PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA …repository.usd.ac.id/34874/2/151424011_full.pdfsebesar...
Transcript of PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA …repository.usd.ac.id/34874/2/151424011_full.pdfsebesar...
-
PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA FOTO
PEMBELOKAN LINTASAN ELEKTRON OLEH MEDAN MAGNET DAN MEDAN
LISTRIK
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh :
Antonia Indriyani Juniar
NIM : 151424011
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2019
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
i
HALAMAN JUDUL
PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGUNAKAN ANALISA FOTO
PEMBELOKAN LINTASAN ELEKTRON OLEH MEDAN MAGNET DAN
MEDAN LISTRIK
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh :
Antonia Indriyani Juniar
NIM : 151424011
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2019
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
Hasil karya dan perjuangan ku persembahkan :
Bapak Yohanes Junedi
Ibu Daniela Rusiam
Theodorus Rivaldi Andre Sopian dan Agustinus Adriel Adriansyah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vii
ABSTRAK
PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGUNAKAN ANALISA FOTO
PEMBELOKAN LINTASAN ELEKTRON OLEH MEDAN MAGNET DAN
MEDAN LISTRIK
Antonia Indriyani Juniar
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
2019
Telah dilakukan penelitian mengenai penentuan e/m elektron
menggunakan analisa foto pembelokan lintasan elektron oleh medan magnet dan
medan listrik. Pada penelitian akibat medan magnet lintasan berbentuk lingkaran.
Nilai e/m ditentukan dari pengukuran tegangan pemercepat, medan magnet, dan
jari – jari lintasan elektron. Pembelokan akibat medan listrik mengakibatkan
lintasan elektron berbentuk parabola. Nilai e/m elektron ditentukan dari nilai
konstanta grafik hubungan posisi y terhadap x akibat medan listrik, medan magnet
dan kecepatan elektron. Kecepatan elektron diperoleh dari gaya Lorentz yang
diberikan untuk penyeimbang gaya Coulomb yang sudah dialami oleh elektron.
Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet dan medan listrik
mengakibatkan lintasan berbentuk trochoidal. Nilai e/m diperoleh dari arus
kumparan dan jarak maksimum lintasan elektron. Foto lintasan elektron dianalisa
menggunakan software Logger Pro untuk memperoleh besaran – besaran yang
terkait dalam penentuan nilai e/m. Nilai e/m akibat medan magnet diperoleh
sebesar (0,7 ± 0,1 ) x 1011
C/Kg. Nilai e/m akibat medan medan listrik
sebesar (3,35 ± 0,03)x 1011
C/Kg dan akibat lintasan berbentuk trochoidal
sebesar C/Kg. Ketidakpastian pengukuran berasal dari
pelacakan lintasan elektron pada analisa foto dan penyeimbang gaya Coulomb
dengan gaya Lorentz.
Kata kunci : elektron, muatan, massa, medan listrik, medan magnet
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
viii
ABSTRACT
The Determination of e/m Electrons Uses an Analysis of Photo Bending of The
Electron Path by Magnetic Fields and Elektric Fields
Antonia Indriyani Juniar
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
2019
Experiment to measure the e/m electrons has been carried out by
analyzing the image of the electron trajectory bending by magnetic fields and
electric fields. In experiment due to the magnetic field of a circular path. The e / m
value is determined from the measurement of accelerator voltage, magnetic field,
and radius of the electron path. Deflection due to an electric field results in an
electron parabolic trajectory. The e / m value of electrons is determined from the
constant value of the graph of the relation of position y to x due to the electric
field, magnetic field and electron velocity. The electron’s speeds is determined by
adding a magnetic field that deflects the electron in the opposite direction.
Turning the electonary beam due to the magnetic field and electric field results in
a trochoidal shape. The e / m value is obtained from the coil flow and the
maximum number of electronic trajectories. Electron trajectory photos are
analyzed using the Logger Pro software to obtain the corresponding quantities in
determining the e / m value. The value of e / m due to the magnetic field is
obtained (0,7 ± 0,1) x 1011
C / Kg. The value of e / m due to the electric field is
equal to (3,35 ± 0,03) x 1011
C / Kg and as a result of the trochoidal shaped path
of C/Kg. The uncertainly in the experiment is diue to the
uncertainty in the photo analysis and the determination of balancing coundition
between the Coulomb force and the Lorentz force.
Keywords : electron, mass, charge, electric field, magnetic field
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yag telah
memberikan berkat dan kasihnya yang luar biasa sehingga penyusunan skripsi ini
dapat terselesaikan dengan baik. Karya penulisan ini diberi judul ― Penentuan e/m
Elektron Mengunakan Analisa Foto Pembelokan Lintasan Elektron oleh Medan
Magnet dan Medan Listrik ‖.
Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
sarjana pendidikan pada Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan Dan
Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.
Penyusunan skripsi ini penuh dengan tantangan. Maka penulis ingin mengucapkan
terimakasih kepada pihak - pihak yang telah membantu penulis hadapi. Mereka
adalah :
1. Bapak Dr. Ig. Edi Santosa, M.S. selaku dosen pembimbing dan Kaprodi
Pendidikan Fisika, yang telah membimbing dan memberi pengarahan
dalam penyusunan skripsi dari awal hingga akhir.
2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika
yang telah membantu menyiapkan alat – alat eksperimen.
3. Romo Paul Suparno SJ, selaku DPA yang selalu memantau dan
memberikan arahan dari awal semester hingga akhir semster ini.
4. Bapak Albertus Hariwangsa Panuluh dan Ibu Elisabeth Dian atmajati
yang selalu membantu ketika menghadapi permasalahan dalam
pemahaman materi maupun permasalahan kehidupan pribadi.
5. Seluruh dosen pendidikan fisika yang selalu membimbing selama
perkuliahan ini.
6. Bapak ibu dirumah, bapak Yohanes Junedi dan Ibu Daneila Rusiam selalu
menyertai dengan doa dan kasih saying yang melimpah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xi
Daftar Isi
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. iv
LEMBAR PERSEMBAHAN ................................................................................. v
ABSTRAK ............................................................................................................ vii
ABSTRACT .................................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah.................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ............................................................................................. 4
1.3. Batasan Masalah ............................................................................................... 4
1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................................. 4
1.5. Manfaat Penelitian. ........................................................................................... 4
1.6. Sistematika Penulisan ....................................................................................... 5
BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 7
2.1. Penemuan Elektron ........................................................................................... 7
2.2. Listrik Statis ...................................................................................................... 8
2.3. Hukum Coulomb ............................................................................................... 9
2.4. Medan Listrik .................................................................................................. 11
2.5. Potensial Listrik .............................................................................................. 12
2.6. Medan Magnet ................................................................................................ 13
2.7. Kumparan Helmholtz ...................................................................................... 14
2.8. Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet ........................................ 16
2.9. Pembelokan berkas elektron akibat medan listrik ........................................... 18
2.10. Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet dan medan listrik
membentuk lintasan trochoidal ....................................................................... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 23
3.1. Persiapan Alat ................................................................................................. 23
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
3.2. Pengambilan Data dan Analisa Data ............................................................... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 57
5.1. Kesimpulan ..................................................................................................... 57
5.2. Saran ............................................................................................................... 57
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 59
LAMPIRAN .......................................................................................................... 61
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gaya gaya yang dialami akibat ...................................... 13
Gambar 2.2 muatan sumber q berada pada posisi r ......................................... 14
Gambar 2.3 Muatan sumber q pada 0, muatan uji q’ di Q ...................... .......... 15
Gambar 2.4 Kumparan Helmholtz ..................................................................... 17
Gambar 2.5 Gambar lintasan elektron yang mengalami medan listrik dan
medan magnet ...............................................................................20
Gambar 2.6 lintasan partikel bermuatan negatif yang bergerak dalam bidang
tegak lurus dalam medan magnetik seragam. Gaya magnet ini
tegak lurus terhadap kecepatan partikel .........................................20
Gambar 2.7 lintasan berkas elektron berbentuk garis lurus ................................21
Gambar 2.8 Lintasan berkas elektron menyimpang ke bawah ......................... 22
Gambar 2.9 lintasan berkas elektron menyimpang ke atas ............................ 22
Gambar 2.10 Lintasan Trochoidal pada berkas elektron ....................................25
Gambar 3.1 Susunan alat eksperimen ................................................................27
Gambar 3.2 Pengukuran diameter kumparan Helmholtz .................................. 29
Gambar 3.3. fitur menu photo analysis pada menu insert ............................ ....29
Gambar 3.4 Pemilihan foto yang akan dianalisis .............................................. 30
Gambar 3.5 Tampilan foto kumparan Helmholtz yang akan diukur
diamaeternya ................................................................................. 30
Gambar 3.6 kotak dialog pada set scale untuk mengatur skala ..........................31
Gambar 3.7 Pengukuran diamaeter kumparan Helmholtz .................................31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
Gambar 3.8 Hasil pengukuran diameter kumparan Helmholtz sebanyak 5 kali ....
