PENENTUAN e/m Kusnanto Mukti W/ M Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta

Transkripsi

1 PENENTUAN e/ Kusnanto Mukti W/ M Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta ABSTRAK Eksperien dala enentukan besar uatan elektron pertaa kali dilakukan oleh J.J.Thoson. Dala percobaanya, Thoson enggunakan tabung sinar katoda yang dilengkapi listrik dan edan agnet serta epercepat sinar katoda elalui tegangan tinggi yang keudian dikendalikan dengan edan agnet yang dihsilkan oleh sepasang koil Helholtz. Eksperien ini didasarkan pada eksperien Thoson tersebut, yaitu hubungan perbandingan e dan dapat diperoleh dengan engukur jari-jari sinar r pada setiap nilai arus I dengan beberapa nilai Tegangan V. Nilai e/ diperoleh dari hubungan kesetibangan gaya antara gaya agnet dan gaya sentripetal elektron yang disebabkan adanya edan agnet. Dari data yang diperoleh pada eksperien tersebut, didapati bahwa nilai radius berbanding terbalik dengan nilai penabahan arus listrik pada elektron gun dan berbanding lurus dengan nilai tegangan pada coil Helhoztz. Kata Kunci: Sinar Katoda, Radius Elektron. I. Latar Belakang Tabung sinar katoda adalah tabung hapa udara yang dibuat dengan eanfaatkan teknik pevakuan Geisler yang dapat eancarkan elektron dala bentuk sinar katoda ketika saklar dihubungkan.percobaan ini dilakukan oleh Julius plocker. Keudian peristiwa ini dijelaskan oleh Sir Willia Crockes pada tahun 1879 yang berhasil enunjukkan bahwa sinar katoda adalah berkas sinar beruatan negatif yang oleh Thoson disebut sebagai elektron. Pengukuran nilai uatan elektron (e) dapat dapat diketahui setelah percobaan yang dilakukan oleh J.J. Thoson, yaitu dengan enggunakan peralatan tabung sinar katoda yang dilengkapi dengan Medan listrik dan Medan agnet. Harga e dapat didekati dengan harga perbandingan e/ yang diperoleh dari hubungan antara nilai arus (I), tegangan elektroda (V), dan radius lintasan elektron (r). Hubungan antar ketiganya dapat diketahui dari sifatsifat coil helholzt yang enyebabkan adanya gaya sentripetal yang ebuat elektron berbentu lingkaran dari gaya linier yang tibul akibat perbedaan tegangan listrik antara katoda dengan anoda. Bertolak dari percobaan yang pernah dilakukan oleh Thoson tersebut, eksperien ini encoba untuk ebuktikan kebali hubunganhubungan tersebut. Percobaan engenai sinar katoda adalah salah satu eksperien untuk engetahui kaakteristik dari elektron yang erupakan partikel sub-atoik yang fundaental dala terbentuknya arus listrik. Sehingga eksperien ini penting dilakukan engingat wilayah aplikasi kelistrikan yang sangat luas. II. TINJAUAN PUSTAKA Pada tahun 1891, George Johnstone Stoney enyatakan bahwa sinar katoda terbentuk dari haburan elektron.sinar katoda tidak tapak hanya elalui pengaruh fluoresensi dari statu bahan sinar ini dapat dilacak. Sinar katoda erupakan berkas distribusi elektron yang terbentuk didala tabung sinar katoda. Gabar diatas adalah diagra skeatis bagian-bagian sebuah tabung sinar katoda (pebelokan sinar katoda dala edan listrik). Tabung sinar katoda ini eiliki ruang yang didala tabungnya sangat vaku.

