LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA MODERNI. JUDULPenentuan e/m

II. LATAR BELAKANGMeskipun sinar katoda sudah ditemukan sejak tahun 1859 namun baru tiga puluh delapan tahun kemudian muatan spesifik sinar katoda diperoleh. J.J Thomson (1856-1940) yang pertama kali melakukan percobaan untuk menentukan muatan sinar katoda. Seperti halnya dalam tabung sinar katoda, elektron dihasilkan dari katoda yang dipanaskan oleh filamen. Elektron dipercepat menuju anoda yang berbentuk silinder dan melewatinya. Pada bagian selanjutnya dipasang pelat sejajar yang diberi beda potensial sehingga menimbulkan medan listrik. Pada bagian ini juga terdapat medan magnet yang digambarkan masuk bidang kertas. Jika kedua medan listrik dan medan magnet bernilai nol, elektron akan mencapai posisi X dilayar dan menimbulkan fluoresensi. Energi kinetik yang dimiliki oleh elektron diperoleh dari energi potensial yang diberikan oleh pasangan anoda-katoda. Kumparan Helmholtz digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas. Sedangkan Andre Marie Ampere dengan percobannya berhasil menunjukkan bahwa elemen arus akan mengalami gaya ketika berada dalam medan magnet (Arthur Beiser. 1990). Berangkat dari sinilah percobaan e/m dilakukan.III. TUJUAN1. Mempelajari lintasan gerak elektron akibat pengaruh medan magnet/medan listrik2. Menghitung nilai e/m dari elektronIV. DASAR TEORIElektron yang dihasilkan oleh filamen (yang berlaku sebagai katoda), akibat proses termoelektron, akan dipercepat ke arah anoda yang mempunyai beda tegangan V terhadap katoda. Dari prinsip kekekalan tenaga, jika tidak ada usaha yang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai tenaga kinetik akibat tegangan V, yang besarnya adalah :

1/2 m v2 = eV

dengan m adalah massa elektron , e adalah muatan elektron , v adalah kecepatan elektron dan V adalah beda potensial anoda katoda, sehingga kecepatan elektron dapat ditulis sebagai :

v 2eVmjika elektron tersebut bergerak di dalam medan magnet B, maka akan mengalami gaya Lorenz sebesar :

F = evB

Untuk elektron v B. Hal ini akan menyebabkan perubahan arah dari kecepatan elektron tanpa merubah kelajuannya, sehingga elektron akan bergerak melingkar. Pada gerak melingkar ini besar gaya sentripental sama dengan besar gaya medan magnet pada elektron tersebut , yaitu:

mv 2r

evBsehingga dapat ditentukan nilai dari (e/m) nya, yaitu :e 2Vm Br 2dengan V potensial pemercepat elektron dan r radius lintasan elektron.

Alat yang digunakan dalam percobaan ini disebut pesawat untuk menentukan e/m seperti yang terlihat pada Gambar 1 :

Gambar 1. Pesawat untuk menentukan e/m

Medan magnet yang digunakan disini adalah kumparan Helmhotz yang mempunyai radius kumparan sama dengan jarak kedua kumparan, dan besarnya di

titik x = 0, y = 1/2R dan Z = 0 adalah

Bdengan

4,5.10 7 nI R

7,8.10 4 In =260 cacah lilitan kumparan R = radius kumparan (0,15 m) I =arus kumparan (Ampere)V. ALAT DAN BAHAN1. Tabung Thompson2. Kumparan Helmholtz

3. Sumber Arus Variabel

4. Sumber Tegangan Tinggi

5. Sumber Tegangan DC

6. Amperemeter

7. Kabel Penghubung

VI. CARA KERJA1. Alat dan bahan yang digunakan disiapkan terlebih dahulu2. Memasang serta menghubungkan kabel-kabel sesuai dengan rangkaian dan menentukan tegangan 3 kV, akan terlihat sinar biru3. Memasang sumber arus sebesar 0,1 A s/d 0,6 A dengan step 0,1 yang dapat dilihat dari Amperemeter yang dipasang seri pada kumparan Helmholtz4. Menetukan panjang AG pada skala dalam tabung setiap pengukuran arus penambahan 0,1 A5. Memasukkan data pengamatan pada kolom data

