LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA I

Zudah Sima’atul Kubro

G74120023

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

TETES MINYAK MILLIKANRekan Kerja :1. Pina Widi Ilahi G741200122. Astuti A G741200383. Nuvitariani G74120081

Asisten :Dadi Irawan (G74110020)

2

Judul

Tetesan Minyak Millikan

Tujuan

1. Menentukan muatan tetesan minyak

2. Mengamati sifat diskrit muatan (kuantisasi muatan) pada tetesan minyak

Peralatan dan Bahan

1. Set peralatan Millikan Oil Drop

2. Minyak nonvolatil

3. Sumber tegangan

4. Multimeter

5. Laptop

6. Kamera

7. Tissu

Dasar Teori

Elektron merupakan suatu partikel yang bermuatan negatif.semua konsep fisika yang berhubungan dengan hal yang bersifat mikroskopis maka akan disinggung sifat elektron diantaranya komponen nilai muatannya. Sehinnga perann nilai muatan elektron sangat penting misal daalam aspek kelistrikan misal tentang arus listrik yang dinyatak sebagai muatan per waktu. Namun hal yang paling penting yakni nilai muatan elektron tersebut diperoleh dari proses apakah dan ternyata proses penentuan mustsn elektron teersebut diperoleh dari percobaan tetes minyak milikan , sehingga akan dilakukan percobaan tets milikan untuk mengetahui komponen jari-jari butiran minyak serta muatannya (Widodo dkk 2011).

Robert milikan melakukan percobaan tetes minyak milikan dengan penggunaan beberapa konsep dasar diantaranaya viskositas. Viskositas terjadi pada fludia ketika fluida mengalir dengan kecepatan yang berbeda misal pada pipa. Perbedaan kecepatan terjadi dimana kecepatan di dekat permukaan yang bergerak lebih cepat dari pada dengan jauh. Viskositas diperngaruhi oleh koefisien

3

viskositas suatu zat (η), luas permukaan bergerak (A)serta panjang tempuh bergerak (x)[1].

Setelah itu terdapat konsep hukum stokes yakni ketika benda yang sangat kecil melewati alirann fluida maka akan mengalami gaya hambat sebesar

Fr=6 πη rv (1)

Selain gaya stokes , terdapat pula gaya gravitas (Fg), gaya archimedes (Fa) seperti teori viskositas bola jatuh bebas yakni seperti gambar berikut.

Gambar 1. Viskositas bola jatuh

sehingga ketika butiran jatuh bebas per samaannya menjadi

Fg=moil .g (2)

Fa=mL .g (3)

maka

(4)

jika

maka (5)

dan jika

maka

(6)

sehingga

(7)

Maka nilai jari-jari butiran minyak sebe

4

(8)

Dan ketika butiran minyak pada plat potensial dipengaruhi medan listrik . Medan listrik disini berpengaruh sebagai penimbul gaya lorentz yang dapat menggerakkan muatan karena ada gaya tersebut sehinnga F = qE dan juga E=U/d maka

(10)

Atau (11)

Ketika butiran minyak dalam kondisi seimbang maka

(12)

Maka muatan ketika benda hanya terdpat v turun = v1 maka

(13)

namun ketika butiran minyak proses du arah dimana v turun =v1 dan v naik = v2 maka

(14)

Dengan penambahan (-koreksi Chunningham) qc maka

(15)

(Widodo 2011).

5

Data dan Pengolahan data

Hasil Eksperimen

Tabel 1 kecepatan tetesan minyak

No Tetesan Minyak

Kecepatan saat turun (gravitasi)

Kecepatan saat naik (Medan

listrik)

