TETES MINYAK MILIKAN LAPORAN PRAKTIKUM
diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika I Dosen: Drs. David Edison Tarigan, M.Si.
oleh Herlina Agustina
1300799
Syarif Rokhmat Hidayat
1304391
LABORATORIUM FISIKA LANJUT DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2016
A. Tujuan Menentukan harga muatan elektron
B. Teori Dasar Percobaan tetes minyak milikan dilakukan oleh Robert A. Milikan (1868 – 1953). Dalam percobaannya ia berhasil menemukan harga muatan elektron secara akurat dan menunjukkan bahwa muatan elektron bersifat diskrit. Elektron mempunyai peran penting dalam mempelajari gejala kelistrikan dan kemagnetan. Dalam eksperimen ini, kita menyemprotkan minyak dalam bentuk hujan tetes-tetes minyak dari atomizer. Setelah diamati hujan tetes-tetes minyak tersebut tampak seperti bintang kecil-kecil yang jatuh perlahan-lahan yang dipengaruhi gaya gravitasi dengan kecepatan yang bergantung pada massanya, viskositas udara dan gaya stokes. Sehingga dari pengamatan tersebut, kita dapat menentukan harga muatan elektron dan menunjukkan bahwa elektron bersifat diskrit. Percobaan tetes minyak milikan dilakukan sebagai berikut :
Robert Millikan melakukan percobaan tersebut dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, ia menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur selalu kelipatan dari suatu bilangan
yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini adalah muatan dari satu elektron sebesar 1,602 × 10−19 C. Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada tetes minyak, tersebut dapat kita cari muatannya. Pergerakan ion sebelum diberi medan listrik, adalah 𝐹𝐴 + 𝐹𝑆 = 𝑊 𝐹𝐴 + 𝑘𝑣 ′ = 𝑚𝑔 Dengan kehadiran medan listrik, 𝐹𝐴 + 𝐹𝐶 = 𝑊 + 𝐹𝑆 𝐹𝐴 + 𝑞𝐸 = 𝑚𝑔 + 𝑘𝑣 ′′ Diketahui, 𝑉
𝐸 = 𝑑, dengan d adalah jarak antar pelat. 𝑘 = 6𝜋𝑟, dengan adalah viskositas udara dan r adalah jari-jari ion.
Karena tetesan berbentuk bola, maka jari-jarinya dapat dihitung 4 𝑚 = 𝜌 ( 𝜋𝑟 3 ) 3 Pada waktu tertentu ion akan bergerak dengan persamaan 𝑊 = 𝑘𝑣 ′ , dimana kecepatan pada saat itu merupakan kecepatan terminal, maka 𝑊 = 𝐹𝑆 𝑚𝑔 = 6𝜋𝑟𝑣 ′ 4 𝜌 ( 𝜋𝑟 3 ) 𝑔 = 6𝜋𝑟𝑣 ′ 3 𝑟=√
9 𝑣 ′ 2 𝜌𝑔
Dengan menggunakan persamaan, 𝐹𝐴 + 𝐹𝑆 = 𝑊
𝑊 − 𝐹𝐴 = 𝐹𝑆 𝑔(𝑚𝑚 − 𝑚𝑢 ) = 𝑘𝑣 ′ 𝑉𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑣′ 𝑔 4 𝑘 = ′ ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑣 3 𝑘=
Maka, persamaan 𝐹𝐴 + 𝐹𝐶 = 𝑊 + 𝐹𝑆 𝑊 − 𝐹𝐴 = 𝐹𝐶 − 𝐹𝑆 4 𝑔 4 𝑔 ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) = 𝑞𝐸 − ′ ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 )𝑣 ′′ 3 𝑣 3 4 𝑔 4 𝑞𝐸 = 𝑔 ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) + ′ ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 )𝑣 ′′ 3 𝑣 3 𝑞
𝑉 4 𝑣 ′′ = 𝑔 ( 𝜋𝑟 3 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) (1 + ′ ) 𝑑 3 𝑣
𝑔𝑑 4 3 𝑣 ′ + 𝑣 ′′ ( 𝜋𝑟 ) (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( 𝑞= ) 𝑉 3 𝑣′ 3⁄ 2
4𝜋𝑔𝑑 9 𝑣 ′ 𝑞= ( ) 3𝑉 2 𝜌𝑔 4𝜋𝑑 9 ( ) 𝑞= 3 2 (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 )
3⁄ 2
(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) (
𝑣 ′ + 𝑣 ′′ ) 𝑣′ 1⁄ 2
𝑣′ (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ) 𝑔
C. Alat dan Bahan 1. Oil drops apparatus 2. Minyak silikon 3. Sprayer 4. Power supply DC 0 – 500 volt DC
(
𝑣 ′ + 𝑣 ′′ ) 𝑉
D. Prosedur Percobaan 1. Mempersiapkan peralatan/ alat kerja yang dibutuhkan. 2. Menyalakan power supply dan menyalakan lampu yang ada pada alat agar gerak partikel dapat diamati. 3. Menyemprotkan minyak silikon yang telah disediakan, disemprotkan pada alat melalui lubangnya sebanyak 2 – 4 kali hingga pasti bahwa minyak telah masuk ke dalam tabung ionizer. 4. Mengamati tetesan minyak yang jatuh (bergerak dalam alat) melalui teleskop. 5. Mengaktifkan sakelar pengatur medan polaritas/ medan listrik. Apabila ada ion yang berubah arah, maka ion tersebut di amati. 6. Menetapkan skala pengamatan GLB ion melalui mikroskala yang tertera di dalam alat dan mencatat waktu yang diperlukan ion untuk bergerak sejauh jarak yang telah ditetapkan tersebut (d), baik sebelum diberi medan listrik maupun sesudah diberi medan listrik dengan menggunakan stopwatch, dan mencatat data jarak dan waktu yang ditempuh oleh ion selama bergerak. 7. Melakukan pengamatan dan pengukuran secara berulang 5 - 10 kali pengukuran hingga diperoleh hubungan jarak lintasan ion dengan waktu tempuh yang dilaluinya.
