MENENTUKAN RATIO e/m

JURNAL PRAKTIKUM LABORATORIUM FISIKA MODERN NAMA : RINTO PANGARIBUAN NIM : 110801050 KELOMPOK : III B JUDUL PERCOBAAN : MENENTUKAN RATIO MUATAN DAN MASSA ELEKTRON (e-/m) TANGGAL PERCOBAAN : 19 OKTOBER 2012 ASISTEN : SRI ANUGRAH WATI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012 BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Pada tahun 1897 J.J. Thomson menyelidiki kelakuan sinar katoda. Sinar katoda adalah aliran elektron-elektron yang keluar dari katoda dan masuk ke anoda. Pada percobaannya Thompson berhasil menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan partikel-partikel yang jauh lebih ringan dari pada atom dan berada di semua bentuk benda. Hal ini ditunjukkan dengan menentukan perbandingan muatan per massa elektron (e/m). Partikel yang menjadi bagian dari sebuah atom tersebut dinamakan electron.Interaksi medan magnet seragam dengan electron yang bergerak menghasilkan lintasan electron. Hal ini dikarenakan electron mengalami gaya akibat medan magnet. Pada percobaan ini, medan magnet berasal dari kumparan Helmholtz yang menghasilkan medan seragam. Tabung e/m berisi helium dilengkapi dengan senapan electron dan pelat difeleksi. Model atom Thomson ini berhasil menerangkan banyak sifat atom yang diketahui seperti: ukuran, massa, jumlah electron,dan kenetralan muatan elektrik. Dalam model ini, sebuah atom dipandang mengandung Z electron yang dibenamkan dalam suatu bola bermuatan positif jari R bola ini adalah jari-jari atom pula. Keadaan ini sama seperti yang dialami sebuah benda bermassa m yang tergantung pada sebuah pegas dengan tetapan pegas k, dalam medan gravitasi bumi. Gaya pegas yang dialami benda, yang besarnya F = kx, berlawanan arah dengan tarikan gravitasi bumi, yang besarnya F = mg. Tujuan 1. Untuk menentukan rasio muatan dan massa elektron secara praktek (metode lain dari pembelokan medan magnet) dengan menggunakan tabung yang sama. Untuk mengetahui hubungan arus dengan jejak elektron. Untuk mengetahui prinsip kerja tabung mata kucing. Untuk menegetahui hubungan flouresensi dan fosforensi. Untuk mengetahui aplikasi dari penentuan e/m. BAB II DASAR TEORI Model sruktur atom pertama adalah yang dikemukakan oleh J.J. Thomson, yang telah terkenal karena keberhasilannya mencirikan electron dan mengukur nisbah muatan terhadap massa (e/m) electron. Model atom Thomson ini berhasil menerangkan banyak sifat atom yang diketahui seperti: ukuran, massa, jumlah electron,dan kenetralan muatan elektrik. Dalam model ini, sebuah atom dipandang mengandung Z electron yang dibenamkan dalam suatu bola bermuatan positif jari R bola ini adalah jari-jari atom pula. Gaya pada sebuah electron yang berjarak r dari pusat sebuah bola bermuatan positif berjari-jari R dapat dihitung dengan menggunakan rumus-rumus dasar elektrostatik. Fraksi muatan dalam bola itu dari muatan tatal Ze. Jadi, Qdalam = Ze (4/3 πr3)/(4/3 πr3) = Ze r3/R3 (2.1) Menurut hulum Gauss, medan elektrik pada jarak r dapat dicari dari muatan total yang terkandung didalam bola berjari-jari r : ʃ E.dS = 1/ℇo qdalam (2.2) Karena sifat simetri bola dari persoalannya, medan elektrik E tetap nilainya diseluruh permukaan bola, sehingga integralnya dapat langsung dihitung dengan hasil E.4𝝅r2. jadi, E = 1/4πℇo (q dalam)/r2 (2.3) Denagn mengguanakan persamaan (2.1) bagi muatan total yang terkandung didalam bola, kita peroleh E =1/4πℇo Ze/R3 r (2.4) Karena sebuah electron dengan muatan e menderita gaya sebesar F = eE, maka F = Ze2/4πℇoR3 r = kr (2.5) dengan k = Ze2/4𝝅ℇoR3. Gaya ini cenderung menarik electron menuju pusat atom, sehinggga hasilnya dapat memb rantakka atom. Oleh karena itu, harus ada gaya lain, yang melawan tarikan ini agar semua electron dipertahankan tetap setimbang pada jari-jari r. gaya tambahan ini dipasok oleh gaya tolak-menolak antara electron sehingga semua electron tetap dalam kesetimbangan mantap. Bendanya setimbang di bawah tarikan kedua gaya yang berlawanan arah itu. Jika bendanya kita pindahkan sedikit jauh dari kedudukan setimbangnya, kemudian dilepaskan, ia akan bergetar (osilasi) dengan frekuensi v = (1/2𝝅)√(k/m) Oleh karena itu, kita juga memperkirakan bahwa electron-elektron dalam atom Thomson akan bergetar sekitar k edudukan setimbangnya dengan frekuensi v = (1/2𝝅) x √(k/m). Karena muatan elektrik nyang bergetar yang bergetar memancarkan