TUGAS 1 MAKALAH FISIKA INTI

Disusun Guna Memenuhi salah satu tugas mata kuliahPendahuluan Fisika Inti Pengampu : Dyah Fitriana

Masithoh, S.Si, M.Sc

Disusunoleh :IFFATI AULIA RACHMA NIM. K2311034

Kelas B

Pendidikan Fisika 2011

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2014

A. Eksperimen e/m

1. Penemuan Sinar Katoda oleh Crookes

Kenyataan bahwa perubahan-perubahan kimia dapat

dihasilkan oleh karena arus listrik, misalnya pada proses

elektrolisis, menunjukkan adanya hubungan antara materi dengan

listrik. Peristiwa elektrolisis memberi petunjuk bahwa atom

mungkin merupakan bagian dari suatu susunan yang mempunyai

sifat listrik karena materi diasumsikan terdiri atas bangunan

atom-atom. Faraday telah berhasil mempelajari peristiwa

elektrolisis dengan mengemukakan hukumnya bahwa hasil

elektrolisis sebanding dengan arus listrik dan massa atom; hal

ini menyarankan bahwa suatu struktur listrik harus melibatkan

partikel-partikel listrik tertentu (karena partikel mempunyai

massa).

Peristiwa lain yang berkaitan dengan arus listrik

ditunjukkan pula dalam tabung gelas (tabung Crookes). Bila

dalam tabung Crookes yang bertekanan biasa dipasang dua

elektrode yang dihubungkan dengan sumber arus listrik ternyata

tidak menunjukkan adanya gejala aliran listrik dalam medium

tabung. Namun, bila tekanan udara atau gas dalam tabung

dikurangi menjadi sangat rendah ternyata nampak adanya

loncatan sinar yang menjalar dari katode menuju anode.

Loncatan sinar ini kemudian disebut sebagai sinar katode.

Sayangnya penyelidikan-penyelidikan terhadap peristiwa

terjadinya sinar katode, yang sebenarnya telah dimulai sejak

1853 oleh Masson (Perancis), terhambat karena belum

tersedianya tabung gelas yang memadai untuk percobaan yang

bersangkutan.

Bersamaan dengan keberhasilannya membuat tabung gelas

yang lebih memadai, S. W. Crookes (1870 – 1879) dapat

melakukan pengamatan-pengamatan yang lebih efektif terhadap

sifat-sifat sinar katode; tabung gelas yang dihasilkan

kemudian dikenal sebagai tabung crookes. Hasil penyelidikannya

antara lain adalah sebagai berikut.

(1) Jika di antara kedua elektrode dipasang suatu objek,

ternyata diperoleh bayangan bangun objek ini pada layar pendar

di belakangnya. Mengapa? Ini hanya akan terjadi jika sinar

katode berjalan menurut jejak lurus.

(2) Jika di antara kedua elektrode dipasang baling-

baling, ternyata baling-baling ini menjadi berputar. Mengapa?

Ini hanya akan terjadi jika sinar katode mempunyai energi

kinetik.

(3) Sinar katode dapat menimbulkan peristiwa pendar

(fluoresen) pada senyawa-senyawa tertentu misalnya ZnS

sebagaimana peristiwa munculnya gambar pada layar televisi.

(4) Sinar katode dibelokkan oleh medan magnetik (Gambar

1.1a) dan medan listrik (Gambar 1.1b), dan menuju pelat

(kutub) positif; ini berarti bahwa sinar katode bermuatan

negatif bukan?

(5) Jika sinar katode mengenai lembaran tipis logam akan

mengakibatkan panas hingga membara.

(6) Sinar katode mampu mengionkan molekul-molekul gas

yang dilaluinya.

(7) Sinar katode mampu menghasilkan radiasi penetrasi

(tembus) tinggi (sebagai sinar-X) jika difokuskan pada suatu

target.

(8) Sinar katode merusak film maupun kertas foto.

Jadi, sinar katode terdiri atas partikel-partikel

bermuatan negatif. G. J. Stoney pada 1881 mengemukakan bahwa

sifat listrik dibawa oleh partikel negatif secara individual.

Parikel ini diusulkan dengan nama elektron (berasal dari

bahasa Yunani yang atinya amber yaitu suatu bahan untuk

mendapatkan muatan listrik ketika digosok dengan sutera).

Dengan mengganti berbagai macam gas pengisi tabung dapat

diketahui bahwa terjadinya sinar katode tidak bergantung pada

jenis gas yang ada. Kesimpulan apa yang dapat ditarik dari

pengamatan ini? Tentu secara sederhana dapat disimpulkan bahwa

setiap atom (materi) mengandung partikel bermuatan negatif,

elektron, bukan?

(Modul PLPG Kimia-rev)

2. Eksperimen Pertama J.J Thomson

Gambar skematik dari peralatan yang digunakan dalam

percobaan pertama Thomson. Sinar katoda melewati dari tabung

di kiri atas ke dalam bola yang lebih besar, di mana mereka

dibelokkan dengan medan magnet. Ketika mereka dibengkokkan

agar untuk memasuki celah dalam silinder, elektrometer yang

mengukur muatan ditransfer ke silinder.

Pertama, dalam variasi dari 1895 percobaan oleh Jean

Perrin, Thomson membangun tabung sinar katoda yang berakhir

dengan sepasang silinder logam dengan celah di dalamnya.

Silinder ini pada gilirannya terhubung ke elektrometer,

perangkat untuk menangkap dan mengukur muatan listrik. Perrin

telah menemukan bahwa sinar katoda menyimpan muatan listrik.

Thomson ingin melihat apakah, dengan menekuk sinar dengan

magnet, dia bisa memisahkan muatan dari sinar. Ia menemukan

bahwa ketika sinar memasuki celah dalam silinder, elektrometer

mengukur sejumlah besar muatan negatif. Elektrometer tidak

mencatat banyak muatan listrik jika sinar yang membelok

sehingga mereka tidak akan memasuki celah. Seperti Thomson

melihatnya, muatan negatif dan sinar katoda harus entah

bagaimana saling menempel: Anda tidak dapat memisahkan muatan

dari sinar.

(http://www.aip.org/history/electron/jj1897.htm)

Jika sinar tersebut partikel listrik negatif, maka ketika

mereka memasuki sebuah ruang tertutup mereka harus membawa ke

dalamnya muatan listrik negatif. Hal ini telah terbukti

menjadi kasus oleh Perrin, yang ditempatkan di depan pesawat

katoda dua silinder logam koaksial yang terisolasi dari satu

sama lain: bagian luar silinder ini adalah terhubung dengan

bumi, bagian dalam dengan elektroskop daun emas. Silinder ini

ditutup kecuali untuk dua lubang-lubang kecil, satu di setiap

silinder, ditempatkan sehingga sinar katoda bisa melewati

mereka ke bagian dalam silinder bagian dalam. Perrin menemukan

bahwa ketika sinar dilewatkan ke dalam silinder dalam

elektroskop yang menerima muatan listrik negatif, sementara

tidak ada muatan pergi ke elektroskop ketika sinar yang

dibelokkan oleh magnet tidak lagi melewati lubang.

