EKSPERIMEN PENENTUAN EM APPARATUS

Universitas Tadulako

KATA PENGANTAR

            Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan limpahan-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan yang berjudul “Penentuan e/m Apparatus”. Laporan ini  disusun sebagai tugas yang diberikan oleh asisten mata kuliah "Fisika Modern".

            Laporan ini disusun agar pembaca dapat memperluas wawasan mengenai e/m apparatus. 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,   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  Tempat dan waktu pelaksanaan

3.3  Prosdur 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

1.1  Latar Belakang

             Dalam tabung osiloskop sinar katoda, didalamnya terdapat ruang yang sangat vakum. Bagian katoda dibuat memiliki temperatur yang tinggi dengan alat pemanas, sehingga elektron-elektron akan menguap dari permukaanya (ketika sifat emisi electron belum dipahami betul, penguapan elektron dinamakan sinar katoda). Berkas elektron yang yang terlepas akan melewati lubang kecil pada anoda sehingga akan mengalami percepatan. Hal ini dijaga dengan membuat agar nilai tegangan pada anoda lebih tinggi dari pada katoda.

             Pada bagian antara katoda-anoda timbul medan listrik sehingga elektron yang melewati lubang pada anoda bergerak dengan kecepatan konstan dari anoda menuju layar fluoresen. Ketika elektron menuju layar fluoresen, elektron akan melewati daerah dengan medan magnet, yang diatur berarah tegak lurus terhadap arah gerak elektron. Medan magnet ini dihasilkan oleh dua pelat pendifleksi. Akibanya elektron akan mengalami penyimpangan sehingga tidak tepat jatuh pada sumbu layar, tetapi akan jatuh pada jarak Y terhadap sumbu layar. Elektron yang diberikan potensial pemercepat (V) tentunya merupakan energi listrik dalam bentuk (eV), energi ini membuat elektron bergerak dengan kecepatan (v), sehingga dapat diberikan hubungan bahwa energi yang diberikan dalam bentuk eV akan diubah menjadi energi kinetik elektron.

             Setelah melewati anoda berkas elektron akan melewati daerah dengan medan magnet (B) yang tegak lurus terhadapnya. Akibatnya elektron akan mengalami penyimpangan akibat dari medan magnet (B) tersebut. Tentunya hal tersebut terjadi karena gaya yang dimiliki elektron akan dibelokkan oleh gaya magnet. Jika dibuat sebuat perangkat alat yang dapat membuat berkas elektron yang melewati medan magnet tegak lurus mempunyai lintasan berbentuk lingkaran maka gaya yang diakibatkan oleh gaya magnet tidak lain adalah gaya sentrifugal. Desain alat yang seperti ini dapat dibuat dengan menggunakan sepasang kumparan helmholtz dengan jarak antara kedua kumparannnya sama dengan jari-jari kumparan. Hubungan antara energi listrik yang diberikan (eV) dan energi kinetik elektron yang terpancar, gaya magnet dan gaya sentrifugal, dapat digunakan untuk mengukur perbandingan antara muatan elektron dan massa elektron (e/m).

1.2  Tujuan

1.      Dapat mengoperasikan alat yang digunakan dalam praktikum.

2.      Dapat mengamati cahaya yang tampak pada tabung vakum dan dapat mengukur jari-jari cahaya tersebut.

3.      Dapat menghitung e/m pada percobaan ini. 

1.3  Alat dan Bahan

1.      e/m apparatus

2.      Power Supply (tegangan tinggi dan tegangan rendah)

3.      Multimeter 2 buah (voltmeter dan amperemeter)

4.      Kabel penghubung secukupnya

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

Pada tahun 1897, JJ Thomson menunjukkan bahwa sinar katoda benar-benar misterius bermuatan negatif partikel, ia telah menemukan elektron. Pada tahun yang sama ia mengukur rasio biaya ke massa elektron, menyediakan pengukuran pertama dari salah satu dari konstanta fundamental alam semesta.
The PASCO e/m Aparatur mereproduksi satu versi percobaan landmark Thomson, memberikan pengukuran yang akurat dari rasio biaya-ke-massa elektron. Dan, karena tabung elektron bisa diputar melalui 90 derajat, siswa dapat juga melakukan studi yang lebih umum dari perilaku elektron dalam medan magnet.

              Contoh penggunaan pemilih kecepatan adalah percobaan terkenal yang dilakukan  oleh J.J Thomson pada tahun 1897 dimana ia menunjukan bahwa sinar dalam tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan medan magnetik sehingga dapat diketahui bahwa sinar tersebut mengandung partikel-partikel yang bermuatan listrik. Dengan mengukur besarnya penyimpangan partikel sinar yang disebabkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini, Thomson dapat menunjukan bahwa semua partikel memiliki perbandingan muatan terhadap massa (e/m) relatif sama. Ia juga menunjukan bahwa partikel dengan perbandingan muatan terhadap massa ini dapat diperoleh dengan menggunakan sembarang bahan untuk katodanya.