gelombang electromagnet dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi getarnya, dapatlah kita perkirakan, bahwa berdasarkan model Thomson, semua frekuensi radiasi yang dipancarkan atom akan memperllihatkan frekuensi ciri khas ini. Kegagalan mencolok model Thomson muncul dari hamburan partikel (proyektil) bermuatan atom. Tinjaulah gerak sebuah partikel bermuatan positif yang menerobos sebuah atom. Karena adanya gaya elektrik dari atom terhadap partikel tersebut, maka lintasannya mengalami pembelokan yang cukup berartidari arah gerak semulanya. Gaya-gaya tersebut adalah gaya tolak yang ditimbulkan muatan positif atom, dan gaya tarik oleh electron-elektron yang bermuatan negatif. Kita menganggap bahwa massa partikel yang dibelokkan tersebut lebih besar daripada massa electron, tetapi lebih kecil daripada massa atom. Pada peristiwa interaksi antara partikel dengan sebuah electron, gaya tarik-menarik antara keduanya tentulah sama besar (menurut hukum ketiga Newton), sehingga yang terutama merasakan akibatnya adalah electron yang massanya jauh lebih kecil; sedangkan efeknya pada proyektil dapatlah diabaikan. Karena itu, hanyalah muatan positif atom yang perlu kita tijau sebagai penyebab pembelokan lintasan pertikel. Dengan alas an yang sama, kita abaikan pula gerak atom, yang lebih besar massanya,sebagai akibat pengaruh proyektil bermuatan yang lewat tersebut. Dengan demikian, percobaan kita adalah hamburan sebuah partikel bermuatan positif oleh bagian atom yang paling padat dan bermuatan positif dalam keadaan diam. (Kenneth S,Krane,2011) Analisis yang dilakukan di atas merupakan penerapan langsung dari hukum gerak Newton dan hukum coulomb mengenai gaya listrik – keduanya merupakan tonggak fisika klasik dan sesuai dengan pengamatan bahwa atom tersebut mantap. Namun, tidak sesuai dengan teorielektron magnetik – tonggak lain dari fisika energi dalam bentuk gelomnamg elektromagnetik. Sebuah elektron yang melintasi lintasan lengkung meupakan partikel yang dipercepat ; jadi harus kehilangan energi terus – menerus, membuat spiral menuju inti dalam suatu fraksi dari satu detik. Ketika teori ini ditest secara langsung, ramalan teori elektromagnetik selau cocok dengan eksperimen, namun atom tidak ambruk. Kont : adiksi (pertentangan) ini hamya mungkin berarti satu hal: Hukum fisika yang berlaku dalam duniamakroskopik tidak berlaku dalam dunia mikroskopik atom. Penyebab kegagalan fisika klasik untuk menghasilkan analisis struktur atomik yang berarti ialah kenyataan fisika klasik menghampiri alam secara eksklusif dalam konsep abstrak partikel “murni” dan gelombang “murni”. Seperti telah kita pelajari dalam dua bab terakhir, partikel dan gelombang mempunyai banyak sifat yang sama, walaupun kecilnya tetapan Planck menyebabkan dualitas partikel – gelombang tidakteramati dalam dunia makroskopik. Kesahan fisika klasik menurun ketika kelakuan partikel dari gelombang dan kelakuan gelombang dari partikel supaya atom dapat dimengerti. Dalam sisa bab ini kita akan melihat bagaimana model atomik Bohr yang menggabungkan pengrtian klasik dan modern, memenuhi tugasnya. Namun, kesuksesan teori atom sepenuhnya baru diperoleh setelah kita masukkan pandangan mekanika kuantum. Pertanyaan yang menarik muncul pada tahap ini. Dalam penurunan rumus hamburan Rutherford, kita telah memakai hukum fisika yang sama yang telah menunjukkan kegagalan,jika dipakai untuk menunjukkan kemantapan atomik.Mungkinkah menyerupai model Rutherford yang menyatakan inti sentral yang kecil yang dilingkungi oleh elektron yang terletak agak jauh dari pusat. Namun terjadinya suatu kebetulan yang mengherankan bahwa analisis mekanika kuantum untuk hamburan partikel alfa dari selaput tipis menghasilkan rumus yang sama dengan yamg diperoleh Rutherford. Hal ini membuktikan bahwa perhitungan klasik sedikitnya bendar secara aproksimasi, kita perhatikan bahwa panjang gelombang de-Broglie partikel alfa yang kelajuannya 2 x 107 m/s ialah : λ= h/mv= (6,63 × 〖10〗^(-34) J.s)/((6,6 ×〖10〗^(-27) kg)×(2 × 〖10〗^7 m/s) (2.6) = 5 x 10-15m Jarak terdekat yang dapat dicapai partikel alfa dengan panjang gelombang sebesar itu pada inti emas ialah 3 x 10-14m yang berarti 6kali panjang gelombang de-Broglie, sehingga sangat nalar untuk menganggap partikel alfa sebagai partikel klasik ketika partikel itu berinteraksi. Jadi kita