JURNAL MILIKAN

(1)

1

PENENTUAN MUATAN ELEMENTER ELEKTRON DENGAN

PERCOBAAN TETES MINYAK MILIKAN

Siti Hardianti Retno Ambar Wati, Muliana, Herayanti, Dedi Riwanto Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak Telah dilakukan eksperimen Penentuan Muatan Elementer Elektron dengan Percobaan Tetes Minyak Milikan. Eksperimen ini bertujuan menentukan besar muatan elementer partikel elektron. Penentuan besar muatan elementer partikel elektron dilakukan dengan metode jatuh naik, yaitu menghitung waktu yang dibutuhkan oleh tetesan minyak untuk bergerak ke atas akibat adanya gaya elektrostatik dan ke bawah akibat gaya berat yang dimiliki tetesan. Berdasarkan hasil analisis data eksperimen diperoleh nilai muatan tetesan yang diamati bervariasi yaitu sebesar | | C; | | C; |

| _C; _|_| _{C; dan} _|_| _C_{. Berdasarkan plot tabel distribusi} frekuensi diperoleh nilai muatan elementer elektron (e) sebesar | | , yang menunjukkan kesesuaiaan rentang dengan nilai muatan elementer elektron secara teori yaitu sebesar 1,6022 x 10-19 C dengan kesalahan relatif sebesar 14.6% dan derajat kepercayaan sebesar 85.4%.

KATA KUNCI: Tetes Minyak Milikan, Muatan Tetesan, Muatan Elementer Elektron.

PENDAHULUAN

Pengukuran

muatan elementer telah diupayakan oleh J.J Thompson sejak berhasil menemukan nilai e/m untuk elektron penentuan muatan elementer elektron dengan Percobaan tetes minyak Milikan dilakukan untuk mendapatkan nilai muatan elementer elektron. Dalam eksperimennya Thompson menggunakan “kamar kabut”, tetapi Thompson gagal. Dia tidak dapat menentukan jejak-jejak tetes air bermuatan seperti yang diharapkan untuk dapat menentukan muatan elementer. [2]

Metode Thompson kemudian diperbaiki oleh H.A. Wilson dengan cara melakukan dua jenis kecepatan yaitu kecepatan ke bawah akibat berat tetesan, dan kecepatan ke atas akibat pengaruh medan listrik. Dari kedua pengukuran kecepatan ini, Wilson menetukan massa dan muatan tetesan dengan cra mengamati puncak kabut tetesan yang tajam. Wilson menemukan bahwa dengan adanya medan listrik, terdapat dua bahkan tiga puncak kabut yang bergerak dengan kecepatan bervariasi. Ini berarti terdapat tetesan yang mengandung satu, dua, dan lebih muatan elementer. [6]

Pada tahun 1907 Robert Andrews Milikian dan L. Begeman memulai penelitiannya pada topik yang sama. Namun dengan sebuah baterai berdaya tinggi. Pada tahun 1909 Milikan memublikasikan hasil pengukuran muatan fundamental yang didasarkan atas pengamatan tetesan air bermuatan. Dari sinilah muncul ide untuk mengganti air dengan minyak. Milikan selanjutnya bekerja bersama Harvey Fletcher, yang lain, dalam eksperimen tetesan minyak ini. Robert A. Milikan melakukan percobaan dengan meneteskan minyak melalui dua plat logam dengan beda potensial yang dapatdiatur sehingga gaya elektrolistrik mampu membuat tetes minyak berhenti. Dalam eksperimen ini, kita menyemprotkan minyak dalam bentuk hujan tetes-tetes minyak dari atomizer. Pada eksperimen tersebut, jatuhan minyak akan mengalami percepatan kebawah yangdisebabkan oleh gaya gravitasi dan pada saat yang sama gerak tetes minyak tersebut dihambat oleh gaya stokes. Sehingga akan terjadi keseimbangan gaya – gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik diantara dua plat konduktor tersebut. [4]

Pada tahun 1910 Millikan pertama kali

(2)

2

dilakukannya bersama Fletcher. Tetesan minyak yang dihasilkan dengan atomizer, sebuah alat yang dikenalkan oleh J.Y. Lee dua tahun sebelumnya di Laboratorium Ryerson untuk studi gerak Brownian. Dalam makalah itu, Millikan menulis, "Tuan Harvey Fletcher dan saya, yang telah bekerja bersama-sama dalam eksperimen ini sejak Desember 1909 telah mempelajari tetes minyak ini antara bulan

