161810201069_rp Ke 1_tetes Minyak Milikan.docx

EKSPERIMEN TETES MINYAK MILIKAN RANCANGAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1

Oleh : Nama

: Dwi Marta Ardiyanti

NIM

: 161810201069

Kelompok

: A11

Tanggal Eksperimen

: 24 September 2018

Nama Asisten

:

LABORATORIUM FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2018

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Percobaan tetes minyak milikan juga dikenal sebagai percobaan Oil

Drop. Percobaan tetes minyak milikan dilakukan dengan menyeimbangkan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang diletakkan diantara dua buah plat konduktor dan gaya gravitasi. Berdasarkan percobaan tetes minyak milikan, dapat diketahui bahwa muatan elektron bersifat diskrit yaitu gaya kebawah dan terhambat karena adanya gaya yang disebut dengan gaya stokes. Tetesan minyak dipengaruhi oleh gaya-gaya yang diantaranya adalah gaya listrik, gaya stokes, gaya viskositas, dan gaya gravitasi (Alonso, 1992). Alat dan bahan yang digunakan ketika melakukan eksperimen tetes minyak milikan yaitu Milikan Oil Drop Apparatus, adaptor DC 12 volt, High voltage DC

power supply,

multimeter digital, atomizer + minyak 𝜎 =

886 kg/𝑚3 , stopwatch, dan barometer. Semua peralatan disiapkan dan peralatan tetes minyak milikan diletakkan secara horizontal. Lampu halogen dihidupkan dengan memasang adaptor DC 12 volt. Jarum pemfokus diletakkan diatas chamber, lensa belakang dan lensa depan diamati kemudian jarum dilepas dari chamber. Atomizer yang berisi minyak disiapkan pada posisi siap menyemprot dan nozzle atomizer diarahkan tegak lurus pada lubang chamber. Sinar alpha ditembakkan dan kecepatan jatuh dari tetes minyak milikan dicatat. Tegangan DC diberikan pada plat konduktor untuk merubah tegangan (+ atau –) sehingga tetes akan bergerak keatas dan dicatat kecepatan naik tetes minyak yang sama. Eksperimen dilakukan sebanyak 15 pasang kecepatan naik dan kecepatan turun. Data yang diperoleh setelah melakukan eksperimen diantaranya adalah jarak, waktu, hambatan termistor (temperatur), dan tekanan dalam ruang laboratorium diukur. Eksperimen tetes minyak milikan dilaukan bertujuan untuk menentukan muatas tetes minyak (en), muatan satuan elektron (e), dan bilangan Avogadro (N), serta menunjukkan sifat diskrit muatan elektron. Persamaan Faraday digunakan pada eksperimen ini untuk mengetahui sifat distrik dari muatan elektron. Aliran

elektron banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Elektron merupakan suatu partikel yang bermuatan negatif. Muatan suatu elektron sangat penting dalam konsep fisika yang berhubungan dengan hal yang bersifat mikroskopis, misalnya dalam aspek kelistrikan seperti aus listrik, lampu, dan baterai. Eksperimen mengenai tetes minyak milikan memiliki peranan penting dalam perkembangan fisika atomik.

1.2

Rumusan Masalah Rumusan masalah yang dapat ditarik berdasarkan eksperimen tetes

minyak milikan adalah sebagai berikut : 1.

Bagaimana perbedaan jarak dan watu pada kecepatan turun dan kecepatan naik tetes minyak milikan?

2.

Bagaimana bilangan Avogadro yang diperoleh berdasarkan muatan elementernya ?

3.

Bagaimana pengaruh kecepatan naik dan kecepatan turun terhadap nilai muatan tetes ?

1.3

Tujuan Tujuan dari dilakukannya eksperimen tetes minyak milikan adalah

sebagai berikut: 1.

Mengetahui perbedaan jarak dan watu pada kecepatan turun dan kecepatan naik tetes minyak milikan.

2.

Mengetahui bilangan Avogadro yang diperoleh berdasarkan muatan elementernya,

3.

Mengetahui kecepatan naik dan kecepatan turun terhadap nilai muatan tetes.

1.4

Manfaat Ekperimen tentang tetes minyak milikan sangat berhubungan dengan

muatan elektron, kelistrikan, dan kemagnetan. Dalam kehidupan sehari-hari, sering kali dijumpat aktivitas-aktivitas yang berhubungan dengan muatan listrik.

