130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

24
TUGAS TEKNIK LABORATORIUM I (METODE PENENTUAN MUATAN ELEKTRON DASAR MENGGUNAKAN LEAI 45 APPARATUS) (disusun guna memenuhi tugas mata kuliah teknik laboratorium I dengan dosen pengampu Drs.Alex Hariyanto ) Disusun Oleh : Nama : Zakaria Sandy Pamungkas NIM : 130210102071 Kelas B Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan Ilmu Pengetahuan Alam

description

metode penentuan elementer

Transcript of 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

Page 1: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

TUGAS TEKNIK LABORATORIUM I

(METODE PENENTUAN MUATAN ELEKTRON DASAR MENGGUNAKAN LEAI

45 APPARATUS)

(disusun guna memenuhi tugas mata kuliah teknik laboratorium I dengan dosen pengampu Drs.Alex

Hariyanto )

Disusun Oleh :

Nama : Zakaria Sandy Pamungkas

NIM : 130210102071

Kelas B

Program Studi Pendidikan Fisika

Jurusan Pendidikan Ilmu Pengetahuan Alam

Fakultas Keguruan dan Ilmu pendidikan

Universitas Jember

2015

Page 2: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Rasio atau perbandingan muatan dan massa elektron adalah salah satu konstanta penting

dalam fisika modern. Meskipun sinar katoda sudah ditemukan sejak tahun 1859 namun baru

tiga puluh delapan tahun kemudian muatan spesifik sinar katoda diperoleh. J.J Thomson

(1856-1940) yang pertama kali melakukan percobaan untuk menentukan muatan sinar

katoda. Thomson  dapat  menunjukan bahwa semua partikel memiliki perbandingan muatan

terhadap massa (e/m) relatif sama.

Seperti halnya dalam tabung sinar katoda, elektron dihasilkan dari katoda yang

dipanaskan oleh filamen. Elektron dipercepat menuju anoda yang berbentuk silinder dan

melewatinya.. Jika kedua medan listrik dan medan magnet bernilai nol, elektron akan

mencapai posisi X dilayar dan menimbulkan fluoresensi.

Kumparan Helmholtz digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk

memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas. Sedangkan

Andre Marie Ampere dengan percobannya berhasil menunjukkan bahwa elemen arus akan

mengalami gaya ketika berada dalam medan magnet Berangkat dari sinilah percobaan e/m

dilakukan.

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Bagaimana menentukan rasio atau perbandingan muatan dan massa elektron?

1.3 Tujuan

Setelah melakukan studi literatur Spesific Charge of electron Mahasiswa diharapkan

mampu menentukan rasio atau perbandingan muatan dan massa elektron dengan cara

praktikum.

Page 3: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah Percobaan

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.

Suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika atom-atom benda tersebut kekurangan

atau kelebihan elektron. Besarnya muatan listrik bergantung pada seberapa banyak atom-

atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-

atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya.

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).

Page 4: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

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)

Page 5: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

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. Definisi Elektron Elektron

Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis

sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang

diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer pada tahun 1897 oleh J.J

Thompson. Elektron merupakan salah satu dari tiga sub partikel dasar penyusun atom yang

juga merupakan partikel fundamental dalam sifat kelistrikan secara mikro. Oleh karena itu,

eksperimen mengenai sinar katoda termasuk eksperimen yang penting dalam perkembangan

bidang kelistrikan (rahayu,2011:1)

Page 6: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

2.3 Ciri-Ciri elektron

Massa invarian sebuah elektron adalah kira-kira 9,109 × 10−31 kilogram,[60] ataupun setara

dengan 5,489 × 10−4 satuan massa atom. Berdasarkan prinsip kesetaraan massa-

energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio antara

massa proton dengan massa elektron adalah sekitar 1836. Pengukuran astronomi

menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap bernilai sama paling tidak

selama setengah usia alam semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar

Elektron memiliki muatan listrik sebesar -1,602 × 10−19 coulomb, yang digunakan

sebagai satuan standar untuk muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan

eksperimen, muatan elektron adalah sama dengan muatan proton, namun memiliki tanda

positif. Oleh karena simbol e digunakan untuk merujuk pada muatan elementer, elektron

umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif.