.................................................................................................. . 32
Gambar 3.9 Lintasan elektron akibat medan magnet dengan tegangan 3000 V dan
arus kumparan 0,233 A............................................................. . 33
Gambar 3.10 tampilan foto menggunakan fitur set origin dengan tegangan
sebesar 3000 v dan arus sebesar 0,249A .................................. .... 33
Gambar 3.11 foto lintasan elektron yang sudah dianalisi dengan tegangan
sebesar 3000 v dan arus sebesar 0,249A ................................. . 34
Gambar 3.12 Hasil analisa foto lintasan elektron akibat medan listrik ........... . 37
Gambar 3.13 Hasil analisa foto lintasan elektron yang berbentuk trochoidal . 38
Gambar 4.1 Hasil foto kumparan Helmholtz yang sudah dicrop .................... . 39
Gambar 4.2 Hasil pengukuran diameter kumparan menggunakan analisa foto
sebanyak 5 kali. ........................................................................ . 40
Gambar 4.3 Foto lintasan elektron akibat medan magnet dengan Va 3000 dan arus
kumparan 0,249A .................................................................... . 42
Gambar 4.4. Foto lintasan elektron akibat medan listrik dengan Va sebesar 3000
.................................................................................................. . 47
Gambar 4.5 Lintasan elektron ketika berada dalam medan listrik dan medan
magnet saat tegagan 3000 v dan arus kumparan 0,298 A ..... . . 49
Gambar 4.6 Lintasan elektron yang melewati keping pembelok dengan tegangan
antar keping sebesar 3000 V .................................................... . 51
Gambar 4.7. Foto lintasan elektron ke bawah saat tegangannya 3000 V dan arus
kumparannya 1,175 A. ............................................................ . 53
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Hubungan jari – jari lintasan elektron terhadap arus kumparan ...... 35
Tabel 4.1 Hasil pengukuran diameter kumparan Helmholtz ........................... 40
Tabel 4.2 Hubungan posisi Y terhadap posisi x pada lintasan elektron akibat
medan magnet ............................................................................... 44
Tabel 4.3 Hubungan nilai jari – jari lintasan elektron terhadap arus kumparan
dengan tegangan 3000 V ............................................................... 45
Tabel 4.4 Hubungan arus kumparan terhadap tegangan pemercepat akibat medan
listrik pembelokan ke atas .............................................................. 50
Tabel 4.5 Hubungan arus kumparan terhadap tegangan pemercepat akibat medan
listrik pembelokan ke bawah .......................................................... 52
Tabel 4.6 Hubungan antara jarak maksimum dengan arus kumparan pada
peristiwa pembelokan ke atas ....................................................... 54
Tabel 4.7 Hubungan antara jarak maksimum dengan arus kumparan pada
peristiwa pembelokan ke bawah .................................................. 55
Tabel 5.1 Hasil nilai e/m dari peristiwa pembelokan ...................................... 60
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang Masalah
Penelitian mengenai penentuan nilai e/m, telah banyak dilakukan
dengan berbagai macam metode menggunakan tabung simpangan elektron.
Penelitian mengenai nilai e/m di awali oleh JJ Thomson pada tahun 1897
(Company, 1962). Thomson menggunakan sebuah bola kaca yang dibuat
hampir hampa udara, yang di dalamnya terdapat sepasang lempeng logam
dan memiliki layar di ujung tabung tersebut. Satu lempeng dibuat
bermuatan negatif (katoda) dan lempeng lain dibuat bermuatan positif
(anoda). Thomson memanasi katoda dan memberikan beda potensial antara
anoda dan katoda. Pada tabung kaca tersebut muncul cahaya berwarna hijau.
Thomson menamakan butiran – butiran yang dipancarkan katoda yaitu
elektron. Elektron ini bermuatan negatif karena dipancarkan oleh katoda
(negatif) dan ditarik oleh anoda (positif ).
Thomson melakukan percobaan lain, untuk memperoleh data tentang
perbandingan besar massa dan muatan elektron. Dalam eksperimen,
Thomson memanasi katoda dan memberikan sumber tegangan. Akibatnya
katoda memancarkan elektron, kemudian elektron ini ditarik oleh anoda.
Mula – mula elektron dapat bergerak lurus horisontal dan sampai di layar.
Setelah itu percobaan kedua Thomson menggunakan medan listrik yang
arahnya tegak lurus terhadap lintasan elektron. J.J. Thomson
menyimpangkan elektron dengan medan listrik dan mengamati
simpangannya di layar yang terletak di ujung tabung. Karena itu yang
teramati hanya simpangan akhir saja, tanpa mengetahui bentuk lintasannya.
Nilai e/m ditentukan dari nilai simpangan berkas, medan listrik penyimpang
dan kelajuan elektron. Nilai kelajuan elektron diperoleh dengan memberi
tambahan medan magnet yang menghasilkan gaya Lorentz untuk melawan
gaya akibat medan listrik yang ada sebelumnya (Klinken, 1991).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
Selanjutnya topik ini juga menjadi salah satu mata praktikum dalam
Fisika Modern. Praktikum tersebut pada dasarnya mengggunakan tabung
simpangan elektron seperti yang digunakan oleh Thomson. Tabung ini
mempunyai senapan elektron yang memancarkan berkas elektron dan
memiliki layar yang berbentuk persegi panjang dan diletakkan tegak, serta
diapit oleh sepasang keping pembelok. Selanjutnya elektron tersebut dapat
disimpangkan dengan medan listrik maupun medan magnet. Posisi berkas
elektron dapat teramati dengan layar sepanjang lintasannya maupun yang
terletak di ujung tabung. Dengan tabung ini, gerak elektron dipengaruhi oleh
medan magnet, medan listrik, maupun keduanya. Bila menggunakan medan
magnet, lintasan yang terbentuk tidak dapat teramati satu lingkaran penuh.
Maka dalam penentuan jari – jari lintasan elektronnya dilakukan dengan
cara mengamati koordinat titiik pada lintasan elektron. Berkas elektron juga
dapat teramati dari pendaran gas isian tabung yang mengalami proses
eksitasi dan deeksitasi ketika ditumbuk oleh elektron (Glascock, 1972).
Pada praktikum lain, penentuan nilai e/m menggunakan tabung e/m
yang berisikan gas helium dan memiliki bagian yang dapat memancarkan
berkas elektron. Praktikum ini menggunakan medan magnet untuk
menyimpangkan elektron. Medan magnet ini dihasilkan dari kumparan
Helmholtz. Lintasan elektron yang terbentuk adalah melingkar diakibatkan
oleh gaya Lorentz yang timbul akibat medan magnet. Pada praktikum
semacam ini elektron yang bergerak dalam medan magnet akan mengalami
gaya Lorentz dan selanjutnya bergerak melingkar. Penentuan nilai e/m
dilakukan dengan mengukur tegangan anoda terhadap katoda, medan
magnet dan jari-jari lintasan elektron (Suparno, 2014). Untuk melakukan
pengukuran semacam itu dikenal berbagai jenis tabung. Tabung keluaran
Pasco mempunyai gas isian yang akan berpendar bila ditumbuk elektron.
Pendaran ini merupakan jejak elektron yang berbentuk lingkaran dan
diameternya langsung dapat diukur dengan mistar yang ada di dalam
tabung. Penentuan e/m dengan tabung e/m CENCO juga melalui
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
pengukuran diameter lintasan, namun secara tidak langsung. Pengukuran
semacam ini bahkan perlu dikoreksi (Howell, 2016).
Penelitian menggunakan metode analisa foto sudah banyak
dilakukan. Salah satunya pernah dilakukan untuk meneliti penentuan
visikositas menggunakan sensor gaya. Dalam penelitian ini, pengukuran
diameter pipa kapiler menggunakan analisa foto. Diameter pipa kapiler di
potret, kemudian dengan bantuan sofware Logger Pro fitur foto analysis
hasil foto dapat dianalisis sehingga di peroleh nilai diameter pipa kapiler
(Felisia dan Edi, 2017). Penelitian lain menggunakan analisa foto yaitu
pengukuran lubang keluaran pada tabung pralon dalam penelitian mengenai
pengukuran koefisien pada aliran air menggunakan sensor gaya (Novita dan
Edi, 2017).
Dengan mengacu pada penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya,
penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai e/m dari berbagai peristiwa
pembelokan akibat medan magnet dan medan listrik menggunakan tabung
TEL 525 dengan bantuan analisa foto. Berbeda dari eksperimen Thomson,
penelitian ini mengamati lintasan elektronnya, tidak hanya simpangan di
ujung tabung namun mengamati lintasan elektron pada setiap koordinat
lintasan elektron serta menggunakan metode analisa foto. Selanjutnya nilai
e/m elektron ditentukan dari hasil analisa foto lintasan elektron berbantu
software Logger Pro. Penelitian ini menggunakan alat – alat yang sudah
tersedia di laboratorium dan materinya sebagai bahan matakuliah
eksperimen di tingkat Universitas.
Metode analisa foto ini dapat digunakan sebagai metode penelitian
di berbagai bidang fisika, seperti mekanika, optika, elektrimanetika, fisika
modern, dsb. Metode analisa foto ini juga dapat dijadikan bahan
pembelajaran maupun praktikum mata pelajaran fisika SMA dan mata
kuliah di bidang elektromagnetika, mekanika dan fisika modern. Ekperimen
ini dapat digunakan oleh guru sebagai bahan demonstrasi maupun
praktikum dikelas. Di harapkan dengan metode ini pembelajaran semakin
lebih interaktif dan menambah motivasi belajar anak. Perangkat untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
analisa juga mudah didapatkan yaitu kamera dan software seperti Logger
Pro.
1.2.Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka permasalahan
yang akan dikaji adalah :
1. Bagaimana cara menentukan nilai e/m dari lintasan elektron yang
diakibatkan medan magnet ?
2. Bagaimana cara menentukan nilai e/m dari lintasan elektron yang
diakibatkan medan listrik?
3. Bagaimana cara menentukan nilai e/m dari lintasan trochoidal elektron
yang terbentuk?
1.3.Batasan Masalah
Permasalahan yang diteliti pada penelitian ini, dibatasi pada:
1. Tabung defleksi yang digunakan adalah tabung defleksi TEL 525.
2. Metode yang digunakan yaitu photo analysis yang terdapat pada software
Logger Pro yang digunakan dalam analisa data.
1.4.Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan nilai e/m dari lintasan elektron akibat medan magnet.
2. Menentukan nilai e/m dari lintasan elektron akibat medan listrik.
3. Menentukan nilai e/m dari lintasan trochoidal yang terbentuk.
1.5.Manfaat Penelitian.
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1.5.1. Bagi Peneliti
1. Mengetahui cara menentukan nilai e/m dari lintasan elektron yang
terbentuk menggunakan analisa foto.
2. Mengetahui cara menentukan jarak maksimum dan nilai e/m dari
lintasan trochoidal yang terbentuk menggunakan analisa foto.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
3. Mengetahui kegunaan analisa foto untuk memperoleh data
eksperimen yang lebih baik.
4. Menambah pengetahuan dalam mengoperasikan software Logger
Pro dengan fitur photo analysis untuk menganalisis bentuk dalam
foto, tabel, dan grafik.
1.5.2. Bagi Pembaca
1. Menambah pengetahuan mengenai metode yang dapat digunakan
untuk menentukan nilai e/m.
2. Menambah wawasan mengenai penggunaan software Logger Pro
khususnya photo analysis.
1.5.3. Bagi Pembelajaran Fisika
1. Meningkatkan motivasi belajar anak – anak dengan variasi metode
pembelajaran fisika.