E. Data Hasil Pengamatan Hari, tanggal
: Jumat, 29 April 2016
Keadaan Ruangan : Suhu Awal = 24 0C Suhu Akhir = 24 0C Jarak antar pelat (d)
= 4 mm
Tegangan sumber (VAB)
= 400 volt
Massa jenis minyak ( m)
= 970 kg/m3
Massa jenis udara (u)
= 1,29 kg/m3
Koefisien kekentalan udara ()
= 1,85 x 10-5 kgm-1s-1
Percepatan grafitasi (g)
= 9,8 m/s2
Jarak pengamatan lintasan ion (y) = 0,8 mm
Tabel 1. Data hasil pengamatan No. 1 2 3 4 5 6
y (mm) 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
t' (s) 11,1 12,7 13,2 12,3 14,5 14,4
t'' (s) 9,7 10,3 12,4 9,6 8,5 8,6
F. Pengolahan Data Berdasarkan data yang diperoleh, kecepatan tetes minyak dapat ditentukan dengan persamaan GLB 𝑦 𝑣= 𝑡 dan muatan ion tetes minyak dapat ditentukan dengan persamaan 3
1
2 𝑣 ′ 2 𝑣 ′ + 𝑣 ′′ 4𝜋𝑑 9𝜂 ( ) ) ( ) ( 𝑞= 𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ( ) 3 2 (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑔 𝑉
sehingga diperoleh tabel berikut
Tabel 2. Pengolahan data No. 1 2 3 4 5 6
v' v'' (mm/s) (mm/s) 0,0721 0,0825 0,0630 0,0777 0,0606 0,0645 0,0650 0,0833 0,0552 0,0941 0,0556 0,0930 Rata-rata Standar deviasi
q (C) 4,283 × 10-19 3,644 × 10-19 3,180 × 10-19 3,906 × 10-19 3,620 × 10-19 3,615 × 10-19 3,708 × 10-19 3,659 × 10-20
Dari tabel di atas dapat ditentukan bahwa muatan tetes minyak silikon yang diamati adalah sebesar 𝑞 = (3,708 ± 0,366) × 10−19 C
Jumlah elektron dalam ion tersebut 𝑞 𝑞 ( + ) 1,5 × 10−19 C 2,0 × 10−19 C 𝑛= 2 3,708 × 10−19 C 3,708 × 10−19 C ) + 1,5 × 10−19 C 2,0 × 10−19 C 𝑛= 2 (
𝑛 ≈ 2 buah
Sehingga dapat ditentukan muatan elektron adalah 𝑒̅ =
𝑞̅ 𝑛
𝑒=
3,708 × 10−19 C 2
𝑒 = 1,854 × 10−19 C 𝜕 𝑞 | Δ𝑞 Δ𝑒 = | 𝜕𝑞 𝑛 Δ𝑒 =
1 Δ𝑞 𝑛
Δ𝑒 =
(3,708 × 10−19 C) 1 (0,366 × 10−19 C) + (0,213) (2,163)2 2
Δ𝑒 = 0,183 × 10−19 C
maka besar muatan elektron hasil pengamatan dalam percobaan adalah 𝑒 = (1,854 ± 0,183) × 10−19 C
G. Analisis Dari hasil percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan, muatan elektron dapat ditentukan, yaitu (1,854 ± 0,183) × 10−19 C dengan persentase kesalahan presisi sebesar 0,183 × 10−19 C kesalahan presisi = = 9,87% 1,854 × 10−19 C
Jika dibandingkan dengan muatan elektron pada litelatur (𝑒 = 1,602 × 10−19 ) terdapat perbedaan. Persentase akurasi hasil percobaan terhadap litelatur adalah akurasi = 1 −
|𝑒𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑒𝑙𝑖𝑡𝑒𝑙𝑎𝑡𝑢𝑟 | 𝑒𝑙𝑖𝑡𝑒𝑙𝑎𝑡𝑢𝑟
akurasi = 1 −
|1,854 × 10−19 C − 1,602 × 10−19 C| 1,602 × 10−19 C
akurasi = 84,27%
Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh beberapa hal di antaranya 1. Percepatan gravitasi di tempat percobaan tidak tepat 9,8 m/s 2 2. Kesulitan penglihatan saat mengamati tetes minyak silikon 3. Massa jenis udara di tempat percobaan tidak tepat 1,29 kg/m3 dan viskositasnya tidak tepat 1,85 x 10-5 kgm-1s-1
H. Kesimpulan Berdasarkan percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan diperoleh muatan elektron adalah (1,854 ± 0,183) × 10−19 C dengan kesalahan presisi 9,87% dan akurasi dengan litelatur 84,27%.
I. Daftar Pustaka Tipler, P.A. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 2 Ed. 3. Jakarta: Erlangga. Tim Dosen Fisika. (2001). Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika. Malang: Jurusan Pendidikan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang Tim Dosen Fisika. (s tahun). Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika. Bandung: Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI.
J. Lampiran
