10−2

4, 145⋅10−13 ¿7,02⋅1011m

e m=

4π B ⋅Δν

=4(3, 14)

6,8 .10−2⋅7,2⋅10 11

¿1,33⋅1014_A⋅s/Kg

d. Praktikan : Verdy Manoto Naipospos

Dik: ∆a = 0,14 mm = 14 x 10-5 _m

δa = 0,0325 mm = 3,25 x 10-5 _m

I = 2,8 A

V = 3,5 Volt

B = 65 mT = 6,5 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

n = 1,4567

c= 3 x 108

Δλ=δa Δa⋅

λ2

_√

_n2₋₁ 2d⋅(n2₋₁₎

¿3,25.10

−5

14.10−5 ⋅

(6,438 .10−7₎2

_√

_{(1, 4567)}2₋₁ 2(6,5.10−5_{)⋅((1, 4567)}2₋₁₎

¿3,25.10−2_.4,145−13

√

2,12−1 13 .10−5_{⋅(2,12−1)}

¿3,25.10−2_.4,145−13

√

1,12 13 .10−5_⋅(1,12)

¿3,25.10−2_.4,145−13.1, 05 13 .10−5

¿1,09.10−10_m

Δν=c λ2⋅Δλ

¿3⋅10

8

(6, 438⋅10−7₎2⋅1, 09⋅10

−10

¿3,27⋅10

−2

4, 145⋅10−13

¿7,9⋅1010_m

e m=

4π B ⋅Δν

=4(3, 14) 6,5 .10−2⋅7,9⋅10

10

¿1,53⋅1011_A⋅s/Kg

2. Hubungan Paralel

a. Praktikan : Naldi Rahmat F

Dik: ∆a = 0,085 mm = 8,5 x 10-5 _m

δa = 0,0325 mm = 3,25 x 10-5 _m

I = 6,7 A

V = 2,2 Volt

B = 52 mT = 5,2 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,065 mm = 6,5 x 10-5 _m

n = 1,4567

Δλ=δa_Δa⋅λ

b. Praktikan : Kurnia Asih Manurung

Dik: ∆a = 0,13 mm = 13 x 10-5 _m

c. Praktikan : Ribka Ersita

Dik: ∆a = 0,195 mm = 19,5 x 10-5 _m

I = 6,7 A

V = 2,2 Volt

B = 54 mT = 5,4 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,07 mm = 7 x 10-5 _m

n = 1,4567

c= 3 x 108

Δλ=δa Δa⋅

λ2

_√

_n2₋₁ 2d⋅(n2₋₁₎

¿3,5.10

−5

19,5.10−5⋅

(6,438.10−7₎2

_√

_(1,4567)2₋₁ 2(7.10−5_{)⋅((1, 4567)}2₋₁₎

¿18.10−2_.4,145−13

√

2,12−1 14 .10−5_{⋅(2,12−1)}

¿18.10−2_.4,145−13

√

1,12 14 .10−5_⋅(1,12)

¿18.10−2_.4,145−13.1,05 15,68.10−5

¿5.10−10_m

Δν=c λ2⋅Δλ

¿3⋅10

8

(6, 438⋅10−7₎2⋅5⋅10

−10

¿15⋅10

−2

4, 145⋅10−13

¿3,62⋅1010m

e m=

4π B ⋅Δν

=4(3,14)

5,4 .10−2⋅3,62⋅10 10

¿8, 45⋅1012A⋅s/Kg

d. Praktikan : Novi Yanti

Dik: ∆a = 0,1 mm = 1 x 10-4 _m

δa = 0,04 mm = 0,4 x 10-4 _m

I = 6,7 A

V = 2,2 Volt

B = 55 mT = 5,5 x 10-2 _T

λ = 643,8 nm = 6,438 x 10-7 _m

d = 0,08 mm = 8 x 10-5 _m

n = 1,4567

Δλ=δa_Δa⋅λ

e. Praktikan : Verdy Manoto Naipospos

VII. TABEL DATA A. Hubungan Seri

Sebelum ada magnet Sesudah ada magnet

n

Sebelum ada magnet Sesudah ada magnet

5 1,4.10-4 _{- - - 8.10}-5 _0,4.10-4 _{6,7 2,2 5,5.10}

-2 14,04.10

14 _Verdi

VIII. TUGAS LAPORAN

1. Apa yang dimaksud dengan :

a. Efek zeeman normal : adalah sebuah garis spektral yang terbagi menjadi 3 komponen, dimana ini terjadi hanya pada atom tanpa spin.

