BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Elektron merupakan bagian dari cahaya atom yang bermuatan negatif.

Elektron ditemukan pada tahun 1909 oleh Robert A Milikan. Dalam percobaannya

ia berhasil menemukan harga muatan elektron secara akurat dan menunjukkan

bahwa muatan elektron bersifat diskrit. Percobaan yang di lakukan di kenal

dengan percobaan tetes minyak milikan atau percobaan Oil drop.

Penemuan elektron sangat berpengaruh terhadap perkembangan teknologi.

Karena elektron sangat berperan penting dalam mempelajari gejala kelistrikan dan

kemagnetan. Oleh karena itu percobaan tetes minyak milikan penting untuk

dipelajari guna menambah pengetahuan mengenai sifat-sifat elektron dan

bermanfaat bagi pengembangan ilmu kelistrikan dan kemagnetan.

Pada praktikum ini akan membahas tentang tetes minyak milikan yang

memperoleh nilai muatan elektron (e). Percobaan ini di lakukan dengan

menyemprotkan minyak milikan melalui atomizer, dengan cara mengarahkan

nozle atomizer tegak lurus pada lubang chamber sehingga minyak akan jatuh

perlahan-lahan pada chamber dengan di pengaruhi oleh gaya stoke dan gaya

gravitasi. Diana pada saat tetes minyak milikan tersebut akan bergerak ke bawah

sedangkan pada saat mengalami gaya stoke tetes minyak milikan akan bergerak ke

atas.

Percobaan tetes minyak milikan adalah percobaan yang melakukan dua

kesetimbangan gaya, yaitu gaya gravitasi dan gaya stoke pada satu tetes minyak

yang berada di antara dua buah plat konduktor yang bermuatan (+) dan bermuatan

(-). Pada percobaan minyak tetes milikan selain untuk mengetahui muatan listrik

elementer atau muatan elektron (e). Percobaan ini di lakukan untuk menunjukkan

sifat diskrit dari satu muatan elektron.

1

1.2 Rumusan Masalah

Adapun perumusan masalah dari eksperimen tetes minyak milikan ini

adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh kecepatan jatuh stasioner (Vf) dan kecepatan naik

stasioner (Vr)?

2. Bagaimana harga hasil muatan elektron (e) acuan dengan hasil muatan

elektron (e) percobaan?

3. Bagaimana hasil nilai muatan elementer elektron (e) dan bilangan

Avogadro (N)?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari eksperimen tetes minyak milikan adalah menentukan

muatan satuan elektron (e) dan menentukan bilangan Avogadro (N) berdasarkan

Hukum Faraday serta menunjukkan sifat diskrit muatan elektron.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari eksperimen tetes minyak milikan ini adalah

mengetahui nilai muatan satuan elektron dan nilai bilangan Avogadro serta dapat

membagikan antara pengaruh kecepatan jauh stasioner (Vf) dengan kecepatan

naik stasioner (Vr) dan dapat menunjukkan sifat kediskritan muatan elektron.

2

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam rangkaian penelitian di universitas chicago antara tahun 1909-1913,

Robert Andreo Milikan hanya dapat menyingkapkan secara mengagumkan sifat

muatan listrik, tetapi juga mengukur muatan satu elektron. Percobaan milikan di

sebut juga percobaan Oil drop (1909). Percobaan ini di rancang untuk mengukur

muatan listrik elektron. Robert A. Milikan melakukan percobaan dengan

menyeimbangkan gaya-gaya antara gravitasi dan gaya listrik pada satu tetes kecil

minyak yang berada di antara dua buah plat elektroda, asing- asing plat

berdiameter 20 cm dan terpisah sejauh 7,67 cm (Zemansky,1986).

Di dalam tetes minyak yang bermassa m bekerja gaya gravitasi mg, yang

di imbangi gaya friksi, menurut stokes 6 πnrv . Dari pengertian ini di peroleh:

mg=6πnrv....................................................................... (2.1)

v= mg6 πnrv

......................................................................... (2.2)

Dimana:

r= jari-jari tetes minyak (m)

v= kecepatan jatuh tetes (m/s)

m= massa tetes (kg)

Jika kedua plat diberikan medan listrik, kuat medan dapat di atur sehingga gaya

listrik dapat mengimbangi gaya gravitasi dan tetes minyak tidak akan lagi jatuh

(Ahmad,1992).

Percobaan milikan juga dapat di sebut dengan percobaan Oil drop. Di sini

elektron mempunyai peran penting dalam mempelajari gejala kelistrikan

kemagnetan. Dalam percobaan ini minyak tetes di teteskan dengan terkesan kecil

melalui dua buah plat logam dengan dua buah plat yang dapat menarik muatan

3

listrik dari terkesan minyak pada bagian atas. Beda tegangan di atur untuk

mengimbangi gaya gravitasi pada tetes minyak maka partikel-partikel minyak

yang mengandung muatan akan melayang karena keseimbangan gaya tersebut.