2 Gabar 1: Pebelokan sinar katoda dala edan listrik Suber gabar: Fundaetal Concepts of Cheistry) Keterangan gabar; 1. Jika hanya ada edan listrik, berkas sinar katoda di belokkan ke atas (titik 1). Jika hanya ada edan agnet, berkas sianr katoda di belokkan ke atas (titik ) 3. Jika tidak ada edan listrik dan edan agnet, sinar katoda bergerak lurus (titik 3) Katoda sebelah kiri sangat ditinggikan teperaturnya dengan alat peanas, dan electron-elektronnya enguap dari perukaannya. Penguapan elektrón ini disebut sinar katoda. Sinar-sinar katoda dipercepat elalui tegangan tinggi yang dikendalikan dengan edan agnet yang dibangkitkan oleh sepasang koil.(sears Zeansky, 1986) Jika partikel beruatan (elektron) jika bergerak dengan kecepatan v di daerah dengan kuat edan B, aka pertikel tersebut akan engalai pebelokkan yang diakibatkan oleh tibulnya gaya agnetik (F). Jika uatan elektron adalah e dan kecepatannya v, aka elektron akan engalai gaya agnetik yang besarnya : F = evx B Fs = v Diana: F = Fs Maka: evb = v r Persaaan diatas disebut forula siklotron, karena persaaan tersebut r enggabarkangerak partikel di dala sebuah siklotron (alat peercepat partikel) (Wiyanto, 008). Dala hal ini, J.J. Thoson seorang ahli físika yang berasaldari Inggris pada tahun 1897 elakukan percobaan yangbertujuan untuk encari perbandingan antara besarnya uatan suatu partikel (isalnya elektrón e) dengan assa partikel itu. Thoson engaati bahwa penyipangan partikel di dala tabung yang dilengkapi dengan listrik dan edan agnet yang arahnya tegak lurus. Elektrón dilepaskan dari filaen katoda K, sehingga bergerak enuju anoda yang potensialnya lebih tiggi daripada K. Pancaran elektroda dari K enuju A ini juga disebut sinar katoda. (Tobing, 1986 ) Dala percobaan sinar katoda tersebut terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya elektroagnetik dan gaya sentripetal.gaya sentripetal ini uncul diakibatkan karena bentuk lintasan dari gaya elektroagnetik berbentuk lingkaran. Sehingga pada saat eesuki daerah edan agnetik akan terjadi kesetibangan gaya yaitu antara gaya agnetik dan gaya sentripetal yang diuraikan sebagai berikut : F = Fs evb = v r e = v Br v = ebr Diana ev = 1 v

3 Maka ev = 1 ebr V = e (Br) ; aka e = v (Br) Gabar : Pebelokan sinar katoda dala edan agnet (Suber gabar: Ilu Kiia Untuk Universitas, Jilid 1) Forula dari nilai kecepatan elektron tersebut dapat diperoleh karena berkas elektron di peroleh dengan enggunakan elektron gun dan di percepat elalui beda potensial (V), sehingga akan enghasilkan energi potensial elektron (ev) yang seluruhnya diubah enjadi energi kinetik elektron sebesar ( 1 v ) ketika elektron tersebut encapai ujung yang lain. III. METODE PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dala eksperien sinar katoda sebagai berikut: 1. Seperangkat tabung sinar katoda/tabung Thoson(yang terdiri dari : koil helhozt, pengatur tegangan dan arus listrik, elektron gun, dan sebagainya yang berfungi sebagai objek tepat pengaatan dan pengaturan siste percobaan). High voltage DC power supply (3kV 6kV): Sebagai Suber tegangan asukan pada elektroda yang eicu pergerakan linear elektron 3. Low voltage AC/DC power supply (0V 400V): Sebagai Suber tegangan asukan pada coil helholtz yang eicu edan agnet B yang enyebabkan pergerakan elingkar elektron 4. Suber arus yang dapat bervariabel 0A A 5. Digital apereeter: Alat untuk engukur nilai arus 6. Kabel penghubung: Untuk enghubungkan arus listrik dari satu koponen ke koponen yang lain IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Langkah pertaa yang dilakukan dala percobaan ini adalah erangkai alat utaa yang berupa tabung sinar katoda dengan kuparan helhotz, yang dilengkapi dengan dua buah catu daya, serta sebuah ultieter. Dua buah catu daya digunakan untuk eberi tegangan peercepat bagi elektron, dan tegangan peanas bagi filaen. Pada percobaan ini dilakukan kali percobaan, yaitu dengan variasi arus (I) konstan dan V peercepat konstan. Pengabilan data dilakukan dengan evariasikan nilai tegangan peercepat

