laporan tetes minyak milikan PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN I EKSPERIMEN TETES MINYAK MILIKAN Praktikan : Romi Fadli Syahputra NIM : 1203121073 Dosen Pengampuh : Drs. Walfred Tambunan, M.Si. LABORATORIUM FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2014 EKSPERIMEN TE...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN I

EKSPERIMEN TETES MINYAK MILIKAN

Praktikan

: Romi Fadli Syahputra

NIM

: 1203121073

Dosen Pengampuh : Drs. Walfred Tambunan, M.Si.

LABORATORIUM FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2014

EKSPERIMEN TETES MINYAK MILIKAN

I.

TUJUAN

1.

Menentukan besarnya muatan elektron dengan mengunakan alat tetes minyak milikan.

2.

Menentukan banyaknya elektron di dalam tetes minyak.

II.

ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1.

1 set alat percobaan milikan model 559 41

2.

1 unit power supply model 559 42

3.

1 unit elektronik stop-clock P

4.

1 kabel jumper model 501 25

5.

1 kabel jumper model 501 26

6.

1 kabel jumper model 501 27

7.

1 kabel jumper model 501 28

8.

1 kabel jumper model 501 29

9.

1 counter P model 575 45

10.

1 unit penjajah waktu model 575 42

11.

Beberapa utas tali penghubung

12.

Minyak oli/minyak makan

III.

LANDASAN TEORI Eksperimen tetes minyak milikan merupakan percobaan untuk menunjukkan bahwa

muatan electron bersifat diskrit yaitu gaya ke bawah pada tetes milikan (percepatan ke bawah) akan terhambat oleh suatu gaya stokes (gaya penghambat). Hal tersebut dapat terjadi ketika minyak milikan jatuh ke udara yang selanjutnya akan mengalami percepatan ke bawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi, sedangkan pada saat yang sama gerak tetes minyak tersebut dihambat oleh gaya stokes. Kecepatan tetes minyak milikan tersebut akan meningkat sampai tercapai kecepatan stasioner ketika gaya berat ke bawah sama dengan gaya stokes ke atas. Dengan demikian, dapat ditentukan sifat dasar darimuatan elektron dengan hubungannya pada bilangan avogadro. Sehingga denganeksperimen ini dapat ditentukan nilai bilangan avogadro yang merupakanturunan lebih lanjut dari aplikasi hukum faraday yang memadukan antara gayastokes dengan gaya gravitasi pada tingkatan elektron mikroskopis.

Percobaan tetes minyak Milikan dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron dengan menyimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, Robert Milikan menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini adalah muatan dari satu elektron : 1.602 × 10−19 Coulomb.

Tetes minyak disemprotkan dibagian atas alat milikan sehingga tetes minyak itu jatuh akibat gaya beratnya, sebelum diberi tegangan antara pelat sebelah atas dengan sebelah bawah, maka pada tetes minyak itu berlaku gaya: Gaya berat: moil.g Gaya Archimedes Gaya akibat gesekan (gaya stokes’) jika tetesan atom minyak relatif dalam udara (n = viskositas udara; r = radius tetesan minyak yang diumpamakan berbentuk bola; v = kecepatan gerak).

Setelah diberi tegangan listrik dan berada dalam udara, maka akan berlaku gaya pada tetesan minyak tersebut yaitu: Gaya listrik Gaya dorong keatas (gaya normal) selain dari gaya berat: mLg. Kecepatan gerak tetesan minyak dalam medan bebas dinyatakan dengan radius r. Jika tetes minyak bergerak dalam medan yang kecepatannya konstan v1, berat dan nilai gaya normal serta gaya gesek Stokes’ dapat diabaikan. Jika diatur kecepatan jatuh tetes minyak V1 adalah tetap (konstan) maka pada tetes minyak ini berlaku hukum pertama Newton: =0 →

(1) −

−

=0

(2)

Dimana fu gaya apung udara (Archimedes) yang besarnya =

∙

(3)