2. Dapat dijadikan bahan pembelajaran fisika maupun praktikum di
bidang mekanika, listrik magnet, dan fisika modern.
1.6. Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan
Bab I menguraikan latar belakang masalah, rumusan masalah,
batasan masalah, tujuan penelitian, tujuan penelitian, manfaat penelitian,
dan sistematika penelitian.
BAB II Dasar Teori
Bab II berisi teori – teori mengenai penemuaan elektron, listrik
statis, medan listrik, hukum Coulomb, potensial listrik, medan magnet,
kumparan Helmholtz, gaya Lorentz, peristiwa pembelokan elektron akibat
medan magnet dan medan listrik, serta pembelokan lintasan elektron
berbentuk Trochoidal.
BAB III Metode Eksperimen
Bab III menguraikan mengenai alat, bahan, prosedur eksperimen,
cara menganalisa data
BAB IV Hasil dan Pembahasan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil
eksperimen yang diperoleh.
BAB V Penutup
Bab V berisi kesimpulan dan saran
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1.Penemuan Elektron
Dalam sebuah eksperimennya, Michael Faraday berhasil
mengamati dan menemukan keterkaitan fenomena percikan bunga api di
udara dan peristiwa elektrostatistik. Faraday menyimpulkan bahwa jika
ujung kedua kabel yang terhubung dengan beda potensial didekatkan satu
sama lain di dalam sebuah tabung kedap udara bertekanan rendah, akan
menghasilkan percikan api. Pada waktu itu, para ilmuwan bersepakat
bahwa berkas cahaya yang dihasilkan dari percikan api oleh plat katoda
(Sutarto, 2015).
Pada tahun 1897 JJ Thomson, melakukan sebuah percobaan
menggunakan alat yang terdiri dari sebuah tabung kaca yang dibuat
hampir hampa udara. Di dalam tabung tersebut berisi gas yang dapat
terionisasi ketika diberikan arus listrik. Thomson menggunakan
kumparan magnetik yang dapat menghasilkan medan magnet di dalam
tabung, vektor medan magnet tegak lurus dengan medan listrik dan arah
rambat berkas elektron. Terdapat sepasang keping pembelok yang di
pasang saling berhadapan. Sepasang keping pembelok ini diberikan beda
potenisal sehingga menghasilkan medan listrik di antara keping tersebut.
Pada saat melakukan eksperimen, Thomson menemukan bahwa pada saat
medan listrik dan medan magnet nol, berkas elektron merambat lurus
jatuh di pusat tabung. Pada saat salah satu keping pembelok dihubungkan
dengan potensial yang lebih, maka akan timbul medan listrik sehingga
berkas elektron akan mengalami pembelokan menuju keping yang
memiliki potensial yang lebih tinggi. Berdasarkan hasil percobaan
tersebut Thomson menyimpulkan bahwa jenis muatan berkas elektron
ada bermuatan negatif karena ditarik oleh muatan yang positif.
Thomson memberikan medan listrik dan medan magnet
sekaligus secara bersamaan pada berkas elektron yang dihasilkan.
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
Dengan mengatur sedemikian rupa sehingga berkas elektron tepat jatuh
di pusat layar, diketahui gaya listrik dan gaya magnet memiliki besar
yang sama. Dengan cara tersebut, Thomson dapat menentukan nilai
perbandingan muatan dengan massa elektron sebesar 1,7 x 1011
C/Kg (
Klinken,1991).
Pada tahun 1909, Robert Andrews Millikan melakukan
eksperimen untuk menentukan besar muatan elektron. Eksperimen
tersebut dikenal dengan Percobaan Tetes Minyak Millikan. Dalam
eksperimen ini Millikan menggunakan penyemprot minyak dan tetes
minyak yang dimasukkan ke dalam tabung eksperimen. Tetes minyak
tersebut melewati sebuah celah untuk menghasilkan butiran – butiran
minyak terionisasi oleh radiasi pengion. Millikan menggunakan analisis
gerak jatuh bebas untuk mengetahui massa tiap butiran minyak tersebut.
Pada eksperimen ini, Millikan memasang dua plat yang dialiri arus listrik
sehingga menghasilkan medan listrik yang akan menimbulkan gaya
listrik untuk mengimbangi gaya gravitasi. Medan listrik ini akan menarik
butiran minyak yang telah terionisasi. Medan listrik ini diatur sedemikian
rupa sehingga menghasilkan gaya listrik yang dapat mengimbangi gaya
gravitasi yang menyebabkan butiran muatan minyak mengambang. Dari
data yang diperoleh, Milikan menyimpulkan muatan yang terkandung
pada butiran minyak tersebut merupakan kelipatan 1,602 x 10-19
C. Nilai
ini kemudian digunakan sebagai muatan partikel, yaitu muatan elektron,
e = -1,602 x 10-19
C. Dengan mengetahui muatan elektron, massa
elektron juga dapat ditentukan yaitu sebesar 9,109 x 10-31
Kg (Sutarto,
2015).
2.2.Listrik Statis
Pada tahun 1600 Dr William Gilbert melakukan percobaan
mengenai listrik gosokan pada berbagai zat yaitu belirang, lilin, gelas,
dan dinamakan dengan zat listrik. Namun Gilbert gagal dalam
menunjukan listrik gosokan pada logam, karena ia tidak mengisolasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
logam tersebut. Pada tahun 1737, Du Fay menyimpulkan dari gaya tolak
dan gaya tarik antara benda – benda yang bermuatan, ada dua jenis
listrik. Listrik yang sejenis akan tolak – menolak dan listrik yang
berlainan jenis akan tarik – menarik. Bejamin Franklin menamakan
kedua jenis listrik itu listrik positif dan listrik negatif. Listrik erat
kaitannya dengan materi, karena listrik adalah sifat yang tertaut pada
butir – butir materi, seperi elektron, proton dan elemen lainnya. Interaksi
elektromagnet antara butir – butir materi diterapkan dengan memisalkan
bahwa butir – butir yang bersangkutan mempunyai muatan listrik. Antara
dua butir yang tidak bermuatan listrik, atau hanya salah satunya yang
bermuatan tidak ada gaya listrik dan gaya magnet. Ada tiga jenis
penghantar listrik yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor. Dalam
konduktor banyak elektron bebas dan ion mudah bergerak sehingga
sangat baik menghantarkan listrik. Dalam isolator hampir tidak ada
elektron bebas dan ion yang dapat menghantarkan listrik. Sedangkan
dalam semikonduktor ada sebagian elektron bebas, sehingga ada sedikit
penghantar listrik. Alat yang digunakan untuk mendeteksi muatan disebut
dengan elektroskop, kemudian dikembangkan menjadi elektrometer
(Johanes, 1978).
2.3.Hukum Coulomb
Pada tahun 1785 Charles Coulumb melakukan penelitian
menggunakan neraca puntiran untuk mengamati gaya antara muatan –
muatan listrik dan menemukan hukum Coulomb. Gaya interaksi antara
dua benda titik bermuatan listrik sebanding dengan muatan masing –
masing, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua
muatan tersebut. Gaya interaksi tolak menolak terjadi bila bermuatan
sama dan tarik menarik bila berbeda jenis. Sebuah benda titik bermuatan
bermuatan positif ada pada vektor posisi dan benda titik bermuatan
bermuatan positif ada pada posisi vektor , ditunjukan gambar 2.1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
Gambar 2.1 Gaya gaya yang dialami akibat
Vektor posisi satuan mutan relatif terhadap adalah
Vektor satuan pada arah , dapat dituliskan dalam persamaan :
̂ | |
Berdasarkan gambar 2.1 dan persamaan di atas maka dapat dituliskan
gaya yang dialami yang bermuatan positif akibat bermuatan
positif dan memiliki jarak antar muatan memenuhi persamaan:
̂ (1)
Dengan :
: Gaya Coulomb gaya yang dialami muatan akibat yang sejenis
: jarak antara muatan dan
̂ : vektor posisi jarak antara muatan dan
Bila muatan dan mempunyai tanda yang sama, arah gaya
searah dengan arah ̂ . Misalnya arah ̂ ke kanan, bila dan
bermuatan positif arah gaya yang dialami muatan akibat ( ke
+𝑞
𝑭
𝒓
𝒓
𝒓
x
y
+𝑞
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
kanan. Apabila dan memiliki tanda yang berbeda arah gaya
berlawanan dengan arah ̂ , artinya muatan ditarik oleh muatan
(Sutrisno, 1979).
2.4.Medan Listrik
Gaya Coulomb di sekitar muatan listrik akan membentuk medan
listrik. Apabila suatu muatan uji diletakkan di dekat muatan sumber,
maka muatan uji tersebut akan mengalami gaya interaksi dengan muatan
sumber. Ada muatan listrik akan menghasilkan medan listrik pada
suatu vektor posisi r terhadap muatan sumber, dinyatakan sebagai gaya
pada suatu muatan uji. Apabila digunakan muatan uji sebesar bernilai
satu pada vektor posisi r relatif pada muatan sumber, maka medan listrik
E , dapat dinyatakan dalam persamaan:
(2)
Gambar 2.2 muatan sumber q berada pada posisi r
Pada gambar 2.2 ada muatan positif q terlatak pada vektor posisi dan
Titik P berada pada posisi r terhadap pusat koordinat (0,0), sehingga
posisi relatif P terhadap muatan sumber adalah .Vektor satuan arah
titik S ke P dapat dituliskan :
𝒓
𝑥
𝒓
𝑃
+𝑞
+
𝑦
𝒓
(𝒓 𝒓 𝑠
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
̂
| |
Maka medan listrik E yang dihasilkan muatan listrik positif q pada titik P
oleh muatan positif q yang memiliki jarak sebesar r dari pengamatan ke
muatan listrik positif q,memenuhi persamaan :
| |
| | (3)
̂ (4)
Dengan :
: medan listrik yang dihasilkan muatan positif q pada titik P yang
memiliki jarak sebesar r dari pengamatan ke muatan listrik positif q
̂ : vektor satuan arah titik S ke ke muatan listrik positif q
: jarak antar titik p ke muatan listrik positif q
2.5.Potensial Listrik
Apabila ada muatan sumber + terletak pada pusat koordinat ditunjukan
gambar 2.3.
Gambar 2.3 Muatan sumber positif q pada titik o, muatan uji q’ di Q
Ada muatan sumber positif q terletak pada pusat koordinat titik
o. Suatu muatan uji+ berada pada titik Q pada jarak dari titik asal o.