Desember dan Mei sebanyak satu hingga dua ribu tetesan minyak yang memiliki muatan mula-mula antara 1 dan 150, dan kami lakukan dengan berbagai jenis zat, seperti minyak, raksa, dan gliserin, dan dalam setiap kasus kami temukan bahwa muatan dari sebuah tetesan sebenarnya merupakan sebuah perkalian dari nilai muatan terkecil dari yang kami ketahui muatan tersebut berasal dari udara yang ditangkap oleh tetesan.” [6].

Eksperimen tetes minyak Milikan merupakan eksperimen dalam menentukan muatan satuan elektron (e) seperti yang tujuan yang terdapat pada percobaan ini yaitu untuk menentukan besar muatan partikel elementer elektron. Pada tahun 1913, R.A. Milikan dengan menggunakan eksperimen tetes minyak dapat mendemonstrasikan dan mengukur secara tepat muatan elektron yaitu e = 1,60217653 x 10-19. Melalui percobaa ini akan didapatkan nilai muatan listrik yang sama dengan penelitian R.A Millikan dengan menggunakan alat eksperimen Millikan oil drop. [4].

Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai cara menetukan nilai muatan elementer yan terdapat dalam sebuah tetesan minyak, maka dilakukan percobaan mengenai Penentuan Muatan Elementer Elektron Dengan Percobaan Tetes Minyak Millikan

TEORI

Tetes minyak Millikan adalah merupakan percobaan yang menunjukkan bahwa muatan electron bersifat diskrit yaitu gaya ke bawah pada tetes milikan(percepatan ke bawah) akan terhambat oleh suatu gaya stokes (gaya penghambat).“Percobaan ini dilakukan dengan

menyeimbangkan gaya-gaya antara gayagravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada diantara dua buah pelat konduktor [2]

Robert Millikan melakukan percobaan dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang ada diantara dua buah pelat konduktor. Ketika minyak jatuh diudara akan mengalami percepatan ke bawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi dan pada saat yang sama gerak tetes minyak tersebut dihambat oleh gaya penghambat (gaya stokes). Menurut stokes, bila sebuah benda dilepaskan tanpa kecepatan awal didalam fluida, benda mula-mula akan mendapat kecepatan. [3]

Pada tahun 1910, R.A Milikan berhasil menunjukkan kuantisasi jumlah terkecil muatan listrik dengan menggunakan minyak yang dikenal dengan metode tetesan. Dia mengamati tetesan minyak yang dipengaruhi medan listrik pada pelat vertikal kapasitor dengan jarak plat d, dan menentukan muatan tetesan q dengan jari-jari tetesan r dan medan listrik E = U/d. Dalam eksperimennya, dia menemukan bahwa muatan q sebagai kelipatan integral dari e muatan elementer, yaitu q = n.e [6]

Diketahui sebuah tetesan minyak berjari-jari r0 bergerak dengan kecepatan –v1 memenuhi hukum stokes didalam medium yang memiliki koefisien viskositas η. Gaya yang dibutuhkan oleh tetesan minyak ketika bergerak ke atas,

(1)

Tetesan minyak yang bergerak dalam pengaruh medan listrik E, memenuhi hukum Stokes,

(2) Resultan kedua gaya pada persamaan (1) dan persamaan (2) sama dengan q0E yaitu,

(3)

3

Untuk menentukan muatan q0 kita perlu mengetahui besar jari-jari tetesan r0. Nilai ini diperoleh dari resultan gaya gravitasi F = -V. Δ�.� dengan gaya Stokes, dimana Δ� adalah perbedaan antara kerapatan udara dengan minyak. Dengan demikian,

�� (5) Atau

√

(6)

Untuk penentuan nilai muatan q yang lebih akurat, harus diperhitungkan bahwa gesekan Stokes mempunyai faktor koreksi untuk jari-jari r yang sangat kecil. Persamaan terkoreksi untuk gaya gesekan Stokes tergantung pada tekanan udara P, yang dapat dituliskan sebagai

(7)

Dengan b = 80

Jika dimisalkan A = b/p, diperoleh,

√ (8) Sehingga diperoleh muatan q sebagai,

(9) Muatan listrik q di dalam suatu ruang, akan menyebabkan timbulnya medan listrik di ruang tersebut, artinya setiap muatan lain q yang berada di dalam ruang itu akan mengalami gaya elekstrotatis” makin banyak q makin kuat gaya F dan makin medan listrik yang ditimbulkan oleh q tersebut.” Sehingga kuat medan listrik di dalam ruang, ditentukan oleh banyaknya muatan q yang menimbulkan medan listrik tersebut, serta tergantung pada jaraknya dari muatan q [1].

