laporan resmi percobaan tetes minyak milikan

JURNAL PRAKTIKUM FISIKA MODERN-TETES MINYAK MILIKAN

Abstrak—Telah dilakukan percobaan dengan judul tetes minyak milikan. Percobaan ini bertujuan untuk menentukan besar jari – jari tetesan minyak, serta menentukan banyaknya muatan setiap butiran minyak. Percobaan ini dilakukan dengan prinsip minyak yang disemprotkan pada celah antara 2 plat logam. Cahaya diatur agar ruang pengamat yang dilihat dari mikroskop mendapatkan cahaya. Kemudian tegangan input yang akan digunakan diatur. Setelah itu ditentukan tetesan minyak yang akan menjadi objek uji dan dicatat waktu yang dibutuhkan butiran untuk naik dari batas bawah sampai garis batas atas. Lalu Switch pembalik digerakkan kearah atas untuk mengatur medan listrik. Lalu dicatat waktu yang dibutuhkan butiran untuk naik dari batas atas sampai garis batas bawah. Variasi tegangan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu 200 volt dan 300 volt. Pengamatan gerak butiran diulang sebanyak 7 kali untuk masing-masing tegangan pada keadaan naik dan turun. Dari perhitungan diperoleh jari-jari tetesan minyak rata-rata pada variasi tegangan 200 volt dan 300 volt berturut-turut sebesar 1,235 x 10-6m dan 1,345x 10-6

m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 26,27 dan 20,54 muatan.

Kata Kunci—tetes minyak milikan, muatan butiran minyak , medan listrik.

I. PENDAHULUAN

alam kehidupan banyak kejadian menunjukkan adanya aliran elektron. Contoh sederhana ialah

pada rangkaian tertutup yang terdiri dari sebuah lampu kecil dan baterai. Pada saat saklar ditutup arus konvensional mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arus yang dimaksud adalah aliran muatan positif, sementara di saat yang sama juga mengalir muatan negatife dari potensial rendah ke potensial tinggi. Berbicara tentang muatan listrik, telah banyak percobaan yang dilakukan untuk mendukung ilmu di bidang kelistrikan dan menjawab pertanyaan apakah muatan listrik pada sebuah aliran listrik merupakan sebuah perkalian bilangan bulat dari suatu kuantitas tertentu atau apakah muatan dapat dibagi secara kontinu. Kemudian Robert A. Milikan melakukan percobaan yang dikenal dengan nama percobaan oil-drop atau tetes-minyak Milikan. Dengan memenyemprotkan minyak

parafin ke dalam ruang antar pelat kapasitor dan mengamati gerakan tetes minyak dengan mikriskop. [1]

Media yang digunakan ialah fluida udara yang salah satu sifatnya adalah memiliki kekentalan (viskositas). Nilai koefisien kekentalan yang dimiliki setiap fluida berbeda-beda. Nilai kekentalan gas jauh lebih kecil dari nilai kekentalan cairan. Viskositas semua fluida sangat dipengaruhi oleh temperatur. Jika temperatur naik viskositas gas bertambah dan viskositas cairan berkurang. [2]

Dalam percobaan ini gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan tetes minyak ialah gaya gravitasi, gaya Archimedes, gaya stokes dan gaya listrik. Gaya gravitasi selalu mengarah ke pusat bumi yang menyebabkan tetes minyak bergerak ke bawah. Gaya Archimedes yakni gaya apung atau gaya angkat ke atas terjadi pada semua benda yang berada dalam fluida. Gaya stokes erat kaitannya dengan viskositas fluida, dimana gerak tetes minyak akan dihambat oleh gaya stokes yang disebabkan nilai viskositas yang dimiliki oleh fluida. Gaya gesek antar permukaan benda yang bergerak dengan fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif gerak benda ini terhadap fluida. Hambatan gerak di dalam fluida disebabkan oleh gaya gesek antara bagian fluida yang melekat pada permukaan benda dengan bagian fluida di sebelahnya. Gaya gesek itu sebanding dengan koefisien viskositas (ὴ) fluida. Menurut Stokes, gaya gesek adalah[3].