Dan fs gaya gesekan stoke sehingga

=6

−

(4) −6

1=0

(5)

Jika moil - mL = m; diperoleh: −6

1=0

(6)

mg adalah gaya berat yang diperoleh gaya normal. Dengan: −

=

dengan: ρoil = densitas minyak ρair = densitas udara Sehingga diperoleh −6

1=0

Volume tetes minyak: V = 4/3π r3

(7)

4 3

−6

1=0

(8)

Jika tegangan U diberikan pada plat kapasitor dengan jarak antar plat d, dan kecepatan tetesan naik secara konstan v2. Berat yang dihasilkan gaya normal, gesekan Stokes’ dan gaya medan listrik adalah +6

1 − !" = 0

(9)

Jika E = U/V dan mg = ρ 4/3 π r3 g; dihasilkan persamaan: 4 3

−

!#

+6

1=0

(10)

Bila m = moil – ml dan gaya medan listrik dapat diabaikan, maka =6

v1

= 6

=

dimana

= 4 2

6

=

v1

.

(11)

− =

(

v1

6

.

v1

3)6 3. . 1 4 2 .

9 . 1 =* 2 .

(12)

Jika tabung milikan di hubungkan ke sumber tegangan listrik maka gaya listrik yang di alami tetes minyak adalah:

= ,- = ,

# .

(13)

Jika kecepatan konstan maka berlaku : 4 3

+

.

−

=0

+6 . . −,

Dimana :

.

=0

(14)

Q = muatan electron dalam tetes minyak U = tegangan listrik yang di pakai d = jarak plat A dan plat B

Bila U diatur atau di perkecil sampai tetes mengapung di daerah plat A dan plat B. maka persamaan 14 menjadi: 4 3

,=

.

. 4 . / 3

+ 0 − , .

/ =0 . (15)

Subtitusikan besarnya r ke persamaan 6 hingga di peroleh ,=6 .

. 9 ƞ. * . / 2

(16)

Untuk tetes minyak tabung milikan experimenya ada dua metoda 1.

Metoda kesetimbangan

2.

Metoda dinamika Untuk metoda kesetimbangan electron yang diamati adalah tetes minyak yang jatuh.

Sehingga perumusan untuk menghitung besarnya muatan electron di dalam tetes minyak adalah: ,=6

. 9 ƞ * 2

ƞ

Didalam alat yang di pakai d = 6 x 10-3m ƞ = 1,81 x 10-5 Ns2/m2 (visikositas udara)

oil l

= 875,3kg/m3

= 1,29 kg/m3

jika di isikan angka-angka diatas maka ; , = 2 × 101

2 34 8

5/7

C(As)

(17)

Banyak electron di dalam tetes minyak yang diamati 9=

, , = " 1.6 × 101

:

(18)

Untuk mencari v1 dari hubungan ) × 101? 1.875 ; = @

; =

(19) (20)

Untuk bergerak naik kembali di matikan tegangan sehingga tetes bergerak naik. Maka metoda untuk mencari Q dalam tetes minyak diamati di sebuah metoda dinamika. ,=A

B 37

/

C D ) 2. 101 2 EF

Dimana ; t2 = waktu tetes minyak naik X2 = jarak tetes minyak naik

(21)

IV. JALAN PERCOBAAN

1. Metoda Kesetimbangan Variabel yang diukur : Tegangan U yang mengakibatkan tetesan minyak mengambang. Waktu t yang dikehendaki pada saat tetesan bergerak dengan jarak skala sumbu x.

Jika tegangan milikan di off kan : On kan saklar power supply dan stop-clock agar dapat menghitung waktu pergerakan tetesan minyak. Atur tegangan U dengan memutar knop saklar, dan piliih salah satu tetesan minyak yang akan diukur pada saat tegangan belum terbaca. Lock kan agar dapat mengukur waktu pergerakan tetesan minyak. Off kan stop-clock jika waktu telah terukur pada saat tetesan minyak bergerak dengan jarak yang diukur pada papan x (skala).