Ada dua macam cara atau metode untuk menentukan muatan q, yaitu metode ambang dan metode jatuh naik. Metode ambang dilakukan dengan cara mengatur medan listrik sehingga gaya berat tetesan minyak tepat diimbangi oleh gaya listrik sedangkan metode jatuh naik dilakukan dengan mengukur v1 dan v2 dalam pengaruh

tegangan U. Metode jatuh-naik menghasilkan nilai pengukuran yang lebih tepat dibandingkan metode ambang karena dalam metode jatuh-naik kecepatan v2 benar-benar diukur.[6]

Dari percobaan Millikan menyimpulkan qe= e merupakan kelipatan bilangan bulat dari nilai tertentu yaitu 1,6 x10−19C dan tdak pernah didapatkan nilaiqe= e kurang dari 1,6 x10−

19 C. Selanjutnya nilai 1,6 x10−19C disebut muatan elementar (muatan elektron). [3]

METODOLOGI EKSPERIMEN

Pada percobaan penentuan muatan elementer elektron dengan percobaan tetes minyak millikan, bertujuan untuk mengetahui nilai muatan elektron. Metodenya yaitu dengan mengatomisasi minyak dan menghitung besar muatannya. Muatan yang terkandung dalam minyak diasumsikan sebagai kelipatan dari muatan satu elektron. Dengan mengambil dan membandingkan beberapa muatan tetesan minyak yang berbeda, maka dapat ditebak muatan per elektron dengan menentukan terlebih dahulu jumlah elektron yang ada pada tiap tetesan minyak.

Adapun alat dan bahan yang digunaan dalam percobaan ini adalah satu set alat eksperimen Milikan oil drop, Milikan supply unit, Tiga pasang kabel penghubung, 50 cm, merah dan biru, Satu pasang kabel penghubung, 50 cm, hitam, Dua buah timer box.

Gambar 1. Rangkaian percobaan tetes minyak milikan

[image:3.595.313.542.526.662.2]

(4)

4 sehingga skalanya dapat terlihat dengan jelas.

Selain itu, saklar U dan t berada dalam keadaan

off. Pengamatan diawali dengan cara menyemprot atomizer hingga terlihat tetesan-tetesan minyak yang bergerak turun akibat adanya gaya gravitasi. Kemudian menyalakan saklar U agar tetesan-tetesan minyak tadi bergerak naik akibat adanya gaya elektrostatis yang disebakan oleh pemberian tegangan.Tegangan ini dibuat konstan pada 280 volt. Setelah itu, menandai satu skala sebagai titik acuan (titik nol). Setelah tetesan minyak terletak pada tanda skala yang dipilih, saklar U dimatikan dan saklar t dinaikkan sehingga waktu pada timer box akan berjalan dan mencatat waktu yang dibutuhkan oleh tetesan minyak untuk bergerak turun sebanyak 20 skala. Waktu ini dicatat sebagai t1. Kemudian tetesan berada pada skala ke-20, sklar U dinaikkan dan secara otomatis timer box

akan berjalan dan mencatat waktu yang dibutuhkan oleh tetesan untuk beregerak naik. Waktu ini dicatat sebagai t2. Pengamatan ini dilakukan sampai 4 kali perhitungan waktu naik dan jatuh. Kemudian, mengulangi pengamatan untuk tetesan minyak yang lain dengan langkah yang sama.

Dari metode yang dilakukan tersebut, data awal yang digunakan dalam analisis percobaan ini adalah data waktu tempuh tetesan minyak ketika jatuh t1 dan waktu tempuh ketika naik t2 akibat sumber tengangan U yang diberikan kepada plat yang masing-masing tetesan dilakukan 5 kali pengukuran. Pengukuran berulang ini dimaksudkan untuk memperoleh rata-rata waktu tempuh jatuh dan naiknya tetesan minyak dengan memperhitungkan kesalahan relatif (Tabel 1 pada lampiran).

