PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN …PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA FOTO PEMBELOKAN...

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 :


NIM : 151424011

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019


v

LEMBAR PERSEMBAHAN

Hasil karya dan perjuangan ku persembahkan :

Bapak Yohanes Junedi

Ibu Daniela Rusiam

Theodorus Rivaldi Andre Sopian dan Agustinus Adriel Adriansyah


vii

ABSTRAK

PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGUNAKAN ANALISA FOTO

PEMBELOKAN LINTASAN ELEKTRON OLEH MEDAN MAGNET DAN

MEDAN LISTRIK


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


viii

ABSTRACT

The Determination of e/m Electrons Uses an Analysis of Photo Bending of The

Electron Path by Magnetic Fields and Elektric Fields


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


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.


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


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


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


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


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


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).


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


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


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.


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


6

Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil

eksperimen yang diperoleh.

BAB V Penutup

Bab V berisi kesimpulan dan saran


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


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


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


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


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


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


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 :


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’


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)


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 )


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


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


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


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)


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.


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)


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


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


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


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.


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


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


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


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


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)


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)


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).


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


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)


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


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 :

+ + + +

+ + + +


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


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


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


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


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


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


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


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.


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.


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,


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


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


49

elektron terhadap tegangan pada peristiwa pembelokan listrik,


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


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.


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 10

11 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.


52

Dengan cara yang sama, variasi arus kumparan untuk

peristiwa pembelokan ke bawah, maka diperoleh nilai e/m


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


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


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


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


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.


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 ingin melanjutkan atau melakukan penelitian ini

disarankan sebaiknya mengecek kesejajaran kamera terhadap set alat

setiap pengambilan data, sehingga dapat menghasilkan kualitas foto

lintasan elektron yang lebih baik.

2. Metode analisa foto juga dapat digunakan tidak hanya dalam pengukuran

nilai e/m, namun dalam berbagai bidang fisika eksperimen dan

pembelajaran fisika.

No Peristiwa pembelokan elektron Nilai e/m( x 1011

C/Kg)

1 Akibat medan magnet (0,7 ± 0,1 )

2 Akibat medan listrik dan magnet

pembelokan (3,35 ± 0,03)

3

Akibat kombinasi medan magnet dan

medan listrik membentuk lintasan

trochoidal

57


58

3. Eksperimen ini juga dapat digunakan dalam proses pembelajaran tingkat

SMA maupun dipakai dalam praktikum di Perguruan Tinggi,

dikarenakan dapat mempermudah guru, dosen maupun siswa dalam

pelaksanan eksperimen.


59

DAFTAR PUSTAKA

A.M. Portis and H.D. Young, Berkeley Physics Laboratory 2nd

edition, McGraw-

Hill Company, 1965.

Baiquni.1985. Fisika Modern.Jakarta : PN Balai Pustaka

Company, Nostrand van.1962. Modern College Physics. Canada : D. Van Nostran

Company

D.S. Edmonds, Cioffari’s Experiments in College Physics 9th

edition, D.C Heath

and Company, 1993.

E. Armitage, Practical Physics in SI, John Murray, 1982.

Felisia A. Dan Ignatius Edi, 2017, Pengukuran Visikositas dengan Bantuan Sensor

Gaya, Prosiding Pertemuan Ilmiah XXXI HFI Jateng & DIY, Yogyakarta.

Instruction Manual and Experimental Guide for the Pasco scientific model SE-9638

e/m Apparatus

Giancoli,Douglas . 2014. Fisika. Jakarta : Erlangga

Ishaq, Mohamad.2007. Fisika Dasar (Elektisitas dan Magnetisme).Yogyakarta :

Graha Ilmu

J. Howell, Correction for the radii of curvature for electron beam trajectories in

CENCO’s e/m apparatus, Am.J.Phys, vol 74, no 12, 2006, pp 1061-1065.

Johanes.1978. Listrik Magnet. Jakarta : PN Balai Pustaka

Klinken, Gerry van .1991. Pengantar Fisika Modern. Semarang : Satya Wacana

M. Glascock and D.M. Sparlin, Thomson’s e/m Experiment revisited, Am.J.Phys,

vol. 40, 1972, pp. 1663—1668.

Manual Deflection Tube TEL 525, Teltron Limited, London

Novita Dan Ignatius Edi, 2017, Pengukuran Koefisien Kontraksi Pada aliran Air

menggunakan Sensor gaya, Prosiding Pertemuan Ilmiah XXXI HFI Jateng

& DIY, Yogyakarta

Nuriyah, Lailatin dan A.M Juwono.2017. Elektromagnetisme.Malang : UB Press


60

Suparno, paul, dkk. 2014 . Praktikum Fisika . Yogyakarta : Universitas Sanata

Dharma

Sutarto.2015. Fisika Nuklir dan Partikel.Jakarta : Erlangga

Sutrisno, dan Tan IK 1979.Fisika Dasar Listrik, Magnet dan Termofisika. Bandung

: ITB

Tippler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknologi.Jakarta: Erlangga