Positron disimbolkan sebagai e+ karena ia memiliki ciri-ciri yang sama dengan elektron

namun bermuatan positif

Elektron memiliki momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.Sifat ini biasanya

dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2. Untuk partikel seperti ini,

besaran spinnya adalah √3⁄2 ħmanakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun

hanyalah dapat bernilai ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga memiliki momen magnetik intrinsik di

sepanjang sumbu spinnya.Momen magnetik elektron kira-kira sama dengan satu magneton

Bohr, dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla. Orientasi spin

terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.

Elektron tidak memiliki substruktur yang diketahui.Oleh karena itu, ia didefinisikan

ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.

Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batasan atas

jari-jari partikel sebesar 10−22 meter. Terdapat sebuah tetapan fisika yang disebut sebagai

"jari-jari elektron klasik" yang bernilai 2,8179 ×10−15 m. Namun terminologi ini berasal dari

perhitungan sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam

kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak memiliki hubungan apapun dengan struktur dasar

elektron.

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh menjadi partikel yang lebih

ringan. Contohnya adalah muon yang meluruh menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino,

dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10−6 detik. Namun, elektron diperkirakan stabil secara

teoritis: elektron merupakan partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya akan

Page 7: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

melanggar kekekalan muatan.Ambang bawah eksperimen untuk rata-rata umur paruh

elektron adalah 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90% (ulfa.2012).

2.4 Medan Magnet

Medan magnet dapat dihasilkan dari suatu muatan q yang bergerak dengan kecepatan

v.Medan magnet yang dihasilkan pada jarak r dari muatan bergerak q adalah sebesar:

B=μ0

4 πq (vx r̂ )

r2

Dimana μ0 adalah konstanta permebealitas udara yang besarnya 4x10-7N/A2.r

merupakan jarak dari muatan terhadap titik di mana medan magnet diukur dari r vector satuan

dengan arah tegak lurus permukaan yang dibentuk perkalian vector v dan

r(nurohman,2004:108).

2.5 Rasio muatan per massa

Rasio muatan dan massa elektron dapat ditentukan dari elektron yang dibelokkan akibat

pengaruh dari medan magnet seragam disekitarnya yang kemudian suatu filamen dipanaskan

dalam sebuah tabung vakum, yang dihubungkan dengan beda potensial tertentu dan

pemercepat tegangannya Sinar katoda dibelokkan oleh muatan medan magnet yaitu kutub

posiitf dan tarik menarik ke arah kutub negatif. Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson

untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai arus partikel yang bermuatan negatif, yang

dinamakan elektron. Berdasarkan besarnya simpangan belok dari elektron atau sinar katoda

dalam medan magnet. Thomson dapat menentukan nisbah atau perbandingan (rasio) antara

muatan dan massa elektron (e/m) dari partikel katoda yaitu :

e/m = 1,67 . 1011 C.Kg-1 = 1,67 . 108 C.g-1

dimana e adalah muatan elektron,dan m adalah massa electron.

Lalu, pada tahun 1909, Robert Andreas Milikan melalui Tetesan Minyaknya, berhasil

menemukan nilai dari muatan elektron itu sendiri, yaitu sebesar :

e = 1,60217733  . 10-19 C

Dari dua konstanta diatas, maka didapatkan massa dari elektron diam adalah sebagai

berikut :

e/m  = 1,67 . 108 C.Kg-1             ;              m = e/ 1,67 . 108 C.Kg-1

sehingga,

m = 9,11 . 10-28 g

Pistol elektron berfungsi untuk mempercepat gerak elektron, sehingga memperbesar

energi Kinetiknya. Pada pratikum ini, dilakukan dengan prosedur menvariasikan arus pada