Analisis kecepatan gerak turun dan naiknnya tetes minyak dapat dihitung dengan perumusan :

v

s

t

)

dengan, s = jarak tempuh tetes minyak

t = waktu tempuh tetes minyak

analisis ketidakpastian hasil perhitungan kecepatan menggunakan persamaan rambat ralat sebagai berikut:

| _{| |} _|

| | |

| | _|

Dengan nilai nilai t terdiri dari waktu tembuh setiap tetes minyak ketika jatuh dan naik.sehingga akan diperoleh 5 (lima) kecepatan tetes minyak jatuh dan 5 (lima) kecepatan tetesan minyak ketika naik.

Dibutuhkan beberapa konstanta tambahan dalam analisis tetes minyak lebih jauh. Adapun konstanta yang dimaksud adalah:

Perbedaan antara kerapatan udara dengan minyak,

3

01 .

874 



 kgm

Kerapatan minyak 3 03 .

854 

 kgm

oil



Kerapatan udara 3 29 .

1 

 kgm

L



Koefisien viskositas 2 5 10 856 .

1  

 x Nsm



Jarak plat

m x

d 3

10

6 



Percepatan gravitasi 2 8 .

9 

 ms

g

Nilai konstanta faktor koreksi

8

5

10 7368 . 7 760

10 908 .

5  _

 

 x x

p b A

Persamaan lanjutan yang digunakan adalah

r

√

ηv

Δ g

√

Δ g

ηv

)

r

0 tidak lain adalah persamaan yang

digunakan untuk menghitung jari-jari butiran minyak.nilai ini diperoleh dari resultan gaya gravitasi dengan gaya stokes. Analisis ketidakpastiannya (rambat ralat) ditunjukkan oleh persamaan:

(₎

(5)

5 | ( ) ( )|

|| (

)

( ₎

( ₎ ||

|₍ ₎ |

|₍ )|

Akibat persamaan jari-jari tetesan minyak , maka dapat dihitung muatan tetesan minyak melalui persamaan:

q

πηr

d

U

v

)

| | | | | |

| _|

| | | _|

| _|

|{ } _|

| | | | | | | _|

[| | | | | | | _|]

Untuk penentuan nilai muatan q yang lebih akurat, harus diperhitungkan bahwa gesekan Stokes mempunyai faktor koreksi untuk jari-jari r yang sangat kecil. Persamaan terkoreksi untuk gaya gesekan Stokes tergantung pada tekanan udara P, yang dapat dituliskan sebagai,

6

π.η.r.v

b

1

r.p

F





(4)

Dengan b μm·hPa konstan).

Jika dimisalkan A = b/p, diperoleh jari-jari tetesan minyak dengan faktor koreksi,

2 2 0

4

2

A

r







r













(14)

| |

r_|| ( ) ||

| |

||

( ₎

( ₎ | |

|| ( )

( ₎ | |

| |

Sehingga diperoleh muatan q sebagai, 0

1,5

1

q

A

r

















(6)

6













r Ar Ar q q Ar r r q q q q q Ar q q                         2 2 . 5 , 2 1 1 0 3 0 5 , 1 1 1 0 0 5 , 1 1 1 0





















% 100 1 1 2 2 2 . 3 0 0 5 , 1 1 1 0 2 2 . 5 , 2 1 1 0 3 0 1 1 0 5 , 1 1 1 x q q KR q Ar r Ar r q q q r Ar q Ar Ar q q Ar q Ar q q                                   

Metode jatuh-naik menghasilkan nilai pengukuran yang lebih tepat dibandingkan metode ambang karena dalam metode jatuh-naik kecepatan v2 benar-benar diukur. Melalui percobaan yang berkali-kali, Robert Milikan menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia selalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini adalah muatan dari satu elektron yang nilainya 1,6022 × 10-19 Coulomb.

Melalui percobaan tetes minyak milikan ini, tidak hanya elektron yang digunakan sebagai acuan di dalam dasar teori, akan tetapi analisa fluida juga memiliki peranan di dalam percobaan. Aliran fluida merupakan garis lurus didalam medan aliran yang dibuat pada saat waktu tertentu[5].