Percobaan ini membuktikan bahwa sesuatu diisi dengan

listrik negatif ditembakkan dari katoda, melakukan perjalanan

di sudut kanan ke sana, dan bahwa sesuatu ini dibelokkan oleh

magnet; terbuka, namun, untuk sanggahan bahwa itu tidak

membuktikan bahwa penyebab elektrifikasi di elektroskop yang

ada hubungannya dengan sinar katoda. Sekarang para pendukung

teori aetherial tidak menyangkal bahwa partikel listrik yang

ditembakkan dari katoda; mereka menyangkal, bagaimanapun,

bahwa partikel bermuatan ini memiliki lebih berkaitan dengan

sinar katoda dari senapan-bola telah dengan lampu kilat saat

senapan ditembakkan. Oleh karena itu saya telah mengulangi

percobaan Perrin dalam bentuk yang tidak terbuka untuk

keberatan semacam ini. Pengaturan yang digunakan adalah

sebagai berikut: - Dua silinder koaksial (Gambar 1) dengan

celah di dalamnya ditempatkan dalam bola terhubung dengan

pelepasan-tabung; sinar katoda dari katoda A masuk ke dalam

bola melalui celah di sumbat logam dipasang ke leher tabung;

sumbat ini terhubung dengan anoda dan disimpan ke bumi. Sinar

katoda dengan demikian tidak jatuh pada silinder kecuali

mereka dibelokkan oleh magnet. Silinder luar dihubungkan

dengan bumi, bagian dalam dengan electrometer tersebut. Ketika

sinar katoda (yang jalan itu dilacak oleh pendar pada kaca)

tidak jatuh pada celah, muatan listrik dikirim ke elektrometer

saat induksi-coil memproduksi sinar diatur dalam tindakan

kecil dan tidak teratur; ketika Namun, sinar yang dibengkokkan

oleh magnet sehingga jatuh pada celah ada muatan listrik

negatif yang besar dikirim ke electrometer tersebut. Aku

terkejut melihat besarnya muatan; pada beberapa kesempatan

listrik yang cukup negatif pergi melalui celah sempit ke dalam

silinder dalam dalam satu detik untuk mengubah potensi

kapasitas 1,5 mikrofarad dengan 20 volt. Jika sinar yang

begitu banyak dibengkokkan oleh magnet yang mereka melampaui

celah dalam silinder, muatan melewati ke silinder jatuh lagi

untuk bagian kecil dari nilai ketika tujuannya adalah benar.

Dengan demikian penelitian ini menunjukkan bahwa bagaimanapun

kami memutar dan membelokkan sinar katoda oleh kekuatan

magnet, elektrifikasi negatif mengikuti jalan yang sama

seperti sinar, dan bahwa listrik negatif ini tak terpisahkan

dan terhubung dengan sinar katoda.

Ketika sinar diputar oleh magnet sehingga dapat melewati celah

ke dalam silinder bagian dalam pembelokan dari elektrometer

terhubung dengan silinder ini meningkat hingga nilai tertentu,

dan kemudian tetap diam meskipun sinar terus tuangkan ke dalam

silinder. Hal ini disebabkan fakta bahwa gas di bohlam menjadi

konduktor listrik ketika sinar katoda melewatinya, dan dengan

demikian, meskipun silinder bagian dalam sempurna terisolasi

ketika sinar tidak melewati, namun segera setelah sinar

melewati bohlam udara antara silinder dalam dan luar menjadi

konduktor, dan listrik lolos dari silinder dalam ke bumi.

Dengan demikian muatan dalam silinder dalam tidak terus

meningkat; silinder merebahkan diri ke dalam keadaan

ekuilibrium di mana tingkat di mana ia mendapatkan listrik

negatif dari sinar setara dengan tingkat di mana ia kehilangan

dengan konduksi melalui udara. Jika silinder dalam memiliki

muatan positif awal, akan dengan cepat kehilangan muatan itu

dan memperoleh negatif yang lain; sedangkan jika muatan awal

adalah yang negatif, silinder akan bocor jika potensi negatif

awal nilainya lebih besar dari nilai ekuilibrium.

(J.J Thomson, 1897. “Cathode Rays” dalam Philosophical Magazine, 44, 293

(1897). [facsimile from Stephen Wright, Classical Scientific Papers Physics (Mills and

Boon, 1964).]

3. Percobaan Kedua J.J Thomson

Gambar skematik aparat Thomson dalam percobaan kedua.

Sinar dari katoda (C) melewati celah di anoda (A) dan melalui

celah di sumbat logam yang dibumikan (B). Tegangan listrik

didirikan antara pelat aluminium (D dan E), dan sebuah skala

disisipkan di luar akhir tindakan tabung defleksi sinar. Semua

upaya telah gagal ketika fisikawan mencoba untuk membengkokkan

sinar katoda dengan medan listrik. Sekarang Thomson memikirkan

pendekatan baru. Sebuah partikel bermuatan akan normal kurva

ketika bergerak melalui medan listrik, tetapi tidak jika itu

dikelilingi oleh konduktor (selubung tembaga, misalnya).

Thomson menduga bahwa jejak gas yang tersisa dalam tabung

sedang berubah menjadi konduktor listrik oleh sinar katoda

sendiri. Untuk menguji ide ini, ia berusaha keras untuk

mengekstrak hampir semua gas dari tabung, dan menemukan bahwa

sekarang sinar katoda mengalami pembelokan dalam medan listrik

pada akhirnya.

Sinar dari katoda C melewati celah di anoda A , yang

merupakan sumbat logam pas erat ke dalam tabung dan terhubung

dengan bumi ; setelah melewati celah kedua di lain sumbat

logam terhubung bumi B , mereka melakukan perjalanan antara

dua pelat aluminium paralel sekitar 5 cm . panjang 2 luas dan

pada jarak 1,5 cm . mereka kemudian jatuh di ujung tabung dan

menghasilkan didefinisikan dengan baik Potongan kecil pendar

sempit. Skala disisipkan pada bagian luar tabung berfungsi

untuk mengukur pembelokan dari potongan kecil ini. Pada

exhaustions tinggi sinar yang dibelokkan ketika dua lempeng

aluminium yang terhubung dengan baterai terminal sel

penyimpanan kecil; sinar mengalami depresi ketika pelat atas

terhubung dengan kutub negatif dari baterai, semakin rendah

dengan positif, dan muncul ketika pelat atas terhubung dengan

positif, semakin rendah dengan kutub negatif. Pembelokan

adalah sebanding dengan perbedaan potensial antara pelat, dan

aku bisa mendeteksi pembelokan ketika potensi-perbedaan kecil

seperti dua volt. Itu hanya ketika vakum itu bagus yang

pembelokan berlangsung, tetapi bahwa tidak adanya pembelokan

adalah karena konduktivitas medium ditunjukkan oleh apa yang

terjadi ketika vakum baru saja tiba di tahap di mana

pembelokan dimulai . Pada tahap ini ada pembelokan dari sinar

ketika lempeng pertama kali terhubung dengan terminal baterai,

tetapi jika hubungan ini dipertahankan potongan kecil dari

pendar secara bertahap merayap kembali ke posisi undeflected

nya. Ini hanya apa yang akan terjadi jika ruang antara plat

konduktor, meskipun sangat buruk, untuk kemudian ion positif

dan negatif antara pelat akan perlahan-lahan menyebar, hingga

plat positif menjadi dilapisi dengan ion negatif, pelat

negatif dengan yang positif; sehingga intensitas listrik

antara pelat akan lenyap dan sinar katoda bebas dari gaya

elektrostatis. Ilustrasi lain dari ini diberikan oleh apa yang

terjadi ketika tekanan cukup rendah untuk menunjukkan

pembelokan dan perbedaan yang besar potensi, mengatakan 200

volt, didirikan antara pelat; dalam situasi seperti ini ada

pembelokan besar sinar katoda, tetapi media di bawah gaya

istirahat elektro besar turun setiap sekarang dan kemudian dan

debit terang lewat di antara pelat; ketika hal ini terjadi

potongan kecil berpendar yang dihasilkan oleh sinar katoda

melompat kembali ke posisi undeflected nya. Ketika sinar

katoda dibelokkan oleh medan elektrostatik, band berpendar

memecah menjadi beberapa band terang dipisahkan oleh spasi

relatif gelap; fenomena yang persis analog dengan yang diamati

oleh Birkeland ketika sinar katoda dibelokkan oleh magnet, dan

disebut oleh dia spektrum magnetik.

Konduktivitas dari Gas di mana katoda Sinar lewat.

Konduktivitas gas yang diselidiki dengan cara aparat yang

ditunjukkan pada gambar. 2 . Bagian atas plat D dihubungkan

dengan satu terminal baterai penyimpanan-sel kecil, terminal

lainnya yang terhubung dengan bumi; lain piring E dihubungkan

dengan salah satu lapisan dari kondensor dari satu kapasitas

microfarad, lapisan lain yang ke bumi; satu pasang kuadran

electrometer juga terhubung dengan E, pasangan lain kuadran

yang ke bumi. Ketika sinar katoda lewat antara pelat, dua

pasang kuadran elektrometer yang pertama kali terhubung satu

sama lain, dan kemudian connexion antara mereka yang rusak.

Jika ruang antara lempeng non-konduktor, potensi pasangan

kuadran tidak terhubung dengan bumi akan tetap nol dan jarum

elektrometer akan dibelokkan. Selalu ada pembelokan dari

elektrometer, menunjukkan bahwa melewati arus antara pelat.

