TEKNIK LABORATORIUM IPERCOBAAN TETES MINYAK MILIKAN

Oleh :

PRIMASARI NUR ARIF (080210102001)

WAHYUNI FAJAR (080210102013)

IWAN WICAKSONO (080210102027)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JEMBER

2010

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Percobaan Milikan disebut sebagai percobaan oil-drop karena dirancang untuk mengukur muatan

listrik. Percobaan ini disebut Milikan karena pada tahun 1869 – 1953 oleh Robert A. Milikan melakukan

percobaan dengan meneteskan minyak melalui dua plat logam dengan beda potensial yang dapat diatur

sehingga gaya elektrolistrik mampu membuat tetes minyak berhenti. Minyak jatuh dengan percepatan

tetapi dengan adanya gaya gesekan sehingga kecepatannya minyak tetap (kecepatan termal). Jika kedua

plat diberi tegangan, maka partikel (tetesan minyak) yang merupakan partikel elektron (+) sedangkan

yang bergerak ke bawah adalah proton (-). Tetesan yang mengalami ke atas dapat berupa gaya stokes,

gaya Archimedes, dan gaya gerak ke bawah. Selain itu dalam percobaan ini dengan menyeimbangkan

gaya – gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada diantara dua

plat konduktor.

Pada rangkaian tetes minyak Milikan menggunakan peralatan seperti Milikan Oil-drop apparatus,

adaptor DC 12 Volt, high voltage DC power supply, multimeter digital, atomizer + minyak, stopwatch,

dan barometer. Setelah semua peralatan siap, lampu halogen dan adaptor DC 12 Volt dinyalakan. Jarum

pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber kemudian diamati melalui mikroskop. Atomizer

disemprotkan kedalam chamber yang telah dibuka setelah terisi pindahkan pada posisi ionisasi tunggu

beberapa detik kemudian pindahkan ke posisi off. Setelah itu amati tetesan minyak yang telah disemprot

tersebut pada mikroskop. Atur jarak yang telah ditentukan baik pada saat kecepatan naik maupun turun.

Amati waktu yang digunakan pada saat kecepatan turun maupun kecepatan naik, waktu yang digunakan

untuk melintasi skala utama sekiar 15 detik.

Eksperimen tetes minyak Milikan dapat menambah wawasan tentang menentukan muatan satuan

elektron (e), menetukan bilangan Avogadro (N), berdasarkan persamaan Faraday, dan mengetahui sifat

diskrit dari muatan elektron. Dengan demikian dapat diketahui bahwa muatan listrik elektron sangat

penting untuk dipelajari selain itu banyak gejala – gejala fisika yang dapat terjawab, seperti adanya sifat

magnet, mengalirnya arus listrik, peristiwa ikatan atom yang ada hubungannya dengan elektron. Dengan

pengetahuan tersebut dapat menuju kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari eksperimen ini adalah :

1. Bagaimana menentukan muatan satuan elektron (e) ?

2. Bagaimana menentukan bilangan Avogadro (N) berdasarkan persaman Faraday ?

3. Bagaimana sifat diskrit dari muatan elektron ?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari eksperimen ini adalah :

1. Menentukan muatan satuan elektron (e).

2. Menentukan bilangan Avogdro (N) berdasarkan persamaan Faraday.

3. Menunjukkan sifat diskrit dari muatan elektron.

1.4 Manfaat

Dengan adanya eksperimen tetes minyak Milikan ini dapat menambah wawasan bagi mahasiswa

karena dapat menentukan muatan satuan elektron (e), menentukan bilagan Avogadro (N), dan

menunjukkan sifat diskrit dari muatan elektron. Selain itu, dalam kehidupan juga merupakan suatu

penemuan penting yang dapat menjelaskan fenomena fisika seperti adanya sifat magnet, mengalirnya

arus listrik, peristiwa ikatan atom yang ada hubungannya dengan elektron yang kemudian menjadi dasar

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Elektron merupakan partikel dasar penyusun atom yang ditemukan dengan menggunakan tabung

kaca yang bertekanan sangat rendah yang tersusun dari plat logam sebagai elektroda pada bagian ujung

tabung. Elektroda dengan kutub negative (katoda), dan elektroda dengan kutub positif (anoda). Elektron

mempunyai peran yang besar dalam memahami gejala kelistrikan dan kemagnetan sampai pada saat ini.

J.J Thompson melakukan percobaan tabung sinar katoda yang menghasilkan tetapan standard e (e/m).

