sejarah penemuan sinar katoda

Sejarah Penemuan Sinar Katoda

(Fisikanesia). Petir adalah aliaran muatan listrik di udara bertekanan satu atmosfer. Agar dapat menembus udara dengan tekanan itu, diperlukan kuat medan listrik yang besarnya 30,000 V/cm. Di dalam tabung bertekanan kurang dari 1 atmosfer, aliran muatan listrik dapat terjadi pada kuat medan listrik kurang dari 30.000 V/cm. Tahun 1855, H. Geissler berhasil menemukan teknik penghampaan atau pemvakuman udara, sehingga tekanan dalam tabung menjadi sangat rendah, sampai pada tekanan 0,01% dari tekanan udara normal, yang berarti sama dengan 0,00001 atmosfer. Penemuan Geissler ini sangat berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya.

Penemuan Geissler selanjutnya digunakan oleh Julius Plocker untuk melakukan percobaan. Sebuah tabung berisi gas diberi elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda) pada ujung-ujungnya. Jika elektroda-elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi molekul-molekul gas akan ter-ionkan menjadi muatan positif dan muatan negatif. Peristiwa ini sering dinamakan pelucutan gas (discharge). Adapun instrumen yang digunakan sering disebut tabung lucutan.

Plocker menghampakan tabung lucutan. Kemudian memberi tegangan tinggi pada kedua elektrodanya. Amperemeter dipasang untuk memantau arus. Karena tidak ada gas di dalamnya, maka diharapkan tidak ada arus yang mengalir. Ternyata hasilnya lain, yaitu ada arus. Yang lebih mengherankan lagi, dinding tabung di belakang anoda berpendar mengeluarkan cahaya hijau pucat. Plocker tidak dapat menjelaskan kedua peristiwa itu.

Pada tahun 1875, Sir William Crookes berusaha menyelidiki sifat-sifat sinar kehijauan itu . Ia menggunakan tabung yang dibelokkan tegak lurus. Sinar kehijauan muncul pada bagian tabung yang langsung berhadapan dengan katoda. Akhirnya, ia menyimpulkan bahwa ada sesuatu yang keluar dari katoda. Eugene Goldstein menamakannya sinar katoda.

Penyelidikan selanjutnya terhadap sinar katoda, akhirnya ditemukan sifat-sifat sinar katoda, yaitu:

1. Tidak bergantung pada material/bahan katoda. Sifat ini tidak berubah ketika katoda diganti dengan bahan-bahan yang berbeda;

2. Merambat lurus. Ketika diberi penghalang, ternyata menghasilkan bayang-bayang dibelakangnya;

3. Dapat dibelokkan oleh medan listrik;

4. Dapat dibelokkan oleh medan magnet;

5. Dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia, misalnya dapat mengubah warna garam perak;

6. Dapat memendarkan sulfida seng dan barium platina sianida;

7. Dapat menghasilkan panas;

8. Dapat menghilangkan plat foto

http://fisikanesia.blogspot.com/2013/03/sejarah-penemuan-sinar-katoda.html

9. Dapat menghasilkan sinar X

Karena dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet, maka sinar katoda merupakan partikel bermuatan listrik, tepatnya bermuatan listrik negatif yang selanjutnya diberi nama elektron. Silahkan lanjut ke Contoh Penerapan Teknologi Tabung Sinar Katoda.

Sekian tulisan tentang Sejarah Penemuan Sinar Katoda, semoga bermanfaat.

laporan sinar katoda

I. PENDAHULUAN

Berbagai temuan berkesan dalam bidang kimia-listrik memicu pula keingintahuan para ilmuan

pertengahan abad ke-19 untuk meneliti pengaruh kelistrikan pada gas. Sungguh mengesankan bahwa

kegiatan ilmiah ini akhirnya mengukuhkan “elektron” sebagai atomos muatan listrik.

Peristiwa loncatan bunga api listrik di udara antara dua ujung kawat bermuatan listrik ternyata

menyimpan rahasia yang menarik perhatian para fisikawan pertengahan abad ke-19. Penelitian

mnegenai gejala alam ini diopelkopori oleh Michael Faraday.

Faraday terilhami mengenai bengan merah antara kaitan loncatan bunga api listrik di udara dan

peristiwa elektrolisis. Diantara kedua kawat tersebut terdapat udara sehingga peristiwa ini dapat

dipandang sebagai aliran muatan listrik di udara , mirip dengan prinsip aliran ion dalam larutan

elektrolit.

Namun disadari, terdapat perbedaaan yang sangat bessar mengenai kedua peristiwa ini.

Perbedaaan keduanya terlebih terdapat pada jarak. Untuk larutan elektrolit aliran listrik didalam nya

dapat berlangsung karena beda tegangan listrik yang relatif rendah dan jarak pisah antar elektrodanya

tidak terlampau jauh. Sebaliknya pada kasus loncatan bunga api listrik baru terjadi jika jarak antar kedua

ujung kawat berada pada jarak yang cukup dekat dan tegangan listrik yang dihasilkan pun terlampau

tinggi.

Langkah maju yang cukup berarti untuk menangani hamparan teknis ini baru timbul oleh Hans

Geissler. Ia berhasil menciptakn tabung gelas yang snagat memadai untuk digunakan dalam mepelajari

loncatan bunga api listrik dalam berbagai gas bertekanan rendah. Hasil penemuannya ini dimanfaatkan

http://fisikanesia.blogspot.com/2013/03/teknologi-tabung-sinar-katoda.html

oleh fisikawan jerman yang digunakan dalam berbagai percobaan fisika dalam meyikap sifat dan gerakan

sinar katoda .

Dalam berbagai percobaan yang dilakukan tahun demi tahun maka dapat disimpulkan beberapa

kesimpulan yang penting dalam masing-masing percobaan yang akan dibahas dalam makalah ini berikut

dengan aplikasinya dalam dunia kesehatan dan ilmu pengetahuan.

II. ISI

Sinar katoda adalah pancaran berkas pertikel bermuatan negatif yang diamati didalam tabung

vakum,yaitu tabung kaca hempa udara yang dilengkapi oleh paling sedikit 2 elktroda logam yang diberi

tegangan listrik katoda negatif dan anoda positif .Sinar katoda atau yang lebih di kenal dengan sinar

elektron memiliki perannya masing-masing di dunia. Salah satunya adalah aplikasinya tidak hanya di

dunia pendidikan dan kesehatan namun juga di kehidupan sehari-hari. Contohnya pada mikroskop

elektron yang penggunaannya memiliki revolusi lebih baik dari mikroskop cahaya.

