EKSPERIMEN FISIKA 1 MUATAN SPESIFIK ELEKTRON PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1 (MUATAN SPESIFIK ELEKTRON e/m) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu : Drs. David Edison Tarigan, M.Si. Disusun oleh : Eka Fitri Rahayu (1507104) Teman Sekelompok : Seli Nurpianti (1506036) PELAKSANAAN PERCOBAAN ...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1 (MUATAN SPESIFIK ELEKTRON e/m) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu : Drs. David Edison Tarigan, M.Si.

Disusun oleh : Eka Fitri Rahayu

(1507104)

Teman Sekelompok : Seli Nurpianti

(1506036)

PELAKSANAAN PERCOBAAN : Hari/Tgl/Jam : Rabu/ 31 Oktober 2017/ 07.00 – 08.40 WIB

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2017

Eksperimen 1 MUATAN SPESIFIK ELEKTRON e/m A. Tujuan Percobaan Menentukan harga e/m B. Dasar Teori Pada tahun 1805 menurut John Dalton, Atom merupakan salah satu partikel terkecil yang tidak bisa dibelah lagi yang menyusun suatu materi. Pemikiran tentang atom ini terus berkembang secara bertahap dari ilmuan satu ke ilmuan lainnya. Atom yang awalnya merupakan partikel terkecil, kemudian William Crookes (1875) menemukan bahwa atom tersebut memiliki muatan negatif yang kemudian G.J Stoney menamainya sebagai elektron. Pada tahun 1897, tabung sinar katoda yang digunakan oleh Crookes disempurnakan oleh Joseph John Thomson yang menemukan bahwa partikel atom merupakan suatu bola pejal bermuatan negatif sehingga dapat dibelokkan oleh medan listrik. Selanjutnya di tahun 1908, R.A Milikan menemukan nilai dari muatan elektron, kemudian melalui perbandingan

yang

dicetuskan oleh J.J Thomson, Milikan dapat mengetahui harga dari massa elektron. Di tempat yang berbeda pada tahun 1886, Eugene Goldstein menemukan istilah proton melalui modifikasi dari tabung sinar katoda Crookes. Pada tahun 1911, Ernest Rutherford mencoba menembakkan partikel alpha pada lempeng emas (Au) tipis sehingga menemukan bahwa dalam atom itu terdapat inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh ruang kosong hingga mencapai kulit elektron terdekat. Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1932, ditemukannlah partikel neutron pada inti atom oleh James Chadwik. Sampai disini akhirnya ditemukan bahwa suatu atom bukan merupakan partikel terkecil, tapi tersusun atas partikel yang lebih kecil, seperti proton, neutron dan elektron. Model struktur atom pertama ialah yang dikemukakan oleh J.J. Thomson, yang terkenal karena keberhasilannya mencirikan electron dan mengukur nisbah muatan terhadap massa (e/m) electron. Tahun 1897 ia menunjukan bahwa sinar dalam tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan medan magnetik sehingga dapat diketahui bahwa sinar tersebut mengandung partikel-partikel yang bermuatan listrik. Dengan mengukur besarnya penyimpangan partikel sinar yang disebabkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini, Thomson dapat menunjukan bahwa semua

partikel memiliki perbandingan muatan terhadap massa (e/m) relatif sama. Ia juga menunjukan bahwa partikel dengan perbandingan muatan terhadap massa ini dapat diperoleh dengan menggunakan sembarang bahan untuk katodanya. Partikel yang terkandung dalam sinar inilah yang sekarang disebut elektron dan merupakan bahan dasar seluruh materi. Pada tahun 1897 Joseph John Thomson (1856-1940) seorang ahli fisika Inggris, melalui eksperimen tabung kaca vacum yang berisi dua buah plat logam (sebagai elektroda positif dan negatif) yang dihubungkan dengan sumber arus listrik bertegangan tinggi, ternyata dari katoda (elektroda negatif) keluar suatu sinar yang menuju anoda (kutub positif). Karena sinar ini keluar dari katoda, maka disebut sebagai sinar katoda. Meskipun sinar ini tidak terlihat, tetapi dapat memendarkan suatu zat, sehingga terbukti keberadaanya.