Pada keadaan ini gaya gravitasi sama dengan gaya elektrostatik, sehingga besar

muatan dapat diketahui (Finn,1992).

Adanya medan listrik dalam suatu ruang dikarenakan adanya muatan

listrik Q, hal ini menunjukkan bahwa gaya elektrostatik terjadi untuk muatan lain

Q yang berada di dalam ruang itu. Makin banyak muatan Q maka makin kuat gaya

F dan makin banyak medan listrik yang di berikan oleh Q tersebut. Sehingga

dapat di katakan bahwa kuat medan listrik di dalam ruang di tentukan oleh

banyaknya muatan Q yang menimbulkan medan listrik (Peter,1992).

Milikan melakukan percobaan-percobaan ini dengan berulang-ulang

dengan butiran yang berbeda (massanya). Sehingga milikan memberi kesimpulan

bahwa muatan listrik yang dimiliki oleh setiap butiran merupakan kelipatan bulat

dari bilangan tertentu dengan muatan muatan listrik elektron (Hans,2005).

4

BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah

sebagai berikut:

1. Milikan Oil Drop Apparatus, untuk

2. Adaptor DC 12 volt, untuk menghasilkan tegangan DC 12 volt pada lampu

halogen.

3. High voltage DC Power supply, berfungsi sebagai sumber tegangan.

4. Atomizer + minyak σ=886kg

m3 , berfungsi untuk menyemprotkan minyak

milikan ke dalam Chamber.

5. Multimeter digital berfungsi untuk mengukur nilai arus listrik dan

tegangan listrik.

6. Stopwatch berfungsi untuk mengetahui waktu tempuh partikel.

7. Barometer berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan udara pada saat

praktikum.

8. Teropong berfungsi untuk melihat jatuhnya minyak.

3.2 Desain Rangkaian

Adapun desain rangkaian dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah

sebagai berikut:

5

Gambar 3.1 Desain Rangkaian Eksperimen Minyak Milikan

(sumber : modul eksperimen 1 pasco, 1996)

3.3 Langkah Kerja

Adapun langkah kerja yang di lakukan dalam eksperimen tetes minyak

milikan ini adalah sebagai berikut:

1. Peralatan di susun seperti pada gambar 3.2.1

2. Lampu halogen di hidupkan.

3. Atomizer di letakkan pada posisi siap semprot, nozle atomizer di

arahkan tegak lurus pada lubang Chamber posisi switch ionisasi source

di pindahkan ke posisi spray dropket.

4. Atomizer di semprotkan dengan sekali tekan. Pada saat pengamatan

atomizer di semprotkan lagi untuk mendorong tetes minyak masuk ke

dalam Chamber kemudian pindahkan ionisasi level ke posisi off

setelah hujan tetes minyak terlihat.

5. Tetes minyak yang mempunyai kecepatan sekitar 0,02-0,05mm

s di

pilih.

6. Sinar alpha di tembakkan, ionisasi level di pindahkan ke posisi ON

selama 3-4 detik untuk diberi muatan pada tetes minyak yang sama.

6

Selanjutnya di beri tegangan DC pada plat konduktor. Switch di

pindahkan dari nol ke positif.

7. Tegangan pada plat konduktor di lepaskan, maka tetes minyak akan

jatuh lagi, dan kecepatan jatuhnya di catat. Di beri tegangan pada plat

maka tetes akan naik lagi dan di catat kecepatan naiknya.

8. Jika respons tidak di berikan oleh tetes terhadap plat, maka sinar alpha

di tembakkan lagi untuk memberi muatan tetes (3-4) detik. Kecepatan

jatuh dan naik tetes minyak di catat.

3.4 Analisis Data

Adapun analisis data dalam eksperimen tetes minyak milikan ini adalah

sebagai berikut:

3.4.1 Tabel Pengamatan

Hambatan Resistor :

Tekanan Ruang :

Tetes Jarak (mm) Waktu (s)Naik/

TurunRata-rata waktu v

1A

s/d

1E

7

3.4.2 Kecepatan Tetes Minyak

Kecepatan Jatuh

v f=st( m

s)

Kecepatan Naik

vr=st(m

s)

3.4.3 Muatan Turun Tetes Minyak (C)

en=43

πσd (√( b2 p )

2

+9 η vr

2gσ− b

2 p )3

( v f +vr

ΔV (vr))3.4.4 Muatan Naik Tetes Minyak (C)

en=43

πσd (√( b2 p )

