TEKNIK LABORATORIUM I

Transkripsi

1 TEKNIK LABORATORIUM I PERCOBAAN TETES MINYAK MILIKAN Oleh : PRIMASARI NUR ARIF ( ) WAHYUNI FAJAR ( ) IWAN WICAKSONO ( ) PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JEMBER 2010

2 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang Percobaan Milikan disebut sebagai percobaan oildrop karena dirancang untuk mengukur muatan listrik. Percobaan ini disebut Milikan karena pada tahun oleh Robert A. Milikan melakukan percobaan dengan meneteskan minyak melalui dua plat logam dengan beda potensial yang dapat diatur sehingga gaya elektrolistrik mampu membuat tetes minyak berhenti. Minyak jatuh dengan percepatan tetapi dengan adanya gaya gesekan sehingga kecepatannya minyak tetap (kecepatan termal). Jika kedua plat diberi tegangan, maka partikel (tetesan minyak) yang merupakan partikel elektron (+) sedangkan yang bergerak ke bawah adalah proton (). Tetesan yang mengalami ke atas dapat berupa gaya stokes, gaya Archimedes, dan gaya gerak ke bawah. Selain itu dalam percobaan ini dengan menyeimbangkan gaya gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada diantara dua plat konduktor. Pada rangkaian tetes minyak Milikan menggunakan peralatan seperti Milikan Oildrop apparatus, adaptor DC 12 Volt, high voltage DC power supply, multimeter digital, atomizer + minyak, stopwatch, dan barometer. Setelah semua peralatan siap, lampu halogen dan adaptor DC 12 Volt dinyalakan. Jarum pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber kemudian diamati melalui mikroskop. Atomizer disemprotkan kedalam chamber yang telah dibuka setelah terisi pindahkan pada posisi ionisasi tunggu beberapa detik kemudian pindahkan ke posisi off. Setelah itu amati tetesan minyak yang telah disemprot tersebut pada mikroskop. Atur jarak yang telah ditentukan baik pada saat kecepatan naik maupun turun. Amati waktu yang digunakan pada saat kecepatan turun maupun kecepatan naik, waktu yang digunakan untuk melintasi skala utama sekiar 15 detik. Eksperimen tetes minyak Milikan dapat menambah wawasan tentang menentukan muatan satuan elektron (e), menetukan bilangan Avogadro (N), berdasarkan persamaan Faraday, dan mengetahui sifat diskrit dari muatan elektron. Dengan demikian dapat diketahui bahwa muatan listrik elektron sangat penting untuk dipelajari selain itu banyak gejala gejala fisika yang dapat terjawab, seperti adanya sifat magnet, mengalirnya arus listrik, peristiwa ikatan atom yang ada hubungannya dengan elektron. Dengan pengetahuan tersebut dapat menuju kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. 1.2Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari eksperimen ini adalah : 1. Bagaimana menentukan muatan satuan elektron (e)? 2. Bagaimana menentukan bilangan Avogadro (N) berdasarkan persaman Faraday? 3. Bagaimana sifat diskrit dari muatan elektron? 1.3Tujuan Adapun tujuan dari eksperimen ini adalah : 1. Menentukan muatan satuan elektron (e). 2. Menentukan bilangan Avogdro (N) berdasarkan persamaan Faraday.

3 3. Menunjukkan sifat diskrit dari muatan elektron. 1.4Manfaat Dengan adanya eksperimen tetes minyak Milikan ini dapat menambah wawasan bagi mahasiswa karena dapat menentukan muatan satuan elektron (e), menentukan bilagan Avogadro (N), dan menunjukkan sifat diskrit dari muatan elektron. Selain itu, dalam kehidupan juga merupakan suatu penemuan penting yang dapat menjelaskan fenomena fisika seperti adanya sifat magnet, mengalirnya arus listrik, peristiwa ikatan atom yang ada hubungannya dengan elektron yang kemudian menjadi dasar perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Elektron merupakan partikel dasar penyusun atom yang ditemukan dengan menggunakan tabung kaca yang bertekanan sangat rendah yang tersusun dari plat logam sebagai elektroda pada bagian ujung tabung. Elektroda dengan kutub negative (katoda), dan elektroda dengan kutub positif (anoda). Elektron mempunyai peran yang besar dalam memahami gejala kelistrikan dan kemagnetan sampai pada saat ini. J.J Thompson melakukan percobaan tabung sinar katoda yang menghasilkan tetapan standard e (e/m). Pada tahun oleh Robert A Milikan melakukan percobaan Milikan yang disebut sebagai percobaan oildrop karena dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Percobaan ini dilakukan dengan menyeimbangkan gaya gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang berada diantara dua plat elektroda. Tetesan yang mengalami gaya ke atas berupa gaya stokes, gaya Archimedes, dan gaya gerak ke bawah. Jika kedua plat diberi tegangan, maka partikel (tetesan minyak) akan bergerak. Partikel yang bergerak ke atas disebut partikel elekton (+) dan partikel bergerak ke bawah disebut proton().jomla Medan listrik yang dihasilkan dari kedua plat akan menarik muatan listrik dari tetesan minyak bagain atas, dan jika beda tegangan diatur agar bisa mengimbangi pada tetes minyak maka partikel partikel minyak yang mengandung muatan tersebut akan melayang karena adanya gaya keseimbangan. Pada keadaan ini gaya gravitasi sama dengan elektrostatik sehingga muatan dapat diketahui besarnya. Secara umum muatan nya dapat diperoleh melalui : F listrik qe = W = mg q = (1) milikan mengamati bahwa hasil dari muatan listrik yang diperoleh selalu kelipatan dari 1, ¹ ⁹ C, sehingga dari percobaan tetes minyak Milikan diperoleh harga muatan yang dimiliki oleh partikel kecil elektron.