Kecepatan saat turun (Medan

Listrik)1 A 2,72 x 10-5 m/s 6,10 x 10-5m/s 1,30 x 10-4m/s

2 B 2,27 x 10-5m/s 1,00 x 10-4 m/s 1,60 x 10-4m/s

3 C 1,80 x 10 -5 m/s 8,33 x 10-5m/s 8,70 x 10-5m/s

4 D 3,18 x 10-5m/s 6,25 x 10-5m/s 2,50 x 10-4m/s

5 E 2,00 x 10-5m/s 5,00 x 10-5m/s 1,25 x 10-4m/s

Menghitung Muatan Elektron

Definisi simbol-simbol yang digunakan, dalam satuan SI:

q – muatan, dalam coulomb, yang dibawah oleh tetesan (droplet)

d – jarak pisah pelat-pelat di dalam kondenser dalam m

– kerapatan (density) minyak = 886 kg/m3

g – percepatan gravitasi dalam = 9.8 m/s2

– kekentalan (viscosity) udara = 1.81x10-5 Ns/m2 (poise)

b – konstanta, sama dengan 8.20 x l0-3 Pa.m

p – tekanan barometrik = 101,3 x 103 Pa

a – radius tetesan dalam m

vf– kecepatan jatuh dalam m/s

vr– kecepatan naik dalam m/s

V – perbedaan potensial yang melintasi pelat-pelat dalam volt

6

Prosedur Penghitungan Muatan Elektron

1. Menggunakan persamaan (7) (page 2), hitung radius (a) tetesan minyak:

a=√( b2 p )

2

+9 v f

2 gρ− b

2 p

2. Substitusi a dari persamaan diatas untuk mencari massa (m) tetesan minyak:

m = 4/3 a3

¿ 43

π [√( b2 p )

2

+9 v f

2 gρ− b

2 p ]3

3. Substitusi m dari perhitungan di atas kedalam persamaan (3) untuk memperoleh muatan yang dibawa oleh tetesan (q). Gunakan formula yang diturunkan pada pendahuluan untuk menghitung muatan elektron (diturunkan dari persamaan 10):

q=43

πρg [√( b2 p )

2

+9 vf

2 gρ− b

2 p ]3

( vf +vr )E v f

Catatan:

1. Nilai untuk e yang diterima adalah 1.60 x 10-19 coulomb.2. Persamaan (10) ekivalen dengan persamaan di atas, jika E (e.s.u.) = V

(volts)/300d (cm)

Tabel 2Data Hasil Perhitungan

No Tetesan Minyak Jari-jari Massa Muatan

1 A 4.663 x 10-7 3.761 x 10-16 3.274 x 10-17

2 B 4.227 x 10-7 2.801 x 10-16 1.454 x 10-17

3 C 3.724 x 10-7 1.916 x 10-16 5.682 x 10-17

4 D 5.072 x 10-7 4.839 x 10-16 2.994 x 10-17

5 E 3,945 x 10-7 2.277 x 10-16 3.534 x 10-17

Rata-Rata 0,4334 x 10-6 4.326 x 10-16 3.898 x 10-16

7

Menghitung Persentase Error Muatan

% error=|q (ksperimen)−q(rata−rata)|

q(rata−rata)x100 %

% Akurasi=100 %−%error

Tabel 3Data Hasil Perhitungan

No Tetesan Minyak % error % Akurasi

1 A 3,36 % 96,6 %

2 B 57,1 % 42,9 %

3 C 67,7 % 32,3 %

4 D 11,6 % 88,4 %

5 E 4,31 % 95,7 %

Pembahasan

Pada tahun 1911 melakukan percobaan laboratorium untuk mengukur

besarnya muatan elektron e, serta untuk menentukan apakah muatan yang

terkuantisasi (di lain kata-kata, untuk melihat apakah muatan dalam kelipatan

bilangan bulat dari e). Sangat menarik untuk dicatat bahwa Profesor Millikan

mendapat Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1923 untuk mengukur

muatan pada elektron, berdasarkan Percobaan yang terkenal JJ Thompson dari

1897. Profesor Millikan konsep bahwa ada dua jenis muatan listrik, positif dan

negatif, yang pertama kali diusulkan oleh Benjamin Franklin pada tahun 1747,

tidak sampai 1891 Dr G. Johnstone Stoney mengungkapkan bahwa elektron

adalah nama dari unit alami listrik. Kemudian Profesor Millikan membuat

8

beberapa inovasi untuk meningkatkan percobaan. Pertama, tetesan minyak yang

digunakan bukan air, untuk mengurangi kecenderungan tetesan menguap saat

percobaan sedang dilakukan. Kedua, tingkat rendah sumber radioaktif digunakan

untuk menambah muatan pada tetesan. Ketiga, medan listrik yang besar

digunakan sehingga tetesan yang jatuh karena gravitasi dapat dibawa kembali lagi

dengan menambah medan. Hal ini memungkinkan pengukuran pada tetesan yang

sama harus dilakukan berulang-ulang, dengan Sumber radioaktif yang digunakan

untuk mengubah jumlah muatan pada tetesan tersebut (Ulab 2011).

