(Tugas Awal) Tetes Minyak Mlikan [PDF]

Citation preview

Rahayu Dwi Harnum (1305957) Eksperimen Fisika I Tugas Awal Eksperimen 2. Tetes Minyak Milikan



1. Jelaskanlah proses terionisasinya tetes minyak yang keluar dari sprayer/atomizer dan ketika melewati daerah pengion



-



Tetes



minyak



(sebelumnya



tidak



memiliki



muatan)



yang



keluar



dari



sprayer/atomizer akan terionisasi (memiliki muatan). Hal tersebut disebabkan tetes minyak yang berinteraksi dengan pengion (partikel bermuatan) pada daerah pengion. Daerah pengion merupakan daerah pengubah suatu molekul tak bermuatan menjadi molekul bermuatan. 2.



Jelaskanlah besar gaya-gaya yang bekerja pada ion tetes minyak ketika kedua plat tidak diberi beda potensial, dan ketika kedua plat diberi potensial V



-



Gaya-gaya yang bekerja pada tetesan minyak, dapat digambarkan sebagai berikut. Gambar.1 menunjukan keadaan setimbang yang berlaku FA



FS



𝐹𝐴 + 𝐹𝑆 − 𝑊 = 0 Sedangkan ketika tetesan minyak berada dalam pengaruh medan listrik maka gaya yang bekerja seperti yang ditunjukan V’



W = mg Gambar. 1



oleh gambar.2 dengan menggnakan persamaan coulumb, 𝑣



𝐹𝐶 = 𝑞𝐸  𝐸 = 𝑑 . Ketika dipengaruhi medan listrik, tetesan minyak bergerak keatas FA



FC



V” Gambar.2 FS W = mg



3. Jelaskanlah bagaimana anda dapat mengetahui tetes minyak yang terionisasi dengan tetes minyak yang netral



-



Untuk membedakan tetes minyak yang terionisasi dan tetes minyak netral dapat ditentukan ketika tetes minyak berada didalam daerah yang memiliki medan listrik. Apabila tetes minyak tidak mengapung berarti tetes minyak tersebut netral. Sedangkan apabila tetes minyak mengapung berarti tetes minyak tersebut terionisasi. Tetes minyak yang mengapung (terionisasi) mengalami gaya coulumb dari pengaruh medan listrik.



4. Buktikan secara teoritis bahwa muatan ion tetes minyak adalah : 3



2



2 𝑉′ 4𝜋𝑑 9𝜂 𝑉 ′ − 𝑉 ′′ (𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( 𝑞= ) ( ) ( ) 3 2(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑔 𝑉



-



Gaya-gaya yang bekerja ialah Gaya Archimedes 𝐹𝐴 = 𝜌𝑢 . 𝑉. 𝑔 gaya gesek stokes 𝐹𝐴 = 𝜌𝑢 . 𝑉. 𝑔 dan gaya berat 𝑊 = 𝑚. 𝑔 Dalam keadaan setimbang dapat dinyatakan dalam 𝑊 = 𝐹𝐴 + 𝐹𝑆 𝑊 − 𝐹𝐴 = 𝐹𝑆 𝑚𝑔 − 𝜌𝑢 𝑉𝑔 = 𝑘𝑉′   ; 𝜌𝑚 =



𝑚 𝑉



Sehingga, persamaan menjadi 𝜌𝑚 𝑉𝑔 − 𝜌𝑢 𝑉𝑔 = 𝑘𝑉′ 𝑉𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) = 𝑘𝑉′ 4



Tetesan minyak diasumsikan berbentuk bola, sehingga digunakan 𝑉 = 3 𝜋𝑟 3 . Maka persamaannya menjadi



4 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 3



4



𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 −𝜌𝑢 )



− 𝜌𝑢 ) = 𝑘𝑉′  𝑘 = 3



𝑉′



Pada saat setelah ada pengaruh medan listrik persamaan yang berlaku yaitu 𝐹𝐴 + 𝐹𝐶 − 𝐹𝑆 − 𝑊 𝐹𝐴 + 𝐹𝐶 − 𝑊



=0 = 𝐹𝑆



𝜌𝑢 𝑉𝑔 + 𝑞𝐸 − 𝑚𝑔 = 𝑘𝑉" 𝜌𝑢 𝑉𝑔 + 𝑞𝐸 − 𝜌𝑚 𝑉𝑔 = 𝑘𝑉" 𝑞𝐸 + 𝑉𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) = 𝑘𝑉" 4 𝑞𝐸 + 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) = 𝑘𝑉" 3



4



𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 −𝜌𝑢 )



Dengan mensubstitusi nilai 𝑘 = 3



𝑉′



, maka



4 3 4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑞𝐸 + 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) = 3 𝑉" 3 𝑉′ 𝑞𝐸