Pada tahun 1868 – 1953 oleh Robert A Milikan melakukan percobaan Milikan yang disebut sebagai

percobaan oil-drop karena dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Percobaan ini dilakukan

dengan menyeimbangkan gaya – gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang

berada diantara dua plat elektroda.

Tetesan yang mengalami gaya ke atas berupa gaya stokes, gaya Archimedes, dan gaya gerak ke bawah. Jika kedua plat diberi tegangan, maka partikel (tetesan minyak) akan bergerak. Partikel yang bergerak ke atas disebut partikel elekton (+) dan partikel bergerak ke bawah disebut proton(-).Jomla.2009.

Medan listrik yang dihasilkan dari kedua plat akan menarik muatan listrik dari tetesan minyak

bagain atas, dan jika beda tegangan diatur agar bisa mengimbangi pada tetes minyak maka partikel –

partikel minyak yang mengandung muatan tersebut akan melayang karena adanya gaya keseimbangan.

Pada keadaan ini gaya gravitasi sama dengan elektrostatik sehingga muatan dapat diketahui besarnya.

Secara umum muatan nya dapat diperoleh melalui :

Flistrik = W

qE = mg

q = ………………………………(1)

milikan mengamati bahwa hasil dari muatan listrik yang diperoleh selalu kelipatan dari 1,602 10¯¹⁹ C,

sehingga dari percobaan tetes minyak Milikan diperoleh harga muatan yang dimiliki oleh partikel kecil

elektron.

Jadi bilangan tersebut disebut e = 1,602 x 10¯¹⁹ C. Dari hasil harga muatan elektron (e) maka secara akurat dan telah menunjukkan bahwa sifat muatan diskrit yang artinya elektron ada di dalam bentuk paket – paket yang disebut kuanta.Djuhana. 2008.

Dalam percobaan ini elektron dapat bergerak ke atas dan ke bawah. Gaya – gaya ke atas dengan

medan listrik yang terjadi pada percobaan ini adalah :

1. Gaya berat karena setiap benda yang mempunyai massa pasti mengalami yang berat dimana W =

mg

2. Gaya stokes merupakan gaya ke atas, semua berada jauh baik di dalam air yang akan mengalami

gaya ke atas sehingga terjadi penghambatan sampai kecepatan menjadi konstan.

Fs = 6 π r Vr

3. Gaya listrik pada plat konduktor diberi beda potensial (V).

Fl = qE

Gambar 2.1 gaya – gaya pada tetes minyak milikan

Sumber :

Pada gaya ke atas terpenuhi kesetimbangan gaya

Fg = Fs……………………………………(2)

Mg = kvf……………………………………(3)

Dimana m massa mimyak dimuati yang kemudian diletakkan diantara dua plat konduktor yang berbeda

tegangan sebesar ΔV maka tetes mimyak dapat bergerak ke atas.

Potensial listrik di suatu tempat dalam ruangan sebagai usaha yang dilakukan oleh suatu satuan muatan listrik apabila muatan dibiarkan bergerak menuju tempat jauh tak terhingga. (Soedojo, 1998).

Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan m= πα3σ, sehingga

persamaan di atas menjadi:

en = πα3σg ………..…………………(4)

Percobaan yang dilakukan oleh millikan dapat menyingkap secara meyakinkan bagiamana sifat muatan

listrik dan harga muatan suatu elektron (en) maupun bilangan Avogadro (N) dalam satuan sistem

internasional yaitu dengan persamaan:

en = πα3σg 3/2 …………………..(5)

Sedangkan bilangan Avogadro (N) adalah:

N = …………………(6)

en = muatan tetes minyak (Columb)

Dalam percobaan ini bukan hanya memahami elektron, medan listrik tetapi juga mekanika fliuda

yang berperan dalam percobaan ini. Dimana fluida merupakan aliran atau garis – garis arus dalam medan

aliran yang dibuat pada saat waktu tertentu, sehingga kecepatan fluida pada setiap titik dalam garis

merupakan garis singgung terhadap garis arus.

Partikel – pertikel fluida bergerak rambang. Apabila zat warna yang disuntuikkan ke dalam arus akan tersebar dan berdifusi keseluruh medan aliran. (Pitts, 1987).

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah :

1. Milikan oil-drop Apparatus berfungsi untuk merubah tegangan (+ atau -) sehingga akan merubah

arah gerak tetes minyak.

2. Adaptor DC 12 Volt berfungsi untuk menghasilkan tegangan DC 12 Volt pada lampu halogen.

3. High voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan.

4. Multimeter digital berfungsi sebagai pengukur tegangan.

5. Atomizer + minyak (σ = 886 kg/m³) berfungsi untuk menyemprotkan minyak Milikan ke dalam

chamber.