Besarnya arus tergantung sangat sangat pada tekanan gas;

begitu banyak sehingga, memang, bahwa sulit untuk mendapatkan

bacaan yang konsisten sebagai akibat dari perubahan yang

selalu terjadi dalam tekanan saat debit melewati tabung.

Kami terlebih dahulu akan mempertimbangkan kasus ketika

tekanan hanya cukup rendah untuk memungkinkan potongan kecil

berpendar untuk muncul di ujung tabung; dalam hal ini hubungan

antara arus antara pelat dan perbedaan awal potensial diwakili

oleh kurva ditunjukkan pada gambar. 3 Pada gambar ini

abscissae mewakili perbedaan awal potensial antara pelat,

masing-masing divisi yang mewakili dua volt. Jumlah listrik

yang telah berlalu antara pelat dalam satu menit adalah jumlah

yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 microfarad perbedaan

potential- ditunjukkan oleh kurva. Kurva atas dan bawah

berkaitan dengan kasus ketika pelat atas dihubungkan dengan

kutub negatif dan positif masing-masing baterai.

Bahkan ketika tidak ada perbedaan awal potensial antara

pelat pelat bawah mengakuisisi muatan negatif dari dampak itu

dari beberapa sinar katoda.

Kita melihat dari kurva bahwa arus antara pelat segera

mencapai nilai di mana ia hanya sedikit dipengaruhi oleh

peningkatan potensi-perbedaan antara pelat; ini adalah fitur

umum untuk konduksi melalui gas dilalui oleh sinar Röntgen,

oleh sinar uranium, berdasarkan sinar ultra-violet, dan,

seperti sekarang kita lihat, dengan sinar katoda. Tingkat

kebocoran tidak jauh berbeda apakah pelat atas menjadi awalnya

listrik positif atau negatif.

Arus antara pelat hanya berlangsung untuk waktu yang

singkat; itu berhenti lama sebelum potensi pelat bawah

pendekatan bahwa dari atas. Jadi, misalnya, ketika potensi

pelat atas adalah sekitar 400 volt di atas bahwa bumi, potensi

pelat bawah tidak pernah naik di atas 6 volt: sama, jika pelat

atas dihubungkan dengan kutub negatif dari baterai, penurunan

potensi pelat bawah adalah sangat kecil dibandingkan dengan

potensi-perbedaan antara pelat atas dan bumi.

Hasil ini apa yang harus kita harapkan jika gas antara

pelat dan steker B ( gbr. 2 ) adalah konduktor yang sangat

jauh lebih baik daripada gas antara pelat, untuk pelat bawah

akan berada dalam kondisi mapan ketika arus datang ke itu dari

pelat atas adalah sama dengan saat pergi dari ke steker; jika

konduktivitas gas antara pelat dan steker jauh lebih besar

dari itu antara pelat, perbedaan kecil potensial antara pelat

bawah dan steker akan konsisten dengan besar potensi-perbedaan

antara pelat.

Sejauh ini telah kita bahas kasus ketika tekanan setinggi

konsisten dengan sinar katoda mencapai ujung tabung; kita

sekarang akan pergi ke ekstrim lain dan mempertimbangkan kasus

ketika tekanan serendah konsisten dengan berlalunya debit

melalui bola lampu. Dalam hal ini, ketika lempeng tidak

terhubung dengan baterai kita mendapatkan muatan negatif

dikomunikasikan kepada piring yang lebih rendah, tetapi hanya

sangat lambat dibandingkan dengan efek pada kasus sebelumnya.

Ketika pelat atas dihubungkan dengan kutub negatif baterai,

arus ini ke pelat bawah hanya sedikit meningkat bahkan ketika

perbedaan potensial adalah sebanyak 400 volt: potensi-

perbedaan kecil dari sekitar 20 volt tampaknya sedikit menurun

tingkat kebocoran. Potensi-perbedaan yang jauh melebihi 400

volt tidak dapat digunakan, seolah-olah dielektrik antara

pelat mampu mempertahankan mereka untuk beberapa waktu, namun

setelah waktu yang berkedip busur sangat terang di antara

pelat dan membebaskan begitu banyak gas untuk merusak vakum.

Garis-garis dalam spektrum cahaya ini adalah garis merkuri

terutama; bagian yang meninggalkan tanda yang sangat aneh pada

pelat aluminium.

Jika pelat atas yang bermuatan positif, maka muatan

negatif dikomunikasikan kepada pelat yang lebih rendah

berkurang, dan berhenti ketika potensi-perbedaan antara

lempeng itu sekitar 20 volt; tetapi pada tekanan terendah,

namun besar (sampai 400 volt) potensi-perbedaan, tidak ada

kebocoran listrik positif terhadap pelat bawah sama sekali

tidak sebanding dengan kebocoran listrik negatif ke piring ini

ketika dua piring terputus dari baterai. Bahkan pada tekanan

yang sangat rendah ini semua fakta yang konsisten dengan

pandangan bahwa efek yang disebabkan oleh partikel listrik

negatif perjalanan sepanjang sinar katoda, sisa gas memiliki

sedikit konduktivitas. Beberapa percobaan dilakukan dengan

tabung yang mirip dengan yang ditunjukkan pada gambar. 2 ,

dengan pengecualian bahwa kedua konektor B tidak hadir,

sehingga jumlah yang jauh lebih besar dari sinar katoda

melewati antara pelat. Ketika pelat atas terhubung dengan

kutub positif dari baterai debit bercahaya dengan striations

baik ditandai lewat di antara pelat atas dan plug-terhubung

bumi melalui mana sinar katoda mengalir; ini terjadi meskipun

perbedaan potential- antara pelat dan steker tidak melebihi 20

volt. Dengan demikian tampaknya bahwa jika kami menyediakan

sinar katoda dari sumber eksternal ke katoda potensi-perbedaan

kecil sudah cukup untuk menghasilkan debit karakteristik

melalui gas.

4. Percobaan Ketiga J.J Thompson

Pembelokan magnetik dari Katoda Sinar di Gas Berbeda.

The pembelokan sinar katoda oleh medan magnet dipelajari

dengan bantuan aparat ditunjukkan pada gambar. 4. katoda itu

ditempatkan di samping tabung diikat ke sebuah bel-jar;

pembukaan antara tabung ini dan bell-jar ditutup oleh plug

logam dengan celah di dalamnya; plug terhubung dengan bumi dan

digunakan sebagai anoda. Sinar katoda melewati celah di plug

ke bell-jar, lewat di depan piring vertikal kaca memerintah ke

dalam kotak kecil. Lonceng-jar ditempatkan antara dua kumparan

paralel besar disusun sebagai galvanometer Helmholtz. Jalannya

sinar ditentukan dengan mengambil foto dari bell-jar ketika

sinar katoda yang lewat meskipun; divisi di piring

memungkinkan jalur sinar yang akan ditentukan. Dalam aksi dari

medan magnet sinar sempit sinar katoda menyebar ke luminositas

berbentuk kipas luas dalam gas. Luminositas kipas ini tidak

merata, tetapi kental di sepanjang garis tertentu. The pendar

pada kaca juga tidak terdistribusi secara merata; itu banyak

tersebar, menunjukkan bahwa sinar terdiri dari sinar yang

dibelokkan tidak semua pada tingkat yang sama dengan magnet.

Luminositas pada kaca dilintasi band sepanjang yang

luminositas sangat jauh lebih besar daripada di bagian yang

berdekatan. Maskapai band terang dan gelap disebut oleh

Birkeland, yang pertama kali mengamati mereka, spektrum

magnetik. Bintik-bintik terang pada kaca tidak berarti selalu

penghentian garis-garis terang luminositas dalam gas; pada

kenyataannya, dalam beberapa kasus tempat yang sangat terang

pada kaca tidak terhubung dengan katoda oleh luminositas yang

cukup, meskipun mungkin ada banyak luminositas di bagian lain

dari gas. Satu hal yang sangat menarik yang dibawa oleh foto-

foto adalah bahwa dalam medan magnet yang diberikan, dan

dengan rata-rata perbedaan potential- diberikan antara

terminal, jalan sinar tidak tergantung pada sifat gas. Foto-

foto diambil dari debit dalam hidrogen, udara, asam karbonat ,

metil iodida, yaitu gas yang kerapatan berkisar dari 1 sampai

70, namun, tidak hanya itu jalan sinar yang paling dibelokkan

sama dalam semua kasus, tetapi bahkan rincian, seperti

distribusi ruang terang dan gelap, yang sama; pada

kenyataannya, foto-foto hampir tidak bisa dibedakan satu sama

lain. Perlu dicatat bahwa tekanan yang tidak sama; tekanan

dalam gas yang berbeda disesuaikan sehingga berarti potensi-

perbedaan antara katoda dan anoda yang sama di semua gas.