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Hasil Pengamatan



Tegangan =

| |

Volt



Jarak tempuh dalam medan listrik

=

| |

[image:6.595.79.265.73.415.2]



Jarak

tempuh

tanpa

medan

listrik

=

| |

Tabel 1: Pengukuran Waktu Tempuh Tetesan Minyak

TETESAN MINYAK

(7)

7 0,01|

|19,74 ± 0,01| |19,59 ± 0,01|

0,01| |31,21 ±

0,01| |31,12 ±

0,01| 3

Rata-rata

|10,65 ± 0,01| |11,01 ±

0,01| |10,92 ±

0,01| |11,46 ±

0,01| |11,15 ±

0,01| |11,04 ±

0,01|

|19,74 ± 0,01| |20,46 ±

0,01| |20,01 ±

0,01| |19,61 ±

0,01| |22,84 ±

0,01| |20,53 ±

0,01| 4

Rata-rata

|16,78 ± 0,01| |16,89 ±

0,01| |16,11 ±

0,01| |17,24 ±

0,01| |16,31 ±

0,01| |16,67 ±

0,01|

|19,04 ± 0,01| |18,53 ±

0,01| |19,13 ±

0,01| |19,18 ±

0,01| |18,87 ±

0,01| |18,95 ±

0,01| 5

Rata-rata

|11,20 ± 0,01| |11,51 ±

0,01| |11,13 ±

0,01| |11,40 ±

|21,47 ± 0,01| |21,78 ±

0,01| |21,06 ±

0,01| |21,57 ±

0,01| |21,02 ±

0,01| |11,27 ±

0,01|

0,01| |21,38 ±

0,01|

Daftar Konstanta

 _{� �}



 _�



Keterangan:

� = Perbedaan kecepatan antara udara dan minyak

= Koefisien viskositas d = Jarak Plat

g = Percepatan gravitasi A = Nilai konstanta Analisis Data

a. Kecepatan Tanpa Medan Listrik (v1) Analisis Perhitungan

Analisis Kesalahan

| _{| |} _|

| _{| |} _| | _{| |} _|

| |

| _|

DK = 100%-KR PF = | | 1) Tetes Minyak 1

(8)

8

⁄ Analisis ketidakpastian | _|

| | ⁄

⁄

| |

Dengan menggunakan perhitungan yang sama seperti diatas, maka akan diperoleh nilai untuk setiap data sebagai berikut:

2) Tetes Minyak 2 Analisis Perhitungan

⁄

Analisis ketidakpastian ⁄

DK = 90.92%

| |

⁄

DK = 91.20%

| |

⁄

DK = 91.58%

| |

⁄

DK = 92.87%

| |

b. Kecepatan Dalam Medan Listrik (v2)

Analisis Perhitungan

Analisis Kesalahan

(9)

9 | | | |

| _{| |} _|

| |

DK = 100%-KR PF = | |

1) Tetes Minyak 1 Analisis perhitungan

⁄ Analisis ketidakpastian | |

| | ⁄

⁄

DK = 100% - KR

DK = 100% -

DK = 92.92

| |

Dengan menggunakan perhitungan yang sama seperti di atas, maka akan diperoleh nilai untuk setiap data sebagai berikut:

⁄

DK = 89.41%

| |

⁄

DK = 83.75%

| |

⁄

DK = 92.78%

| |

⁄

(10)

10

DK = 93.13%

| |

c. Jari-jari Tanpa Faktor Koreksi (r0) Analisis Perhitungan √_�� Analisis Kesalahan 1 2 / 1 1 2 / 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 . 2 9 2 9 . 2 9 2 1 . 2 9 2 9 2 1 2 9 v g v g g v v g g v v v r r g v r o o o                                         

























% 100 . 2 1 . 9 2 . 4 9 . 2 9 . 4 9 0 1 1 1 1 1 1 1 x r r KR r v v r v v g g v g v g r r o o o o o                                          DK= 100%-KR PF = | | 1) Tetes Minyak 1

Analisis perhitungan √_�� √ � √ √ Analisis ketidakpastian | | | ⁄_{⁄ |} | _| DK= 100%-KR DK= 100%- DK= 96.67% | |

2) Tetes Minyak 2 Analisis perhitungan = 6.98 Analisis ketidakpastian 0.28 DK= 96.00% | |

(11)

