milikan punya citra

Laporan

Praktikum Fisika Modern / Eksperimen Fisika

MUATAN DASAR DAN PERCOBAAN MILLIKAN

Oleh

CITRA WAHYUNI

3215102338

Laboratorium Fisika Modern / Eksperimen Fisika

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Jakarta

2011

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Robert A. Milikan (1869 – 1953) melakukan percobaan dengan meneteskan minyak melalui

dua plat logam dengan beda potensial yang dapat diatur sehingga gaya elektrolistrik mampu

membuat tetes minyak berhenti. Pada eksperimen tersebut, jatuhan minyak akan mengalami

percepatan kebawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi dan pada saat yang sama gerak tetes

minyak tersebut dihambat oleh gaya stokes. Sehingga akan terjadi keseimbangan gaya – gaya

antara gaya gravitasi dan gaya listrik diantara dua plat konduktor tersebut.

Dalam eksperimen minyak milikan, dibutuhkan Perangkat Millikan, Multi-Range Meter, Dry

cell 1,5 V, Power Supply, teleskop dengan Skala Mikrometer, Stopwatch, Cairan Sillikon, Switch

pengubah, tripod base, kabel-kabel penghubung. Eksperimen ini dimulai dengan

menyemprotkan cairan silikon ke dalam chamber yang telah dibuka setelah terisi pindahkan

pada posisi ionisasi tunggu beberapa detik kemudian pindahkan ke posisi off. Dalam perlakuan

ini, dilakukan pengamatan terhadap tetesan minyak yang telah disemprot tersebut pada

mikroskop. Kemudian dilakukan pengaturan jarak dan waktu yang telah ditentukan baik pada

saat kecepatan naik maupun turun. Dari hal tersebut, kemudian dihubungkan dengan

persamaan yang sudah umum diketahui guna didapatkan nilai muatan elektron dengan

hubungannya pada ketetapan Avogadro.

Eksperimen tetes minyak Milikan merupakan eksperimen dalam menentukan muatan satuan

elektron (e) berdasarkan persamaan Faraday dengan mengetahui sifat diskrit dari muatan

elektron. Mengingat hal tersebut merupakan asas paling fundamental dalam mempelajari

karakteristik atomik maupun kelistrikan secara mikro, maka eksperimen ini dinilai perlu untuk

dilakukan.

B. Identifikasi Masalah

Ada beberapa masalah yang teridentifikasi pada penelitian ini, diantaranya:

1. Bagaimana cara menentukan jari-jari dan muatan pada tetes minyak dengan ukuran dan waktu yang dibutuhkan pada saat keadaan naik dan jatuhnya tetes minyak dengan berbagai jenis muatan sesuai dengan fungsi tegangannya?

2. Bagaimanakah pengaruh kecepatan naik dan kecepatan turun terhadap harga muatan tetes q?

3. Gaya-gaya apa yang mempengaruhi gerak jatuh dan naik butir partikel pada percobaan

Millikan?

C. Pembatasan Masalah

Berapa besar muatan yang dihasilkan dengan menggunakan gliserin dan butir silicon ?

D. Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, maka masalah pada praktikum ini dirumuskan sebagai;

“Berapa besar muatan parlementer partikel ditentukan dari waktu naik dan jatuh, serta tegangan pada tetesan minyak?”

E. Tujuan Praktikum1. Merekontruksi percobaan yang dilakukan oleh Robert A. Milikan.

2. Memanipulasi model teori yang menjelaskan gejala gerak butir

partikel bermuatan listrik (baik tanpa maupun dengan adanya

pengaruh medan listrik) menjadi suatu model eksperimen.

3. Menerapkan model eksperimen di atas untuk menentukan nilai

muatan listrik keunsuran (e) baik berdasarkan analisis grafis(metoda

listrik sentroid) maupun berdasarkan azas kuadrat terkecil.

4. Memahami keberadaan muatan listrik keunsuran sebagai kuanta

(nilai terkecil) muatan listrik.

