III. METODELOGI PERCOBAAN

Waktu dan Tempat : Laboratorium Eksperimen FMIPA UR pukul 10.00 wib

Nama Praktikum : Resonansi Spin Elektron

3.1 Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini ,yaitu:

1. ESR (Elektron Spin Resonansi)/ NMR ( Nuclear Magnetic Resonansi)2. ESR kit3. Plug in unit 230 V4. ESR Basic Unit5. ESR control Unit6. Parangan coil Helmholtz7. Dua chanel osiloskop digital PM 33828. Kabel screen BNC / 4mm ( diameter 4 mm)9. Ammeter DC10. Loruted Stand Rod11. Kabel-Kabel Sambungan

3.2 Prosedur Percobaan

1. Susun alat seperti gambar dibawah

+ - + -

Low Voltage Variable Low Voltage High Voltage

1. Periksa kedua kutub antara kedua kumparan yang arah arusnya sama dan tidak boleh berlawanan.

2. Hubungkan kabel dari high voltage ke tabung sinar elektron.3. Hubunngkan kabel dari low voltage kutub positif ketabung sinar elektron dan dari kutub

negatif ke hihg voltage kutub negatif.4. Hubungkan kabel dari variabel low voltahe kutub positif ke ampermeter positif dari kutub

negatif ke kumparan, kemudian dari ampermeter negatif hubungkan ke kumparan.5. Hubungkan paralel voltmeter terhadap varibel low voltage.6. Periksa sekali lagi sambungan-sambungan listriknya karena penyambungan yang salah

akan berakibat buruk pada alat-alat percobaan.7. Nyalakan catu daya tegangan tinggi untuk tabung, atur tegangan sehingga berkas elektron

terlihat jelas dilayar.Catat tegangan yang melalui plat yang ada dalam tabung untuk menentukan besarnya medan listrik yang dihasilkan,dan catat jga arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut.

8. Nyalakan catu daya 30 volt atau ACCU untuk kumparan Helmholtz sehingga menghasilkan medan magnet yang homogen. Dan amati berkas elektron yang terdapat dilayar,catat arah sinar yang searah sumbu x dan y.

A

+ -

IV. Hasil dan Pembahasan

4.1 Hasil

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan dilaboratorium maka hasil percobaan elektron spin magnetik dapat dilihat di Tabel Pengamatan 4.1 sbb :

NO F (MHZ)

V (Volt)

I (A)

V/div (V)

Ch 1 Ch 2

1. 13 0.5 0.01 0,5 0,5

2. 14 1 0.05 2 1

3. 15 1.5 0.16 5 1

4. 16 2 0.26 10 1

5. 17 2.5 0.3 10 1

6. 18 3 0.4 10 1

7. 19 3.5 0.48 20 1

8. 20 4 0.54 20 1

9. 21 4.5 0.60 20 1

10. 22 5 0.68 20 2

4.2 PEMBAHASAN

Dari data yang diperoleh pada tabel maka masing-masing parameter yang diinginkan dapat ditentukan melalui persamaan-persamaan dengan

Diket :

g = 2,0023

µB = 5,79 × 10-5 Ev/Tesla = 9,264 × 10-24 J/Tesla

ms = ± ½

T/div = 2 ms= 2 × 10-3

h= 6,63 × 10-34 Js

Ditanya:

B =.................??

Em=..................??

Jawab:

Rumus

1. Untuk frekuensi 13 MHz

f = 13 MHz = 13 ×106 Hzv = 0,5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(13×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 4,64653 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).( 4,64653 × 10-4 T).(±1/2)

B= h . fg . µB

Em=g .µB.B.ms

= ±8,6189 × 10-27 Joule

2. Untuk frekuensi 14 MHz

f = 14 MHz = 14 ×106 Hzv = 1 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(14 ×106 Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 5,003 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(5,003 × 10-4 T).(±1/2)

= ± 9,2802× 10-27 Joule

3. Untuk frekuensi 15 MHz

f = 15 MHz = 15 ×106 Hzv = 1,5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(15×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 5,36 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(5,36 × 10-4 T).(±1/2)

= ± 9,9424× 10-27 Joule

4. Untuk frekuensi 16 MHz

f = 16 MHz = 16 ×106 Hzv = 2 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(16×106Hz )(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 5,7188× 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(5,7188 × 10-4 T).(±1/2)

= ± 10,608× 10-27 Joule

5. Untuk frekuensi 17 MHz

f = 17 MHz = 17 ×106 Hzv = 2,5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(17×106Hz )(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 6,0762 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(6,0762 × 10-4 T).(±1/2)