2. Metoda Dinamis Variabel yang diukur : Waktu t2 dari tetesan minyak terhadap jarak dari skala sumbu x dan terhadap perubahan tegangan U kapasitor. Waktu t2 dari tetesan minyak yang sama jika tegangan U di off kan terhadap jarak dari x (skala).

Jika tegangan milikan di off kan : Off kan saklar set dan on kan saklar power supply. Rangkaian pengatur dari stop-clock ini terbuka dan hubungkan ke power supply kapasitor. Atur tegangan U dari 100-540 Volt dengan memutar knop saklar sehingga tetesan minyak bergerak lambat pada saat tegangan U belum terbaca.

V. Data Pengamatan No

U (Volt)

X (skala)

t (s)

1

100

35

4.8

2

200

5

4.5

3

300

25

4.7

4

400

25.5

4.1

5

500

41

4.2

6

540

15

0.8

VI. PERHITUNGAN Rumus : x ⋅ 10 − 4 meter 1,875 s v= t v3/ 2 ⋅ (2 ⋅ 10 −10 ) As Q= U Q N= 1.6 × 10 −19 s=

X= 35, 5, 25, 25.5 , 41, 15. utk t= 4.8 , 4.5 , 4.7 , 4.1 , 4.2 , 0.8

1. Untuk U = 100 Volt; x = 35 skala; t = 4.8 s s=

x 35 ⋅ 10 − 4 m = .10 − 4 m = 1.87 × 10 −3 m 1,875 1,875

v=

s 1.87 × 10 −3 m = = 3.90 × 10 − 4 m / s t 4 .8 s

v3/ 2 (3.90 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 ⋅ (2 × 10 −10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 1.54 × 10 −17 As V 100Volt Q 1.54 × 10 −17 = 96 N= = 1.6 × 10 −19 1.6 × 10 −19

Q=

2. Untuk U = 200 Volt; x = 5 skala; t = 4.5 s s=

x 5 ⋅ 10 − 4 m = ⋅ 10 − 4 m = 2.70 × 10 − 4 m 1,875 1,875

s 2.70 × 10 −4 m v= = = 0.60 × 10 − 4 m / s t 4.5s (0.60 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 v3/ 2 ⋅ (2 × 10 −10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 4.65 × 10 −19 As 200Volt V −19 Q 4.65 × 10 =3 N= = −19 1.6 × 10 1.6 × 10 −19

Q=

3. Untuk U = 300 Volt; x = 25 skala; t = 4.7 s

s=

x 25 ⋅ 10 − 4 m = ⋅ 10 − 4 m = 1.33 × 10 −3 m 1,875 1,875

v=

s 1.33 × 10 −3 m = = 2.83 × 10 − 4 m / s t 4,7 s

v3/ 2 (2.83 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 ⋅ (2 × 10 −10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 3.17 × 10 −18 As V 300Volt Q 3.17 × 10 −18 = 20 N= = 1.6 × 10 −19 1.6 × 10 −19

Q=

4. Untuk U = 400 Volt; x = 25.5 skala; t = 4.1 s s=

x 25.5 ⋅ 10 −4 m = ⋅ 10 − 4 m = 1.36 × 10 −3 m 1,875 1,875

s 1.36 × 10 −3 m = 3.32 × 10 −4 m / s v= = t 4.1s v3/ 2 (3.32 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 ⋅ (2 × 10 −10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 3.02 × 10 −18 As V 400Volt −18 Q 3.02 × 10 = 19 N= = −19 1.6 × 10 1.6 × 10 −19

Q=

5. Untuk U = 500 Volt; x = 41 skala; t = 4.2 s s=

41 x ⋅ 10 −4 m = ⋅ 10 −4 m = 2.,19 × 10 −3 m 1,875 1,875

v=

s 2.,19 × 10 −3 m = = 5.21 × 10 − 4 m / s t 4 .2 s

v3/ 2 (3,952 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 ⋅ (2 × 10 −10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 4.76 × 10 −18 As V 500Volt Q 4.76 × 10 −18 = 30 N= = 1.6 × 10 −19 1.6 × 10 −19