F. Manfaat Praktikum1. Akan diketahui nilai satuan muatan electron.

2. Berguna dalam perkembangan lebih lanjut bidang fisika atomik dan kelistrikan dalam

ruang lingkup mikro.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

Percobaan Millikan atau dikenal pula sebagai percobaan oil drop saat itu dirancang untuk

mengukur muatan listrik elektron. Robert A. Millikan melakukan percobaan tersebut dengan

menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang

berada diantara dua plat elektroda.

Dalam percobaan tetes Millikan, gerakan keceppatan bintik minyak dapat dibuat dalam tiga

keadaan, yaitu gerak ke bawah karena pengaruh gaya berat, gerak ke arah gaya berat dengan

pengaruh gaya berat dan medan magnet, serta gerak berlawanan arah gaya berat dengan pengaruh

medan listrik dan gaya berat.

Keadaan pertama adalah gerak bintik minyak karena pengaruh gaya gravitasi. Pada kondisi ini

bintik minyak bergerak dengan kecepatan konstan. Walaupun dalam kondisi yang sering kita jumpai

di lingkungan kita bahwa berat yang bergerak ke bawah karena pengaruh gravitasi akan bergerak ke

bawah beraturan. Hal ini disebabkan gaya gesek udara sangat kecil dibanding dengan gaya

gesekkanya dapat diabaikan.

Pada percobaan tetes minyak millikan, perbedaan gaya gesekan fluida dalam hal ini udara

dengan bintik minyak sangat mempengaruhi laju bintik minyak tersebut. Hal ini disebabkan oleh sifat

kekentalan (viskositas) fluida tersebut, dalam hal ini adalah udara. Viskositas pada fluida pada

dasarnya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida saat lapisan-

lapisan tersebut bergerak.

Secara rinci gaya gesek dalam fluida dijelaskan dalam ”Hukum Stokes’. Sesuai dengan Hukum

Stokes, besar gaya gesekan fluida dirumuskan dengan:

Keterangan: η = viskositas fluida

v = kecepatan

r = radius bintik minyak

F s=6 πηrv

Keterangan :

1) Saklar untuk membuka dan menutup arus pada stopwatch.

2) Saklar untuk menghidupkan dan mematikan tegangan.

3) Potensiometer tegangan searah.

4) Voltmeter.

5) Start / stop.

Gerak ke Bawah Tanpa Pengaruh Medan Listrik

Setelah minyak disemprotkan adanya atmosfer ke dalam ruang antar kedua plat kapasitor,

maka tetesan minyak yang jatuh pada awalnya mengalami percepatan. Karena adanya gaya gesek

yang menghambat gerakan, yaitu viskositas udara, maka pada saat tertentu akan mencapai laju

konstan. Dalam waktu bersamaan mengatur posisi alat source level ke on untuk memberi muatan

pada bintik minyak saat melewati ruang antara plat kapasitor yang telah diberi muatan. Jika bintik

minyak telah tampak dan sudah ada bintik minyak terlewati, maka dipindahkan kembali ke posisi off.

Pada bagian ini bergerak bintik minyak tanpa pengaruh medan listrik, komponen gaya-gaya

bekerja pada bintik minyak seperti gambar di bawah.

FA FS

V1

Fg

Gaya tekan ke atas Archimedes (FA):

Gaya ke bawah:

1. Gaya Gravitasi (Fg)

dimana, ρu = massa jenis udara

ρz = massa jenis butir partikel

Dalam keadaan seimbang (FS1 merupakan fungsi dari v1), maka:

(1)

maka didapatkan persamaan r:

Gerak ke Bawah dengan Pengaruh Medan Listrik

Keadaan gerak minyak dalam pengaruh muatan listrik dapat dilukiskan dengan gambar

berikut:

F A=43πr3 ρu g

Fg=43πr3 ρ z g

Fg=FS+F A

r=√ 9 vη2g ( ρ z− ρu )

FA FC

V2

Fg Fs

dimana, gaya-gaya yang bekerja adalah:

Gaya ke arah atas

- Gaya Coloumb

- Gaya tekan ke atas Archimedes

Gaya ke arah bawah

- Gaya Gravitasi

- Gaya Gerak Stokes (FS)