61

LAMPIRAN

A. Pembelokan akibat medan magnet

1. Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet saat I = 0,113 A

dan Va = 3000 V

Gambar 1. Foto lintasan elektron akibat medan magnet dengan Va

3000 dan arus kumparan 0,113 A

Dari gambar 1 diperoleh hasil titik data, ditunjukan grafik 1 posisi y

terhadap posisi x akibat medan magnet

Grafik 1. Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron

akibat medan magnet, ketika tegangan pemercepat 3000 V dan arus

kumparan = 0113 A

Dari hasil titik data tersebut diperoleh tabel hubungan posiis y

terhadap posisi x akibat medan magnet

Tabel 1 hubungan posisi Y rehadap posisi x pada linatasan elektron

akibat medan magnet


1 -0,058 0,120 2,058 4,294


62

2 -0,251 0,185 2,251 5,158

3 -0,444 0,185 2,444 6,064

4 -0,669 0,217 2,669 7,232

5 -0,862 0,217 2,862 8,300

6 -1,055 0,281 3,055 9,474

7 -1,280 0,313 3,280 10,917

8 -1,538 0,345 3,538 12,688

9 -1,699 0,378 3,699 13,869

10 -1,892 0,442 3,892 15,366

11 -2,085 0,506 4,085 16,938

12 -2,310 0,571 4,310 18,861

13 -2,567 0,635 4,567 21,179

14 -2,760 0,699 4,760 23,012

15 -2,954 0,764 4,954 24,919

16 -3,147 0,828 5,147 26,901

17 -3,275 0,860 5,275 28,259

18 -3,468 0,925 5,468 30,365

19 -3,661 0,989 5,661 32,546

20 -3,887 1,085 5,887 35,195

21 -4,112 1,214 6,112 37,962

22 -4,305 1,311 6,305 40,408

23 -4,595 1,504 6,595 44,240

24 -4,820 1,600 6,820 47,309

25 -5,013 1,665 7,013 50,012

26 -5,238 1,793 7,238 53,286

27 -5,463 1,890 7,463 56,646

28 -5,689 2,019 7,689 60,123

29 -5,946 2,147 7,946 64,212

30 -6,171 2,244 8,171 67,890

31 -6,396 2,373 8,396 71,686

32 -6,622 2,501 8,622 75,584

33 -6,847 2,630 8,847 79,583

33 -7,008 2,726 9,008 82,503


63

Pembelokan berkas elektron akibat medan magnet saat I = 0,168 A

Gambar 2 Foto lintasan elektron akibat medan magnet dengan Va


Grafik 2 . Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron

akibat medan magnet, ketika tegangan pemercepat 3000 V dan

arus kumparan = 0168A

Tabel 2 Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron


arus kumparan = 0168A


1 -0,046 0,201 2,046 4,286

2 -0,216 0,235 2,216 5,029

3 -0,386 0,235 2,386 5,813

4 -0,591 0,303 2,591 6,864

5 -0,795 0,303 2,795 7,964

6 -0,999 0,337 2,999 9,166

7 -1,170 0,405 3,170 10,250

8 -1,374 0,439 3,374 11,604

9 -1,578 0,542 3,578 13,076


64

10 -1,749 0,576 3,749 14,341

11 -1,953 0,610 3,953 15,932

12 -2,157 0,712 4,157 17,640

13 -2,362 0,780 4,362 19,415

14 -2,600 0,882 4,600 21,603

15 -2,839 0,950 4,839 23,887

16 -3,077 1,053 5,077 26,302

17 -3,281 1,155 5,281 28,470

18 -3,486 1,291 5,486 30,739

19 -3,690 1,359 5,690 33,056

20 -3,860 1,461 5,860 35,074

21 -4,099 1,563 6,099 37,977

22 -4,269 1,632 6,269 40,117

23 -4,439 1,802 6,439 42,366

24 -4,644 1,904 6,644 45,091

25 -4,848 2,040 6,848 47,916

26 -5,052 2,142 7,052 50,807

27 -5,257 2,279 7,257 53,799

28 -5,461 2,381 7,461 56,858

29 -5,665 2,517 7,665 60,017

30 -5,836 2,619 7,836 62,708

31 -6,006 2,721 8,006 65,457

32 -6,176 2,789 8,176 68,247


65




Grafik 3. Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elektron

akibat medan magnet, ketika tegangan pemercepat 3000 V dan arus

kumparan = 0168A

Tabel 3Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron


arus kumparan = 0,296A


1 -0,058 0,120 2,058 4,294

2 -0,251 0,185 2,251 5,158

3 -0,444 0,185 2,444 6,064

4 -0,669 0,217 2,669 7,232

5 -0,862 0,217 2,862 8,300

6 -1,055 0,281 3,055 9,474

7 -1,280 0,313 3,280 10,917


66

8 -1,538 0,345 3,538 12,688

9 -1,699 0,378 3,699 13,869

10 -1,892 0,442 3,892 15,366

11 -2,085 0,506 4,085 16,938

12 -2,310 0,571 4,310 18,861

13 -2,567 0,635 4,567 21,179

14 -2,760 0,699 4,760 23,012

15 -2,954 0,764 4,954 24,919