6. Barometer berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan udara pada saat pelaksanaan eksperimen.

3.2 Desain

Adapun desain dari rangkaian tetes minyak Milikan ini adalah :

Gambar 3.2 susunan eksperimen tetes minyak Milikan

3.3 Langkah Kerja

Adapun urutan langkah kerja yang harus dilakukan eksperimen ini adalah :

1. Peralatan disusun seperti gambar 3.2.

2. Setelah peralatan siap, lampu halogen dinyalakan dengan memasang adaptor DC 12 Volt.

3. Jarum pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber kemudian diamati melalui mikroskop, lensa

belakang diatur sehingga dapat teramati dengan jelas pada jarum pemfokus. Sedangkan lensa depan

diatur sehingga dapat terlihat grid dengan jelas. Kemudian jarum pemfokus dipindahkan dari

chamber.

4. Atomizer yang berisi minyak disiapkan pada posisi siap disemprot,arahkan nozzle atomizer tegak

lurus pada lubang chamber. Switch ionization source lever dipindahkan pada posisi SRAY

DROPLET.

5. Sambil chamber diamati melalui mikroskop, atomizer disemprot dengan dua kali tekan agar tetes

minyak dapat terdorong masuk ke dalam chamber.

6. Bila sudah terlihat hujan tetesan – tetesan minyak ionization segera dipindahkan pada posisi OFF.

7. Plat konduktor diposisikan pada posisi nol (ground). Dipilih satu tetes yang memiliki kecepatan

sekitar 0,02 – 0,05 mm/s, kemudian dicatat kecepatan jatuh tetes minyak tersebut. Jarak skala utama

sebesar 0,5mm. waktu yang diperlukan untuk melintasi skala utama diperkirakan sekitar 15 detik.

8. Dengan menembakkan sinar alpha, ionization lever dipindahkan keposisi ON selama 3 – 4 detik

untuk diberi muatan yang sama pada tetes. Pada plat konduktor diberi tegangan DC dan switch dari

nol dipindahkan ke positif. Dengan diubah tegangan tegangan (+ atau -) maka akan merubah arah

gerak tetes minyak agar bergerak ke atas, kemudian dicatat kecepatan naik tetes minyak pada tabel

pengamatan.

9. Tegangan pada plat konduktor (ground) dilepas, maka tetes akan jatuh dan kecepatan jatuh dicatat

pada tabel pengamatan.

10. Pengukuran dilakukan sebanyak 11 pasang baik kecepatan naik maupun kecepatan turun sebaiknya

menggunakan satu tetes minyak saja.

3.4 Analisa Data

Adapun analisa data yang akan digunakan dalam eksperimen ini adalah :

Hambatan termistor:……

Tekanan ruang:…………

Pengukuran

tetes ke-

Kecepatan turun Kecepatan naik Muatan

tetes

minyak

(C)

Jarak

(m)

Waktu

(s)

Jarak

(m)

Waktu

(s)

1 s/d 11

3.5 Metode Analisis

Adapun metode analisis dari eksperimen ini adalah :

Untuk menentukan kecepatan naik dan turun digunakan rumus:

dimana : v = Kecepatan tetes minyak ( )

s = Jarak tempuh tetes minyak (m)

t = Waktu (s)

Ralatnya : ;

dimana : dan

Untuk menentukan jari-jari tetes minyak millikan untuk setiap data

dimana : a = jari-jari tetes minyak (m)

= viskositas udara ( )

= kecepatan jatuh stasioner

g = percepatan gravitasi

= rapat massa minyak

= rapat massa udara

Ralatnya

dimana :

Untuk menentukan muatan elektron digunakan rumus

dimana:

= viskositas udara ( )

g = percepatan gravitasi

= rapat massa udara

Ralat

dimana:

Dikrepansi

Menentukan bilangan Avogadro (N)