Tabung sinar katoda atau yang lebih sering disebut dengan (cathode ray tube)

Atau di singkat CRT. Tabung sinar katoda dijumpai dalam osiloskop dan alat yang serupa yang

digunakan dalam tabung gambar tv dan layar peraga komputer. Nama CRT itu bermula pada awal tahun

1900-an. Tabung sinar katoda ini menggunkan sinar elektron sebelum sifat dasar dari sinar ini

dimengerti, sinar ini dinamakna sinar katoda karena sinar itu muncul keluar dari katoda (elektroda

negatif) dari sebuah tabung ruang hampa.

Bagian dari tabung ini adalah sebuah ruang hampa yang sangat baik dengan tekanan sebesar

0,01 Pa (10-7 atom) atau lebih kecil. Paada tekanan yang lebih besar, tumbukan elektron dengan molekul

udara akan menghamburkan sinar elektron itu secara berlebihan. Katoda dinaikkan suhunya oleh

pemanas dan elektron menguap dari permukaan katoda itu. Anoda yang mempercepat elektron itu

dengan sebuah lubang kecil di pusatnya dipertahankan pada potensial positif V 1yang tinggi yang orde

nya sebesar 1 sampai 20 kv ,relatif terhadap katoda . selisih potensial itu menimbulkan sebuah medan

listrik yang diarahkan dari kanan ke kiri dalam daerah di antara katoda yang mempercepat elektron dan

katoda. Elektron lewat melalui lubang dalam anoda itu membentuk sebuah berkas sinar yang sempit

dan berjalan dengan kecepatan horizontal yang konstan dari anoda ke layar fluoresen ( layar pijar).

Kawasan dimana elektron itu menumpuk layar akan bercahaya terang.

Kisi kontreol mengatur banyaknya elektron yang mencapai anoda itu dan dengan demikian

mengatur terangnya titik pada layar itu. Anoda yang memfokuskan sinar elektron itu memastikan bahwa

elektron yang meninggalkan katoda itu dalam arah yang sedikit berbeda.

Selanjutnya adalah mikroskop elektron yang di dalam aplikasinya menggunakan sinar elektron

yang menggantikan fungsi cahaya, yang memilki revolusi lebih baik. Di dalam bab ini akan di bahas

secara mendalam mengenai apa itu mikroskop elektron dan hal-hal yang perlu diketahui mengenai

mikroskop ini.

PROSES TERJADINYA SINAR KATODA

Filamen tabung di panaskan dengan tegangan listrik 1,5 volt sampai 3 volt. Elektron akan

bergerak, katoda akan semakin negatif. Gerakan elektron akan mengarah ke anoda melewati grid I, GRID

II, grid III, selanjutnya ke anoda. Adanya gerakan elektron ini akan menghasilkan sinar. Untuk lebih

jelasnya lihat gambar perjalan katoda

kisi kontrol kisi fokus elektroda

deflensi

katoda

filamen berkas

elktron

sistem defleksi

Mikroskop elektron

Diagram transmisi dari sebuah mikroskop elektron

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek

sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol

pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang

jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak

energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.

Fenomena elektron

Pada tahun 1920 ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang dipercepat dalam suatu

kolom [elektromagnet], dalam suasana hampa udara (vakum) berkarakter seperti cahaya, dengan

panjang gelombang yang 100.000 kali lebih kecil dari cahaya. Selanjutnya ditemukan juga bahwa medan

listrik dan medan magnet dapat berperan sebagai lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam

mikroskop cahaya.

Jenis-jenis mikroskop elektron

Mikroskop transmisi elektron (TEM)

Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron microscope-TEM)adalah sebuah mikroskop

elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di mana elektron ditembuskan ke

dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil tembusannya pada layar.

Sejarah penemuan mikroskop elektron seorang ilmuwan dari universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska

menggabungkan penemuan ini dan membangun mikroskop transmisi elektron (TEM) yang pertama pada

tahun 1931. Mikroskop yang pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa medan

magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut dengan menambahkan

lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer

(nm).

Cara kerja

Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan kinerja hingga mampu

menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama dengan pembesaran sampai satu juta

kali. Meskipun banyak bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan

mikroskop transmisi elektron ini.

Adanya persyaratan bahwa "obyek pengamatan harus setipis mungkin" ini kembali membuat

sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki obyek yang tidak dapat dengan serta merta

dipertipis. Karena itu pengembangan metode baru mikroskop elektron terus dilakukan.

Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)

Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)adalah merupakan salah satu tipe yang merupakan hasil

pengembangan dari mikroskop transmisi elektron (TEM).

Pada sistem STEM ini, electron menembus spesimen namun sebagaimana halnya dengan cara kerja

SEM, optik elektron terfokus langsung pada sudut yang sempit dengan memindai obyek menggunakan

pola pemindaian dimana obyek tersebut dipindai dari satu sisi ke sisi lainnya (raster) yang menghasilkan

lajur-lajur titik yang membentuk gambar seperti yang dihasilkan oleh CRT pada televisi / monitor.

Mikroskop pemindai elektron (SEM)

Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detail arsitektur permukaan sel

(atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.

Sejarah penemuan

Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop pemindai elektron (Scanning

Electron Microscope-SEM) ini. Publikasi pertama kali yang mendiskripsikan teori SEM dilakukan oleh

fisikawan Jerman dR. Max Knoll pada 1935, meskipun fisikawan Jerman lainnya Dr. Manfred von

Ardenne mengklaim dirinya telah melakukan penelitian suatu fenomena yang kemudian disebut SEM

hingga tahun 1937. Mungkin karena itu, tidak satu pun dari keduanya mendapatkan hadiah nobel untuk

penemuan itu.

Pada 1942 tiga orang ilmuwan Amerika yaitu Dr. Vladimir Kosma Zworykin[2], Dr. James Hillier,

dan Dr. Snijder, benar-benar membangun sebuah mikroskop elektron metode pemindaian (SEM)

dengan resolusi hingga 50 nm atau magnifikasi 8.000 kali. Sebagai perbandingan SEM modern sekarang

ini mempunyai resolusi hingga 1 nm atau pembesaran 400.000 kali. Mikroskop elektron cara ini

memfokuskan sinar elektron (electron beam) di permukaan obyek dan mengambil gambarnya dengan

mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan obyek.