Hal yang paling dijumpai ketika hujan adalah petir. Terjadinya petir dikarenakan oleh perpindahan muatan listrik dari awan ke dasar bumi. Peristiwa mengenai kelistrikan yang juga dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari yaitu ketika menggosokkan penggaris ke rambut maka penggaris dapat menarik kertas-kertas kecil. Hal ini dikarenakan muatan pada penggaris bergerak hingga muatannya berlawanan dengan kertas dan dapat menarik kertas-kertas kecil.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Sejarah Robert A. Milikan melakukan suatu percobaan yang dikenal dengan tetes

minyak milikan pada tahun 1913.

Robert A. Milikan melakukan pecobaan

dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang berada diantara dua buah pelat elektroda. Minyak yang jatuh di udara akan mengalami percepatan kebawah yang disebabkan oleh gaya gravitasi dan pada saat yang sama dihambat oleh suatu gaya penghambat yang dinamakan gaya stokes. Besarnya medan listrik yang digunakan pada percobaan tetes minyak milikan jika telah diketahui, maka akan mudah diperoleh muatan dari tetesan minyak yang dijatuhkan pada set alat tetes minyak milikan. percobaan yang dilakukan oleh Robert A. Milikan pada dasarnya menghaislkan suatu nilai yang menyatakan besarnya muatan elektron yang ada pada suatu tetesan minyak yang dianalisa (Beiser, 1995).

2.2

Definisi Tetes minyak milikan merupakan percobaan yang menunjukkan bahwa

muatan elektron bersifat diskrit yaitu gaya kebawah pada tetes milikan (percepatan ke bawah) akan terhambat oleh suatu gaya stokes (gaya penghambat). Menurut stokes, apabila suatu benda dilepaskan tanpa kecepatan awal didalam sebuah fluida, benda akan mendapatkan kecepatan. Percobaan ini dilakukan dengan menyeimbangkan gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada dianatara dua buah pelat konduktor. Percobaan tetes milikan dilakukan untuk menentukan besar jari-jari dari tetesan minyak dan untuk menentukan nilai muatan butiran minyak (Krane, 1992). Percobaan tetes minyak milikan diawali dengan disemprotkan tetes minyak melalui bagian atas dua keping sejajar dan diamati dengan menggunakan mikroskop serta diukur kecepatan vertikal tetes minyak tersebut. Tetesan minyak tersebut dipengaruhi oleh beberapa gaya diantaranya adalah gaya gravitasi, gaya listrik, gaya stokes, dan gaya viskositas. Berdasarkan analisis gaya gaya tersebut

dapat digunakan untuk menurunkan persamaan yang digunakan untuk menentukan muatan elektron (a) (Alonso, 1992). Salah satu sifat fluida merupakan viskositas. Viskositas adalah kekentalan. Setiap fluida memiliki kekentara masing-masing yang berbeda antara satu dengan yang lain. Viskositas sendiri ditimbulkan karena adanya tegangan geser. Setiap elemen pada fluida yang begerak akan mengalami tegangan yang disebabkan oleh desakan yang mengelilingi elemen tersebut. Tegangan yang dihasilkan pada setiap permukaan elemen dipecahkan ke dalam komponenkomponen normal dan tangensial terhadap arah gerakan fluida yaitu tekanan timbul. Tekanan timbul dapa terjadi pada fluida yang bergerak maupun fluida diam, sedangkan tegangan geser hanya terjadi pada fluida yang bergerak (Dugdale, 1986). Gaya gesek merupakan sebuah gaya yang memiliki arah berlawanan dengan gerak benda. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Gaya gesek antara permukaan benda padat yang begerak dengan fluida akan sebandig dengan kecepatan relatif gerak benda tergadap fluida. Gaya gesek ini menyebabkan hambatan gerak benda di antara bagian fluida yang melekat ke permukaan benda dengan bagian fluifa yag lainnya. Gaya gesek tersebut berbanding lurus atau sebanding dengan koefisien viskositas 𝜂 fluida (Zemansky, 1983). Menurut Soedojo (1992), menyatakan bahwa benda akan bertabah besar pula karena dipengaruhi oleh kecepatan hingga mencapai keadaan stasioner. Hubungan antara gaya stokes dan gaya gravitasi dapat dilihat berdasarkan persamaan sebagai berikut : 𝐹𝑔 = 𝐹𝑠