Q 𝒓𝟐
𝑃 𝒓𝟏
𝑞
𝑦
+𝑞
𝑜 𝑥
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
13
Maka muatan uji tersebut akan mengalami gaya akibat muatan sumber
positif q. Perubahan energi potensial bila muatan uji q’ dipindah dari Q
ke P sama dengan usaha yang dilakukan untuk melawan gaya Coulomb
di atas, untuk menggerakan muatan uji q’ dari Q ke P. Secara umum
usaha untuk membawa muatan sumber +q dari titik Q ke titik P dapat
dituliskan :
∫
= (5)
∫
(
) (6)
Potensial listrik V yang dihasilkan muatan sebesar q di suatu titik
dari tak berhingga ke titik tersebut yang memiliki jarak r, maka dapat
dituliskan dalam persamaan :
∫
(7)
2.6.Medan Magnet
Pada tahun 1819 Oersted, menyatakan hasil temuan mengenai
penyimpangan arah jarum magnet yang ditempatkan sejajar dengan arus
listrik. Ketika arah arus dibalik maka arah simpangan jarumnya juga
membalik. Pada awal tahun 1832, Michael Faraday dan Joseph Henry
lah memperagakan dalam percobaan terpisah bahwa medan magnetik
yang berubah akan menghasilkan medan listrik. Dalam penelitian
Faraday dan Hennry menyatakan bahwa, apabila muatan q memiliki
kecepatan v dalam medan magnetik, akan memiliki gaya yang
bergantung pada q, besar kecepatan dan arahnya.
Jika partikel bermuatan q, bergerak dengan kecepatan v dalam
medan magnetik B, maka partikel bermuatan q tersebut akan mengalami
gaya Lorentz, memenuhi persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
(8)
Dengan :
F : vektor gaya Lorentz
V : vektor kecepatan gerak elektron
B : vektor medan magnetik
Selain itu juga, dalam menentukan arah gaya magnet dapat di
tentukan menggunakan kaidah tangan kanan. Gaya Lorentz F tegak
lurus terhadap arah gerak muatan v maupun tegak lurus terhadap arah
medan magnet B. Arah ketiga komponen besaran ini, saling tegak lurus
satu sama lain.
2.7.Kumparan Helmholtz
Kumparan Helmholtz memiliki ke khususan yaitu terdiri dari dua
buah kumparan berbentuk lingkaran yang diletakan sejajar dan sesumbu.
Kumparan yang satu dengan kumparan lainnya memiliki jumlah lilitan
dan jari – jari yang sama. Jarak antara kumparan satu dengan lainnya
harus sama dengan nilai jari – jari kumparan tersebut. Arus yang
diberikan antara kumparan yang satu dengan pasangannya harus
memiliki nilai dan arah yang sama. Berdasarkan syarat – syarat di atas
ditunjukan gambaran kumparan Helmholtz pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Kumparan Helmholtz
a
i
𝐵
B1 + B2
a
i
B2
M
A A’
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
15
Pada gambar 2.4 menunjukan kumparan Helmholtz yang tersusun
dari dua kumparan yang berbentuk lingkaran diletakkan sejajar dan
sesumbu, yang memiliki jari – jari yang sama antara kumparan yang satu
dengan lainnya yaitu sebesar a. Misalnya kumparan A dan kumparan A’
merupakan sepasang kumparan Helmholtz .Pada kumparan A diberikan
nilai arus sebesar i maka akan menimbukan medan magnet sebesar B1.
Selanjutnya pasangan kumparan lainnya yaitu kumparan A’ juga
diberikan nilai dan arus yang sama yaitu sebesar i maka akan timbul
medan magnet B2. Karena arus yang diberikan sama maka B1 dan B2
nilai nya sama. Pada gambar 2.4 di tunjukan bahwan ketika arus yang di
berikan semakin besar maka medan magnetnya juga semakin besar juga,
B1 + B2 di simbolkan sebagai B memenuhi persamaan :
√
(9)
Medan magnet B1 dan B2 di sepanjang sumbu x menunjukan
semakin besar medan magnetnya dan bernilai maksimum di pusat jari –
jari lingkaran. Apabila medan magnet memiliki jumlah lilitan sebesar N,
maka memenuhi persamaan :
√
(10)
Arah medan magnet B suatu lilitan adalah arah maju sekrup
kanan bila di putar, menurut arah putar arus i dalam lilitan (Johanes,
1978). Diketahui bahwa medan magnet yang memiliki arus kumparan i
dan nilai konstanta kumparan k , memenuhi persamaan :
(11)
Maka dari persamaan 10 dan 11, dapat diketahui nilai konstanta
kumparan Helmholtz k memenuhi persamaan:
√ (12)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
16
Dengan :
µo: permeabilitas ruang hampa
N: jumlah lilitan kumparan Helmholtz
a: jari–jari kumparan Helmholtz (m)
k : nilai konstanta kumparan Helmholtz
2.8.Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet
Ketika filamen pemanas memanaskan katoda, maka elektron
yang ada dalam katoda dapat keluar dan ditarik oleh anoda. Antara anoda
dan katoda diberikan beda potensial sehingga elektron dapat bergerak
menuju ke anoda yang memiliki potensial lebih tinggi. Beda potensial ini
juga dapat disebut dengan tegangan pemercepat ( ), karena
mempercepat elektron bergerak menuju anoda (Suparno,dkk,2014).
Elektron yang memiliki massa m, bermuatan e, setelah dipercepat dengan
beda potensial , akan mempunyai kecepatan sebesar v mengikuti
persamaan :
(13)
Dengan :
m : massa elektron (Kg)
v : kecepatan elektron (m/s)
e : muatan elektron ( Coloumb)
: tegangan pemercepat ( Volt )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
Gambar 2.5 Gambar lintasan elektron yang mengalami medan listrik
dan medan magnet
Elektron tersebut bergerak dengan kecepatan v berada dalam
medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan Helmholtz, sehingga
elektron akan mengalami gaya Lorentz. Sebuah elektron dengan massa m
dan muatan sebesar e bergerak dan membentuk sudut tegak lurus
terhadap medan magnet B, akan mengalami gaya sentripetal memenuhi
persamaan :
(14)
x x x x
x x x x
x x x x
x x x x
Gambar 2.6 lintasan partikel bermuatan negatif yang bergerak dalam
bidang tegak lurus dalam medan magnet seragam. Gaya
magnet ini tegak lurus terhadap kecepatan partikel.
Dengan memasukan persamaan (14) ke dalam persamaan (13) maka di
peroleh persamaan :
e
v F
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
18
(15)
Dengan :
r : jari – jari lintasan elektron (m)
B :medan magnet (Tesla) yang membuat elektron bergerak
melingkar dengan jari – jari llintasan elektron sebesar r
2.9.Pembelokan berkas elektron akibat medan listrik
Pada sebuah eksperimen dilakukan dengan menembakkan berkas
elektron ke arah layar tabung. Percobaaan pertama dilakukan keping A
dan keping B tanpa diberikan beda potensial. Hasil dari percobaan
pertama tampak bahwa lintasan berkas elektron berupa garis lurus,
ditunjukan gambar 2.7
Gambar 2.7 lintasan berkas berkas elektron berbentuk garis
lurus
Kemudian percobaan kedua, dilakukan dengan keping A
dihubungkan dengan potensial tinggi dan keping B dihubungkan dengan
potensial rendah. Gambar 2.8 terlihat lintasan berkas berkas elektron
menyimpang ke bawah. Hasil percobaan ini menunjukan bahwa berkas
berkas elektron bermuatan negatif, karena menuju pada potensial yang
lebih postif .
Keping B
Keping A
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
19
Gambar 2.8 Lintasan berkas berkas elektron menyimpang bawah
Gambar 2.9 lintasan berkas elektron menyimpang ke atas
Percobaan ketiga yaitu dengan membalik polaritas, keping A
dihubungkan dengan potensial yang lebih rendah dari keeping B. Hasil
percobaan ini menunjukan bahwa lintasan berkas elektron sekarang
menyimpang ke atas ditunjukan gambar 2.9. Dengan hal ini, semakin
memperkuat dan membuktikan bahwa berkas berkas elektron bermuatan
negatif (Surya, 2010).
Pada eksperimen tersebut digunakan tabung TEL 525 yang
memiliki elemen pamanas, katoda, anoda, layar yang diapit oleh keping
pembelok. Bila antara anoda dan katoda diberi tegangan sebesar Va
elektron yang berasal dari katoda akan dipercepat menuju anoda.
Selanjutnya elektron akan bergerak dengan kelajuan v ke arah sumbu x.
Keping A
Keping B
Keping A
Keping B 𝑒
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
20
Pada lintasan elektron terdapat sepasang keping pembelok dengan
jarak antar keping d dan beda potensial Vp. Medan listrik E di antara
keping pembelok tersebut ke arah sumbu y dan mengikuti persamaan
̂ (16)
Adanya medan listrik E menyebabkan elektron bermassa m,
bermuatan e, akan mengalami gaya F sehingga arah geraknya tidak lagi
ke arah sumbu x, tetapi menyimpang ke arah sumbu y negatif. Pada kead
aan ini berlaku persamaan
̂ (17)
atau
̂ (18)
Persamaan (18) menunjukkan bahwa percepatan yang dialami
elektron ke arah y negatif. Karena itu elektron yang mempunyai
kecepatan awal ke arah sumbu x, akan mengalami pembelokan dan
membentuk lintasan berupa parabola, memenuhi persamaan :
(
)
(19)
Nilai e/m elektron dapat ditentukan dari persamaan (19) bila
posisi setiap saat dan besaran terkait lainnya dapat terukur.