Ketika tekanan gas diturunkan, potensi-perbedaan antara

terminal meningkat, dan pembelokan dari sinar yang dihasilkan

oleh magnet berkurang, atau pada tingkat apapun pembelokan

dari sinar ketika pendar adalah mengurangi maksimum. Jika

udara-break dimasukkan efek dari jenis yang sama diproduksi.

Dalam percobaan dengan gas yang berbeda, tekanan yang

setinggi konsisten dengan penampilan pendar pada kaca,

sehingga untuk memastikan memiliki sebanyak mungkin gas yang

dipertimbangkan dalam tabung.

Sebagai sinar katoda membawa muatan listrik negatif, yang

dibelokkan oleh gaya elektrostatik seolah-olah mereka listrik

negatif, dan bertindak dengan kekuatan magnet hanya cara di

mana gaya ini akan bertindak pada tubuh listrik negatif

bergerak sepanjang jalan sinar ini, aku bisa melihat ada jalan

keluar dari kesimpulan bahwa mereka adalah muatan listrik

negatif yang dibawa oleh partikel materi. Pertanyaan

berikutnya muncul, Apakah partikel-partikel ini? mereka atom,

atau molekul, atau materi dalam keadaan masih halus subdivisi?

Untuk menyoroti tentang hal ini, saya telah membuat

serangkaian pengukuran rasio massa partikel-partikel ini

dengan muatan yang dibawa oleh itu. Untuk menentukan jumlah

ini, saya telah menggunakan dua metode independen.

Yang pertama adalah sebagai berikut:

- Misalkan kita mempertimbangkan seikat sinar katoda

homogen. Biarkan m menjadi massa dari masing-masing partikel,

e muatan yang dibawa oleh itu. Biarkan N adalah jumlah

partikel yang melintasi setiap bagian dari balok dalam waktu

tertentu; maka Q kuantitas listrik yang dibawa oleh partikel-

partikel ini diberikan oleh persamaan

Kita dapat mengukur Q jika kita menerima sinar katoda di

bagian dalam kapal terhubung dengan elektrometer. Ketika sinar

ini menyerang terhadap benda padat, suhu tubuh dinaikkan;

energi kinetik dari partikel yang bergerak diubah menjadi

panas; jika kita menganggap bahwa semua energi ini diubah

menjadi panas, maka jika kita mengukur peningkatan suhu tubuh

kapasitas termal dikenal disebabkan oleh dampak dari sinar

ini, kita dapat menentukan W, energi kinetik dari partikel,

dan jika v adalah kecepatan partikel,

Jika ρ adalah jari-jari kelengkungan jalan sinar ini

dalam medan magnet H seragam, maka

di mana saya ditulis untuk Hρ untuk singkatnya. Dari

persamaan ini kita mendapatkan

Jadi, jika kita tahu nilai-nilai Q, W, dan I, kita dapat

menyimpulkan nilai-nilai v dan m / e.

Untuk mengukur jumlah ini, saya telah menggunakan tabung

dari tiga jenis. Yang pertama saya mencoba seperti itu

terwakili dalam gambar 2 , kecuali bahwa piring E dan D tidak

hadir, dan dua silinder koaksial diikat ke ujung tabung. Sinar

dari katoda C jatuh pada sumbat logam B, yang dihubungkan

dengan bumi, dan melayani untuk anoda; celah horisontal

dipotong plug. Sinar katoda melewati celah ini, dan kemudian

menyerang terhadap dua silinder koaksial pada ujung tabung;

celah dipotong dalam silinder tersebut, sehingga sinar katoda

masuk ke bagian dalam silinder dalam. Silinder luar

dihubungkan dengan bumi, silinder bagian, yang terisolasi dari

satu luar, terhubung dengan elektrometer, pembelokan yang dari

yang mengukur Q, kuantitas listrik yang dibawa ke dalam

silinder dalam oleh sinar. Beberapa termo-listrik ditempatkan

di belakang celah dalam silinder dalam; pasangan ini terbuat

dari irisan sangat tipis besi dan tembaga diikat ke sangat

halus besi dan tembaga kabel. Kabel ini melewati silinder,

yang terisolasi dari mereka, dan melalui kaca ke luar tabung,

yang mereka terhubung dengan galvanometer resistansi rendah,

pembelokan yang yang memberikan data untuk menghitung kenaikan

suhu persimpangan yang dihasilkan oleh dampak terhadap itu

dari sinar katoda.

Nilai I, yaitu, Hρ, di mana ρ adalah kelengkungan jalur

sinar dalam medan magnet kekuatan H ditemukan sebagai berikut:

- Tabung tetap antara dua kumparan lingkaran besar ditempatkan

sejajar satu sama lain, dan dipisahkan oleh jarak yang sama

dengan jari-jari baik; kumparan ini menghasilkan medan magnet

seragam, kekuatan dari yang didapatkan mengukur dengan ammeter

kekuatan arus melewati mereka. Sinar katoda dengan demikian

dalam bidang seragam, sehingga jalan mereka melingkar.

Misalkan sinar, ketika dibelokkan oleh magnet, serangan

terhadap kaca tabung di E (gbr. 5), kemudian, jika ρ adalah

jari-jari jalur melingkar dari sinar,

dengan demikian, jika kita mengukur CE dan AC kita

memiliki sarana untuk menentukan jari-jari kelengkungan dari

jalur sinar.

Tipe kedua tabung seperti yang digunakan untuk memotret

jalan sinar ( gambar 4. ); silinder ganda dengan persimpangan

termo-listrik seperti yang digunakan dalam tabung sebelumnya

ditempatkan di garis api sinar, bagian dalam lonceng-jar

berjajar dengan kasa tembaga terhubung dengan bumi. Tabung ini

memberikan hasil yang sangat memuaskan; kami tidak pernah

bermasalah dengan cahaya bulat silinder, dan bacaan yang

paling konkordan; satu-satunya kelemahan adalah bahwa sebagai

beberapa connexions harus dibuat dengan penyegelan-lilin, itu

tidak mungkin untuk mendapatkan exhaustions tertinggi dengan

tabung ini, sehingga berbagai tekanan untuk tabung ini kurang

dari itu untuk tabung 1. Hasil punya dengan tabung ini

diberikan dalam Tabel di bawah judul Tabung 2.

Jenis tabung ketiga itu mirip dengan yang pertama,

kecuali bahwa bukaan di dua silinder dibuat sangat jauh lebih

kecil; dalam tabung ini celah dalam silinder digantikan oleh

lubang-lubang kecil, sekitar 1,5 millim. diameter. Sebagai

konsekuensi dari kecilnya bukaan, besarnya efek sangat jauh

berkurang; untuk mendapatkan hasil yang dapat diukur itu perlu

untuk mengurangi kapasitas kondensor di connexion dengan

silinder batin untuk .15 microfarad, dan untuk membuat

galvanometer sangat sensitif, seperti kenaikan suhu

persimpangan termo-listrik dalam percobaan ini hanya sekitar

0,5 ° C rata-rata. Hasil yang diperoleh dalam tabung ini

diberikan dalam Tabel di bawah judul Tabung 3.

Ini akan melihat bahwa nilai m / e jauh lebih besar untuk

tabung 3, di mana pembukaan adalah sebuah lubang kecil,

daripada Tabung 1 dan 2, di mana pembukaan adalah celah daerah

jauh lebih besar. Saya berpendapat bahwa nilai-nilai m / e

dapatkan dari Tabung 1 dan 2 terlalu kecil, sebagai akibat

dari kebocoran dari silinder dalam ke luar dengan gas yang

diberikan konduktor dengan berlalunya sinar katoda.