5 Jadi bilangan tersebut disebut e = 1,602 x 10 ¹ ⁹ C. Dari hasil harga muatan elektron (e) maka secara akurat dan telah menunjukkan bahwa sifat muatan diskrit yang artinya elektron ada di dalam bentuk paket paket yang disebut kuanta.djuhana Dalam percobaan ini elektron dapat bergerak ke atas dan ke bawah. Gaya gaya ke atas dengan medan listrik yang terjadi pada percobaan ini adalah : 1. Gaya berat karena setiap benda yang mempunyai massa pasti mengalami yang berat dimana W = mg 2. Gaya stokes merupakan gaya ke atas, semua berada jauh baik di dalam air yang akan mengalami gaya ke atas sehingga terjadi penghambatan sampai kecepatan menjadi konstan. Fs = 6 π r Vr 3. Gaya listrik pada plat konduktor diberi beda potensial (V). Fl = qe Pada gaya ke atas terpenuhi kesetimbangan gaya Gambar 2.1 gaya gaya pada tetes minyak milikan Sumber : Fg = Fs (2) Mg = kvf (3) Dimana m massa mimyak dimuati yang kemudian diletakkan diantara dua plat konduktor yang berbeda tegangan sebesar ΔV maka tetes mimyak dapat bergerak ke atas. Potensial listrik di suatu tempat dalam ruangan sebagai usaha yang dilakukan oleh suatu satuan muatan listrik apabila muatan dibiarkan bergerak menuju tempat jauh tak terhingga. (Soedojo, 1998). Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan m= persamaan di atas menjadi: e n = πα 3 σg.. (4) πα 3 σ, sehingga Percobaan yang dilakukan oleh millikan dapat menyingkap secara meyakinkan bagiamana sifat muatan listrik dan harga muatan suatu elektron (e n ) maupun bilangan Avogadro (N) dalam satuan sistem internasional yaitu dengan persamaan: e n = πα 3 σg 3/2..(5)

6 Sedangkan bilangan Avogadro (N) adalah: N = (6) e n = muatan tetes minyak (Columb) Dalam percobaan ini bukan hanya memahami elektron, medan listrik tetapi juga mekanika fliuda yang berperan dalam percobaan ini. Dimana fluida merupakan aliran atau garis garis arus dalam medan aliran yang dibuat pada saat waktu tertentu, sehingga kecepatan fluida pada setiap titik dalam garis merupakan garis singgung terhadap garis arus. Partikel pertikel fluida bergerak rambang. Apabila zat warna yang disuntuikkan ke dalam arus akan tersebar dan berdifusi keseluruh medan aliran. (Pitts, 1987). BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah : 1. Milikan oildrop Apparatus berfungsi untuk merubah tegangan (+ atau ) sehingga akan merubah arah gerak tetes minyak. 2. Adaptor DC 12 Volt berfungsi untuk menghasilkan tegangan DC 12 Volt pada lampu halogen. 3. High voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan. 4. Multimeter digital berfungsi sebagai pengukur tegangan. 5. Atomizer + minyak (σ = 886 kg/m³) berfungsi untuk menyemprotkan minyak Milikan ke dalam chamber. 6. Barometer berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan udara pada saat pelaksanaan eksperimen. 3.2Desain Adapun desain dari rangkaian tetes minyak Milikan ini adalah :