VII. DATA PENGAMATANNoI (A)AG (x 10-3 m)

1.0,114

2.0,228

3.0,336

4.0,446

5.0,556

6.0,664

VIII. ANALISA DATAA. ANALISA KUANTITATIFMencari Medan Magnet

B=K.I dengan K= 4,17 x 10-3 B1 = 4,17 x 10-3 . 0,1 = 4,17 x 10-4 TB2 = 4,17 x 10-3 . 0,2 = 8,34 x 10-4 TB3 = 4,17 x 10-3 . 0,3 = 12,51 x 10-4 TB4 = 4,17 x 10-3 . 0,4 = 16,68 x 10-4 TB5 = 4,17 x 10-3 . 0,5 = 20,85 x 10-4 TB6 = 4,17 x 10-3 . 0,6 = 25,02 x 10-4 T

Menghitung Jari-jari Pembelokan

Menghitung e/m

a. Metode Grafik

XY

0,2834500000000

0,0448000000000

0,00253000000000

0,012000000000

0,00641000000000

0,0049900000000

e/m = 1x1011 c/kgb. Metode Kuadrat Terkecil

No.xyxyxy

10,28345000000000,07841,19025E+219660000000

20,04480000000000,0019366,4E+19352000000

30,002530000000000,000006259E+187500000

40,0120000000000,00014E+1820000000

50,006410000000000,000040961E+186400000

60,00499000000000,000024018,1E+174410000

jumlah0,3478494000000000,080507221,26906E+2110050310000

Hasil yang dilaporkan

B. Analisa KualitatifArus yang diberikan pada pesawat untuk menentukan e/m akan mengakibatkan adanya medan magnet yang konstan, kemudian bila diberikan tegangan akan mengakibatkan munculnya cahaya yang tak lain adalah lintasan elektron. Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan maka, pada saat V tetap I berubah diameter lintasan elektron akan semakin mengecil seiring dengan naiknya kuat arus. Jika semakin besar kuat arusnya maka medan magnet yang dihasilkan pada kumparan Helmholtz semakin besar pula. Medan magnet yang besar akan membelokan elektron dengan kuat sehingga diameter lintasan elektronnya semakin kecil karena diameter lintasan elektron berbanding terbalik dengan medan magnet, hal ini sesuai dengan persamaan dibawah ini:

B2 m 2Ve R2

dengan B

7, 8 10 4 Isedangkan pada saat V berubah dan kuat arus tetap, maka kecepatan elektron semakin besar pula sehingga diameter lintasan elektron semakin besar, karena V berbanding lurus dengan kuadrat R, hal ini sesuai dengan persamaan dibawah ini:

e B2 R2Vm 2

Hasil yang diperoleh dari percobaan kali ini adalah berubah diperoleh nilai e/m secara grafik yaitu 1x1011 C/Kg dan.secara kuadrat terkecil yaitu 1,2x1011c/kg Hasil yang diperoleh dari percobaan ini cukup mendekati dengan referensi yaitu 1.758803x1011 C/kg.

IX. KESIMPULANLintasan elektron yang berbentuk lingkaran pada pesawat untuk menentukan e/m dikarenakan adanya perubahan arah dan kecepatan elektron yang bergerak dalam medan magnet (kumparan Helmholtz). Lintasan yang berbentuk lingkaran tersebut akan berubah menjadi lebih kecil jika diberikan beda potensial tetap dan arus dinaikan, dan akan berubah menjadi lebih besar jika diberi kuat arus tetap dan beda potensial dinaikkan. Sedangkan nilai e/m yang didapat hampir sama.Berikut ini adalah hasil perhitungan e/m secara grafik, kuadrat terkecil dan teori :

grafik yaitu 1x1011 C/Kgkuadrat terkecil yaitu 1,2x1011c/kgteori yaitu 1.758803x1011 C/kg.

X. DAFTAR PUSTAKABeiser, A.1990. Konsep Fisika Modern, Erlangga: Jakarta

Giancoli.1994. Fisika dasar 2 edisi kelima, Erlangga: Jakarta