e per m arista

Fisika Eksperimen e/m ElektronArista Indriani

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTALPercobaan : R-3

Eksperimen e/m ElektronHari: Senin Pelaksanaan Praktikum Tanggal : 10 Oktober 2011 Jam ke :3-4

Oleh : Arista Indriani NIM. 080913018 Anggota kelompok : Titik Indrawati (080913076) Mega Farinda K.D (080913063) Nine Ardia (080913097) Dosen Pembimbing : Herlik Wibowo, S.Si., M.Si

LABORATORIUM RADIASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2010

0


A. ABSTRAK Pada percobaan ini, bertujuan untuk menentukan elektron per massa pada elektron dengan membuat grafik antara potensial dan kuat arus listrik. Prinsip dalam melakukan percobaan ini adalah ketika suatu muatan elektron bergerak di dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet maka muatan tersebut akan dipengaruhi oleh suatu gaya yang mengakibatkan pergerakan elektron akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik. Sistem yang digunakan terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan ini disebut kumparan Helmholtz yang digunakan untuk menghilangkan medanmedan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas, kumparan ini didesain secara khusus dimana jari-jari kumparan sama dengan jarak antar kumparan, agar terbentuk medan magnet homogen Elektron yang dihasilkan oleh filamen (yang berlaku sebagai katoda), akibat proses termoelektron, akan dipercepat ke arah anoda yang mempunyai beda tegangan (V) terhadap katoda. Dari prinsip kekekalan energi, jika tidak ada usaha yang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai energi kinetik akibat tegangan (V). Electron yang bergerak dengan energy kinetic akibat dari tegangnan (V) akan melewati medan magnet yang didalamnya terjadi gaya magnet (B) sehingga electron akan mengalami gaya Lorentz (F= B I L). Medan magnet yang dihasilkan kumparan Helmholtz adalah medan magnet yang seragam, sehingga alektron yang bergerak dengan arah kecepatan tegak lurus terhadap medan magnet akan memiliki lintasan berbentuk lingkaran seperti prediksi Bohr. Hal ini akibat dari perubahan arah kecepatan electron tanpa adanya perubahan kelajuannya, yang disebabkan adanya gaya sentripetal. Gaya sentripetal dan gaya Lorentz pada percobaan ini sama besar, sehingga dengan analisis perhitungan akan kita dapat besar dari (e/m) electron.

1


B. METODE EKSPERIMEN Alat dan bahan Percobaan ini menggunakan alat dan bahan sebagai berikut : 1. Seperangkat peralatan e/m 2. Sumber daya tegangan dan arus 3. Multimeter 4. Power supply 5. Kabel Cara Kerja 1. Menyiapkan semua alat dan bahan yang berkaitan dengan penentuan tegangan, arus listrik dan medan magnet yaitu; Voltmeter, Ampermeter, power supply, tabung sinar katode dalam katoda, rangkaian alat eksperimen muatan spesifikasi elektron e/m. Kemudian merangkainya 2. Menentukan tegangan anoda sebesar 300 volt dengan menentukan jari-jari di lingkaran berwarna biru adalah 8 cm, Kemudian mencatat besarnya arus yang terukur, pada saat lintasan electron berbentuk lingkaran 3. Melakukan Variasi tegangan anoda dari 300 volt 200 volt dengan interval penurunan 10. Mencatat perubahan arus yang terukur setiap perubahan variasi tegangan, sedemikian sehingga diameter lingkaran tepat 8 cm 4. Memasukkan data dengan menggunakan tabel. Kemudian kita menentukan medan magnet dengan menggunakan tabel. 5. Membuat grafik hubungan antara tegangan dengan kuadrat arus, menentukan persamaan regresi sebagaimana dirumuskan sebagai: V= k I 6. Untuk membuat grafik k terhadap B menggunakan rumus berikut: = (B) 7. 8. Menentukan e/m dari gradien garis grafik pada langkah no.6 diatas. Membandingkan dengan literature :

2


C. DATA HASIL PENGAMATAN Eksperimen pengukuran jejari lintasan elektron r konstan dengan variasi I=f(VA) d(diameter lintasan elektron yang teramati) = 0,08 m

Vi (volt) 302.2 291.9 281.2 270.7 261.0 250.9 240.5 230.9 220.1 210.4 200.2

I (Ampere) 1.45 1.43 1.32 1.30 1.27 1.25 1.19 1.16 1.15 1.13 1.12

D.

ANALISIS DATA Untuk mencari harga (e/m) terlebih dahulu merumuskan hubungan antara V dan sebagai berikut : = dan

Mengingat bahwa nilai diameter d lintasan elektron yang terukur, bukannya jari-jari lintasan elektron maka didapatkan* + ( )

dengan diperoleh persamaan

Menentukan gradien terbaik k dan simpangan gradien terbaik3


Persamaan garis linier dari grafik adalah sehingga m = k, y= V , x =I2 yi 302,2 291,9 281,2 270,7 261 250,9 240,5 230,9 220,1 210,4 200,2 yi = 2760 xi 2,1025 2,0449 1,7424 1,69 1,6129 1,5625 1,4161 1,3456 1,3225 1,2769 1,2544 xi = 17,37 xi = 28,31 x i 4,4205 4,1816 3,0359 2,8561 2,6014 2,4414 2,0053 1,8106 1,749 1,6304 1,5735