F

xxxxxx x

V

(Gambar model eksperimen J.J Thomson) Kemudian Thomson menemukan gejala lain, yaitu bila magnet didekatkan pada tabung sinar katoda maka arah sinar katoda berbelok menuju kutub-kutub positif, sebaliknya bila medan listrik yang didekatkan pada tabung sinar katoda, kutub positifnya dapat menarik sinar katoda. Jika sinar katoda merupakan gelombang (tidak memiliki massa dan muatan), maka seharusnya cahaya tersebut tidak dapat dibelokan menuju kutub positif. Dari fakta tersebut Thomson menyimpulkan bahwa sinar katoda merupakan berkas partikel yang bermuatan negatif dan memiliki massa yang disebut elektron. Berdasarkan experimen ini Thomson berpendapat bahwa atom adalah bola bermuatan positif dan elektron menyebar diseluruh bagian atom, dan dikenal sebagai teori atom Thomson. Model atom ini bila diibaratkan seperti sebaran kismis pada sebuah roti (plum-pudding).

(Gambar model atom “Plum-Pudding” J.J Thomson) Prinsip yang digunakan Thomson dalam melakukan pengukuran ini adalah jika suatu muatan elektron bergerak didalam ruang yang berada medan magnet dan medan listrik maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang, dengan adanya gejala fisis ini maka dengan mempertimbangkan pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik persis seperi partikel yang dilemparkan horizontal didalam medan gravitasi bumi. Sistem yang digunakan untuk mengamati kejadian ini terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan yang digunakan ialah kumparan Helmholtz, karena kumparan ini dapat menghilangkan medan magnetik bumi serta untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas. Ketika katoda dialiri arus listrik, katoda tersebut akan berpijar karena tumbukan elektron-elektron didalamnya sehingga dapat menyebabkan elektron dari katoda tersebut loncat dari katoda dan memasuki daerah medan magnet dari kumparan yang dialiri arus listrik. Jika arah kecepatan elektron tersebut tegak lurus dengan arah medan magnet, maka elektron tersebut akan bergerak melingkar di dalam tabung katoda. Gaya magnetic memberikan gaya sentripetal yang diperlukan agar terjadi gerak melingkar. Kita dapat menghubungkan kecepatan elektron tersebut v dengan jari-jari lintasan r dan medan magnetik B dengan membuat gaya total yang sama dengan massa m elektron kali percepatan sentripetal v2/r yang bersesuaian dengan hukum kedua Newton. Gaya total pada kasus ini sama dengan evB karena v dan B saling tegak lurus. Dengan demikian, hokum kedua Newton memberikan :

Jika elektron awalnya diam dan bergerak melalui beda potensial V, energy kinetik elektron ketika memasuki medan magnetik sama dengan kehilangan energi potensialnya :

Dalam eksperimen penentuan muatan spesifik dari elektron, diketahui bahwa hubungan antara medan magnet dan arus listrik adalah :

Ket: N

= jumlah lilitan

R

= jari-jari kumparan (m)

I

= kuat arus (A)

C. Alat dan Bahan No

Nama Alat

Jumlah

1

Box Case

1 set

2

e/m experimental aparatus

1 set

3

Senter

1 buah

D. Prosedur Percobaan 1. Menyiapkan dan mengatur alat-alat praktikum yang akan digunakan untuk mencari muatan spesifik elektron e/m. 2. Memberikan beda potensial pada filamen F sehingga elektron dapat memancar dari filamen tersebut. Kemudian arahkan ke layar berskala dan atur posisi elektron agar memudahkan dalam pengukuran. 3. Mengusahakan pancaran elektron tepat berada pada ukuran skala bilangan bulat atau setengah bulat. 4. Menentukan besarnya tegangan dari power supply yang mengalir pada kumparan Helmholtz dan amati perubahan yang terjadi pada layar dengan bantuan senter. 5. Mengatur arus listrik dan ukur jari-jari lintasan elektron dari skala yang ditunjukkan sebanyak 10 kali pengambilan data tetapi pada beda potensial yang sama. 6. Mencatat hasil percobaan pada tabel pengamatan 7. Mengulangi langkah 2 sampai langkah 4 dengan mengatur beda potensial sebanyak 10 kali pengambilan data dengan memberikan arus listrik yang sama. 8. Mencatat hasil percobaan pada tabel pengamatan. 9. Merapikan kembali alat dan bahan yang telah digunakan. E. Data Percobaan -