b. Rasio giro magnetik : adalah karakteristik spin electron hamper 2x karakteristik gerakorbital electron atau perbandingan giro magnetic, dengan rumus sebagai berikut :

E

=

μ

⋅

B

E

=

μ

⋅

B

cos

θ

E

=

(

−

e

2

me

)

L

⋅

B

cos

θ

(

−

e

2

me

)

c. Magneton Bohr : adalah konstanta fisika yang mewakili momen magnetik yang disebabkan oleh momentum angular orbital atau putarannya.

Dalam satuan SI dengan :

μ_B= eℏ 2m_e

Dalam satuan CGS :

μ_B= eℏ 2m_ec

d. Bilangan kuantum orbital : adalah bilangan yang menyatakan tingkat energi dari suatu ruang yang memiliki probabilitas yang terbesaruntuk menemukan elektron disekitar inti atom.

e. Bilangan kuantum magnetik : adalah bilangan yang menyatakan orientasi orbital dalam subkulit yang dinotasikan dengan m.

f. Bilangan kuantum utama : adalah bilangan yang melambangkan lintasan elektron atau tingkat energi utama yang dinotasikan dengan n.

g. Momentum sudut spin : adalah bilangan yang menyatakan spektrum garis yang selalu terdiri atas sepasang garis yang saling berdekatan.

2. Gambarkan perpecahan spektrum dari bilangan kuantum l=2 ke l=1 !

Tanpa medan magnet Dengan medan magnet Ml

+2 +1 0 -1 -2 +1 0 -1

IX. PEMBAHASAN

Efek zeeman ialah pemisahan jalur spektral tunggal dari sebuah spektrum menjadi komponen komponen 3 atau lebih yang terpolarisasi atau gejala - gejala spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet. Garis-garis tambahan dalam spektrum emisi teramati jika atom-atom tereksitasi diletakkan di dalam medan magnet luar. Satu garis di dalam spektrum garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis tambahan) di dalam spektrum apabila atom diletakkan di dalam medan magnet.

atom yang akan diuji. Untuk memudahkan pengamatan maka pada rangkaian diberikan filter cahaya, dan cahaya yang diteruskan hanya cahaya merah sehngga pada lensa optik dapat dilihat pola melingkar dari garis-garis spektrum tersebut.

Ketika cahaya merah di lewatkan, maka medan magnet akan menyebabkan garis yang ada pada atom terpecah. Ketika arus semakin besar makagaris-garis spectra akan semakin jelas dan jaraknya semakin besar. Teslameter digunakan untuk mengetahui besar medan magnet yang dihasilkan oleh arus. Hubungan antar setiap variabel yaitu besar medan magnet pada kumparan berbanding lurus dengan arus. Arus dan tegangan berasal dari power supply. Kita dapat menghitung besar

Δλ ,

Δν,

dan e/m menggunakan rumus yang sudah ada kemudian membandingkan besar e/m hasil percobaan dan e/m teori. Besar e/m teori sebesar 1,76 x 1011 _{A s/kg.}

Pada percobaan di dapat data nilai e/m rata-rata memiliki 1014 _A

s/kg. ini di berarti didapat perbedaan yang cukup signifikan antara nilai teori dan percobaan, kemungkinan kesalahan terjadi pada proses pembacaan data.

X. KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

1. Efek zeeman ialah pemisahan jalur spektral tunggal dari sebuah spektrum menjadi komponen komponen 3 atau lebih yang terpolarisasi atau gejala - gejala spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet.

2. Periswa efek zeemen terjadi ketika sebuah atom yag dipengaruhi oleh medan magnet maka spektrumnya akan terpecah dan energi yang dihasilkan akan berkurang.

3. Dari data percobaan yang diperoleh besarnya kuat arus yang diberikan berbanding lurus dengan besarnya medan magnetik yang dihasilkan dari kumparan tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, A. (1990). Konsep Fisika Modern. Edisi 4. Jakarta : Erlangga.