(1)Terakhir adalah gaya listrik yang dialami tetes minyak

karena berada dalam medan listrik antara pelat konduktor yang diberi tegangan. Jika suatu muatan uji diletakkan di dekat tongkat bermuatan, maka sebuah gaya elektrostatik akan bekerja pada muatan tersebut. Di dalam sebuah medan medan listrik bekerja sebuah gaya yakni gaya listrik yang besarnya sebanding dengan kuat medan dan muatan partikel itu[4].

(2)Dalam percobaan tetes milikan, gerakan kecepatan

tetes milikan dibuat dalam dua keadaan, yaitu gerak ke bawah karena pengaruh gaya gravitasi, serta gerak berlawanan arah gaya berat dengan pengaruh medan listrik. Keadaan pertama tetes minyak bergerak dengan kecepatan konstan karena gaya gesekan fluida yaitu

TETES MINYAK MILIKAN

Latifatul Hidayah, Yovanita Narsisca D.K, Maria Fransisca G. TJurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: [email protected]

1

D

Butiran terbentuk diantara 2 pelat


udara dengan tetes minyak telah minyak disemprotkan ke dalam ruang antar kedua plat kapasitor, maka tetesan minyak yang jatuh awalnya mengalami percepatan, namun menjadi konstan karena pengaruh gaya stokes dari udara. Pada keadaan kedua tetes minyak dapat bergerak ke atas karena pengaruh medan listrik. Hal ini dapat terjadi karena tetes minyak berada dalam medan listrik yang terdapat diantara dua kapasitor yang diberi tegangan dan telah terionisasi saat terjadi gesekan dengan fluida dan cahaya lampu. Sehingga tetes minyak memiliki muatan dan akan mendapat gaya listrik berupa gaya tarik menuju pelat konduktor. Jika tetes minyak yang dipilih bergerak ke atas dan pelat bagian atas bermuatan positif, maka terjadi gaya tarik pada tetes minyak yang menunjukkan bahwa tetes minyak bermuatan negatif.[5]

Kecepata gerak turun dan naiknnya tetes minyak dapat dihitung dengan perumusan :

(3)

dengan, s= jarak tempuh tetes minyak t= waktu tempuh tetes minyak

Jari–jari butiran minyak dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

r = (4)

dengan, V= tegangan input ρ= selisih massa jenis minyak parafin dan udara ὴ= viskositas minyak paraffin g= percepatan gravitasi

muatan tiap butiran dapat dihitung dengan perumusan:

q= (5)

dengan, V= tegangan input d= jarak antar kedua pelat ὴ= viskositas minyak paraffin vg= kecepata gerak turun vm= kecepata gerak naik

percobaan Milikan ini membuktikan bahwa muatan electron bersifat distrik, tidak muncul dalam sembarang harga[3].

II.METODE

Gambar 2.1 : Rangkaian alatLangkah pertama dalam percobaan ini yaitu alat dan

bahan yang meliputi milikan oil aparatus, sprayer, minyak parafin, mikroskop, sumber cahaya(lampu) dan stopwatch disiapkan. Sumber cahaya pada mikroskop diatur sehingga butiran minyak dapat terlihat. Kemudian tegangan input diatur sesuai variasi yang akan digunakan. Lalu cairan minyak parafin dimasukkan ke lubang penyemprotan dengan menggunakan sprayer. Setelah itu, butiran minyak ditetapkan sebagai objek pengamatan dengan menggunakan mikoskop. Kemudian dicatat waktu tempuh butiran tetes minyak dari garis batas bawah sampai atas. Untuk keadaan kedua switch pembalik digerakkan ke atas. Pada kondisi ini tetes minyak akan bergerak turun. Lalu dicatat waktu yang dibutuhkan butiran minyak untuk naik dari batas atas sampai bawah.

