TETES MINYAK MILIKAN PDF

Preview

Summary

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print) 1 Tetes Minyak Milikan Puji Kumala Pertiwi, Yovanita N, Ayu Ningsih dan Dr. M. Zainuri,M.Si Jurusan Fisika,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surab...

Description

Accelerat ing t he world's research.

TETES MINYAK MILIKAN Puji Kumala Pertiwi

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

LAPORAN PRAKT IKUM FISIKA MODERN Tet es Minyak Milikan - RHEINA AS 16-083 Rheina Shavira Laporan Prakt ikum Tet es Minyak Milikan.pdf Maulit it us Eko Pramono Laporan Prakt ikum Tet es Minyak Milikan - 01111540000007 Sulist iyawat i Dewi Kiniasih

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print)

1

Tetes Minyak Milikan Puji Kumala Pertiwi, Yovanita N, Ayu Ningsih dan Dr. M. Zainuri,M.Si Jurusan Fisika,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected] Abstrak— Telah dilakukan percobaan Tetes Minyak Milikan. Tujuan percobaan tetes minyak milikan ini adalah untuk menentukan besar jari-jari tetesan minyak dan untuk menentukan banyaknya setiap muatan 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 100volt, 200 volt dan 300 volt. Pengamatan gerak butiran diulang sebanyak 8 kali untuk masing-masing tegangan pada keadaan naik dan turun. Dari perhitungan diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa jari-jari tetesan minyak rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturut-turut sebesar 1,78 x 10-6m, 1,93 x 10-6m dan 2,3 x 10-6m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 9,69, 8,99, 1,04 muatan. Kata Kunci— tetes minyak milikan, muatan butiran minyak, medan listrik.

I. PENDAHULUAN

D

alam kehidupan sehari-hari banyak sekali gejala-gejala alam yang terjadi karena elektron. Aliran elektron banyak ditemui pada kejadian sehari-hari. Elektron merupakan partikel yang bermuatan negatif. Peran muatan elektron misalkan pada arus listrik,lampu, baterai dan lainlain. Robert A. Milikan, melakukan percobaan oil drop atau yang dikenal dengan tetes minyak milikan. Percobaan tetes minyak milikan yang diteliti oleh milikan tersebut kemudian dianalisis dan didapatka nilai muatan elektron. Pada percobaan milikan ini menggunakan minyak parafin yang kemudian disemprotkan kedalam ruang antar plat kapasitor dan mengamati gerakan pada tetes minyak dengan menggunakan mikroskop. Pada percobaan ini dipengaruhi oleh beberapa gaya. Maka dari situ kita perlu untuk melakukan percobaan tetes minyak milikan. Robert A. Milikan telah melakukan percobaan yang dikenal dengan tetes minyak milikan atau oil-drop. Percobaan tetes minyak milikan ini dilakukan pada tahun 1913. Percobaan tetes minyak milikan ini dilakukan dengan menyeimbangkan gaya-gaya yaitu gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada pada diantara dua buah plat konduktor dan gaya gravitasi. Percobaan tetes minyak milikan ini menunjukkan bahwa muatan elektron bersifat diskrit yaitu gaya ke bawah dan terhambat karena adanya