Pengukuran kecepatan elektron v dapat dilakukan secara tidak
langsung. Bila selain medan listrik E, juga diberikan medan magnet B ke
arah sumbu z, maka elektron yang bergerak dengan kecepatan v juga
akan mengalami gaya Lorentz mengikuti persamaan:
̂ (20)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
21
Arah dan nilai medan magnet dapat diatur sehingga
mengakibatkan arah gaya Lorentz berlawanan dengan gaya listrik, dan
nilainya sama dengan nilai gaya listrik. Hal ini menyebabkan resultan
gaya yang dialami oleh elektron sama dengan nol, sehingga elektron
tidak mengalami penyimpangan. Pada keadaan ini berlaku hubungan
(21)
atau
(22)
Dengan memasukkan persamaan (22) ke dalam persamaan (19)
dapat diperoleh persamaan
(
)
(23)
2.10. Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet dan medan
listrik membentuk lintasan trochoidal
Pada gambar 2.10 Terlihat berkas elektron yang mengalami
pembelokan akibat medan magnet yang mengalami kenaikan arus pada
kumparan Helmholtz yang melebih kurva kesetimbangan. Medan magnet
yang kuat ini, membelokan elektron sepanjang medan lisrik dan menuju
titik B. Selanjutnya berkas elektron di percepat ke arah medan listrik dan
dibelokan ke medan magnet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
Gambar 2.10 Lintasan Trochoidal pada berkas elektron
Ditunjukan seperti gambar 2.10 lintasan elektron berupa
trochoidal. Dengan mengetahui nilai jarak maksimum , tegangan Vp,
dan arus kumparan yang digunakan maka di peroleh nilai e/m memeuhi
persamaan :
(24)
Keterangan :
Vp : beda potensial antar keping pembelok (V)
B : medan magnet (Tesla) yang membuat lintasan elektron
trochoidal dan memilik jarak maksimum
: jarak maksimum (m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
23
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai e/m menggunakan tabung
defleksi TEL 525. Untuk menentukan nila e/m dilakukan dalam tiga tahap.
Tahap pertama adalah persiapan alat dan bahan, tahap kedua adalah
pengambilan data, dan tahap ketiga adalah analisa data.
3.1.Persiapan Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari beberapa komponen.
Alat – alat yang digunakan anatara lain :
1. Tabung defleksi TEL 525
Tabung defleksi TEL 525 merupakan sebuah bola kaca yang
terdiri dari sebuah senapan elektron yang dapat memancarkan
pita sempit sinar katoda. Di dalam tabung tersebut terdapat
lembaran mika datar, satu sisi dilapisi dengan graticule sentimeter
sehingga jalur elektron mudah di lihat. Lembar mika di letakan
150
terhadap sumbu tabung oleh dua keping pembelok
(Glascock,1972).
2. Sumber tegangan tinggi 3000 – 5000 volt
Sumber tegangan tinggi 3000 – 5000 volt akan dihubungkan
dengan filamen pemanas, sepasang keping pembelok dan anoda.
3. Sumber tegangan 300 volt
Catu daya 300 volt akan dihubungkan dengan multimeter serta
sepasang kumparan Helmholtz
4. Sepasang Kumparan Helmholtz
Kumparan Helmholtz merupakan kumparan yang akan digunakan
dalam penelitian ini. Kumparan Helmholtz ini digunakan untuk
menghilangkan medan magnet bumi dan memberikan medan
magnet seragam dalam ruang sempit terbatas (Tippler, 2001).
23
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
5. Multimeter
Multimeter berfungsi untuk mengukur arus yang mengalir pada
penelitian yang akan dilakukan.
6. Penggaris
Penggaris digunakan sebagai acuan ketika pemotretan yang akan
digunakan dalam analisa foto.
7. Statif
Statif digunakan untuk menyangga pengaris (benda acuan).
8. Kabel penghubung
Kabel penghubungkan digunkan untuk menghubungkan
rangkaian alat.
9. Kamera
Kamera digunakan untuk mempotret hasil lintasan elektron yang
terbentuk.
10. Software Logger Pro
Sofware yang digunakan dalam menganalis hasil eksperiemn
adalah software Logger Pro.
Alat – alat kemudian dirangkai seperti gambar 3.1
Gambar 3.1 Susunan alat eksperimen
a b f
g c
d
e h
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
25
Keterengan gambar :
a. Tabung e/m TEL 525
b. Sepasang kumparan Helmholtz
c. Penggaris
d. Statif
e. Kabel penghubung
f. Multimeter
g. Sumber tegangan tinggi 3000 – 5000 V
h. Catu daya 300 V
Eksperimen ini menggunakan tabung TEL 525 yang
dilengkapi dengan sumber tegangan tinggi (3000 – 5000 V).
Lintasan elektron akan ditunjukan menggunakan analisis foto.
Foto lintasan elektron ini dilakukan menggunakan kamera digital
Canon Zoom Lens. Kamera dipasangkan ke sebuah tripot
sehingga kamera di atur tegak lurus ke set alat. Data yang
diperoleh berupa hasil analisa foto lintasan elektron posisi y
terhadap posisi x. Foto ini kemudian akan dianalisis
menggunakan software Logger Pro.
3.2.Pengambilan Data dan Analisa Data
Penentuan nilai e/m dicari dari berbagai peristiwa pembelokan
menggunakan analisa foto. Adapupun beberapa langkah dalam proses
pengambilan data :
3.2.1. Pengukuran diameter kumparan Helmholtz
a. Menyusun alat seperti pada gambar 3.1
b. Kamera diletakan pada tripot dan diatur agar satu garis
lurus dengan set alat.
c. Hasil foto diameter kumparan Helmholtz dicrop terlebih
dahulu sebelum dianalisis, ditunjukan gambar 3.2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
26
Gambar 3.2 Pengukuran diameter kumparan Helmholtz
d. Membuka tampilan software Logger Pro, lalu pilih menu
insert pada tampilan layar, lalu pilih picture with photo
analysis ditunjukan pada gambar 3.3 .
Gambar 3.3. fitur menu photo analaiz pada menu insert
e. Kemudian pilih foto yang akan di analisis pada folder
penyimpanan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
27
Gambar 3.4 Pemilihan foto yang akan dianalisis
f. Kemudian foto akan tertampil dan siap dianalisis
Gambar 3.5 Tampilan foto kumparan Helmholtz yang
akan diukur diamaeternya
Pada fitur analysis dipilih menu icon set scale
yang ditunjukan oleh lingkaran merah pada gambar 3.4
untuk menentukan skala pengukuran.
g. Pointer di drag sepanjang benda yang telah diketahui
panjang aslinya. Kemudian akan mucul kolom seperti
pada gambar 3.6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
28
Gambar 3.6 kotak dialog pada set scale untuk mengatur
skala
h. Kemudian didrag sepanjang diameter bagian kumparan
Helmholtz. Nilai diameter kumparan Helmholtz akan
otomatis tertampil pada layar.
Gambar 3.7 Pengukuran diamaeter kumparan Helmholtz
i. Langkah 1e dilakukan hingga lima kali pengulangan.
Kemudian nilai yang tercatat dirata – rata, sehingga
diperoleh nilai diameter rata – rata kumparan Helmholtz
ditunjukan gambar 3.8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
Gambar 3.8 Hasil pengukuran diameter kumparan
Helmholtz sebanyak 5 kali
3.2.2. Penentuan konstanta kumparan Helmholtz
Kumparan Helmholtz yang digunakan memiliki jumlah lilitan
320 dan diameter kumparan sebesar d dari analisis foto
diameter. Maka dapat kita cari melalui persamaan (12 ).
3.2.3. Penentuan nilai e/m akibat medan magnet
Data yang diperoleh dari hasil analisa foto menggunakan
Logger Pro merupakan grafik posisi y terhadap posisi x akibat
medan. Dari grafik tersebut dapat diperoleh nilai jari – jari dari
setiap koordinat pada lintasan elektron. Adapun langkah –
langkah dalam dalam proses pengambilan data nilai e/m akibat
medan magnet yang dilakukan :
a. Alat disusun seperti gambar 3.1 dan dihubungkan dengan
sumber tegangan 3000 V.
b. Menghubungkan dengan arus kumparan sehingga
terbentuk lintasan elektron seperti pada gambar 3.9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
Gambar 3.9 Lintasan elektron akibat medan magnet
dengan tegangan 3000 V dan arus kumparan 0,233 A
c. Dengan cara yang sama melakukan langkah 1c sampai 1f
d. Setelah foto tertampil, maka pilih fitur set origin untuk
menentukan kordinat (0,0) seperti pada gambar 3.10
Gambar 3.10 Tampilan foto menggunakan fitur set origin
dengan tegangan sebesar 3000 V dan arus sebesar
0,249A
e. Kemudian pilih add point dan mulai menberikan titik
sepanjang lintasan elektron yang terbentuk. Data dari
hasil penitikan tersebut akan tertampil dalam bentuk tabel
dan grafik seperti pada gambar 3.11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
Gambar 3.11 foto lintasan elektron yang sudah dianalisis
dengan tegangan sebesar 3000 V dan arus sebesar
0,249A
f. Dari hasil analasis foto diperoleh tabel hubungan posisi x
terhadap posisi y, lalu ditambahkan satu coulomn untuk
variabel x koordinat ( varibel X ditambah 2 cm) di
simbolkan dengan xkoor dan grafik posisi y terhadap
posisi x koor, ditunjukan gambar 3.11.
Setelah mendapat data posisi x koordinat dan posisi y
pada lintasan elektron akibat medan magnet, maka dapat
menentukan jari – jari lintasan elektron setiap koordinat
pada lintasan elektron, melalui persamaan :
(25)
g. Setelah mendapat data untuk semua nilai jari – jari
lintasan elektron r maka dapat dicari nilai rata – rata nilai
jari – jari lintasan elektron ̅ dari persamaan:
̅ ∑
(26)
h. Nilai ketidakpastian jari – jari lintasan elektron dapat
diperoleh dari ralat rerata , memenuhi persamaan :
√∑( ̅ )
(27)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
i. Kemudian dengan cara yang sama dan mengatur
tegangan tetap di 3000 V, lalu memvariasikan arus
kumparan dan memasukan data ke tabel 3.1.
Tabel 3.1 Tabel hubungan jari –jari lintasan elektron
terhadap arus kumparan
No Arus Kumparan (A) Jari – jari lintasan elektron (m)
1.
