8/7/2019 e-per-m

1/13

LAPORAN

PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN 1

PERCOBAAN e/m

Disusun oleh:

Nama : RiyantoNIM : H1C004006Tim : Eva NSHari/Tanggal praktikum : Rabu, 29 Nopember 2006Asisten : Hartono S.Si, M.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

PROGRAM SARJANA MIPAJURUSAN FISIKA

PURWOKERTO2006

8/7/2019 e-per-m

2/13

PERCOBAAN e/mOleh: Riyanto

Abstrak

Telah dilakukan eksperimen untuk percobaan e/m yang dilaksanakan padahari Rabu, tanggal 29 Nopember 2006 pukul 09.00 sampai dengan 11.00 WIB diLaboratorium Fisika Eksperimen Jurusan Fisika Program Sarjana MIPAUniversitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. Tujuan dari percobaan ini adalahuntuk mempelajari medan magnet dari kumparan Helmholtz dan menentukan nilaie/m. Dari sini kami dapat mengukur diameter lingkaran lintasan elektron dandidapat nilai e/m yang hampir sama, baik jika beda potensial tetap dan kuat arusberubah maupun jika kuat arus tetap dan beda potensial berubah. Nilai e/mberdasarkan hasil perhitungan analitik dan grafik adalah dan C/kg. Sedangkanpada saat V berubah dan I tetap nilai e/m secara analitik dan grafik adalah /Kg danC/kg.

Kata kunci : medan magnet , e/m

AbstractHave been conducted the experiment for the attempt of e/m executed on

Wednesday, date of 29 November 2006 beating 09.00 up to 11.00 WIB inlaboratory of Experiment Physics, Mathematic and Life Sciences JenderalSoedirman University. Intention of this attempt is to learn the magnetic field fromHelmholtz coil and determine the value e/m. From here we can measure the radiandiameter of electron trajectory and got by value e/m which is much the same to,goodness of if potential difference remain to and current strength change and alsoif current strength remain to and potential difference change. The value e/m of pursuant to analytic calculation result and graph is 1,88E+11 C / kg of dan2,24E+11 C / kg. While at the time of V change the, I remain to assess the e / manalyticly and graph is 1,89E+11 C / kg and 1,11E+11 C / kg.

Keywords : Magnetic field, e/m

8/7/2019 e-per-m

3/13

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar belakangMeskipun sinar katoda sudah ditemukan sejak tahun 1859 namun baru

tiga puluh delapan tahun kemudian muatan spesifik sinar katoda diperoleh. J.JThomson (1856-1940) yang pertama kali melakukan percobaan untuk menentukan muatan sinar katoda. Seperti halnya dalam tabung sinar katoda,elektron dihasilkan dari katoda yang dipanaskan oleh filamen. Elektron dipercepatmenuju anoda yang berbentuk silinder dan melewatinya. Pada bagian selanjutnyadipasang pelat sejajar yang diberi beda potensial sehingga menimbulkan medanlistrik. Pada bagian ini juga terdapat medan magnet yang digambarkan masuk bidang kertas. Jika kedua medan listrik dan medan magnet bernilai nol, elektronakan mencapai posisi X dilayar dan menimbulkan fluoresensi. Energi kinetik yangdimiliki oleh elektron diperoleh dari energi potensial yang diberikan olehpasangan anoda-katoda. Kumparan Helmholtz digunakan untuk menghilangkanmedan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalamruang yang sempit dan terbatas. Sedangkan Andre Marie Ampere denganpercobannya berhasil menunjukkan bahwa elemen arus akan mengalami gayaketika berada dalam medan magnet (Arthur Beiser. 1990). Berangkat dari sinilahpercobaan e/m dilakukan.

1.2. Tujuan1. Memelajari sifat medan magnet dari kumparan Helmholtz

2. Menentukan nilai e/m

1.3. Dasar teoriElektron yang dihasilkan oleh filamen (yang berlaku sebagai katoda),

akibat proses termoelektron, akan dipercepat ke arah anoda yang mempunyai bedategangan V terhadap katoda. Dari prinsip kekekalan tenaga, jika tidak ada usahayang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai tenaga

kinetik akibat tegangan V, yang besarnya adalah :

8/7/2019 e-per-m

4/13

1/2m v2 = eVdenganm adalah massa elektron , e adalah muatan elektron ,v adalah kecepatanelektron dan V adalah beda potensial anoda katoda, sehingga kecepatan elektrondapat ditulis sebagai :

m

eV v

2=

jika elektron tersebut bergerak di dalam medan magnetB , maka akan mengalamigaya Lorenz sebesar :

F = evBUntuk elektronv B. Hal ini akan menyebabkan perubahan arah dari kecepatanelektron tanpa merubah kelajuannya, sehingga elektron akan bergerak melingkar.Pada gerak melingkar ini besar gaya sentripental sama dengan besar gaya medanmagnet pada elektron tersebut , yaitu:

evBr

mv=

2

sehingga dapat ditentukan nilai dari (e/m) nya, yaitu :

