Sejarah Penemuan Sinar Katoda (Fisikanesia). Petir adalah aliaran muatan listrik di udara bertekanan satu atmosfer. Agar dapat menembus udara dengan tekanan itu, diperlukan kuat medan listrik yang besarnya 30,000 V/cm. Di dalam tabung bertekanan kurang dari 1 atmosfer, aliran muatan listrik dapat terjadi pada kuat medan listrik kurang dari 30.000 V/cm. Tahun 1855, H. Geissler berhasil menemukan teknik penghampaan atau pemvakuman udara, sehingga tekanan dalam tabung menjadi sangat rendah, sampai pada tekanan 0,01% dari tekanan udara normal, yang berarti sama dengan 0,00001 atmosfer. Penemuan Geissler ini sangat berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya. Penemuan Geissler selanjutnya digunakan oleh Julius Plocker untuk melakukan percobaan. Sebuah tabung berisi gas diberi elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda) pada ujung- ujungnya. Jika elektroda-elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi molekul-molekul gas akan ter-ionkan menjadi muatan positif dan muatan negatif. Peristiwa ini sering dinamakan pelucutan gas (discharge). Adapun instrumen yang digunakan sering disebut tabung lucutan. Plocker menghampakan tabung lucutan. Kemudian memberi tegangan tinggi pada kedua elektrodanya. Amperemeter dipasang untuk memantau arus. Karena tidak ada gas di dalamnya, maka diharapkan tidak ada arus yang mengalir. Ternyata hasilnya lain, yaitu ada arus. Yang lebih mengherankan lagi, dinding tabung di belakang anoda berpendar mengeluarkan cahaya hijau pucat. Plocker tidak dapat menjelaskan kedua peristiwa itu. Pada tahun 1875, Sir William Crookes berusaha menyelidiki sifat- sifat sinar kehijauan itu . Ia menggunakan tabung yang dibelokkan tegak lurus. Sinar kehijauan muncul pada bagian tabung yang langsung berhadapan dengan katoda. Akhirnya, ia menyimpulkan bahwa ada sesuatu yang keluar dari katoda. Eugene Goldstein menamakannya sinar katoda.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Sejarah Penemuan Sinar Katoda
(Fisikanesia). Petir adalah aliaran muatan listrik di udara bertekanan satu atmosfer. Agar dapat menembus udara dengan tekanan itu, diperlukan kuat medan listrik yang besarnya 30,000 V/cm. Di dalam tabung bertekanan kurang dari 1 atmosfer, aliran muatan listrik dapat terjadi pada kuat medan listrik kurang dari 30.000 V/cm. Tahun 1855, H. Geissler berhasil menemukan teknik penghampaan atau pemvakuman udara, sehingga tekanan dalam tabung menjadi sangat rendah, sampai pada tekanan 0,01% dari tekanan udara normal, yang berarti sama dengan 0,00001 atmosfer. Penemuan Geissler ini sangat berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya.
Penemuan Geissler selanjutnya digunakan oleh Julius Plocker untuk melakukan percobaan. Sebuah tabung berisi gas diberi elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif (katoda) pada ujung-ujungnya. Jika elektroda-elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi molekul-molekul gas akan ter-ionkan menjadi muatan positif dan muatan negatif. Peristiwa ini sering dinamakan pelucutan gas (discharge). Adapun instrumen yang digunakan sering disebut tabung lucutan.
Plocker menghampakan tabung lucutan. Kemudian memberi tegangan tinggi pada kedua elektrodanya. Amperemeter dipasang untuk memantau arus. Karena tidak ada gas di dalamnya, maka diharapkan tidak ada arus yang mengalir. Ternyata hasilnya lain, yaitu ada arus. Yang lebih mengherankan lagi, dinding tabung di belakang anoda berpendar mengeluarkan cahaya hijau pucat. Plocker tidak dapat menjelaskan kedua peristiwa itu.
Pada tahun 1875, Sir William Crookes berusaha menyelidiki sifat-sifat sinar kehijauan itu . Ia menggunakan tabung yang dibelokkan tegak lurus. Sinar kehijauan muncul pada bagian tabung yang langsung berhadapan dengan katoda. Akhirnya, ia menyimpulkan bahwa ada sesuatu yang keluar dari katoda. Eugene Goldstein menamakannya sinar katoda.
Penyelidikan selanjutnya terhadap sinar katoda, akhirnya ditemukan sifat-sifat sinar katoda, yaitu:
1. Tidak bergantung pada material/bahan katoda. Sifat ini tidak berubah ketika katoda diganti dengan bahan-bahan yang berbeda;
2. Merambat lurus. Ketika diberi penghalang, ternyata menghasilkan bayang-bayang dibelakangnya;
3. Dapat dibelokkan oleh medan listrik;
4. Dapat dibelokkan oleh medan magnet;
5. Dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia, misalnya dapat mengubah warna garam perak;
6. Dapat memendarkan sulfida seng dan barium platina sianida;
Karena dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet, maka sinar katoda merupakan partikel bermuatan listrik, tepatnya bermuatan listrik negatif yang selanjutnya diberi nama elektron. Silahkan lanjut ke Contoh Penerapan Teknologi Tabung Sinar Katoda.
