PERCOBAAN II TETESAN MILIKANI. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mengetahui pengaruh kecepatan naik dan kecepatan turun tetes minyak terhadap penentuan nilai muatan tetes. 2. Membuktikan Hukum Faraday berdasarkan nilai muatan partikel minyak dan sifat diskrit dari muatan elektron.

II.

DASAR TEORI Dalam percobaan tetes minyak Millikan, gerakan kecepatan bintik minyak dapat dibuat dalam tiga keadaan, yaitu gerak ke bawah karena pengaruh gaya berat, gerak searah gaya berat dengan pengaruh gaya berat dan medan listrik, serta gerak berlawan arah gaya berat dengan pengaruh medan listrik dan gaya berat. Keadaan pertama adalah gerak bintik minyak karena pengaruh gaya gravitasi. Pada kondisi ini bintik minyak bergerak dengan kecepatan konstan. Walaupun dalam kondisi yang sering kita jumpai di lingkungan kita bahwa benda yang bergerak ke bawah karena pengaruh gravitasi akan bergerak berubah beraturan. Hal ini disebabkan gaya gesekan udara sangat kecil dibandingkan dengan gaya tarik bumi, sehingga gaya gesekannya dapat diabaikan. Lain halnya pada percobaan tetes minyak Milikan, gaya gesekan fluida dalam hai ini udara dengan bintik minyak sangat mempengaruhi laju bintik minyak tersebut. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut dalam hal ini adalah udara. Viskositas pada fluida pada dasarnya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida saat lapisan-lapisan tersebut bergerak. Secara rinci gaya gesek dalam fluida dijelaskan dalam hukum Stokes. A. Gerak ke bawah tanpa medan listrik

Setelah minyak disemprotkan dengan atomiser ke dalam ruang antar kedua plat kapasitor, maka tetesan minyak yang jatuh pada awalnya mengalami percepatan. Karena adanya gaya gesek yang menghambat gerakan yaitu viskositas udara, maka pada saat tertentu akan mencapai laju konstan. Dalam waktu yang bersamaan atur posisi Ionisation Source Lever ke ON untuk memberikan muatan pada bintik minyak saat melewati Droplet Hole Cover yaitu ruang antara kedua pelat kapasitor yang telah di beri muatan. Jika bintik minyak telah nampak dan sudah ada sudah bintik minyak yang termuati, maka dipindahkan kembali Ionisation Source Lever diatur ke posisi OFF. Setelah bintik minyak nampak dalam ruang antara kedua plat, maka untuk mengetahui apakah sudah bermuatan diputar posisi Plate Charging Switch ke arah positif. Jika bintik minyak bergerak ke atas ke arah plat positif, maka bintik minyak tersebut bermuatan negatif. Tetapi jika ada bintik minyak yang bergerak ke bawah ke plat negatif, maka bintik minyak itu bermuatan positif. Sebaliknya jika saklar Plate Changing Switch diputar ke arah negatif, maka plat bagian atas bermuatan negatif dan plat bagian bawah bermuatan posisif. Sehingga tetes minyak yang bergerak ke atas bermuatan positif, dan yang bergerak ke bawah bermuatan negatif. Pada bagian ini akan dijelaskan gerak bintik minyak tanpa pengaruh medan listrik Muatan listrik yang dikandung oleh sebuah partikel dapat dihitung dengan mengukur gaya yang dialami partikel dalam kuat medan listrik yang diketahui nilainya. Keberhasilan dari percobaan tetesan milikan oil ini tergantung pada kemampuan mengukur gaya yang sangat kecil. Analisa gaya yang bekerja pada partikel tetesan minyak akan menghasilkan persamaan muatan yang terkandung dalam tetesan tersebut. Gambar 1a menunjukkan gaya yang bekerja pada partikel ketika jatuh dan telah mencapai kecepatan terminal (kecepatan dalam milidetik). m.g = k. vf ................................................................................................. (1) Diman ; vf = kecepatan waktu, k = koefisien gesekan antara udara dan partikel, m = massa partikel dan

