BAB I
PENDAHULUAN
1.2
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 Milikan Oil-drop Apparatus , adaptor DC 12 Volt, high voltage DC
power supply, multimeter digital, atomizer + minyak, stopwatch, barometer, dan
lampu halogen DC 12 Volt. Eksperimen ini dimulai dengan menyemprotkan Atomizer
kedalam 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) dan bilangan
Avogadro (N) 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.
1.3. Tujuan Percobaan
1.
Menentukan
sifat diskrit muatan listrik
2.
Menentukan
muatan keunsuran (e).
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Dasar Teori
Tetes minyak milikan adalah
merupakan percobaan yang menunjukkan bahwa muatan electron bersifat diskrit
yaitu gaya ke bawah pada tetes milikan (percepatan ke bawah) akan terhambat
oleh suatu gaya stokes (gaya penghambat). “Percobaan ini dilakukan dengan
menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu
tetes kecil minyak yang berada diantara dua buah pelat konduktor.” (Kennet
Krane, 1992: 181).
Robert Millikan melakukan percobaan
dengan menyeimbangkan gaya- gaya antara gravitas dan gaya listrik pada suatu
tetes minyak yang ada diantara dua buah pelat konduktor. Ketika minyak jatuh
diudara akan mengalami percepatan kebawah ynag disebabkan oleh gaya grafitasi
dan pada saat yang sama gerak tetes minyak tersebut dihambat oleh gaya
penghambat (gaya stokes). Menurut stokes, bila sebuah benda dilepaskan tanpa
kecepatan awal didalam fluida, benda mula-mula akan mendapat kecepatan.
(Sissom,1987)Karena mendapat kecepatan maka benda akan bertambah besar pula,
hingga mencapai keadaan stasioner. Pada keadaan seperti ini dpat digambarkan
hubungan antara gaya stokes dan gaya gravitasi berdasar persamaan berikut:
Fg= Fs…………………………………..(1)
M.g = K.Vf ………………………………….(2)
Dalam keadaan stasioner menjadi:
Fc= Fg+ Fs……………………………….(3)
Een = mg + KVr……..………………………(4)
Dimana E merupakan kuat medan listrik. Secara umum
didefinisikan bahwa kuat medan listrik E
di dalam ruang sebagai gaya elektrostatis yang bekerja pada satu satuan muatan
di dalam ruang tersebut. (Soedojo,1985).
Percobaan milikan disebut juga sebagai percobaan Oil
Drop. Electron mempunyai peran penting dalam mempelajari gejala kelistrikan
kemagnetan. Dengan mengembangkan gaya-gaya gravitasi dan gaya listrik pada
suatu tetes kecil minyak yang berada diantara dua pelat elektroda,
masing-masing plat berdiameter 20 cm dan terpisah sejauh 7.67cm. Minyak
diteteskan dengan tetesan kecil melalui dua plat logam dengan dua buah plat
yang dapat menarik muatan listrik dari tetesan minyak pada palat bagian atas.
Jika beda tegangan diatur agar mengimbangi gaya gravitasi pada tetes minyak,
maka artikel-partikel minyak yang mengandung muatan akan melayang karena
keseimbangan gaya tersebut. Pada keadaan ini gaya gravitasi sama dengan gaya
elektrostatik, sehingga muatan dapat diketahui besarnya. (Finn, 1992)
Melalui banyak percobaan dengan tetes minyak milikan
yang beragam maka secara umum muatan dapat diperoleh:
en=mg[(Vf+Vr)/EVf] …….………….…………..(5)
Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan m=4/3πα3σ, sehingga persamaan di atas menjadi:
en=(4/3) πα3σg[(Vf+Vr)/EVf]
………..………………..(6)
Muatan listrik Q di dalam suatu ruang, akan
menyebabkan timbulnya mdan listrik did ala ruang tersebut, artinya setiap
muatan lain Q yang berada di dalam ruang itu akan mengalami gaya elekstrotati”
makin banyak Q makin kuat gaya F dan makin medan listrik yang ditimbulkan oleh
Q tersebut.” Sehingga kuat medan listrik di dalam ruang, ditentukan oleh banyaknya
muatan Q yang menimbulkan medan listrik tersebut, serta tergantung pada
jaraknya dari muatan Q (Peter, 1985: 14).
