Laporan Praktikum Fisika Modern.docx

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA MODERN EKSPERIMEN J.J.THOMSON

Disusun Oleh: Nama

:

Catherine Monica Hutagaol

NIM

:

1603123057

Kelas

:

C Fisika

Dosen

:

Walfred Tambunan, M.Si

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika Fakultas Mateatika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNIVERSITAS RIAU 2018

I. TUJUAN PERCOBAAN 1.1.Memahami prinsip percobaan J.J.Thomson 1.2.Mengetahui nilai 𝑒⁄𝑚 dari sinar elektron yang dilewatkan dalam tabung J.J.Thomson 1.3.Membandingkan hasilnya dari hasil teori untuk nilai 𝑒⁄𝑚

II.

TEORI Contoh penggunaan pemilih kecepatan adalah percobaan terkenal yang dilakukan oleh J.J Thomson pada tahun 1897 dimana ia menunjukan bahwa sinar dalam tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan medan magnetik sehingga dapat diketahui bahwa sinar tersebut mengandung partikel-partikel yang bermuatan listrik. Dengan mengukur besarnya penyimpangan partikel sinar yang disebabkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini, Thomson dapat menunjukan bahwa semua partikel memiliki perbandingan muatan terhadap massa (e/m) relatif sama. Ia juga menunjukan bahwa partikel dengan perbandingan muatan terhadap massa ini dapat diperoleh dengan menggunakan sembarang bahan untuk katodanya. Partikel yang terkandung dalam sinar ini, sekarang disebut elektron dan merupakan bahan dasar seluruh materi. Prinsip yang digunakan Thomson dalam melakukan pengukuran 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 magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas. Ketika katoda dialiri arus listrik, katoda tersebut akan berpijar karena tumbukan elektron-elektron didalamnya sehingga dapat menyebabkan elektron dari katoda tersebut loncat dari katoda dan memasuki daerah medan magnet dari kumparan yang dialiri arus listrik. Jika arah kecepatan elektron tersebut tegak lurus dengan arah medan magnet, maka elektron tersebut akan bergerak melingkar di dalam tabung katoda. Gaya magnetic memberikan gaya sentripetal yang diperlukan agar terjadi gerak melingkar. Kita dapat menghubungkan kecepatan elektron tersebut v dengan jari-jari lintasan r dan medan magnetik B dengan membuat gaya total yang sama dengan massa m elektron kali percepatan sentripetal v2/r yang bersesuaian dengan hokum kedua Newton. Gaya total pada kasus ini sama dengan evB karena v dan B saling tegak lurus. Dengan demikian, hokum kedua Newton memberikan :

Jika elektron awalnya diam dan bergerak melalui beda potensial V, energy kinetik elektron ketika memasuki medan magnetik sama dengan kehilangan energi potensialnya :

kita sudah mendapatkan nilai v dari persamaan sebelumya, kemudian substitusikan ke persamaan di atas, maka :

Selanjutnya kita mencari kuat medan magnet di sepanjang sumbu antara dua buah kumparan yang biasa juga disebut lilitan Helmholtz.. Dua buah kawat melingkar yang sesumbu, masing-masing terdiri dari N buah lilitan dan diberi arus I yang searah.

Induksi magnet di titik P:

Turunan pertama dari Bz terhadap z adalah.

Di z = b, turunan ini sama dengan nol.Turunan kedua dari Bz adalah.

Turunan tersebut akan menghasilkan nol jika , maka jarak kedua kumparan adalah , yang berarti bahwa jarak antar kedua kumparan tersebut harus sama dengan jari-jari kumparan. Sehingga induksi magnet dititik P menjadi:

III.

IV.