g = kecepatan gravitasi. Analisis gaya yang bekerja pada partikel tetesan minyak akan menghasilkan persaamaan muatan yang terkandung dalam tetesan tersebut. Karena gayagaya yang bekerja adalah sama tapi berlawanan arah . sehingga gaya aksi keatas (Eq) ini secara vektor menghasilkan: Eq = m.g + k.vr ........................................................................................... (2) Dengan keterangan ; E = intensitas elektrik, q = muatan yang terbawa oleh partikel vr = kecepatan naik Gaya aksi keatas (Eq) pada partikel ketika diberikan medan listrik. E adalah intensitas elektrik, q adalah muatan yang terbawa oleh partikel, danr

adalah

kecepatan naik. Penambahan gaya aksi ini secara vektor menghasilkan : Karena kecepatan udara sangat kecil dibandingkan dengan kecepatan minyak, maka koefisien gesekan k dapat diabaikan. Untuk

mengeliminasi k, subtitusi persamaan 1 dan 2 sehingga menghasilkan q yaitu : q ..................................................... (3)

Untuk mengeliminasi m dari persamaan 3, gunakan persamaan rapat massa untuk koordinat bola. m= dimana ; jari-jari partikel kerapatan partikel Untuk menghitung , gunakan hokum strokes pada penurunan bola . ........................................................... (4)

pejal dalam suatu medium dengan koefisien viskositas =

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

Dan mengingat kecepatan jatuh partikel minyak dipercobaan ini berkisar 0,01 0,001 cm/s, maka viskositasnya harus dimodifikasi menjadi viskositi efektif. ( ) .................................................. (6)

Dimana b adalah konstanta, p adalah tekanan atmosfer, subtitusi (6) ke (5) menghasilkan : ( ) ....................................... (7)

Subtitusi persamaan (4), (5) dan (6) keb persamaan (3) menghasilkan : ( )

(

)

................. (8)

Intensitas elektrik diberikan oleh E + V/d, dimana V adalah perbedaan potensial pada plate parallel yang dipisahkan sejauh d. Subtitusi persamaan (7), (8) ke persamaan (6), menghasilkan : {( ) Defenisi symbol yang digunakan dalam SI. q = muatan yang terkandung dalam partikel minyak (Coulomb) d = jarak pisah plat kapasitor (meter) = kerapatan minyak (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) = viskositas (Ns/m2) }

....(10)

b = konstanta (8,20 x 10-3 Pa.m) p = tekanan barometer (Pascal) a = jari-jari partikel vf = kecepatan jatuh (m/s) vr = kecepatan naik (m/s) V = beda potensial dalam plat kapasitor (volt).

III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Adapun pelaksanaan percobaan Tetesan Milikan ini yaitu dilakukan pada : Hari / tanggal : Sabtu,12 mei 2012 Waktu Tempat : 10.00 WITA sampai selesai : Laboratorium Komputasi FMIPA Universitas Tadulako

3.2 Alat dan Bahan 1. Perangkat Milikan Oil Drop Apparatus yang terdiri atas : A. Plate voltage connectors B. Thermistor connectors C. Convex lens D. Droplet viewing chamber housing E. Ionization source lever F. Support rod clamping screw G. Support rod mount H. Droplet focusing ring I. Viewing scope J. Plate charging switch K. Halogen lamp housing L. Filament adjustment knob (vertical) M. Lamp power jack N. Filament adjustment knob (horizontal) O. Bubble level P. Focusing wire Q. Support rod clamping screw R. Support rod mount S. Thermistor resistance table