Sekian tulisan tentang Sejarah Penemuan Sinar Katoda, semoga bermanfaat.
laporan sinar katoda
I. PENDAHULUAN
Berbagai temuan berkesan dalam bidang kimia-listrik memicu pula keingintahuan para ilmuan
pertengahan abad ke-19 untuk meneliti pengaruh kelistrikan pada gas. Sungguh mengesankan bahwa
kegiatan ilmiah ini akhirnya mengukuhkan “elektron” sebagai atomos muatan listrik.
Peristiwa loncatan bunga api listrik di udara antara dua ujung kawat bermuatan listrik ternyata
menyimpan rahasia yang menarik perhatian para fisikawan pertengahan abad ke-19. Penelitian
mnegenai gejala alam ini diopelkopori oleh Michael Faraday.
Faraday terilhami mengenai bengan merah antara kaitan loncatan bunga api listrik di udara dan
peristiwa elektrolisis. Diantara kedua kawat tersebut terdapat udara sehingga peristiwa ini dapat
dipandang sebagai aliran muatan listrik di udara , mirip dengan prinsip aliran ion dalam larutan
elektrolit.
Namun disadari, terdapat perbedaaan yang sangat bessar mengenai kedua peristiwa ini.
Perbedaaan keduanya terlebih terdapat pada jarak. Untuk larutan elektrolit aliran listrik didalam nya
dapat berlangsung karena beda tegangan listrik yang relatif rendah dan jarak pisah antar elektrodanya
tidak terlampau jauh. Sebaliknya pada kasus loncatan bunga api listrik baru terjadi jika jarak antar kedua
ujung kawat berada pada jarak yang cukup dekat dan tegangan listrik yang dihasilkan pun terlampau
tinggi.
Langkah maju yang cukup berarti untuk menangani hamparan teknis ini baru timbul oleh Hans
Geissler. Ia berhasil menciptakn tabung gelas yang snagat memadai untuk digunakan dalam mepelajari
loncatan bunga api listrik dalam berbagai gas bertekanan rendah. Hasil penemuannya ini dimanfaatkan
Sears.Zemansly.1962. Fisika Untuk Universitas I Meekanika,Panas, Dan Bunyi.Jakarta-New York :Yayasan Danaan Buku Indo.
Pembentukan Sinar Katoda
11 November 20100 comments
Pelucutan Gas Adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil.
Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektrodeelektrode, yang biasanya disebut anoda dan katode. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.
Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang. Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan denga semakin kecilnya tekanan. Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan. Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca. Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.
Sifat sinar Katoda:
1. Memiliki Energi
2. Memendarkan kaca
3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.
4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X
5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.
Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa
sinar ini bermuatan negatif. Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut
elektron. Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron,
ternyata muatan elektron 1,6021.10 -19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10 -31 Kg .
Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut:
Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi.
Benturan-benturan tersebut mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.
BAB IPENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Dalam tabung osiloskop sinar katoda, didalamnya terdapat ruang yang sangat vakum. Bagian katoda dibuat memiliki temperatur yang tinggi dengan alat pemanas, sehingga elektron-elektron akan menguap dari permukaanya (ketika sifat emisi electron belum dipahami betul, penguapan elektorn dinamakan sinar katoda). Berkas elektron yang yang terlepas akan melewati lubang kecil pada anaoda sehingga akan mengalami percepatan. Hal ini dijaga dengan membuat agar nilai tegangan pada anoda lebih tinggi dari pada katoda. Pada bagian antara katoda-anoda timbul medan listrik sehingga electron yang melewati lubang pada anoda bergerak dengan kecepatan konstan dari anoda menuju layar fluoresen.Ketika elektron menuju layar fluoresen, elektron akan melewati daerah dengan medan magnet, yang diatur berarah tegak lurus terhadap arah gerak elektron. Medan magnet ini dihasilkan oleh dua pelat pendifleksi. Akibanya elktrin akan mengalami penyimpangan sehingga tidak tepat jatuh pada sumbu layar, tetapi akan jatuh pada jarak Y terhadap sumbu layar. Elektron yang diberikan potensial pemercepat (V) tentunya merupakan energi listrik dalam bentuk (eV), energi ini membuat elektron bergerak dengan kecepatan (v), sehingga dapat diberikan hubungan bahwa energi yang diberikan dalam bentuk eV akan diubah menjadi energi kinetik elektron.Setelah melewati anoda berkas elektron akan melewati daerah dengan medan magnet (B) yang tegak lurus terhadapnya. Akibatnya elektron akan mengalami penyimpangan akibat dari medan magnet (B) tersebut. Tentunya hal tersebut terjadi karena gaya yang dimiliki elektron akan dibelokkan oleh gaya magnet. Jika dibuat sebuat perangkat alat yang dapat membuat berkas elektron yang melewati medan magnet tegak lurus mempunyai lintasan berbentuk lingkaran maka gaya yang diakibatkan oleh gaya magnet tidak lain adalah gaya sentrifugal. Desain alat yang seperti ini dapat dibuat dengan menggunakan sepasang kumparan helmholtz dengan jarak antara kedua kumparannnya sama dengan jari-jari kumparan. Hubungan antara energi listrik yang diberikan (eV) dan energi kinetik elektron yang terpancar, gaya magnet dan gaya sentrifugal, dapat digunakan untuk mengukur perbandingan antara muatan elektron dan massa elektron (e/m).