Bila beda tegangan dan jarak kedua lempeng adalah VAB dan d, maka kuat medan listrik

diantara kedua lempeng tersebut adalah:

FC=qE=qV AB /d

F A=43πr3 ρu g

Fg=43πr3 ρ z g

FS=6 πη rv

(2)

Elektroda lempeng atas

d

Elektroda lempeng bawah

FA FC

Fg

Dalam keadaan seimbang, maka berlaku:

(3)

dimana, di dapat dari substitusi antara 1, 2 ke persamaan 3, maka di dapatkan:

(4)

E=V AB/ d

Fg+FS=FC+F A

q=6 πηr (v2−v1)dV AB

Muatan butir partikel harus merupakan kelipatn dari bilangan utuh (n) terhhadap kuanta

muatan listrik keunsuran (et), q = n.e, et = 1,6x10-19C = nilai teoritis kuanta muatan listrik keunsuran.

Untuk butir dengan ukuran tertentu dan untuk setiap (v1+v2) serta VAB dan d yang tertentu pula.

Untuk mencari nilai muatan elektron (e), menggunakan rumus:

q= n.e

n=qe

Untuk nilai n min=n1: e= 1,5x10-19

Untuk nilai n min=n2:e= 2 x 10-19

dimana: n=12

(n1+n2)

sehingga di dapat nilai muatan elektron : e=qn

BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

1. Alat dan Bahan

1. Peralatan Milikan

2. Multimeter

3. Baterai

4. Power Supply 600 Vpc

5. Mikrometer (mm-100div)

6. Stopwatch

7. Cairan Silicon f.heat.bath

8. Cover Glass18 x 18 mm

9. Switch Pengubah

10. Tripod base “PASS”

11. Tabung Berdiri

12. Kabel Penghubung Warna Hitam, 250 mm

13. Kabel Penghubung Warna Merah, 750 mm

14. Kabel Penghubung Warna Kuning, 750 mm

15. Kabel Penghubung Warna Hitam, 750 mm

16. Kabel Penghubung , 50 KV, 1000 mm

17. Sumber Radioaktif

18. Circular Level

19. Flexam-kamera video Berwarna

20. Monitor Video

2. Proses/Langkah-langkah Praktikum

- Percobaan Pertama

1. Melihat tetesan minyak yang jatuh bebas dari hasil semprotan pada teleskop tanpa diberikan tegangan terlebih dahulu.

2. Mencatat waktu pada saat keadaan jatuhnya tetes minyak.

- Percobaan Kedua

Melihat tetes minyak yang jatuh tanpa diberi tegangan

Mencatat waktu saat tes minyak jatuh

Mencatat tegangan penghenti saat naik dan jatuhnya tetes minyak

Mencatat waktu naik dan turunnya tetes minyak

1. Melihat jatuhnya tetesan minyak dengan mengatur tegangannya sampai keadaan dimana tetes minyak itu berhenti.

2. Mencatat tegangan penghenti dari tetes minyak pada voltmeter.

- Percobaan Ketiga

1. Melihat keadaan semprotan dari tetes minyak pada saat naik atau jatuhnya tetes minyak dengan diberikan tegangan sebesar 150 Volt.

2. Mencatat waktu pada saat keadaan tetes minyak yang naik pada voltmeter.

3. Metode Pengumpulan Data

1.

2.

3.

3.

4. Data yang terukur

Tabel Pengamatan

s = 0,0005 m

d = 6 mm

Tanpa tegangan; t1 =

t2 =

1. Gliserin

Mengatur tegangan sampai tetes minyak berhenti

Menyusun alat dan menghidupkan sumber tegangannya

Memfokuskan teropong

Menyemprot minyak ke dalam ruang pengamatan

Massa Jenis ρ = 1260 kg/m3

stopping potential; Vs = 45 V

Tegangan t1 (turun) t2 (naik)

2. Silikon


stopping potential; Vs = 40


Sumber Data : Multimeter, stopwatch, skala pengukur pada teropong.