Cara kerja

Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic

dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau

elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai

dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat

sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor

CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat.

Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk

melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)

Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam bahasa Inggrisnya

disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak

memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.

Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah bahan alami yang ingin diamati secara

detail tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila

menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut

bisa terlaksana.

Sejarah penemuan

Teknologi ESEM ini dirintis oleh Gerasimos D. Danilatos, seorang kelahiran Yunani yang

bermigrasi ke Australia pada akhir tahun 1972 dan memperoleh gelar Ph.D dari Universitas New South

Wales (UNSW) pada tahun 1977 dengan judul disertasi Dynamic Mechanical Properties of Keratin

Fibres . Dr. Danilatos ini dikenal sebagai pionir dari teknologi ESEM, yang merupakan suatu inovasi besar

bagi dunia mikroskop elektron serta merupakan kemajuan fundamental dari ilmu mikroskopi.

Dengan teknologi ESEM ini maka dimungkinkan bagi seorang peneliti untuk meneliti sebuah

objek yang berada pada lingkungan yang menyerupai gas yang betekanan rendah (low-pressure gaseous

environments) misalnya pada 10-50 Torr serta tingkat humiditas diatas 100%. Dalam arti kata lain ESEM

ini memungkinkan dilakukannya penelitian obyek baik dalam keadaan kering maupun basah.

Sebuah perusahaan di Boston yaitu Electro Scan Corporation pada tahun 1988 ( perusahaan ini

diambil alih oleh Philips pada tahun 1996- sekarang bernama FEI Company [3] telah menemukan suatu

cara guna menangkap elektron dari obyek untuk mendapatkan gambar dan memproduksi muatan

positif dengan cara mendesain sebuah detektor yang dapat menangkap elektron dari suatu obyek dalam

suasana tidak vakum sekaligus menjadi produsen ion positif yang akan dihantarkan oleh gas dalam

ruang obyek ke permukaan obyek. Beberapa jenis gas telah dicoba untuk menguji teori ini, di antaranya

adalah beberapa gas ideal, gas , dan lain lain. Namun, yang memberikan hasil gambar yang terbaik

hanyalah uap air. Untuk sample dengan karakteristik tertentu uap air kadang kurang memberikan hasil

yang maksimum.

Pada beberapa tahun terakhir ini peralatan ESEM mulai dipasarkan oleh para produsennya dengan

mengiklankan gambar-gambar jasad renik dalam keadaan hidup yang selama ini tidak dapat terlihat

dengan mikroskop elektron.

Cara kerja

Pertama-tama dilakukan suatu upaya untuk menghilangkan penumpukan elektron (charging) di

permukaan obyek, dengan membuat suasana dalam ruang sample tidak vakum tetapi diisi dengan

sedikit gas yang akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan

elektron dapat dihindari.

Hal ini menimbulkan masalah karena kolom tempat elektron dipercepat dan ruang filamen di mana

elektron yang dihasilkan memerlukan tingkat vakum yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan

dengan memisahkan sistem pompa vakum ruang obyek dan ruang kolom serta filamen, dengan

menggunakan sistem pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau

lebih piringan logam platina yang biasa disebut (aperture) berlubang dengan diameter antara 200 hingga

500 mikrometer yang digunakan hanya untuk melewatkan elektron , sementara tingkat kevakuman yang

berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga.

Tipe-tipe pengembangan

Mikroskop refleksi elektron (REM)

Yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Reflection electron microscope (REM), adalah mikroskop elektron

yang memiliki cara kerja yang serupa sebagaimana halnya dengan cara kerja TEM namun sistem ini

menggunakan deteksi pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus digunakan

dengan menggabungkannya dengan tehnik Refleksi difraksi elektron energi tinggi (Reflection High

Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi pelepasan spektrum energi tinggi (reflection high-energy

loss spectrum - RHELS)

Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM)

Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) ini adalah merupakan Variasi lain yang

dikembangkan dari teknik yang sudah ada sebelumnya, yang digunakan untuk melihat struktur mikro

dari medan magnet (en:magnetic domains).

Pembuatan film dengan mikroskop ESEM

Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat melakukan pengamatan secara

terus menerus pada obyek yang hidup.

Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai

200nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm. Dibawah ini diberikan

perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya dengan elektron.

Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan beberapa jenis

pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda maka akan

timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis seperti pada gambar dibawah

ini.

Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:

1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil

pemindai.

4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima

oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).

Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:

Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan

sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal

backscattered electron. Sinyal -sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai berikut:

elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi berwarna

lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered elektron memberikan perbedaan berat

molekul dari atom – atom yang menyusun permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan

berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah. Contoh perbandingan gambar dari

kedua sinyal ini disajikan pada gambar dibawah ini.

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini. Permukaan

yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan gambar yang lebih cerah

dibandingkan permukaan yang rendah atau datar.

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar dibawah ini

yang secara prinsip atom – atom dengan densitas atau berat molekul lebih besar akan memantulkan

lebih banyak elektron sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas rendah. Maka teknik ini sangat

berguna untuk membedakan jenis atom.

Tabung sinar katoda adalah tabung hampa udara yang dibuat dengan memanfaatkan teknik

pevakuman Geisler yang dapat memancarkan elektron dalam bentuk sinar katoda

III. Datar pustaka

Hans,Parkrik.1999.Dari Atomos Hingga Quark.Jakarta:Penerbit Unuversitas Atmajaya .

Depari,Ganti.1987.Pokok-Pokok Elektronika.Bandung:M25.

Sears.Zemansly.1962. Fisika Untuk Universitas I Meekanika,Panas, Dan Bunyi.Jakarta-New York :Yayasan Danaan Buku Indo.

Pembentukan Sinar Katoda

11 November 20100 comments

Pelucutan Gas Adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil.

Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektrodeelektrode, yang biasanya disebut anoda dan katode. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.

Ingat !!! bahwa Katoda (-) Anoda (+)

https://lh3.googleusercontent.com/-UkfLeRGSR-k/TY1vfnDPsXI/AAAAAAAAASs/njvEr6ylxGc/s1600/13.jpg

Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang. Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan denga semakin kecilnya tekanan. Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan. Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca. Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.

Sifat sinar Katoda:

1. Memiliki Energi

2. Memendarkan kaca

3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.

4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X

5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.

Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa

sinar ini bermuatan negatif. Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut

elektron. Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron,

ternyata muatan elektron 1,6021.10 -19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10 -31 Kg .

Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut:

Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi.

Benturan-benturan tersebut mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.

BAB IPENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Dalam tabung osiloskop sinar katoda, didalamnya terdapat ruang yang sangat vakum. Bagian katoda dibuat memiliki temperatur yang tinggi dengan alat pemanas, sehingga elektron-elektron akan menguap dari permukaanya (ketika sifat emisi electron belum dipahami betul, penguapan elektorn dinamakan sinar katoda). Berkas elektron yang yang terlepas akan melewati lubang kecil pada anaoda sehingga akan mengalami percepatan. Hal ini dijaga dengan membuat agar nilai tegangan pada anoda lebih tinggi dari pada katoda. Pada bagian antara katoda-anoda timbul medan listrik sehingga electron yang melewati lubang pada anoda bergerak dengan kecepatan konstan dari anoda menuju layar fluoresen.Ketika elektron menuju layar fluoresen, elektron akan melewati daerah dengan medan magnet, yang diatur berarah tegak lurus terhadap arah gerak elektron. Medan magnet ini dihasilkan oleh dua pelat pendifleksi. Akibanya elktrin akan mengalami penyimpangan sehingga tidak tepat jatuh pada sumbu layar, tetapi akan jatuh pada jarak Y terhadap sumbu layar. Elektron yang diberikan potensial pemercepat (V) tentunya merupakan energi listrik dalam bentuk (eV), energi ini membuat elektron bergerak dengan kecepatan (v), sehingga dapat diberikan hubungan bahwa energi yang diberikan dalam bentuk eV akan diubah menjadi energi kinetik elektron.Setelah melewati anoda berkas elektron akan melewati daerah dengan medan magnet (B) yang tegak lurus terhadapnya. Akibatnya elektron akan mengalami penyimpangan akibat dari medan magnet (B) tersebut. Tentunya hal tersebut terjadi karena gaya yang dimiliki elektron akan dibelokkan oleh gaya magnet. Jika dibuat sebuat perangkat alat yang dapat membuat berkas elektron yang melewati medan magnet tegak lurus mempunyai lintasan berbentuk lingkaran maka gaya yang diakibatkan oleh gaya magnet tidak lain adalah gaya sentrifugal. Desain alat yang seperti ini dapat dibuat dengan menggunakan sepasang kumparan helmholtz dengan jarak antara kedua kumparannnya sama dengan jari-jari kumparan. Hubungan antara energi listrik yang diberikan (eV) dan energi kinetik elektron yang terpancar, gaya magnet dan gaya sentrifugal, dapat digunakan untuk mengukur perbandingan antara muatan elektron dan massa elektron (e/m).

Gambar 1. Skema model perangkat JJ.ThomsonPercobaan ini pertama kali dilakukan oleh JJ. Thomson pada tahun 1897, percobaan ini mendasari dalam penentuan massa elektron, kerena muatan elektron telah ditemukan lebih dulu oleh Milikan.B. RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah dalam kegiatan eksperimen yang dilakukan adalah1. Bagaimana prinsip kerja dari perangkat percobaan JJ. Thomson dalam menentukan nilai e/m partikel elektron?2. Berapa besar nilai perbandingan e/m untuk partikel elektron?

C. TUJUANTujuan dari kegiatan eksperimen yang dilakukan adalah 1. Memahami prinsip percobaan JJ Thompson (1897) dalam menentukan nilai e/m partikel elektron.2. Menentukan nilai perbandingan e/m untuk partikel elektron.

BAB IIKAJIAN TEORI

1. Skema dasar tabung sinar katoda J.J. Thomson

Gambar 2. Alat ukur untuk mengukur perbandingan e/m sinar katoda

2. Komponen penyusun dan fungsi masing-masing komponena. Tabung Gelas, tabung gelas ini yang hampir hampa sebagai perangkat utama tabung sinar katoda JJ. Thomson.b. Elektoda C ( Katoda), katoda ini tempat electron di pancarkan.c. Elektroda A, A’ (Anoda), anoda ini yang potensialnya positif dan di jaga tetap tinggi dari pada katoda.d. Pelat P dan P’, pelat P dan P’ ini sebagai pelat pendifleksian berkas electron baik akibat timbulnya medan listrik dan medan magnet antara pelat defleksi P dan P’.e. Layar Fluoresen S, layar ini sebagai penampil berkas electron

3. Prinsip Kerja tabung sinar katoda J.J. ThomsonPrinsip kerja dari tabung sinar katoda gambar diatas akan diuraikan sebagai berikut. Tabung dari gelas yang hampir hampa udara di dalamnya dipasang elektroda C dan A, A’ (potensial pemercepat). Elektroda A dan A’ sebagai anoda, dan elektroda C sebagai katoda. Elektroda C adalah katode tempat electron terpancar sedangkan elektroda A adalah anoda yang potensialnya posiyif dan dijaga tetap tinggi. Elektron yang terpancar dari katoda akan membentur elektroda A, tetapi sebagian bergerak lurus melewati lubang kecil pada elektroda A, selanjutnya electron yang berhasil melewati elektroda A akan dihambat oleh elektroda A’ yang ditengahnya terdapat lubang kecil. Hasil electron yang melewati lubang elektroda A’ berupa berkas kecil electron yang akan bergerak terus kedaerah yang terletak antara pelat P dan P’. Setelah melewati pelat ini electron akan membentur ujung tabung yang menyebabkan fluoresen di S menjadi pijar. Pelat defleksi P dan P’ dipisahkan oleh suatu jarak yang diketahui sehingga jiak diantara keduanya terdapat beda poteb=nsial mak medan listrik dan medan magnet dapat di hitung. Jika pelat P dibuat positif, medan listrik mendefleksikan electron-elektron ini bergerak melewati daerah bebas medan diluar pelat kearah layar dengan penyimpangan sebesar

Pada persamaan ini jika nilai YE, L, v2, D dapat diukur Maka e/m dapat diperoleh.Jika diantara pelat P dan P’ terdapat medan magnet B yang tegak urus terhadap berkas electron, maka denganprinsip yang sama, berkas electron akan berbelok dengan penyimpangan YB diakibatkan oleh medan magnet yaitu