2

+9 η v f

2gσ− b

2 p )3

( v f +vr

ΔV (v f ))Dimana : en= muatan tetes minyak (C)

d= jarak antara kedua plat (¿0,00767 m)

σ= rapat massa minyak (kg /m3)

ρ= rapat massa udara (kg /m3)

g= percepatan gravitasi (m /s2)

b= konstanta (=8,20 x 10-3 Pa m)

p=tekanan atmosfer (Pa)

η= viskositas udara (N /m2)

v f = kecepatan jatuh stasioner (m /s)

vr= kecepatan naik stasioner (m /s)

8

ΔV= beda tegangan antar plat (volt)

3.4.5 Bilangan Avogadro (N)

N=9,625 × 107( C

kgberat ekui valen )e (C)

3.4.6 Diskripansi Nilai Muatan Elektron

D=|epercobaan+eacuan

eacuan|×100 %

Keterangan : eacuan=1,602 ×10−19 C

3.4.7 Diskrepansi Bilangan Avogadro

D=|N percobaan+Nacuan

N acuan|× 100 %

Keterangan : Nacuan=6,022 ×1023melekul/mol

9

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

4.1.1 Tabel hasil pengamatan

Tetes Jarak (mm) Waktu (s) Naik/Turun Rata-rata waktu v

1A

0,5 3,7 U

3,566666667 0,0001401870,5 3,4 U

0,5 3,6 U

0,5 2,7 D

2,866666667 0,0001744190,5 2,8 D

0,5 3,1 D

2A

0,5 3,3 U

3,066666667 0,0001630430,5 2,9 U

0,5 3 U

0,5 2,1 D

2,1 0,0002380950,5 1,9 D

0,5 2,3 D

3A

0,5 1,7 U

1,9 0,0002631580,5 1,7 U

0,5 2,3 U

0,5 2,4 D

2,433333333 0,0002054790,5 2,6 D

0,5 2,3 D

4A 0,5 2,4 U

2,4 0,0002083330,5 2,4 U

0,5 2,4 U

0,5 3,1 D 3,3 0,000151515

10

0,5 3,5 D

0,5 3,3 D

0,5 2,6 U

5A

0,5 2,4 U2,433333333 0,000205479

0,5 2,3 U

0,5 2,2 D

2,066666667 0,0002419350,5 2,1 D

0,5 1,9 D

4.1.2 Nilai Muatan Tetes Minyak

Tetes Minyak e Naik (C) e Turun (C) e Rata-rata

1A 2,31E-18 2,61E-18 2,46E-18

1B 3,2E-18 3,93E-18 3,565E-18

1C 4,85E-18 4,24E-18 4,545E-18

1D 3,28E-18 2,76E-18 3,02E-18

1E 4,05E-18 4,43E-18 4,24E-18

4.1.3 Analisis Akhir

Tetes Minyak e Rata-rata Selisih Muatan Banyak e

1A 2,46E-18 E-A 1,78E-18 1

1B 3,02E-18 C-A 2,09E-18 2

1C 3,57E-18 C-A 1,53E-18 2

1D 4,24E-18 Rata-rata 1,53E-18 2

1E 4,55E-18 3

4.1.4 Bilangan Avogadro

Bilangan Avogadro (literatur) 6,02E+23

Bilangan Avogadro (percobaan) 5,3475E+25

11

D (%) 8,78E+03

4.1.5 Diskrepansi Nilai Muatan Elektron

e (literatur) 1,6E-19

e (percobaan) 1,8E-18

D (%) 1025

4.2 Pembahasan

Pada eksperimen tetes minyak milikan, diperoleh besar muatan elektron

(e) dengan perlakuan menyeimbangkan perbandingan gaya gravitasi dan gaya

listrik pada tetes minyak yang disemprotkan dari atomizer. Pada saat tetes

minyak yang jatuh pada saat penyemprotan, maka tetes tersebut akan

mendapatkan gaya tarik ke bawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi.

Sehubungan dengan itu, tetes minyak yang mendapatkan gaya gravitasi (Fg) akan

mendapatkan gaya penghenti yang sering disebut dengan gaya stoke (Fs), dengan

adanya gaya stoke ini maka tetes minyak akan mengakibatkan perlambatan laju

gerak pada tetes minyak jatuh yang termuati. Gerak yang terjadi pada tetes

minyak ke atas dan ke bawah dipengaruhi oleh beda potensial di antara kedua plat

konduktor.