Gambar 1. Skema model perangkat JJ.ThomsonPercobaan ini pertama kali dilakukan oleh JJ. Thomson pada tahun 1897, percobaan ini mendasari dalam penentuan massa elektron, kerena muatan elektron telah ditemukan lebih dulu oleh Milikan.B. RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah dalam kegiatan eksperimen yang dilakukan adalah1. Bagaimana prinsip kerja dari perangkat percobaan JJ. Thomson dalam menentukan nilai e/m partikel elektron?2. Berapa besar nilai perbandingan e/m untuk partikel elektron?
C. TUJUANTujuan dari kegiatan eksperimen yang dilakukan adalah 1. Memahami prinsip percobaan JJ Thompson (1897) dalam menentukan nilai e/m partikel elektron.2. Menentukan nilai perbandingan e/m untuk partikel elektron.
BAB IIKAJIAN TEORI
1. Skema dasar tabung sinar katoda J.J. Thomson
Gambar 2. Alat ukur untuk mengukur perbandingan e/m sinar katoda
2. Komponen penyusun dan fungsi masing-masing komponena. Tabung Gelas, tabung gelas ini yang hampir hampa sebagai perangkat utama tabung sinar katoda JJ. Thomson.b. Elektoda C ( Katoda), katoda ini tempat electron di pancarkan.c. Elektroda A, A’ (Anoda), anoda ini yang potensialnya positif dan di jaga tetap tinggi dari pada katoda.d. Pelat P dan P’, pelat P dan P’ ini sebagai pelat pendifleksian berkas electron baik akibat timbulnya medan listrik dan medan magnet antara pelat defleksi P dan P’.e. Layar Fluoresen S, layar ini sebagai penampil berkas electron
3. Prinsip Kerja tabung sinar katoda J.J. ThomsonPrinsip kerja dari tabung sinar katoda gambar diatas akan diuraikan sebagai berikut. Tabung dari gelas yang hampir hampa udara di dalamnya dipasang elektroda C dan A, A’ (potensial pemercepat). Elektroda A dan A’ sebagai anoda, dan elektroda C sebagai katoda. Elektroda C adalah katode tempat electron terpancar sedangkan elektroda A adalah anoda yang potensialnya posiyif dan dijaga tetap tinggi. Elektron yang terpancar dari katoda akan membentur elektroda A, tetapi sebagian bergerak lurus melewati lubang kecil pada elektroda A, selanjutnya electron yang berhasil melewati elektroda A akan dihambat oleh elektroda A’ yang ditengahnya terdapat lubang kecil. Hasil electron yang melewati lubang elektroda A’ berupa berkas kecil electron yang akan bergerak terus kedaerah yang terletak antara pelat P dan P’. Setelah melewati pelat ini electron akan membentur ujung tabung yang menyebabkan fluoresen di S menjadi pijar. Pelat defleksi P dan P’ dipisahkan oleh suatu jarak yang diketahui sehingga jiak diantara keduanya terdapat beda poteb=nsial mak medan listrik dan medan magnet dapat di hitung. Jika pelat P dibuat positif, medan listrik mendefleksikan electron-elektron ini bergerak melewati daerah bebas medan diluar pelat kearah layar dengan penyimpangan sebesar
Pada persamaan ini jika nilai YE, L, v2, D dapat diukur Maka e/m dapat diperoleh.Jika diantara pelat P dan P’ terdapat medan magnet B yang tegak urus terhadap berkas electron, maka denganprinsip yang sama, berkas electron akan berbelok dengan penyimpangan YB diakibatkan oleh medan magnet yaitu
Nilai e/m dapat dihitung jika YB, D, B, L, v dapat diukur.Jika digunakan kumparan (kumparan Helmholtz) digunakan sebagai pendefleksi maka prinsip kerja dari pengukuran ini adalah berkas electron dari katoda akibat potensial pemercepat akan melewati daerah medan magnet yang timbul akibat pemberian arus pada kumparan Helmholtz, sehingga berkas ini akan dipengaruhi oleh gaya magnetic yang menyebabkan electron berpijar membentuk lingkaran yang menimbulkan gaya sentrifugal sehingga dapat ditulis
Di mana: = Kecepatan= Kuat medan magnet= Jari-jari berkas
elektron yang terpancar dari katoda akibat potensial pemercepat V akan menyebabkan electron bergerak dengan kecepatan v, sehingga
Pada 2 kumparan Helmholtz dengan jari-jari a dan dialiri arus I maka pada sumbunya akan muncul medan magnet B, dan jarak antara kumparan L
Jika sudut yang dibentuk adalah θ maka untuk:
Jika alat diset agar a = L,maka
Sehingga:
Untuk medan magnet B dititik P, dari hukum Biot Savart,
