Percobaan Milikan UNS [PDF]

Citation preview

Percobaan Tetes Minyak Milikan Adi M, Arlita NP, Fajriatur R, Hendra A, Husnah R, Umi K Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Email : [email protected] Jl. Ir. Sutami 36 A Kentingan, Surakarta Telp: 62271-663450



ABSTRAK Telah dilakukan percobaan di laboratorium fisika FMIPA UNS mengenai Prcobaan Tetes Minyak milikan, untuk menentukan muatan partikel elementer dan muatan tetes minyak menggunakan seperangkat alat Praktikum dan dilaksanakan dengan 2 variasi tegangan sebesar 200 volt dan 250 volt serta panjang jarak lintasan butiran minyak 0,01m. Dimana percobaan ini dipengaruhi oleh gaya-gaya yang bekerja pada partikel ketika berada pada daerah medan listrik (daerah kedua plat), diantaranya ada gaya gesek udara dengan partikel, gaya gravitasi pada partikel, dan gaya oleh medan listrik serta gaya stokes. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan nilai muatan tetes minyak untuk tegangan 200 sebesar (4,56 ± 3,68) x 10-18 C dan untuk tegangan 250 volt (5,4 ± 4,62) x 10-18 C, sedangkan untuk partikel elementer pada tegangan 200 volt sebesar (1,57 ± 0,00259) x 10-19 C dan pada tegangan 250 volt (1,608 ± 0,00809) x 10-19 C. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil perhitungan di atas antara lain tegangan yang diberikan, penentuan partikel minyak dan jari-jari muatan. Kata kunci : partikel elementer, muatan tetes minyak, jari-jari muatan.



PENDAHULUAN Elektron merupakan suatu partikel yang bermuatan negatif. Semua konsep fisika yang berhubungan dengan hal yang bersifat mikroskopis maka akan disinggung sifat elektron diantaranya komponen nilai muatannya. Sehingga peran nilai muatan elektron sangat penting misal dalam aspek kelistrikan misal tentang arus listrik yang dinyatakan sebagai muatan per waktu. Namun hal yang paling penting yakni nilai muatan elektron tersebut diperoleh dari proses apa dan ternyata proses penentuan muatan elektron teersebut diperoleh dari percobaan tetes minyak milikan, sehingga akan dilakukan percobaan tetes milikan untuk mengetahui komponen jari-jari butiran minyak serta muatannya. Robert milikan melakukan percobaan tetes minyak milikan dengan penggunaan beberapa konsep dasar diantaranya viskositas. Viskositas terjadi pada fluida ketika fluida mengalir dengan kecepatan yang berbeda misal



pada pipa. Perbedaan kecepatan terjadi dimana kecepatan di dekat permukaan yang bergerak lebih cepat dari pada dengan jauh. Viskositas diperngaruhi oleh koefisien viskositas suatu zat (η). Setelah itu terdapat konsep hukum stokes yakni ketika benda yang sangat kecil melewati alirann fluida maka akan mengalami gaya hambat yang dipengaruhi medan listrik. Selain gaya stokes , terdapat pula gaya gravitas (Fg), gaya archimedes (Fa) seperti teori viskositas bola jatuh bebas yakni seperti gambar berikut.



Gambar 1. Viskositas bola jatuh



sehingga ketika butiran jatuh bebas per samaannya menjadi: (1) (2) (3) Maka didapatkan kecepatan terminalnya: (4) Keadaan kedua dimana tetes minyak akan naik ke atas karena dipengaruhi oleh gaya listrik. Dari tetes minyak yang naik ke atas karena medan listrik yang ke atas,secara matematis dituliskan sebagai: (5) (6) (7) Keadaan kedua dimana tetes minyak akan turun lagi kebawah karena dipengaruhi oleh gaya listrik. Dari tetes minyak yang turun ke bawah karena medan listrik yang ke bawah,secara matematis dapat dituliskan: (8)



(9) (10) Jika persamaan (7) dikurangi (10) maka akan didapatkan: √



√



(11)



Dan jika persamaan (7) ditambah (10) maka akan diperoleh: √



√



(12)



Dimana q adalah muatan tetes minyak yang terdiri dari n muatan elementer , dengan besarnya e = 1,6 x 10-19 C, ƞ = 1,81 x 10-5 N/m2, udara = 1,29 kg.m-3 dan silicon = 1,03 kg.m-3 serta untuk mencari kecepatannya adalah: , tturun sebagai



dan tnaik sebagai



.



METODE Jenis praktikum tetes milikan ini yakni kauntitatif , hal ini dikarenakan output data yang dihasilkan berupa nilai waktu tetes minyak naik turun akibat pengaruh medan listrik yang didasari variasi tegangan sehingga nantinya dapat dicari muatan minyak serta muatan elementer. Percobaan ini dilakukan dengan cara disiapkan alat dan bahan diantaranya mikroskop, sprayer, minyak silicon, sumber cahaya (lampu halogen), stopwatch, power supply, kabel penghubung serta seperangkat peralatan milikan lalu dirangkai sebagai berikut:



Gambar 2. Rangkaian alat percobaan



Lalu digunakan sprayer yang telah diisi minyak silicon disemprotkan melalui lubang pada alat tetes milikan sehingga terbentuk butiran minyak di antara 2 plat potensial, lalu diatur sumber cahaya dan fokus mikroskop agar butiran minyak dapat diamati dengan jelas lalu di amati satu butiran



minyak yang dianggap kecepatannya konstan, dikarenakan mikroskop tanpa lensa pembalik maka gerakan turun dianggap sebagai gerakan naik, di catat waktu untuk naik satu s=0,89x10-3 m, lalu di ditekan swtich pembalik maka butiran minyak akan jatuh = naik sebenarnya, diukur waktu jatuh untuk s=0,89x10-3 m. Untuk validasi data maka percobaan dilakukan 5 kali pengulangan untuk setiap variasi tegangan plat 200 V dan 250 V. Pengolahan data dilakukan dengan cara sebagai berikut. Dicari kecepatan butiran naik dan turun dengan rumus serta muatannya. Pada percobaan ini yang diukur adalah waktu tempuh butiran untuk naik dari titik acuan hingga batas atas yang ditentukan, serta waktu tempuh untuk turun dari posisi batas atas kemabali ke posisi semula. Nantinya akan didapatkan kecepatan, sehingga nantinya dapat diketahui jari-jari dari tetesan minyak tersebut, muatan tetes minyak serta muatan elementer. Pada percobaan tetes minyak milikan yang mengggunakan minyak silicon ini, minyak disemprotkan maka akan terjadi butiran minyak ketika diamati dengan mikroskop memiliki ukuran yang berbeda –beda hal ini dikarenakan minyak tersebut tidak hanya tunggal namun ada juga yang berkoalisi atau menggumpal sehinnga pada penentuan butiran yang laminer terjadi penentuan yang sulit karena antara butiran yang non koalisi dan koalisi memiliki kecepatan laminer yang berbeda, sehingga dipilih sampel acak. Setelah itu diukur waktu tempuhnya. Namun pada kenyataannya setiap butiran tidak menempuh rute secara vertikal ada yang melenceng sebesar sudut dari sumbu vertikal sehingga nilai t yang dihasilkan pun berbeda. Setelah t gravitasi di catat maka di gunakan switch commutator pembalik maka butiran tadi akan naik. Semakin cepat sehingga nilai t medan yang dihasilkan berbeda-beda pada setiap variasi tegangan plat 200 V dan 250 V. Pada percobaan diperoleh data sebagai berikut :



Tabel 1. Data Hasil Pengamatan Percobaan Tetes minyak Milikan



Dari perhitungan, terlihat V1 lebih besar dibanding V2 (kecepatan turun lebih besar dibanding kecepatan naik). Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, faktor penyebabnya yaitu gaya gravitasi yang mempercepat



gerak tetesan minyak tersebut. Jika dibandingkan kecepatan yang naik maupun yang turun antara tegangan 200 V dan 250 V lebih cepat pada saat tegangan 250 V. Ini berarti bahwa tegangan yang diberikan pada tabung kapasitor dapat mempengaruhi waktu yang dibutuhkan tetes minyak milikan menempati jarak tertentu. Untuk tegangan 200 V, muatan tetesnya (q) adalah (9,28; 2,01; 7,81; 2,33; 1,39) x 10-18C, maka n yang didapat adalah (9, 13, 15, 49, dan 58). Untuk tegangan 250 V, muatan tetesnya (q) adalah (9,26; 1,02; 11,12; 4,35; dan 1,23) x -18C, maka n yang didapat adalah (6, 8, 27, 58 dan 70). Besarnya e rata-rata pada 200 V yaitu C, dan pada 250 V yaitu ( C. Nilai dari e hasil percobaan mendekati nilai e pada literatur yang besarnya ( C. Pada percobaan terdapat beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya ketidaksesuaian data dan hasil yang diperoleh. Misalnya, kurang tepatnya praktikan dalam menggunakan alat, ketepatan dalam memilih tetes minyak. Untuk nilai muatan elementer antara tegangan 200 V dan 250 V ada sedikit perbedaan 0,038, nilai muatan elementer yang lebih besar terdapat pada tegangan 250 V. Hal ini terjadi dikarenakan terdapat faktor yang mempengaruhi yakni pertama pemilihan butiran minyak yang memiliki kecepatan laminer ada yang bergerak v laminer lebih cepat ada yang v laminer lebih lambat, dan juga tetes minyak tadi tidak bergerak secara lurus vertikal namun ada yang miring sebesar sudut tertentu dari sumbu vertikal sehingga mempengaruhi nilai kecepatan karena s tempuh lebih besar karena miring sebesar sudut tertentu, karena dari nilai dasar t yang berbeda dan berpengaruh pada nilai V maka nilai muatan yang dihasilkan sedikit berbeda. KESIMPULAN Dari percobaan tetes minyak milikan ini berhasil didapatkan besar jari – jari butiran minyak pada tegangan 200 V dan 250 V antara lain sebagai berikut : 1. Pada tegangan 200 V besarnya : Muatan tetes minyak( q ) = (4,56 ± 3,68) x 10-18 C Muatan elementer( t ) = (1,57 ± 0,00259) x 10-19 C 2. Pada tegangan 2100 V besarnya : Muatan tetes minyak( q ) = (5,4 ± 4,62) x 10-18 C Muatan elementer( t ) = (1,608 ± 0,00809) x 10-19 C DAFTAR PUSTAKA Andriatun. 2012. Atom. Jakarta : Grafindo Dr. Istadi, S.T M.T. 2009. Buku Ajar Kimia Umum. Semarang : UNDIP Getty, Edward W. 1989. Konsep – KonsepFisika Modern. Jakarta : Erlangga



Harahap, Asrul. 2010. Eksperimen Tetes Minyak Milikan. Scribd.com/doc (Ek-tetes-minyak-milikan)diakses 11 Oktober 2010 Krane, Kanneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta : UI Press Silabun, Pantur. 1986. Fisika Modern edisi ketiga. Jakarta : Erlangga Steater, Benjatum.1985. Mekanika Fluida Jilid I edisi 8 (terjemahan Arko Arjuno). Jakarta : Erlangga