... (2.1)

𝑀. 𝑔 = 𝐾 . 𝑉𝑟

... (2.2)

Dalam keadaan stasioner menjadi : 𝐹𝑐 = 𝐹𝑔 + 𝐹𝑠 𝐸𝑒𝑛 = 𝑚𝑔 + 𝐾𝑉𝑟 Keterangan : 𝐹𝑔 = Gaya Gravitasi (N)

... (2.3) ... (2.4)

𝐹𝑠 = Gaya Stokes (N) M = Massa g = percepatan gravitasi bumi (cm/s2) Vr = Kecepatan (m/s) E = Medan Listrik Menurut Soedojo (1992), menyatakan bahwa melalui banyak percobaan tetes minyak milikan yang beragam didapatka persamaan sebagai berikut : 𝑒𝑛 =

𝑚𝑔(𝑉𝑓 +𝑉𝑟 )

... (2.5)

𝐸𝑉𝑓

Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan mengguakan persamaan 𝑚 = 4 3

𝜋𝑎3 𝜎, sehingga persamaan diatas menjadi : 4

𝑒𝑛 = 3 𝜋𝑎3 𝜎𝑔

(𝑉𝑓 +𝑉𝑟 )

... (2.6)

𝐸𝑉𝑓

Menurut Zemansky (1983), menyatakan bahwa percobaan yang dilakukan oleh milikan bertujuan untuk mengetahui sifat muatan listrik dan harga muatan suatu elektron (𝑒𝑛 ) maupun bilangan Avogadro (N) dalam satua

SI

(Satuan Internasional) melalui persamaan sebagai berikut : 4

𝑒𝑛 = 3 𝜋𝑎3 𝜎𝑔 [

1 1+

3 2

]

𝑏 𝜌𝑎

(𝑉𝑓 +𝑉𝑟 ) (∆𝑉)𝑉𝑓

... (2.7)

Nilai dari bilangan Avogadro (N) adalah sebagai berikut : 𝑁=

𝐶 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑒𝑘𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛) 𝐾𝑔

9,625 𝑥 107 (

Keterangan : 𝜌 = Rapat massa udara (g/𝑐𝑚3 ) g = percepatan gravitasi (cm/s2) 𝜂 = viskositas udara (dyne s/cm2) b = konstanta (6,17 x 10-4 cm2Hg) p = tekanan atmosfir (cmHg) 𝑎 = jari-jari tetes minyak (cm) 𝑉𝑓 = kecepatan jatuh stasioner (cm/s) 𝑉𝑟 = kecepatan naik stasioner (cm/s)

𝑒 (𝐶)

... (2.8)

∆𝑉 = beda tegangan antar plat (volt)

BAB 3. METODE PENELITIAN

Metode penelitian adalah sebuah langkah-langkah atau metode yang digunakan dalam melakukan sebuah eksperimen untuk memudahkan praktikan agar mendapatkan hasil yang sesuai dengan literatur. Beberapa hal yang terdapat dalam metode penelitian diantaranya adalah rangcangan penelitian, jenis dan sumber data, definisi operasional variabel, metode analisis data, dan kerangka pemecahan masalah.

3.1

Rancangan Penelitian Secara garis besar, skema dari rancangan penelitian tetes minyak milikan

ditampilkan dalam bentuk diagram alir sebagai berikut : Identifikasi

Kajian Pustaka

Variabel Penelitian

Kegiatan Eksperimen

Data

Analisis

Kesimpulan Gambar 3.1 Diagram Alir Rancangan Penelitian

3.2

Jenis dan Sumber Data Eksperimen tentang tetes minyak milikan bersifat kuantitatif. Data yang

diperoleh diantaranya adalah berupa jarak dan waktu tetesan minyak. Data yang diperoleh berdasarkan eksperimen tetes minyak milikan ketika kecepatan naik dan kecepatan turun sebanyak 15 pasang. Semakin banyak pengulangan yang dilakukan , maka akan diperoleh data yang bervariasi dan ketelitian sebuah data. Sumber data yang diperoleh dalam eksperimen tetes minyak milikan yaitu primer dikarenakan pengambilan data dilakukan secara langsung.

