PENGUKURAN DIAMETER DAN MUATAN LISTRIK SEBUAH TETES MINYAK. Intan Masruroh S, Anita Susanti, Reza Ruzuki, dan Zaky Alam

Transkripsi

1 PENGUKURAN DIAMETER DAN MUATAN LISTRIK SEBUAH TETES MINYAK Intan Masruroh S, Anita Susanti, Reza Ruzuki, dan Zaky Alam Laboratorium Fisika Radiasi, Departement Fisika, Fakultas Sains dan Terknologi, Universitas Airlangga Jalan Mulyorejo, Surabaya maze.intan@gmail.co.id Abstrak Pada pengamatan kali ini kami melakukan pengamatan terhadap percobaan tetes minyak milikan. Yaitu sebuah eksperimen yang bertujuan untuk membuktikan muatan listrik adalah 1, Selain itu eksperimen ini bertujuan untuk menentukan jari-jari suatu tetes minyak, serta membuktikan bahwa muatan listrik terkusntisasi secara diskret. Dalam pengukuran ini digunakan sistem peralatan Milikan (leybold 55941) dengan metode dinamis dan metode kesetimbangan untuk menetukan kecepatan tetes minyak.. Sehingga di dapat nilai muatan listrik elektron menggunakan metode kesetimbangan ( ± 0.002)10 19 A.s dan menggunakan metode dinamis di dapat (14.07 ± 9.36) A s sedangkan nilai bedasarkan refferensi adalah e (1, C). Kata kunci : muatan elektron, tetes minyak milikan, kec.tetes minyak. PENDAHULUAN Elektron merupakan suatu dasar penyusun atom. Inti atom terdiri dari elektron(bermuatan negatif) dan proton(bermuatan positif). Pengukuran muatan elektron dilakukan oleh ilmuwan fisika Amerika Robert Milikan pada 1909 dan dipublikasikan pada tahun Pengukuran yang dilakukan R. Milikan mampu mendapatkan nilai muatan untuk ion dengan batas kesalahan kurang dari 0.3%. metode pengukuran muatan listrik elektron oleh milikan adalah dengan membuat sebuah sistem/alat yang dibuat dengan medan listrik untu mencegah tetesan minyak jatuh karena gravitasi. Pada ekseperimen yang dilakukan di lakukan di laboratorium radiasi tets minyak disemprotkan melalui bagian atas dua keping sejajar (berupa lubang kecil). Sehingga akan ada minyak yang masuk ke dalam celah antara dua plat. Kemudian tetesan minyak di dalam plat diamati. Tetesan minyak yang ada di dalam plat akan bergerak-bergerak di dalam celah maka harus di amati salah satu titik(tetes) acuan. Dan titik acuan itu di amati kecepatanya untuk menempuh jarak sejauh skala dalam t sekon. Dalam pergerakannya di celah antar plat partikel tetes mengalami 3 gaya yang berbeda yaitu gaya viskos, gaya gravitasi, dan gaya listrik. Dari persamaan ketiga gerak ynag mempengaruhinya maka akan didapatkan suatu persamaan untuk menghitung muatan elektron. Dengan menyusun alat seperti gambar Masruroh S Intan airlangga university Page 1

2 METODE EKSPERIMEN Waktu dan tempat eksperimen. Eksperimen ini dilakukan di laboratorium radiasi lt.2 departemen fisika, fakultas sains dan teknologi, universitas airlangga. Pada hari kamis 3 oktober 2013, pukul s/d WIB. Alat dan Bahan 1. Sistem peralatan Milikan (leybold 55941) 2. Power supply (leybold 55941) 3. Minyak pengisi 4. Pewaktu (stopwatch) 5. Kabel penghubung Prosedur Eksperimen a. Pengambilan data bagian Menyemprotkan minyak atom ke dalam plat sejajar dengan cara memompakan minyak tersebut, sehingga masuk melalui celah kecil. 2. Mengatur teropong yang berada di samping milikan chamber (di depan pengamat) untuk megamati tetes minyak yang telah dsemprotkan hingga anda melihat dengan jelas. 3. Mengamati salah satu tetes minyak yang paling jelas. Kemudian menentukan kecepatan jatuh tetes tersebut. Dengan mengukur jarak tempuh dan waktu yang diperlukan. 1 skala pada lesa okuler di konversi ke meter s = 1, m, adalah jumlah skala. Kecepatan terukur disini dinamakan kecepatan ν 1 dan dilakukan pengukuran serupa sebanyak 3 kali. b. Pengambilan data bagian Menyemprotkan minyak atom ke dalam plat sejajar Milikan. 2. Mengalirkan tegangan listrik pada dua keping plat sejajar sehingga dihasilkan medan listrik yang menahan tetes minyak diam diantara dua plat namakan tengangan ini sebagai U 1. c. Pengambilan data bagian ke Menyemprotkan minyak atom ke dalam plat sejajar. Masruroh S Intan airlangga university Page 2