Percobaan yang dilakukan oleh millikan dapat
menyingkap secara meyakinkan bagiamana sifat muatan listrik dan harga muatan suatu electron (en)
maupun bilangan Avogadro (N) dalam satuan system internasional yaitu dengan
persamaan:
en=(4/3)πα3σg[1/(1+b/pa)]3/2 [(Vf+Vr)
/ (ΔV)Vf] …………………..(7)
Nilai dari bilangan Avogadro (N) adalah:
N = 9,625x107(C/kgberat ekivalen) / e
(C)…………………(8)
en= muatan tetes minyak (Columb)
Terbukti bahwa beberapa bintik minyak bermuatan
listrik, karena efek gesekan. Bintik-bintik itu dapat pula memperoleh
muatan jika udara dalam apara tersebut diionisasi oleh sinar X atau oleh secuil
benda Radioaktif beberapa electron atau ion lalu bertumbukan dengan
bintik-bintik minyak itu. (Zemansky,1986).
Dari percobaan Millikan menyimpulkan qe = e
merupakan kelipatan bilangan bulat dari nilai tertentu yaitu 1,6 x10−19C
dan tdak pernah didapatkan nilai qe = e kurang dari 1,6 x 10−19C.
Selanjutnya nilai 1,6 x10−19C disebut muatan elementar (muatan
elektron). (Silaban, 1986).
Melalui percobaan tetes minyak milikan ini, tidak
hanya electron yang digunakan sebagai acuan di dalam dasar teori, akan tetapi
analisa fluida juga memiliki peranan di dalam percobaan. Aliran fluida merupakan garis lurus didalam
medan aliran yang dibuat pada saat waktu tertentu.(Pitts,1977)
2.2
Metode Eksperimen
Percobaan
ini dilakukan dengan pengamatan secara langsung peristiwa yang terjadi pada system
peralatan Milikan.
a. Tempat
dan waktu pelaksanaan
- Tempat : Laboratorium Radiasi Fisika
- Waktu : Senin, 26 September 2011 (jam ke 3-4)
b. Alat
– alat percobaan
- System peralatan Milikan
- Stopwatch besar
2.3 Prosedur
percobaan
2.3.1
Menyemprotkan minyak atom (atomic oil)
ke dalam plat sejajar Milkan dengan cara menyemprotkan minyak tersebut. Bila
perlu bersihkan terlebih dahulu penutup plat sejajar electron sehingga minya
atom yang disemprotkan dalam plat lebih banyak yang masuk, sehingga pengamatan
lebih mudah.
2.3.2
Mengatur teropong yang terdapat
disamping chamber Milikan untuk mengamati tetes minyak yang telah disemprotkan
sedemikian hingga pengamat dapat melihat dengan jelas tetes – tetes minyak.
2.3.3
Mengamati salah satu dari beberapa tetes
yang ada, kemudian menentukan kecepatan jatuh tetes tersebut. Dengan mengukur
jarak tempuh dan waktu yang diperlukan (1 skala yang terlihat pada okuler
dikonversi ke meter adalah s=(x/1,875)10-4 , dengan x
adalah jumlah skala). Kecepatan tersebut diberi nama v1 dan
pengukuran diulang sebanyak 3 kali.
2.3.4
Mengalirkan
tegangan listrik pada kedua keeping plat sejajar tersebut sehingga menghasilkan
medan listrik yang dapat menahan tetes minyak sehingga diam di antara dua plat,
tegangan itu diberi nama U1.
2.3.5
Tegangan
diperbesar sehingga tetes minyak bergerak melawan arah gravitasi, tegangan
tersebut diberi nama U2.
2.3.6
Menentukan
kecepatan tetes minyak akibat gaya listrik U2, kecepatan tersebut diberi nama
v2. Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali seperi langkah 3
2.3.7
Selanjutnya
mencatat hasil pengamatan dengan melakukan tabulasi data.
2.4
Perhitungan
Data
1
Dik : u = 100 V Dit
: V ?
x = 30 skala q
?
t = 8,1 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
Data 2
Dik
: u = 200 V Dit
: V ?
x = 40 skala q
?
t = 10,4 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
Data 3
Dik
: u =
300 V Dit : V ?
x = 40 skala q
?
t = 8,6 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
Data 4
Dik
: u =
400 V Dit : V ?
x = 20 skala q
?
t = 7,4 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
Data 5
Dik
: u =
500 V Dit : V ?
x = 30 skala q
?
t = 5,8 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
Data 6
Dik
: u =
550 V Dit : V ?
x = 25 skala q
?
t = 9,1 sekon N
?