3.3

Definisi Operasional Variabel dan Skala Pengukuran Operasional variabel dalam suatu eksperimen dibagi menjadi 3,

diantaranya adalah sebagai berikut :

3.3.1

Variabel Eksperimen

3.3.1.1 Variabel Bebas Variabel bebas merupakan variabel menyebabkan timbulnya variabel lainnya. Variabel bebas biasanya merupakan variabel yang akan diamati, diteliti maupun dimanipulasi. Variabel bebas dalam eksperimen tetes minyak milikan yaitu jarak dan suhu.

3.3.1.2 Variabel Terikat Variabel terikat merupakan variabel yang muncul karena mengalami perubahan akibat manipulasi dari variabel bebas. Variabel terikat dari eksperimen tetes minyak milikan adalah kecepatan turun stasioner (vf ) dan kecepatan naik stasioner (vr).

3.3.1.3 Variabel Kontrol Variabel yang ketiga yaitu variabel kontrol, merupakan variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat tidak dipengaruhi faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol dalam eksperimen tetes minyak milikan adalah en (muaran tetes

minyak), dimana en yang menyebabkan hubungan diantara variabel bebas dan variabel terikat tetap konstan.

3.3.2

Skala Pengukuran Skala pengukuran yang digunakan dalam eksperimen tetes minyak

milikan adalah skala pengukuran interval, dimana variabel yang dihasilkan dari pengukuran. a.

Menentukan Nilai Muatan Elektron (a) 3 2

3 2

9𝜋 2 1 1 (𝑣𝑓 + 𝑣𝑟) 𝑒𝑛 = 400 𝑑𝜋𝜎 [ ] [ ] √𝑣𝑟 2(𝜋 − 𝑝) 𝑔 1 + 𝑏 ∇𝑣 𝑝𝑎 𝑎= √ b.

Menentukan Bilangan Avogadro 2,845 𝑥 1014 ( 𝑁= 1 𝑒𝑠𝑢 =

c.

9𝜂𝑣𝑓 2𝑔(𝜎 − 𝜌)

𝑒𝑠𝑢 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑒𝑘𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛) 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑒 (𝑒𝑠𝑢)

(1,6 𝑥 10−19 𝐶) 𝑥 10−10 4,803

Deskripansi 𝐷= |

𝑒𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛− 𝑒𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖 | 𝑥 100 % 𝑒𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖

Keterangan : 𝑑 (𝑐𝑚) = 0,767 𝑔𝑟 𝜎 ( 3 ) = 0,886 𝑐𝑚 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝜂 = 0,00018 𝑠 𝑏 = 0,000617 𝑐𝑚3 𝐻𝑔 𝑝 = 76 𝑐𝑚𝐻𝑔

3.4

Kerangka Pemecahan Masalah

3.4.1

Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen tetes minyak milikan

adalah sebagai berikut : 1.

Milikan Oil Drop Apparatus, digunakan untuk mengubah tegangan (+ atau -) sehingga akan merubah arah gerak tetes minyak

2.

Adaptor DC 12 Volt, digunakan sebagai sumber tegangan DC 12 volt pada lampu halogen.

3.

High voltage dc power supply, berfungsi sebagai sumber penghasil tegangan.

4.

Multimeter digital, digunakan untuk mengukur atau membaca tegangan.

5.

Atomizer

+

minyak

𝜎 = 886 𝑘𝑔/𝑚3 ,

digunakan

untuk

ntuk

menyemprotkan minyak millikan kedalam chamber 6.

Stopwatch, digunakan untuk mengukur waktu.

7.

Barometer, alat yang digunakan untuk mengetahui besarnya tekanan udara pada saat pelaksanaan praktikum.

3.4.2

Tata Laksana Eksperimen Tata laksana eksperimen yang dilakukan dalam eksperimen tetes minyak

milikan seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 3.2 Susunan Eksperimen Tetes Minyak Milikan (Sumber : Tim Penyusun, 2018)

3.4.2.1 Waktu dan Tempat Ekperimen Eksperimen Difraksi Fraunhofer dengan Laser HeNe dilakukan pada hari Senin, tanggal 22 Oktober 2018 pukul 15.10 – 17.50 WIB dan bertempat di Laboratorium Fisika Modern, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember.

3.4.3

Langkah Kerja Langkah kerja yang perlu dilakukan dalam melakukan eksperimen tetes

minyak milikan adalah sebagai berikut: 1.