5. Teknik Analisa DataKecepatan tetes minyak dapa diukur dengan menggunakan rumus:

v=st

Setelah didapatkan beda potensial, maka jari-jari tets minyak dapat dicari dengan

menggunakan rumus berikut:

dengan, η = 1,86x10-6 kps/m2

g = 9,8 m/s2

ρz = 1260 kg/m3 (gliserin) dan 2330 kg/m3 (silicon)

ρu= massa jenis udara= 1,2 kg/m3

Setelah r didapat, maka besarnya muatan butir suatu partikel dapat dicari dengan menggunakan

rumus:

Untuk mencari nilai muatan elektron (e), menggunakan rumus:

q= n.e

n=qe

Untuk nilai n min=n1: e= 1,5x10-19

Untuk nilai n min=n2:e= 2 x 10-19

dimana: n=12

(n1+n2)

sehingga di dapat nilai muatan elektron : e=qn

r=√ 9 vη2g ( ρ z− ρu )

q=6 πηr (v 1) dV AB

BAB IV

DATA DAN PENGOLAHAN DATA

1. Data yang terukur

s = 10 div

d = 6 mm

Tanpa tegangan; t1 =

t2 =

1. Gliserin




47 8,56 8,04

50 11,16 9,52

53 9,19 5,81

55 2,78 5,7

60 2,04 6,39

63 20,23 6,7

65 7,36 5,88

70 2,7 5,55

75 7,6 4,28

80 6,1 4,02

2. Silikon


stopping potential; Vs = 40


50 3,24 10,51

55 2,39 13,21

57 4,22 10,04

62 4,97 8,34

65 2,33 4,50

67 15,68 12,36

70 11,13 12,83

73 5,79 5,85

75 6,28 10,54

77 12,36 13,87

2.Pengolahan data / Perhitungan data

η = 0,00000186

d = 0,006 m

a.Silikon

Massa Jenis ρ z= 2330 kg/m3


massa jenis udara ρu = 1,2 kg/m3

v1 (m/s) v2 (m/s)

0.000154321 4.75737E-050.000209205 3.78501E-050.000118483 4.98008E-050.000100604 5.9952E-050.000214592 0.0001111113.18878 x 10-5 4.04531 x 10-5

4.49236 x 10-5 3.89712 x 10-5

8.63558 x 10-5 8.54701 x 10-5

7.96178 x 10-5 4.74383 x 10-5

4.04531 x 10-5 3.6049 x 10-5

r (m) q2.92564 x 10-9 1.64159 x 10-21

3.96615 x 10-9 3.57232 x 10-21

2.24623 x 10-9 8.10935 x 10-22

1.90726 x 10-9 1.60961 x 10-21

4.06828 x 10-9 3.52396 x 10-21

6.04534 x 10-10 2.72176E x 10-23

8.5167 x 10-10 2.66473 x 10-23

1.63715 x 10-9 7.62184 x 10-24

1.50941 x 10-9 2.55312 x 10-22

7.66917 x 10-10 1.77536 x 10-23

9 v2 2g(ρz-ρu)3.98663 x10-13 465767.32655 x 10-13 465762.35001 x 10-13 465761.69427 x 10-13 465767.70874 x 10-13 465761.70217 x 10-13 465763.37835 x 10-13 465761.24836 x 10-13 465761.06115 x 10-13 465762.73942 x 10-13 46576

q/ e min q/e maxn=1/2(n1+n2) n e

1.094 x 10-2 0.008208 9.576 x 10-3 0.01 1.64 x 10-19

2.382 x 10-2 0.017862 2.084 x 10-2 0.02 1.79 x 10-19

5.406 x 10-3 0.004055 4.730 x 10-3 0.005 1.62 x 10-19

1.073 x 10-2 0.008048 9.389 x 10-3 0.01 1.61 x 10-19

2.349 x 10-2 0.01762 2.056 x 10-2 0.02 1.76 x 10-19

1.815 x 10-4 0.000136 1.588 x 10-4 0.00016 1.70 x 10-19

1.776 x 10-4 0.000133 1.554 x 10-4 0.00016 1.67 x 10-19

5.081 x 10-5 3.81 x 10-5 4.446 x 10-5 0.000045 1.69 x 10-19

1.702 x 10-3 0.001277 1.489 x 10-3 0.0015 1.70 x 10-19

1.184 x 10-4 8.88 x 10-5 1.036 x 10-4 0.0001 1.78 x 10-19

b. Gliserin

Massa Jenis ρ z= 1260 kg/m3


massa jenis udara ρu = 1,2 kg/m3

9 v2

2g(z-u)