= ± 11,271× 10-27 Joule

6. Untuk frekuensi 18 MHz

f = 18 MHz = 18 ×106 Hzv = 3 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(18×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 6,4336× 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).( 6,4336× 10-4 T).(±1/2)

= ± 11,934× 10-27 Joule

7. Untuk frekuensi 19 MHz

f = 19 MHz = 19 ×106 Hzv = 3,5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(19×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 6,8248 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(6,8248 × 10-4 T).(±1/2)

= ±12,6597 × 10-27 Joule

8. Untuk frekuensi 20 MHz

f = 20 MHz = 20 ×106 Hzv = 4 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(20×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 7,14851 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).(7,14851 × 10-4 T).(±1/2)

= ±13,26 × 10-27 Joule

9. Untuk frekuensi 21 MHz

f = 21 MHz = 21 ×106 Hzv = 4,5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(21×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 7,50594 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).( × 10-4 T).(±1/2)

= ±13,923 × 10-27 Joule

10. Untuk frekuensi 22 MHz

f = 22 MHz = 22 ×106 Hzv = 5 volt

Jawab:

B = h . fg . µB =

(6,63×10−34 Js) .(22×106Hz)(2,0023 ) .(9,264×10−24 J /T )

= 7,86333 × 10-4 Tesla

Em = g .µB.B.ms

= (2,0023).( 9,264 × 10-24 J/T).( × 10-4 T).(±1/2)

= ±14,586 × 10-27 Joule

V. Analisa Data

Tabel 5.1 Hasil Perhitungan

NO F(MHz)

V(Volt)

I(A)

B(× 10-4 T)

Em

(× 10-27 J)

1 13 0.5 0.01 4,64653 4,309495

2 14 1 0.05 5,003 9,2802

3 15 1.5 0.16 5,36 9,9424

4 15 2 0.26 5,7188 10,608

5 17 2.5 0.3 6,0762 11,271

6 18 3 0.4 6,4336 11,934

7 19 3.5 0.48 6,8248 12,6597

8 20 4 0.54 7,14851 13,26

9 21 4.5 0.60 7,50594 13,923

10 22 5 0.68 7,86333 14,586

Semakin tinggi frekuensinya maka medan magnet (B) dan energi resonansi (Em) juga akan semakin besar, begitu juga sebaliknya. Dengan demikian yang mempengaruhi besar kecilnya nilai medan magnet (B) dan energi resonansi (Em) yaitu frekuensi (F).

GRAFIK HUBUNGAN F TERHADAP B DAN GRAFIK HUBUNGAN F TERHADAP Em

12 14 16 18 20 22 240

1

2

3

4

5

6

7

8

9

GRAFIK B TERHADAP B

Frekuensi( MHz)

8 9 10 11 12 13 14 150

5

10

15

20

25

GRAFIK F TERHADAP Em

VI. Kesimpulan

Dari serangkaian percobaan dan analisa data maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Apabila elektron diberikan medan magnet luar maka garis-garis spektrum akan terpecah baik secara normal maupun anamolus.

2. Fenomena pecahnya spektrum atom mengindikasikan bahwa elektron di samping mengorbit inti, juga melakukan putaran (pusing) terhadap dirinya sendiri yang lazim disebut spin. Ini dibuktikan melalui berbagai analisis eksperimen terhadap garis-garis halus (fine-structure) dengan mengijinkan atom dari berbagai materi melalui medan magnet eksternal.

3. Resonansi spin elektron merupakan fenomena yang dijumpai pada proses momen magnet dan momentum sudut.

4. Resonansi spin elektron mengacu pada prinsip fisika yaitu resonansi dari suatu elektron terhadap medan magnet.

5. Semakin tinggi frekuensinya maka tegangan (V) dan arus (I) juga semakin besar, begitu juga sebaliknya.

6. Semakin tinggi frekuensinya, maka medan magnet (B) dan energi resonansi (Em) juga akan semakin besar, begitu juga sebaliknya.

Energi Resonansi Em

ELEKTRON SPIN RESONANSI ( ESR)

I. TUJUAN

1. Menentukan medan magnet dengan frekuensi resonansi elektron yang berbeda-beda.

2. Menentukan tingkat energi dari elektronpada frekuensi resonansi

II. TEORI DASAR

Resonansi spin elektron mengacu pada prinsip fisika yaitu resonansi dari suatu electron

terhadap medan magnet. Banyak atom yang memiliki momen magnetik yang bertingkah laku

seperti batang magnet yang berputar, dimana medan magnet ini berputar cenderung berarah

sejajar dengan momen magnetnya. Atom-atom yang berputar ini dapat berinteraksi dengan

medan luar dan menghasilkan sinyal-sinyal yang dapat diukur.