T. Reticle focusing ring

2. Tissue 3. Kabel Penghubung 4. Semprotan dan Milikan Oil 5. Power Supply 6. Multimeter

3.3 Prosedur Kerja Mengatur dan Pengukuran Tegangan 1. Mengkoneksikan power supply tegangan tinggi DC ke plat konektor tegangan (A) dan sesuaikan tegangannya sekitar 500 V 2. Menggunakan digital multimeter untuk memastikan tegangan yang dikirim ke plat kapasitor adalah 500 volt. Pada plat kapasitor

terdapat resistor 10 M untuk mencegah tegangan kejut saat pertama kali dikoneksikan dengan power suplai. Menentukan Temperatur Tabung 1. Menggunakan multimeter pada konektor termistor (B) dan mengukur hambatannya. Merujuk ke tabel resistansi termistor (S) yang terletak pada papam platform untuk menemukan suhu pelat kuningan yang terdapat didalam tabung (D). Karena panas pada tabung juga dipengaruhi oleh lampu bohlam maka sebaiknya pengukuran temperatur ini diulang kembali setiap 15 menit. Prosedur Eksperimental 1. Memastikan bahwa komponen tabung lengkap dan sudah bersih dari minyak. 2. Mempersiapkan semprotan agar dapat menghamburkan partikel minyak dengan sempurna, memerlukan beberapa kali latihan sebelum menyemprotkannya ke dalam tabung. 3. Memindahkan tuas sumber ionisasi ke posisi penyemprotan (spray droplet position) untuk memungkinkan udara keluar dari tabung selama penyemprotan. 4. Menyemprotkan minyak ke dalam tabung secara tepat dan mengamati keberadaan partikel-partikel minyak. Jika diperlukan, semprotkan kembali minyak secara perlahan 2-3 kali, hingga partikel minyak teramati dalam tabung. Kemudian memindahkan tuas ke posisi OFF (ionization OFF position). 5. Memilih salah satu partikel yang jatuh perlahan dari partikel yang teramati (sekitar 0,02-0,05 mm/s) dan mampu bereaksi terhadap perubahan kutub tegangan kapasitor, naik saat plate charging switch (J) pada posisi positif dan turun pada posisi negative.

6. Mengukur kenaikan pada saat kapasitor diberikan muatan (Plate charging switch (J) pada posisi positif) dan penurunan ketika tidak diberikan muatan, mengulangi sebanyak 10-20 kali. 7. Menghitung muatan partikel minyak tersebut dengan persamaan :

IV. HASIL PENGAMATAN Tabel hasil pengamatan Jenis perlakuan I

Waktu (detik) 05.29 - 10.07 15.00 - 20.20 25.25 30.28 35.28 - 40.09 05.25- 10.28 15.35-20.28 25.36-30.33 05.24-10.08 15.35-20.26 25.33-30.31 35.06-40.30 05.29-10.31 15.37-20.20 25.27-30.10 35.28-40.21 45.26-50.15 55.87-01.29 05.07-10.35 15.27-20.33 25.59-30.37 35.30-40.21

II

Nilai tetesan partikel minyak milikan Naik (vr (nm)) Turun (vf (nm)) 2 2 6 3 9 8 8 6 5 4 4 3 4 4 6 5 5 4 8 10 11 10 11 12 12 12 13 15 5 5 5 4 3 11 11 9 11 9 11 11 11 9

III

IV

V

Keterangan : Tegangan Multimeter = 479 Volt Tegangan Power Suply = 500 Volt Hambatan Konektor termistor = 1,85 M Hambatan Konektor termistor ke 2 = 1,85 M Suhu (T) = 28oC I gred = 0,02 mm/s Suhu (T) = 28oC

V. ANALISA DATA Menentukan muatan partikel minyak dengan menggunakan Hukum Faraday Persamaan : {( ) Dimana : = Tekanan Barometer (1,01 x 105 pa) = Kerapatan minyak (886 kg/m3) Percepatan gravitasi (9,8 m/s) Konstanta (8,20 x 10-3 pa.m) = Viskositas (1,867 x 10-5 kg/m.s)f r f

}

= Kecepatan jatuh (m/s) = Kecepatan naik (m/s) = Energi total.kecepatan jatuh (5,03x104 v/cm) 3,14