ALAT YANG DIGUNAKAN 3.1. Tabung sinar elektron 3.2. Kumparan kawat Helmholtz 3.3. Catu daya tegangan tinggi 3.4. Voltmeter 3.5. Amperemeter 3.6. Kabel-kabel penghubung

PROSEDUR EKSPERIMEN

4.1.Rangkailah alat-alat yang digunakan seperti gambar diatas 4.2.Pastikan atau periksalah alat-alat seluruhnya dalam keadaan off 4.3.Jika rangkaian sambungan benar, hubungkan seluruh sumber ke listrik 4.4.Atur Low voltage variable sampai sinar katoda,tersimpang lintasanya dari p ke p’ 4.5.Ukur nilai y dan x di daerah pelat p dan pelat p’ 4.6.Ulangi memutar potensiometer pada power supplay lowvoltage

V.

DATA

VI.

PERHITUNGAN Diketahui : N = 640 lilitan

a = 7cm = 𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟐 m

1. V = 0,183 V ; I = 44,15 × 10−3 A ; 5 × 10−3 m R= B=

𝑦 2 +𝑥 2 2𝑦 𝜇0 𝑁 ⁄𝜃 3 52 𝑎

= =

(5×10−3)2 2(5×10−3 )

3

52 (7×10−2 ) 2(0,183) (0,162)2 (3,63×10−4)2

= 3,63 × 10−4 𝑊𝑏/𝑚2

= 1,052 × 108 𝐶⁄𝑘𝑔

2. V = 0,391 V ; I = 90,25× 10−3 𝐴 ; 10−2 𝑚 R= B=

𝑦 2 +𝑥 2 2𝑦 𝜇0 𝑁 ⁄𝜃 3 52 𝑎

= =

(10−2)2 +(3×10−2 )2 2(10−2 )

B=

𝑦 2 +𝑥 2 2𝑦 𝜇0 𝑁 ⁄𝜃 3 52 𝑎

=

=

2𝑉

e/m = 𝑅2 𝐵2 =

𝑌=

= 5× 10−2 𝑚

3 52 (7×10−2 )

2(0,391) (5×10−2)2 (7,416×10−4)2

3. V = 0,772V ; 1,5 × 10−2 𝑚 R=

X = 3 × 10−2 𝑚

4𝜋×10−7 (640)(90,25×10−3 )(8)

2𝑉

e/m = 𝑅2 𝐵2 =

Y=

= 0,1625 𝑚

4𝜋×10−7 (640)(44,15×10−3 )(8)

2𝑉

e/m = 𝑅2 𝐵2 =

X = 4 × 10−2 m

= 7,416 × 10−4 𝑊𝑏/𝑚2

= 5,687 × 108 𝐶⁄𝑘𝑔

I = 145,21× 10−3 𝐴 ;

(1,5×10−2 )2 +(2×10−2 )2 2(1,5×10−2 )

𝑋 = 2 × 10−2 𝑚 ; 𝑌 =

= 2,083 × 10−2 𝑚

4𝜋×10−7 (640)(145,21×10−3 )(8) 3 52 (7×10−2 )

2(0,772) (2,083×10−2)2 (11,93×10−4)2

= 11,93 × 10−4 𝑊𝑏/𝑚2

= 25 × 108 𝐶⁄𝑘𝑔

4. V = 0,918V ; I = 185,56× 10−3 𝐴 ; X=1,5 × 10−2 𝑚 𝑌 = 2 × 10−2 𝑚 R=

𝑦 2 +𝑥 2 2𝑦

=

(2×10−2 )2 +(1,5×10−2 )2 2(2×10−2 )

= 1,56 × 10−2 𝑚

B =

𝜇0 𝑁 ⁄𝜃 3 52 𝑎

=

4𝜋×10−7 (640)(185,56×10−3 )(8) 3 52 (7×10−2 )

= 15,247 × 10−4 𝑊𝑏/

𝑚2 2𝑉

e/m = 𝑅2 𝐵2 = 32,108 𝐶/𝑘𝑔 5. V = 1,020V 2,5 × 10−2 𝑚 R= B=

𝑦 2 +𝑥 2 2𝑦

𝜇0 𝑁 ⁄𝜃 3 52 𝑎

2(2,5×10−2 )

= 1,45 × 10−2 𝑚

4𝜋×10−7 (640)(214,14×10−3 )(8)

2𝑉

e/m = 𝑅2 𝐵2 =

VII.