Ini akan terlihat dari tabel ini bahwa nilai m / e

independen dari sifat gas.

saya jelaskan metode lain untuk mengukur jumlah m / e dan

v dari yang sama sekali berbeda dari sebelumnya; Metode ini

didasarkan pada pembelokan sinar katoda dalam medan

elektrostatik . Jika kita mengukur pembelokan dialami oleh

sinar ketika melintasi panjang yang diberikan di bawah

intensitas listrik seragam , dan pembelokan dari sinar ketika

mereka melintasi jarak yang diberikan di bawah medan magnet

seragam , kita dapat menemukan nilai-nilai m / e dan v di

dengan cara berikut : -

Biarkan ruang yang dilewati oleh sinar di bawah listrik

intensitas F seragam menjadi l , waktu yang dibutuhkan untuk

sinar untuk melintasi ruang ini karena itu l / v , kecepatan

dalam arah F adalah

sehingga θ , sudut yang dilalui mana sinar yang

dibelokkan ketika mereka meninggalkan medan listrik dan masuk

wilayah yang bebas dari gaya listrik , diberikan oleh

persamaan

Jika , bukannya intensitas listrik , sinar yang bertindak

dengan kekuatan magnet H pada sudut kanan sinar , dan

memperluas melintasi jarak l , kecepatan di sudut kanan ke

jalur awal dari sinar adalah

sehingga φ , sudut di mana sinar yang dibelokkan ketika

mereka meninggalkan medan magnet , diberikan oleh persamaan

Dari persamaan ini, kita mendapatkan

dan

Dalam percobaan yang sebenarnya H disesuaikan sehingga φ

= θ ; dalam hal ini persamaan menjadi

Serangkaian percobaan dilakukan untuk melihat apakah

pembelokan elektrostatik sebanding dengan intensitas listrik

antara pelat ; ini ditemukan menjadi kasus . Dalam percobaan

berikut arus melalui kumparan diatur sehingga pembelokan

elektrostatik adalah sama dengan magnet : -

Dalam perhitungan m / e dan v tidak ada tunjangan telah

dibuat untuk gaya magnet karena kumparan di wilayah luar

piring ; di wilayah ini gaya magnet akan berada di arah yang

berlawanan dengan yang antara pelat , dan akan cenderung

menekuk sinar katoda dalam arah yang berlawanan : dengan

demikian nilai efektif H akan lebih kecil dari nilai yang

digunakan dalam persamaan , sehingga nilai-nilai m / e yang

lebih besar , dan orang-orang dari v kurang dari mereka akan

jika koreksi ini diterapkan . Metode ini menentukan nilai-

nilai m / e dan v jauh lebih melelahkan dan mungkin lebih

akurat dibandingkan dengan metode sebelumnya ; itu tidak bisa,

bagaimanapun , digunakan untuk berbagai range tekanan.

Dengan demikian untuk pembawa listrik di sinar katoda m /

e sangat kecil dibandingkan dengan nilai di elektrolisis .

Kecilnya m / e mungkin karena kecilnya m atau kebesaran e ,

atau kombinasi dari keduanya. Dua poin mendasar tentang ini

operator tampaknya saya untuk menjadi ( 1 ) bahwa operator

adalah sama apapun gas melalui mana debit berlalu, ( 2 ) bahwa

jalan bebas rata-rata tergantung pada apa-apa selain kepadatan

media yang dilalui oleh ini sinar .

Mungkin dianggap bahwa kemerdekaan massa pembawa gas

melalui mana melewati debit karena massa yang bersangkutan

menjadi massa kuasi yang tubuh dibebankan memiliki dalam

kebajikan dari medan listrik didirikan di lingkungan tersebut;

bergerak badan melibatkan produksi medan listrik yang

bervariasi , dan , karena itu , dari sejumlah energi yang

sebanding dengan kuadrat kecepatan .

Jika , dalam medan listrik sangat intens di lingkungan

katoda , molekul gas yang dipisahkan dan dibagi , tidak ke

atom kimia biasa , tetapi ke dalam atom primordial , yang kita

wajib untuk menyebutnya corpuscle; dan jika sel-sel ini diisi

dengan listrik dan diproyeksikan dari katoda oleh medan

listrik , mereka akan berperilaku persis seperti sinar

katoda . Mereka jelas akan memberikan nilai m / e yang

independen dari sifat gas dan tekanannya , untuk operator yang

sama apapun gas mungkin ; lagi , jalan bebas rata-rata

corpuscles ini akan tergantung hanya pada kepadatan media yang

mereka lalui.

Kecilnya nilai m / e , saya pikir , karena kebesaran e

serta kecilnya m . Tampaknya saya ada beberapa bukti bahwa

muatan membuatan corpuscles di dalam atom yang lebih besar

dibandingkan dengan yang dibawa oleh ion elektrolit.

B. Eksperimen Rutherford

Eksperimen Geiger-Marsden (juga disebut percobaan foil

emas Rutherford) adalah serangkaian tengara percobaan di mana

para ilmuwan menemukan bahwa setiap atom mengandung inti di

mana muatan positif dan sebagian besar massa terkonsentrasi.

Mereka menyimpulkan ini dengan mengamati bagaimana partikel

alpha tersebar ketika mereka menyerang sebuah foil logam

tipis. Percobaan dilakukan antara tahun 1908 dan 1913 oleh

Hans Geiger dan Ernest Marsden di bawah arahan Ernest

Rutherford di Laboratorium Fisika dari University of

Manchester .

Teori populer struktur atom pada saat percobaan

Rutherford adalah " plum Model puding ". Model ini dirancang

oleh Lord Kelvin dan dikembangkan lebih lanjut oleh JJ Thomson

, ilmuwan yang menemukan elektron . Teori ini menyatakan bahwa

elektron bermuatan negatif dalam atom didistribusikan dalam

lautan seragam muatan positif seperti plum dalam mangkuk

puding Natal . Sebuah teori bersaing diusulkan oleh Hantaro

Nagaoka . [1] [2] Nagaoka menolak model Thomson dengan alasan

bahwa muatan yang berlawanan tidak bisa menembus satu sama

lain. Dia mengusulkan sebaliknya bahwa muatan positif atom

terkonsentrasi di inti, dengan elektron yang mengorbit itu

seperti cincin di sekitar Saturnus.

Implikasi dari model atom Thomson

Sebuah partikel alfa adalah, bermuatan positif partikel

sub-mikroskopik materi. Menurut model Thomson, jika partikel

alfa yang berbenturan dengan atom, itu hanya akan terbang

langsung melalui, jalurnya yang dibelokkan oleh paling

sebagian kecil dari gelar. Pada skala atom, konsep "zat padat"

tidak ada artinya, sehingga partikel alpha tidak akan memantul

dari atom seperti bola biliar; satu-satunya hal yang akan

mempengaruhi akan medan listrik atom, dan model Thomson

memperkirakan bahwa medan listrik dalam atom terlalu lemah

untuk mempengaruhi alpha partikel yang lewat secara

signifikan. Kedua muatan negatif dan positif dalam atom

Thomson yang tersebar di seluruh volume atom. Menurut hukum

Coulomb , yang kurang terkonsentrasi muatan listrik, semakin

lemah medan listrik tersebut pada permukaannya akan. [3] [4]

Sebagai contoh bekerja, pertimbangkan partikel alfa

melewati tangensial ke atom emas, di mana ia akan mengalami

medan listrik pada terkuat dan dengan demikian mengalami θ

lendutan maksimum. Karena elektron sangat ringan dibandingkan

dengan partikel alpha, kita dapat mengabaikan pengaruh mereka

sepenuhnya dan bukannya melihat atom sebagai sebuah bola berat

muatan positif.

Menggunakan fisika klasik, kita bisa mendekati perubahan

lateral alpha partikel dalam momentum Δp menggunakan persamaan

impuls hubungan kekuatan dan gaya Coulomb :

Kita bisa melihat bahwa dengan tumbukan atom tunggal,

paling partikel alpha akan dibelokkan oleh dengan sudut yang

kecil. Jika partikel alfa yang melewati lempeng emas sekitar

400 atom tebal dan mengalami defleksi maksimal dalam arah yang

sama (astronomis tidak mungkin), masih akan menjadi defleksi

kecil.