Nilai e/m dapat dihitung jika YB, D, B, L, v dapat diukur.Jika digunakan kumparan (kumparan Helmholtz) digunakan sebagai pendefleksi maka prinsip kerja dari pengukuran ini adalah berkas electron dari katoda akibat potensial pemercepat akan melewati daerah medan magnet yang timbul akibat pemberian arus pada kumparan Helmholtz, sehingga berkas ini akan dipengaruhi oleh gaya magnetic yang menyebabkan electron berpijar membentuk lingkaran yang menimbulkan gaya sentrifugal sehingga dapat ditulis

Di mana: = Kecepatan= Kuat medan magnet= Jari-jari berkas

elektron yang terpancar dari katoda akibat potensial pemercepat V akan menyebabkan electron bergerak dengan kecepatan v, sehingga

Pada 2 kumparan Helmholtz dengan jari-jari a dan dialiri arus I maka pada sumbunya akan muncul medan magnet B, dan jarak antara kumparan L

Jika sudut yang dibentuk adalah θ maka untuk:

Jika alat diset agar a = L,maka

Sehingga:

Untuk medan magnet B dititik P, dari hukum Biot Savart,

Untuk R tegak lurus dL maka θ = 90o, sin θ = 1, maka

Untuk R tidak tegak lurus dL maka

Dimana L = keliling lingkaran

dengan a = jari-jari lingkaran (kumparan).Karena ada dua kumparan maka pada titik P muncul medan magnet sebesar Bp, yang arahnya tegaklurus terhadap arah gerak electron, yang besarnya adalah,

Dengan arah dan besar arus sama, maka

Dengan Bp kuat medan total dititik PKarena

,

sehingga diperoleh,

atau

dan karena

maka

Sehingga medan magnet pada Kumparan Helmholtz diberikan oleh persamaan

dengan a adalah Jari-jari kumparan.Jika persamaan 2 dan 3 dimasukkan dalam persamaan 1 akan diperoleh

Dengan V = Potensial pemercepat (volt)a = Jejari kumparan helmholtz (m)N = Jumlah lilitan pada setiap kumparan helmholtz (130)o = Konstanta permeabilitas = 4 x 10-7 I = Arus kumparan helmholtz (A)r = Jejari berkas electron (m)

Cara yang lain untuk menentukan nilai e/m, jika kuat medan magnet diketahui adalah dengan mengmabil hubungan antara energi listrik dan energi kinetik, serta gaya magnet dan gaya sentrifugal. Dari hubungan gaya magnetik dan gaya sentrifugal

Hubungan antara energi listrik dan energi kinetik

Dari persamaan (1)

Di mana

Sehingga dengan mensubtitusikan pers. (6) ke (5)

Dengan V = Potensial pemercepat= Kuat medan magnet= Jari-jari berkas elektron

BAB IIIMETODE EKSPERIMEN

A. ALAT DAN BAHAN Percobaan ini menggunakan “The e/m Apparatus” model SE-9638 seperti pada gambar berikut:

Gambar 3. The e/m Apparatus” model SE-9638

Gambar 4. Skema The e/m Apparatus

Alat ini terdiri dari:1. The e/m tube 4. Cloth hood 2. The Helmholtz Coils 5. Mirrored Scale3. The Controls B. CARA KERJA1. Memeriksa dan membuat rangkaian listrik alat e/m seperti gambar berikut.

Gambar 5. Rangkaian Listrik Percobaan e/m2. Memastikan bahwa kain penutup telah terpasang di atas alat e/m.3. Mendorong Toggle switch ke atas untuk posisi pengukuran e/m.4. Memutar tombol pengatur arus kumparan helmholtz keposisi OFF.5. Menghubungkan power supply dan meter (Ammeter dan Voltmeter) di depan panel alat e/m, seperti pada gambar.6. Mengatur power supply pada level berikut:

7. Mengatur tombol kumparan helmholtz dan memperhatikan Ammeter, agar arus tidak melampaui 2A. 8. Menunggu beberapa saat agar katoda cukup panas, sehinggga tampak berkas elektron keluar dari elektron gun yang akan melengkung akibat medan dari kumparan Helmholtz.9. Mencatat arus kumparan helmholtz pada Ammeter dan tegangan pemercepat pada Voltmeter. Mencatat hasil pengamatan dalam tabel hasil pengamatan.10. Mengukur Diameter berkas elektron, dengan menghimpitkan berkas tersebut terhadap skala yang tertera pada alat. Menentukan nilai skala bagian kanan dan kiri untuk memperoleh diameter berkas. Mengkonversi nilai diameter berkas menjadi jari-jari, mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.11. Mengulangi langkah ke 9 dan 10, dengan menaikkan potensial pemercepat elektron.12. Setelah pengukuran selesai, mengembalikkan semua tombol ke posisi semula.13. Berdasarkan data yang anda peroleh, selanjutnya dihitung nilai e/m elektron.C. IDENTIKASI VARIABEL1. Variabel ManipulasiPotensial Pemercepat (V).2. Variabel KontrolKuat medan magnet (B), jumlah kumparan Helmholtz (N).3. Variabel ResponArus Kumparan Helmholtz (I), dan Jari-jari berkas elektron (r)

D. DEFENISI OPERASIONAL VARIABEL1. Variabel ManipulasiPotensial Pemercepat (V) adalah besarnya tegangan pemercepat agar berkas elektron dapat terpancar, yang besarnya diukur dengan menggunakan voltmeter digital. 2. Variabel KontrolKuat medan magnet (B) adalah besarnya rapat fluks magnetik yang arahnya tegak lurus terhadap arah elektron dengan nilai yang telah ditetapkan yaitu 7,8 x 10-4 Wb/m2.3. Variabel Respon

Jari-jari berkas elektron (r) adalah jari-jari berkas elektron yang diperoleh dari pengukuran diameter berkas dengan menggunakan skala yang tertera pada perangkat e/m (alat), dan Arus Kumparan Helmholtz (I) adalah kuat arus listrik yang mengalir menuju ke masing-masing kumparan helmholtz yang dikur dengan menggunakan ammeter.

BAB IVHASIL EKSPERIMEN

A. HASIL PENGAMATANDari hasil eksperimen yang dilakukan, diperoleh data yang ditunjukkan pada tabel IV.1 di bawah ini.

Diketahui: B = 7,80 x 10-4 Wb/m2Harga referensi e/m = 1,7589 x 1011 C/kg No Tegangan Pemercepat(Volt) Arus Kumparan(mA) Jari-jari berkas(cm)123456 8995104117125134 905899896897893895 3,754,054,25

4,754,854,95Tabel IV.1. Tabel Hasil Pengamatan

B. ANALISA DATANilai e/m elektron berdasarkan data-data yang diperoleh dalam tabel IV.1. dapat di tentukan seperti dalam uraian berikut1. Untuk V = 89 Volt, dan r = 3,75 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,

Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)1= 2,0805 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah

Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 18,28 persen.