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Data hasil percobaan

percobaan jarak waktu jarak waktu

ke- turun naik

1 0.0005 11.85 0.0005 13.64

2 0.0005 11.71 0.0005 12.9

3 0.0005 11.64 0.0005 15.79

4 0.0005 12.22 0.0005 14.24

5 0.0005 11.07 0.0005 13.03

6 0.0005 11.7 0.0005 13.38

7 0.0005 12.73 0.0005 14.67

8 0.0005 11.46 0.0005 14.2

9 0.0005 11.8 0.0005 15.11

10 0.0005 11.04 0.0005 13.68

11 0.0005 12.9 0.0005 15.83

Rata - rata 11.8291 14.224545

a. Perhitungan s dan t

∆s ∆t turun ∆t naik

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.5652265 0.979066

0.00025 ∆t^2 turun ∆t^2 naik

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.00025 0.319481 0.9585702

0.319481 0.9585702

0.319481 0.9585702

0.319481 0.9585702

b. Kecepatan naik dan turun

vf vr

4.21941E-

05

3.66569E-

05

c. Ralat kecepatan naik dan turun

Turun

∂v/∂s ∂v/∂t ∆v vf

0.0071214

1.26785E-

11 1.4346E-05

4.21941E-

05

Naik

0.005374911

7.22242E-

12

1.24633E-

05

3.66569E-

05

d. Beberapa perhitungan penting

e. Ralat untuk radius tetes minyak

f. Muatan-muatan tetes minyak

Ralat untuk muatan tetes minyak

d af ρ b ∆V vf vr ∆vf ∆vr p

7.

67

E-

03

6.

3

E-

0

7

0

.

0

0

1

1

8

9

6

8

.

2

0

E

-

0

3

50

3.

6

6

5

6

9

E-

0

5

4.21

941E

-05

1.4

346

E-

05

1.2

463

3E-

05

0

.

7

6

8

g. Ralat untuk

∂en/∂a∂en/

∂vf

∂en/

∂vr∂en/∂p ∆enf

∆enf(p

)enf

1.5906

3E-16

-

9.7296

4E-16

1.1199

4E-15

-

5.6209

3E-10

5.2116

9E-18

2.9354

7E-10

2.6976

9E-18

ρ ρ0 η σ

0.00118961.2929

1.87E-

05886

untuk af

∆vf ∂a/∂v ∆af af

1.4346E-

05

2.53335E-

19

3.63434E-

24 6.3E-07

1.6246

8E-16

-

1.0287

8E-15

1.1333

2E-15

-

5.8240

6E-10

5.5435

E-18

3.0415

6E-10

2.8035

E-18

1.6390

7E-16

-

8.4048

3E-16

1.1401

4E-15

-

5.3432

1E-10

4.5424

8E-18

2.7904

4E-10

2.5758

9E-18

1.5071

5E-16

-

9.3197

E-16

1.0860

3E-15

-

5.3782

6E-10

4.9159

5E-18

2.8087

4E-10

2.5614

6E-18

1.7915

7E-16

-

1.0185

1E-15

1.1988

4E-15

-

6.0574

E-10

5.6446

E-18

3.1634

2E-10

2.9570

9E-18

1.6265

8E-16

-

9.9187

E-16

1.1342

9E-15

-

5.7284

7E-10

5.3469

1E-18

2.9916

4E-10

2.7580

8E-18

1.4032

1E-16

-

9.0465

4E-16

1.0425

2E-15

-

5.1367

4E-10

4.6753

E-18

2.6826

1E-10

2.4215

4E-18

1.6855

4E-16

-

9.3459

2E-16

1.1580

5E-15

-

5.6674

4E-10

5.0906

2E-18

2.9597

6E-10

2.7428

7E-18

1.6010

6E-16

-

8.7830

8E-16

1.1246

8E-15

-

5.3851

4E-10

4.7146

2E-18

2.8123

3E-10

2.5872

6E-18

1.7993

5E-16

-

9.7011

6E-16

1.2021

E-15

-

5.9381

2E-10

5.3836

9E-18

3.1011

2E-10

2.9008

3E-18

1.3703

E-16

-

8.3836

3E-16

1.0287

8E-15

-

4.9093

1E-10

4.3040

6E-18

2.5638

4E-10

2.3066

6E-18

h. Nilai elektron (e)

e

1.69E+01

i. Diskrepansi

∆

15.65504531

j. Bilangan Avogadro (N)

N

3.61208E+25

k. Grafik

4.2 Pembahasan

Pada percobaan tetes minyak milikan ini mencoba untuk menganalis tentang kecepatan naik dan

kecepatan turun dengan menggunakan Milikan oil drop apparatus untuk mengetahui sifat diskrit muatan

elektron, menentukan muatan satuan elektron (e) dan dapat Menentukan bilangan Avogadro (N)

berdasarkan persamaan Faraday.

Percobaan pertama yang dilakukan adalah dengan mengamati kecepatan turun dari minyak akibat

adanya pengaruh gravitasi. Kecepatan turun tetesan semakin cepat dan waktu pada saat tetes minyak

turun tidak beraturan sehingga dari data yang diperoleh menunjukkan hasil yang tidak stabil. Dengan

jarak yang di butuhkan pada saat turun adalah 0.0005 m. Percepatan elektron pada kecepatan turun ini

lebih kecil daripada kecepatan naik.