Jumlah Lilitan

: 130 lilitan

-

Jari-jari kumparan : 0,15 m

-

Jenis gas

: Helium

1. Untuk arus listrik (I) konstan; I = 2 A No

V (volt)

(d ±0,05) cm

1

500

8,5

2

456

8,0

3

405

7,5

4

365

7,0

5

318 6,5 2. Untuk tegangan listrik (V) konstan; V = 300 volt No

I (A)

(d ±0,05) cm

1

2,67

5,0

2

2,42

5,5

3

2,22

6,0

4

2,02

6,5

1,86 F. Pengolahan Data

7,0

5

Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan, maka terlebih dahulu kita harus mencari besarnya medan magnet dengan menggunakan persamaan berikut B  0,7155 x

4 NI 10 7 R

setelah didapatkan besar medan magnet maka kita bisa mencari nilai e/m dengan menggunakan persamaan berikut:

1. Untuk arus listrik (I) konstan; I = 2 A N = 130 lilitan R = 0,15 m Metode Statistik

No. V (volt) r = d/2 (m)

B (T)

(C/kg)

1

500

0,0425

0,001558

2.2817

1,07

1,13967

2

456

0,04

0,001558

2.34916

3,93

0,154468

3

405

0,0375

0,001558

2.37389

1,46

0,0212415

4

365

0,035

0,001558

2.45598

6,75

0,455837

5

318

0,0325

0,001558

2.48158

9,31

0,86707

11,9423

∑

2,38846 Maka dari percobaan di dapatkan nilai e/m sebagai berikut

2.63829

0,0812

C/kg Kesalaha presisi

Kesalahan akurasi

= 35,7% Metode Grafik (

)

r2 (m)

V (Volt)

0,0425

500

0,04

456

0,0375

405

0,035

365

0,0325

318

Menggunakan grafik Orign Grafik (

)

Dari rumus

dengan demikian nilai

adalah sebagai berikut

2. Untuk tegangan listrik (V) konstan; V = 300 volt N = 130 lilitan R = 0,15 m Metode Statistik

(C/kg)

No.

I(A)

r = d/2 (m)

B (T)

1 2

2,67 2,42

0,025 0,0275

0,00208 0,001885

2,21996 2,23333

4,25 2,91

0,18037 0,84720

3

2,22

0,03

0,001729

2,22998

3,25

0,10536

4

2,02

0,0325

0,001573

2,29498

3,25

0,10593

5

1,86

0,035

0,001449

2,33392

0,51107

∑

11,3122

0,98744

0,049685

2,26243 Maka dari percobaan di dapatkan nilai e/m sebagai berikut:

C/kg Kesalahan presisi:

Kesalahan akurasi:

= 28,54%

Metode Grafik ( (

)

) (

)

231246,3

0,000625

281492,3

0,000756

334496,3

0,0009

404012,2

0,001056

476509,3

0,001225

Menggunakan grafik Orign Grafik (

Dari rumus maka akan di dapatkan

dengan demikian nilai

adalah sebagai berikut

)

G. Analisis Data Pengambilan data dilakukan dengan dua kali penentuan variable bebas dan terikat. Data percobaan pertama menggunakan variable arus tetap dan tegangan berubah. Hal tersebut menunjukan bahwa besar tegangan sebanding dengan besar diameter yang ditunjukan electron pada tabung katoda. Percobaan kedua menggunakan variable arus berubah dan tegangan tetap. Hal tersebut menunjukan bahwa besar arus berbanding terbalik dengan besar diameter yang ditunjukan electron pada tabung katoda. Hasil perngolahan data yang diperoleh dari percobaan I menggunakan metode statistika ialah

C/kg dengan presentase kesalahan

presisi sebesar

dan presentase kesalahan akurasi 35,7%. Sedangkan hasil

pengolahan data yang diperoleh dari metode grafik ialah

dengan

kesalahan akurasi 13,35%. Hasil pengolahan data yang diperoleh dari percobaan II menggunakan metode statistika

ialah

C/kg

dengan

presentasi

kesalahan presisi dan kesalahan akurasi masing-masing sebesar 2,19% dan 28,54%. Sedangkan hasil pengolahan data yang diperoleh dari metode grafik ialah

