LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL LANJUT “ HAMBURAN RUTHERFORD”
Oleh : LIA DESSY KURNIAWATI (081013075)
Anggota Kelompok : 1. Nurul Izzah
(081013085)
2. Dyah Rohmawati
(081013090)
Dosen Pembimbing : Herlik Wibowo S.Si,M.Si
LABORATORIUM RADIASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2013
EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD Lia Dessy Kurniawati *), Nurul Izzah *), Dyah Rohmawati *)
*) Program study S1 Fisika, Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya
ABSTRAK Telah dilakukan percobaan hamburan Rutherford untuk mengetahui keberadaan inti atom. Percobaan dilakukan dengan menggunakan sumber Am-241 yang akan meradiasikan partikel alfa menumbuk suatu pelat logam Al-13 dengan sudut yang divariasikan antara -15° sampai 15°. Jumlah cacahan akan dibaca oleh Single Channel Analyzer (SCA) sebagai pulsa-pulsa tegangan yang besarnya sebanding dengan energi partikel alfa. Berdasarkan pengamatan, diperoleh hasil bahwa sebagian besar partikel alfa diteruskan dan dihamburkan dengan sudut yang bervariasi. Berkas partikel alfa yang diteruskan ini hanya dapat terjadi jika atom memiliki ruang-ruang kosong (yang merupakan orbit elektron) dan bukan berupa bola pejal seperti model atom Thompson. Sedangkan partikel alfa yang dihamburkan dapat terjadi jika terdapat suatu massa masif yang mampu membelokkan partikel alfa, dalam hal ini massa masif itulah yang disebut sebagai inti atom. Hasil ini tidak sesuai dengan model atom Thompson sehingga diajukanlah model atom Rutherford yang menyempurnakannya. Kata kunci : detektor, hamburan Rutherford, partikel alfa, pencacah diferensial ================================================================== betul merupakan bola pejal yang positif
1. PENDAHULUAN
Rutherford
bersama
dua
orang
muridnya (Hans Geigerdan dan Ernerst Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel
yang
bermuatan
positif
dan
bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas.
Percobaan
bertujuan
untuk
tersebut menguji
sebenarnya pendapat
Thompson, yakni apakah atom itu betul-
yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta
bahwa
apabila
partikel
alfa
ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden
diperoleh
diantara
20.000
membelok
sudut
fakta
bahwa
satu
partikel
alfa
akan
bahkan
lebih.
90°
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi,
2
diperoleh beberapa kesimpulan bahwa
Dalam
eksperimen
hamburan
atom bukan merupakan bola pejal, karena
Rutherford, diperlukan alat dan bahan
hampir semua partikel alfa diteruskan; Jika
guna
lempeng emas tersebut dianggap sebagai
melaksanakan eksperimen. Alat dan bahan
satu lapisan atom-atom emas, maka di
yang digunakan adalah sumber radiasi
dalam atom emas terdapat partikel yang
partikel alfa Am-241, set pencacah SCA
sangat
(Single
kecil
yang
bermuatan
positif.
mendukung
Channel
keberhasilan
dalam
Analyzer ),
pompa
Partikel tersebut merupakan partikel yang
vakum,maacihh penguat (amplifier) dan
menyusun suatu inti atom, berdasarkan
tabung hamburan (chamber ). SCA di sini
fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa
berfungsi sebagai pemilah radiasi yang
akan
perbandingan
masuk serta mengubahnya menjadi pulsa
perbandingan
logika agar dapat dicacah oleh pencacah.
dibelokkan.
1:20.000
Bila
merupakan
diameter, maka didapatkan ukuran inti
Pompa
atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada
memvakumkan tabung hamburan hingga
ukuran atom keseluruhan.
tidak ada udara di dalamnya. Dan penguat
Berdasarkan didapatkan
dari
fakta-fakta percobaan
vakum
berfungsi
untuk
yang
(amplifier) digunakan untuk menguatkan
tersebut,
pulsa yang dihasilkan, karena pulsa yang
Rutherford mengusulkan model atom yang
dihasilkan
oleh
detektor
sangat
kecil
dikenal dengan Model Atom Rutherford
sehingga perlu untuk dikuatkan hingga
yang berhasil memperbaiki model atom
dapat tercacah oleh pencacah.