2. Untuk V = 95 Volt, dan r = 4,05 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,


Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 8,25 persen3. Untuk V = 104 Volt, dan r = 4,25 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,





Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)5= 1,7469 x 1011 C/kg

Persentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah



Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 2,21 persen.

Dari hasil analisis yang dilaukukan diperoleh nilai e/m rata-rata sebesar 1,8544 x1011 C/kg.

C. PEMBAHASANHasil analisis yang dilakukan di atas dapat dilihat dalam tabel IV.2, di bawah ini,No Tegangan Pemercepat(Volt) Arus Kumparan(mA) Jari-jari berkas(cm) Nilai e/m(C/kg)Persentase kesalahan(%)123456 8995104117125134 905899897896895893 3,754,054,254,754,854,95 2,0805 x 10111,9039 x 1011

1,8928 x 10111,7047 x 10111,7469 x 10111,7589 x 1011 18,288,257,613,080,682,21Tabel IV.2. Tabel Hasil Analisis dengan nilai e/m rata-rata sebesar 1,8544 x1011 C/kg.Dari tabel IV.2, diperoleh nilai e/m yang sangat bervariasi. Secara teoritis Thomson mengukur e/m “korpuskul katoda“nya dan mendapatkan satu harga untuk besaran ini, yang tidak bergantung kepada bahan katoda dan sisa gas dalam tabung. Ketidakbergantungan ini menandakan bahwa korpuskul katoda itu merupakan unsur yang terdapat dalam semua zat dengan nilai e/m adalah (1,758897 ± 0,000032) x 10 11 C/kg.Penentuan e/m dari eksperimen yang dilakukan sangat bagus untuk tegangan pemercepat sebesar 125 Volt. Hal ini ditunjukkan pada nilai ini persentase kesalahan terhadap nilai referensi teori hanya sebesar 0,68 persen. Sedangkan kesalahan (penyimpangan) terhadap nilai referensi terbesar terjadi untuk potensial pemercepat sebesar 89 Volt. Hal ini penting diketahui untuk membatasi nilai V yang diberikan sehingga akan diperoleh perbandingan e/m yang akurat. Hasil analisis data yang diperoleh menunjukkan nilai e/m memang mencirikan nilai perbandingan antara muatan elektron dan massa elektron, hal ini dapat dilihat dari hasil perhitungan e/m yang mendekati nilai referensi yang ada. Adanya perbedaan nilai e/m dari hasil analisis dan nilai e/m secara teori, tentunya disebabkan oleh banyak faktor yang mana, praktikan telah berusaha untuk memperoleh data yang sebaik-baiknya. Diantara faktor tersebut yang sangat rentan terjadi kesalahan yaitu dalam penentuan jari-jari berkas elektron. Berkas yang muncul dalam bentuk lingkaran yang tidak sempurna sehingga dapat saja nilai jari-jari yang diperoleh atau diameter yang diukur bukan diameter yang sebenarnya, jika cara pengukurannya tidak tepat. Berkas elektron yang muncul memiliki ketebalan (seperti garis tebal) sehingga dalam menentukan acuan penentuan titik pada skala acuan pengukuran diameter dapat saja terjadi kesalahan. Nilai potensial pemercepat (V) elektron yang terkadang berfluktuasi sehingga kemungkinan selalu ada kesalahan. Hal lain yang sempat praktikan lakukan adalah dengan mengubah nilai arus maksimum (2A) untuk kumparan helmholtz. Batas pemberian arus yang digunakan akan sangat mempengaruhi jari-jari berkas elektron yang dihasilkan, sehingga lebih awal harus terlebih dahulu dikalibrasi sehingga kesalahan-kesalahan yang mungkin dapat diminimalkan. Faktor lain dapat saja diakibatkan oleh kondisi alat yang sudah tua (keterbatasan alat), sehingga potensial pemercepat nya hanya menghasilkan berkas elektron pada rentang tertentu (sangat terbatas).

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

Dari hasil analisis dan pembahasan dapat disimpulkan beberapa hal yaitu:1. Nilai e/m yang diperoleh bervariasi, namun nilai yang diperoleh mencirikan nilai perbandingan muatan elektron dan massa elektron.2. Dalam penentuan nilai e/m, pemberian potensial pemercepat (V) disekitar 125 Volt sangat baik (e/m = 1,7469 x 1011 C/kg), memiliki kesalahan yang sangat kecil yaitu 0,68 persen. Potensial pemercepat (V) disekitar 89 Volt kurang baik (e/m = 2,0805 x 1011 C/kg), memiliki kesalahan yang cukup besar yaitu 18,28 persen. B. SARAN1. Dalam pengambilan data hendaknya memperhatikan hal-hal berikut:a. Pengukuran diameter berkas elektron, hendaknya seteliti mungkin. Terutama menentukan garis yang dipakai sebagai acuan penentuan skala penunjukan.b. Nilai potensial pemercepat (V) yang dipilih adalah yang tidak fluktuatif lagi (menunggu beberapa saat untuk diperoleh V yang agak konstan)2. Pihak laboratorium hendaknya mengusahakan untuk mengadakan perangkat yang dapat menampilkan berkas elektron yang lebih baik.