2.
dst.
j. Dari data tabel 3.1, maka dapat diperoleh grafik
hubungan jari – jari lintasan elektron terhadap kumparan,
karena grafik yang dihasilkan linear maka diperoleh
gradien persamaan (14) maka nilai e/m memenuhi
persamaan :
√
(28)
Gradien (disimbolkan A ) = √
, dengan mengetahui
nilai gradien A, tegangan V dan konstanta Helmholtz k,
maka nilai e/m memenuhi persamaan :
(29)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
3.2.4. Penentuan nilai e/m akibat medan listrik
a. Setelah alat disusun seperti gambar 3.1
b. Menghubungkan keping pembelok atas dengan potensial
yang lebih tinggi dan keping pembelok bawah dengan
potenial yang lebih rendah, kemudian mengatur sumber
tegangan sampai terbentuk lintasan elektron berupa
parabola kemudian memotrertnya.
c. Menghubungkan arus kumparan dengan rangkaian alat
dan mengatur arus kumparan, sampai lintasan elektron
yang terbentuk berupa garis lurus, kemudian
memotretnya. Hal ini ditujukan dalam menentukan nilai
kecepatan elektron, dengan memberikan medan magnet
yang melawan medan.
d. Selanjutnya membalik polaritasnya, keping pembelok
bawah dihubungkan dengan potensial yang lebih tinggi
dan keping pembelok atas dihubungkan dengan potensial
yang lebih rendah. Selanjutnya melakukan langkah 4.c
dan memasukan data ke dalam tabel.
e. Dengan cara yang sama seperti langkah 1.a – 1.d, maka
diperoleh tabel dan grafik posisi y terhadap x akibat
medan listrik pembelokan ke atas. Kemudian difit sesuai
persamaan (23).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
34
Gambar 3.12 Hasil analisa foto lintasan elektron akibat
medan listrik
f. Dari hasil fitting grafik posisi y terhadap posisi x akibat
medan listrik diperoleh persamaan garis, maka dapat
diperoleh nilai konstanta dari persamaan garis tersebut
sesuai dengan persamaan:
(30)
g. Dengan menggunkan persamaan di atas dapat diperoleh
nilai e/m.
h. Melakukan langkah 4a – 4g unutk variasi tegangan
pemercepat.
i. Dengan cara yang sama, untuk pembelokan lintasan
elektron yang arahya kebawah.
3.2.5. Penentuan nilai e/m akibat lintasan trochoidal yang terbentuk
a. Tanpa mengubah tegangannya, aturlah arus pada
kumparan sampai terbentuk lintasan elektron berupa
trochoidal, kemudian memotretnya.
b. Melakukan langkah 5a, dengan variasi tegangan antar
keping pembelok.
c. Dengan cara yang sama seperti langkah 1.a – 1.c, sepeti
pada gambar 3.13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
35
Gambar 3.13 Hasil analisa foto lintasan elektron yang
berbentuk trochoidal
d. Dari hasil analisa foto langkah 5.a diperoleh nilai jarak
maksimum (Sm)
e. Nilai e/m dapat dicari dengan menggunakan persamaan
(24).
f. Dengan cara yang sama lakukan langkah 5.a sampai 5.e
untuk variasi nilai arus kumparan dan membuat tabel
hubungan jarak maksimum terhadap arus kumparan.
g. Dari tabel tersebut dibuat grafik hubungan jarak
maksimum Sm terhadap arus kumparan, kemudian difit
dengan persamaan:
(31)
h. Sehingga dari hasil fitting tersebut diperoleh nilai gradien
persamaan garis. Dengan mengetahui nilai tegangannya,
nilai medan magnet, dan gradien garisnya maka diperoleh
nilai e/m memenuhi persamaan :
(32)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai e/m dari peristiwa
pembelokan akibat medan magnet, kombinasi medan magnet dan medan
listrik dan menentukan nilai e/m dari lintasan trochoidal elektron yang
terbentuk. Berikut adalah hasil penelitian yang telah dilakukan :
4.1.Hasil Pengukuran diameter kumparan Helmholtz
Pada penelitian ini pengukuran diameter dilakukan menggunakan
bantuan analisa foto pada software Logger Pro. Sebelum dilakukan
analisis, hasil foto diamater kumparan Helmholtz terlebih dahulu
dicrop agar memudahkan dalam menganalisis, ditunjukan gambar
4.1.
Gambar 4.1 Hasil foto kumparan Helmholtz yang sudah dicrop
Dalam hal ini, benda yang dijadikan acuan pengukuran
yaitu penggaris berukuran 30 cm, namun hanya digunakan 7 cm.
Pengukuran diameter kumparan dilakukan sebanyak lima kali
pengukuran ditunjukan tabel 4.1.
36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
37
Gambar 4.2 Hasil pengukuran diameter kumparan menggunkan
analisa foto sebanyak 5 kali.
Tabel 4.1 Hasil pengukuran diameter kumparan Helmholtz d (m)
No Diameter kumparan Helmholtz (cm)
1. 16,27
2. 16,20
3. 16,20
4. 16.18
5. 16,29
Berdasarkan tabel 4.1 maka dapat dihitung nilai rata – rata
diameter kumparan Helmholtz yaitu memenuhi persamaan :
̅ + + + +
̅ + + + +
̅
̅
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
38
Menghitung ketidakpastian pengukuran diameter kumparan
Helmholtz menggunakan persamaan (27):
√∑( ̅ )
√
cm
Maka hasil pengukuran diameter kumparan Helmholtz sebesar
(16,22 ± ) 10-2 m.
4.2.Hasil Penentuan konstanta kumparan Helmholtz
Penentuan konstanta Helmholtz diperoleh dari jumlah
lilitan kumparan Helmholtz dan nilai jari - jari kumparan
Helmholtz yang diukur melalui pengukuran diameter kumparan
Helmholtz menggunakan analisa foto. Dari besaran – besaran
yang sudah diketahui, maka nilai konstanta kumparan Helmholtz
dapat dicari melalui persamaan ( 12)
√
( )
√
Maka nilai kontanta kumparan Helmholtz adalah
.
4.3.Hasil Penentuan nilai e/m dari peristiwa pembelokan akibat
medan magnet
Eksperimen dilakukan dengan rangkaian seperti pada
gambar 3.1. Nilai e/m akibat medan magnet dapat di tentukan
dengan memberikan tegangan serta arus kumparan sehingga
dapat menghasilkan medan magnet yang dapat membuat lintasan
elektron bergerak melingkar. Dalam percobaan pertama ini, nilai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
39
e/m akibat medan diperoleh dari variasi arus kumparan dan beda
potensial yang dibuat tetatp sebesar 3000 V. Untuk hasil foto
lintasan elektron akibat medan magnet ditunjukan seperti gambar
4.3
Gambar 4.3 Foto lintasan elektron akibat medan magnet dengan
Va 3000 dan arus kumparan 0,249A
Dari gambar 4.3 menunjukan hasil lintasan elekron akibat
medan magnet yang diberi arus kumparan sebesar 0,249 A dan
tegnagan 3000 V yaitu berbentuk lingkaran, namun tidak dapat
menampilkan bentuk satu lingkaran penuh. Hal ini dikarenakan
tabung e/m yang digunakan memiliki desain produksi pabrik
yang terbatasi layar persegi panjang yang tegak (Glascock,1972).
Hasil gambar 4.3 merupakan hasil foto lintasan yang sudah
dicrop, agar mempermudah dan memperjelas dalam melakukan
analisis. Gambar 4.3 dimasukan ke dalam software Logger Pro,
kemudian dilakukan penitikan di sepanjang lintasan elektron yang
terbentuk sehingga diperoleh tabel dan grafik posisi y terhadap x
lintasan elektron akibat medan magnet ditunjukan tabel 4.2 dan
grafik 4.1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
40
Grafik 4.1. Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan
elektron akibat medan magnet, ketika tegangan pemercepat 3000
V dan arus kumparan = 0,249 A
Dari data posisi y dan posisi x lintasan elektron akibat
medan magnet pada grafik 4.1, terlihat titik data berwarna merah
dan berada pada lintasan elektron. Dari grafik diperoleh nilai x
koordinat (variabel x tambah 2 cm ) hal ini dikarenakan layar
tabung tidak dimulai dari koordinat (0,0) tapi jarak dari senapan
elektron ke layar pada sumbu x adalah 2 cm, maka ditambahkan
2 cm pada data posisi x. Dari besaran yang sudah diketahui maka
jari –jari lintasan elektron r, dapat menggunakan persamaan (25)
diperoleh nilai r. Contoh perhitungan jari – jari lintasan elektron r
data ke- 9 pada tabel 4.2 saat I = 0,249 A dan V= 3000 V.
+
+
cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
41
Tabel 4.2 Hubungan posisi Y terhadap posisi x pada lintasan
elektron akibat medan magnet
No X (cm ) Y (cm ) Xkoor (cm) r (cm)
1 -0,076 0,241 2,076 4,432
2 -0,214 0,268 2,214 5,034
3 -0,378 0,296 2,378 5,802
4 -0,570 0,323 2,570 6,765
5 -0,707 0,405 2,707 7,529
6 -0,899 0,433 2,899 8,618
7 -1,036 0,488 3,036 9,459
8 -1,200 0,515 3,200 10,497
9 -1,364 0,570 3,364 11,604
10 -1,529 0,652 3,529 12,779
11 -1,666 0,707 3,666 13,792
12 -1,858 0,762 3,858 15,262
13 -2,049 0,816 4,049 16,806
14 -2,214 0,899 4,214 18,206
15 -2,351 0,981 4,351 19,421
16 -2,543 1,090 4,543 21,182
17 -2,680 1,173 4,680 22,486
18 -2,817 1,255 4,817 23,828
19 -3,009 1,337 5,009 25,754
20 -3,118 1,419 5,118 26,905
21 -3,255 1,501 5,255 28,368
22 -3,392 1,611 5,392 29,881
23 -3,557 1,748 5,557 31,750
24 -3,721 1,885 5,721 33,673
25 -3,913 1,967 5,913 35,945
26 -4,077 2,077 6,077 37,972
27 -4,214 2,187 6,214 39,710
28 -4,324 2,296 6,324 41,140
29 -4,488 2,406 6,488 43,301
30 -4,653 2,515 6,653 45,516
31 -4,735 2,625 6,735 46,672
32 -4,872 2,735 6,872 48,591
33 -4,982 2,844 6,982 50,164
Dengan cara yang sama, maka dapat diperoleh nilai jari –
jari lintasan elektron untuk data lainnya sampai data ke-31. Pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
42
tabel 4.2 di peroleh 31 data, maka nilai rata – rata jari – jari
lintasan elektron ̅ diperoleh dari persamaan (26)
̅ ∑
̅
̅ cm
̅ m
Dengan cara yang sama, maka dapat diperoleh nilai rata –
rata jari – jari lintasan elektron akibat medan magnet ̅ untuk data
lain variasi arus kumparan, ditunjukan tabel 4.3.