Apparatus tetes minyak Milikan terdiri dari sebuah tabung yang

didalamnya terdapapat mikroskop, sprayer, sinar x, pelat logam bermuatan positif

dan pelat logam bermuatan negatif. Mikroskop atau teropong digunakan untuk

melihat atau memperbesar ukuran dari tetes minyak, Sprayer atau alat penyemprot

digunakan untuk menyemprotkan minyak sehingga membentuk tetesan kecil

dimana tetes minyak tersebut akan melewati lubang pada pelat logam bermuatan

positif yang terdapat pada bagian atas. Sinar x byang ada pada tabung akan

menerangi tabung. Hal ini menyebabkan udara menjadi terionisasi, sehingga

elektron-elektron akan melekat pada tetes minyak, sehingga tetes minyak menjadi

bermuatan listrik negatif. Ada yang menyerap satu,dua, atau lebih elektron. Jika

pelat logam tidak diberi beda potansial, tetes-tetes minyak tetap jatuh karena

pengaruh grafitasi (Mukafah 2013). Dengan adanya pelat logam bertegangan yang

berada di bagian atas tabung dan di bagian bawah tabung ruang bawah ini, akan

mampu menghasilkan tegangan listrik. Medan listrik yang dihasilkan di dalam

ruang bawah dengan tegangan ini akan berpengaruh pada tetes minyak, jika

tegangan yang dikenakan tepat, gaya elektromagnetik akan menyeimbangkan

9

gaya gravitasi pada drop, dan drop akan menggantung melayang di udara karena

mengalami gaya tolak listrik. Sesuai dengan hukum coloumb, tetes minyak yang

mengikat lebih banyak elektron akan tertolak lebih kuat. Pergerakan tetes minyak

dapat dilihat menggunakan mikroskop (McAllister 2003).

Berdasarkan data yang diperoleh dari tabel 1, dapat diketahui bahwa rata-

rata dari kesemua tetesan minyak, kecepatan gravitasi nya lebih kecil

dibandingkan dengan kecepatan medan listrik saat naik. Namun dapat dilihat juga

bahwa kecepatan medan listrik saat tetesan minyak naik rata-rata lebih besar juga

daripada kecepatan medan listrik saat turun. Kecepatan gravitasi yang terdapat

pada tetesan air juga berbeda dengan nilai gravitasi yang sesungguhnya yakni 9,8

m/s2. Nilai gravitasi yang di dapatkan berdasarkan percobaan mempunyai nilai

yang lebih kecil, hal ini bisa dipengarungi oleh adanya proses ionisasi dan medan

listrik yang terdapat pada tabung.

Dari data tabel yang kedua, kita bisa mengetahui jari-jari, massa dan

muatan yang terdapat dalam tetes minyak. Namun disini massa elektron yang di

dapatkan mempunyai perbedaan yang jauh dengan massa elektron yang sesuai

dengan literatur. Hal ini bisa terjadi karena pemilihan bulir yang di hitung

mempunyai kecepatan yang berbeda-beda, ada yang mempunyai kecepatan yang

cepat namun juga ada yang mempunyai kecepatan yang lambat. Selain itu

pergerakan butiran tetesan yang tidak menentu ada yang vertikal namun juga ada

yang miring dengan sudut tertentu bisa saja menyebabkan pemilihan yang salah

saat menentukan kecepatan naik dan turunnya.