C. DAFTAR PUSTAKA1. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2 edisi kelima (Terjemahan).Jakarta: Penerbit Erlangga.2. Halliday dan Resnik.1991. Fisika Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga3. Sears dan Zemansky. 1962. Fisika untuk universitas 2 listrik, magnet (terjemahan).Jakarta: Binacipta4. Sunardi dan Indra, Etsa. 2006. Fisika Bilingual Untuk SMA/MA kelas XII semester 1 dan 2. Bandung: Penerbit Yrama Widya5. Surya, Yohanes. 2001. Fisika itu Mudah edisi kedua SMU catur wulan kedua kelas 3. Tangerang: Penerbit PT. Bina Sumber Daya MIPA.6. Tim Eksperimen Fisika Modern. 2009. Penuntun Eksperimen Fisika Modern Program S2. Makassar. Laboratorium Fisika Unit Fisika Modern FMIPA UNM.

mimi physics

Minggu, 25 Desember 2011

laporan resmi eksperimen sinar katoda (e/m)

EKSPERIMEN SINAR KATODA (e/em)

http://helmidiana26.blogspot.com/

Helmi Diana

Jurusan Fisika,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Jember

[email protected]

19 Desember 2011

ABSTRAK

Eksperimen sinar katoda dilakukan oleh fisikawan bernama J.J Thomson,dia membuktikan bahwa sinar katoda adalah pancaran berkas partikel bermuatan negatif.Eksperimen ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara radius berkas elektron (r) dengan beda tegangan elektroda pemercepat (∆v) pada masing-masing harga arus (I), serta untuk mengetahui perbandingan muatan dan massa elektron (e/m). Dari hasil eksperimen didapatkan nilai beda tegangan ( V ) berbanding lurus dengan jari-jari lintasan berkas elektrón (r) untuk setiap nilai arus (I),dimana nilai beda potensial semakin besar maka nilai radius berkas elektron juga bertambah besar.Nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmholtz,yaitu semakin besar nilai arus listrik maka nilai radius berkas elektron bertambah kecil.Perbandingan harga e/m melalui percobaan yang dilakukan sudah mendekati harga e/m acuan yang pernah dilakukan oleh J. J. Thompson.

.

Key word: sinar katoda,koil helmholz

mailto:[email protected]

PENDAHULUAN

Elektron merupakan salah satu penemuan penting yang dapat menjelaskan berbagai fenomena fisika,salah satunya adalah gejala kelistrikan dan kemagnetan.Pada awalnya elektron sangat sulit ditemukan,setelah melalui beberapa eksperimen, akhirnya seorang fisikawan yang benama Sir Joseph John Thomson (1856-1940) pada tahun 1897 membuktikan percobaan meyakinkan bahwa sinar katoda adalah pancaran berkas partikel bermuatan negatif.

Dalam percobaannya, Thomson menemukan bahwa sinar katoda yang terdiri dari partikel-partikel negatif ini disebut dengan elektron.Katoda yang bbermuatan negatif memancarkan elektron yang dipercepat oleh penarikan anoda yang bermuatan positif.

Suatu elektron dengan kecepatan tinggi yang dipancarkan dari katoda pada sebuah tabung dalam keadaan vakum disebut dengan sinar katoda.Dengan menggunakan tegangan yang sangat tinggi sinar-sinar katoda ini akan dipercepat dan dikendalikan oleh medan magnet.Apabila elektron bergerak dengan arah tegak lurus terhadap arah medan magnet,maka elektron tersebut akan membelok sebagai busur lingkaran.Hal tersebut diakibatkan oleh timbulnya gaya magnetik.

Pengukuran nilai muatan elektron (e) dapat dapat diketahui setelah percobaan yang dilakukan oleh J.J. Thompson tersebut, yaitu dengan menggunakan peralatan tabung sinar katoda yang dilengkapi dengan Medan listrik dan Medan magnet. Harga (e) dapat didekati dengan harga perbandingan (e/m) yang diperoleh dari hubungan antara nilai arus (I), tegangan elektroda (∆V), dan radius lintasan elektron (r). Hubungan antar ketiganya dapat diketahui dari sifat-sifat coil helmholzt yang menyebabkan adanya gaya sentripetal yang membuat elektron berbentuk lingkaran dari gaya linier yang timbul akibat perbedaan tegangan listrik antara katoda dengan anoda.

Jika partikel bermuatan (elektron) bergerak dengan kecepatan v di daerah dengan kuat medan B, maka pertikel tersebut akan mengalami pembelokkan yang diakibatkan oleh timbulnya gaya magnetik (Fm),maka besarnya gaya magnetik dapat ditentukan dengan persamaan:

Fm=ev x B (2.1) Dimana Fm=Fc

Maka evB=mv2/m (2.2)

Dalam percobaan sinar katoda terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya elektromagnetik dan gaya sentripetal.gaya sentripetal ini muncul diakibatkan karena bentuk lintasan dari gaya elektromagnetik berbentuk lingkaran,sehingga pada saat memasuki daerah medan magnetik akan terjadi kesetimbangan gaya yaitu antara gaya magnetik dan gaya sentripetal yang diuraikan sebagai berikut :

Fm = Fc

(2.3)

Berkas elektron diperoleh dengan menggunakan elektron gun.Berkas elektron tersebut kemudian dipercepat melalui beda potensial (∆V).Adanya beda potensial ini menghasilkan energi potensial

elektron (e∆V) yang seluruhnya diubah menjadi energi kinetik elektron sebesar ketika elektron

tersebut mencapai ujung yang lain.

(2.4)

besar medan magnet yang mempengaruhi pergerakan linear elektron di daerah koil Helmholtz di tentukan dengan persamaan :

(2.5)

Harga pebandingan muatan dan massa elektron (e/m) adalah sebagai berikut:

(2.6)

Keteranangan :

∆v = potensial pemercepat (volt)

= radius helmholtz koil

N =jumlah lilitan pada helmholtz koil

R = radius sinar lektron (m)

µ0 = konstanta permeabilitas udara (µo = 4π x 10-7)

Dilaksanakannya Eksperimen sinar katoda ini memiliki beberapa tujuan,diantaranya adalah untuk mengetahui hubungan antara radius berkas elektron (r) dengan beda tegangan elektroda pemercepat (∆V) pada masing-masing harga arus (I) dalam grafik,serta untuk menentukan perbandingan muatan dan massa elektron (e/m) baik secara teori maupun secara perhitungan dari eksperimen yang telah dilakukan.Selain hal tersebut eksperimen sinar katoda sangatlah bermanfaat dalam menunjang penemuan-penemuan terbaru di bidang teknologi.Contohnya adalah pesawat televisi.

METODE EKSPERIMEN

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen sinar katoda (e/m) yaitu, peralatan pengukuran e/m digunakan sebagai alat yang digunakan untuk mengukur besarnya harga e/m sinar katoda, high voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan DC tinggi, Low voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan AC/DC rendah, digital voltmeter berfungsi sebagai penghubung rangkaian.