Nilai ketidakpastian jari – jari lintasan elektron dapat diperoleh
dari ralat pengukuran rata – rata , memenuhi persamaan (27) :
∆r
Maka ̅ ±∆r = 10-2 m
Dengan memvariasikan nilai arus kumparan maka
diperoleh tabel hubungan nilai e/m terhadap arus kumparan,
ditunjukan tabel 4.3
Tabel 4.3 Hubungan nilai jari – jari lintasan elektron terhadap
arus kumparan dengan tegangan 3000 V
No I (A) r (m)
1 0,113 0,435
2 0,168 0,304
3 0,249 0,248
4 0,296 0,218
5 0,402 0,165
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
43
Grafik 4.2 Hubungan nilai rata – rata jari – jari lintasan elektron
terhadap arus kumparan dengan tegangan 3000 V
Berdasarkan grafik 4.2, diperoleh nilai gradien garis dari
hasil fiting sesuai persamaan (29) yaitu sebesar 12,501 m-1
/A.
Berdasarkan besaran – besaran yang diketahui yaitu tegangan
yang digunakan sebesar 3000 V, konstanta kumparan
Helmholtz , gradien 12,50 m-1/A. Maka
nilai e/m akibat medan magnet memenuhi persamaan :
Berdasarkan hasil variasi arus kumparan dengan
memberikan tegangan sebesar 3000 V, diperoleh hubungan
bahwa semakin besar arus kumparan maka jari jari lintasan
elektron semakin kecil (Glascock,1972). Dalam percobaan ini,
hanya dapat memvariasikan arus kumparan. Dalam percobaan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
44
pertama ini kendala yang dialami yaitu tidak bisa memvariasikan
tegangan, karena semakin kecil tegangan yang diberikan, berkas
elektron semakin menghilang. Berdasarkan tabel 4.3 diperoleh
nilai e/m rata – rata yang diperoleh sebesar (0,7± 0,1 ) x 1011
C/Kg.
4.4.Hasil Penentuan nilai e/m dari peristiwa pembelokan akibat
medan listrik
Selanjutnya menentukan nilai e/m dari pembelokan akibat
medan listrik.Untuk percobaan pertama keping pembelok atas
dihubungkan dengan potensial lebih tinggi dan keping potensial
bawah dihubungkan dengan potensial yang lebuh rendah,
diberikan tegangan sebesar 3000 V.
Gambar 4.4. Foto lintasan elektron akibat medan listrik dengan
Va sebesar 3000 V
Berdasarkan gambar 4.4 hasil foto lintasan elektron
berbentuk parabola. Hasil gambar 4.4 merupakan hasil foto
lintasan elektron akibat medan listrik yang sudah dicrop, agar
mempermudah dan memperjelas dalam melakukan analisis.
Gambar 4.4 dimasukan ke dalam software Logger Pro, kemudian
dilakukan penitikan di sepanjang lintasan elektron yang terbentuk
dan dilakukan fiting sesuai dengan persamaan (23) sehingga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
45
diperoleh tabel dan grafik posisi y terhadap x lintasan elektron
akibat medan listrik ditunjukan dan grafik 4.3.
Grafik 4.3 Hubungan antara posisi y terhadap x, ketika tegangan
antar keping pembelok sebesar 3000 V. Keping pembelok atas
lebih positip dari keping bawah.
Dari grafik tersebut diperoleh nilai konstanta yaitu sebesar 6,6
±0,1. Untuk memperoleh nilai kecepatan elektron, di berikan
medan magnet sebagai pelawan medan listrik maka lintasan
elektron kembali lurus, ditunjukan pada gambar 4.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
46
Gambar 4.5Lintasan elektron ketika berada dalam medan listrik
dan medan magnet saat tegagan 3000 v dan arus kumparan
0,298 A
Terlihat pada gamar 4.5 lintasan elektron yang awalnya
berbentuk parabola, setelah dihubungkan dengan arus kumparan,
kemudian diatur arusnya, contoh salah satu data yang diperoleh
yaitu saat arus kumparannya 0,298 A dan beda potensial antar
keping pembelok Vp 3000 V sehingga lintasan elektron tersebut
menjadi lintasan lurus sepanjang sumbu x. Arus kumparan ini
akan menimbulkan medan magnet yang dapat mengasikan gaya
Lorentz yang akan melawan gaya Coulomb sudah dialami oleh
lintasan elektron tersebut. Maka dengan menggunakan persamaan
(23) dapat diperoleh nilai kecepatan elektron,
(
)
C/Kg.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
47
Contoh perhitungan data ke 5 tabel 4.4 , sehingga nilai e/m yang
didapat yaitu C/Kg.
Dengan cara yang sama variasikan, nilai tegangan
pemercepat maka diperoleh tabel hubungan jari – jari lintasan
elektron terhadap tegangan pada peristiwa pembelokan listrik,
ditunjukan tabel 4.4
Tabel 4.4 Hubungan arus kumparan terhadap tegangan
pemercepat akibat medan listrik pembelokan ke atas
No V(Volt) arus (A) e/m C/Kg 1 2000 0,244 3,15
2 2300 0,254 3,65
3 2500 0,263 3,37
4 2700 0,278 3,45
5 3000 0,293 3,48
6 3200 0,315 3,30
7 3500 0,326 2,76
Berdasarkan tabel 4.4 menunjukan bahwa semakin besar
tegangan pemercepat yang diberikan maka arus kumparan
tersebut semakin besar, artinya gaya Lorentz yang melawan gaya
Coulumb semakin besar juga. Nilai rata nilai rata – rata e/m yang
diperoleh dari pembelokan atas akibat medan listrik (3,31 ± 0,03 )
x 1011
C/Kg.
Dengan cara sama, keping pembelok bawah dihubungkan
dengan potensial yang lebih tinggi dan keping pembelok atas
dihubungkan dengan potensial lebih rendah, ditunjukan pada
gambar 4.6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
48
Gambar 4.6 Lintasan elektron yang melewati keping pembelok
dengan tegangan antar keping sebesar 3000 V.
Kemudian dianalisis dengan software Logger Pro, sehingga
diperoleh garafik hubungan posisi y terhadap posisi x:
Grafik 4.3 Hubungan antara posisi y terhadap x, ketika tegangan
antar keping pembelok sebesar 3000 V. Keping pembelok bawah
lebih positip dari keping atas.
Dengan cara yang sama, terlebih dahulu menentukan nilai
kecepatan elektron dan diperoleh nilai e/m sebesar (3,14 ± 0,02) x
1011
C/Kg.
Dengan cara yang sama variasikan, nilai tegangan
pemercepat maka diperoleh tabel hubungan jari – jari lintasan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
49
elektron terhadap tegangan pada peristiwa pembelokan listrik,
ditunjukan tabel 4.5
Tabel 4.5 Hubungan arus kumparan terhadap tegangan pemercepat
akibat medan listrik pembelokan ke bawah
No V(Volt) arus (A) e/m (x 1011 C/Kg)
1 2000 0,211 4,37
2 2300 0,27 3,35
3 2500 0,28 3,38
4 2700 0,289 3,45
5 3000 0,298 3,14
6 3200 0,302 3,36
7 3500 0,324 3,33
Berdasarkan tabel 4.5 menunjukan semakin besar
tegangan pada pemercepat maka arus pada kumparan juga
semakin besar. Hal ini menunjukan gaya Lorentz yang di hasilkan
juga semakin besar berbanding lurus dengan besarnya arus
kumparan. Hasil nilai rata – rata e/m dari pembelokan ke bawah
akibat medan listrik (3,48 ± 0,03 ) x 1011
C/Kg. Maka nilai rata –
rata e/m pembelokan akibat medan listrik adalah (3,35± 0,03 ) x
1011
C/Kg.
4.5.Hasil Penentuan nilai e/m dari lintasan trochoidal electron yang
terbentuk
Dari percobaan 3, pembelokan akibat medan magnet dan
medan listrik kemudian arus kumparan di atur sehingga lintasan
elektron yang terbentuk menjadi lintasan trochoidal seperti pada
gambar 4.7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
50
Gambar 4.7 Foto lintasan elektron ke bawah saat tegangannya
3000 V dan arus kumparannya 1,175 A.
Berdasarkan gambar 4.7 terlihat lintasan elektron
berbentuk trcohoidal. Jarak maksimum Sm lintasan elektron
trochoidal diukur menggunakan analaisa foto. Sebagai contoh
saat arus kumparan mencapai 1,175 A dengan tegangan 3000 V,
diperoleh kurva trochoidal. Kemudian dengan memvariasikan
arus kumparan maka dapat diperoleh tabel hubungan arus
kumparan I terhadap jarak maksimum Sm. Dengan mengetahui
beda potensial V, jarak antar keping pembelok d, jarak
maksimum Sm dan arus kumparan Ib maka dengan menggunakan
persamaan (32) sehingga dapat di peoleh nilai e/m ditunjukan
tabel 4.6.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
51
Tabel 4.6 Hubungan antara jarak maksimum dengan arus
kumparan pada peristiwa pembelokan ke atas
No I (A) Sm (x 10-2
m) e/m (x1011
C/Kg)
1 0,882 2,533 3,15
2 0,936 2,596 3,65
3 1,049 2,651 3,77
4 1,112 2,678 3,45
5 1,214 2,797 3,48
6 1,351 2,897 3,30
7 1,455 3,126 2,76
Berdasarkan tabel 4.6 dilakukan 7 kali pengambilan data
untuk variasi arus kumparan. Hubungan jarak maksimum dengan
arus kumparan pada peristiwa pembelokan ke atas saat tegangan
3000 V, maka dapat diperoleh bahawa semakin besar arus
kumparan yang diberikan maka jarak maksimum elektron dalam
lintasan trochoidal juga semakin besar.
Contoh perhitungan nilai e/m menggunakan data 1 tabel
4. persamaan (20):
x 1011 C/Kg
Dengan cara yang sama dapat diperoleh nilai e/m untuk 6 data
lainnya .