Acceleration volt. Secara matematis dapat dijelaskan sebagai berikut, jari – jari kumparan

Page 8: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

sama dengan jarak antar kumparan. Geometri ini memberikan medan magnet yang sangat

seragam dekat dengan pusat kumparan. Kumparan Helmholtz dari Aparatus e/m yang

memiliki radius pemisahan 15 cm. Setiap kumparan memiliki 130 lilitan. Medan magnet (B)

yang dihasilkan oleh kumparan sebanding dengan arus (I) dengan persamaan sebagai

berikut :

B = 7,80 . 10-4 . I

Untuk energi Kinetik elektron yang dpercepat melalui potensial V adalah :

Ek = e.V

m.v2 =e.V                                                                                                            (2.8)

Gaya Lorentz yang dialami, akan sama dengan gaya Sentripetalnya, yaitu sebagai

berikut :

Fl=Fc                                                                                                           (2.9)

Maka dari rumus diatas, dapat kita tentukan rasio dari muatan dan massa electron. (Pistol

elektron) serta medan magnet-nya berasal dari kumparan Helmholtz. Ini disebut juga dengan

alat Aparatus (e/m). Disini akan didapatkan energi Kinetik, gaya Sentripetal dan gaya

Lorentz. Maka didapatkan nilai e/m = 2.V/(B.r)2. Dimana secara teori, besar dari e/m adalah

1,67 . 1011 C.Kg-1. Pada pratikum ini, pratikan memakai tabung vakum berbentuk bulat,

beserta dengan kumparan Helmholtz yang berbentuk bulat pula. Sehingga dihasilkan sinar

katoda yang berbentuk spiral (Pangaribuan,2012).

Page 9: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 Alat dan Bahan

1. LEAI-45 Apparatus untuk menentukkan rasio muatan dan massa electron

2. Power wire

3. BGXP -0.75 A fuse

4. Bgxp -3A fuse

3.2 Spesifikasi teknis

1. Daya masukan maksimal : 85 Watt

2. Percapatan tegangan : 1000V~1200V terus menerus disesuaikan

3. Tegangan rendah sumber DC :

Kisaran : 0.2 A~1.5 A / 1.5 A~2.5 A terus menerus disesuaikan

Arah arus : reversible

4. Parameter tabung heliks :

Mengubah nomer N : 3800 turn/m ( satuan panjang dari tabung helix )

5. Parameter tabung osiloskop

Jarak : 0,148 m (antara layar menuju plat 1 defleksi y)

6. Berkelanjutan waktu kerja : 1 jam

7. Kondisi lingkungan

8. Dimensi : 380 x 190 x 320 mm

9. Berat : 11 Kg

3.3 Prinsip Kerja Alat

Setelah sumber arus listrik (ac) pada alat dinyalakan, electron di dalam tabung

oscilloscope akan mengalami gaya Lorentz akibat medan medan magnet yang dibangkitkan

oleh lilitan atau coil . Gaya Lorentz dinyatakan sebagai:

F⃗=e v⃗×B⃗ (1)

F⃗ = gaya Lorentz yang bekerja pada electron

v⃗ = kecepatan electron

B⃗ = induksi magnet

e = muatan electron

Arah gaya Lorentz ditentukan dengan aturan tangan kiri dan besarnya adalah

Page 10: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

F=evB sin (α ) (2)

Jika electron bergerak bertepatan dengan arah medan magnet maka α = 0 dan sin( α )=0.

Gaya Lorentz yang bekerja sama dengan nol sehingga elektron, sehingga elektron tetap

bergerak sepanjang garis lurus seperti gerak awalnya.