Jawab :
§ s = = m
§ v =
§ q = 2x =
2x
§ N =
2.4
Pembahasan
Pada
dasarnya percobaan ini adalah mengamati peristiwa – peristiwa yang terjadi pada
tetes minyak atom yang disemprotkan dalam tabung system peralatan milikan.
Awalnya kelompok kami mengalami kesulitan dalam percobaan sebab tetes minyak
atom yang masuk dalam tabung setelah disemprotkan cukup sedikit sehingga sulit
untuk mengambil data2nya. Sehingga tabung system milikan harus dibersihkan
supaya tidak ada sesuatu yang menghambat masuknya semprotan dari minyak atom
tersebut. Namun, selanjutnya kelompok kami tidak bisa melihat pencitraan
tetesan minyak di dalam system, bahkan setelah berulang kali mencoba. Ternyata
faktornya adalah tidak diaturnya kembali teropong untuk mengamati peristiwa
didalam tabung sehingga praktikan tidak mendapat citra yang bagus/fokus.
Ketika
tetesan – tetesan minyak atom diamati, dengan system belum diberi tegangan (V=0). Maka yang nampak adalah tetes –
tetes minyak tersebut berjalan mengarah keatas (sebenarnya kebawah sesuai arah
gravitasi bumi), hal ini disebabkan karena teropong yang digunakan untuk
mengamati bersifat memperbesar dan membalikkan bayangan. Yang terjadi adalah
tetes minyak tersebut jatuh kebawah tertarik/ terpengaruh gravitasi bumi. Dan
jika kebawah maka tetes minyak tersebut bergerak melawan arah gravitasi.
Sehingga sebenarnya yang terjadi adalah keterbalikan dari fakta sesungguhnya.
Dalam percobaan ini juga nampak jikalau tetesan minyak bergerak dengan arah
menyerongdari yang seharusnya jatuh kebawah atau keatas, hal ini dikarenakan
adanya pengaruh angin dari AC dalam ruangan.
Dalam
percobaan ini, ketika system belum dieari tegangan antara dua platnya (V=0)
maka akan diperoleh kecepatan rata – rata tetesan minyak atom adalah (2,045) .
10-4 m/s. Tetes minyak
yang jatuh (bergerak searah gaya gravitasi) selain mendapat gaya gravitasi dia
juga mendapat gaya stokes keatas, gaya stokes tersebut merupakan gaya gesek
terhadat tetes minya atom. Kedua gaya itulah yang menyebabkan minyak atom cenderung
memiliki kecepatan yang konstan. Kecepatan tersebut diperlukan untuk mencari
gaya kesetimbangan gaya, tetes – tetes minyak yang bergerak tersebut akan
mengalami kedudukan kesetimbangan ketika system milikan diberi tegangan
tertentu antara kedua platnya.
BAB
III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
- Percobaan Milikan atau yang dikenal juga dengan nama percobaan oil drop dirancang untuk mengukur muatan listrik electron.
- Kecepatan naik dan kecepatan turun tetes minyak milikan berpengaruh terhadap penentuan nilai muatan tetes dimana pada keduanya bekerjainteraksi gaya stokes dan percepatan grafitasi dari bumi
- Semakin tinggi tegangan yang diberikan , maka muatan tetes nya semakin kecil.
4. Nilai
muatan satuan elektron berdasarkan percobaan dan sifat diskrit dari muatan
elektron adalah sesuai dengan variasi tegangan 100 V, 200 V, 300 V, 400 V, 500
V, dan 550 V secara berturut-turut yaitu
sebesar , sedangkan menurut
literatur adalah 1,602.10-19
Coulomb. Perbedaan nilai q antara literatur dengan hasil percobaan yang lumayan
jauh kemungkinan disebabkan oleh keterbatasan alat, kurang akuratnya dalam
pengambilan data, serta pengaruh lingkungan sekitar.
DAFTAR PUSTAKA
Krane, Kenneth S.
1992. Fisika Modern, alih bahasa : Hans J. Wospakrik dan Sofia Niksolihin. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
Dewan pengajar Departemen Fisika. Lab
radiasi Departemen Fisika.2011. Modul Materi Bidang Radiasi. Lab radiasi
Departemen Fisika.
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern, alih
bahasa : Hans J. Wospakrik dan Sofia
Niksolihin. Jakarta : Penerbit
Universitas Indonesia.
MILIKAN