Pada percobaan yang kedua yaitu kecepatan naik, yang ditimbulkan adanya gaya Stokes ke atas.

Dari hasil pengamatan bahwa semakin lama kecepatannya semakin lambat dan data yang diperoleh tidak

stabil sehingga nilainya acak sama seperti yang terjadi pada nilai kecepatan turun. Percepatan elektron

pada kecepatan naik lebih besar daripada kecepatan turun.

Hal yang menyebabkan kecepatan naik lebih besar dari kecepatan turun karena dipengaruhi dari

pemberian tegangan listrik setiap kecepatan naik. Untuk memperoleh kecepatan keatas maka pada

lempeng atau plat di beri beda potensial sehingga tetes minyak mengalami gaya keatas (Stokes) yang

dipercepat oleh adanya beda potensial tersebut. Agar tetes minyak dapat bergerak ke atas, maka tetes

minyak perlu diberi muatan yaitu dengan menembakkan sinar alfa. sinar alfa yang ditembakkan

sebaiknya tidak berlebihan karena dapat membuat muatan pada tetes minyak tersebut menjadi netral.

Dari hasil percobaan muatan elektron memiliki sifat diskrit yaitu elektron ada di dalam bentuk

paket – paket yang disebut kuanta. Harga muatan elektron menurut teori yaitu C,

sedangkan hasil dari eksperimen untuk nilai e bekisar 10ˉ¹⁸, hasil yang diperoleh hampir mendekati kata

sempurna dan hampir sesuai dengan teori, karena selisih pangkatnya tidak begitu jauh. Sedangkan nilai

dari bilangan Avogadro (N) yang diperoleh 3.61208x10²⁵, nilai bilangan Avogadro (N) yang diperoleh

dari pengamatan dengan menggunakan nilai e yang di dapat. Sehingga dari sini dapat diperoleh grafik

hubungan antara muatan elektron dan jumlah elektron, hasil yang diperoleh sesuai dengan yaitu garis

linier.

Dari eksperimen yang telah dilakukan bisa dikatakan cukup bagus walaupun ada sedikit kendala

pada saat akan mengamati elektron karena terlalu banyak elektron sehingga untuk memilih satu elektron

butuh ketelitian yang sangat besar agar memperoleh nilai yang akurat dan waktu yang dibutuhkan juga

sesuai dengan teori.

BAB 5 PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari eksperimen ini adalah

1. kecepatan turun tetesan semakin cepat sehingga dari data yang diperoleh menunjukkan hasil yang

tidak stabil. Percepatan elektron pada kecepatan turun ini lebih kecil daripada kecepatan naik.

2. semakin lama kecepatannya semakin lambat dan data yang diperoleh tidak stabil sehingga nilainya

acak seperti yang terjadi pada nilai kecepatan turun. Percepatan naik lebih besar daripada kecepatan

turun.

3. Dari hasil percobaan muatan elektron memuliki sifat diskrit yaitu elektron ada di dalam bentuk paket

– paket yang disebut kuanta. Harga muatan elektron yang menurut teori yaitu

C, sedangkan hasil dari eksperimen untuk nilai e bekisar 10ˉ¹⁸, hasil yang diperoleh hampir

mendekati kata sempurna dan hampir sesuai dengan teori, karena selisih pangkatnya tidak begitu

jauh. Grafiknya berupa garis linier yang sesuai dengan teori.

4. Nilai dari bilangan Avogadro (N) yang diperoleh 3.61208x10²⁵, nilai bilangan Avogadro (N) yang

diperoleh dari pengamatan dengan menggunakan nilai e yang di dapat.

5.2 Saran

Bagi tiap praktikan sebelum melakukan eksperimen di mohon dapat memahami dan mempelajari

materi tentang apa yang akan dilakukan pada saat eksperimen. Agar tidak akan terjadi kesalahan

dalam mengamati, sehingga dapat memperoleh nilai yang akurat dan sesuai dengan teori. Selain itu

alat – alat yang akan digunakan juga harus dipersiapkan agar tidak menghambat jalannya

eksperimen.

DAFTAR PUSTAKA

Azman, Nur. 1983. Teori dan Soal Penyelesaian Modern. Surabaya : Sinar Wijaya

Dede Djuhana. 2008. Milikan. www.upscole utoronto.ca/iyearlab/milikan.pdf.7 November 2009

Jomla.2009.http://www.fisikaasyik.com/pdf.listrik statis. 29 Oktober

Soedojo, Peter. 1992. Azas – Azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta

Pitts, Donald R. 1987. Perpindahan kalor : Jakarta. Erlangga