Variasi tegangan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu 200 volt dan 300 volt. Pengamatan gerak butiran diulangi sebanyak 5 kali yakni 5 kali gerakan naik dan 5 gerakan kali turun untuk masing-masing tegangan. Dari data yang diperoleh dapat ditentukan kecepatan gerak turun (jatuh) tetes minyak, kecepatan gerak naik tetes minyak, jari-jari butiran minyak, dan muatan tiap butiran tetes minyak.

Flow Chart:

2

Alat dirangkai seperti gambar 2.1

Minyak parafin disemprotkan

Sumber cahaya diatur

Tegangan input diatur

Start

Diulang 5x

Gambar 2.2 Flow chart percobaan tetes milikan


III. HASIL DAN PEMBAHASANPercobaan tetes minyak milikan ini dilakukan untuk

menentukan jari-jari tetesan minyak dan menentukan nilai muatan butiran minyak. Ketika minyak disemprotkan, maka butiran – butiran minyak bergerak menumbuk partikel cahaya sehingga elektron pada butiran minyak tersebut memiliki energi yang didapatkan dari foton pada cahaya tersebut. Kemudian, butiran – butiran minyak akan bergerak turun karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi, kemudian setelah diberi medan butiran minyak akan bergerak naik, karena gaya dari luar berupa medan listrik tersebut cukup kuat sehingga nilainya lebih besar dari gaya gravitasi bumi yang arahnya ke bawah. Pada percobaan kali ini, kita mengamati butiran minyak dengan menggunakan mikroskop. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa okuler mikroskop yaitu nyata, terbalik, diperbesar. Jadi, ketika butiran minyak naik, sebenarnya butiran minyak sedang bergerak turun dan begitu juga sebaliknya, ketika butiran minyak bergerak turun sebenarnya itu geraknya adalah naik. Dan selanjutnya yang akan digunakan yaitu ketika naik dipengaruhi oleh gaya gravitasi, dan ketika turun dipengaruhi oleh medan listrik.

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3.1 :Data hasil pengamatan

No V t naik (s) t turun (s)

1 200 2.4 1.7

2 3.38 1.9

3 2.84 2.1

4 3.18 1.56

5 3.24 2.04

6 3.23 2.18

7 3.3 2.54

8

300

2.15 2.05

9 2.75 1.93

10 3.13 2.81

11 1.76 1.5

12 2.7 1.73

13 2.92 2.26

14 3.16 2.22Untuk menghitung jari-jari butiran minyak dihitung

terlebih dahulu kecepatan naik dan kecepatan turun butiran, dengan menggunakan persamaan (3) didapatkan nilai kecepatan butiran pada saat naik dan turun yang disajikan dalam tabel 3.2 berikut ini.

Tabel 3.2 : Hasil pertitungan kecepatan naik dan kecepatan turun butiran minyak

Berdasarkan data pada tabel 3.2, waktu tempuh butiran minyak untuk bergerak turun relatif lebih cepat daripada waktu tempuh untuk bergerak naik. Pada saat gerakan naik butiran minyak hanya dipengaruhi gaya gravitasi bumi, gaya stokes dan gaya Archimedes. Dimana gaya stokes dan gaya Archimedes arah gayanya berlawanan dengan arah gerak butiran minyak sehingga gaya-gaya tersebut menghambat gerak butiran. Sedangkan saat gerakan turun butiran minyak dipengaruhi gaya listrik, gaya gravitasi bumi, gaya

No V t naik

(s)

t turun

(s)V naik(m/s)

Vturun (m/s)