Peralatan disusun seperti gambar 3.2

2.

Lampu halogen dihidupkan dengan memasang adaptop DC 12 Volt setelah semua peralatan siap.

3.

Jarum pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber dan kemudian diamati melalui mikroskop. Lensa belakang diatur sehingga dapat terlihat dengan jelas, serta lensa depan diatur agar dapat melihat grid dengan jelas. Jarum pemfokus dipindahkan dari chamber.

4.

Atomizer yang berisi minyak disiapkan dan diatur pada posisi siap menyemprot. Nozzle atomizer diarahkan tegak lurus dengan lubang chamber. Posisi switch ionization source lever dipindahkan ke posisi SPRAY DROPLET.

5.

Atomizer disemprotkan dengan sekali tekan sampai tetes minyak milikan masuk ke dalam chamber.

6.

Ketika hujan tetes-tetes minyak milikan terlihat, ionization source lever dipindahkan ke posisi OFF.

7.

Plat konduktor diposisikan pada nol (ground). Tetes yang memiliki kecepatan sekitar 0,02-0,05 mm/s dipilih dan dicatat kecepatan jatuh dari tetes minyak tersebut. Jarak skala utama sebesar 0,5 mm. Waktu yang diperlukan untuk melintasi skala utama sekitar 15 detik.

8.

Sinar alpha ditembakkan dan ionization lever dipindahkan ke posisi ON selama 3-4 detik untuk memberikan muatas pada tetes yang sama. Tegangan DC pada plat konduktor diberi tegangan dengan memindahkan

switch dari nol ke positif. Ketika tegangan (+ atau -) dirubah, maka akan terlihat perubahan arah gerak tetes dan tetes dengan arah gerak keatas dipilih. Kecepatan naik untuk tetes minyak dicatat. 9.

Tegangan pada plat konduktor (ground) dilepaskan sehingga tetes akan jatuh lagi dan kecepatannya dicatat, kemudian plat diberi tegangan sehingga tetes akan naik lagi dan dicatat kecepatan naiknya.

10.

Sinar alpha ditembakkan lagi apabila tetes tidak memberikan respon terhadap tegangan plat untuk memberi muatan pada tetes selama 3-4 detik. Kecepatan jatuh dan naik tetes minyak dicatat.

11.

Pengukuran dilakukan sebanyak 15 pasang kecepatan naik dan turun.

a.

Diagram Alir Eksperimen Dimulai Peralatan Disiapkan Lampu halogen dihidupkan Jarum pemfokus diletakkan pada bagian atas chamber. Lensa belakang dan lensa depan diatur. Atomizer diatur pada posisi siap menyemprot. Nozzle atomizer dihadapkan tegak lurus terhadap chamber. Atomizer disemprotkan dengan sekali tekan. ionization source lever di-OFF kan ketika tetes terlihat.

Sinar alpha ditembakkan dan ionization lever dipindahkan Kecepatan naik dan turus dari tetes minyak dicatat. Pengukuran dilakukan sebanyak 15 pasang kecepatan naik dan turun.

Gambar 3.3 Diagram Alir Eksperimen Tetes Minyak Milikan

3.4.4

Metode Analisis Data Metode analisis data dari eksperimen tetes minyak milikan adalah

sebagai berikut : 3.4.4.1 Tabel Pengamatan Kecepatan Naik

Pengukuran Tetes ke-

Jarak (cm)

Waktu (s)

Kecepatan Turun Jarak (cm)

Waktu (s)

1 s/d 15

3.4.4.2 Grafik 𝑉2

𝑇4 Gambar 3.4 Grafik Hubungan Kecepatan (𝑉 2 ) terhadap Suhu (𝑇 4 )

DAFTAR PUSTAKA

Alonso, M. Finn. 1992. Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi kedua. Jakarta : Erlangga. Beiser, Arthur. 2003. Concepth of Modern Physics. New York : Mc. Graw Hill Companies Inc. Dugdale, R.H. 1986. Mekanika Fluida. Jakarta : Erlangga. Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia Press. Soedojo, Peter. 1992. Azas-Azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada. Tim Penyusun. 2018. Buku Panduan Praktikum Eksperimen I. Jember: Universitas Jember. Zemansky, Sears. 1983. Fisika untuk Universitas Edisi 1 Jilid 3. Jakarta : Erlangga.