benar, ketika kita memikirkan atom dengan model Rutherford. Kemantapan teori atom Bohr untuk menerangkan asal – usul garis spektrum merupakan salah – satu hasil yang menonjol, sehingga dirasakan pantas untuk memulai membuka teori itu dengan menerapkannya pada spektrum atomik. Telah dikemukakan bahwa zat mampat (zat padat dan zat cair) pada setiap temperatur memancarkan radiasi dimana setiap panjang gelombang terdapat, walaupun dengan intensitas yang berbeda – beda. Berbagai segi yang dapat diamati dari radiasi yang dipancarkan merupakan karakteristik dari atom atau molekul secara individual yang terdapat disitu; harapan ini ternyata terbukti secara eksperimental. Jika gas atomik atau uap atomik yang bertekanan sedikit dibawah tekanan atmosfer “dieksitasikan”, biasanya dengan melakukan arus listrik, radiasi yang dipancarkan mepunyai spektrum yang berisi hanya panjang gelombang tertentu saja. Susunan ideal untuk mengamati spektrum atomik seperti itu ditunjukkan dalam gambar spektrometer yang sesungguhnya memakai kisi difraksi. Setiap unsur memperlihatkan spektrum garis yang unik bila sampelnya dalam fase uap dieksitasikan; jadi spektroskopi meruoakan alat yang berguna untuk menganalisis komposisi zat yang tak diketahui. Spektrum gas molekular atau uap molekular berisi pita – pita yang terdiri dari banyak sekali garis yang terletak sangat berdekatan.Pita timbul dari rotasi dan vibrasi (getaran) atom dalam molekul yang tereksitasi elektronis. Bila cahaya putih dilewatkan melalui gas itu akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dari panjang gelombang yang terdapat pada spektrum emisi. Spektrum garis absorpsi yang terjadi terdiri dari latar belakang yang terang ditumpangi oleh garis gelap yang bersesuaian dengan panjang gelombang yang diserap. Garis Fraunhofer dalam spektrum surya timbul karena bagian bersimetri (bercahaya terang) dari matahri yang meradiasi sesuai dengan ramalan teoritis benda bertemperatur 5800 K, dilingkungi oleh selubung gas yang lebih dinginyang menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja. (Beiser,Arthur.1992) Hidrogen memiliki diameter sekitar 0.1nm; atom tersebut terdiri dari sebuah proton sebagai dengan jari-jari sekitar 〖10〗^(-15)m dan sebuah elektron tunggal. Orbit elektron model atom efektif pertama diperkenalkan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Meskipun model tersebut telah digantikan oleh mekanika kuantum, banyak dari hasil-hasil sederhananya masih berlaku. Versi paling awal dari model Bohr menggambarkan elektron-elektron dalam orbit melingkar mengelilingi inti atom. Atom hidrogen adalah sebuah elektron berputar mengelilingi sebuah proton tunggal. Agar gelombang elektron ge brogile beresonansi atau sesuai dengan suatu orbit dengan jari-jari r, hal berikut ini berlaku : Mvnrn = nh/2π (2.7) Di mana n adalah bilangan bulat. Besaran Mvnrn adalah momentum sudut elektron dalam orbit ke-n. Laju elektron adalah v massanya adalah m, dan h adalah konstanta planck, 6,63 x 10-34 J.det (chang,raymon,2001) Pada tahun 1897 J. J. Thomson menyelidiki kelakuan sinar katoda. Sinar katoda adalah aliran elektron-elektron yang keluar dari katoda dan masuk ke anoda. Pada percobaannya Thompson berhasil menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan partikel-partikel yang jauh lebih ringan dari pada atom dan berada di semua bentuk benda. Hal ini ditunjukkan dengan menentukan perbandingan muatan per massa elektron (e/m). Partikel yang menjadi bagian dari sebuah atom tersebut dinamakan electron. Interaksi medan magnet seragam dengan electron yang bergerak menghasilkan lintasan electron. Hal ini dikarenakan electron mengalami gaya akibat medan magnet. Pada percobaan ini, medan magnet berasal dari kumparan Helmholtz yang menghasilkan medan seragam. Tabung e/m berisi helium dilengkapi dengan senapan electron dan pelat difeleksi. Rasio muatan dan massa elektron dapat ditentukan dari elektron yang dibelokkan akibat pengaruh dari medan magnet seragam disekitarnya yang kemudian suatu filamen dipanaskan dalam sebuah tabung vakum, yang dihubungkan dengan beda potensial tertentu dan pemercepat tegangannya Sinar katoda dibelokkan oleh muatan medan magnet yaitu kutub posiitf dan tarik menarik ke arah kutub negatif. Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai arus partikel yang bermuatan negatif, yang dinamakan elektron. Berdasarkan besarnya simpangan belok dari elektron atau sinar katoda dalam medan magnet. Thomson dapat menentukan nisbah atau perbandingan (rasio) antara muatan dan massa elektron (e/m) dari partikel katoda yaitu : e/m = 1,67 . 1011 C.Kg-1 = 1,67 . 108 C.g-1 dimana e adalah muatan elektron,dan m adalah massa electron. Lalu, pada tahun 1909, Robert Andreas Milikan melalui Tetesan Minyaknya, berhasil menemukan nilai dari muatan elektron itu sendiri, yaitu sebesar : e = 1,60217733 . 10-19 C Dari dua konstanta diatas, maka didapatkan massa dari elektron diam adalah sebagai berikut : e/m = 1,67 . 108 C.Kg-1 ; m = e/ 1,67 . 108 C.Kg-1 sehingga, m = 9,11 . 10-28 g Pistol elektron berfungsi untuk mempercepat gerak elektron, sehingga memperbesar energi Kinetiknya. Pada pratikum ini, dilakukan dengan prosedur menvariasikan arus pada Acceleration volt. Secara matematis dapat dijelaskan sebagai berikut, jari – jari kumparan sama dengan jarak antar kumparan. Geometri ini memberikan medan magnet yang sangat seragam dekat dengan pusat kumparan. Kumparan Helmholtz dari Aparatus e/m yang memiliki radius pemisahan 15 cm. Setiap kumparan memiliki 130 lilitan. Medan magnet (B) yang dihasilkan oleh kumparan sebanding dengan arus (I) dengan persamaan sebagai berikut : B = 7,80 . 10-4 . I Untuk energi Kinetik elektron yang dpercepat melalui potensial V adalah : Ek = e.V m.v2 = e.V (2.8) Gaya Lorentz yang dialami, akan sama dengan gaya Sentripetalnya, yaitu sebagai berikut : Fl = Fc (2.9) Maka dari rumus diatas, dapat kita tentukan rasio dari muatan dan massa electron. (Pistol elektron) serta medan magnet-nya berasal dari kumparan Helmholtz. Ini disebut juga dengan alat Aparatus (e/m). Disini akan didapatkan energi Kinetik, gaya Sentripetal dan gaya Lorentz. Maka didapatkan nilai e/m = 2.V/(B.r)2. Dimana secara teori, besar dari e/m adalah 1,67 . 1011 C.Kg-1. Pada pratikum ini, pratikan memakai tabung vakum berbentuk bulat, beserta dengan kumparan Helmholtz yang berbentuk bulat pula. Sehingga dihasilkan sinar katoda yang berbentuk spiral. Sinar katoda tidak terlihat oleh mata, tetapi keberadaannya dapat diketahui karena mampu memendarkan zat Zns (sedangkan pada pratikum, pratilan memakai zat Helium) yang terdapat pada kaca dinding tabung. Sinar katoda dibelokkan oleh muatan medan magnet yaitu kutub posiitf dan tarik menarik ke arah kutub negatif. Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai arus partikel yang bermuatan negatif, yang dinamakan elektron. Berdasarkan besarnya simpangan belok dari elektron atau sinar katoda dalam medan magnet. Thomson dapat menentukan nisbah atau perbandingan (rasio) antara muatan dan massa elektron (e/m) dari partikel katoda. Pistol elektron berfungsi untuk mempercepat gerak elektron, sehingga memperbesar energi Kinetiknya. Pada pratikum ini, dilakukan dengan prosedur menvariasikan arus pada Acceleration volt. Secara matematis dapat dijelaskan sebagai berikut, jari – jari kumparan sama dengan jarak antar kumparan. Geometri ini memberikan medan magnet yang sangat seragam dekat dengan pusat kumparan. Kumparan Helmholtz dari Aparatus e/m yang memiliki radius pemisahan 15 cm. Setiap kumparan memiliki 130 lilitan. Medan magnet (B) yang dihasilkan oleh kumparan sebanding dengan arus (I) Pada percobaan rasio muatan dan massa electron ini kita akan mempelajari tentang gerak electron dalam medan magnet serta menentukan rasio muatan dan massa elementer. Rasio muatan dan masa electron dapat ditentukan dengan percobaan yang dilakukan pada sebuah tabung vakum yang terdiri dari dua pelat logam yang berbeda, yaitu anoda (positif) dan katoda (negative). Interaksi medan magnet yang dihasilkan kumparan Helmholtz dengan electron yang bergerak akibat adanya arus akan mengahsilkan pembelokan lintasan. Ini tidak bisa dilihat dengan mata, makanya dalam pratikum, pratikan menggunakan zat Helium. Dimana akibat dari zat Helium, sinar katoda (elektron dari katoda menembus atau menumbuk He sehingga berbentuk seperti sebuah sinar) yang agak berwarna kehijau – hijauan. Warna hijau ini diakibatkan oleh panjang gelombang yang dicapai oleh elekron valensi He ketika bertumbukan dengan elektron pada katoda. Dalam pratikum ini, filament ini dipanaskan terlebih dahulu. Agar elektron – elektron tersebut dapat bergerak keluar dari filament, dipakailah alat