+z

m adalah gradien grafik yang didapat dari persamaan diatas2

xiyi 635,4 596,9 489,9 457,5 420,9 392,1 240,6 310,7 291,1 268,9 251,1 xi yi = 4.455,1

yi

91324,84 85205,61 79073,44 73278,49 68121 62950,81 57840,25 53314,81 48444,01 44268,16 40080,04 yi=70449,78

Tabel hubungan antara x dan y untuk mencari persamaan linear Nilai gradien terbaik k dapat ditentukan melalui rumus

Nxi2 xi mt

2

N xi yi xiyi

Sehingga nilai m:

=

]

4


Sehingga didapat persamaan garis linear y = mx+n y =109,86x + 77,42 Dari persamaan garis linear diatas kita akan mendapatkan grafik, dengan memasukkan sembarang nilai x maka akan didapat nilai y. Data pemasukan nilai tercantum pada tabel dibawah, X 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 y=109,86x + 77,42 77,42 407 736,58 1066,16 1395,74 1725,32 2054,9 2384,48 2714,06 3043,64 3373,22 3702,8 4032,38

Tabel persamaan garis linear

5


y=109,86x + 77,424500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 10 20 I2 30 40

V

y=109,86x + 77,42

Grafik persamaan garis linear

Dengan menganalogikan k yaitu

sama dengan

, sehingga akan diperoleh nilai

Menghitung nilai e/m Dari persamaan

Didapat hubungan antara k dengan , sebagai berikut;

Sehingga nilai

didapat

( ) ( )

( (

( )

) )

(

( )

) )6

(


= (

)

* ]

+

*

+

= = =

Jadi (

(

C/kg

Prosentasi Kesalahan hitung:

Prosentasi kesalahan ukur :

=|

( ) ( )

( )

| |

|

7


E. PEMBAHASAN

Eksperimen bertujuan untuk mempelajari sifat medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparam helmholtz dan untuk menentukan nilai e/m dengan medan magnet. Pada eksperimen ini dapat diamati lintasan elektron dalam tabung gelas disebabkan adanya medan magnet seragam yang membelokkan elektron, serta membuat elektron mengalami gaya Lorents sehingga akan membentuk lintasan berbentuk lingkaran. Medan magnet yang seragam dan beda potensial yang diberikan terus menerus sehingga elektron bergerak melingkar secara kontinyu tanpa ada perubahan kelajuan. Selain itu elektron adalah suatu materi. Oleh karena itu kita dapat mengamati lintasan elektron tersebut dengan menutupi kumparan dengan kotak hitam untuk mengurangi intensitas cahaya lain karena lintasan elektron yang berupa cahaya halus tidak teramati pada kondisi terang. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada saat nilai tegangan (V) diperkecil maka diameter lintasan elektron akan ikut mengecil, dan untuk membuat diameter elektron tetap maka arus pun harus dikecilkan. Hal ini sesuai dengan persamaan: ( ) ( )

Dari rumus tersebut dapat dilihat bahwa tegangan berbanding lurus dengan arus yang diberikan. Selain itu, semakin besar nilai kuat arusnya maka medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan Helmholtz semakin besar pula. Medan magnet yang besar akan membelokkan elektron dengan kuat sehingga diameter lintasan elektron semakin kecil karena diameter elektron berbanding terbalik dengan medan magnet. Hasil dari percobaan ini cukup jauh dari referensi (e/m = 1,7588.10 C/kg ), yaitu sebesar 2,303.10 C/kg. sehingga kesalahan yang percobaan mencapai 30,94%. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu kondisi alat yang kurang baik, adanya perbedaan hasil sesungguhnya dengan penglihatan praktikan (karena lintasan elektron yang di amati berada pada tabung gelas yang mencembung sehingga muncul indeks bias yang akan mempengaruhi penglihatan praktikan yang akan menyebabkan pengukuran kurang akurat). Selain itu dari analisis data percobaan ini juga diperoleh suatu persamaan regresi linear untuk membuat grafik hubungan antara I dan V. Yakni :

, untuk .

maka

. Sehingga diperoleh persamaan

8


F. KESIMPULAN

Lintasan elektron yang berbentuk lingkaran pada alat percobaan untuk menentukan harga e/m dikarenakan adanya perubahan arah dan kecepatan elektron yang bergerak dalam medan magnet (kumparan Helmholtz). Lintasan yang berbentuk lingkaran tersebut akan berubah menjadi lebih kecil jika tegangan atau arus yang diberikan dikecilkan, dan sebaliknya. Sifat medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan helmholtz berupa medan magnet yang homogen/ seragam merata di antara kedua kumparan Nilai ( yang didapatkan, ( C/kg

G. DAFTAR PUSTAKA

Tipler, Paul A.2001. Fisika jilid 2 edisi kwtiga (Terjemahan). Jakarta: Erlangga Krane, Kenneth S. Fisika Modern(Terjemahan). Jakarta: Erlangga Panduan Eksperimen Fisika 1/www.google.com/percobaan e/m.minggu 9-oktober-2011 Modul Fisika Eksperimen Radiasi, Fsaintek. Universitass Airlangga

9

e per m arista

Documents

Transcript of e per m arista