16 -3,147 0,828 5,147 26,901

17 -3,275 0,860 5,275 28,259

18 -3,468 0,925 5,468 30,365

19 -3,661 0,989 5,661 32,546

20 -3,887 1,085 5,887 35,195

21 -4,112 1,214 6,112 37,962

22 -4,305 1,311 6,305 40,408

23 -4,595 1,504 6,595 44,240

24 -4,820 1,600 6,820 47,309

25 -5,013 1,665 7,013 50,012

26 -5,238 1,793 7,238 53,286

27 -5,463 1,890 7,463 56,646

28 -5,689 2,019 7,689 60,123

29 -5,946 2,147 7,946 64,212

30 -6,171 2,244 8,171 67,890





67

Grafik 4.Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron


arus kumparan = 0,402 A

Tabel 4 Hubungan antara posisi y terhadap x lintasan elketron


arus kumparan = 0,402A


1 -0,092 0,540 2,092 4,647

2 -0,173 0,560 2,173 5,003

3 -0,274 0,601 2,274 5,472

4 -0,416 0,641 2,416 6,157

5 -0,557 0,722 2,557 6,901

6 -0,679 0,783 2,679 7,567

7 -0,800 0,823 2,800 8,252

8 -0,901 0,884 2,901 8,859

9 -1,043 0,944 3,043 9,731

10 -1,144 1,025 3,144 10,397

11 -1,245 1,066 3,245 11,063

12 -1,407 1,167 3,407 12,190

13 -1,508 1,248 3,508 12,930

14 -1,589 1,288 3,589 13,524

15 -1,670 1,349 3,670 14,141

16 -1,791 1,430 3,791 15,087

17 -1,912 1,491 3,912 16,052

18 -2,014 1,592 4,014 16,904

19 -2,135 1,652 4,135 17,923

20 -2,256 1,753 4,256 18,992

21 -2,378 1,834 4,378 20,080

22 -2,499 1,956 4,499 21,218


68

23 -2,600 2,057 4,600 22,189

24 -2,701 2,158 4,701 23,180

25 -2,802 2,239 4,802 24,181

26 -2,883 2,320 4,883 25,005

27 -2,964 2,401 4,964 25,843

28 -3,085 2,502 5,085 27,113

29 -3,187 2,664 5,187 28,232

30 -3,288 2,744 5,288 29,332

31 -3,369 2,846 5,369 30,244

32 -3,449 2,906 5,449 31,150


69

B. Pembelokan lintasan elektron akibat medan listrik

1. Pembelokan lintasan elektron akibat medan listrik ke atas saat Va

sebesar 2000 V

Gambar 5 Foto lintasan elektron akibat medan listrik dengan Va

sebesar 2000 V

Dari hasil foto pada gambar 5 diperoleh titik data berpa grafik

hubungan posisi y terhadap x

Grafik 6 Hubungan antara posisi y terhadap x, ketika tegangan




70

Gambar 6 Lintasan elektron ketika berada dalam medan listrik

dan medan magnet saat tegagan 2000 v dan arus kumparan 0,224

A


sebesar 2300 V


sebesar 2000 V





71



A


sebesar 2500 V


sebesar 2500 V





72

Gambar 10. Lintasan elektron ketika berada dalam medan listrik


A


sebesar 2700 V


sebesar 2700 V





73



A


sebesar 3300 V


sebesar 3300 V





74


dan medan magnet saat tegangan 3300 v dan arus kumparan 0,315

A


sebesar 3500 V


sebesar 3500 V





75



A

7. Pembelokan lintasan elektron akibat medan listrik ke bawah saat

Va sebesar 2000 V


sebesar 2000 V



lebih positip dari keping atas


76



A


Va sebesar 2300 V

Gambar 19 Foto lintasan elektron akibat medan listrik ke bawah

dengan Va sebesar 2300 V





77



A


Va sebesar 2500 V







78



A


Va sebesar 2700 V







79



A


sebesar 3300 V







80



A


sebesar 3500 V







81



A

C. Pembelokan lintasan elektron berbentuk trchoidal

1. Lintasan elektron trochoidal saat tegangan sebesar 3000 V saat

arus 0,882 A mengalami pembelokan ke atas

Gambar 29. Foto lintasan elektron ke atas saat tegangannya 3000

V dan arus kumparannya 0,882 A.

Gambar 30 Pengukuran jarak maksimum Sm tegangannya 3000 V

dan arus kumparannya 0,882 A.


82












83


dan arus kumparannya 0,936 A








84










arus 0,855 A mengalami pembelokan ke bawah


85

Gambar 39. Foto lintasan elektron ke atas saat tegangannya 3000 V











86


arus 1,706A mengalami pembelokan ke atas












PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN …PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA FOTO PEMBELOKAN...

Documents

Transcript of PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN …PENENTUAN E/M ELEKTRON MENGGUNAKAN ANALISA FOTO PEMBELOKAN...