Puji dan
syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena
atas berkat dan limpahan-Nya penulis dapat
menyelesaikan laporan yang berjudul “Millikan Oil Drop Experiment”. Laporan ini disusun sebagai
tugas yang diberikan oleh asisten mata kuliah "Fisika Modern".
Laporan ini disusun agar pembaca
dapat memperluas wawasan mengenai millikan oil drop experiment. Penulis
menyadari bahwa penulisan laporan ini jauh dari kesempurnaan. Oleh
karena itu, penulis sangat berharap ketidaksempurnaan ini dapat
disempurnakan dengan memberikan masukan, saran, dan perbaikan
dari berbagai pihak guna lebih menyempurnakan penulisan laporan ini. Semoga
laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Palu, 11 Desember 2015
Penulis
DAFTAR
ISI
Kata
pengantar
Daftar
isi
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1.2.
Tujuan
1.3. Alat dan Bahan
BAB II KAJIAN PUSTAKA
BAB III METODE
PENELITIAN
3.1.
Jenis Penelitian
3.2.
Waktu dan tempat
3.3.
Prosedur Kerja
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Hasil Pengamatan
4.2. Analisa Data
4.3. Pembahasan
BAB V PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
5.2.
Saran
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Elektron
merupakan suatu dasar penyusun atom. Inti atom terdiri dari elektron (bermuatan
negatif) dan proton (bermuatan positif). Pengukuran muatan elektron dilakukan
oleh ilmuwan fisika Amerika Robert Milikan pada 1909 dan dipublikasikan pada
tahun 1911. Pengukuran yang dilakukan Robert Milikan mampu mendapatkan nilai
muatan untuk 1-150 ion dengan batas kesalahan kurang dari 0,3%. Metode
pengukuran muatan listrik elektron oleh milikan adalah dengan membuat sebuah sistem/alat
yang dibuat dengan medan listrik untuk mencegah tetesan minyak terjatuh karena
gravitasi.
Robert
Millikan melakukan percobaan dengan menyeimbangkan gaya- gaya antara gravitas
dan gaya listrik pada suatu tetes minyak yang ada diantara dua buah
pelatkonduktor. Ketika minyak jatuh diudara akan mengalami percepatan
kebawahynag disebabkan oleh gaya grafitasi dan pada saat yang sama gerak tetes
minyak tersebut dihambat oleh gaya penghambat (gaya stokes). Menurut stokes,
bila sebuah benda dilepaskan tanpa kecepatan awal didalam fluida, benda mula-mula
akan mendapat kecepatan. Karena mendapat kecepatan maka benda akan bertambah
besar pula, hingga mencapai keadaan stasioner.
Percobaan
Milikan dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron dengan menyeimbangkan
gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada
antara dua buah elektroda. Melalui eksperimen ini terbukti bahwa muatan
elektron terkuantisasi secara diskrit, sebesar 1,602.10-19 Coulomb berdasarkan
literatur.
1.2
Tujuan
1. Menentukan hubungan antara kecepatan tetesan minyak dengan medan listrik.
2. Menentukan jari-jari dan massa tetesan minyak.
3. Menentukan nilai muatan elektron dari sebuah minyak.
1.3 Alat dan Bahan
1.
Sistem peralatan Millikan Drop Oil
2.
Power Supply tegangan tinggi
3.
Adaptor DC 12 Volt
4.
Mineral oil
5.
Micrometer Scrup
6.
Multimeter
7.
atomizer
8.
Stopwatch hp 5 buah
9.
Kabel penghubung/ banana
plug secukupnya
10. Tisu
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
KAJIAN PUSTAKA
Tetes
minyak milikan adalah merupakan percobaan yang menunjukkan bahwa muatan
electron bersifat diskrit yaitu gaya ke bawah pada tetes milikan (percepatan ke
bawah) akan terhambat oleh suatu gaya stokes (gaya penghambat). “Percobaan ini
dilakukan dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya
listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada diantara dua buah pelat konduktor.”
Robert Millikan melakukan percobaan
dengan menyeimbangkan gaya- gaya antara gravitas dan gaya listrik pada suatu
tetes minyak yang ada diantara dua buah pelat konduktor. Ketika minyak jatuh
diudara akan mengalami percepatan kebawah ynag disebabkan oleh gaya gravitasi
dan pada saat yang sama gerak tetes minyak tersebut dihambat oleh gaya
penghambat (gaya stokes). Menurut stokes, bila sebuah benda dilepaskan tanpa
kecepatan awal didalam fluida, benda mula-mula akan mendapat kecepatan. Karena
mendapat kecepatan maka benda akan bertambah besar pula, hingga mencapai
keadaan stasioner. Pada keadaan seperti ini dpat digambarkan hubungan antara
gaya stokes dan gaya gravitasi berdasar persamaan berikut:
Fg=
Fs…………………………………..(1)
M.g
= K.Vf …………………………….(2)
Dalam
keadaan stasioner menjadi:
Fc=
Fg+ Fs……………………………..(3)
Een
= mg + KVr……..…………………(4)
Dimana
E merupakan kuat medan listrik. Secara umum didefinisikan bahwa kuat medan listrik E di dalam ruang sebagai gaya
elektrostatis yang bekerja pada satu satuan muatan di dalam ruang tersebut.
