percobaan tetes minyak milikan
Post on 12-Aug-2015
339 Views
Preview:
TRANSCRIPT
TEKNIK LABORATORIUM IPERCOBAAN TETES MINYAK MILIKAN
Oleh :
PRIMASARI NUR ARIF (080210102001)
WAHYUNI FAJAR (080210102013)
IWAN WICAKSONO (080210102027)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER
2010
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Percobaan Milikan disebut sebagai percobaan oil-drop karena dirancang untuk mengukur muatan
listrik. Percobaan ini disebut Milikan karena pada tahun 1869 – 1953 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 Oil-drop 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.
1.2 Rumusan 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 ?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari eksperimen ini adalah :
1. Menentukan muatan satuan elektron (e).
2. Menentukan bilangan Avogdro (N) berdasarkan persamaan Faraday.
3. Menunjukkan sifat diskrit dari muatan elektron.
1.4 Manfaat
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.
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 1868 – 1953 oleh Robert A Milikan melakukan percobaan Milikan yang disebut sebagai
percobaan oil-drop 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.2009.
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 :
Flistrik = W
qE = mg
q = ………………………………(1)
milikan mengamati bahwa hasil dari muatan listrik yang diperoleh selalu kelipatan dari 1,602 10¯¹⁹ C,
sehingga dari percobaan tetes minyak Milikan diperoleh harga muatan yang dimiliki oleh partikel kecil
elektron.
Jadi bilangan tersebut disebut e = 1,602 x 10¯¹⁹ 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. 2008.
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
Gambar 2.1 gaya – gaya pada tetes minyak milikan
Sumber :
Pada gaya ke atas terpenuhi kesetimbangan gaya
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= πα3σ, sehingga
persamaan di atas menjadi:
en = πα3σg ………..…………………(4)
Percobaan yang dilakukan oleh millikan dapat menyingkap secara meyakinkan bagiamana sifat muatan
listrik dan harga muatan suatu elektron (en) maupun bilangan Avogadro (N) dalam satuan sistem
internasional yaitu dengan persamaan:
en = πα3σg 3/2 …………………..(5)
Sedangkan bilangan Avogadro (N) adalah:
N = …………………(6)
en = 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
3.1 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah :
1. Milikan oil-drop 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.
3.2 Desain
Adapun desain dari rangkaian tetes minyak Milikan ini adalah :
Gambar 3.2 susunan eksperimen tetes minyak Milikan
3.3 Langkah Kerja
Adapun urutan langkah kerja yang harus dilakukan eksperimen ini adalah :
1. Peralatan disusun seperti gambar 3.2.
2. 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 – 0,05 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.
10. Pengukuran dilakukan sebanyak 11 pasang baik kecepatan naik maupun kecepatan turun sebaiknya
menggunakan satu tetes minyak saja.
3.4 Analisa Data
Adapun analisa data yang akan digunakan dalam eksperimen ini adalah :
Hambatan termistor:……
Tekanan ruang:…………
Pengukuran
tetes ke-
Kecepatan turun Kecepatan naik Muatan
tetes
minyak
(C)
Jarak
(m)
Waktu
(s)
Jarak
(m)
Waktu
(s)
1 s/d 11
3.5 Metode 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 jari-jari tetes minyak millikan untuk setiap data
dimana : a = jari-jari tetes minyak (m)
= viskositas udara ( )
= kecepatan jatuh stasioner
g = percepatan gravitasi
= rapat massa minyak
= rapat massa udara
Ralatnya
dimana :
Untuk menentukan muatan elektron digunakan rumus
dimana:
= viskositas udara ( )
g = percepatan gravitasi
= rapat massa udara
Ralat
dimana:
Dikrepansi
Menentukan bilangan Avogadro (N)
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Data hasil percobaan
percobaan jarak waktu jarak waktu
ke- turun naik
1 0.0005 11.85 0.0005 13.64
2 0.0005 11.71 0.0005 12.9
3 0.0005 11.64 0.0005 15.79
4 0.0005 12.22 0.0005 14.24
5 0.0005 11.07 0.0005 13.03
6 0.0005 11.7 0.0005 13.38
7 0.0005 12.73 0.0005 14.67
8 0.0005 11.46 0.0005 14.2
9 0.0005 11.8 0.0005 15.11
10 0.0005 11.04 0.0005 13.68
11 0.0005 12.9 0.0005 15.83
Rata - rata 11.8291 14.224545
a. Perhitungan s dan t
∆s ∆t turun ∆t naik
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.5652265 0.979066
0.00025 ∆t^2 turun ∆t^2 naik
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.00025 0.319481 0.9585702
0.319481 0.9585702
0.319481 0.9585702
0.319481 0.9585702
b. Kecepatan naik dan turun
vf vr
4.21941E-
05
3.66569E-
05
c. Ralat kecepatan naik dan turun
Turun
∂v/∂s ∂v/∂t ∆v vf
0.0071214
1.26785E-
11 1.4346E-05
4.21941E-
05
Naik
0.005374911
7.22242E-
12
1.24633E-
05
3.66569E-
05
d. Beberapa perhitungan penting
e. Ralat untuk radius tetes minyak
f. Muatan-muatan tetes minyak
Ralat untuk muatan tetes minyak
d af ρ b ∆V vf vr ∆vf ∆vr p
7.
