Laporan Praktikum Tetes Minyak Milikan

Tetes Minyak Milikan

Bab I. Pendahuluan

A. 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.

B. 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.

Bab II. 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:

w_g=F_s \ \ \ \ \ ...{(1)}

mg=K.v_f \ \ \ \ \ ...{(2)}

Dalam keadaan stasioner menjadi :

F_c=F_g+F_s \ \ \ \ \ ...{(3)}

Eq_e=mg + Kv_r \ \ \ \ \ ...{(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:

q_e=mg\frac{v_f+v_r}{Ev_f} \ \ \ \ \ ...{(5)}

Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan m=4/3πα3σ, sehingga persamaan di atas menjadi:

q_e=\frac{4}{3}πα3σ\frac{v_f+v_r}{Ev_f}  \ \ \ \ \ ...{(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:

q_e =\frac{4}{3}πα3σ\frac{1}{\frac{b}{pa}}\frac{3}{2}{v_f+v_r}{Ev_f}  \ \ \ \ \ ...{(7)}

Nilai dari bilangan Avogadro (N) adalah:

N = 9,625×10⁷(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. Metode Prakikum

A. 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

B. 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

A. Tabel Hasil Pengamatan

a) Tanpa Tegangan (U = 0 V )

b) Dengan Tegangan (U = 500 V)

d : 7,62 mm
R_Termostat : 1,74 x 10^-6 Ω
g : 9,8 m/s²
P : 1,01 x 10⁵ Pa
b : 8,20 x 10^-3 Pa.m
η : 1,884 x 10^-5 kg/m
NST Viewing Chamber : 0,1 x 10^-3 m
NST Stopswatch : 0,01 s
U : 0 Volt, T : 30^oC
U : 500 Volt, T : 31^oC

B. Analisis Data

1. Perhitungan Umum

a. Menghitung kecepatan jatuh tetesan minyak

Keceatan jatuh tetesan minyak dihitungan dengan persamaan

v_f=\frac{x}{t}

Kecepatan jatuh ditunjukkan pada tabel di bawah ini

\bar {v_f} = \frac{\Sigma v_f }{n} = \frac{(9,51+9,96+9,93+9,61+8,91).10^{-5}}{5}=9,58.10 
^{−5}

b. Menghitung kecepatan naik tetesan minyak

\bar {v_f} = \frac{\Sigma v_f }{n} = \frac{(15,87+15,77+15,72+13,33+13,30).10^{-5}}{5}=14,79.10 
^{−5}

c. Menghitung Jari-Jari Tetesan Minyak

a=\sqrt{\frac{b}{2p}}

   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

A. 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 :