Fisika Ekperimental e/m Elektron
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL LANJUT Percobaan : R-3
Eksperimen e/m Elektron Hari: Jum’at
Pelaksanaan Praktikum Tanggal : 23 September 2011
Jam ke :9-10
Oleh : Efinda Putri Normasari Susanto NIM. 080913075 Kerabat dalam kelompok : Ni’Matut Tamima (080913006) Bandiyah Sri Aprilia (080913049) Mar’Atus Solikha (080913066) Dosen Pembimbing : Herlik Wibowo, S.Si., M.Si
LABORATORIUM RADIASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA 2010
1
Fisika Ekperimental e/m Elektron
ABSTRAK
Efinda Putri N S. Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut (Eksperimental e/m Elektron). Laporan. 2011.
Pada percobaan ini, bertujuan untuk menentukan elektron per massa pada elektron dengan membuat grafik antara medan magnet dan kuat arus listrik, serta antara potensial dan kuat arus listrik. Prinsip dalam melakukan percobaan ini adalah jika suatu muatan elektron bergerak di dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik persis seperti partikel yang dilemparkan horizontal didalam medan gravitasi bumi. Sistem yang digunakan terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan ini disebut kumparan Helmholtz yang digunakan untuk menghilangkan medan – medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas. Elektron yang dihasilkan oleh filamen (yang berlaku sebagai katoda), akibat proses termoelektron, akan dipercepat ke arah anoda yang mempunyai beda tegangan (V) terhadap katoda. Dari prinsip kekekalan energi, jika tidak ada usaha yang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai energi kinetik akibat tegangan (V). Electron yang bergerak dengan energy kinetic akibat dari tegangnan (V) akan melewati medan magnet yang didalamnya terjadi gaya magnet (B) sehingga electron akan mengalami gaya Lorentz. Medan magnet yang dihasilkan Helmholtz adalah medan magnet yang seragam, sehingga alektron yang bergerak dengan arah kecepatan tegak lurus akan medan magnet akan memiliki lintasan berbentuk lingkaran seperti prediksi Bohr. Hal ini akibat dari perubahan arah kecepatan electron tanpa merubah kelajuannya, yang disebabkan adanya gaya sentripetal. Gaya sentripetal dan gaya Lorentz pada percobaan ini sama besar, sehingga dengan analisis perhitungan akan kita dapat besar dari (e/m) electron.
2
Fisika Ekperimental e/m Elektron
METODE EKSPERIMEN 1. Menyiapkan semua alat dan bahan yang berkaitan dengan penentuan tegangan, arus listrik dan medan magnet kemudian merangkainya sesuai gambar.
(Voltmeter & Ampermeter)
Rangkaian alat eksperimen
Power Supply
Tabung sinar katode dalam kotada
muatan spesifikasi elektron e/m
2. Menentukan tegangan anoda sebesar 300 volt dengan menentukan jari-jari di lingkaran berwarna biru adalah 8 cm, Kemudian mencatat besarnya arus yang terukur, pada saat lintasan electron berbentuk lingkaran, seperti gambar berikut:
3. Melakukan Variasi tegangan anoda dari 300 volt – 200 volt dengan interval penurunan 10. Mencatat perubahan arus yang terukur setiap perubahan variasi tegangan, sedemikian sehingga diameter lingkaran tepat 8 cm
3
Fisika Ekperimental e/m Elektron
4.
Memasukkan data dengan menggunakan tabel. Kemudian kita menentukan medan magnet dengan menggunakan tabel.