Thompson. Oleh karena itu kami sebagai mahasiswa Fisika pada mata kuliah Fisika
Pompa
Chamber
Penguat
Pencacah
Eksperimental Lanjut akan melakukan Eksperimen
Hamburan
Rutherford
di
Urutan rangkaian hamburan rutherford
Laboratorium Radiasi. Diafragma 2. METODE PENELITIAN
berfungsi
sebagai
pemfokus berkas partikel α yang akan mengenai lapisan tipis logam aluminium (Al-13). Cacahan partikel α dicatat dari sudut -15° sampai 15° dengan interval kenaikan 2,5° (-15°; -12,5°; -10°; -7,5°; 5°; 2,5°; 0°; 2,5°; 5°; 7,5°; 10°;12,5°; 15°). Hasil dimasukkan pada tabel sehingga
Setup eksperimen hamburan Rutherford
diperoleh data pengamatan seperti pada 3
bagian
lampiran.
Karena
pulsa
yang
dihasilkan detektor sangat kecil, maka perlu
digunakan
penguat
agar
dapat
tercacah oleh counter.
dikarenakan pada nomor kanal 90 hasil cacahan terbanyak didapatkan. Grafik yang didaptakan pada percobaan kali ini adalah sebagai berikut : Grafik jumlah cacahan /s ter hadap sudut
30
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Eksperimen hamburan Rutherford merupakan
loncatan
besar
dalam
pemahaman mengenai atom yang mana hasil eksperimen ini menggagalkan model atom Thomson sebelumnya. Eksperimen dilakukan
dengan
cara
alfa
20 15
merupakan
5 0
-20 partikel
bermuatan positif yang bergerak lurus
cacahan
10
mengarahkan
partikel- ke suatu lembaran emas Partikel
25
n a h a c a c h a l m u j
0 sudut θ
1520
Grafik 1. Hubungan antara sudut dan jumlah cacahan per-sekon
dengan memiliki daya tembus yang besar. Hal ini memungkinkan hamburan partikel
Grafik
1
menunjukan
grafik
yang
alfa memiliki sudut pantul yang besar pula.
berbentuk hiperbola. Hal ini dikarenakan
Hamburan partikel alfa dengan sudut
pada eksperimen Rutherford dijelaskan
pantul besar hanya mungkin terjadi apabila
bahwa muatan dan massa atom yang
ada interaksi antara partikel alfa dengan
terpusatkan di tengah merupakan inti atom.
suatu partikel yang memiliki massa besar
Inti atom inilah yang memiliki medan
tetapi berukuran kecil dan bermuatan
listrik dan bermuatan positif sehingga
sejenis (positif). Hal yang demikian ini
ketika partikel alfa ditembakkan ke inti
cenderung mengakibatkan partikel alfa
atom akan mengalami pembelokkan dan
akan menuju partikel tersebut dan akan
menyebabkan
dibelokkan
hiperbola.
penolakan
arahnya akibat
karena
muatan
yang
adanya sama
(positif). Menurut data hasil pengamatan pada lampiran, nomor kanal yang digunakan utuk eksperimen ini adalah 90. Hal ini
terjadinya
lintasan
Pada eksperimen hamburan rutherford berlaku hubungan antara sudut dan jumlah cacahan pada rumus berikut :
4
Grafik yang dihasilkan dari hubungan
Hasil eksperimen yang dilakukan
sudut dan jumlah cacahan yang sesuai
menunjukkan bahwa jumlah cacahan per
dengan
10 detik yang terbesar adalah pada saat
rumus
diatas
adalah
sebagai
berikut :
sudut hamburannya 2,5°, sehingga dapat disimpulkan
Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut
n a h a c a c h a l m u j
bahwa
partikel-
banyak
30
yang tak terhamburkan (atau dengan kata
25
lain banyak yang diteruskan). Hal ini
20
sesuai
15
mengatakan cacahan
10 5
dengan
partikel-
teori
bahwa akan
Rutherford
yang
sebagian
besar
diteruskan
dan
tidak
bertumbukan dengan apapun karena pada
0 -50000000
lembaran tipis tersebut terdapat banyak
50000000
sudut θ
ruang kosong. Selain itu, berdasarkan
Grafik 2. Hubungan sudut dan jumlah cacahan menurut persamaan rutherford
grafik hasil eksperimen terlihat bahwa semakin
besar
sudut
hamburan
yang
diberikan maka semakin sedikit pula pulsa Dari grafik 1, didapatkan penjelasan
yang tercacah per 10 detiknya. Hal ini juga
bahwa semakin besar sudut yang diberikan
sesuai
maka akan semakin kecil jumlah cacahan
mengatakan bahwa ada sedikit partikel-
partikel alfa yang tertangkap oleh detektor,
yang dihamburkan dalam sudut hamburan
atau dengan kata lain semakin mendekati 0
yang
derajat,
dibelokkan
maka
jumlah
cacahan
akan
dengan
besar.