Ketika kecepatan elektron v⃗ vertical terhadap B⃗ (kecepatan elektron dinyatakan v⃗↑ ), maka

α=90o, dan sin( α )=1 . Pada saat ini, gaya yang bekerja pada elektron menjadi

F=evB

Gaya ini mengubah arah gerak elektron, tetapi tidak mengubah besar kecepatan elektron,

sehingga elektron membuat gerakan memutar dengan radius R pada bidang tegak lurus B⃗

seperti Gambar 1.a

Gambar 1.a Gerak sebuah elektron yang tegak lurus induksi magnet seragam

Page 11: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

Gambar 1.b Gerak elektron yang tidak tegak lurus medan magnet yang seragam

Dari hukum Newton II kita peroleh persamaan:

F=ev↑ B=mv↑2

R (3)

m adalah massa elektron.

Sehingga waktu yang diperlukan untuk sebuah elektron berputar satu kali revolusi adalah:

T=2 πRv↑ =

2 πmeB (4)

Persamaan (4) menunjukkan bahwa T adalah bergantung pada kecepatan elektron, artinya di

bawah pengaruh medan listrik seragam, waktu satu kali rotasi dari satu revolusi untuk

elektron-elektron yang berbeda kecepatan adalah sama, kecuali bahwa elektron dengan

kecepatan lebih besar akan mempunyai jari-jari rotasi yang lebih besar. Ini adalah landasan

teori untuk metode “the magnetic focusing” (metode fokus magnetik).

Jika terdapat sudut α antara kecepatan elektron dengan v⃗ dengan induksi magnet B⃗ ,

kecepatan elektron diuraikan menjadi dua komponen, yaitu kecepatan axial v⃗ // yang parallel

dengan B⃗ dan kecepatan radial v⃗↑ yang tegak lurus dengan B⃗ . Kecepatan v⃗ // tetap konstan,

artinya elektron tetap bergerak pada sumbu-nya, sementara akibat pengaruh gaya Lorentz, v⃗↑

akan membuat elektron berputar disekitar sumbu. Orbit yang dihasilkan dari gerakan elektron

adalah sebuah helix seperti pada Gambar 1.b, pitch (perjalanan elektron dalam arah induksi

magnet B⃗ antara revolusi-revolusi) adalah :

h=Tv //=2 πmeB

v // (5)

Dari persamaan (5) , diperoleh

em

=2πBh

v // (6)

h adalah pitch

Jika elektron-elektron adalah berkas elektron yang diemisikan dari titik yang sama

mempunyai v↑ berbeda tetapi v // , maka setelah bergerak sejauh h , mereka difokuskan pada

suatu titik. Ini disebut magnetic field focusing (pem-fokusan medan magnetic), (longitudinal

magnetic focusing).

Page 12: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

Elektron-elektron yang diemisikan dari katode dapat diasumsikan tidak memiliki kecepatan

awal. Mereka akan dipercepat melalui tegangan anoda yang pertama (focusing electrode)

dan anoda ke dua (accelerating electrode) di dalam tabung. Kecepatan longitudinal elektron

v // bergantung pada tegangan U (berlaku sebagai tegangan akselerasi) yang di aplikasikan

melalui katode terhadap anoda ke dua, yaitu

12

mv//

2=eU

e adalah muatan elektron, U adalah tegangan akselerasi (tegangan antara katode dan anode

ke dua) , dan dapat diperoleh

v //=√ 2 eUm (7)

Substitusi Pers (7) ke Pers. (6) dapat diperoleh

em

=8 π2 Uh2 B2

(8)

Tabung oscilloscope ditempati oleh tabung helix yang panjang. Setelah dihidupkan semua

sinar-sinar elektron difokuskan menuju suatu titik di bawah pengaruh tegangan pem-fokus,

sehinggan terdapat bintik terang pada layar. Untuk membuat kecepatan v↑ , tegangan 15 volt

AC dipalikasikan pada pelat-pelat defleksi tabung oscilloscope dan elektron-elektron akan

mendapat kecepatan komponen vertical pada batas-batas tertentu dan sebuah garis lurus

terang terbentuk pada layar.