Latar Belakang

Ernest Rutherford adalah seorang profesor fisika di

University of Manchester . Dia sudah menerima banyak

penghargaan untuk studi radiasi. Dia telah menemukan adanya

sinar alfa , sinar beta , dan sinar gamma , dan telah

membuktikan bahwa ini adalah konsekuensi dari disintegrasi

atom . Pada tahun 1906, ia menerima kunjungan dari seorang

fisikawan Jerman muda menjanjikan bernama Hans Geiger , dan

sangat terkesan bahwa ia meminta Geiger untuk tinggal dan

membantunya dengan penelitiannya. [6] Ernest Marsden adalah

seorang mahasiswa fisika sarjana belajar di bawah Geiger.

Partikel alfa kecil, partikel bermuatan positif yang

spontan dipancarkan oleh zat tertentu seperti uranium dan

radium . Rutherford sendiri telah menemukan mereka dalam 1899.

Pada tahun 1908 ia mencoba untuk tepat mengukur mereka muatan-

to-mass ratio . Untuk melakukan hal ini, ia pertama kali perlu

tahu berapa banyak alpha partikel sampel nya radium memberi

off (setelah itu ia akan mengukur total muatan dan membagi

satu dengan lainnya). Partikel alpha terlalu kecil untuk

dilihat bahkan dengan mikroskop, tetapi Rutherford tahu bahwa

partikel alpha mengionisasi molekul udara, dan jika udara

dalam medan listrik, ion akan menghasilkan arus listrik. Pada

prinsip ini, Rutherford dan Geiger merancang perangkat

penghitungan sederhana yang terdiri dari dua elektroda dalam

tabung kaca. Setiap partikel alpha yang melewati tabung akan

membuat pulsa listrik yang bisa dihitung. Itu adalah versi

awal dari Geiger . [6]

Meja yang Geiger dan Rutherford dibangun terbukti tidak

dapat diandalkan karena partikel alpha sedang terlalu kuat

dibelokkan oleh tabrakan dengan molekul udara dalam ruang

deteksi. Lintasan sangat bervariasi dari partikel alpha

berarti bahwa mereka tidak semua menghasilkan jumlah yang sama

ion saat mereka melewati gas, sehingga menghasilkan pembacaan

yang tidak menentu. Hal ini membingungkan Rutherford karena ia

berpikir bahwa partikel alpha yang terlalu berat untuk

dibelokkan begitu kuat. Rutherford meminta Geiger untuk

menyelidiki berapa banyak materi yang bisa menyebarkan sinar

alpha. [7]

Percobaan mereka merancang terlibat membombardir foil

logam dengan partikel alpha untuk mengamati bagaimana foil

tersebar mereka. Karena partikel alfa sangat kecil, mereka

menggunakan layar neon untuk mengukur lintasan mereka. Setiap

dampak partikel alfa pada layar menghasilkan kilatan cahaya

kecil. Untuk menghitung ini berkedip cahaya kecil, Geiger dan

Marsden harus bekerja di laboratorium gelap, mengintip melalui

mikroskop selama berjam-jam. [8] Rutherford tidak memiliki daya

tahan untuk pekerjaan ini, itulah sebabnya mengapa ia

meninggalkannya untuk rekan-rekannya yang lebih muda. [9] Untuk

foil logam, mereka menguji berbagai logam, tetapi mereka lebih

suka emas karena mereka bisa membuat foil sangat tipis,

seperti emas sangat ulet. [10] Sebagai sumber partikel alpha,

substansi Rutherford pilihan adalah radium , zat beberapa juta

kali lebih radioaktif dari uranium.

Percobaan Tahun 1908

1908 Percobaan

Alat ini digambarkan dalam sebuah makalah 1908 oleh Hans

Geiger. Itu hanya bisa mengukur defleksi dari beberapa

derajat.

Geiger membangun sebuah tabung kaca panjang, hampir dua

meter panjangnya. Di salah satu ujung tabung adalah kuantitas

" radium emanasi "(R) yang berfungsi sebagai sumber partikel

alpha. Ujung tabung ditutupi dengan layar berpendar (Z). Di

tengah-tengah tabung adalah celah 0,9 mm-lebar. Partikel alpha

dari R melewati celah tersebut dan menciptakan sebuah potongan

kecil bersinar cahaya pada layar. Sebuah mikroskop (M)

digunakan untuk menghitung kelipan di layar dan mengukur

penyebaran mereka. Ketika udara dipompa keluar dari tabung dan

partikel alpha yang terhalang, mereka meninggalkan citra rapi

dan ketat pada layar yang berhubungan dengan bentuk celah.

Ketika ada udara di dalam tabung, potongan kecil bersinar

menjadi lebih menyebar. Geiger kemudian mempompa keluar udara

dan menempatkan beberapa foil emas sepanjang celah di AA. Hal

ini juga menyebabkan potongan kecil cahaya pada layar menjadi

lebih menyebar. Percobaan ini menunjukkan bahwa baik udara dan

padatan nyata bisa menyebarkan partikel alpha. Aparat, namun

hanya bisa mengamati sudut kecil dari defleksi. Rutherford

ingin tahu apakah partikel alpha sedang tersebar oleh sudut-

bahkan mungkin lebih besar lebih besar dari 90 °.

Percobaan 1909

Geiger dan Marsden menggambarkan percobaan eponymous

mereka dengan mana mereka membuktikan bahwa partikel alfa

memang bisa tersebar lebih dari 90 °. Dalam percobaan mereka,

mereka menyiapkan kecil tabung kerucut gelas (AB) yang berisi

"radium emanasi" ( radon ), "radium A" (radium yang

sebenarnya), dan "radium C" ( bismuth -214); akhir terbuka

disegel dengan mika . ini mereka emitor partikel alpha. Mereka

kemudian mendirikan piring timbal (P), di bawah mana mereka

ditempatkan layar fluorescent (S). Tabung diadakan di atas

piring, sehingga partikel alpha dipancarkan tidak bisa

langsung menyerang layar. Mereka melihat beberapa

scintillations di screen-ini adalah karena beberapa partikel

alpha bisa menghindari piring dipimpin oleh memantul dari

molekul udara (percobaan tidak dilakukan dalam ruang hampa).

Mereka kemudian menempatkan foil logam (R) ke sisi pelat

timah. Mereka menunjuk tabung di foil untuk melihat apakah

partikel alpha akan terpental dan menabrak layar di sisi lain

dari piring, dan itu memang apa yang mereka lihat. Menghitung

scintillations, mereka melihat bahwa logam dengan massa atom

yang lebih tinggi, seperti emas, tercermin partikel alpha

lebih dari yang ringan seperti aluminium.

Geiger dan Marsden kemudian ingin memperkirakan jumlah

partikel alfa yang dipantulkan. Setup sebelumnya tidak cocok

untuk melakukan hal ini karena tabung berisi beberapa zat

radioaktif (radium ditambah produk pembusukan) dan dengan

demikian partikel alfa yang dipancarkan memiliki berbagai

rentang , dan karena itu sulit bagi mereka untuk memastikan

apa menilai tabung itu memancarkan partikel alpha . Kali ini,

mereka menempatkan sejumlah kecil radium C (bismuth-214) dari

pelat timah, yang memantul reflektor platinum (R) dan ke

layar. Mereka menemukan bahwa hanya sebagian kecil dari

partikel alfa yang melanda reflektor memantul ke layar (dalam

hal ini, 1 di 8000).

Percobaan Tahun 1910

Geiger menjelaskan percobaan dimana ia berusaha untuk

mengukur seberapa sudut yang paling mungkin saat partikel

alpha dibelokkan bervariasi dengan melewati bahan, yang

ketebalan material, dan kecepatan dari partikel alpha. Dia

membangun sebuah tabung gelas kedap udara yang udara dipompa

keluar. Pada salah satu ujung adalah bohlam (B) yang berisi

"radium emanasi" ( radon -222). Melalui merkuri, yang radon di

B dipompa pipa kaca sempit yang berakhir pada A terpasang

dengan mika . Di ujung lain dari tabung adalah neon seng

sulfida layar (S). Mikroskop yang digunakan untuk menghitung

scintillations pada layar itu ditempelkan skala milimeter

vertikal dengan vernier, yang memungkinkan Geiger untuk secara

tepat mengukur di mana kilatan cahaya muncul di layar dan

dengan demikian menghitung sudut partikel 'defleksi. Partikel

alpha dipancarkan dari A dipersempit ke balok dengan lubang

bundar kecil di D. Geiger ditempatkan foil logam di jalur

sinar di D dan E untuk mengamati bagaimana zona berkedip

berubah. Dia juga bisa memvariasikan kecepatan partikel alpha

dengan menempatkan tambahan lembar mika atau aluminium pada A.

