Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 PENENTUAN NILAI /m ELEKTRON Intan Masruroh S, Anita Susanti, Rza Ruzuqi, Zaky Alam Laboratorium Fisika Radiasi, Dpartmn Fisika Fakultas Sains Dan Tknologi, Univrsitas Airlangga Mulyorjo,Surabaya Email : maz.intan@gmail.co.id Abstrak Pada prcobaan kali kami mlakukan pngmatan trhadap prilaku sbuah lktron trhadap mdan magnt. Dngan tujuan untuk mnntukan nilai /m dngan mnggunakan mdan magnt yang ditimbulkan olh kumparan hlmholtz dan mmplajari sifat mdan magnt yang ditimbulkan olh kumparan hrtz. Pada litratur nilai /m adalah 1,788 10 11. Prcobaan kali ini mnggunakan sprangkat alat /m, sumbr daya tgangan dan arus, multimtr dan tslamtr, powr suply, dan kabl pnghubung. Pada tgangan dan arus trtntumdan magnt akan mmbuat brkas lktron mmbntuk lingkaran. Dngan variasi nilai arus akan di dapat nilaidiamtr lingkaran yang brbda bda. Dari salah satu diamtr kmuadian di variasikan kmbali tgangan nya shingga mnghasilkan arus baru untuk diamtr yang sama maka akan di dapat nilai untuk mnghitung nilai /m. Pada prcobaan ini di dapat nilai /m adalah 0,38 10 11 C/kg. Kata kunci : lktron, hlmholtz, /m, mdan magnt. PENDAHULUAN Pada tahun 1897 J.J Thomson brhasil mngidntifikasikan lktron sbagai suatu partikl. Dngan mngunakan tabung sinar katoda yang dihubuungkan dngan arus dan tgangan, sbagi partikl ngatif khadiran lktron tntu akan mmpngaruhi arus yang dihasilkan. Prcobaan yang di dasarkan pada prcobaan crooks yang mngmbangkan tabung katod prtama yang vakum. Ia kmudian mnunjukkan sinar brpndar yang tampak di dalam tabung trsbut mmbawa nrgi dan brgrak dari katod k anod. Lbih jauh lagi, mnggunakan mdan magntik, ia dapat mmblokkan sinar trsbut dan mndmonstrasikan bahwa brkas ini brprilaku solah-olah ia brmuatan ngatif. Prinsip prcobaan thomson dalam pngukuran ini adalah ktika suatu lktron yang brada di ruang brpngaruh mdan magnt akan mngalami pnyimpangan. Sistm yang di gunakan mrupakan lilitan (kumparan) yang digunakan untuk mnghasilkan mdan magnt dalam suatu ruang, srta tabung katod sbagai pnghasil lktron. Ktika suatu katoda dialiri listrik akan akan mmancarkan cahaya (foton) sbagai lktron yang di hamburkan. Ktika Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 1
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 lktron mmasuki mdan magnt, maka arah kcpatan lktron akan tgak lurus dngan arah mdan magnt. Shingga akan trlihat bntuk pancaran brkas sprti lingkaran. Shingga dapat dihubungkan dngan rumus F = mv dan kcpatan r lktron dianggap sbagai kcpatan kintik V= ½ mv pnyimpangan brkas lktron yang mnbuat sbuah lingkaran maka lktron mmiliki gaya sntriptal yang sama dngan mdan magnt yaitu mv /r = vb shingga substitusi antara kcpatan kintik trhadap gaya sntriptal maka diprolh nilai m = V B r METODE EKSPERIMEN Prcobaan ini mnggunakan konsp mdan magnt trhadap arus listrik. PELAKSANAAN EKSPERIMEN Prcobaan ini dilakukan pada : Hari/tanggal : snin, 7 oktobr 013 Pukul : 1.00 sampai 16.30 WIB Tmpat : Lab. Radiasi, Dpartmn Fisika Univrsitas Airlangga Surabaya. ALAT DAN BAHAN 1. Sbuah st rangkaian /m. Sumbr daya tgangan dan arus 3. Multimtr. Powr supply. Kabl pnghubung 6. Tslamtr PROSEDUR EKSPERIMEN 1. Mmbuat st rangkaian /m ( pada prcobaan kami rangkaian sudah di st sblumnya). Mmastikan tgangan dalam kadaan awal. 3. Mnghubungkan k powr supply.. Nyalakan masing-masing alat, pastikan stiap anggota dapat mnggunakan dan mmbaca alat. a. Prcobaan mngukuur jjari lintasan lktron konstan dngan variasi I. 1. Stlah rangkaian nyala, mngatur tgangan pada 10,7 volt kmudian mmbuat variasi arus pada (1, 1, 1,7 1,9) ampr. Kmudian mngukur jarak (diamtr) brkas lingkaran yang trbntk untuk tgangan 10,7 arus 1, brulang untuk 3 nilai arus lain.. Mngubah tgangan pada 1, volt dan 89,6 volt dngan variasi arus yang sama sprti a.1 dan lakukan pngukuran yang sama. Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 3. Mmilih salah satu diamtr yang trbntuk pada prcobaan sblum ini.. Kmudian mrubah tgangannya, shingga jarak nya brubah. Maka arus harus diubah pula untuk mndapatkan nilai diamatr smula (diamtr yg di pilih ). DATA PENGAMATAN Tabl 1 data pngukuran untuk tgangan dan arus yang brbda V (volt) I (A) d (cm) 10,7 1, 89,6 1, 6 1, 1,7,1 1,9 3, 1, 8 1, 6, 1,7 1,9,7 1, 9, 1, 7 1,7 6 1,9,7 Tabl data pngukuran untuk tgangan dan arus dari diamtr sama d (cm) V (volt) I (A) 8 30,3 1, 31, 1, 88,1 1,3 89,7 1, ANALISIS DATA. Pada prcobaan kali ini kami akan mnntukan nilai /m dngan mnggunkan mdan magnt dalam suatu tabung katod yang di aliri listrik. Ktika blum di bri tgangan brkas lktron akan mngarah k atas (vrtikal). Kmudian saat ada bda potnsial yang ditambahkan maka brkas lktronya akan brubah mnjadi lingkaran. Shingga arah kcpatan nya juga akan brubah karna kumpara yang mnghasilkan magnt di dalam tabung. Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 3
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 (gambar 1. St /m) gambar. ilustrasi v,b Pada gambar 1 mrupakan st alat /m yang brwarna ungu mrupakan sinar brkas katod yang brada dalam mdan magnt. Pada gambar mrupakan ilustrasi gambar arah dan B (mdan magnt skitar) karna dilakukan variasi arus dan tgangan maka akan trjadi banyak lingkaran brkas yang akan di ukur diamtr nya. Prhitungan Dngan mnggunakan prinsip mdan magnt pada brkas yang mlingkar akan sama dngan kc.sntriptalnya dan nrgi kintik lktron V= ½ mv maka F = m v /r dan F= (v x B) (vktor untuk F,v, B) m v /r = (v x B) m v = Br v/br = /m v =(Br)/m dngan substitusi k prs. Ek maka V = ½ mv V = mv V = m ((Br)/m) V = m( B r /m ) V = 1/m (B r ) V/ B r = /m Diktahui skma lktron yang diprcpat adalah sprti brikut : - Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag
A Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 EÉ kk Gb 3. skma tabung st /m E mrupakan mdan magnt yang dihasilkan dari kumparan hlmholtz E = V F = E F = V h Ep = F.h = V h h = V Karna nrgi potnsial lktron ktika pada h=0 dan mmiliki v maka Ep = Ek = V V = ½ mν ν = (V)/ m ν = V m Fb ~ B V B = VB sin θ F = (V B) F = VB Karna yang diukur adalah diamtr mdan magnt yang tramati d =r/ Maka untuk prsamaan r = Vm/ B d = m V B Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 Sdangkan r = mv B r = m V B m r = m V B m r = Vm B r = Vm B d = Vm B d = 8Vm B Dngan mmbrikan nilai B = R /3 μ0 ni Maka d = 8Vm 3 μ0 ni R d = 8Vm R 3 μ0 ni d = m 8VR 3 μ0 ni V (volt) I (A) d (cm) 10,7 1, 89,6 1, 6 1, 1,7,1 1,9 3, 1, 8 1, 6, 1,7 1,9,7 1, 9, 1, 7 1,7 6 1,9,7 Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 6
d (jari-jari mdan) Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 Grafik 1. d trhadap I pada masing-masing volt 90,00 80,00 70,00 y = -63,0x + 137,6 R² = 0,9 y = -76,09x + 170,3 R² = 0,909 60,00 0,00 0,00 30,00 0,00 10,00 0,00 y = -3,73x + 77, R² = 0,990 0 0, 1 1, I Arus (ampr) v 10 v 1, v 89,6 Linar (v 10) Linar (v 1,) Linar (v 89,6) Untuk mnntukan nilai /m di dapat dari nilai rgrsi y = mx + n d = m 8VR 3 μ0 ni Shingga y = m 8VR 3 μ0 ni d x = 8VR 3 μ0 ni maka /m untuk masing-masing voltas adalah (/m)1 untuk 10,7 volt = -3,37 (/m) untuk 1, volt = -63,0 (/m)3 untuk 89,6 volt = -76, 09 Sdangkan grafik untuk d trhadap V untuk masing-masing I adalah Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 7