suatu gaya penghambat yaitu gaya stokes. Percobaan tetes milikan ini bertujuan untuk menentukan besar jari-jari tetesan minyak dan untuk menentukan nilai muatan butiran minyak[1]. Percobaan tetes minyak milikan diawali dengan tetes minyak disemprotkan melalui bagian atas antara dua keeping sejajar, dan diamati dengan menggunakan mikroskop lalu diukur kecepatan vertikal tetes minyak tersebut. Tetesan minyak tersebut kemudian akan dipengaruhi oleh gaya-gaya yaitu gaya listrik, gaya stokes, gaya viskositas dan gaya gravitasi. Dan dari analisis gaya-gaya tersebut maka dapat digunakan untuk menurunkan persamaan yang digunakan untuk menentukan muatan elektron (a)[1]. Viskositas merupakan salah satu sifat fluida. Viskositas yaitu kekentalan, setiap fluida memiliki kekentalan (viskositas) yang berbeda beda. Viskositas ini ditimbulkan karena adanya tegangan geser. Pada fluida bergerak, setiap elemen-elemen dari fluida akan mengalami tegangan yang disebabkan oleh desakan oleh setiap elemen elemen yang lainnya yang mengelilingi elemen tersebut. Tegangan yang dihasilkan pada setiap bagian permukaan elemen tersebut dipecahkan ke dalam komponen-komponen normal dan tangensial terhadap arah gerakan fluida yakni tekanan timbul, yang dapat terjadi pada fluida bergerak ataupun pada fluida diam dan tegangan geser yang terjadi hanya pada fluida yang bergerak[3]. Gaya gesek antara permukaan benda padat yang bergerak dengan fluida akan sebanding dengan kecepatan relative gerak benda ini terhadap fluida. Gaya gesek menyebabkan hambatan gerak benda di antara bagian fluida yang melekat ke permukaan benda dengan bagian fluida yang lainnya. Gaya gesek tersebut sebanding dengan koefisien viskositas (η ) fluida[5]. Menurut hukum stoke persamaan gaya gesek tersebut adalah Fs = 6π η rv……………………..(1) Medan listrik dinyatakan ada pada suatu tempat dalam ruang ketika sebuah muatan diuji. Muatan yang ada pada titik tersebut mengalami gaya listrik. Arah medan listrik pada suatu titik sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan uji positif yang ditempatkan pada titik tersebut. Garis yang melewati suatu titik, pada titik tersebut memiliki arah yang sama dengan medan listrik. Garis garis medan listrik dapat digunakan untuk membuat sketsa medan medan listrik. Ketika garis-garis medan berdekatan, maka medan listriknya besar. Garis garis medan keluar dari muatan-muatan positif dan mendekati muatan-muatan negative [2]. Pada tetes minyak milikan akan dipengaruhi beberapa gaya yang digunakan untuk menentukan muatan elektron (a). Gaya gaya yang mempengaruhinya adalah gaya gravitasi, gaya archimedes, gaya listrik dan gaya stokes. Gaya

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print) gravitasi mempengaruhi tetes minyak bergerak ke bawah. Gaya gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda yang mempunyai massa. Gaya gravitasi mengarah ke pusat bumi dan planet-planet mengorbit mengelilingi matahari. Tetes minyak milikan ini juga dipengaruhi oleh gaya Archimedes, gaya Archimedes adalah gaya apung atau gaya angkat ke atas yang terjadi pada semua benda yang berada dalam fluida. Gaya listrik adalah termasuk dalam gaya yang mempengaruhi tetes minyak milikan. Tetes minyak mengalami gaya listrik dikarenakan tetes minyak berada dalam medan listrik antara plat konduktor yang diberi tegangan. Suatu muatan apabila diletakkan didekat tongkat bermuatan maka akan timbul gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan. Pada medan listrik akan bekerja sebuah gaya listrik yang sebanding dengan kuat medan dan muatan partikel : E= F4………………………(2) Gaya stokes, gaya ini berhubungan dengan gaya viskositas, dimana gerak tetes minyak akan dihambat oleh gaya stokes yang disebabkan nilai viskositas fluida. Hambatan gerak pada fluida disebabkan oleh gaya gesek antara bagian fluida yang melekat pada permukaan benda dengan bagian fluida disebelahnya[6]. Dan menurut stokes, gaya gesek adalah : Fs = kVf……………………..(3) Gaya gaya yang bekerja pada tetes minyak tersebut secara matematis dapat dituliskan : Fg = Moil g……………………(4) Gaya gesek, gaya yang arahnya melawan gaya gravitasi Fr = 6π rη v…………………….(5) Gaya Archimedes adalah gaya dengan arah keatas Fa = Ml g………………..……(6) Dan dari gaya-gaya tersebut dapat digunakan untuk menentukan jari jari butiran minyak, yang secara matematis seperti berikut : r=

2

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 100 volt, 200 volt dan 300 volt. Pengamatan gerak butiran diulangi sebanyak 8 kali yakni 8 kali gerakan naik dan 8 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.

gambar 1. Milikan Oil Apparatus gambar 2. Flowchart langkah kerja

III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Alat dan bahan percobaan disiapkan Sumber cahaya diatur Minyak parafin dimasukkan ke ruang penyemprotan