Percobaan
milikan disebut juga sebagai percobaan oil drop. Elektron mempunyai peran
penting dalam mempelajari gejala kelistrikan kemagnetan. Dengan mengembangkan
gaya-gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada
diantara dua plat elektroda, masing-masing plat berdiameter 20 cm dan terpisah
sejauh 7,67 cm. Minyak diteteskan dengan tetesan kecil melalui dua plat logam
dengan dua buah plat yang dapat menarik muatan listrik dari tetesan minyak pada
palat bagian atas. Jika beda tegangan diatur agar mengimbangi gaya gravitasi
pada tetes minyak, maka partikel-partikel minyak yang mengandung muatan akan
melayang karena keseimbangan gaya tersebut. Pada keadaan ini gaya gravitasi
sama dengan gaya elektrostatik, sehingga muatan dapat diketahui besarnya.
Melalui
banyak percobaan dengan tetes minyak milikan yang beragam maka secara umum
muatan dapat diperoleh:
en=mg[(Vf+Vr)/EVf]
…….………….…………..(5)
Dimana
besaran massa m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan m=4/3πα3σ,
sehingga persamaan di atas menjadi:
en=(4/3)
πα3σg[(Vf+Vr)/EVf] ………..….……..(6)
Muatan
listrik Q di dalam suatu ruang, akan menyebabkan timbulnya mdan listrik did ala
ruang tersebut, artinya setiap muatan lain Q yang berada di dalam ruang itu
akan mengalami gaya elekstrotatik ” makin banyak Q makin kuat gaya F dan makin
medan listrik yang ditimbulkan oleh Q tersebut.” Sehingga kuat medan listrik di
dalam ruang, ditentukan oleh banyaknya muatan Q yang menimbulkan medan listrik
tersebut, serta tergantung pada jaraknya dari muatan Q.
Percobaan
yang dilakukan oleh millikan dapat menyingkap secara meyakinkan bagiamana sifat
muatan listrik dan harga muatan suatu
electron (en) maupun bilangan Avogadro (N) dalam satuan system internasional
yaitu dengan persamaan:
en=(4/3)πα3σg[1/(1+b/pa)]3/2
[(Vf+Vr) / (ΔV)Vf] …………(7)
Nilai
dari bilangan Avogadro (N) adalah:
N
= 9,625x107(C/kgberat ekivalen) / e (C)………………...(8)
en= muatan tetes minyak (Columb)
Terbukti
bahwa beberapa bintik minyak bermuatan listrik, karena efek gesekan.
Bintik-bintik itu dapat pula memperoleh muatan jika udara dalam apara
tersebut diionisasi oleh sinar X atau oleh secuil benda Radioaktif beberapa
electron atau ion lalu bertumbukan dengan bintik-bintik minyak itu.
Dari
percobaan Millikan menyimpulkan qe = e merupakan kelipatan bilangan bulat dari
nilai tertentu yaitu 1,6 x10−19 C dan tdak pernah didapatkan nilai
qe = e kurang dari 1,6 x 10−19 C. Selanjutnya nilai 1,6 x10−19
C disebut muatan elementar (muatan elektron).
Pada
ekseperimen yang dilakukan di lakukan di laboratorium radiasi tets minyak
disemprotkan melalui bagian atas dua keping sejajar (berupa lubang kecil).
Sehingga akan ada minyak yang masuk ke dalam celah antara dua plat. Kemudian
tetesan minyak di dalam plat diamati. Tetesan minyak yang ada di dalam plat
akan bergerak-bergerak di dalam celah maka harus di amati salah satu
titik(tetes) acuan. Dan titik acuan itu di amati kecepatanya untuk menempuh
jarak sejauh x skala dalam t sekon. Dalam pergerakannya di celah antar plat
partikel tetes mengalami 3 gaya yang berbeda yaitu gaya viskos, gaya gravitasi,
dan gaya listrik. Dari persamaan ketiga gerak ynag mempengaruhinya maka akan
didapatkan suatu persamaan untuk menghitung muatan elektron.
Dengan
menyusun alat seperti gambar berikut
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Jenis Penelitian
Percobaan ini dilakukan dengan pengamatan secara langsung
peristiwa yang terjadi pada system peralatan Milikan. Jenis praktikum tetes
minyak milikan ini yakni kuantitatif. Hal ini dikarenakan output data yang dihasilkan
berupa nilai waktu tetes minyak naik turun akibat pengaruh medan listrik yang
didasari variasi tegangan sehingga nantinya digunakan untuk mencari nilai
jari-jari butiran minyak serta muatannya.