5. Membuat grafik hubungan antara tegangan dengan kuadrat arus, menentukan persamaan regresi sebagaimana dirumuskan sebagai: V= k I² 6. Untuk membuat grafik k terhadap B² menggunakan rumus berikut: = (B)² 7. Menentukan e/m dari gradien garis grafik pada langkah nom 6 diatas. 8. Membandingkan dengan literature :
4
Fisika Ekperimental e/m Elektron
ANALISIS DATA
Data yang diperoleh:
Jumlah lilitan kumparan (n) = 130 lilitan
Jari – jari kumparan (R) = 0,15 ± 0,0005 m
Jari – jari lintasan electron ( r) = (0,04 ± 0,0005) m
Tabel hasil Pengamatan Tegangan (V) dan Arus (I) r (konstan) = 0,04 m Tegangan (V)
300
290
280
270
260
250
240
230
220
210
200
Kuat arus (A)
1.27
1.24
1.23
1.22
1.22
1.22
1.16
1.09
1.08
1.07
1.07
Tabel V = f(I) V (Volt)
I(A)
I²
n
µo
R
r
r²
(4/5)^3
e/m
200 1.07
1.1449
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.59931E+11
210 1.07
1.1449
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.77927E+11
220 1.08
1.1664
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.88626E+11
230 1.09
1.1881
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512
240 1.16
1.3456
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.67495E+11
250 1.22
1.4884
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512
260 1.22
1.4884
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.59924E+11
270 1.22
1.4884
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.73767E+11
280 1.23
1.5129
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.81333E+11
290 1.24
1.5376
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512 3.88608E+11
300 1.27
1.6129
130 0.000001256
0.15
0.04
0.0016
0.512
Rata - rata
3.9887E+11
3.4608E+11
3.8324E+11 3.75073E+11
5
Fisika Ekperimental e/m Elektron
Membuat Grafik hubungan antara V dan I² Dengan memisalkan
dan
No.
x
y
x²
y²
xy
1
1,61
300
2,59
90000
483
2
1,54
290
2,37
84100
446,6
3
1,51
280
2,28
78400
422,8
4
1,49
270
2,22
72900
402,3
5
1,49
260
2,22
67600
387,4
6
1,49
250
2,22
62500
372,5
7
1,34
240
1,80
57600
321,6
8
1,19
230
1,42
52900
273,7
9
1,17
220
1,37
48400
257,4
10
1,14
210
1,30
44100
239,4
11
1,14
200
1,30
40000
228
∑jumlah
∑x=15,11
∑y=2750
∑x²=21,09
∑y²=698500
∑xy=3834,7
Mencari
dengan rumus kuadrat terkecil
Mencari m m
n xy x y n x 2 x
2
m
11(3834 ,7) (15,11)( 2750 ) 11(21,09 ) (15,11) 2
m
42181 ,7 41552 ,5 231,99 228 ,31
m
629 ,2 3,68
m 170,98
Mencari
n
x y x xy n x x
n
(21,09 )( 2750 ) (15,11)( 3834 ,7) 11(21,09 ) (15,11) 2
n
57997 ,5 57942 ,32 231,99 228 ,31
2
2
2
6
Fisika Ekperimental e/m Elektron
55,18 3,68
n
n 15,00
Mencari
2 2 x 2 y 2 x xy y n xy 1 2 S y n 2 y 2 n x 2 x 2
2 2 1 21,09 2750 215,113834,7(2750) 113834,7 S y 11 2 698500 11(21,09) (15,11) 2 2
Sy
2
2
1 2564546,5 698500 9 3,68
2
1 1612,40 9
Sy
Sy
1 159493125 318682743,5 161754165 698500 9 166,21 165,64
S y 179,16 S 13,38 2
y
Mencari simpangan baku terbaik (Sm) n x x
Sy
Sm
11
13,38
Sm
n
Sm
2
2
1121,09 15,11
2
11 13,38 3,68
Mencari simpangan baku terbaik (Sn)
x n x x 2
Sn
Sn
2
2
21,09
1121,09 15,11
2
Sy
13,38
32,03
7
Fisika Ekperimental e/m Elektron
Jadi persamaan regresinya adalah
Maka slope dan intercept garis lurus terbaik dari I² dan V adalah
Grafik Hubungan I² dan V 300
y=(170,98±23,13)x+(15,00±32,03)
250
V
200
150 Series1
100 50 0 0
0.5
1 I²
1.5
Dengan menganalogikan
sama dengan
2
, sehingga akan diperoleh nilai k
yaitu Sedang menurut analisis perhitungan :
Prosentasi Kesalahan hitung antara k dari regresi dengan k analisis:
Menghitung nilai e/m Dari persamaan: dan 8
Fisika Ekperimental e/m Elektron
Maka diperoleh :
=
=
=
= = = =
Jadi (
(
C/kg
Prosentasi Kesalahan hitung:
9
Fisika Ekperimental e/m Elektron