pemercepat tegangan. Sinar yang pratikan lihat dari bola vakum tersebut adalah sinar berbentuk spiral atau bulat, diakibatkan oleh kumparan Helmholtz disekeliling bola vakum tersebut. Sehingga disini teradi gaya Sentripetal dan gaya Lorentz. Untuk mentukan nilai rasio muatan dan massa electron ini, terlebih dahulu kita harus menentukan jari-jari dari lingkaran cahaya yang terbentuk tadi. Gerak elektron yang berbelok, diakibatkan oleh gaya Lorentz di sekitar medan magnet. Semakin besar arus yang diberikan, jari – jari spiralnya semakin kecil, sedangkan semakin besar tegangan yang diberikan, jari – jari spiralnya semakin besar pula. Untuk nilai dari e/m, pratikan hampir mendekati nilai literaturnya yaitu 2,4 . 1011 C.Kg-1. Untuk pratikan selanjutnya, agar memahami konsep terlebih dahulu. Saat memulai pratikum, filament harus dipanaskan terlebih dahulu. Selain itu, untuk mengukur diameter spiralnya, agar lebih hati – hati dan teliti. Dan jagalah alat, untuk generasi berikutnya. (JURNAL FISMOD/Rasio e pen M/jurnal « my little world.htm) BAB III METODOLOGI PERCOBAAN PROSEDUR PERCOBAAN Dibuat rangkaian peralatan seperti gambar di bawah ini: Dihubungkan EHT (6 kv) dengan anoda pada tabung mata kucing. Dihubungkan LT (3kv) dengan katoda pada tabung mata kucing sehingga di dapat perbedaan tegangan antara katoda dengan anoda. Dipasang kumparan pada tabung mata kucing agar terdapat beda potensial pada rangkaian. Dihubungkan PSA, LT dengan EHT sehingga terdapat medan elektromagnetik pada tabung mata kucing. Dihidupkan PSA. Dihidupkan LT (3kv). Dihidupkan EHT (6kv) sehingga dimulai tampak jejak elektron. Diatur arus dengan menggunakan ammeter dengan kelipatan 10 mA. Diukur perubahan arus setiap pertambahan arus 10 mA. Diukur jejak penyimpangan elektron setiap pertambahan 10 mA, dengan menggunakan penggaris. Dilakukan percobaan tersebut sebanyak 2 kali. Dicatat hasil percobaan pada data percobaan. PERALATAN DAN FUNGSI Tabung mata kucing Berfungsi sebagai pemendar cahaya. Kumparan Berfungsi sebagai sumber medan magnet. Ammeter Berfungsi sebagai mengukur arus. PSA Berfungsi sebagai sumber tegangan. Wayer – wayer Berfungsi sebagai penghubung antara peralatan satu dengan peralatan yang lain. EHT (Earth High Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegangan tinggi pada rangkaian. LT (Low Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegang n rendah pada rangkaian. Penggaris Berfungsi untuk mengukur jejak penyimpangan elektron. Cok sambung Berfungsi sebagai pembagi sumber tegangan dari PLN. Multimeter Berfungsi sebagai mengukur arus dan tegangan yang mengalir. Tissue gulung Berfungsi untuk membersihkan semua peralatan. BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS DATA PERCOBAAN V EHT = 3V N = 320 lilitan/m I(mA) V1 (Volt) V2 (Volt) V ̅(Volt) Z1 (cm) Z2 (cm) Z ̅ (cm) 10 0,12 0,1 0,11 0,1 0,1 0,1 20 0,19 0,8 0,185 0,25 0,225 0,2375 30 0,16 0,22 0,19 0,3 0,3 0,3 40 0,31 0,3 0,305 0,4 0,45 0,425 50 0,39 0,38 0,385 0,5 0,55 0,525 60 0,43 0,46 0,445 0,6 0,625 0,625 70 0,52 0,52 0,52 0,63 0,9 0,765 80 0,62 0,60 0,61 0,85 1,0 0,925 90 0,70 0,70 0,70 1,5 1,1 1,3 100 0,78 0,78 0,78 1,6 1,4 1,5 Medan, 19 Oktober 2012 Assisten, Praktikan, ( Sri Anugrah Wati ) ( RINTHO ) ANALISIS PERCOBAAN Menghitung R untuk masing-masing jarak R = (d^2 〖+ Z〗^2)/2xZ dengan d = 10 cm R1 = (〖10〗^2+ 〖0,1〗^2)/(2 (0,1)) = (100+0,01)/0,2 = 500,05 cm = 5,0005 m R2 = (〖10〗^2+ 〖0,2375〗^2)/(2 (0,2375)) = (100+0,06)/0,47 = 212,9 cm = 2,129 m R3 = (〖10〗^2+ 〖0,3〗^2)/(2 (0,3)) = (100+0,09)/0,6 = 166,8 cm = 1,668 m R4 = (〖10〗^2+ 〖0,425〗^2)/(2 (0,425)) = (100+0,18)/0,85 = 117,85 cm = 1,178 m R5 = (〖10〗^2+ 〖0,525〗^2)/(2 (0,525)) = (100+0,27)/1,05 = 95,5 cm = 0,955 m R6 = (〖10〗^2+ 〖0,625〗^2)/(2 (0,625)) = (100+0,39)/1,25 = 80,3 cm = 0,803 m R7 = (〖10〗^2+ 〖0,765〗^2)/(2 (0,765)) = (100+0,58)/1,53 = 65,7 cm = 0,657 m R8 = (〖10〗^2+ 〖0,855〗^2)/(2 (0,855)) = (100+0,731)/1,71 = 58,90 cm = 0,5890 m R9 = (〖10〗^2+ 〖0,1,3〗^2)/(2 (1,3)) = (100+1,69)/2,6 = 39,1 cm = 0,391 m R10= (〖10〗^2+ 〖1,5〗^2)/(2 (1,5)) = (100+2,25)/3 = 34,1 cm = 0,341 m Menghitung perbandingan rasio muatan dan massa elektron untuk masing-masing jarak. μ_(0 )= 4π x 10-7 WA-1m-1 n = 320 lilitan/m V rata-rata e/m = 2V/(μ_0 2 I^2 n^(2 ) R^2 ) e/m1 = (2(0,11))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖10〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(5,0005)〗^2 ) = 0,22/〖4,04 x 10〗^(-10 ) = 0,0054 x 1011 e/m2 = (2(0,185))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖20〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^(2 ) 〖(2,129)〗^2 ) = 0,37/(〖2,93 x 10〗^(-10 ) ) = 0,012 x 1011 e/m3 = (2(0,19))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖30〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(1,668)〗^2 ) = 0,38/(〖4,04 x 10〗^(-10) ) = 0,0094 x 1011 e/m4 = (2(0,305))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖40〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(1,178)〗^2 ) = 0,61/(〖3,6 x 10〗^(-10) ) = 0,017 x 1011 e/m5 = (2(0,385))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖50〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,955)〗^2 ) = 0,77/(〖3,7 x 10〗^(-10) ) = 0,020 x 1011 e/m6 = (2(0,44))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖60〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,803)〗^2 ) = 0,88/(〖3,75 × 10〗^(-10) ) = 0,023 x 1011 e/m7 = (2(0,52))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖70〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,657)〗^2 ) = 1,04/(〖3,4 × 10〗^(-10) ) = 0,030 x 1011 e/m8 = (2(0,61))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖80〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,589)〗^2 ) = 1,22/(〖3,6 × 10〗^(-10) ) = 0,034 x 1011 e/m9 = (2(0,70))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖90〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,391)〗^2 ) = 1,4/(〖2 × 10〗^(-10) ) = 0,07 x 1011 e/m10 = (2(0,78))/(〖(4πx〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖10〗^(-1))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,341)〗^2 ) = 1,56/(〖1,8 × 10〗^(-9) ) = 0,086 x 1011 Menghitung efisiensi n = (e/m teori- e/m praktek)/(e/m teori) x 100 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,0054 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 99,6 % n = (〖1,75× 10〗^(11 )– 〖0,012 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 99,3 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,0094 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 99,5 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,017 ×10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 99 % n = (〖1,75 ×10〗^(11 )– 〖0,02 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 98 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,023 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 98,6 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,03 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 98,2 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,034 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 98 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,07 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 96 % n = (〖1,75 × 10〗^(11 )– 〖0,086 × 10〗^11)/〖1,75 × 10〗^(11 ) x 100 % = 95 % Membuat grafik e⁄(m- V_s- I) slope= ((∆e⁄m)/∆I) (Terlampir) BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Ratio muatan dan massa elektron merupakan elektron yang bergerak dengan lintasan melingkar dengan jari – jari lintasan r dan terdiri dari kumparan yang memiliki lilitan dan arus yang melalui kumparan tersebut. Maka secara sistematis ratio e/m dapat ditentukan dengan menggunakan rumus : e/m = 2V/(μ_0 2 I^2 n^(2 ) R^2 ) dandapat ditentukan ratio muatan dan massa elektron secara praktek dan secara teori. Secara praktek : e/m1 = (2(0,11))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖10〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(5,0005)〗^2 ) = 0,22/〖4,04 x 10〗^(-10 ) = 0,0054 x 1011 e/m2 = (2(0,185))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖20〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^(2 ) 〖(2,129)〗^2 ) = 0,37/(〖2,93 x 10〗^(-10 ) ) = 0,012 x 1011 e/m3 = (2(0,19))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖30〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(1,668)〗^2 ) = 0,38/(〖4,04 x 10〗^(-10) ) = 0,0094 x 1011 e/m4 = (2(0,305))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖40〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(1,178)〗^2 ) = 0,61/(〖3,6 x 10〗^(-10) ) = 0,017 x 1011 e/m5 = (2(0,385))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖50〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,955)〗^2 ) = 0,77/(〖3,7 x 10〗^(-10) ) = 0,020 x 1011 e/m6 = (2(0,44))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖60〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,803)〗^2 ) = 0,88/(〖3,75 × 10〗^(-10) ) = 0,023 x 1011 e/m7 = (2(0,52))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖70〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,657)〗^2 ) = 1,04/(〖3,4 × 10〗^(-10) ) = 0,030 x 1011 e/m8 = (2(0,61))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖80〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,589)〗^2 ) = 1,22/(〖3,6 × 10〗^(-10) ) = 0,034 x 1011 e/m9 = (2(0,70))/(〖(4π x〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖90〗^(-2))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,391)〗^2 ) = 1,4/(〖2 × 10〗^(-10) ) = 0,07 x 1011 e/m10 = (2(0,78))/(〖(4πx〖10〗^(-7) )〗^2 〖(〖10〗^(-1))〗^2 〖(320)〗^2 〖(0,341)〗^2 ) = 1,56/(〖1,8 × 10〗^(-9) ) = 0,086 x 1011 Sedangkan untuk ratio muatan dan massa secara teori adalah 1,75 x 1011 C/Kg Hubungan antara arus dan jejak penyimpangan yaitu makin besar beda potensial atau arus yang mengalir maka jejak elektron juga akan semakin jauh menyimpang dari keadaan semula. Jadi hubungannya adalah berbanding lurus. Cara kerja dari tabung mata kucing adalah merupakan tempat lintasan elektron yang bertugas memancarkan elektron – elektron yang nantinya akan menumbuk layar fosfor sehingga menjadi flouresensi dan akan terdapat jejak penyimpangan elektronnya. Hubungan antara flouresensi dengan fosforensi adalah pada flouresensi, elektron menumbuk layar fosfor sehingga memendar dan setelah itu kembali lagi kebentuk awal. Sedangkan fosforensi, setelah menumbuk layar fosfor maka akan memendar dan setelah itu tidak akan kembali lagi kebentuk semula. Aplikasi dari percobaan menetukan ratio e/m adalah : Pesawat televisi yaitu pada bagian tv terdapat filament yang terdapat filament yang terdapat pada sejumlah electron yang menumbuk layar fosfor sehingga terpendar dan akan menghasilkan gambar Saran Diharapkan kepada praktikan selanjutnya agar mempersiapkan diri sebelum melakukan percobaan. Diharapkan kepada praktikan selanjutnya agra mengetahui peralatan apa saja yang dipergunakan dalam percobaan mata kucing. Diharapkan kepada praktikan selanjutnya agar mengetahui prosedur percobaan sebelum melaksanakan praktikum. DAFTAR PUSTAKA Beiser,Arthur.1992.”KONSEP FISIKA MODERN”.Edisi Ketiga.Erlangga,Jakarta. Halaman : 114-121 Chang,Raymond.”KIMIA DASAR”.Edisi Ketiga.Jakarta : Erlangga.2001. Halaman : 30 – 34. Kenneth S. Krane. 2011. “FISIKA MODERN”. Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Halaman 221-224. http://www. JURNAL FISMOD/Rasio e pen M/jurnal « my little world.htm Tanggal akses : 18 oktober 2012 Waktu : 19.00 WIB Medan, 19 Oktober 2012 Asisten, Praktikan, (Sri Anugrah Wati ) (RINTHO ) RESPONSI Nama : DESI PERMATA SARI NIM : 110801010 Judul : Menentukan Ratio Muatan dan Massa Elektron (e-/m) Kelompok : III B Asisten : Sri Anugrah Wati Berapakah massa diam elektron? Jawab : Me = 9,1 x 10-31 kg Tuliskan peralatan dan fungsi secara lengkap! Jawab: Tabung mata kucing Berfungsi sebagai pemendar cahaya. Kumparan Berfungsi sebagai sumber medan magnet. Ammeter Berfungsi sebagai mengukur arus. PSA Berfungsi sebagai sumber tegangan. Wayer – wayer Berfungsi sebagai penghubung antara peralatan satu dengan peralatan yang lain. EHT (Earth High Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegangan tinggi pada rangkaian LT (Low Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegangan rendah pada rangkaian. Penggaris Berfungsi untuk mengukur jejak penyimpangan elektron. Cok sambung Berfungsi sebagai pembagi sumber tegangan dari PLN. Multimeter Berfungsi sebagai mengukur arus dan tegangan yang mengalir Jelaskan perbedaan fofforesensi dan fluoresensi. Jawab: a. Posforesensi ialah proses elektron yang memendar dan menumbuk dinding fosfor kemudian memencar dan tiidak dapat kembali pada keadaan semula. b. Flouresensi ialah proses elektron yang memendar dan menumbuk dinding fosfor kemudian memencar tetapi dapat kembali keadaan semula. 