Pada percobaan ini yang diukur adalah waktu tempuh butiran
untuk naik dari posisi tengah sebagai titik acuan sampai batas atas serta waktu
tempuh untuk turun dari posisi batas atas kembali ke posisi semula. Sehingga
nantinya akan didapatkan kecepatan yang nantinya digunakan untuk mencari nilai
jari-jari butiran minyak serta muatan minyak dan elektronnya.
3.2 Waktu dan Tempat
Hari, tanggal :
Rabu, 16 Desember 2015.
Waktu
: Pukul 13.00 – selesai.
Tempat
: Lab. Elektronika Fisika FKIP UNTAD.
3.3 Prosedur kerja
1.
Merangkai alat Millikan oil drop seperti gambar di bawah:
2. Setelah peralatan siap,
lampu halogen dihidupkan dengan terpasangnya adaptor DC 12 Volt.
3. Mengatur teropong yang terdapat di samping Chamber Milikan untuk
mengamati tetes minyak yang telah disemprotkan tersebut sedemikian sehingga
dapat terlihat dengan jelas tetes-tetes minyak ketika diteteskan.
4. Menghubungkan multimeter ke
thermistor connectors dan mengukur hambatan dari thermistor.
5. Memasukan minyak yang telah
diketahui kerapatan jenisnya ke dalam atomizer.
6. Memindahkan posisi Ionisasi
Source Lever ke posisi Spray Droplet
untuk membiarkan udara keluar dari chamber.
7. Menempatkan bibir atomizer ke
dalam lubang lid dari droplet viewing chamber.
8. Sementara mengamati melalui
Viewing Scope, tekan atomizer dengan cepat dan kuat. Kemudian menekan kembali
dengan lemah untuk mendorong tetesan minyak masuk ke dalam lubang Viewing
Chamber.
9. Memindahkan Ionisazation
Source Lever ke posisi OFF ketika nampak tetesan minyak dalam Chamber.
10. Mengamati salah satu dari beberapa tetes yang ada, kemudian
menentukan waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak 1,0 mm.
11. Mengalirkan tegangan listrik pada dua keping pelat sejajar dengan
mengatur power supply dengan tegangan 500 V dan merubah posisi plate charging
switch dari ground menjadi positif sehingga dihasilkan medan listrik yang dapat
menahan tetes minyak sehingga tetes bergerak melawan arah gravitasi.
12. Menentukan waktu yang dibutuhkan untuk bergerak naik dan menempuh jarak1,0 mm.
13. Memasukan hasil pengamatan ke dalam tabel pengamatan.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Tabel Hasil Pengamatan
a) Tanpa Tegangan (U = 0 V )
No.
|
L
( m)
|
t
(s)
|
1
|
1
x 10-3
|
10,51
|
2
|
1
x 10-3
|
10,04
|
3
|
1
x 10-3
|
10,07
|
4
|
1
x 10-3
|
10,41
|
5
|
1
x 10-3
|
11,22
|
b) Dengan Tegangan (U = 500 V)
No.
|
L
( m)
|
t
(s)
|
1
|
1
x 10-3
|
06,30
|
2
|
1
x 10-3
|
06,34
|
3
|
1
x 10-3
|
06,36
|
4
|
1
x 10-3
|
07,50
|
5
|
1
x 10-3
|
07,52
|
4.1 Analisa
Data
1.
PerhitunganUmum
a.
Menghitung kecepatan jatuh tetesan minyak
b.
Menghitung
kecepatan naik tetesan minyak
c. Menghitung Jari-Jari Tetesan Minyak
d. Menghitung Massa Dari Tetesan
Minyak
e. Menghitung Muatan Elektron
2. Perhitungan Ralat
a.
Menghitung Kecepatan Jatuh Tetesan Minyak
b.
Menghitung
Kecepatan Naik Tetesan Minyak
c. Menghitung Jari-Jari Tetesan Minyak
d.
Menghitung Massa Tetesan Minyak
e. Menghitung Muatan Elektron
4.3.Pembahasan
Eksperimen
tetes minyak milikan adalah salah satu eksperimen yang cukup akurat dalam
menentukan muatan listrik elektron. Eksperimen ini digunakan untuk menunjukan
bahwa muatan bersifat diskret. Sistem yang terdiri dari dua plat keping
sejajar, minyak semprot, mikroskop, skala. Pengamatan dilakukan di ruang yang
tertutup untuk memudahkan melihat buih tetes minyak karena ukurannya yang
sangat kecil maka pengamatan dilakuakan dengan menggunakan mikroskop sehingga
berkas akan terlihat jelas.