Untuk R tegak lurus dL maka θ = 90o, sin θ = 1, maka
Untuk R tidak tegak lurus dL maka
Dimana L = keliling lingkaran
dengan a = jari-jari lingkaran (kumparan).Karena ada dua kumparan maka pada titik P muncul medan magnet sebesar Bp, yang arahnya tegaklurus terhadap arah gerak electron, yang besarnya adalah,
Dengan arah dan besar arus sama, maka
Dengan Bp kuat medan total dititik PKarena
,
sehingga diperoleh,
atau
dan karena
maka
Sehingga medan magnet pada Kumparan Helmholtz diberikan oleh persamaan
dengan a adalah Jari-jari kumparan.Jika persamaan 2 dan 3 dimasukkan dalam persamaan 1 akan diperoleh
Dengan V = Potensial pemercepat (volt)a = Jejari kumparan helmholtz (m)N = Jumlah lilitan pada setiap kumparan helmholtz (130)o = Konstanta permeabilitas = 4 x 10-7 I = Arus kumparan helmholtz (A)r = Jejari berkas electron (m)
Cara yang lain untuk menentukan nilai e/m, jika kuat medan magnet diketahui adalah dengan mengmabil hubungan antara energi listrik dan energi kinetik, serta gaya magnet dan gaya sentrifugal. Dari hubungan gaya magnetik dan gaya sentrifugal
Hubungan antara energi listrik dan energi kinetik
Dari persamaan (1)
Di mana
Sehingga dengan mensubtitusikan pers. (6) ke (5)
Dengan V = Potensial pemercepat= Kuat medan magnet= Jari-jari berkas elektron
BAB IIIMETODE EKSPERIMEN
A. ALAT DAN BAHAN Percobaan ini menggunakan “The e/m Apparatus” model SE-9638 seperti pada gambar berikut:
Gambar 3. The e/m Apparatus” model SE-9638
Gambar 4. Skema The e/m Apparatus
Alat ini terdiri dari:1. The e/m tube 4. Cloth hood 2. The Helmholtz Coils 5. Mirrored Scale3. The Controls B. CARA KERJA1. Memeriksa dan membuat rangkaian listrik alat e/m seperti gambar berikut.
Gambar 5. Rangkaian Listrik Percobaan e/m2. Memastikan bahwa kain penutup telah terpasang di atas alat e/m.3. Mendorong Toggle switch ke atas untuk posisi pengukuran e/m.4. Memutar tombol pengatur arus kumparan helmholtz keposisi OFF.5. Menghubungkan power supply dan meter (Ammeter dan Voltmeter) di depan panel alat e/m, seperti pada gambar.6. Mengatur power supply pada level berikut:
7. Mengatur tombol kumparan helmholtz dan memperhatikan Ammeter, agar arus tidak melampaui 2A. 8. Menunggu beberapa saat agar katoda cukup panas, sehinggga tampak berkas elektron keluar dari elektron gun yang akan melengkung akibat medan dari kumparan Helmholtz.9. Mencatat arus kumparan helmholtz pada Ammeter dan tegangan pemercepat pada Voltmeter. Mencatat hasil pengamatan dalam tabel hasil pengamatan.10. Mengukur Diameter berkas elektron, dengan menghimpitkan berkas tersebut terhadap skala yang tertera pada alat. Menentukan nilai skala bagian kanan dan kiri untuk memperoleh diameter berkas. Mengkonversi nilai diameter berkas menjadi jari-jari, mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.11. Mengulangi langkah ke 9 dan 10, dengan menaikkan potensial pemercepat elektron.12. Setelah pengukuran selesai, mengembalikkan semua tombol ke posisi semula.13. Berdasarkan data yang anda peroleh, selanjutnya dihitung nilai e/m elektron.C. IDENTIKASI VARIABEL1. Variabel ManipulasiPotensial Pemercepat (V).2. Variabel KontrolKuat medan magnet (B), jumlah kumparan Helmholtz (N).3. Variabel ResponArus Kumparan Helmholtz (I), dan Jari-jari berkas elektron (r)
D. DEFENISI OPERASIONAL VARIABEL1. Variabel ManipulasiPotensial Pemercepat (V) adalah besarnya tegangan pemercepat agar berkas elektron dapat terpancar, yang besarnya diukur dengan menggunakan voltmeter digital. 2. Variabel KontrolKuat medan magnet (B) adalah besarnya rapat fluks magnetik yang arahnya tegak lurus terhadap arah elektron dengan nilai yang telah ditetapkan yaitu 7,8 x 10-4 Wb/m2.3. Variabel Respon
Jari-jari berkas elektron (r) adalah jari-jari berkas elektron yang diperoleh dari pengukuran diameter berkas dengan menggunakan skala yang tertera pada perangkat e/m (alat), dan Arus Kumparan Helmholtz (I) adalah kuat arus listrik yang mengalir menuju ke masing-masing kumparan helmholtz yang dikur dengan menggunakan ammeter.