2,107

dengan kesalahan akurasi 19,71%. Nilai yang diperoleh dari percobaan ini apabila dengan membandingkan nilai

yang tercantum didalam referensi 1,76 x 1011 C/kg, diperoleh perbedaaan nilai yang cukup jauh. Faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan nilai ini adalah 1. Kesulitan pembacaan ketika akan menentukan ataupun memperoleh nilai arus dan tegangan karena layar ampermeter dan voltmeter yang (tidak menampilkan angka yang tetap. 2. Pengamat mengalami kesulitan untuk pembacaan skala. Adapun solusi untuk mengurangi kesalahan-kesalahan tersebut diantaranya 1. Pengamat hendaknya benar-benar menguasai konsep serta cara kerja alat 2. Memperhatikan veriabel arus dan tegangan dalam pengambilan data agar selalu tetap 3. Meningkatkan ketelitian dan kehati-hatian dalam pembacaan skala.

Tugas Akhir 1. Berdasarkan data yang diperoleh tentukanlah harga e/m dari data pengukuran ketika arus tetap dan V dipariasikan dan dari data ketika V tetap dan arus yang dipariasikan. Jawab: Untuk arus tetap dari percobaan di dapatkan nilai e/m mnggunakan metoode statistika sebagai berikut

C/kg Kesalaha presisi

Dan menggunakan metode grafik didapatkan nilai sebagai berikut

Dari rumus

dengan demikian nilai

adalah sebagai berikut

Untuk tegangan tetap dari percobaan di dapatkan nilai e/m mnggunakan metoode statistika sebagai berikut

C/kg Kesalahan presisi:

Dan menggunakan metode grafik didapatkan nilai sebagai berikut

Dari rumus maka akan di dapatkan

dengan demikian nilai

adalah sebagai berikut

2. Bandingkanlah kedua harga e/m dari hasil percobaan anda dengan harga e/m dari referennsi, mana yang lebih mendekati, beri penjelasan mengapa demikian. Jawab: Yang paling mendekati literature adalah harga

menggunakan metode grafik untuk arus

tetap. Dengan presentase kesalahan akurasi sebesar = 35,7% 3. Berdasarkan harga muatan elektron yang diperoleh oleh Milikan tentukanlah massa elektron. Jawab :

a. Percobaan I (Arus konstan) C/kg

b. Percobaan II (Tegangan kostan)

4. Bila hasil pengukuran e/m anda harganya jauh sekali perbedaannya dengan referensi, coba jelaskan apa kira-kira penyebabnya. jawab : Nilai yang diperoleh dari percobaan ini apabila dengan membandingkan nilai yang tercantum didalam referensi 1,76 x 10 11 C/kg, diperoleh perbedaaan nilai yang cukup jauh. Faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan nilai ini adalah a. Kesulitan pembacaan ketika akan menentukan ataupun memperoleh nilai arus dan tegangan karena layar ampermeter dan voltmeter yang (tidak menampilkan angka yang tetap. b. Pengamat mengalami kesulitan untuk pembacaan skala. Adapun

solusi

untuk

mengurangi

kesalahan-kesalahan

tersebut

diantaranya a. Pengamat hendaknya benar-benar menguasai konsep serta cara kerja alat b. Memperhatikan veriabel arus dan tegangan dalam pengambilan data agar selalu tetap c. Meningkatkan ketelitian dan kehati-hatian dalam pembacaan skala. H. Kesimpulan Hasil perngolahan data yang diperoleh dari percobaan I menggunakan metode statistika ialah

C/kg dengan presentase kesalahan

presisi sebesar

dan presentase kesalahan akurasi 35,7%. Sedangkan hasil

pengolahan data yang diperoleh dari metode grafik ialah

dengan

kesalahan akurasi 13,35%. Hasil pengolahan data yang diperoleh dari percobaan II menggunakan metode statistika

ialah

C/kg

dengan

presentasi

kesalahan presisi dan kesalahan akurasi masing-masing sebesar 2,19% dan 28,54%. Sedangkan hasil pengolahan data yang diperoleh dari metode grafik ialah

2,107

dengan kesalahan akurasi 19,71%.

I. Daftar Pustaka Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern (Terjemahan oleh The Houw Liong). Jakarta: Erlangga. Halliday, David dan Resnick, Robert. 1984. Fisika (Terjemahan Pantur Silaban dan Erwin Sucipto). Jakarta: Erlangga. Tim Dosen Fisika UPI. 2009. Eksperimen Fisika I. Bandung: Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI. J. Lampiran...