3 2. Memperbesar teganagn listrik sehingga tetes minyak bergerak berlawan arah gravitasi, tegangan ini sebagai U Menentukan kecepatan tetes minyak akibat gaya listrik U 2 sebagai ν 2 dan dilakukan pengukuran sebanyak 3 kali. HASIL EKSPERIMEN Tabel 1 Hasil Pengukuran Dengan Metode Kesetimbangan Pengukuran Ke Delta t 1 U Keterangan: = jumlah skala t = waktu (s) Tabel 2 Hasil Pengukuran dengan Metode Dinamis Pengukuran Ke Delta t 2 U Keterangan: = jumlah skala t = waktu (s) ANILISIS DAN PEMBAHASAN Perhitungan 1. Menghitung jari-jari tetes minyak dengan menggunakan ketiga persamaan gaya gravitasi, gaya stokes, dan gaya archimedes maka diperoleh resultan gaya tetes minyak sebagai r = 9ην 1 Keterangan: η = Koefisien Viskositas Minyak (1, N/m2) ρ oil = Massa Jenis Minyak (875,3 kg/m3) ρ l = Massa Jenis udara (1.29 kg/m3) ρ = ρ oil ρ l = 874,01 g = Percepatan Gravitasi (9,8 in/s2) v 1 = Kecepatan Tetes Minyak (m/s) r = Jari Jari Tetes Minyak (m) sehingga di dapat nilai jari-jari tetes minyak adalah (1.154 ± 0.004) 10-6 m. 2. Menentukan kecepatan tetes minyak ν 1 Masruroh S Intan airlangga university Page 3

4 Dengan mengunakan rumus s = t 10 4 m maka didapatkan nilai Jadi. kecepatan tetes minyak v 1 = (1.403 ± 0.870) 10 4 m/s. 3. Menentukan nilai muatan listrik menggunakan metode kesetimbangan. Pengukuran muatan listrik dilakukan dengan dimana nilai U 1 adalah 245 volt. q = 6πdην 1 9ην 1 U 1 Sehingga di dapat nilai q = ( ± 0.002)10 19 A.s Perhitungan metode dinamis. 1. Mengukur kecepatan tetes minyak (ν 2 ) dengan mengunakan rumus s = t 10 4 m maka di dapatkan nilai untuk (ν 2 ) = (2.17 ± 0.04) 10 4 m/s 2. Mengukur nilai muatan listrik elektron untuk metode dinamis. Ketika tetes minyak tadi berada dalam posisi diam, kemudian di beri tegangan sebesar 600volt sehingga elektro bergerak lagi. Kecepatan ini di hitung menggunakan rumus q = (v 1+v 2 ) 3/2 18πd v U 1 η A. s Jadi, nilai muatan listrik 2 elektron = (14.07 ± 9.36) A s Pembahasan Eksperimen tetes minyak milikan adalah salah satu eksperimen yang cukup akurat dalam menentukan muatan listrik elektron. Eksperimen ini digunakan untuk menunjukan bahwa muatan bersifat diskret. Sistem yang terdiri dari dua plat keping sejajar, minyak semprot, mikroskop, skala. Pengamatan dilakukan di ruang yang tertutup untuk memudahkan melihat buih tetes minyak karena ukuran nya yang sangat kecil maka pengamatan dilakuakan dengan menggunakan mikroskop. Sehingga berkas akan terlihat jelas. Setelah di dapat gambar berkas yang jelas, di pilih salah satu berkas yang ukuranya cukup besar, supaya mudah diamati. Pada tetes yang dipilih akan bergerak menuju gravtasi (ke atas )pada pengamatan yang menggunakan lensa cembung. Ketika tetes sampai batas skala ukur pengamat menaikan inputan listrik supaya gelembung tetes berhenti.nilai yang tertera sebagai U1. untuk mebuat tetes(gelembung) berjalan turun(pengamat) maka di beri tengangan yang lebih besar lagi, sehingga tetes dapat turun dan di dapat nilai t dan skala nya. Dengan menghitung jarak skala dan waktu yang ditempuh maka kita akan dapatkan nilai v. Setelah didapat nilai v maka kita jari-jari akan dapat dihitung. Kemudian di dapat nilai q. Masruroh S Intan airlangga university Page 4