4. Jelaskan prinsip kerja tabung mata kucing! Jawab : Cara kerja dari tabung mata kucing adalah merupakan tempat lintasan elektron yang bertugas memancarkan elektron – elektron yang akan menumbuk layar fasfor sehingga terjadi flouresensi dan akan terjadi jejak elektron. Tuliskan sebanyak-banyaknya yang anda ketahui. Jawab : Jika hanya ada medan magnit yang arahnya keluar dari bidang diagram, arus elektron itu menyimpang keatas. Dengan mengatir secara tepat kombinasi medan magnit dan medan listrik itu, penyimpangan itu dapat dibuat nol. Dalam keadaan seperti ini, gaya listrik eE pada elektron dalam daerah medan yang diseberangi (crossed fields) sama besarnya berlawanan arahnya dengan gaya magnit evB. eE=evB atau v=E/B Misalkan sekarang medan listrik itu diputuskan, maka aliran elektron bergerak melaui medan magnit dengan melengkung, jari-jari lengkungan ini seperti kita lihat adalah R=mv/eB Digabungkan dengan persamaan (2.7) dan (2.8) maka, kita peroleh e/m=E/RB^2 Jari-jari R dapat diturunkan dari perpindanhan bintik fluoaresen itu, besarnya medan magnit dan jarak dari medan kelajar dan dari itu e/m dapat dihitung. Denga macam perubahan,m metode Thomson ini dipergunakan untuk menentuka e/m. harga paling tepat yang didapat sampai sekarang ialah. e/m=1,7589 x 〖10〗^11 coul/kg TUGAS PERSIAPAN Nama : RIN NIM : 110801010 Kelompok : III B Judul : Menentukan Ratio Muatan dan Massa Elektron (e/m) Asisten : Sri Anugrah Wati Sebutkan beberapa factor yang menyebabkan deviasi! Jelaskan! Jawab : Besar sudut datang Sudut sinar bias Buktikan bahwa Ek = e.V Jawab : Katoda dipanasi menggunakan pemanas (heater) dan melepaskan elektron termal. Jika antara katoda dan anoda diberi beda potensial maka elektron-elektron dipercepat dalam medan listrik antara anoda dan katoda.Jika kecepatan elektron saat lepas dari katoda diabaikan dan tegangan yang digunakan pada anoda adalah V (volt) , maka kecepatan elektron v (m/s) saat melewati anoda memenuhi hukum kekekalan energi, yaitu Buktikan persamaan : e/m = 2v/(μ_0^2 I^(2 ) n^(2 ) r^2 ) Jawab : (1) Elektron yang dipancarkan tegak lurus terhadap medan listrik homogen akan mengalami gerak melingkar pada laju yang sama dalam bidang yang tegak lurus medan listrik. Jika rapat fluks medan listrik adalah B (Wb/m2), laju gerak melingkar adalah v (m/s), jari-jari lingkaran r (m), maka gaya Lorentz menjadi gaya sentripetal gerak melingkar. (2) Dari persamaan (1) dan (2), maka muatan spesifik elektron dapat dinyatakan sebagai: e/m = 2v/(μ_0^2 I^(2 ) n^(2 ) r^2 ) RESPONSI Nama : RIN NIM : 110801010 Judul : Menentukan Ratio Muatan Elektron dan Massa Elektron e-/m Assisten : Sri Anugrah Wati Berapakah nilai dari : Massa diam elektron (M0) Kecepatan cahaya (c) Konstanta Planck (h) Peralatan dan Fungsi . Daftar Referensi. Tuliskan tugas persiapan no.3. Sebuah foton memiliki panjang gelombang 5x10-6m. Berapakah energinya dalam elektron tersebut ? JAWABAN a. M0 = 9,1 x10-31 kg b. c = 3 x 108 m/s c. h = 6,63 x 10-34 J.det Peralatan dan fungsi : Tabung mata kucing Berfungsi sebagai pemendar cahaya. Kumparan Berfungsi sebagai sumber medan magnet. Ammeter Berfungsi sebagai mengukur arus. PSA Berfungsi sebagai sumber tegangan. Wayer – wayer Berfungsi sebagai penghubung antara peralatan satu dengan peralatan yang lain. EHT (Earth High Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegangan tinggi pada rangkaian. LT (Low Tension) Berfungsi sebagai pembangkit tegang n rendah pada rangkaian. Penggaris Berfungsi untuk mengukur jejak penyimpangan elektron. Cok sambung Berfungsi sebagai pembagi sumber tegangan dari PLN. Multimeter Berfungsi sebagai mengukur arus dan tegangan yang mengalir. Daftar Referensi : Beiser,Arthur.1992.”KONSEP FISIKA MODERN”.Edisi Ketiga.Erlangga,Jakarta. Halaman : 114-121 Kenneth S. Krane. 2011. “FISIKA MODERN”. Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Halaman 221-224. Buktikan persamaan : e/m = 2v/(μ_0^2 I^(2 ) n^(2 ) r^2 ) Jawab : 1/2 mV^2=eV (1) Dimana : V= √(2eV/m) Elektron yang dipancarkan tegak lurus terhadap medan listrik homogen akan mengalami gerak melingkar pada laju yang sama dalam bidang yang tegak lurus medan listrik. Jika rapat fluks medan listrik adalah B (Wb/m2), laju gerak melingkar adalah v (m/s), jari-jari lingkaran r (m), maka gaya Lorentz menjadi gaya sentripetal gerak melingkar. eVB= (mV^2)/r eB= mV/r (2) Dari persamaan (1) dan (2), maka muatan spesifik elektron dapat dinyatakan sebagai: e/m= 2V/(r^2 B^2 ) e/m = 2v/(μ_0^2 I^(2 ) n^(2 ) r^2 ) Dik : λ = 5x10-6m Dit : e...? Penyelesaian : e= hc/λ = (6,63×〖10〗^(-34).3×〖10〗^8)/(5×〖10〗^(-6) )=3,978×〖10〗^(-20)Joule GAMBAR PERCOBAAN MENENTUKAN RATIO E/M "NGOPAS TAROH ALAMATNYA YAH LEK" TABO HITA BAH........