Tujuan
dari percobaan ini yaitu untuk menentukan hubungan
antara kecepatan tetesan minyak dengan medan listrik, menentukan jari-jari dan
massa tetesan minyak dan menentukan nilai muatan elektron dari sebuah minyak.
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu, power supply 500 volt berfungsi
sebagai sumber tegangan. Kabel
banana
berfungsi sebagai penghubung atau pengalir tegangan dari alat yang satu ke alat
yang lain, multimeter
sebagai voltmeter, besproad
berfungsi sebagai tempat menancap atau sebagai pondasi dari supportproad. Supportproad berfungsi
sebagai tiang untuk menopang plat froam apparatus,
atomizer
berfungsi sebagai alat pentetes mineral oil. Prinsip kerjanya yaitu dengan
menekan dengan kuat atomizer dan menekan tidak kuat agar minyak terdorong
kedalam chamber. Mineral oil
sebagai bahan yang diamati, adaptor
pengalir tegangan dari sumber tegangan PLN ke power supply, plat froam apparatus terdiri atas lampu halogen 12 volt, filing skop terdapat dua bagian,
bagian dekat ujung berfungsi untuk memperjelas grafik yang ada pada bagian
tengah filing skop, dan bagian dekat chamber berfungsi untuk memperjelas
tetesan minyak., plating
charging swit untuk mengubah apper
kapasitor bisa menjadi bermuatan positif, chamber, lik, housing chamber, drokhole, apper kapasitor, spacer dan lower kapasitor.
Pada Percobaan tetes minyak milikan ini jika tegangan
listrik antara kedua plat, di beri tetesan minyak dan pada swit plating carging
digerakkan kearah bawah yaitu menuju off maka tetesan minyak akan jatuh
perlahan dengan kecepatan tetap. Namun ketika diberi tegangan listrik
sedemikian rupa dengan diberi tetesan minyak dan pada swit pating carging
digerakkan kearah atas yaitu pada posisi on sehingga menghasilkan medan
listrik di antara kedua plat, gaya berat lebih kecil dari gaya
elektrostatik yang diakibatkan oleh medan listrik, maka tetesan minyak yang
jatuh dapat dihentikan atau bergerak naik.
Dalam percobaan ini praktikan mengalami kesulitan dalam
pengambilan data dikarenakan sulitnya menyemprotkan minyak dan mengamati tetes
minyak tersebut. Minyak disemprotkan ke dalam plat sejajar dengan cara
disemprotkan melalui celah sempit sehingga hanya sedikit tetes minyak yang
lolos ke dalam pengamatan. Selain itu, kecerahan citra yang terlihat pada
mikroskop sangat kurang (buram), sehingga praktikan kesulitan mengamati tetes
minyak tersebut dan menyebabkan mata pengamat menjadi gampang lelah karena
berakomodasi maksimum dalam waktu yang lama.
Pada praktikum, tegangan sebesar 500 volt mampu mengubah arah
gerak sehingga tetes minyak berada pada keadaan dinamis. Kecepatan tetesan
minyak pada saat bergerak ke bawah adalah sebesar 9,58 x 10-5m/s,
jari-jari tetes minyak 7,29 x 10-7 m
dengan besar massanya adalah 4,58 x 10-16 kg. Namun pada saat
tegangan sebesar 500 Volt diberikan, tetes minyak milikan bergerak ke atas
adalah sebesar 14,79 x 10-5 m/s.
Berdasarkan analisa data yang kami peroleh, besarnya nilai muatan
elektron dari tetesan minyak ini adalah sebesar 2,76 x 10-19 C.
Nilai ini bisa tidak cukup jauh nilainya jika dibandingan dengan nilai muatan
elektron dari literatur yang di peroleh oleh Robert Milikan yaitu sebesar 1,602
x 10-19 C.
Adapun perbedaan nilai muatan antara literatur dengan hasil
analisa data disebabkan karena kesulitan dalam melakukan pengamatan terhadap
tetes minyak karena terkadang tetes minyak yang diharapkan sama sekali tidak
terlihat oleh mata. Adapun tetes minyak yang terlihat kemungkinan terjadi
ketidaktelitian dalam melakukan pengamatan.
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
1. Hubungan antara kecepatan tetesan minyak dengan medan listrik
yaitu ketika tegangan listrik menghasilkan medan listrik, maka medan listrik
tersebut akan menghambat kecepatan tetesan minyak. Gaya berat minyak (gaya ke
bawah) akan sama dengan atau lebih kecil dengan gaya elektrostatik (gaya ke
atas) sehingga tetesan minyak yang jatuh dapat dihentikan atau bergerak naik.
2. Rumus yang di gunakan untuk menghitung
jari-jari tetesan minyak :
Universitas Tadulako