teori
Rutherford
Partikel- atau
untuk
dihamburkan
yang
dapat hingga
semakin besar hingga mendekati angka tak
mencapai sudut yang sangat besar adalah
terhingga
persamaan
apabila terjadi tumbukan tunggal dengan
Rutherford yang dapat dianalisa ketika
suatu objek yang sangat padat (masif).
sesuai
dengan
sudut 0 dimasukkan pada rumus maka
nilai
yang
keluar
,
adalah
tak
terhingga dengan dibuktikan pada grafik hiperbola ke atas. Pembelokkan arah partikel alfa menandakan bahwa sebagian
Hasil inilah yang kemudian membawa 4. KESIMPULAN
Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa : 1. Nilai cacahan terbanyak didapatkan
besar ruang yang berada dalam atom-atom
pada
tersebut merupakan ruangan kosong.
sebanyak 266 cacahan
nomor
kanal
90
yakni
5
2. Partikel alfa merupakan partikel yang
bermuatan
positif
dan
[3] Krane.
Kenneth
S.
2008. Fisika
Modern. Jakarta : UI Press
bergerak lurus serta memiliki daya
[4] Knoll, G. F. 1989. Radiation Detection
tembus yang besar sehingga dapat
and Measurement . John Wiley and
menembus lembaran tipis kertas.
Sons. New York
3. Eksperimen hamburan rutherford mampu menunjukan keberadaan inti atom pada partikel alfa. 4. Grafik
yang
diperoleh
dari
hubungan sudut dan jumlah cacah
[5] Tim
Dosen Fisika
Petunjuk Eksperimental
Radiasi.
Praktikum Lanjut.
2010. Fisika
Departemen
Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
berbentuk grafik hiperbola, yang membuktikan bahwa partikel alfa yang
menuju
inti
atom
akan
bertolak karena inti atom bersifat positif 5. Dari penurunan rumus hamburan Rutherford,
ketika
dimasukkan
sudut 0, maka nilai yang dihasilkan yaitu tak terhingga. Hal ini sesuai dengan hasil eksperimen bahwa ketika sudut diarahkan ke angka 0, maka
jumlah
cacahan
akan
meningkat ekstrem, namun nilai tak terhingga tidak akan keluar di pencacah karena keterbatasan alat.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Bevington, P.R. 1969. Data Reduction and Error Analysis Physical Science. Mc. Graw Hill [2] Cooke, Colin. 1996. An Introduction to Experimental
Physics.
University
College London: UCL Press Limited 6
LAMPIRAN 1. DATA HASIL PENGAMATAN 1.1 Menentukan jumalh cacahan terbanyak pada kanal tertentu
Kanal
Jumlah cacahan
0
13
10
9
20
6
30
0
40
7
50
12
60
25
70
66
80
181
90
266
100
172
1.2 Mengamati jumlah cacahan per sekon (10 s)
Sudut
Jumalah cacahan
Cacahan/sekon
-15
0
0
-12,5
2
0,2
-10
4
0,4
-7,5
11
1,1
-5
49
4,9
-2,5
145
14,5
0
266
26,6
2,5
261
26,1
5
171
17,1
7,5
85
8,5
10
24
2,4
12,5
3
0,3
15
0
0
7
2. ANALISIS DATA
Maka grafik yang dihasilkan untuk hubungan antara sudut hamburan dan jumlaha cacahan persekon adalah sebagai berikut :
Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut
30 25 n a h a c a c h a l m u j
20 15 cacahan
10 5 0
-20
-10
0
10
15
20
sudut θ
Pada eksperimen hamburan Rutherford, terdapat rumus hubungan antara jumlah cacahan dan sudut hamburan yaitu sebagai berikut :
Penurunan untuk membuktikan rumus tersebut adalah sebagai berikut : Diketahui :
Menurut persamaan hamburan rutherford :
Maka ;
8
Atau
()
Dari persamaan diatas dapat dibuat sebuah grafik antara jumlah cacahan dan sudut yakni hubungan
-15
3445,16
0
-12,5
7118,97
0,2
-10
17330,69
0,4
-7,5
54651,98
1,1
-5
276236,94
4,9
-2,5
44115585,37
14,5
0
26,6
2,5
44115585,37
26,1
5
276236,94
17,1
7,5
54651,98
8,5
10
17330,69
2,4
12,5
7118,97
0,3
15
3445,16
0
Sudut
9
Sehingga didapatkan grafik sebagai berikut:
Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut 30 25 n a h a c a c h a l m u j
20
15 cacahan
10 5 0
-20000000
0
20000000
40000000
60000000
sudut θ
10