( )22

Br V

me =

dengan V potensial pemercepat elektron dan r radius lintasan elektron.Alat yang digunakan dalam percobaan ini disebut pesawat untuk

menentukan e/m seperti yang terlihat pada Gambar 1 :

Gambar 1. Pesawat untuk menentukan e/m

8/7/2019 e-per-m

5/13

Medan magnet yang digunakan disini adalah kumparan Helmhotz yangmempunyai radius kumparan sama dengan jarak kedua kumparan, dan besarnya dititik x = 0, y =1/2R dan Z = 0 adalah

I R

nI B 47 10.8,710.5,4

==

dengann =260 cacah lilitan kumparanR = radius kumparan (0,15 m)I =arus kumparan (Ampere)

II. METODE

2.1. Waktu & TempatHari/tanggal : Rabu, 29 Nopember 2006Waktu : 09.00 11.00 WIBTempat : Laboratorium Eksperimen 1 Fisika, MIPA Universitas

Jenderal Soedirman

2.2. Alat & Bahan

1. Voltmeter 2. Amperemeter 3. Satu set peralatan e/m4. Sumber tegangan dan sumber arus5. Mistar

2.3. Cara Kerja

a. Beda Potensial Tetap, Kuat arus kumparan berubah

1. Mengeset peralatan seperti Gambar 22. Menghidupkan peralatan dengan nilai V = 0 dan I = 0

8/7/2019 e-per-m

6/13

3. Menetapkan beda potensial 250 volt, kemudian mengatur arussehingga membentuk lingkaran dalam pesawat e/m dengan kuat arusdari 1,2 ampere sampai 3,0 ampere

4. Mengukur diameter lingkaran elektron tiap kenaikan arus 0,1ampere.

b. Beda Potensial Berubah, Kuat arus Tetap

1. Mengeset peralatan seperti Gambar 22. Menghidupkan peralatan dengan nilai V = 0 dan I = 03. Menetapkan arus 1,5 ampere, kemudian mengatur beda potensial

sehingga membentuk lingkaran dalam pesawat e/m dengan bedapotensial dari 190 volt sampai 300 volt.

4. Mengukur diameter lingkaran elektron tiap kenaikan beda potensial10 volt.

Gambar 2. Perangkat untuk menentukan e/m

8/7/2019 e-per-m

7/13

2.4 Diagram Alir2.4.1. Beda Potensial Tetap, Kuat arus kumparan berubah

Tidak

Ya

Apakah nilaiarus sudah

mencapai nilaimaksimal

Mengeset peralatan sepertiGambar 2

Menghidupkan peralatandengan V = 0 dan I = 0

V = 250 volt

Atur arus dari 1,2 amperesampai maksimal 3,0 amperedengan interval 0,1 ampere.

Mengukur diameter lintasan elektron

Start

Selesai

8/7/2019 e-per-m

8/13

2.4.2. Beda Potensial Berubah, Kuat arus Tetap

Tidak

Ya

Apakah nilaitegangan sudah

maksimal

Mengeset peralatan sepertiGambar 2

Menghidupkan peralatandengan V = 0 dan I = 0

I = 1,5 A

Atur tegangan dari 190 voltsampai maksimal 300 volt

dengan interval 10 volt.

Mengukur diameter lintasan elektron

Start

Selesai

8/7/2019 e-per-m

9/13

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 HASIL

3.1.1 Beda Potensial Tetap, Kuat arus kumparan berubah

No V (volt) I (A) D (m) I2 D2 1/D2 e/m secaraanalitik1

250

1.2 0.116 1.44 0.013456 74.31629 1.69653E+112 1.3 0.098 1.69 0.009604 104.1233 2.02536E+113 1.4 0.092 1.96 0.008464 118.1474 1.98157E+114 1.5 0.087 2.25 0.007569 132.1178 1.93028E+115 1.6 0.077 2.56 0.005929 168.6625 2.16581E+116 1.7 0.073 2.89 0.005329 187.6525 2.13451E+11

7 1.8 0.069 3.24 0.004761 210.0399 2.13107E+118 1.9 0.066 3.61 0.004356 229.5684 2.09048E+119 2 0.063 4 0.003969 251.9526 2.07062E+11

10 2.1 0.059 4.41 0.003481 287.2738 2.1414E+1111 2.2 0.058 4.84 0.003364 297.2652 2.01901E+1112 2.3 0.057 5.29 0.003249 307.787 1.91265E+1113 2.4 0.055 5.76 0.003025 330.5785 1.88666E+1114 2.5 0.053 6.25 0.002809 355.9986 1.87244E+1115 2.6 0.051 6.76 0.002601 384.4675 1.86962E+1116 2.7 0.049 7.29 0.002401 416.4931 1.87811E+1117 2.8 0.047 7.84 0.002209 452.6935 1.89814E+1118 2.9 0.045 8.41 0.002025 493.8272 1.93028E+1119 3 0.044 9 0.001936 516.5289 1.88666E+11

rata-rata 1.9748E+11

Grafik Hubungan antara I^2 dengan 1/D^2

y = 55.908x + 16.644

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10

I^2 (A^2)

1/D

2 (m^-2)