Jika arus I menerobos melalui tabung helix, sebuah induksi magnetic akan dibangkitan

dalam arah tabung helix ini. Di bawah pengaruh medan magnet, elektron-elektron akan

membuat gerakan helix. Dapat dilihat dari Pers. (5) bahwa v // (juga tegangan akselerasi U)

bervariasi dengan arus I (besar B) dalam tabung helix, pada keadaan ini h (pitch) sama

dengan jarak (l) antara titik defleksi awal ke pelat defleksi y dan pusat layar. Pada kasus ini

bintik terang yang disebut focus utama (primary focusing) seperti Gambar 2 dan Pers. (8)

ditulis kembali sebagai:

em

=8 π2 Ul2 B2

( l≈0 ,148 m ) (9)

Page 13: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

Gambar 2 Peristiwa primary focusing

Medan magnet dalam sebuah tabung helix dihitung berdasarkan formula untuk sebuah

tabung helix gulungan berlapis-lapis (Gambar 3), Dapat dihitung dengan persamaan:

B=μ0 NI(cos( β1 )−cos ( β2))

2

Gambar 3 Gulungan kawat penghantar membentuk tabung helix

Di pusat tabung helix besar medan magnet B=μ0 NI cos( β ) , sehingga persamaan rasio e/m

adalah:

Page 14: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

em

= 8 π2 Ul2 μ

02 N2 I 2 cos2 ( β )= U

2 l2 N2 I 2 cos2 β×1014

C/kg (10)

N= jumlah lilitan persatuan panjang (lilitan/m), alat ini menggunakan N = 3800 lilitan/m

μ0=konduktivitas magnetic dalam hampa, (μ0=4π 10-7 H/m )

I= arus dalam tabung helix

l= jarak layar terhadap pelat defleksi y

U = tegangan akselerasi

cos ( β )= 0,948

3.4 Kontrol Panel

1. Power saklar (S1) dan indicator LED. Setelah menghidupkan S1, indicator (LED) akan

menyala hijau mengindikasikan daya hidup

2. Tegangan tinggi daya DC

a. Mengatur knob kecerahan (RP1). Hal ini digunakan untuk mengontrol kecerahan jejak

elektron pada layar. Peringatan: tidak pernah menggunakan tinggi kecerahan karena

dapat merusak bahan fluorescent.

b. Mengatur knob focus (RP2). Hal ini digunakan untuk fokus jejak elektron pada layar.

Elektron jejak harus difokuskan saat perubahan tegangan kecerahan atau percepatan

terjadi.

c. Knob mengatur percepatan tegangan (RP3). Hal ini digunakan untuk mengatur

tegangan akselerasi antara anoda kedua (A1) Dan yang pertama anoda (K). Tegangan

akselerasi dapat dibaca dari voltmeter DC pada panel.Untuk mendapatkan pembacaan

yang lebih akurat dari tegangan akselerasi, voltmeter eksternal dengan Kisaran 1500 V

dapat digunakan dengan cara menghubungkannya ke terminal merah dan hitam ditandai

"tinggi pemantauan tegangan "pada panel depan. Peringatan: menghindari guncangan

tegangan tinggi.

3. Daya tegangan rendah

a. Saklar daya rendah (S2). Setelah menghidupkan S2, daya rendah DC akan hidup

b. Skering memegang daya tegangan rendah. Sekring ini memegang tegangan rendah

(3A)

c. Tombola rah arus polaritas (S4). Ini digunakan untuk mengubah arah medan

magnet dalam tabung helix selama eksperimen.

d. Tombol perubahan arus (S3). Ini digunakan untuk menyesuaikan rentang arus pada

0.2 A~1.5 A atau .5A~2.5 A

Page 15: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

e. Knob penguat arus (RP4). Hal ini digunakan untuk mengontrol jalannya arus

melalui tabung heliks. Saat ini dapat dibaca dari DC ammeter. Untuk mendapatkan

pembacaan yang lebih akurat dari arus, sebuah ammeter eksternal dengan kisaran 3

A dapat digunakan. Pertama, menghapus plat tembaga hubung pendek

antaraterminal merah dan hitam ditandai "pemantauan saat ini" pada panel

depan;maka ammeter eksternal harus dihubungkan di terminal seri.