5.71147 x 10-14 251763.36022 x 10-14 251764.95524 x 10-14 251765.41509 x 10-13 251761.00562 x 10-12 251761.0226 x 10-14 25176

7.72574 x 10-14 251765.74074 x 10-13 251767.2455 x 10-14 251761.1247 x 10-13 25176

r (m) q1.50619 x 10-9 2.65862 x 10-23

1.15529 x 10-9 4.16616 x 10-23

1.40294E x 10-9 2.07475 x 10-22

4.63777 x 10-9 1.99653 x 10-21

6.3201 x 10-9 4.92703 x 10-21

6.37321 x 10-9 1.48624 x 10-22

1.75177 x 10-9 1.39954 x 10-22

4.77519 x 10-9 2.12169 x 10-21

v1 (m/s) v2 (m/s)

5.84112 x 10-5 6.21891 x 10-5

4.48029 x 10-5 5.2521 x 10-5

5.4407 x 10-5 8.60585 x 10-5

0.000179856 8.77193 x 10-5

0.000245098 7.82473 x 10-5

2.47158 x 10-5 7.46269 x 10-5

6.79348 x 10-5 8.5034 x 10-5

0.000185185 9.009016.57895 x 10-5 0.0001168228.19672 x 10-5 0.000124378

1.69645 x 10-9 4.04505 x 10-22

2.11361 x 10-9 4.18827 x 10-22

q/ e min q/e max n=1/2(n1+n2) n e

0.0001772 0.000133 0.000155086 0.00016 1.66164 x 10-19

0.0002777 0.000208 0.000243026 0.00024 1.7359 x 10-19

0.0013832 0.001037 0.001210273 0.0012 1.72896 x 10-19

0.0133102 0.009983 0.011646412 0.012 1.66377 x 10-19

0.0328469 0.024635 0.028740996 0.03 1.64234 x 10-19

0.0009908 0.000743 0.000866972 0.00087 1.70832 x 10-19

0.000933 0.0007 0.000816399 0.00082 1.70676 x 10-19

0.0141446 0.010608 0.012376507 0.0124 1.71104 x 10-19

0.0026967 0.002023 0.002359614 0.0024 1.68544 x 10-19

0.0027922 0.002094 0.002443157 0.0024 1.74511 x 10-19

e1.64 x 10-19

1.79 x 10-19

1.62 x 10-19

1.61 x 10-19

1.76 x 10-19

1.70 x 10-19

1.67 x 10-19

1.69 x 10-19

1.70 x 10-19

1.78 x 10-19

1.66 x 10-19

1.74 x 10-19

1.73 x 10-19

1.66 x 10-19

1.64 x 10-19

1.71 x 10-19

1.71 x 10-19

1.71 x 10-19

1.69 x 10-19

1.75 x 10-19

Jumlah 3.39 x 10-18

Rata-rata 1.70 x 10-19

3. Grafik data utamaa. Silikon

60 55 57 62 65 67 70 73 75 770

0.000050.0001

0.000150.0002

0.00025

Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) dengan Kecepatan Partikel silikon (v)

v1 (m/s)v2 (m/s)

Tegangan V (volt)

kece

pata

n v

( m/s

)

b. Gliserin

47 50 53 55 60 63 65 70 75 800

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

Series1Series2

4. Analisis dan perbandingan teori

Percobaan Millikan ini dilakukan dengan cara menyemprotkan cairan ke lubang chamber. Cairan yang digunakan ada dua, yaitu gliserin dan silicon. Setelah disemprotkan, akan terlihat partikel-partikel melalui teleskop, lalu mengamati partikel-partikel tersebut.