Prosentasi kesalahan ukur :
10
Fisika Ekperimental e/m Elektron
PEMBAHASAN
Eksperimen e/m dapat mengamati lintasan electron dalam tabung gelas disebabkan adanya medan magnet seragam yang membelokkan electron, serta membuat electron mengalami gaya Lorents sehingga akan membentuk lintasan berbentuk lingkaran. Medan magnet yang seragam dan beda potensial yang diberikan terus – menerus sehingga electron bergerak melingkar secara kontinyu tanpa ada perubahan kelajuan. Selain itu electron adalah suatu i materi. Oleh karena itu kita dapat mengamati lintasan electron tersebut dengan mata kita. Untuk memperjelas juga dalam pengamatan ditutp dengan sebuat perangkat biasa yang berfungsi untuk mengurangi intensitas cahaya lain sehingga kita dapat dengan jelas mengamati lintasa electron. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada saat nilai tegangan (V) diperkecil maka diameter lintasan electron akan ikut mengecil, dan untuk membuat diameter electron tetap maka arus pun harus dikecilkan. Hal ini sesuai dengan persamaan:
Dari rumus tersebut dapat dilihat bahwa tegangan berbanding lurus dengan arus yang diberikan. Selain itu, semakin besar nilai kuat arusnya maka medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan Helmholtz semakin besar pula. Medan magnet yang besar akan membelokkan elektron dengan kuat sehingga diameter lintasan elektron semakin kecil karena diameter elektron berbanding terbalik dengan medan magnet. Hasil dari percobaan ini cukup jauh dari referensi (e/m = 1,7588.10¹¹ C/kg ), yaitu sebesar 3,76.10¹¹ C/kg. sehingga kesalahan yang percobaan mencapai 113,78%. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu kondisi alat yang kurang baik, adanya perbedaan hasil sesungguhnya dengan penglihatan praktikan ( adanya tabung gelas sehingga muncul indeks bias yang akan mempengaruhi penglihatan praktikan yang akan menyebabkan pengukuran kurang akurat). Selain itu dari analisis data percobaan ini juga diperoleh suatu persamaan regresi linear untuk membuat grafik hubungan antara I² dan V. Yakni :
, untuk persamaan
maka
. Sehingga diperoleh .
11
Fisika Ekperimental e/m Elektron
KESIMPULAN
Lintasan elektron yang berbentuk lingkaran pada alat percobaan untuk menentukan harga e/m dikarenakan adanya perubahan arah dan kecepatan elektron yang bergerak dalam medan magnet (kumparan Helmholtz). Lintasan yang berbentuk lingkaran tersebut akan berubah menjadi lebih kecil jika tegangan atau arus yang diberikan dikecilkan, dan sebaliknya. Dari percobaan dihasilkan nilai – nilai sebagai berikut: 1. Persamaan regresi linear hubungan antara V dengan I² adalah
2. Nilai 3. Nilai e/m dari percobaan adalah 3,76.10¹¹ C/kg, dengan kesalahan ukur sebesar 113,78% 4. Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan kesalahan sampai mencapai 113,78 %, yaitu kondisi alat yang kurang baik, adanya perbedaan hasil sesungguhnya dengan penglihatan praktikan ( adanya tabung gelas sehingga muncul indeks bias yang akan mempengaruhi penglihatan praktikan yang akan menyebabkan pengukuran kurang akurat).
12
Fisika Ekperimental e/m Elektron
DAFTAR PUSTAKA
Alonso, M dan finn,E.J, Fundamental University Physics, Volume II addison Wisely, 1983 images.uninoli.multiply.multiplycontent.com
Bahtiar,
Ayi.2007.
Listrik
dan
Magnet
II
.
Tersedia:http://phys.unpad.ac.id/wp-
content/uploads/2009/02/handout-listrik-magnet-ii.pdf (23 September 2010).
Tipler, Paul A.(2001). Fisika untuk Sains dan Teknik jilid 2 edisi ketiga.Jakarta: Erlangga.
Krane, Kenneth S.1992.Fisika Modern, alih bahasa: Hans J. Wospakrik dan Sofia Niksolihin.Penerbit Universitas Indonesia : Jakarta
13