7 Gambar 3.2 susunan eksperimen tetes minyak Milikan 3.3Langkah Kerja Adapun urutan langkah kerja yang harus dilakukan eksperimen ini adalah : 1. Peralatan disusun seperti gambar Setelah peralatan siap, lampu halogen dinyalakan dengan memasang adaptor DC 12 Volt. 3. Jarum pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber kemudian diamati melalui mikroskop, lensa belakang diatur sehingga dapat teramati dengan jelas pada jarum pemfokus. Sedangkan lensa depan diatur sehingga dapat terlihat grid dengan jelas. Kemudian jarum pemfokus dipindahkan dari chamber. 4. Atomizer yang berisi minyak disiapkan pada posisi siap disemprot,arahkan nozzle atomizer tegak lurus pada lubang chamber. Switch ionization source lever dipindahkan pada posisi SRAY DROPLET. 5. Sambil chamber diamati melalui mikroskop, atomizer disemprot dengan dua kali tekan agar tetes minyak dapat terdorong masuk ke dalam chamber. 6. Bila sudah terlihat hujan tetesan tetesan minyak ionization segera dipindahkan pada posisi OFF. 7. Plat konduktor diposisikan pada posisi nol (ground). Dipilih satu tetes yang memiliki kecepatan sekitar 0,02 0, mm/s, kemudian dicatat kecepatan jatuh tetes minyak tersebut. Jarak skala utama sebesar 0,5mm. waktu yang diperlukan untuk melintasi skala utama diperkirakan sekitar 15 detik. 8. Dengan menembakkan sinar alpha, ionization lever dipindahkan keposisi ON selama 3 4 detik untuk diberi muatan yang sama pada tetes. Pada plat konduktor diberi tegangan DC dan switch dari nol dipindahkan ke positif. Dengan diubah tegangan tegangan (+ atau ) maka akan merubah arah gerak tetes minyak agar bergerak ke atas, kemudian dicatat kecepatan naik tetes minyak pada tabel pengamatan. 9. Tegangan pada plat konduktor (ground) dilepas, maka tetes akan jatuh dan kecepatan jatuh dicatat pada tabel pengamatan.

8 10.Pengukuran dilakukan sebanyak 11 pasang baik kecepatan naik maupun kecepatan turun sebaiknya menggunakan satu tetes minyak saja. 3.4Analisa Data Adapun analisa data yang akan digunakan dalam eksperimen ini adalah : Hambatan termistor: Tekanan ruang: Pengukura n tetes ke 1 s/d 11 Kecepatan turun Kecepatan naik Muatan Jarak (m) Waktu (s) Jarak (m) Waktu (s) tetes minyak (C) 3.5Metode Analisis Adapun metode analisis dari eksperimen ini adalah : Untuk menentukan kecepatan naik dan turun digunakan rumus: dimana : v = Kecepatan tetes minyak ( ) s = Jarak tempuh tetes minyak (m) t = Waktu (s) Ralatnya : ; dimana : dan Untuk menentukan jarijari tetes minyak millikan untuk setiap data dimana : a = jarijari tetes minyak (m) = viskositas udara ( ) = kecepatan jatuh stasioner g = percepatan gravitasi = rapat massa minyak

9 = rapat massa udara Ralatnya dimana : Untuk menentukan muatan elektron digunakan rumus dimana: = rapat massa udara = viskositas udara ( ) g = percepatan gravitasi Ralat dimana: Dikrepansi Menentukan bilangan Avogadro (N)

10 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Hasil Data hasil percobaan percobaa n kejarak turun waktu jarak naik waktu Rata rata

11 a. Perhitungan s dan t s t turun t naik t^2 turun t^2 naik d. Beberapa perhitungan penting b. Kecepatan naik dan turun vf vr E E c. Ralat kecepatan naik dan turun Turun v/ s v/ t v vf E E E Naik E E E ρ ρ0 η σ 1.87E e. Ralat untuk radius tetes minyak untuk af vf a/ v af af E E E E07

12 f. Muatanmuatan tetes minyak Ralat untuk muatan tetes minyak d af ρ b V vf vr vf vr p E E E E E E E g. Ralat untuk en/ a en/ v f en/ v r en/ p enf enf(p ) enf E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E18

13 8E16 4E E16 6E16 E15 2E10 9E18 2E10 3E E16 3E16 8E15 1E10 6E18 4E10 6E18 h. Nilai elektron (e) e 1.69E+01 i. Diskrepansi j. Bilangan Avogadro (N) N E+25 k. Grafik