67
E-
03
6.
3
E-
0
7
0
.
0
0
1
1
8
9
6
8
.
2
0
E
-
0
3
50
3.
6
6
5
6
9
E-
0
5
4.21
941E
-05
1.4
346
E-
05
1.2
463
3E-
05
0
.
7
6
8
g. Ralat untuk
∂en/∂a∂en/
∂vf
∂en/
∂vr∂en/∂p ∆enf
∆enf(p
)enf
1.5906
3E-16
-
9.7296
4E-16
1.1199
4E-15
-
5.6209
3E-10
5.2116
9E-18
2.9354
7E-10
2.6976
9E-18
ρ ρ0 η σ
0.00118961.2929
1.87E-
05886
untuk af
∆vf ∂a/∂v ∆af af
1.4346E-
05
2.53335E-
19
3.63434E-
24 6.3E-07
1.6246
8E-16
-
1.0287
8E-15
1.1333
2E-15
-
5.8240
6E-10
5.5435
E-18
3.0415
6E-10
2.8035
E-18
1.6390
7E-16
-
8.4048
3E-16
1.1401
4E-15
-
5.3432
1E-10
4.5424
8E-18
2.7904
4E-10
2.5758
9E-18
1.5071
5E-16
-
9.3197
E-16
1.0860
3E-15
-
5.3782
6E-10
4.9159
5E-18
2.8087
4E-10
2.5614
6E-18
1.7915
7E-16
-
1.0185
1E-15
1.1988
4E-15
-
6.0574
E-10
5.6446
E-18
3.1634
2E-10
2.9570
9E-18
1.6265
8E-16
-
9.9187
E-16
1.1342
9E-15
-
5.7284
7E-10
5.3469
1E-18
2.9916
4E-10
2.7580
8E-18
1.4032
1E-16
-
9.0465
4E-16
1.0425
2E-15
-
5.1367
4E-10
4.6753
E-18
2.6826
1E-10
2.4215
4E-18
1.6855
4E-16
-
9.3459
2E-16
1.1580
5E-15
-
5.6674
4E-10
5.0906
2E-18
2.9597
6E-10
2.7428
7E-18
1.6010
6E-16
-
8.7830
8E-16
1.1246
8E-15
-
5.3851
4E-10
4.7146
2E-18
2.8123
3E-10
2.5872
6E-18
1.7993
5E-16
-
9.7011
6E-16
1.2021
E-15
-
5.9381
2E-10
5.3836
9E-18
3.1011
2E-10
2.9008
3E-18
1.3703
E-16
-
8.3836
3E-16
1.0287
8E-15
-
4.9093
1E-10
4.3040
6E-18
2.5638
4E-10
2.3066
6E-18
h. Nilai elektron (e)
e
1.69E+01
i. Diskrepansi
∆
15.65504531
j. Bilangan Avogadro (N)
N
3.61208E+25
k. Grafik
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 0.0005 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 10ˉ¹⁸, 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 3.61208x10²⁵, 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
butuh ketelitian yang sangat besar agar memperoleh nilai yang akurat dan waktu yang dibutuhkan juga
sesuai dengan teori.
BAB 5 PENUTUP
5.1 Kesimpulan
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 10ˉ¹⁸, 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 3.61208x10²⁵, nilai bilangan Avogadro (N) yang
diperoleh dari pengamatan dengan menggunakan nilai e yang di dapat.
5.2 Saran
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.
DAFTAR PUSTAKA
Azman, Nur. 1983. Teori dan Soal Penyelesaian Modern. Surabaya : Sinar Wijaya
Dede Djuhana. 2008. Milikan. www.upscole utoronto.ca/iyearlab/milikan.pdf.7 November 2009
Jomla.2009.http://www.fisikaasyik.com/pdf.listrik statis. 29 Oktober
Soedojo, Peter. 1992. Azas – Azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta
Pitts, Donald R. 1987. Perpindahan kalor : Jakarta. Erlangga
top related