BAB IVHASIL EKSPERIMEN
A. HASIL PENGAMATANDari hasil eksperimen yang dilakukan, diperoleh data yang ditunjukkan pada tabel IV.1 di bawah ini.
Diketahui: B = 7,80 x 10-4 Wb/m2Harga referensi e/m = 1,7589 x 1011 C/kg No Tegangan Pemercepat(Volt) Arus Kumparan(mA) Jari-jari berkas(cm)123456 8995104117125134 905899896897893895 3,754,054,25
4,754,854,95Tabel IV.1. Tabel Hasil Pengamatan
B. ANALISA DATANilai e/m elektron berdasarkan data-data yang diperoleh dalam tabel IV.1. dapat di tentukan seperti dalam uraian berikut1. Untuk V = 89 Volt, dan r = 3,75 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)1= 2,0805 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 18,28 persen.
2. Untuk V = 95 Volt, dan r = 4,05 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)2= 1,9039 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 8,25 persen3. Untuk V = 104 Volt, dan r = 4,25 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)3= 1,8928 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 7,61 persen4. Untuk V = 117 Volt, dan r = 4,75 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)4= 1,7047 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 3,08 persen5. Untuk V = 125 Volt, dan r = 4,85 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)5= 1,7469 x 1011 C/kg
Persentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 0,68 persen6. Untuk V = 134 Volt, dan r = 4,95 x 10-2 mDengan menggunakan persamaan,
Dimana B = 7,8 x 10-4, diperoleh nilai,(e/m)6= 1,7978 x 1011 C/kgPersentase kesalahan terhadap harga referensi e/m (1,7589 x 1011 C/kg) adalah
Sehingga diperoleh persentase kesalahan sebesar 2,21 persen.
Dari hasil analisis yang dilaukukan diperoleh nilai e/m rata-rata sebesar 1,8544 x1011 C/kg.
C. PEMBAHASANHasil analisis yang dilakukan di atas dapat dilihat dalam tabel IV.2, di bawah ini,No Tegangan Pemercepat(Volt) Arus Kumparan(mA) Jari-jari berkas(cm) Nilai e/m(C/kg)Persentase kesalahan(%)123456 8995104117125134 905899897896895893 3,754,054,254,754,854,95 2,0805 x 10111,9039 x 1011
1,8928 x 10111,7047 x 10111,7469 x 10111,7589 x 1011 18,288,257,613,080,682,21Tabel IV.2. Tabel Hasil Analisis dengan nilai e/m rata-rata sebesar 1,8544 x1011 C/kg.Dari tabel IV.2, diperoleh nilai e/m yang sangat bervariasi. Secara teoritis Thomson mengukur e/m “korpuskul katoda“nya dan mendapatkan satu harga untuk besaran ini, yang tidak bergantung kepada bahan katoda dan sisa gas dalam tabung. Ketidakbergantungan ini menandakan bahwa korpuskul katoda itu merupakan unsur yang terdapat dalam semua zat dengan nilai e/m adalah (1,758897 ± 0,000032) x 10 11 C/kg.Penentuan e/m dari eksperimen yang dilakukan sangat bagus untuk tegangan pemercepat sebesar 125 Volt. Hal ini ditunjukkan pada nilai ini persentase kesalahan terhadap nilai referensi teori hanya sebesar 0,68 persen. Sedangkan kesalahan (penyimpangan) terhadap nilai referensi terbesar terjadi untuk potensial pemercepat sebesar 89 Volt. Hal ini penting diketahui untuk membatasi nilai V yang diberikan sehingga akan diperoleh perbandingan e/m yang akurat. Hasil analisis data yang diperoleh menunjukkan nilai e/m memang mencirikan nilai perbandingan antara muatan elektron dan massa elektron, hal ini dapat dilihat dari hasil perhitungan e/m yang mendekati nilai referensi yang ada. Adanya perbedaan nilai e/m dari hasil analisis dan nilai e/m secara teori, tentunya disebabkan oleh banyak faktor yang mana, praktikan telah berusaha untuk memperoleh data yang sebaik-baiknya. Diantara faktor tersebut yang sangat rentan terjadi kesalahan yaitu dalam penentuan jari-jari berkas elektron. Berkas yang muncul dalam bentuk lingkaran yang tidak sempurna sehingga dapat saja nilai jari-jari yang diperoleh atau diameter yang diukur bukan diameter yang sebenarnya, jika cara pengukurannya tidak tepat. Berkas elektron yang muncul memiliki ketebalan (seperti garis tebal) sehingga dalam menentukan acuan penentuan titik pada skala acuan pengukuran diameter dapat saja terjadi kesalahan. Nilai potensial pemercepat (V) elektron yang terkadang berfluktuasi sehingga kemungkinan selalu ada kesalahan. Hal lain yang sempat praktikan lakukan adalah dengan mengubah nilai arus maksimum (2A) untuk kumparan helmholtz. Batas pemberian arus yang digunakan akan sangat mempengaruhi jari-jari berkas elektron yang dihasilkan, sehingga lebih awal harus terlebih dahulu dikalibrasi sehingga kesalahan-kesalahan yang mungkin dapat diminimalkan. Faktor lain dapat saja diakibatkan oleh kondisi alat yang sudah tua (keterbatasan alat), sehingga potensial pemercepat nya hanya menghasilkan berkas elektron pada rentang tertentu (sangat terbatas).