Dimana rangkaian percobaan pada eksperimen eksperimen sinar katoda (e/m) adalah sebagai berikut:

Gambar susunan eksperimen e/m

Sumber: Buku panduan praktikum eksperimen fisika 1

Adapun langkah-langkah yang akan dilakukan pada esksperimen sinar katoda (e/m) adalah sebagai berikut:

Tahap persiapan

Tahap Pengukuran

Analisa data yang digunakan adalah sebagai berikut:

Untuk mencari e/m secara analitik

Perhitungan e/m secara grafik (I) tetap (V) berubah

Perhitungan e/m secara grafik (V) tetap (I) berubah

Nilai deskrepansi

Dimana,

Ralat

I=100%-K

HASIL

Untuk (I) tetap dan (V) berubah:

Nilai e/m untuk (I) tetap (V) berubah

Nilai e/m secara grafik untuk (I) tetap (V) berubah

Nilai Deskrepansi untuk (I) tetap (V) berubah

D=0,0133

Nilai Deskrepansi secara grafik untuk (I) tetap (V) berubah

D=0,26

Ralat untuk (I) tetap (V) berubah

Untuk (V) tetap dan (I) berubah

Nilai e/m untuk (V) tetap (I) berubah

Nilai e/m secara grafik untuk (V) tetap (I) berubah.

Nilai Deskrepansi untuk (V) tetap (I) berubah

D=0,019

Nilai Deskrepansi secara grafik untuk (V) tetap (I) berubah

D=0,96

Ralat untuk (V) tetap (I) berubah

Grafik hubungan antara D^2 (m^2) dengan beda potensial V(volt)

Gambar 3.1: Grafik hubungan antara D^2(m^2) dengan beda potensial V

Grafik hubungan antara 1/ D^2 (m^2) dengan Arus I(A)

Gambar 3.2:Grafik hubungan antara 1/D^2 (m^-2)dengan Arus

DISKUSI

Pada eksperimen ini membahas tentang eksperimen sinar katoda (e/m) dengan tujuan untuk mengetahui hubungan antara berkas radius elektron (r) dengan beda tegangan ellektroda pemercepat (∆V) pada masing-masing harga arus (I) dalam grafik, serta untuk mengetahui perbandingan massa dan muatan elektron(e/m) baik secara teori maupun hasil perhitungan.

Langkah pertama yang dilakukan dalam eksperimen sinar katoda (e/m) adalah melakukan penngamatan dimana nilai arus listrik pada coil helmholtz bernilai tetap yaitu 1A,dengan nilai variabel beda potensial diubah dan kemudian diperbesar.Nilainya dimulai dari 100 volt sampai 150 volt dengan masing-masing dilakukan tiga kali pengulangan pengukuran.Dari hasil pengukuran didapatkan nilai radius berkas elektron bertambah besar. Dengan demikian dapat diketahui bahwa nilai beda potensial berbanding lurus dengan radius lintasan berkas elektron yang terbentuk.Hal tersebut dapat terjadi karena percepatan elektron gun pada lintasan linier dipengaruhi oleh nilai beda potensial.

Langkah selanjutnya adalah dilakukan pengamatan dimana nilai beda potensial (V) tetap yaitu 140 volt,sedangkan nilai arus (I) dirubah dan kemudian diperbesar, akan tetapi tidak boleh melebihi 1,5 A.Sehingga nilainya yaitu antara 1A sampai 1,4 A dengan masing-masing dilakukan tiga kali pengulangan pengukuran untuk setiap harga arus (I).Dari hasil pengukuran didapatkan bahwa radius lintasan elektron cenderung semakin mengecil. Dengan demikian diketahui bahwa semakin besar nilai arus listrik, maka besar medan magnet (B) yang dibangkikan oleh koil Helmhotz juga akan semakin besar. Sehingga dapat disimpulkan bahwa nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmhotz.

Pada eksperimen yang dilakukan berkas lintasan elektron berbentuk melingkar.Bentuk melingkar ini terjadi karena adanya pengaruh medan magnet (B) yang dibangkitkan oleh sebuah coil helmholtz.Elektron yang dilepaskan oleh elektron gun ditarik oleh beda potensial yang mengakibatkan adanya pergeseran lintasan dari linier menjadi melingkar.

Tujuan selanjutnya adalah untuk mengetahui perbandingan muatan dan massa elektron (e/m).Dari hasil perhitungan nilai perbandingan muatan dan massa elektron (e/m) pada saat (I) tetap dan (V) berubah

adalah sebesar untuk hasil analitik dan sebesar pada grafik, dengan

prosentase kesalahan 1,3%.Sedangkan pada saat (V) tetap dan (I) berubah adalah sebesar

untuk hasil analitik dan pada grafik, dengan prosentase kesalahan

sebesar 1,9%. Hasil (e/m) hasil eksperimen tersebut sudah mendekati dengan hasil (e/m) acuan yaitu

sebesar .Jadi dapat disimpulkan bahwa hasil perbandingan muatan dan massa elektron

(e/m) hasil eksperimen yang dilakukan dapat dikatakan cukup valid.

KESIMPULAN DAN SARAN

kesimpulan

- Nilai beda tegangan elektroda pemercepat ( V ) berbanding lurus dengan jari-jari

- lintasan berkas elektrón (r) untuk setiap nilai arus (I),dimana jika nilai beda potensial semakin besar maka nilai radius berkas elektron juga bertambah besar.

- Nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmholtz,yaitu semakin besar nilai arus listrik maka nilai radius berkas elektron bertambah kecil.

- Perbandingan harga e/m melalui percobaan yang dilakukan sudah mendekati harga e/m acuan yang pernah dilakukan oleh J. J. Thompson.

Saran

Ketika melaksanakan pengambilan data harus dengan ketelitian yang baik terutama saat melihat panjang lintasan berkas elektron.

DAFTAR PUSTAKA

M Finn,Alonso.1987.Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua.Jakarta:Erlangga

Respati.1992.Dasar-Dasar Ilmu Kimia.Jakarta: PT. Rineka Cipta

Sastrohamidjojo,Harjdono.2008. Kimia Dasar.Jogjakarta: UGM

Tim Penyusun Panduan Praktikum Optoelektronika dan Fisika Modern. 2011. Buku Panduan Eksperimen Fisika I. Jurusan Fisika. FMIPA : Universitas Jember

Wihono,Bambang Subali.1986.Fisika Atom.Jakarta: Universitas Terbuka

Wospakrik,Hans.2005.Dari Atom Hingga Quark.Jakarta: Universitas Atma Jaya

sejarah penemuan sinar katoda

Documents