Perlakuan I Dengan vf = 2 x 0,02 mm/s = 0,04 mm/s = 0,04 x 10-3 m/s Vr = 2 x 0,02 mm/s = 0,04 mm/s = 0,04 x 10-3 m/s

{( }

)

= (36351,9) ( = 1,2394 x 10-20 C Dengan vf = 3 x 0,02 mm/s = 0,06 mm/s = 0,06 x 10-3 m/s Vr = 6 x 0,02 mm/s = 0,12 mm/s = 0,12 x 10-3 m/s q2 = } = (36351,9) (8,3849x10-14) (2,3856x10-11) = 7,2714x10-20 C Dengan vf = 8 x 0,02 mm/s = 0,16 mm/s = 0,16 x 10-3 m/s Vr = 9 x 0,02 mm/s = 0,18 mm/s = 0,18 x 10-3 m/s q3 = } = (36351,9) (1,5900x10-12) (3,5785x10-11) = 2,06835x10-18 C {( ) {( )

Dengan vf = 6 x 0,02 mm/s = 0,12 mm/s = 0,12 x 10-3 m/s Vr = 8 x 0,02 mm/s = 0,16 mm/s = 0,16 x 10-3 m/s q4 = } = (36351,9) (6,70790x10-13) (3,1809x10-11) = 7,75646x10-19 C {( )

qtotal = = 7,3227x10-19 C

Perlakuan II Dengan vf = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s Vr = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s q1 = } = (36351,9) (1,9875x10-13) (1,9880x10-11) = 1,4363x10-19 C Dengan vf = 3 x 0,02 mm/s = 0,06 mm/s = 0,06 x 10-3 m/s Vr = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s q2 = } = (36351,9) (8,3849x10-14) (1,5904x10-11) = 4,8471x10-20 C Dengan vf = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s Vr = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s {( ) {( )

q3=

{( }

)

= (36351,9) (1,9875x10-13) (1,5904x10-11) = 1,1490x10-19 C qtotal = = 1,0233x10-19 C

Perlakuan III Dengan vf = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s Vr = 6 x 0,02 mm/s = 0,12 mm/s = 0,12 x 10-3 m/s q1 = } = (36351,9) (3,8820x10-13) (2,3857x10-11) = 3,3667x10-19 C Dengan vf = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s Vr = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s q2 = } = (36351,9) (3,8820x10-13) (1,9880x10-11) = 2,8057x10-19 C Dengan vf = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s Vr = 5 x 0,02 mm/s = 0,1 mm/s = 0,1 x 10-3 m/s {( ) {( )

q3 = }

{(

)

= (36351,9) (3,8820x10-13) (1,9880x10-11) = 2,8057x10-19 C Dengan vf = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s Vr = 4 x 0,02 mm/s = 0,08 mm/s = 0,08 x 10-3 m/s q4 = } = (36351,9) (1,9875x10-13) (1,5904x10-11) = 1,1490x10-19 C {( )

qtotal = = 2,5318x10-19 C

Perlakuan IV Dengan vf = 3 x 0,02 mm/s = 0,06 mm/s = 0,06 x 10-3 m/s Vr = 8 x 0,02 mm/s = 0,04 mm/s = 0,16 x 10-3 m/s q1 = } {( )

= (36351,9) (8,3849x10-14) (3,1809x10-11) = 9,6956x10-20 C Dengan vf = 10 x 0,02 mm/s = 0,2 mm/s = 0,2 x 10-3 m/s

Vr = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s q2 = } = (36351,9) (3,1056x10-12) (4,3738x10-11) = 4,9378x10-18 C Dengan vf = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s Vr = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s q3 = } = (36351,9) (4,1335x10-12) (4,3728x10-11) = 6,5706x10-18 C Dengan vf = 9 x 0,02 mm/s = 0,18 mm/s = 0,18 x 10-3 m/s Vr = 10 x 0,02 mm/s = 0,2 mm/s = 0,2 x 10-3 m/s q4 = } = (36351,9) (2,2639x10-12) (3,5785x10-11) = 2,9450x10-18 C Dengan vf = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s Vr = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s q5 = } {( ) {( ) {( ) {( )