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Dari hasil analisis dan pembahasan dapat disimpulkan beberapa hal yaitu:1. Nilai e/m yang diperoleh bervariasi, namun nilai yang diperoleh mencirikan nilai perbandingan muatan elektron dan massa elektron.2. Dalam penentuan nilai e/m, pemberian potensial pemercepat (V) disekitar 125 Volt sangat baik (e/m = 1,7469 x 1011 C/kg), memiliki kesalahan yang sangat kecil yaitu 0,68 persen. Potensial pemercepat (V) disekitar 89 Volt kurang baik (e/m = 2,0805 x 1011 C/kg), memiliki kesalahan yang cukup besar yaitu 18,28 persen. B. SARAN1. Dalam pengambilan data hendaknya memperhatikan hal-hal berikut:a. Pengukuran diameter berkas elektron, hendaknya seteliti mungkin. Terutama menentukan garis yang dipakai sebagai acuan penentuan skala penunjukan.b. Nilai potensial pemercepat (V) yang dipilih adalah yang tidak fluktuatif lagi (menunggu beberapa saat untuk diperoleh V yang agak konstan)2. Pihak laboratorium hendaknya mengusahakan untuk mengadakan perangkat yang dapat menampilkan berkas elektron yang lebih baik.
C. DAFTAR PUSTAKA1. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2 edisi kelima (Terjemahan).Jakarta: Penerbit Erlangga.2. Halliday dan Resnik.1991. Fisika Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga3. Sears dan Zemansky. 1962. Fisika untuk universitas 2 listrik, magnet (terjemahan).Jakarta: Binacipta4. Sunardi dan Indra, Etsa. 2006. Fisika Bilingual Untuk SMA/MA kelas XII semester 1 dan 2. Bandung: Penerbit Yrama Widya5. Surya, Yohanes. 2001. Fisika itu Mudah edisi kedua SMU catur wulan kedua kelas 3. Tangerang: Penerbit PT. Bina Sumber Daya MIPA.6. Tim Eksperimen Fisika Modern. 2009. Penuntun Eksperimen Fisika Modern Program S2. Makassar. Laboratorium Fisika Unit Fisika Modern FMIPA UNM.
Eksperimen sinar katoda dilakukan oleh fisikawan bernama J.J Thomson,dia membuktikan bahwa sinar katoda adalah pancaran berkas partikel bermuatan negatif.Eksperimen ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara radius berkas elektron (r) dengan beda tegangan elektroda pemercepat (∆v) pada masing-masing harga arus (I), serta untuk mengetahui perbandingan muatan dan massa elektron (e/m). Dari hasil eksperimen didapatkan nilai beda tegangan ( V ) berbanding lurus dengan jari-jari lintasan berkas elektrón (r) untuk setiap nilai arus (I),dimana nilai beda potensial semakin besar maka nilai radius berkas elektron juga bertambah besar.Nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmholtz,yaitu semakin besar nilai arus listrik maka nilai radius berkas elektron bertambah kecil.Perbandingan harga e/m melalui percobaan yang dilakukan sudah mendekati harga e/m acuan yang pernah dilakukan oleh J. J. Thompson.
Elektron merupakan salah satu penemuan penting yang dapat menjelaskan berbagai fenomena fisika,salah satunya adalah gejala kelistrikan dan kemagnetan.Pada awalnya elektron sangat sulit ditemukan,setelah melalui beberapa eksperimen, akhirnya seorang fisikawan yang benama Sir Joseph John Thomson (1856-1940) pada tahun 1897 membuktikan percobaan meyakinkan bahwa sinar katoda adalah pancaran berkas partikel bermuatan negatif.
Dalam percobaannya, Thomson menemukan bahwa sinar katoda yang terdiri dari partikel-partikel negatif ini disebut dengan elektron.Katoda yang bbermuatan negatif memancarkan elektron yang dipercepat oleh penarikan anoda yang bermuatan positif.
Suatu elektron dengan kecepatan tinggi yang dipancarkan dari katoda pada sebuah tabung dalam keadaan vakum disebut dengan sinar katoda.Dengan menggunakan tegangan yang sangat tinggi sinar-sinar katoda ini akan dipercepat dan dikendalikan oleh medan magnet.Apabila elektron bergerak dengan arah tegak lurus terhadap arah medan magnet,maka elektron tersebut akan membelok sebagai busur lingkaran.Hal tersebut diakibatkan oleh timbulnya gaya magnetik.