………………………(7) Tegangan input diatur

Lalu didapatkan juga persamaan untuk menentukan muatantiap butiran, yang secara matematis dituliskan[5]. : q= (Vm +Vg)………………….(8)

II. METODOLOGI PERCOBAAN Pada percobaan ini alat dan bahan yang digunakan adalah Milikan oil Apparatus yang berfungsi untuk mengetahui hasil tetesan minyak dan untuk diatur tegangan sumbernya, sprayer untuk menyemprotkan parafin ke milikan oil apparatus, minyak parafin adalah minyak yang digunakan dalam percobaan ini, mikroskop untuk melihat hasil tetesan minyak, sumber cahaya untuk member cahaya agar bisa terlihat tetesan minyaknya dan stopwatch untuk mengukur waktu yang dibutuhkan tetesan minyak untuk mencapai jari-jari atas dan jari-jari bawah. Langkah 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

Mencari dan menetapkan salah satu butiran minyak yang dijadikan obyek pengamatan Mengatur medan listrik Mengembalikan switch pembalik ke posisi awal Mencatat waktu tempuh minyak Mengamati dan mencatat waktu tempuh butiran minyak Melakukan pengulangan Telah dilakukan percobaan tetes minyak milikan yang bertujuan untuk menentukan besar jari-jari tetesan minyak dan untuk menentukan banyaknya setiap muatan butiran minyak dan telah didapatkan data hasil percobaan sebagai berikut:

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print) Tabel 1. Data hasil percobaan saat menggunakan 100Volt t_nai t_turu No k n 1 6.57 3.24 2 4.5 3.01 3 3.47 3.28 4 3.2 3.33 5 5.94 2.61 6 3.73 2.57 7 3.33 2.88 8 2.52 2.29

9 0.01 8 0.02 1

2E-09

-1.6E-19

-7E+09

-1.6E-19

-9E+09

-6.25E+18

4.063E+28

-6.25E+18

5.866E+28

Tabel 5. Data hasil perhitungan saat menggunakan 200Volt r (m) q© q elektron n v_naik v_turun 0.01 7E-10 -6.25E+18 2.694E+28 8 -1.6E-19 -4E+09 0.01 8E-10 -6.25E+18 2.975E+28 -1.6E-19 -5E+09 7 0.02 1E-09 -6.25E+18 4.356E+28 2 -1.6E-19 -7E+09 0.02 1E-09 -6.25E+18 4.043E+28 -1.6E-19 -6E+09 1 0.02 1E-09 -6.25E+18 4.364E+28 -1.6E-19 -7E+09 0.01 9E-10 -6.25E+18 3.375E+28 -1.6E-19 -5E+09 9 0.01 8E-10 -6.25E+18 3.093E+28 -1.6E-19 -5E+09 9 0.01 8E-10 -6.25E+18 3.21E+28 -1.6E-19 -5E+09 9

Tabel 2. Data hasil percobaan saat menggunakan 200Volt t_nai t_turu No k n 1 3.1 1.76 2 3.33 1.39 3 2.11 1.4 4 2.25 1.44 5 2.34 1.21 6 2.7 1.49 7 2.65 1.76 8 2.74 1.58 Tabel 3. Data hasil percobaan saat menggunakan 300Volt t_nai t_turu No k n 1 1.53 0.94 2 1.31 1.08 3 2.56 0.99 4 1.52 1.03 5 2.34 1.08 6 1.98 0.99 7 1.8 0.99 8 2.29 0.95

Setelah didapatkan data hasil percobaan maka kemudian dilakukan perhitungan. data hasil perhitungan sebagai berikut: Contoh perhitungan : Diketahui: x = 0,0005 ms-2 ρ udara = 1,23 kgm-3 ρ parafin = 0,804 kgm-3 d = 0,0005 m η parafin = 1,85 ditanya = r dan q ? jawab = r= q= (Vm +Vg) r = (9(1,85)(0,00076) : 2 (1,23-0,804)(10))^0,5 = 1,2 x 10-6m q = 6 (3,14)(0,00076)/0,0005 (0,00023) = 4,9 x 10 -10 Dan dari perhitungan tersebut, lalu disajikan dalam bentuk tabel seperti berikut : Tabel 4. Data hasil perhitungan saat menggunakan 100Volt r (m) q© q elektron n v_naik 0.01 5E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -3E+09 2 0.01 9E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -5E+09 8 0.01 9E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -6E+09 7 0.01 9E-10 -6.25E+18 7 -1.6E-19 -6E+09 0.01 9E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -6E+09 9 0.01 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -7E+09