= (36351,9) (4,1335x10-12) (4,3728x10-11) = 6,5706x10-18 C Dengan vf = 9 x 0,02 mm/s = 0,18 mm/s = 0,18 x 10-3 m/s Vr = 12 x 0,02 mm/s = 0,24 mm/s = 0,24 x 10-3 m/s q6 = } = (36351,9) (2,2639x10-12) (4,7713x10-11) = 3,9266x10-18 C {( )

qtotal = = 4,1746x10-18 C

Perlakuan V Dengan vf = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s Vr = 12 x 0,02 mm/s = 0,24 mm/s = 0,24 x 10-3 m/s q1 = } = (36351,9) (4,1335x10-12) (4,7713x10-11) = 7,1693x10-18 C Dengan vf = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s Vr = 12 x 0,02 mm/s = 0,24 mm/s = 0,24 x 10-3 m/s {( )

q2 = }

{(

)

= (36351,9) (4,1335x10-12) (4,7713x10-11) = 7,1693x10-18 C Dengan vf = 11 x 0,02 mm/s = 0,22 mm/s = 0,22 x 10-3 m/s Vr = 13 x 0,02 mm/s = 0,26 mm/s = 0,26 x 10-3 m/s q3 = } = (36351,9) (4,1335x10-12) (5,1689x10-11) = 7,7668x10-18 C Dengan vf = 9 x 0,02 mm/s = 0,18 mm/s = 0,18 x 10-3 m/s Vr = 15 x 0,02 mm/s = 0,3 mm/s = 0,3 x 10-3 m/s q4 = } {( ) {( )

= (36351,9) (2,2639x10-12) (5,9642x10-11) = 4,9083x10-18 C

qtotal = = 6,7534x10-18

VI.

PEMBAHASAN

Pada percobaan tentang milikan oil (tetesan milikan) ini merupakan menempatkan muatan pada setetes kecil minyak, dan mengukur seberapa kuat medan listrik yang diterapkan harus dalam rangka menghentikan tetes minyak jatuh. Karena ia bisa bekerja di luar massa tetes minyak, dan ia bisa menghitung gaya gravitasi pada satu tetes, ia kemudian dapat menentukan muatan listrik yang drop harus memiliki. Muatan listrik yang dikandung oleh sebuah partikel dapat dihitung dengan mengukur gaya yang dialami partikel dalam kuat medan listrik yang diketahui nilainya.

Pada percobaan ini diketahui nilai dari muatan (q) pada minyak. Dimana persamaan yang digunakan untuk mencari nilai (q) yaitu : {( ) }

Dengan menggunakan persamaan tersebut maka diperoleh nilai (q) untuk masing-masing perlakuan adalah sebagai berikut : Untuk perlakuan pertama (I) nilai (q) berkisar antara 2,06835x10-18 C 7,2714x10-20 C. Untuk perlakuan kedua (II) nilai (q) yang didapat berkisar antara 1,1490x10-19 C - 4,8471x10-20 C. Untuk perlakuan

krtiga (III) nilai (q) yang didapat setelah dilakukan analisa data yaitu berkisar antara 1,1490x10-19 C - 3,3667x10-19 C. Sedangkan untuk perlakuan keempat (IV) nilai (q) berkisar antara 2,9450x10-18 C -

9,6956x10-20 C. Dan terakhir untuk perlakuan kelima (V) nilai (q) yang didapat yaitu berkisar antara 4,9083x10-18 C - 7,7668x10-18 C.