Pengukuran nilai muatan elektron (e) dapat dapat diketahui setelah percobaan yang dilakukan oleh J.J. Thompson tersebut, yaitu dengan menggunakan peralatan tabung sinar katoda yang dilengkapi dengan Medan listrik dan Medan magnet. Harga (e) dapat didekati dengan harga perbandingan (e/m) yang diperoleh dari hubungan antara nilai arus (I), tegangan elektroda (∆V), dan radius lintasan elektron (r). Hubungan antar ketiganya dapat diketahui dari sifat-sifat coil helmholzt yang menyebabkan adanya gaya sentripetal yang membuat elektron berbentuk lingkaran dari gaya linier yang timbul akibat perbedaan tegangan listrik antara katoda dengan anoda.
Jika partikel bermuatan (elektron) bergerak dengan kecepatan v di daerah dengan kuat medan B, maka pertikel tersebut akan mengalami pembelokkan yang diakibatkan oleh timbulnya gaya magnetik (Fm),maka besarnya gaya magnetik dapat ditentukan dengan persamaan:
Fm=ev x B (2.1) Dimana Fm=Fc
Maka evB=mv2/m (2.2)
Dalam percobaan sinar katoda terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya elektromagnetik dan gaya sentripetal.gaya sentripetal ini muncul diakibatkan karena bentuk lintasan dari gaya elektromagnetik berbentuk lingkaran,sehingga pada saat memasuki daerah medan magnetik akan terjadi kesetimbangan gaya yaitu antara gaya magnetik dan gaya sentripetal yang diuraikan sebagai berikut :
Fm = Fc
(2.3)
Berkas elektron diperoleh dengan menggunakan elektron gun.Berkas elektron tersebut kemudian dipercepat melalui beda potensial (∆V).Adanya beda potensial ini menghasilkan energi potensial
elektron (e∆V) yang seluruhnya diubah menjadi energi kinetik elektron sebesar ketika elektron
tersebut mencapai ujung yang lain.
(2.4)
besar medan magnet yang mempengaruhi pergerakan linear elektron di daerah koil Helmholtz di tentukan dengan persamaan :
(2.5)
Harga pebandingan muatan dan massa elektron (e/m) adalah sebagai berikut:
(2.6)
Keteranangan :
∆v = potensial pemercepat (volt)
= radius helmholtz koil
N =jumlah lilitan pada helmholtz koil
R = radius sinar lektron (m)
µ0 = konstanta permeabilitas udara (µo = 4π x 10-7)
Dilaksanakannya Eksperimen sinar katoda ini memiliki beberapa tujuan,diantaranya adalah untuk mengetahui hubungan antara radius berkas elektron (r) dengan beda tegangan elektroda pemercepat (∆V) pada masing-masing harga arus (I) dalam grafik,serta untuk menentukan perbandingan muatan dan massa elektron (e/m) baik secara teori maupun secara perhitungan dari eksperimen yang telah dilakukan.Selain hal tersebut eksperimen sinar katoda sangatlah bermanfaat dalam menunjang penemuan-penemuan terbaru di bidang teknologi.Contohnya adalah pesawat televisi.
METODE EKSPERIMEN
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen sinar katoda (e/m) yaitu, peralatan pengukuran e/m digunakan sebagai alat yang digunakan untuk mengukur besarnya harga e/m sinar katoda, high voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan DC tinggi, Low voltage DC power supply berfungsi sebagai sumber tegangan AC/DC rendah, digital voltmeter berfungsi sebagai penghubung rangkaian.
Dimana rangkaian percobaan pada eksperimen eksperimen sinar katoda (e/m) adalah sebagai berikut:
Gambar susunan eksperimen e/m
Sumber: Buku panduan praktikum eksperimen fisika 1
Adapun langkah-langkah yang akan dilakukan pada esksperimen sinar katoda (e/m) adalah sebagai berikut:
Tahap persiapan
Tahap Pengukuran
Analisa data yang digunakan adalah sebagai berikut:
Untuk mencari e/m secara analitik
Perhitungan e/m secara grafik (I) tetap (V) berubah
Perhitungan e/m secara grafik (V) tetap (I) berubah
Nilai deskrepansi
Dimana,
Ralat
I=100%-K
HASIL
Untuk (I) tetap dan (V) berubah:
Nilai e/m untuk (I) tetap (V) berubah
Nilai e/m secara grafik untuk (I) tetap (V) berubah
Nilai Deskrepansi untuk (I) tetap (V) berubah
D=0,0133
Nilai Deskrepansi secara grafik untuk (I) tetap (V) berubah
D=0,26
Ralat untuk (I) tetap (V) berubah
Untuk (V) tetap dan (I) berubah
Nilai e/m untuk (V) tetap (I) berubah
Nilai e/m secara grafik untuk (V) tetap (I) berubah.