1

200

2.4 1.7 0.000208333 0.000294118

2 3.38 1.9 0.000147929 0.000263158

3 2.84 2.1 0.000176056 0.000238095

4 3.18 1.56 0.000157233 0.000320513

5 3.24 2.04 0.000154321 0.000245098

6 3.23 2.18 0.000154799 0.000229358

7 3.3 2.54 0.000151515 0.00019685

8

300

2.15 2.05 0.000232558 0.000243902

9 2.75 1.93 0.000181818 0.000259067

10 3.13 2.81 0.000159744 0.000177936

11 1.76 1.5 0.000284091 0.000333333

12 2.7 1.73 0.000185185 0.000289017

13 2.92 2.26 0.000171233 0.000221239

14 3.16 2.22 0.000158228 0.000225225

3

Waktu tempuh dari batas bawah ke batas atas dicatat

Tetes minyak sebagai objek pengamatan ditentikan

Hasil

Switch digerakkan ke arah atas

Waktu tempuh dari batas atas ke batas bawah dicatat

Finish

200


stokes dan gaya Archimedes. Gaya listrik yang arahnya ke atas searah dengan gaya Archimedes tetapi berlawanan dengan gaya stokes dan gaya gravitasi , Sehingga resultan gaya yang dialam butiran minyak tersebut menyebabkan gerak butiran ke bawah membutuhkan waktu lebih cepat . Adanya gerakan yang lebih cepat ini dikarenakan gaya luar yang terjadi pada butiran minyak, yaitu gaya listrik sangat besar sehinga menyebabkan gerak turunnya butiran lebih cepat. Gaya listrik yang dialami butiran minyak menunjukkan bahwa butiran minyak memiliki muatan. Hal ini terjadi karena pada saat parafin disemprotkan menggunakan sprayer, butiran-butiran minyak bergesekan dengan pipa otomizer sehingga butiran minyak dapat dimuati. Pada saat butiran masuk ke dalam ruang antara kedua pelat butiran minyak juga bergesekan dengan fluida (udara) dan cahaya lampu yang membantu dalam proses ionisasi butiran minyak. Sehingga didapatkan butiran minyak bermuatan positif dan bermuatan negatif. Dalam percobaan ini yang dijadikan objek pengamatan adalah butiran minyak bermuatan negatif sehingga saat diberi medan listrik butiran minyak bermuatan negatif tersebut bergerak ke pelat yang bermuatan positif (arah atas).

Berdasarkan kenaikan tegangan pada sumber, menyebabkan waktu tempuh untuk naik dan turun relatif semakin cepat. Hal ini dikarenakan semakin besar beda tegangan semakin besar medan listrik yang mempengaruhi gerak butiran minyak. Sehingga gaya listrik yang dialami butiran lebih besar dan menyebabkan gerak butiran minyak semakin cepat. Data yang didapatkan pada percobaan ini tidak sepehuhnya sempurna dan cenderung berubah-ubah, hal ini disebabkan oleh sulitnya menentukan butiran minyak sebagai objek pengamatan yang berkecepatan stasioner, terkadang praktikan menentukan suatu butiran minyak pada saat bergerak turun namun saat diberi medan listrik butiran minyak tidak bergerak naik melainkan tetap bergerak turun atau pecahnya butiran minyak saat proses pengamatan masih berlangsung. Salah satu cara untuk mengurangi kegagalan dalam pengamatan butiran uji adalah pemilihan bahan uji yang memiliki nilai viskositas yang besar sehingga butiran tidak mudah pecah. Hal inilah yang mendasari pemilihan minyak parafin sebagai bahan uji.

Setelah diperoleh nilai kecepatan, kemudian dapat dicari jari-jari butiran minyak dengan menggunakan persamaan (4) dan muatan butiran minyak dengan menggunakan persamaan (5). Data hasil perhitungan jari-jari, muatan, dan jumlah muatan tiap butiran minyak disajikan dalam tabel 3.3 di bawah ini.