Pada pengambilan data pertama, praktikan mengamati partikel melalui teleskop dengan mengubah tegangan hingga mencapai tegangan tertentu ketika partikel tersebut tidak bergerak lagi/diam (Vs). Pada cairan gliserin, potensial penghentinya sebesar Vs = 45 volt, sedangkan pada silicon sebesar Vs = 40 volt. Gerakan partikel berhenti karena gaya ke atas yang dimiliki partikel tersebut sama dengan gaya yang ke arah bawah.

FA

v

Fg

Pada pengambilan data kedua, praktikan mengamati gerakkan butir partikel (pada partikel yang sama) melalui teleskop bersamaan dengan memberi tegangan yang berubah-ubah. Tegangan yang diberikan harus lebih besar dibandingkan tegangan potensialnya. Ketika diberi tegangan, partikel bergerak ke arah bawah (arah sebenarnya ke atas). Hal ini terjadi karena terdapat Gaya Coloumb (FC).

FA FC

Fg

Pada pengambilan data ketiga, praktikan mengamati partikel (masih partikel yang sama) melalui teleskop. Pengamatan ini dilakukan tanpa memberikan tegangan terhadap partikel, dan gerak pasrtikel terlihat naik ke atas ( sebenarnya turun ke ba.wah).

Dari data yang diperoleh didapatkan bahwa semakin besar tegangan yang diberikan, maka waktu yang diperlukan partikel untuk bergerak jatuh ke atas (pada teleskop terlihat ke arah bawah) lebih lama karena terdapat gaya ke atas dari tegangan. Semakin banyak jumlah muatan yang terdapat pada partikel, semakin besar pula tegangan yang dibutuhkan untuk memberhentikan partikel. Berdasarkan percobaan, semakin besar tegangan yang diberikan, semakin cepat pula waktu yang dibutuhkan partikel untuk bergerak ke bawah (pada teleskop ke arah atas).

Hasil yang didapatkan pada percobaan tidak sesuai dengan hasil percobaan yang dilakukan oleh Robert A. Millikan. Hasil yang didapatkan bukan e = 1,6x10 -19 C. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya:

Ketidaktelitian praktikan pada saat mengamati waktu gerak partikel saat naik dan turun.

Kesalahan pada saat melakukan pengolahan dan perhitungan data yang didapat.

Pembacaan skala pada ruang pengamatan yang kurang teliti.

BAB V

KESIMPULAN

1. Muatan tetes minyak merupakan kelipatan dari nilai tertentu (bersifat diskrit). Nilai tertentu ini disebut nilai elementer

2. Semakin besar tegangan, semakin lama pula waktu yang dibutuhkan partikel untuk jatuh ke bawah (melalui teleskop) karena ada gaya ke atas yang diberikan oleh tegangan.

3. Partikel yang diberi tegangan akan bergerak ke arah atas karena pengaruh Gaya Couloumb.

4. Semakin besar tegangan yang diberikan, semakin cepat pula gerakkan partikel ke arah atas (melalui teleskop).

5. Potensial penghenti adalah besar potensial pada saat partikel tidak bergerak lagi.

6. Partikel hasil semprotan jatuh pada daerah yang ada medan listrik, maka partikel akan tertarik ke arah kutub yang berlawanan dengan muatan.

7. Partikel yang tidak diberi tegangan akan bergerak jatuh ke bawah karena pengaruh gaya gravitasi dan gaya berat.

8. Tetesan minyak mendapat muatan saat bergesekan dengan atomizer.

9. Partikel berhenti karena gaya ke atas sama dengnan gaya partikel ke arah bawah.

10. Muatan bersifat diskrit apabila q kelipatan dari e.

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga

Halliday, David. 1999. Fisika Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga

Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: UI-Press

Sears, Zemansky. 1962. Fisika Universitas Jilid 2. Bandung: Bina Cipta

Tim Dosen Fisika Modern. 2011. Modul Praktikan Fisika Modern. Jakarta: UNJ

milikan punya citra

Documents