I = 214,14× 10−3 𝐴 ; X = 10−2 𝑚 ; 𝑌 =

(2,5×10−2 )2 +(10−2 )2

=

=

;

3 52 (2,5×10−2 )

2(1,020) (1,45×10−2)2 (17,6×10−4)2

= 1,45 × 10−4 𝑊𝑏/𝑚2

= 31,2 × 108 𝐶⁄𝑘𝑔

PEMBAHASAN

Tabung sinar katoda yang digunakan oleh Thomson. Elektron dipancarkan dari katoda yang berada pada potensial negatif relatif terhadap celah. Medan listrik dalam arah dari katoda menuju celah mempercepat energi tersebut, dan elektron ini melewati celah kedalam daeraha bebas medan magnet. Elektron ini kemudian memasuki medan listrik diantara pelat defleksi yang tegak lurus terhadap kecepatan elektron. Karena percepatan yang dihasilkan oleh medan listrik, kecepatan elektron memiliki komponen tegak ketika elektron meninggalkan daerah antara kedua pelat tersebut. Elektoron ini menabrak layar pedar (Fluorecent Coating) disisi kanan tabung dengan sedikit menyimpang dari posisi yangg seharusnya ditabrak akan berpendar di tempat elektron penabraknya yang menandakan tempat berkas tersebut.

Nilai 𝑒⁄𝑚 dapat ditentukan dengan percobaan yang dilakukan pada sebuah tabung vakum yang teridiri dari dua pelat logam yang berdeda, yaitu anoda dan katoda, dan dikelilingi kumparan Helmhotz. Interaksi medan magnet yang dihasilkan kumparan Helmholtz denga elektron yang bergerak akibat adanya arus akan menghasilakan pembelokan lintasan. Ini tidak bisa dilihat dengan mata, makanya dalam pratikum, alat yang digunakan menggunakan zat tertentu, yaitu pada ruang vakum di dalam tabung kaca. Dimana akibat dari zat tertentu, sinar katoda (elektron dari katoda menembus atau menumbuk zat tertentu itu sehingga berbentuk seperti sebuah sinar) yang agak berwarna kebiru-biruan. Warna biru ini diakibatkan oleh panjang gelombang yang dicapai oleh elekron valensi zat tertentu ketika bertumbukan dengan elektron pada katoda. 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. Berdasarkan data hasil percobaan, kita dapat memperoleh hasil 𝑒⁄𝑚 elektron. Nilai yang kita peroleh ini bisa diperoleh secara analitik dan secara grafik. Kemudian kita membandingkan keduanya. Nilai tegangan berpengaruh besar terhadap besarnya jari-jari lingkaran sehingga berpengaruh terhadap nilai 𝑒⁄𝑚. Semakin besar nilai tegangan, maka lingkaran semakin besar, nilai 𝑒⁄𝑚 semakin kecil. Ini terjadi karena semakin besar tegangan yang diberikan, lingkaran yang merupakan lintasan yang akan dilalui elektron semakin besar pula, sehingga pergerakan elektron semakin melambat. Sebab itulah nilai 𝑒⁄𝑚menjadi semakin kecil.

VIII. TUGAS LAPORAN Membuat grafik I vs V

I 250 200 150 100 50 0 0

IX.

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

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 yang diberikan tetap dan arus dinaikan, dan akan berubah menjadi lebih besar jika diberi kuat arus tetap dan tegangan diperbesar

DAFTAR PUSTAKA Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia

Gunawan, A.R. et al (2010). Laporan Akhir Muatan Spesifikasi Elektron. Bndung: UPI Bandung