Tabel 3.3 : Hasil pertitungan jari-jari tetes minyak, muatam tetes minyak, dan jumlah muatan tiap butiran minyak

No V v naik (m/s) v turun (m/s)

r ( x10 -

6m)q (x10 -

18C)

1 0.0002083330.000294

1 1.39337 5.96843

2 0.0001479290.000263

1 1.17412 4.11478

30.000176056

0.0002380 1.28089 4.52243

4 0.0001572330.000320

5 1.21048 4.93009

5 0.0001543210.000245

0 1.19922 4.08346

6 0.0001547990.000229

3 1.20108 3.9335

7 0.000151515 0.000196 1.18827 3.52899

8

300

0.0002325580.000243

9 1.47215 3.98647

9 0.0001818180.000259

0 1.30169 3.26167

10 0.0001597440.000177

9 1.22011 2.34161

11 0.0002840910.000333

3 1.62711 5.70963

12 0.0001851850.000289

0 1.31368 3.54048

13 0.0001712330.000221

2 1.26323 2.81772

14 0.0001582280.000225

2 1.21431 2.64636

Berikut adalah hasil pertitungan jari-jari tetes minyak rata-rata, dan muatam tetes minyak rata-rata serta jumlah muatan rata - rata untuk setiap variasi tegangan yang diberikan.

Tabel 3.3 : Hasil pertitungan jari-jari tetes minyak

rata-rata, dan muatam tetes minyak rata-rata.V

(volt)r (m) q(C) n rata- rata

200 1.235x 10-6 4.440 x 10-18 26.27

300 1.345x 10-6 3.472 x 10-18 20.54

Dalam percobaan ini menggunakan minyak parafin yang memiliki massa jenis 875,3 km/cm3 serta variasi tegangan 200 volt dan 300 volt. Pada saat minyak parafin disemprotkan dan masuk ke dalam ruang antar pelat mengalami gerak jatuh bebas yang diakibatkan oleh gaya gravitasi. Saat butiran minyak jatuh terjadi gesekan terhadap fluida (udara) dan cahaya lampu sehingga butiran minyak terionisasi. Ionisasi menghasilkan elektron yang akan melekat ke butiran minyak, sehingga tetes minyak menjadi bermuatan. Saat switch pembalik digerakkan ke atas maka tetes minyak yang bermuatan negatif akan bergerak mengikuti gerakan switch pembalik yaitu tetes minyak akan mendekati pelat kutub positif. Data yang diperoleh dari percobaan ini yaitu waktu saat tetes minyak naik dari batas garis bawah sampai batas garis atas dan waktu

4


ketika tetes minyak turun dari batas garis atas ke batas garis bawah. Pada saat butiran naik waktu yang diperlukan juga lebih lama dibandingkan pada saat butiran turun sehingga kecepatan saat naik lebih kecil daripada kecepatan saat turun. Dari perhitungan rata-rata diperoleh jari-jari tetesan minyak pada variasi tegangan 200 volt dan 300 volt berturut-turut sebesar 1,235 x 10-

6m dan 1,345x 10-6 m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 26,27 dan 20,54 muatan. Semakin kecil waktu yang dibutuhkan butiran minyak untuk naik dan turun maka semakin besar kecepatannya. Semakin besar kecepatan gerakan butiran minyak maka jari-jari tetesan minyak semakin besar yang akan menyebabkan muatan tiap butiran minyak juga semakin besar.

IV. KESIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan jari-jari tetesan minyak rata-rata pada variasi 200 volt dan 300 volt berturut-turut sebesar 1,235 x 10-6m dan 1,345x 10-6 m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 26,27 dan 20,54 muatan.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Yovanita Narsisca D.K dan Maria Fransisca G. T yang telah membimbing dalam percobaan tetes minyak milikan. Tidak lupa terimakasih kepada teman-teman satu team atas kerja samanya dalam melakukan praktikum tersebut.

DAFTAR PUSTAKA[1] Alonso m. Finn. 1992. Dasar-Dasar Fisika Universitas

Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga,[2] Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2. Jakarta:

Erlangga.[3] Kenneth, Krane. 1986.Fisika Modern Edisi Ketiga.

Jakarta: Erlangga.[4] Petruci, Kenneth. 1987. Fisika Dasar 1. Jakarta:

Erlangga.[5] Soedojo, Peter. 1992. Azaz-Azaz Ilmu Fisika Jilid 3

Optika. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

5

laporan resmi percobaan tetes minyak milikan

Documents