14 4.2 Pembahasan Pada percobaan tetes minyak milikan ini mencoba untuk menganalis tentang kecepatan naik dan kecepatan turun dengan menggunakan Milikan oil drop apparatus untuk mengetahui sifat diskrit muatan elektron, menentukan muatan satuan elektron (e) dan dapat Menentukan bilangan Avogadro (N) berdasarkan persamaan Faraday. Percobaan pertama yang dilakukan adalah dengan mengamati kecepatan turun dari minyak akibat adanya pengaruh gravitasi. Kecepatan turun tetesan semakin cepat dan waktu pada saat tetes minyak turun tidak beraturan sehingga dari data yang diperoleh menunjukkan hasil yang tidak stabil. Dengan jarak yang di butuhkan pada saat turun adalah 0.00 m. Percepatan elektron pada kecepatan turun ini lebih kecil daripada kecepatan naik. Pada percobaan yang kedua yaitu kecepatan naik, yang ditimbulkan adanya gaya Stokes ke atas. Dari hasil pengamatan bahwa semakin lama kecepatannya semakin lambat dan data yang diperoleh tidak stabil sehingga nilainya acak sama seperti yang terjadi pada nilai kecepatan turun. Percepatan elektron pada kecepatan naik lebih besar daripada kecepatan turun. Hal yang menyebabkan kecepatan naik lebih besar dari kecepatan turun karena dipengaruhi dari pemberian tegangan listrik setiap kecepatan naik. Untuk memperoleh kecepatan keatas maka pada lempeng atau plat di beri beda potensial sehingga tetes minyak mengalami gaya keatas (Stokes) yang dipercepat oleh adanya beda potensial tersebut. Agar tetes minyak dapat bergerak ke atas, maka tetes minyak perlu diberi muatan yaitu dengan menembakkan sinar alfa. sinar alfa yang ditembakkan sebaiknya tidak berlebihan karena dapat membuat muatan pada tetes minyak tersebut menjadi netral. Dari hasil percobaan muatan elektron memiliki sifat diskrit yaitu elektron ada di dalam bentuk paket paket yang disebut kuanta. Harga muatan elektron menurut teori yaitu C, sedangkan hasil dari eksperimen untuk nilai e bekisar 10ˉ¹ ⁸, hasil yang diperoleh hampir mendekati kata sempurna dan hampir sesuai dengan teori, karena selisih pangkatnya tidak begitu jauh. Sedangkan nilai dari bilangan Avogadro (N) yang diperoleh x10² ⁵, nilai bilangan Avogadro (N) yang diperoleh dari pengamatan dengan menggunakan nilai e yang di dapat. Sehingga dari sini dapat diperoleh grafik hubungan antara muatan elektron dan jumlah elektron, hasil yang diperoleh sesuai dengan yaitu garis linier. Dari eksperimen yang telah dilakukan bisa dikatakan cukup bagus walaupun ada sedikit kendala pada saat akan mengamati elektron karena terlalu banyak elektron sehingga untuk memilih satu elektron

15 butuh ketelitian yang sangat besar agar memperoleh nilai yang akurat dan waktu yang dibutuhkan juga sesuai dengan teori. BAB 5 PENUTUP 5.1Kesimpulan Adapun kesimpulan dari eksperimen ini adalah 1. kecepatan turun tetesan semakin cepat sehingga dari data yang diperoleh menunjukkan hasil yang tidak stabil. Percepatan elektron pada kecepatan turun ini lebih kecil daripada kecepatan naik. 2. semakin lama kecepatannya semakin lambat dan data yang diperoleh tidak stabil sehingga nilainya acak seperti yang terjadi pada nilai kecepatan turun. Percepatan naik lebih besar daripada kecepatan turun. 3. Dari hasil percobaan muatan elektron memuliki sifat diskrit yaitu elektron ada di dalam bentuk paket paket yang disebut kuanta. Harga muatan elektron yang menurut teori yaitu C, sedangkan hasil dari eksperimen untuk nilai e bekisar 10ˉ¹ ⁸, hasil yang diperoleh hampir mendekati kata sempurna dan hampir sesuai dengan teori, karena selisih pangkatnya tidak begitu jauh. Grafiknya berupa garis linier yang sesuai dengan teori. 4. Nilai dari bilangan Avogadro (N) yang diperoleh x10² ⁵, nilai bilangan Avogadro (N) yang diperoleh dari pengamatan dengan menggunakan nilai e yang di dapat. 5.2Saran Bagi tiap praktikan sebelum melakukan eksperimen di mohon dapat memahami dan mempelajari materi tentang apa yang akan dilakukan pada saat eksperimen. Agar tidak akan terjadi kesalahan dalam mengamati, sehingga dapat memperoleh nilai yang akurat dan sesuai dengan teori. Selain itu alat alat yang akan digunakan juga harus dipersiapkan agar tidak menghambat jalannya eksperimen.

16 DAFTAR PUSTAKA Azman, Nur Teori dan Soal Penyelesaian Modern. Surabaya : Sinar Wijaya Dede Djuhana Milikan. utoronto.ca/iyearlab/milikan.pdf.7 November 2009 Jomla statis. 29 Oktober Soedojo, Peter Azas Azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta Pitts, Donald R Perpindahan kalor : Jakarta. Erlangga