4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 4 = (3 𝑉") − ( 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 )) 𝑉′ 3



𝑞𝐸



4 𝑉" = 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( + 1) 3 𝑉′



𝑉



Substitusi 𝐸 = 𝑑 , sehingga menghasilkan 𝑉 𝑑



4 𝑉" + 𝑉′ = 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ) 3 𝑉′



𝑞𝑉



4 𝑉" + 𝑉′ = 𝜋𝑑𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ) 3 𝑉′



𝑞



𝑞



4 𝑉" + 𝑉′ 1 = 𝜋𝑑𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ). 3 𝑉′ 𝑉 4



Kemudian mencari harga r dengan menggunakan nilai 𝑘 = 3



𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑚 −𝜌𝑢 ) 𝑉′



mensubstitusi konstanta Stoke (𝑘 = 6𝜋𝜂𝑟), maka 4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) =3 𝑉′ 4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 6𝜋𝜂𝑟 = 3 𝑉′ 6𝜂𝑉′ 𝑟2 = 4 3 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 9𝜂𝑉′ 𝑟2 = 2𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑘



𝑟



9𝜂𝑉′ =√ 2𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 )



Substitusi nilai r tersebut ke persamaan sebelumnya hingga menjadi 3



𝑞



4 9𝜂𝑉′ 𝑉" + 𝑉′ 1 = 𝜋𝑑 (√ ) 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ). 3 2𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑉′ 𝑉



dan dengan



3



𝑞



2 4 9𝜂𝑉′ 𝑉" + 𝑉′ 1 = 𝜋𝑑 ( ) 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ). 3 2𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑉′ 𝑉



𝑞



2 𝑉′ 2 𝑉" + 𝑉′ 4 9𝜂 = 𝜋𝑑(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) ( ) ( ) ( ) 3 2(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑔 𝑉



3



1



5. Jelaskan bagaimana cara mengukur kecepatan ion ketika tidak ada medan listrik dan ketika ada medan listrik



-



Cara mengukur kecepatan ion ketika belum ada medan listrik yaitu menggunakan persamaan yang telah diperoleh pada nomor 4 yakni 4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) =3 𝑉′ 4 3 𝑉′ = 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑘 4 3 𝜋𝑟 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 𝑉′ = 3 6𝜋𝜂𝑟 𝑘



𝑉′ =



2𝑟 2 𝑔(𝜌𝑚 − 𝜌𝑢 ) 9𝜂



Sedangkan untuk mengukur kecepatan ion setelah ada medan listrik menggunakan persamaan 4 𝑘𝑉" = 𝑞𝐸 + 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) 3 4 𝑞𝐸 + 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) 𝑉" = 3 𝑘 𝑉 4 𝑞 + 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) 𝑉" = 𝑑 3 𝑘 𝑉 4 𝑞 + 𝜋𝑟 3 𝑔(𝜌𝑢 − 𝜌𝑚 ) 𝑉" = 𝑑 3 6𝜋𝜂𝑟



6. Berdasarkan teori tersbut, bagaimanakah prosedur percobaan yang harus dilakukan untuk menentukan muatan tetes minyak tersebut? a. Mempersiapkan alat dan bahan b. Menyalakan power supply dan lampu yang pada alat



c. Menyemprotkan minyak silikon beberapa kali, hingga minyak silikon telah masuk kedalam tabung ionizer. d. Mengamati tetesan minyak menggunakan mikroskop e. Mengaktifkan sakelar pengatur medan listrik. f. Mengamati tetesan minyak (butiran) yang berubah arah (mengapung). g. Menetapkan skala pengamatan GLB ion melalui mikroskala yang tertera dalam alat. h. Mencatat waktu yang diperlukan ion untuk bergerak sejauh jarak yang telah ditetapkan (d), baik sebelum diberi medan listrik maupun sesudah diberi medan listrik dengan menggunakan stopwatch. i.



Mencatat data jarak dan waktu yang ditempuh oleh ion selama bergerak.



j.



Mengulangi pengukuran berkali-kali hingga diperoleh hubungan antara jarak yang ditempuh ion dengan waktu tempuhnya.



7. Data yang anda peroleh dari percobaan ini ialah berupa muatan tetes minyak, sedangkan tujuan dari percobaan ini ialah menentukan muatan electron. Jelaskan bagaimanakah anda dapat menentukan muatan electron dari data muatan ion tetes minyak silicon



-



Hubungan antara muatan tetes minyak q dengan muatan elektron e pada persamaan 𝑞



𝑒 = 𝑛 menunjukan n merupakan jumlah molekul yang terdapat pada suatu tetes minyak. Sehingga, untuk mendapatkan nilai muatan elektron harus mengetahui jumlah molekul pada setiap satu tetes minyak silikon