Dari pengukuran ia mengambil, Geiger menemukan bahwa sudut

yang paling mungkin dari defleksi meningkat dengan ketebalan

material, sebanding dengan massa atom bahan, dan menurun

dengan kecepatan partikel alpha, dan bahwa dalam hal apapun

kemungkinan bahwa partikel akan dibelokkan oleh lebih dari 90

° adalah makin kecil.

Mereka menemukan bahwa atom bisa membelokkan partikel

alfa sebanyak 150 °. Ini seharusnya tidak mungkin menurut

model Thomson. Jelas, partikel-partikel tersebut telah

mengalami kekuatan elektrostatis jauh lebih besar dari model

Thomson menyarankan mereka akan, yang pada gilirannya tersirat

bahwa muatan positif atom terkonsentrasi dalam volume yang

lebih kecil daripada Thomson dibayangkan. [5]

Ketika Geiger dan Marsden ditembak partikel alpha pada

foil logam mereka, mereka melihat hanya sebagian kecil dari

partikel alfa yang dibelokkan oleh lebih dari 90 °. Paling

hanya terbang langsung melalui foil. Hal ini menunjukkan bahwa

mereka bola kecil muatan positif intens dipisahkan oleh jurang

besar ruang kosong. [5] Bayangkan Anda berdiri di tepi belukar

pohon dengan tas besar penuh bola tenis. Jika Anda adalah

untuk membabi buta melemparkan bola tenis di pohon-pohon, Anda

akan melihat bahwa sebagian besar bola akan terbang melalui

memukul apa-apa, sementara beberapa akan menyerang batang

pohon dan terpental ke segala arah. Analogi ini menggambarkan

apa Rutherford lihat dalam pola hamburan partikel alpha.

Kebanyakan partikel langsung melalui foil logam karena materi

yang adalah ruang kosong, tetapi beberapa telah "memukul"

beberapa kecil tapi kuat kendala: inti atom.

Rutherford melihat ada pilihan selain untuk mengabaikan

model Thomson atom, dan sebagai gantinya mengusulkan suatu

model di mana atom terdiri dari ruang kosong, dengan segala

muatan positif yang terkonsentrasi di pusatnya dalam volume

yang sangat kecil, dikelilingi oleh awan elektron.

Mengingat hasil percobaan di atas, Rutherford menerbitkan

kertas tengara pada tahun 1911 dimana ia mengusulkan bahwa

atom mengandung pusatnya volume muatan listrik yang sangat

kecil dan intens (pada kenyataannya, Rutherford memperlakukan

sebagai muatan titik dalam perhitungan ). [14] Untuk tujuan

perhitungan matematika ia diasumsikan muatan pusat ini adalah

positif, namun ia mengakui ia tidak bisa membuktikan ini dan

bahwa ia harus menunggu untuk eksperimen lain untuk

mengembangkan teorinya.

Rutherford mengembangkan persamaan matematika yang

dimodelkan bagaimana foil harus menyebarkan partikel alpha

jika semua muatan positif terkonsentrasi di satu titik di

pusat atom.

s = jumlah partikel alpha jatuh pada satuan luas

pada sudut defleksi Φ

r = jarak dari titik kejadian sinar α pada bahan

hamburan

X = Jumlah partikel jatuh pada materi hamburan

n = jumlah atom dalam satuan volume material

t = ketebalan foil

Q n = muatan positif inti atom

Q α = muatan positif dari partikel alfa

m = massa partikel alfa

v = kecepatan partikel alpha

Pada tahun 1911 makalahnya ( lihat di atas ), Rutherford

telah menyimpulkan bahwa atom harus mengandung "muatan

central" intens terkonsentrasi untuk menghasilkan medan

listrik yang diperlukan kuat untuk membelokkan partikel alfa

oleh sudut besar. Dia menganggap itu bermuatan positif untuk

tujuan perhitungan, tetapi mengakui ia tidak bisa

membuktikannya dengan data yang ia miliki saat itu. Dua tahun

kemudian, dalam bukunya Zat Radioaktif dan Radiasi mereka, ia

menyatakan bahwa "muatan pusat" positif berdasarkan hasil

eksperimen baru. Dia juga disebut muatan ini tengah "inti".

Percobaan 1913

Geiger dan Marsden menggambarkan serangkaian percobaan di

mana mereka berusaha untuk eksperimen memverifikasi persamaan

di atas yang Rutherford dikembangkan. Persamaan Rutherford

memperkirakan bahwa jumlah kelipan per menit s yang akan

diamati pada sudut Φ diberikan harus proporsional dengan:

1. csc 4 Φ / 2

2. ketebalan foil t

3. besarnya muatan pusat Q n

4. 1 / (mv 2) 2

5. Paper mereka menjelaskan 1913 empat percobaan

di mana mereka membuktikan masing-masing empat hubungan

ini.

Untuk menguji seberapa hamburan bervariasi dengan sudut

defleksi (yaitu jika s α csc 4 Φ / 2) Geiger dan Marsden

membangun sebuah alat yang terdiri dari sebuah silinder

logam berongga yang dipasang di meja putar. Di dalam

silinder adalah foil logam (F) dan sumber radiasi yang

mengandung radon (R), dipasang pada kolom terpisah (T) yang

memungkinkan silinder untuk memutar secara independen.

Sebuah mikroskop (M) dengan lensa obyektif yang ditutupi

oleh fluorescent seng sulfida layar (S) menembus dinding

silinder dan menunjuk kertas logam. Dengan memutar meja,

mikroskop dapat dipindahkan lingkaran penuh di sekitar foil,

memungkinkan Geiger untuk mengamati dan menghitung partikel

alpha dibelokkan hingga 150 °. Mengoreksi kesalahan

eksperimental, Geiger dan Marsden menemukan bahwa jumlah

partikel alpha yang dibelokkan dengan sudut Φ diberikan

memang sebanding dengan csc 4 Φ /

Geiger dan Marsden kemudian diuji bagaimana hamburan

bervariasi dengan ketebalan foil (yaitu jika s α t). Mereka

membangun sebuah disc (S) dengan enam lubang dibor di

dalamnya. Lubang-lubang yang ditutupi dengan foil logam (F)

dari berbagai ketebalan, atau tidak ada untuk kontrol. Disc

ini kemudian disegel dalam cincin kuningan (A) antara dua

pelat kaca (B dan C). Disk dapat diputar dengan menggunakan

batang (P) untuk membawa setiap jendela di depan sumber

partikel alpha (R). Pada panel kaca belakang adalah seng

sulfida layar (Z). Geiger dan Marsden menemukan bahwa jumlah

scintillations yang muncul di layar seng sulfida memang

sebanding dengan ketebalan selama mengatakan ketebalan

kecil.

Geiger dan Marsden kembali peralatan di atas untuk

mengukur bagaimana pola hamburan bervariasi dengan kuadrat

dari muatan inti (yaitu jika s α Q n 2). Geiger dan Marsden

tidak tahu apa muatan positif inti logam mereka (mereka baru

saja menemukan inti ada sama sekali), tetapi mereka

menganggap itu sebanding dengan berat atom, sehingga mereka

diuji apakah hamburan adalah proporsional dengan berat atom

kuadrat. Geiger dan Marsden menutupi lubang disk dengan foil

emas, timah, perak, tembaga, dan aluminium. Mereka mengukur

kekuatan menghentikan setiap foil ini dengan menyamakan ke

ketebalan setara udara. Mereka menghitung jumlah

scintillations per menit setiap foil yang dihasilkan pada

layar. Mereka membagi jumlah scintillations per menit dengan

setara udara foil bersangkutan, kemudian dibagi lagi dengan

akar kuadrat dari berat atom (Geiger dan Marsden tahu bahwa

untuk foil kekuasaan menghentikan sama, jumlah atom per

satuan luas sebanding dengan akar kuadrat dari berat atom).