5 Dari pengamatan di dapat nilai Muatan elektron merupakan diskret (terkuantisasi), yaitu kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar e ( C) yang di dapatkan dalam eksperimen q 2 = dan q 1= merupakan mendekati kelipatan 9 dan 8 dari C. hal ini di mungkinkan bahwa tetes yang minyak yang digunakan merupakan minyak yang terdiri dari atom-atom penyusun lain. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Jari jari tetes minyak adalah sebesar (1.154 ± 0.004) 10 6 m. 2. Besarnya muatan listrik yang diperoleh dari metode kesetimbangan adalah sebesar ( ± 0.002)10 19 A.s. 3. Besarnya muatan listrik yang diperoleh dari metode dinamis adalah sebesar (14.07 ± 9.36) A s. 4. Muatan listrik bersifat diskret, yaitu kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar e (1, C). Daftar pustaka Dosen Fisika Radiasi Buku Petunjuk Fisika Eksperimental. Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya 3. Nugroho, Ardhy P Laporan Praktikum Tetes Minyak Milikan. Laboratorium Fisika Radiasi, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya Masruroh S Intan airlangga university Page 5

6 LAMPIRAN ANALISIS PERHITUNGAN PERCOBAAN MILIKAN Data Pengamatan Delta t 1 Delta t 2 U 1 U Karena statistik yang di dapat memiliki range yang cukup jauh dan akan menghasilkan data yang jelek jika di rata-rata. Maka di rata-rata menggunakan nilai yang saling mendekati. Dengan menggunakan skala Menentukan Kecepatan Tetes Minyak Tabel 1 Analisis Data Metode Kesetimbangan Pengukuran Ke t 2 t Jumlah Rata Rata Keterangan: = jumlah skala t = waktu (s) = 10 = 2 2 = = 0 Masruroh S Intan airlangga university Page 6

7 = 0 Jadi, jumlah skala = (10 ± 0) t = 3.8 s t = t 2 t 2 t = t = t = 0.62 s Jadi. waktu = (3.8 ± 0.62) s Kecepatan tetes minyak v 1 adalah v 1 = s t Dengan s = Maka. v 1 = m v 1 = v 1 = m/s v 1 = v 1 + v 1 t t v 1 = v 1 = t v 1 = v 1 = v 1 = m/s Masruroh S Intan airlangga university Page 7

8 Jadi. kecepatan tetes minyak = (1.403 ± 0.870) 10 4 m/s 2. Menentukan Jari Jari Tetes Minyak r = 9ηv 1 r = r = r = r = r = m Δr = r v 1 Δv 1 r = 1 2 9ηv 1 2 9η v 1 Δr = 3 2 η Δv 1 Δr = Δr = Δr = m Δr = m Jadi. jari jari tetes minyak = (1.154 ± 0.004) 10 6 m 3. Menentukan Nilai Muatan Listrik Elektron Masruroh S Intan airlangga university Page 8

9 a. q = 6πdη ν 1 9ην 1 U 1 q = q = q = A s q = A s q = q v 1 v 1 + q U 1 U 1 q = 6πdην 1 9ην 1 U 1 v 1 + 6πdην 1 9ην 1 U 1 U 1 q = πdην 1 U 1 2 9ην 1 ΔU 1 = q = q = A s Jadi, nilai muatan listrik pada elektron adalah = ( ± 0.002)10 19 A.s Muatan elektron merupakan diskret (terkuantisasi), yaitu kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar e (1, C) yang dirumuskan sebagai berikut: q = ne n = q e n = , n = n 8 (bilangan bulat) Masruroh S Intan airlangga university Page 9

10 Metode Dinamiseliling. Tabel 2 Analisis Data Metode Dinamis U 2 = 600 Volt Pengukuran Ke X t 2 t Jumlah Rata Rata Keterangan: = jumlah skala t = waktu (s) = 10 = 2 2 = = 0 = 0 Jadi. jumlah skala = (10 ± 0) t = 2.45 s t = t 2 t 2 t = t = t = 0.05 s Masruroh S Intan airlangga university Page 10

11 Jadi, waktu = (2.45 ± 0.05) s Kecepatan tetes minyak v 2 adalah v 2 = s t Dengan s = Maka, m v 2 = v 2 = v 2 = m/s v 2 = v 2 + v 2 t t v 2 = v 2 = t t v 2 = v 2 = m/s Jadi, kecepatan tetes minyak (v 2 ) = (2.17 ± 0.04) 10 4 m/s Nilai muatan listrik elektron q = (v 1+v 2 ) U 2 3/2 18πd v 1 η A. s q = q = A. s A. s Masruroh S Intan airlangga university Page 11

12 q = q = A. s A. s q = A. s q = q v 1 v 1 + q v 2 v 2 + q U 2 U 2 3 q = 9πd v 2η π v 1dη v 1 u 2 u v π v 1dη 2 u 2 3 v π v 1d v 1 + v 2 η 2 U u 2 2 q = q = q = A s Jadi, nilai muatan listrik elektron = (14.07 ± 9.36) A s Muatan elektron merupakan diskret (terkuantisasi), yaitu kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar e ( C) yang dirumuskan sebagai berikut: q = ne n = q e n = n = n 9 (bilangan bulat) Masruroh S Intan airlangga university Page 12

13 Masruroh S Intan airlangga university Page 13