Pada praktikum tetes minyak milikan dilakukan 15 kali pengukuran

kecepatan tetes minyak yang bermuatan, yaitu masing-masing kecepatan naik dan

kecepatan turun. Praktikum ini bertujuan mencari nilai muatan tetes minyak

milikan. Hasil dari perhitungan menunjukkan kecepatan yang diperoleh

bervariasi. Hal ini disebabkan tetes minyak yang diamati berbeda untuk setiap

pengukuran, hal ini membuktikan bahwa untuk kecepatan turun atau naik

dipengaruhi beberapa gaya yaitu, gaya berat, gaya stokes, dan gaya listrik.

Besar harga muatan tetes minyak yang ditunjukkan dalam lembar hasil

bervariasi. Besar muatan dipengaruhi oleh ukuran tetes minyak yang diukur.

12

Ukuran tetes minyak tersebut akan mempengaruhi kecepatan tetes. Jadi besar

muatan yang bervariasi disebabkan tidak kontinu objek yang diukur, sedangkan

dalam percobaan yang dilakukan terlihat adanya beberapa ukuran tetes yang

berbeda, selain itu hasil perhitungan juga menunjukkan bahwa radius tetes yang

diperoleh bervariasi, hal ini cukup membuktikan bahwa variasi nilai muatan yang

diperoleh disebabkan tidak kontinu objek yang diamati .

Ionisasi yang dilakukan menyebabkan tetes minyak tersebut bereksitasi

dari keadaan dasar. Eksitasi yang terjadi menyebabkan elektron mempunyai

energi kinetik. Hal ini dapat dilihat ketika plat dialiri beda potensial sebesar 120

volt. Akan tetapi kecepatan yang diperoleh berubah-ubah, tentunya energi kinetik

dari elektron tersebut tidak kontinu.

Dari percobaan ini diperoleh nilai muatan elektron untuk masing-masing

arah geraknya. Nilai muatan yang diperoleh sangat jauh dari nilai muatan elektron

acuan, meskipun orde pangkat dari muatan elektron hasil perhitungan dapat dilihat

pada bab empat lembar hasil. Hal ini dapat disebabkan ionisasi yang berkali-kali

sehingga menyebabkan tetes minyak memiliki muatan, muatan yang dimiliki

minyak dimungkinkan lebih dari satu elektron karena ionisasi yang dilakukan

menggunakan sinar alpa. Diana sinar alpa memiliki empat elektron dalam sekali

tembak. Hal ini menyebabkan muatan tetes minyak yang diukur bervariasi, dan

nilai muatan elektron tidak selalu bernilai 1,6022 × 10−19 columb, dengan

demikian menandakan terjadinya kuantisasi elektron yang sekaligus menyatakan

elektron tersebut bersifat diskrit.

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh bilangan Avogadro yang dimiliki

orde yang sama dengan kata lain cukup mendekati bilangan Avogadro yang

sebenarnya, jika ditinjau dari pangkat ordenya. Akan tetapi nilai diskrepansi

sangat tinggi, sehingga data yang diperoleh masih belum dikatakan valid. Adapun

nilai Avogadro yang diperoleh sebesar 3,30 × 1025 1kg

ekuivalen.

13

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari eksperimen tetes minyak

milikan adalah sebagai berikut :

1. Harga kecepatan dari tetes minyak milikan baik kecepatan naik maupun

turun yang diperoleh dapat mempengaruhi harga muatan elektron (e). Jika

kecepatannya semakin besar pula, begitu juga sebaliknya jika

kecepatannya semakin kecil maka harga muatan elektron semakin kecil.

2. Dengan mengamati perubahan harga muatan dengan bilangan integer pada

eksperimen tetes minyak milikan ini maka dapat terlihat sifat diskrit dari

satu elektron.

3. Bilangan Avogadro yang dihasilkan dari eksperimen tetes minyak milikan

adalah sebesar 3,30 × 1025 1kg

ekuivalen.

5.2 Saran

Ketika melaksanakan pengambilan data harus dengan ketelitian yang baik,

terutama saat melihat tetes-tetes minyak. Ketelitian juga diperlukan ketika

melakukan pengolahan data. Untuk mempengaruhi terhambatnya eksperimen

maka setiap akan melakukan percobaan keadaan instrumen ( alat ) yang akan

digunakan dilihat terlebih dahulu.

14

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, H. 1992. Struktur Atom Struktur Molekul Struktur Periodik. Bandung :

PT cita Aditya bakti.

Finn, A. 1992. Dasar-dasar Fisika Universitas Edisi ke-2. Jakarta : Erlangga.

Hans, J. 2005. Dari Atomos Hingga Quark. Jakarta : Universitas Atma Jaya.

Peter, S. 1992. Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Yogyakarta : Universitas

Gajah Mada.

Zemansky, S. 1986. Fisika Untuk Universitas Edisi 1 Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

15

LAMPIRAN

16

17