ESR merupakan fenomena yang dijumpai pada proses momen magnet dan momentum

sudut. Guna mamahami fenomena ESR, kita perlu mengenal terlebih dahulu mengenai momen

magnet dan presisi spin.

Medan magnetic electron tak berpasangan dengan total momentum sudut dalam suatu

medan magnetic dengan asumsi state energi diskrit adalah :

Em = - gi . UB . m . B, Dimana : m = -j . –j = 1 ……j

UB = 9.2732 . 10-24 J/K : Magnetron Bohrgi : Faktor g

Bila medan magnet frekuensi tinggi dengan frekuensi U digunakan tegak lurus dengan

medan magnet pertama, dengan magnet ini mengeksitasi transmisi antara keadaan tertekan bila

medan ini memenuhi resonansi :

ho = Em + 1 – Em

h = Konstanta Plank

Ini merupakan dasar dari resonansi spin electron, dimana signal resonansi dideteksi

dengan menggunakan teknik radio frekuensi. Elektron- electron dapat dipandang sebagai electron

bebas.

Factor g sedikit terdevisiasi dari electron bebas (g = 2.0023). dan frekuensi resonansi v

dalam medan magnet 1 m T kira-kira 78.0 MHz. Sebenarnya dasar dari resonansi spin electron

adalah untuk menyelidiki medan magnet internal dari suatu sample yang dibangkitkaan dengan

momen magnetic dari electron- electron dan inti atom terdekat.

Dua eksperimen pertama dari dua tujuan diatas adalah membuktikan resonansi spin

electron pada diphenyl – picaryl – hidrasyl (DDPH) adlah radikal dimana electron bebas berada

dalam atom nitrogen.

Konfigurasi sederhananya pada eksperimen pertama medan megnet B yang memenuhi

kondisi electron ditentukan dari tiga frekuensi respnansi yang berbeda, v , p. Pada eksperimen

kedua frekuensi resonansi dapat diset dalam range 13 – 130 MHz. Maksud dari evaluasi dari

kedua kasus ini dapat menentukan factor g. sedangkan pada tujuan kedua diatas adalah

membuktikan absorpsi resonansi dengan menggunakan rangkaian oscillator pasif.

Jika kita ambil sebagai contoh atom hidrogen maka gerak orbit pada atom ini bergantung

pada momentum sudut L yaitu besar dan arahnya, bila sebuah elektron berputar sebanyak f

putaran/ detik dalam orbit lingkaran jari-jari (r) maka arus menghasilkan :

i=−eυA=πr 2

................(1) sedangkan

Moment magnet

μ=1 A=eυ . πr2............(2)

Momentum sudut

L=2mυπ r2..................(3)

Jika

μL

=eυπ r2

2mυπ r2

μL

=e2m

μ=eL2m ............(4)

Untuk suatu orbit elektron faktor orbital

G=L maka

μe=eη

2meL

..................(5)

μl=μB

μL

.....................(6)

μB=e

2mη= eh

2m 2π ........(7)

e=mua tan elektron=1,6 x10−19 coulombm=massaelektron=9,1 x10−28 gramh=tetapanplank=6,3 x10−34 jsμB=bhormagnetron=5 ,79 x10−5eV / tesla

Spin elektron

Elektron dianggap sebagai bola bermuatan yang berputar pada sumbunya sehingga geraknya

berhubungan dengan momentum sudut. Karena elektron bermuatan negatif. Maka moment

magnet elektron μsberlawanan arah dengan momentum sudut elektron.

Bila S: bilangan spin elektron maka menurut teori drive maka harga s diperbolehkan s =1/2,

sehingga besarnya momentum sudut spin elektron.

S=√s (s+1) h2π ......................(8)

Untuk S kearah Z

Se=ms μ=±1

2μ

………………(9)

Ms=+1/2 bilangan kwantum spin electron

Moment magnet karena spin:

PERCOBAAN II

ELEKTRON SPIN RESONANSI

OLEH:

Nama : OKTA FOLORENSE TOBING

NIM :1303112191

Dosen : Drs. WALFRED TAMBUNAN, M.Si

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA Dan ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2014