Dengan demikian, untuk setiap logam, Geiger dan Marsden

diperoleh jumlah scintillations bahwa sejumlah atom yang

tetap menghasilkan. Untuk masing-masing logam, mereka

kemudian dibagi angka ini dengan kuadrat dari berat atom,

dan menemukan bahwa rasio yang kurang lebih sama. Dengan

demikian mereka membuktikan bahwa s α Q n 2.

Akhirnya, Geiger dan Marsden diuji bagaimana hamburan

bervariasi dengan kecepatan partikel alpha (yaitu jika s α 1 /

v 4). Menggunakan alat yang sama lagi, mereka memperlambat

partikel alpha dengan menempatkan lembar tambahan mika di

depan sumber partikel alpha. Mereka menemukan bahwa, dalam

rentang kesalahan eksperimental, bahwa jumlah

scinitillations memang sebanding dengan 1 / v 4.

(http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger

%E2%80%93Marsden_experiment)

Berdasarkan hasil percobaannya, E. Rutherford pada

1914 dapat menunjukkan bahwa partikel teringan yang dijumpai

pada sinar positip ternyata mempunyai massa sebesar massa

atom hidrogen. Dengan asumsi bahwa muatan positip ini

tentulah sama dengan muatan sebuah elektron tetapi dengan

tanda berlawanan, maka dapat disimpulkan bahwa partikel

teringan ini tidak lain adalah ion H+, yaitu atom hidrogen

yang kehilangan satu elektronnya. Percobaan-percobaan lebih

lanjut sampai pada rasionalisasi bahwa atom hidrogen yang

bermuatan positip merupakan satu satuan partikel positif

terkecil dalam susunan atom yang kemudian disebut proton.

Massa proton ini adalah kira-kira 1,67·10-24 gram, atau 1837

kali massa elektron. Perlu dicatat bahwa dalam berulang kali

percobaan ditemuai adanya harga-harga kelipatan mq; hal ini

dapat diinterpretasikan bahwa atom gas yang diselidiki dapat

melepaskan satu, dua atau tiga elektron.

C. Percobaan Chadwick

Serangkaian percobaan untuk berbagai unsur menunjukkan

bahwa massa atom selalu lebih besar daripada jumlah massa

proton dan elektron. Perlu dicatat bahwa jumlah proton yang

merupakan karakteristik bagi setiap atom unsur yang

bersangkutan telah ditemukan menurut percobaan Moseley.

Bahkan dengan alat spektrograf massa dapat ditemukan adanya

lebih dari satu macam harga massa atom untuk atom-atom unsur

yang sama sekalipun, yang kemudian dikenal sebagai isotop.

Untuk menjelaskan gejala-gejala tersebut perlu

diperkenalkan adanya partikel lain yang bersifat netral

tanpa muatan yang kemudian disebut neutron. Partikel ini

pertama kali diusulkan oleh Rutherford pada tahun 1920 dan

diduga mempunyai massa hampir sama dengan massa atom

hidrogen, tetapi, baru pada tahun 1933 ditemukan oleh J.

Chadwick dalam proses reaksi nuklir. Dalam percobaan ini

(Gambar 1.5) partikel-α yang ditembakkan pada unsur berilium

(Be) menghasilkan radiasi berikutnya dengan daya penetrasi

(tembus) sangat tinggi. Radiasi ini mampu menghantam proton

keluar dari parafin dengan gaya yang sangat kuat.

Berdasarkan energi dan momentumnya, hanya partikel netral

dengan massa setingkat dengan massa proton yang mampu

menghantam proton keluar dari parafin. Oleh karena itu,

Chadwick berpendapat bahwa radiasi dengan daya penetrasi

kuat ini tentulah terdiri atas partikel-partikel netral

dengan massa sesuai untuk neutron. Dengan demikian atom

(berilium) mengandung partikel netral, neutron (n), selain

proton (p) dan elektron (e), dan ketiganya disebut sebagai

partikel dasar penyusun atom.

Sungguh luar biasa bahwa neutron tidak ditemukan sampai

1932 ketika James Chadwick menggunakan data hamburan untuk

menghitung massa partikel netral ini. Sejak jaman Rutherford

itu telah diketahui bahwa atom massa Sejumlah inti sedikit

lebih dari dua kali lipat nomor atom Z untuk sebagian atom dan

bahwa pada dasarnya semua massa atom terkonsentrasi di inti

relatif kecil. Pada sekitar tahun 1930 itu dianggap bahwa

partikel dasar adalah proton dan elektron, tapi itu diperlukan

bahwa entah bagaimana jumlah elektron yang terikat dalam inti

untuk sebagian membatalkan muatan A proton. Tapi saat ini

diketahui dari prinsip ketidakpastian dan dari " partikel-in-

a-box "perhitungan jenis kurungan yang ada hanya tidak cukup

energi yang tersedia untuk mengandung elektron dalam inti.

Skala kasar dari energi yang dibutuhkan untuk mengurung

partikel ke dimensi tertentu dapat diperoleh dengan menetapkan

panjang gelombang DeBroglie dari partikel sama dengan dimensi

itu. Sebagai contoh, jika kita menganggap bahwa dimensi atom

hidrogen adalah sekitar 0,2 nm, maka energi kurungan sesuai

adalah sekitar 38 eV, urutan yang benar dari besarnya untuk

elektron atom. Tetapi untuk membatasi elektron ke dimensi

nuklir dari sekitar 5 fermis membutuhkan energi sekitar 250

MeV. Maksimum energi kurungan tersedia dari daya tarik listrik

ke inti diberikan oleh

Jadi jelas bahwa tidak ada elektron dalam inti.

Sebuah terobosan eksperimental datang pada tahun 1930

dengan pengamatan oleh Bothe dan Becker bahwa pemboman

berilium dengan partikel alpha dari sumber radioaktif yang

dihasilkan radiasi netral yang menembus tetapi non-pengion.

Mereka menganggap itu adalah sinar gamma, tetapi Curie dan

Joliot menunjukkan bahwa ketika Anda membombardir target

parafin dengan radiasi ini, dikeluarkan proton dengan energi

sekitar 5,3 MeV. Hal ini terbukti tidak sesuai dengan sinar

gamma, seperti tercermin dari analisis momentum dan energi:

Analisis mengikuti bahwa untuk tabrakan elastis headon

dimana sebuah partikel kecil menabrak massa yang jauh lebih

besar. Sekali lagi, energi yang diperlukan untuk penjelasan

sinar gamma jauh lebih besar daripada energi yang diamati

tersedia dari inti, sehingga radiasi netral harus berasal dari

semacam partikel netral.

Energi 5.3 MeV dari proton dikeluarkan bisa dengan mudah

dijelaskan jika partikel netral yang memiliki massa sebanding

dengan proton. Untuk tabrakan headon, ini akan membutuhkan

hanya 5,3 MeV dari partikel netral, nilai dalam kisaran emisi

partikel nuklir yang diamati.

Chadwick mampu membuktikan bahwa partikel netral tidak

bisa menjadi foton dengan membombardir target selain

hidrogen, termasuk nitrogen, oksigen, helium dan argon.

Tidak hanya ini tidak konsisten dengan emisi foton dengan

alasan energi, penampang untuk interaksi adalah lipat lebih

besar dari itu untuk hamburan Compton oleh foton.

Tugas yang tetap untuk Chadwick adalah bahwa penentuan

massa partikel netral. Dia memilih untuk membombardir boron

dengan partikel alpha dan menganalisis interaksi partikel

netral dengan nitrogen. Maskapai target particlular dipilih

sebagian karena massa boron dan nitrogen yang terkenal.

Konservasi energi diterapkan pada interaksi gabungan

memberikan ungkapan berikut:

Pemecahan untuk energi massa neutron memberikan

Sisanya tidak diketahui di sisi kanan persamaan adalah

kecepatan neutron. Dengan asumsi bahwa massa neutron dekat

dengan yang dari proton, Chadwick dibombardir atom hidrogen

dengan neutron nya diproduksi untuk mempelajari kecepatan

proton setelah tabrakan. Kemudian pengaturan kecepatan

neutron sama dengan yang kecepatan proton, ia menggunakan

ekspresi energi di atas untuk mendapatkan massa neutron dari

938 +/- 1,8 MeV. Dengan set konsisten eksperimen, Chadwick

telah memperoleh nilai pertama untuk massa neutron yang baik

dibandingkan dengan nilai yang berlaku saat ini dari 939,57

MeV.

(http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/

neutrondis.html)