Sedangkan untuk nilai (q) total yang didapatkan dari percobaan adalah sebagai berikut : Perlakuan pertama (I) : 7,3227x10-19 C Perlakuan kedua (II) Perlakuan ketiga (III) : 1,0233x10-19 C : 2,5318x10-19 C : 6,7534x10-18 C

Perlakuan keempat (IV) : 4,1746x10-18 C dan Perlakuan kelima (V)

Dari hasil yang

diperoleh diketahui nilai muatan

yang

berbeda dengan nilai (q) yang ada diliteratur yang sesuai dengan hukum Faraday nilai muatannya yaitu 1,602 x 10-19 C . Selain penyebab adanya perbedaan nilai ini tergantung oleh besar tegangan yang diberikan dan karena elektron yang ditinjau banyak atau lebih dari satu elektron, sedangkan berdasarkan hukum Faraday yang ditinjau hanya satu elektron untuk satu muatan saj. Ini juga disebabkan kurangnya ketelitian dari para praktikan pada saat menyemprotkan minyak.

VII. PENUTUP 7.1 Kesimpulan Berdasarkan dari hasil percobaan yang dilakukan, maka dapat kami simpulakan bahwa : 1. Naik-turunnya kecepatan tetes minyak milikan berpengaruh terhadap penentuan nilai muatan tetes dimana pada keduanya bekerja interaksi gaya stokes dan percepatan grafitasi dari bumi. 2. Untuk menghitung nilai muatan partikel minyak (q) dan sifat diskrit dari muatan elektron, dengan menggunakan persamaan Hukum Faraday yaitu :

{(

)

}

Dari persamaan tersebut diperoleh nilai yang berbeda-beda. Dimana untuk perlakuan pertama nilai qtotal sebesar 7,3227x10-19 C, untuk perlakuan kedua nilai qtotal sebesar 1,0233x10-19 C, untuk perlakuan ketiga nilai qtotal sebesar 2,5318x10-19 C, untuk perlakuan keempat nilai qtotal sebesar 4,1746x10-18 C dan untuk perlakuan terakhir nilai qtotal sebesar 6,7534x10-18 C. Perbedaan nilai ini tergantung oleh besar tegangan yang diberikan. 3. Berdasarkan literatur yang ada, data diatas tidak sesuai dengan nilai muatan yang sesuai dengan hukum Faraday yaitu 1,602 x 10-19 C. Perbedaan nilai yang diperoleh dari hasil perhitungan tersebut disebabkan oleh kurangnya ketelitian dari praktikan pada saat

menyemprotkan minyak. Salah satu penyebabnya juga yaitu pada percobaan yang dilakukan elektron yang ditinjau banyak atau lebih dari satu elektron, sedangkan berdasarkan hukum Faraday yang ditinjau hanya satu elektron untuk satu muatan saja.

7.2

Saran Sebaiknya sebelum pelaksanaan praktikum agar alat yang akan di gunakan di periksa terlebih dahulu layak atau tidaknya alat tersebut sehingga tidak menggangu proses pengambilan data

DAFTAR PUSTAKA

http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-tugas-makalah/agama/tetes-minyakmilikan. Tim Penyusun, dkk. 2011. Modul Praktikum Fisika Inti. Universitas Tadulako UNTAD: Palu. Zeamansky, Zears. 1968. Fisika untuk Universitas Edisi 1 jilid 2. Jakarta: Erlangga.

LEMBAR ASISTENSI

NAMA NO. STBK KELOMPOK

: TASMIN : G 101 09 019 : II (DUA)

JUDUL PERCOBAAN : TETESAN MILIKAN NAMA ASISTEN : SITI SARAH

NO

HARI/TANGGAL

KETERANGAN

PARAF

BIOGRAFI

Penulis bernama lengkap Tasmin.Lahir pada tanggal 15 januari 1991 di Desa Moahino.Jenjang pendidikan yang perna di lalui yaitu pada tahun 2003 penulis tamat di SDN Inpres Moahino,kemudian melanjutkan pendidikan di SMP N 1 Petasia dan tamat pada tahun 2006.Selanjutnya pada tahun yang sama pula penulis melanjutkan di SMA N 1 Petasia dan tamat pada tahun 2009.Dan penulis melanjutkan studinya di jenjang yang lebih tinggi yaitu di Universitas Tadulako tepatnya di fakultas MIPA jurusan fisika sampai saat ini.