Berdasarkan tabel 4.6 diperoleh nilai e/m rata – rata hasil
pembelokan ke atas dari lintasan trochoidal yang terbentuk
sebesar C/Kg.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
52
Dengan cara yang sama, variasi arus kumparan untuk
peristiwa pembelokan ke bawah, maka diperoleh nilai e/m
ditunjukan tabel 4.7
Tabel 4.7 Hubungan anatara jarak maksimum dengan arus
kumparan pada peristiwa pembelokan ke bawah
No I (A) Sm (x 102 m) e/m (x10
11 C/Kg)
1 0,855 2,478 4,34
2 0,975 2,587 3,2
3 1,062 2,633 1,76
4 1,175 2,645 2,15
5 1,276 2,706 1,79
6 1,357 2,768 1,59
7 1,474 3,203 1,13
Berdasarkan tabel 4.7 diperoleh nilai e/m rata – rata hasil
pembelokan ke bawah dari lintasan trochoidal yang terbentuk
yaitu sebesar C/Kg.
Maka nilai e/m rata – rata kombinasi medan magnet dan medan
listrik yang menghasilkan bentuk lintasan trcohoidal yaitu sebesar
C/Kg.
Penelitian mengenai e/m diawali oleh Thomson dengan
menggunakan medan listrik (Company,1962). Dalam penelitian
yang dilakukan oleh Thomson, menemukan masalah yaitu
Thomson hanya dapat mengamati simpang akhir saja, tanpa
mengetahui bentuk lintasan elektron tersebut. Berdasarkan
permasalahan tersebut maka dilakukan penelitian ini. Penelitian
ini bertujuan untuk menentukan nilai e/m elektron menggunakan
analisa foto. Nilai e/m elektron dapat ditentukan dari hasil analisa
foto lintasan elektron dari berbagai peristiwa pembelokan
elektron. Dalam penelitian ini, berkas elektron dibelokkan akibat
medan magnet, medan listrik dan kombinasi medan magnet serta
medan listrik. Selain itu juga pengukuran diameter kumparan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
53
Helmholtz menggunakan analisa foto diperoleh hasilnya yaitu
sebesar 0,1623 m. Dalam penggunaan analisa foto, benda yang
dijadikan sebagai acuan dalam proses pengukuran sangat penting
diperhatikan. Benda acuan diletakkan sebidang dengan benda
yang akan diukur. Dalam penelitian digunakan pengggaris
berukuran 30 cm sebagai benda acuannya. Benda acuan ini akan
digunakan saat mengatur skala pengukuran jadi harus diketahui
terlebih dahulu ukuran benda acuan tersebut. Percobaan pertama
menentukan nilai e/m akibat medan magnet. Hasil lintasan
elektron yang terbentuk adalah lingkaran. Namun tidak dapat
menampilkan satu lingkaran utuh. Sehingga dalam menentukan
jari – jari lintasan elektronnya dengan cara mengamati koordinat
titik pada lintasan elektron sesuai persamaan (25). Tegangan yang
digunakan yaitu sebesar 3000 V, kemudian arus pada kumparan
divariasikan. Dari hasil data diperoleh semakin besar arus
kumparan yang diberikan maka jari – jari lintasan elektron akan
semakin besar juga, ditunjukan pada grafik 4.2. Dari hasil data
tersebut diperoleh nilai e/m yang dari hasil lintasan elektron
akibat medan magnet memenuhi persamaan (29) sebesar (0,7±
0,1 ) x 1011
C/Kg.
Percobaan yang kedua menentukan nilai e/m akibat
medan listrik. Hasil lintasan elektron akibat medan listrik
berbentuk parabola. Dengan cara yang sama, melakukan proses
penitikan pada sepanjang lintasan elektron dan melakukan fiting
pada grafik yg diperoleh sesuai dengan persamaan (28). Untuk
memperoleh nilai kecepatan elektron, ditambahkan medan
magnet pada berkas elektron, sehingga gaya Lorentz yang
diakibatkan oleh medan magnet tersebut akan melawan gaya
coulomb yang sudah dialami berkas elektron tersebut. Dengan
mengatur arah dan nilai arus kumparan agar diperoleh keadaan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
54
setimbang, artinya resultan gaya yang dialami oleh elektron sama
dengan nol. Hal ini mengakibatkan lintasan elektron menjadi
lurus seperti gambar 4.5. Dalam percobaan kedua ini, diperoleh
semakin besar tegangan yang diberikan maka arus yang
kumparan yang diberikan juga semakin besar. Artinya gaya
Lorentz yang diberikan untuk melawan gaya coulomb juga
semakin besar. Setelah semua besaran diketahui dan nilai
konstanta dari hasil grafik sudah di peroleh maka didapat nilai
e/m akibat medan listik dan medan magnet sebesar adalah (3,35 ±
0,03 ) x 1011
C/Kg. Percobaan yang ketiga yaitu menentukan nilai
e/m dari lintasan trochoidal yang terbentuk. Percobaan ketiga ini
melanjutkan percobaan yang kedua, dengan mengatur arus pada
kumparan sampai lintasan elektron berbentuk trochoidal. Dari
hasil data, diperoleh semakin besar arus kumparan yang diberikan
maka jarak maksimum Sm juga semakin besar. Nilai e/m rata –
rata yang diperoleh dari lintasan trochoidal yang terbentuk
sebesar C/Kg.
Berdasarkan hasil penelitian ini nilai e/m yang diperoleh
dari setiap percobaan berbeda – beda dan nilainya sangat berbeda
dengan nilai yang sudah ada di teori. Ada beberapa faktor yang
menyebabkan nilai e/m nya berbeda – beda yaitu pertama posisi
layar pada tabung tidak tepat terletak di awal munculnya berkas
elektron. Kedua, medan listrik yang digunakan sesungguhnya
tidak sama dengan nilai yang dihitung. Nilai medan listrik yang
digunakan eksperimen adalah hitung sesuai persamaan yang ada
dalam teori, bukan dari hasil ukur medan listrik dalam
pengambilan data. Selain itu juga, penentuan kecepatan elektron
dengan memberikan gaya Lorentz sebagai pelawan gaya
Coulomb tidak sepenuhnya berlaku ( Glascock, 1972). Hal ini
disebabkan tidak semua berkas elektron mengalami medan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
55
magnet dan medan listrik. Hanya bekas elektron yang berada
pada layar yang diapit sepasang keping pembelok yang
mengalami medan listrik dan medan magnet, sehingga lintasan
akhir tidak sepenuhnya lurus mendatar. Selain itu juga faktor
penyebab input penggangu yang menyebabkan ketidakpastian
dalam pengukuran e/m yaitu kualitas foto yang kurang jelas.
Solusi yang dilakukan dalam mengatasinya yaitu mengambil hasil
pemotretan gambar menggunakan tripot dan mengatur alat tegak
lurus terhadap kamera. Pengambilan data dilakukan diruang
gelap, agar hasil lintasan elektron dapat dipotret dengan jelas.
Dalam hal ini, penting melakukan eksperimen pendahuluan
ditujuan untuk melihat hal – hal yang mungkin terjadi dalam
proses pengambilan data, serta mendeteksi input penggangu
dalam pelaksanaan penelitian.
Dari beberapa penelitian yang sudah dilakukan dalam
menentukan nilai e/m menunjukan bahwa penentuan nilai e/m
dapat menggunakan beberapa persitiwa pembelokan yaitu
pembelokan akibat medan magnet, medan listrik maupun
menggabungkan keduanya ( Glascock,1972 ; suparno,dkk,2014).
Selain itu juga metode pengambilan data menggunakan analisa
berbantu software Logger Pro yang sudah banyak digunakan
pada dasarnya sama untuk berbagai bidang di fisika. Dalam
penelitian ini penggunaan analisa foto menunjukan kemudahan
dalam mengambil dan menganalis data penentuan nilai e/m.
Metode analisa ini dapat digunakan dalam berbagai
pengukuran untuk proses pembelajaran maupun penelitian di
bidang fiiska. Dalam bidang pembelajaran, dengan perangkat
kamera yang relatif mudah diperoleh para siswa akan
mempermudah pelaksanaan proses pembelajaran dikelas maupun
eksperimen. Metode ini dijadikan salah satu mata kuliah pilihan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
56
yang mempelajari pengukuran berbasis komputer. Dalam mata
kuliah ini, paar mahasiswa terbantu dalam proses pelkasanaan
ekperimen, khususnya dalam mengolah dan menampilkan hasil
data. Selain itu juga dengan menggunakna metosde ini data yang
diperoleh lebih banyak dan waktu yang di butuh dalam
eksperimen lebih secepat. Sehingga para mahasiswa bisa lebih
banyak berdiskusi menmbahas mengenaisi hasil eksperimennya.
Dalam bidang penelitian juga sudah sering dilakukan untuk
penelitian di berbagai bidang. Sehingga hasil penelitiannya bisa
dipublikasikan di artikel atau pertemuan Himpunan Fisika
Indonesia.
Eksperimen ini juga menyangkut beberapa bidang fisika
yang terkait dengan pembelajaran mekanika, listrik dan magnet,
serta fisika modern. Dalam bidang mekanika, mempelajari
mengenai lintasan gerak parabola. Dengan eksperimen ini para
siswa dapat melihat langsung proses pembentukan lintasan
parabola yang terjadi. Pada eksperimen ini juga dibahas mengenai
listrik dan magnet. Para siswa dapat belajar mengenai gejala
kelistrikan dan kemagnetan melalui gaya – gaya yang dialami
elektron akibat adanya medan listrik dan medan magnet.
Pembahasan mengenai fisika modern tentunya mempelajari
mengenai patrikel penyusun materi. Dengan penggunaan metode
ini proses pembelajaran di dalam semakin inovatif, sehingga para
siswa dapat terlibat aktif dalam proses pembelajaran di dalam
kelas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.Kesimpulan
1. Metode analisa foto dapat digunakan untuk menentukan nilai e/m
elektron dari lintasan elektron yang terbentuk berbagai peristiwa
pembelokan yaitu pembelokan akibat medan magnet, akibat medan
magnet dan listrik, dan dapat menenentukan nilai e/m dari lintasan
trochoidal yang terbentuk. Hasil pengamatan dianalisis menggunakan
bantuan software Logger Pro.
2. Nilai e/m yang diperoleh :
Tabel 5.1 Hasil nilai e/m dari peristiwa pembelokan
5.2.Saran
1. Bagi pembaca yang ing