4 dan kuat arus yang secara langsung epengaruhi nilai edan agnet. Setiap vaiasi pengukuran diperoleh data tentang jarak AG yang nantinya untuk encari nilai r, yang erupakan ukuran radiasi dari lintasan elektron yang berupa lingkaran. Percobaan pertaa yaitu evariasi arus dari 0.1A hingga AG encapai jarak aksial dengan kenaikan 0.1A, diana nilai tegangannya tetap yaitu 3kV. Sedangkan percobaan selanjutnya yaitu evariasi tegangan dari 3kV hingga 5kV dengan kenaikan 0.3kV, diana nilai arusnya tetap yaitu 0.7A. Gabar 3: Lintasan elektron. Dari gabar di atas dapat dilihat bahwa sinar yang datang dari katoda berbelok, tidak lurus kedepan. Pebelokan sinar ini karena adanya edan listrik negative, aka akan dibelokan (berkas sinar katoda ini tertolak oleh edan negatif). berdasarkan hal ini aka Thoson enyatakan bahwa berkas sinar katoda itu adalah partikel-partikel yang beruatan negatif yang ia sebut sebagai corpuscle. Corpuscle yang diteukan oleh Thoson ini keudian disebut sebagai electron oleh G. Johnstone Stoney Dari gabar di atas jari-jari lintasan elektron dapat dicari dengan ruus: r = AG 80 = AG Dari percobaan diperoleh data sebagai berikut: Percobaan I dengan Vp = 3kV I (A) AG () Percobaan II dengan I = 0,7 A AG () V p (volt) Dari data eksperien di atas aka didapatkan grafik: Percobaan I V p = konstan = 3000V r = V 1 α B Diana y = r = V α x = 1 B Dari percobaan I diperoleh grafik hubungan antara r vs 1 : B y = x aka = = V α α = V = 6000 =.86E α = e =.86E+1 Percobaan II B = konstan B ~ I I = 0.7 A r = αb V Diana y = r = αb x = V

5 Dari percobaan II diperoleh grafik hubungan antara r vs V y = x aka = = αb α = B dianab = ki B = x 0,7 = B = α = x = 1.56E+11 α = e = 1.56E+11 Dari perhitungan grafik diatas diperoleh nilai e 1. Untuk V konstan e =.86E+1. Untuk B konstan e = 1.56E+11 Sedangkan nilai e dari literatur yang ada yaitu 1.76E+08 c/g. Hasil eksperien enunjukkan bahwa untuk nilai V konstan, seakin besar arus listrik, aka AG akin besar pula yang tapi nilai radius (r) seakin kecil.untuk B konstan atau I konstan, seakin besar tegangan listrik V, aka AG seakin kecil yang berarti bahwa nilai radius (r) seakin besar. V. KESIMPULAN Dari hasil eksperien dapat disipulkan bahwa: I. Nilai beda tegangan elektroda peercepat (V) berbanding lurus dengan jari-jarilintasan berkas elektrón (r) untuk setiap nilai arus (I), yaitu seakin besarnilai tegangan aka radiuspun seakin besar pula II. Nilai arus lisrik pada coil Helholzt (I) berbanding terbalik dengan jari-jarilintasan berkas elektrón (r), diana seakin besar nilai arus listrik yang diberikan, nilai radius enjadi kecil. III. Perbandingan harga e/ elalui percobaan yang dilakukan ekuivalen atau endekati harga e/ acuan yang pernah dilakukan oleh J.J.Thoson. VI. DAFTAR PUSTAKA KKeenan; Kleinfelter; Wood, 1989.Ilu Kiia Untuk Universitas, Jilid 1.Jakarta: Erlangga. Musbach, Musaddiq,1996.Fisika Listrik Magnet dan Optik.Jakarta: Pusat Pebinaan dan Pengebangan Bahasa Departeen Pendidikan dan Kebudayaan. Tobing, D. L.,1986. Teori Medan.jakarta : Penerbit Karunika Jakarta Universitas Terbuka. Wiyanto, 008.Elektroagnetika.Yogya karta : Graha Ilu. Zeansky, Sears, Fisika Untuk Universitas Listrik Magnet. Bandung: Bina cipta.

6 VII. LAMPIRAN Percobaan I: V p konstan = 3000V AG I (A) () r () r () r^ B = k.i B^ 1/B^ 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+06 julah 4.941E+09 rata 6.176E r Grafik r vs 1/B y = x E E E E E+06 1 B

7 Percobaan II: B konstan (B ~ I) aka I konstan, I= 0.7 A AG () Vp (volt) r () r () r^ e/ E E E E E E E+11 julah 1.3E+1 rata 1.75E+11 r grafik r vs V y = x V