11 | |

Analisis ketidakpastian 0.32

DK = 95.83%

| |

DK = 96.67%

| |

d. Jari-jari Dengan Faktor Koreksi (r) Analisis Perhitungan

Analisis Kesalahan | |

|| ( ) ||

| |

||

( ₎

( ₎ | |

|| ( )

( ₎ | |

DK= 100%-KR PF = | | 1) Tetes Minyak 1

Analisis perhitungan

√ _√

Analisis ketidakpastian

|| ( )

( ₎ | |

||

₍ ₎

( ₎ |

|

| |

(12)

12

DK= 100%- DK=96.69%

| |

Analisis ketidakpastian DK = 96.00%

| |

DK = 95.52%

| |

DK = 95.83%

| |

DK = 96.69%

| |

e. Muatan Tanpa Faktor Koreksi (q0) Analisis Perhitungan



Analisis Kesalahan





U

q

v

q

v

q

r

q

U

v

d

r

q

o o

o































2 1 1 1 2 1 0

(13)

13













% 100 . . 6 6 6 6 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 x q q KR q U U v v v v v v r r q U U v v v v v v r r q q U U v v d r v U d r v U d r r U v v d o o o o o o o o o o o o o o           _                                      DK= 100%-KR PF = | |

1) Tetes Minyak 1 Analisis perhitungan  ( ) Analisis ketidakpastian {| | | | | | | _|} {| _{| |} _{| |} _| |_|} % 100 x q q KR o o  

DK = 100%-KR DK = 100%-10.31% DK = 89.69%

| | _C

Dengan menggunakan perhitungan yang sama seperti diatas, maka akan diperoleh nilai untuk setiap datanya sebagai berikut:

DK = 87.26%

| | _C 3) Tetes Minyak 3

DK = 84.13%

DK = 87.64%

(14)

14 Analisis ketidakpastian

0.93 (2 AB) DK= 90.29%

| | _C

f. Muatan Dengan Faktor Koreksi (q) Analisis Perhitungan 5 , 1 0 1         r A q q Analisis Kesalahan







Ar



q q



Ar



Ar r

r r q q q q q Ar q q                         2 5 , 2 1 0 0 5 , 1 1 0 0 5 , 1 1 0 . 1 1 1





















q q q KR DK x q q KR q Ar r r A q q q q r A r r A q q q q Ar Ar r q q r Ar q Ar Ar q q Ar q Ar q q                                                                     % 100 % 100 . . 1 . 1 . 1 . 1 1 1 2 0 0 2 0 0 1 2 0 0 5 , 1 1 0 2 5 , 2 1 0 0 5 . 1 1 0 5 , 1 1

1) Tetes Minyak 1 Analisis perhitungan 5 , 1 0 1         r A q q  q _C Analisis ketidakpastian q Ar r r A q q

q ₂ . .

0 0               {| ( ₎

|} C _C

%

100

x

q

KR





DK= 100%-KR DK= 100%- DK= 88.21%

Analisis perhitungan _C Analisis ketidakpastian (2AB) DK= 85.11%

Analissi perhitungan _C Analisis ketidakpastian DK= 82.00%

(15)

15 4) Tetes Minyak 4

[image:15.595.355.504.71.171.2] [image:15.595.321.518.214.508.2]

Analisis perhitungan _C Analisis ketidakpastian (2AB) DK= 85.55%

Analisis perhitungan _C Analisis ketidakpastian

DK= 88.71%

| | _C

TABEL 2. Tabel Analisis Penentuan Muatan Elementer Partikel Elektron

Muatan v1 v2 r0 r q0 q

1 9.0 9.0 9.36 9.36 12 11

2 5.0 3.0 6.98 6.98 4.1 3.5

3 9.0 5.0 9.36 9.36 9.6 8.5

4 6.0 5.0 7.65 7.65 6.2 5.3

5 9.0 5.0 9.36 9.36 9.6 8.5

Nilai rata-rata muatan elementer dapat

ditentukan dengan memperkirakan jumlah

elektron yang terdapat didalam setiap tetesan

minyak yang diamati. Dengan menggunakan

nilai e =1,6022 × 10

-19

C kedalam distribusi

frekuensi q = n.e, diperkirakan jumlah muatan

n sebagai bilangan bulat terdekat dari n=q/e

disajikan dalam tabel berikut.