Nilai Deskrepansi untuk (V) tetap (I) berubah
D=0,019
Nilai Deskrepansi secara grafik untuk (V) tetap (I) berubah
D=0,96
Ralat untuk (V) tetap (I) berubah
Grafik hubungan antara D^2 (m^2) dengan beda potensial V(volt)
Gambar 3.1: Grafik hubungan antara D^2(m^2) dengan beda potensial V
Grafik hubungan antara 1/ D^2 (m^2) dengan Arus I(A)
Gambar 3.2:Grafik hubungan antara 1/D^2 (m^-2)dengan Arus
DISKUSI
Pada eksperimen ini membahas tentang eksperimen sinar katoda (e/m) dengan tujuan untuk mengetahui hubungan antara berkas radius elektron (r) dengan beda tegangan ellektroda pemercepat (∆V) pada masing-masing harga arus (I) dalam grafik, serta untuk mengetahui perbandingan massa dan muatan elektron(e/m) baik secara teori maupun hasil perhitungan.
Langkah pertama yang dilakukan dalam eksperimen sinar katoda (e/m) adalah melakukan penngamatan dimana nilai arus listrik pada coil helmholtz bernilai tetap yaitu 1A,dengan nilai variabel beda potensial diubah dan kemudian diperbesar.Nilainya dimulai dari 100 volt sampai 150 volt dengan masing-masing dilakukan tiga kali pengulangan pengukuran.Dari hasil pengukuran didapatkan nilai radius berkas elektron bertambah besar. Dengan demikian dapat diketahui bahwa nilai beda potensial berbanding lurus dengan radius lintasan berkas elektron yang terbentuk.Hal tersebut dapat terjadi karena percepatan elektron gun pada lintasan linier dipengaruhi oleh nilai beda potensial.
Langkah selanjutnya adalah dilakukan pengamatan dimana nilai beda potensial (V) tetap yaitu 140 volt,sedangkan nilai arus (I) dirubah dan kemudian diperbesar, akan tetapi tidak boleh melebihi 1,5 A.Sehingga nilainya yaitu antara 1A sampai 1,4 A dengan masing-masing dilakukan tiga kali pengulangan pengukuran untuk setiap harga arus (I).Dari hasil pengukuran didapatkan bahwa radius lintasan elektron cenderung semakin mengecil. Dengan demikian diketahui bahwa semakin besar nilai arus listrik, maka besar medan magnet (B) yang dibangkikan oleh koil Helmhotz juga akan semakin besar. Sehingga dapat disimpulkan bahwa nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmhotz.
Pada eksperimen yang dilakukan berkas lintasan elektron berbentuk melingkar.Bentuk melingkar ini terjadi karena adanya pengaruh medan magnet (B) yang dibangkitkan oleh sebuah coil helmholtz.Elektron yang dilepaskan oleh elektron gun ditarik oleh beda potensial yang mengakibatkan adanya pergeseran lintasan dari linier menjadi melingkar.
Tujuan selanjutnya adalah untuk mengetahui perbandingan muatan dan massa elektron (e/m).Dari hasil perhitungan nilai perbandingan muatan dan massa elektron (e/m) pada saat (I) tetap dan (V) berubah
adalah sebesar untuk hasil analitik dan sebesar pada grafik, dengan
prosentase kesalahan 1,3%.Sedangkan pada saat (V) tetap dan (I) berubah adalah sebesar
untuk hasil analitik dan pada grafik, dengan prosentase kesalahan
sebesar 1,9%. Hasil (e/m) hasil eksperimen tersebut sudah mendekati dengan hasil (e/m) acuan yaitu
sebesar .Jadi dapat disimpulkan bahwa hasil perbandingan muatan dan massa elektron
(e/m) hasil eksperimen yang dilakukan dapat dikatakan cukup valid.
KESIMPULAN DAN SARAN
kesimpulan
- Nilai beda tegangan elektroda pemercepat ( V ) berbanding lurus dengan jari-jari
- lintasan berkas elektrón (r) untuk setiap nilai arus (I),dimana jika nilai beda potensial semakin besar maka nilai radius berkas elektron juga bertambah besar.
- Nilai radius berkas elektron berbanding terbalik dengan nilai arus listrik pada coil helmholtz,yaitu semakin besar nilai arus listrik maka nilai radius berkas elektron bertambah kecil.
- Perbandingan harga e/m melalui percobaan yang dilakukan sudah mendekati harga e/m acuan yang pernah dilakukan oleh J. J. Thompson.
Saran
Ketika melaksanakan pengambilan data harus dengan ketelitian yang baik terutama saat melihat panjang lintasan berkas elektron.
DAFTAR PUSTAKA
M Finn,Alonso.1987.Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua.Jakarta:Erlangga
Respati.1992.Dasar-Dasar Ilmu Kimia.Jakarta: PT. Rineka Cipta
Sastrohamidjojo,Harjdono.2008. Kimia Dasar.Jogjakarta: UGM
Tim Penyusun Panduan Praktikum Optoelektronika dan Fisika Modern. 2011. Buku Panduan Eksperimen Fisika I. Jurusan Fisika. FMIPA : Universitas Jember
Wihono,Bambang Subali.1986.Fisika Atom.Jakarta: Universitas Terbuka
Wospakrik,Hans.2005.Dari Atom Hingga Quark.Jakarta: Universitas Atma Jaya