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 0,00 0,00 30,00 0,00 10,00 0,00 y = 0,3x - 8,91 R² = 0,988 y = 0,160x +,07 R² = 0,99 y = 0,13x - 6,8 R² = 1 0 100 00 300 00 1, a 1, a 1,7 a 1,9 a Linar (1, a) Linar (1, a) Linar (1,7 a) Linar (1,9 a) Tabl data pngukuran untuk tgangan dan arus dari diamtr sama d (cm) V (volt) I (A) 8 30,3 1, 31, 1, 88,1 1,3 89,7 1, Tabl. data pngukuran untuk tgangan dan arus brbda dngan diamtr sama I I V D (m) d R I/ d 1/ d 1, 1, 31, 0,080 0,006 0,16 187,00 16,0 1,3 1,69 88,1 0,080 0,006 0,16 03,1 16,0 1, 1,96 89,7 0,080 0,006 0,16 18,70 16,0 1,, 30,7 0,080 0,006 0,16 3,37 16,0 Dngan mmbuat x=v, dan y=i maka diprolh tabl No Y y x x x.y 1 1, 1, 31, 33,0 77,0 1,3 1,69 88,1 83001,610 37,30 3 1, 1,96 89,7 8396,090 0,80 1,, 30,7 9167,90,00 Jumlah, 7,3 1111,700 31008,30 111,600 Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 8
tgangan (V) Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 30 300 0 y = 78,9x + 13,1 R² = 0,70 00 10 100 Sris1 Linar (Sris1) 0 0 0 0, 1 1,, Arus ( I ) Grafik untuk V trhadap I Untuk nilai jari-jari mdan magnt yang sama maka hubungan V trhadap I digunakan dalam pngukuran /m untuk diamtr sama. Untuk mnntukan Nilai k dari prsamaan V = k I. Untuk diamtr brnilai sama di gunakan prsamaan : V = m 3 μ 0 nd R I V = ki dngan k = m 3 μ 0 nd R k = 8μ 0 n d 1m R Prsamaan y = 78,9 x -13,1 idntik dngan V = k I, dimana nilai k= m. Jadi nilai k = 78,9 Nilai /m Elktron = 1,6 x10 19 m lktron = 9,11 x10 8 Kg Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 9
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 μ 0 = πx10 7 Hm 1 n = jumlah lilitan kumparan = 10 R = jari jari kumparan = 0,1m untk mnntukan nilai K dari prsamaan V = k I k = 8μ 0 n d 1mR 78,9 = 8( 3,1 10 7 ) (10) (0,1) 1m(0,08) 78,9 = 1,163 10 9 0,8 m 78,9 = m 1,163 10 9 0,8 78,9 = 1,37 10 9 m /m = 0,38 10 11 Prbandingan /m Prsntas ksalahan m litratur m hasil m litratur 100% Prsntas ksalahan 1,788 1011 0,38 10 11 PEMBAHASAN 1,788 10 11 100% = 69% Dalam prcobaan diatas bsaran yang diukur scara langsung adalah tgangan (V), dan diamtr (m). Pada awal pcobaan smua tgangan dan arus dalam kadaan nol. Karna blum ada mdan magnt yang dihasilkan. Saat kumparan hlmholtz di rubah arusnya dari nol k 1, akan trjadi bda potnsial yang mnybabkan adanya F yaitu hasil kali antara mdan magnt dan lktron. Prbdaan ktinggian dari anod k katod juga mnybabkan lktron mmiliki nrgi potnsial Ep= V. Dan lktron mmiliki kcpatan juga mmiliki nrgi kintik lktron = ½ mv bntuk lingkaran dari brkas cahaya ynag trjadi mrupakan fk gaya lorntz. Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 10
Pnntuan Nilai E/m Elktron 013 Dimana gaya yang trjadi harus tgak lurus trhadap nilai B dan V. Shingga F = (V x B) = (V x B) = (VB sin θ) =VB. Ktika suatu lktron brada dalam suatu kadaan yang tidak ada mdan magnt maka lktron hanya akan brgrak k dalam atau k luar saja. Ktika di bri mdan magnt maka lktron akan brgrak agak mlngkung k bawah. Yang smakin mlingkar. Pada prcobaan di atas nilai /m di dapat dari rumus V = m 3 μ 0 nd R I Untuk nilai d yang sama maka dari rgrsi grafik V trhadap I di dapat nilai k = 3 μ0 nd m R dimana R bsar adalah jari-jari kumparan hlmholz dan d aalah diamtr yang sama untuk V dan I yang bvariasi. Shingga di dapat nilai /m = 0,38 10 11 C/kg. KESIMPULAN Dari prcobaan ini dapat dilihat bahwa mdan magnt yang ditimbulkan olh kumparan hlmholtz akan mmpngaruhi brkas sinar yang di pancarkan olh tabung katod. Shingga dapat di ktahui bahwa sinar yang di pancarkan mngandung lktron Nilai lktron pr massa dari pngamatan adalah 0,38 10 11 C/kg. Mnyimpang 69% dari litratur. Daftar Pustaka 1. http://labs.physics.dur.ac.uk/lvl1/projcts/script/mratio.pdf&prv=/sar ch%3fq%3dhlmholtz%bcoil%bxprimnt%b/m%6nwwindow %3D1. Dosn Fisika Radiasi. 011. Buku Ptunjuk Fisika Eksprimntal. Dpartmn Fisika, Fakultas Sains dan Tknologi, Univrsitas Airlangga, Surabaya. Masruroh S Intan Airlagga Univrsity Pag 11