TABEL 3.Tabel Jumlah Besar Muatan Elementer Partikel Elektron Setiap Tetes Minyak

No q (10-19 C) n 1 | | 7 2 | | 2 3 | | 5 4 | | 3 5 | | 5 Jumlah | | 22

Diperoleh besar muatan elementer partikel

elektron pada tetes minyak yakni





n q e

̅

e q

q e





 

̅̅̅

̅

Maka diperoleh hasil perhitungan akhir nilai

muatan

elementer

partikel

elektron

berdasarkan hasil praktikum yakni sebesar

| |

Persentase

perbedaan

hasil

teori

dan

praktikum yakni

|

(

)

|

(16)

16

Pembahasan

Eksperimen ini bertujuan

untuk

menentukan besar muatan elementer partikel

elektron. Hasil eksperimen terdahulu yang

dilakukan oleh Robert A Milikan menemukan bahwa nilai muatan elementer elektron ( e ) yang diperoleh ialah sebesar 1,6022 x 10-19 C, dan nilai ini ditetapkan sebagai nilai muatan partikel terkecil.

Pada eksperimen ini, penentuan nilai muatan elementer elektron dilakukan dengan menggunakan metode jatuh naik, yaitu dengan cara mengukur waktu yang dibutuhkan oleh tetesan minyak untuk bergerak naik dan turun. Pergerakan tetesan minyak ke atas dipengaruhi oleh gaya elektrostatis, sedangkan pergerakan tetesan minyak ke bawah dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya Stokes.

Dari hasil eksperimen diperoleh nilai muatan masing-masing

| | _C; | | _C; | | _C; | | _{C; dan} | | _C

Jika nilai muatan elemnter elektron sebesar 1,6022 x 10-19C maka dengan melihat muatan setiap tetesan dapat diperkirakan bahwa jumlaah elektron yang terdapat dalam setaiap tetesan adalah: Tetesan pertama sebanyak 7 elektron Tetesan kedua sebanyak 2 elektron Tetesan ketiga sebanyak 5 elektron Tetesan keempat sebanyak 3 elektron Tetesan kelima sebanyak 5elektron

Dengan perkiraan ini diperoleh nilai rata-rata muatan elementer elektron sebesar

19

10 2 . 0 7 .

1  



e C, ini menunjukkan rentang

nilai e diperoleh dari hasil eksperimen yaitu 1,5

10-19C sampai 1,9

10-19C. Rentang nilai ini mencakup nilai referensi muatan elementer elektron (1,6022

10-19C), namun demikian rentang yang diperoleh terlalu besar sehingga kesalahan relatif yang diperoleh juga besar yaitu

14.6% dan derajat kepercayaan yang hanya 85.4%. Kesalahan relatif ini mengindikaskan keakuratan eksperimen yang dilakukan.

Kesalahan relatif yang cukup besar pada variabel-variabel yang dihitung menujukkan keakuratan yang rendah. Hal ini disebabkan oleh berbagai hal diantaranya adalah nilai tegangan yang tertera berfluktuasi sehingga nilai tegangan yang dianggap konstan pada percobaan ini sebenarnya tidak konstan namun hanya diupayakan agar bisa konstan di nilai 287 volt. Lintasan tetesan yang terkadang membelok akibat fluktuasi nilai tegangan ini juga menyebabkan ketidaktepatan pengukuran jarak dan waktu tempuh tetesan dalam bergerak naik maupun bergerak turun.

Secara umum eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa nilai muatan elementer elektron adalah sebesar 1,6022

10-19C.

SIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan yang

telah dilakukan diperoleh rentang nilai muatan

partikel elektron adalah 1,5 × 10

-19

C sampai

dengan 1,9 × 10

-19

C dan mencakup besar nilai

muatan partikel elektron secara teori.

REFERENSI

[1] Alonso M Finn. 1992. Dasar – Dasar Fisika Universitas Edisi ke-2. Jakarta: Erlangga.

[2] Kenneth Krane, 1992. Fisika Modern. Terjemahan H. J. Wospakrik. Jakarta: Universitas Indonesia (UI-Press).

[3] Pitts, Donald R. 1987. Perpindahan kalor.

Jakarta : Erlangga

[4] Rosana, Dadan, dkk. 2003. Konsep Dasar Fisika Modern. Yogyakarta: Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang.

[5] Silaban, Pantur 1986. Fisika Modern Edisi ketiga. Jakarta: Erlangga.