Perhitungan e/m secara analitik:

8/7/2019 e-per-m

10/13

4 2 2 22

(7,8 10 )e V m I R

= Ket:1

2R D=

22

4D

R =

28 22

60,84 104

V D

I =

8 2 28

60,84 10V

I D=

Perhitungan e/m secara grafik:

8

22

1 60, 8 10

8

eI

D V m

= 860,8 10

8e

slopeV m

= 8

8 ( )60,8 10

e V slopem

= Jadi:

118 8

8 55,908 8 250 1,839 1060,8 10 60,8 10

e Slope V m

= = = C/kg

3.1.2 Beda potensial berubah, kuat arus tetap

No V (volt) I (A) D (m) I2 D2 e/m secara analitik1 190 0.078 0.006084 1.82508E+112 200 0.08 0.0064 1.82628E+113 210 0.081 0.006561 1.87054E+114 220 0.083 0.006889 1.86631E+115 230 0.084 0.007056 1.90497E+116 240 1.5 0.087 2.25 0.007569 1.85307E+117 250 0.09 0.0081 1.80374E+118 260 0.092 0.008464 1.79521E+119 270 0.095 0.009025 1.74838E+11

10 280 0.098 0.009604 1.70382E+11

11 290 0.101 0.010201 1.6614E+1112 300 0.103 0.010609 1.65259E+11rata-rata 1.79262E+11

8/7/2019 e-per-m

11/13

Grafik Hubungan antara V dengan D^2

y = 4E-05x - 0.0023

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

0.011

180 200 220 240 260 280 300

V (volt)

D^2 (m^2)

Perhitungan e/m secara analitik:

4 2 2 22

(7,8 10 )e V m I R

= Ket:1

2R D=

22

4D

R =

28 22

60,84 104

V D

I =

8 2 28

60,84 10V

I D=

Perhitungan e/m secara grafik:

( )2

8 2

860,84 10

D V eI m

=

( )8 2

8

60,84 10slope

eI m

=

Jadi :

118 2 5 8 2

8 8 1,461 10( )(60,84 10 ) (4 10 )(60,84 10 ) 1, 5

em slope I

= = = C/kg

8/7/2019 e-per-m

12/13

3.2 PEMBAHASAN

Arus yang diberikan pada pesawat untuk menentukan e/m akanmengakibatkan adanya medan magnet yang konstan, kemudian bila diberikantegangan akan mengakibatkan munculnya cahaya yang tak lain adalah lintasanelektron. Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan maka, pada saat V tetap Iberubah diameter lintasan elektron akan semakin mengecil seiring dengan naiknyakuat arus. Jika semakin besar kuat arusnya maka medan magnet yang dihasilkanpada kumparanHelmholtz semakin besar pula. Medan magnet yang besar akanmembelokan elektron dengankuat sehingga diameter lintasan elektronnyasemakin kecil karena diameter lintasan elektron berbanding terbalik denganmedan magnet, hal ini sesuai dengan persamaan dibawah ini:

22

2m V B

e R= dengan 47,8 10B I =

sedangkan pada saat V berubah dan kuat arus tetap, maka kecepatan elektronsemakin besar pula sehingga diameter lintasan elektron semakin besar, karena Vberbanding lurus dengan kuadrat R, hal ini sesuai dengan persamaan dibawah ini:

2 2

2e B R

V m

=

Hasil yang diperoleh dari percobaan kali ini adalah pada saat V tetap dan Iberubah diperoleh nilai e/m secara analitik dan grafik yaitu 1,975E+11 C/Kg dan1,839E+11 C/Kg. Sedangkan pada saat V berubah, I tetap nilai e/m secaraanalitik dan grafik adalah 1,793E+11 C/Kg dan 1,461E+11 C/Kg. Hasil yangdiperoleh dari percobaan ini cukup mendekati dengan referensi yaitu

1.758803x1011

C/kg.

8/7/2019 e-per-m

13/13

IV. KESIMPULAN

Lintasan elektron yang berbentuk lingkaran pada pesawat untuk menentukan e/m dikarenakan adanya perubahan arah dan kecepatan elektron yangbergerak dalam medan magnet (kumparan Helmholtz). Lintasan yang berbentuk lingkaran tersebut akan berubah menjadi lebih kecil jika diberikan beda potensialtetap dan arus dinaikan, dan akan berubah menjadi lebih besar jika diberi kuatarus tetap dan beda potensial dinaikkan. Sedangkan nilai e/m yang didapat hampir sama.Berikut ini adalah hasil perhitungan e/m secara analitik dan grafik:

Beda potensial tetap, kuat arus kumparan berubah :Secara analitik : e/m = 1,975E+11 C/KgSecara grafik : e/m = 1,839E +11 C/Kg

Beda potensial berubah, kuat arus kumparan tetap :Secara analitik : e/m =1,793E +11 C/KgSecara grafik : e/m =1,461E+11 C/Kg

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, A.1990.Konsep Fisika Modern , Erlangga: JakartaGiancoli.1994.Fisika dasar 2 edisi kelima, Erlangga: Jakarta