3.5 Langkah Kerja

1. Mengatur knob kecerahan searah jarum jam sampai maksimal,Mangatur tombol tegangan

level rendah(sumber LV) pada posisi off dan menghidupkan tombol power.Indikator

harusnya berwarna hijau dan panaskan apparatus selama 5 menit.Strip terang dengan

panjang 3 cm akan tampak pada layar.Sekarang Mengatur Knob kecerahan pada kecerahan

yang cukup(jangan mengatur kecerahan terlalu cerah).

2. Mengatur Tegangan kecepatan 1000~1100 V sementara mengatur focusing knob untuk

memfokuskan strip.

3. Mengatur knob gain arus searah jarum jam sampai maksimal,mengatur tombol pengubah

arus pada “1.5 A”.dan menghidupkan tengangan rendah.Sekarang. tabung helix terisi

energi dan strip terang pada layar akan berputar oleh sebuah sudut dan memendek.

4. Mengatur gain arus secara perlahan searah jarum jam secara langsung untuk menaikkan

arus yang melalui tabung helix sementara mengamati pembaca arus pada ammeter.strip

cerah akan secara kontinu berubah dan memendek,ini akan menjadi sebuah titik ketika

arus naik 1A,mengindikasikan bahwa elektron melakukan gerakan sirkular dan linier

searah B.dan terfokus pada satu point setelah bergerak sejauh h(l).Pembaca arus

menunjukkan nilai yang disebut I1 dan tegangan percepatan U.

5. Mengatur knob gain arus searah jarum jam sampai maksimal,mengatur tombol pengubah

arus pada “2.5 A”.Sekarang titik cerah pada layar akan memanjang.Mengubah gain arus

secara perlahan menaikan arus dan kecerahan strip.Ketika arus naik kira-kira

2A.Kecerahan strip akan memendek menjadi sebuah titik.Ini dinamakan pemfokusan titik

sekunder dengan arusnya disebut I2.Berarti nilai arus adalah I=(I1+I2)/2 dapat

menggunakan persamaan (10) untuk menentukka e/m dan menhitung kesalahan percobaan

dari e/m.(nilai e/m yang terkenal adalah 1.759x1011 C/kg).

Page 16: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

6. menekan arus POLARITY ke sumbu yang lain.mengulangi prosedur diatas dan mengamati

perubahan kecerahan strip(sekarang arus yang melalui tabung helix terbalik dan mengubah

arah terang strip di layar juga terbalik.)

7. Untuk menghitung nilai e/m lebih akurat.voltmeter eksternal dan ammeter harusnya

digunakan di hubungkan dengan terminal on dan panel depan.

3.6 Gambar Alat

Page 17: 130210102071_Zakaria Sandy P_tugas 5

DAFTAR PUSTAKA

Nurohman,Sabar.2004.Magnetisme.Bandung:Institut Teknologi Bandung

Rahayu,Sonya.2011.Jurnal Fisika Eksperimen 1 Modul A.O.6 Rasio Muatan Dan Massa Elektron.Padang:Universita Andalas

Ulfa,maria.2012.Rasio Muatan dan Massa Elektron. http://ulfayulius.wordpress.com/rasio- muatan-dan-massa-elektro/.Diakses pada 18 November 2014

Lambda scientific. 2015. LEAI 45 Appartus for determining specific charge of Electron basic Instruction manual. http://dc228.4shared.com/download/jExX5wOwba/LEAI-45_Manual.pdf?tsid=2015102112361984c82e12&sbsr=7e64e929babe5fe360c204bc929fc6fc597 a9ef1b1264680&lgfp=2000/.Diakses pada 25 oktober 2015