1E-09

3

v_turun 1.915E+28 3.403E+28 3.487E+28 3.576E+28 3.635E+28 4.366E+28

Tabel 6. Data hasil perhitungan saat menggunakan 300Volt r (m) q© q elektron n v_naik 0.02 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -8E+09 5 0.02 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -8E+09 7 0.02 8E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -5E+09 0.02 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -8E+09 5 0.02 8E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -5E+09 0.02 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -6E+09 2 0.02 1E-09 -6.25E+18 -1.6E-19 -7E+09 3 0.02 9E-10 -6.25E+18 -1.6E-19 -6E+09 1

v_turun 4.929E+28 5.239E+28 3.108E+28 4.69E+28 3.14E+28 3.822E+28 4.142E+28 3.494E+28

Percobaan tetes minyak milikan yang bertujuan 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. 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. Ketika butiran minyak naik, sebenarnya butiran minyak sedang bergerak turun dan begitu juga sebaliknya, ketika butiran minyak bergerak turun sebenarnya itu geraknya adalah naik. Jadi ketika naik dipengaruhi oleh gaya gravitasi, dan ketika turun dipengaruhi oleh medan listrik. Pada saat gerakan butiran minyak naik itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi, gaya stokes dan gaya Archimedes. Gaya stokes dan gaya Archimedes arah gayanya berlawanan dengan arah gerak butiran minyak sehingga gaya-gaya tersebut menghambat gerak butiran. Saat gerakan turun butiran minyak dipengaruhi gaya listrik, gaya gravitasi bumi, gaya stokes dan gaya Archimedes. Gaya listrik yang arahnya

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print) ke atas searah dengan gaya Archimedes tetapi berlawanan dengan gaya stokes dan gaya gravitasi, resultan gaya yang dialam butiran minyak tersebut menyebabkan gerak butiran ke bawah membutuhkan waktu lebih cepat. Adanya gerakan yang lebih cepat ini dikarenakan ada gaya listrik sangat besar sehinga menyebabkan gerak turunnya butiran lebih cepat. Gaya listrik yang dialami butiran minyak menunjukkan butiran minyak memiliki muatan. 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. Kemudian 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, 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. Setelah percobaan selesai dilakukan maka didapatkan hasil perhitungan jari jari tetesan minyak dan jumlah muatan tiap butiran rata-rata. Dari perhitungan diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa jari-jari tetesan minyak rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturutturut sebesar 1,78 x 10-6m, 1,93 x 10-6m dan 2,3 x 10-6m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 9,69, 8,99, 1,04 muatan. Jadi semakin besar tegangan sumber nya maka jari-jari tetesan minyak dan jumlah muatan tiap butiran waktu semakin kecil nilainya.

IV. KESIMPULAN Dari perhitungan diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa jari-jari tetesan minyak rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturut-turut sebesar 1,78 x 10-6m, 1,93 x 10-6m dan 2,3 x 10-6m. Jumlah muatan tiap butiran rata-rata pada variasi tegangan 100volt, 200 volt dan 300 volt berturut-turut adalah 9,69, 8,99, 1,04 muatan. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Alonso m. Finn.1992. “ Fisika Universitas”. Jakarta; Erlangga Beiser, Arthur, 2003. “Concepts of Modern Physics”. New York ; Mc. Graw Hill Companies Inc. Dugdale, R.H, 1986. “ Mekanika Fluida”. Jakarta ; Erlangga. Frederick J. Bueche, 2006. “Fisika Universitas”. Jakarta ; Erlangga. Sears, Zemansky, 2002. “Fisika Universitas”. Jakarta ; Erlangga. Soedojo, Peter, 1992. “ Azaz azaz Ilmu Fisika- Optika”. Yogyakarta ; Universitas Gajah Mada.

4

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520 (2301-928X Print)

LAMPIRAN

5...