Q=

6. Untuk U = 540 Volt; x = 15 skala; t = 0.8 s s=

x 15 ⋅ 10 −4 m = ⋅ 10 −4 m = 8.00 × 10 −4 m 1,875 1,875

s 8.00 × 10 −4 m = 10.00 × 10 −4 m / s v= = t 2,1s

v3/ 2 (10.00 × 10 −4 m / s ) 3 / 2 −10 Q= ⋅ (2 × 10 ) As = ⋅ (2 × 10 −10 ) As = 1.17 × 10 −17 As 540Volt V −17 Q 1.17 × 10 N= = = 73 −19 1.6 × 10 1.6 × 10 −19 ! + !( + ! + !? + !I + !J ! G 1 G = ( ) 6

!

G 1

9

G 1

G

G 1

G

!

9

9

G

(15.40 + 0.465 + 3.17 + 3.02 + 4.76 + 11.70)(101 M ) =L N 6

G 1

G

= 6.40 ×10-18 C

9 + 9( + 9 + 9? + 9I + 9J ) 6 (96 + 3 + 20 + 19 + 30 + 73) =L N 6 = (

G 1

G

= 40.17

VII. KESIMPULAN

Pada percobaan awal muatan dari tetesan yang dapat diubah dari radiasi (sinar X atau radiasi Gamma). Tetes minyak dimasukkan ke dalam kapasitor yang terdiri dari dua plat horizontal yang berjarak d, untuk tujuan pengionan. Tetes yang dihasilkan dengan pengionan, secara umum memiliki muatan listrik yang lemah. Ada dua metoda yang dapat digunakan untuk menghitung muatan yaitu metoda kesetimbangan dan metoda dinamika dimana tetes minyak bergerak ke atas di bawah pengaruh medan listrik. Percobaan Milikan dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron dengan menyeimbangkan gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada antara dua buah elektroda sehingga membuktikan bahwa muatan listrik (elektron) terkuantisasi secara diskrit, sebesar 1.602 × 10−19 Coulomb. Dalam percobaan ini diperoleh ! 6.40 ×10-18 C dan jumlah elektron rata-rata sebesar 40.17 buah.

G 1

G

=

Pada percobaan ini, praktikan mengalami kesulitan dalam pengambilan data. Dikarenakan

sulitnya menyemprotkan minyak dan mengamati tetes minyak tersebut. Minyak disemprotkan ke dalam plat sejajar dengan cara disemprotkan melalui celah sempit sehingga hanya sedikit tetes minyak yang lolos ke dalam pengamatan. Selain itu, kecerahan citra yang terlihat pada mikroskop sangat kurang (buram), sehingga praktikan kesulitan mengamati tetes minyak tersebut dan menyebabkan mata pengamat menjadi gampang lelah karena berakomodasi maksimum dalam waktu yang lama. Perbedaan nilai q antara literatur dengan hasil metode kesetimbangan yang terlalu jauh kemungkinan disebabkan oleh : Ketidaktelitian pengamatan tetes minyak karena mata pengamat yang terlalu lelah. Tetes-tetes minyak yang ukurannya tidak sama besar (tidak homogen) sehingga (mungkin) menyebabkan kecepatan jatuhnya berbeda-beda. Ketidaksigapan praktikan dalam penentuan selang waktu.

DAFTAR PUSTAKA

Milikan Experimen, 3.7.4-1/2, Leybold Didactic GMBH, Institut Technology of Germany. Physics Experiment (1987), Volume 7 (555-19), Leybold Disdactic GMBH Publishing Company. http://septiadiah.wordpress.com/2011/10/22/fisika-eksperimental-percobaan-milikan/ http://id.scribd.com/doc/30100417/EKSPERIMEN-FISIKA-TETES-MINYAK-MILIKAN...