Untuk tabel yang ketiga menunjukkan error dan akurasi yang terjadi

selama percobaan berlangsung. Jika dilihat dari tabel tersebut masing-masing tetes

10

mempunyai error dan akurasi yang berbeda-beda. Namun yang mempunyai nilai

paling bagus didapatkan pada tetes minyak yang pertama dan yang kelima. Untuk

tetes minyak yang ketiga data yang didapatkan tidak begitu bagus. Hal ini bisa

terjadi karena adanya kesalahan pengamatan terhadap tetesan minyak nya. tetesan

minyak yang seringkali tidak terlihat juga berpengaruh terhadap pengamatan.

Percobaan tetes minyak milikan ini berguna untuk mengamati sifat diskrit

muatan, serta untuk menentukan jari-jari muatan serta massa nya yang sangat

kecil. Beberapa kesusahan dalam praktikum di antaranya yaitu, kendala pada

sprayer nya, yaitu sprayer tidak begitu menghasilkan banyak tetesan minyak

sehingga tetesan yang terlihat pada video nya tidak begitu jelas dan banyak. Selain

itu pengamatan terhadap tetesan juga agak sulit karena ada 5 data video, selain itu

pada masing-masing data, tetesan tetesan yang dihasilkan mempunyai kecepatan

yang berbeda-beda sehingga harus sering mengulang-ulang menghitung datanya

jika hasil data nya tidak sesuai.

Simpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa,

muatan tetesan minyak dapat ditentuka menggunakan percobaan tetes minyak

milikan dan sifat diskrit muatan (kuantisasi muatan) pada tetesan minyak juga

dapat teramati.

Daftar Pustaka

McAllister R. 2003. The Millikan Oil Drop Experiment [Internet]. [Diakses Pada

2014 Desember 11]. Tersedia

11

pada

:http://ffden-2.iphys.uaf.edu/212_fall2003.web.dir/Ryan_McAllister/

Slide3.html

Mukafah S. 2013. Percobaan minyak milikan [Internet]. [Diakses Pada 2014

Desember 11]. Tersedia pada :

http://syahrir010.blogspot.com/2013/05/percoaan-milika.html

Ulab.2011. The Millikan Oil-Drop Experiment [Internet]. [di akses pada 2014

Desember 11]. Tersedia

pada :http://physics.bu.edu/ulab/modern/Millikan.pdf

Wahyuni I, Lutvial H, Kamelia, Paramitha MA, Istiqomah S. 2014. Tetes Minyak

Millikan. Jurnal tetes minyak milikan : 1-4

Widodo A, Yudha AP, Eka D, Depta M, Zainuri M. 2011. Percobaak milikan. Jurnal fisika modern :1-5

Bag 3 https://www.youtube.com/watch?v=fUwnbt3vCKk&feature=youtu.be

Bag 2 https://www.youtube.com/watch?v=Q0WYcpEE_ao&feature=youtu.be

Bag 4 https://www.youtube.com/watch?v=IfzYT9ruS1Y&feature=youtu.be

Bag 1 https://www.youtube.com/watch?v=75_DFAZ4EKE

Bag 5 https://www.youtube.com/watch?v=A-LFQvhOf5M&feature=youtu.be

12

Riwayat Penulis (Foto saat Praktikum)

13

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.202468

1012

Grafik Hubungan (cos^2)θ vs Vperc

(cos^2)θ

Vper

c (vo

lt)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.202468

1012

Grafik Hubungan (cos^2)θ vs Vhit

(cos^2)θ

Vhit

(vol

t)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.502468

1012

Grafik Hubungan cosθ vs Vperc

cos θ

Vper

c (vo

lt)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.502468

1012

Grafik Hubungan cosθ vs Vhit

cos θVh

it (v

olt)

2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.202468

1012

Grafik Hubungan (cos^2)θ vs Vperc

(cos^2)θ

Vper

c (vo

lt)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.202468

1012

Grafik Hubungan (cos^2)θ vs Vhit

(cos^2)θ

Vhit

(vol

t)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.502468

1012

Grafik Hubungan cosθ vs Vperc

cos θ

Vper

c (vo

lt)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.502468

1012

Grafik Hubungan cosθ vs Vhit

cos θVh

it (v

olt)