              Prinsip yang digunakan Thomson dalam melakukan pengukuran ini adalah jika suatu muatan elektron bergerak di dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik persis seperti partikel yang dilemparkan horizontal didalam medan gravitasi bumi.

Sistem yang digunakan terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan ini disebut kumparan Helmholtz yang digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas.

Ketika katoda dialiri arus listrik, katoda tersebut akan berpijar karena tumbukan elektron-elektron didalamnya sehingga dapat menyebabkan elektron dari katoda tersebut loncat dari katoda dan memasuki daerah medan magnet dari kumparan yang dialiri arus listrik. Jika arah kecepatan elektron tersebut tegak lurus dengan arah medan magnet, maka elektron tersebut akan bergerak melingkar di dalam tabung katoda. Gaya magnetic memberikan gaya sentripetal yang diperlukan agar terjadi gerak melingkar . Kita dapat menghubungkan kecepatan elektron tersebut v dengan jari-jari lintasan r dan medan magnetik B dengan membuat gaya total yang sama dengan massa m elektron kali percepatan sentripetal v²/r yang bersesuaian dengan hokum kedua Newton. Gaya total pada kasus ini sama dengan evB karena v dan B saling tegak lurus. Dengan demikian, hokum kedua Newton memberikan :    evb = mv²/r , v = ebr/m

Jika elektron awalnya diam dan bergerak melalui beda potensial V, energy kinetik elektron ketika memasuki medan magnetik sama dengan kehilangan energi potensialnya mv²/2 = eV.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1  Jeni Penelitian

            Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian murni. penelitian murni diarahkan pada pengujian teori dengan hanya sedikit atau bahkan tanpa menghubungkan hasilnya dengan kepentingan praktikum. Penelitian ini memberikan sumbangan besar terhadap pengembangan dan pengujian teori- teori. Bertolak dari suatu teori, penelitian dasar diarahkan untuk mengetahui, menjelaskan, dan memprediksi fenomena- fenomena alam.

3.2  Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Tempat     : Laboratorium Fisika Modern

Waktu      : Rabu, 16 Desember 2015 (jam ke 3-4)

3.3  Prosedur Kerja

1.      Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan

2.      Merangkai alat e/m aparatus seperti gambar di bawah ini:

      

3.      Menghidupkan kedua power supply dan mengatur tegangan tinggi antara 150-300 volt.

4.      Mengatur power supply tegangan rendah antara 6-9 volt

5.      Menunggu beberapa saat hingga cahaya (elektron) pada ball lamp dapat terlihat

6.      Menguku r jari-jari cahaya yang keluar dari ball lamp dengan memperhatikan penunjukan angka pada mistar dibelakang ball lamp.

7.      Mencatat nilai yang ditunjukan ampermeter dan voltmeter pada tabel hasil pengamatan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1  Hasil  Pengamatan

No.	V ( v)	I (A)	r (m)
1	90,80	0,95	4,9 x 10-2
2	107,50	0,95	5,6 x 10-2
3	126,80	0,95	6,2 x 10-2
4	129,50	1,10	5,2 x 10-2
5	129,50	1,28	4,2 x 10-2

       Nst mistar             =  0,1 cm = 1 x 10^-3 m

       Nst voltmeter        =  0,01 V

       Nst Ampremeter   =  0,01 A

4.2  Analisa Data

       A.  Perhitungan Umum 
Menghitung nilai e/m

 

·      Arus berubah, tegangan berubah

    

  Persentase kesalahan (PK)

       

B.     Perhitungan Ralat

Ralat terhadap nilai e/m

 = NST Amperemeter       = 0,01 A       

= NST Voltmeter             = 0,01 V

= NST Mistar                  = 0,1 x 10^-2 m

                 1.    Untuk V = 90,80 Volt dan I = 0,95 A  

                     

                  2.    Untuk V = 107,50 Volt dan I = 0,95 A   

     

 

                3.    Untuk V = 126,80 Volt dan I = 0,95 A 

     

             4.    Untuk V = 129,50 Volt dan I = 1,10 A   

                       

               5.    Untuk V = 129,50 Volt dan I = 1,28 A   

                        

  

4.3  Pembahasan

             e/m elektron adalah alat yang dirancang untuk mengetahui sifat-sifat medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan Helmholtz sekaligus untuk menentukan nilai e/m elektron. Kumparan Helmholtz digunakan agar medan magnet yang dihasilkan seragam.

             Pada percobaan ini metode yang digunakan ini mirip dengan yang digunakan oleh J. J. Thomson pada tahun 1897 Prinsip pengukuran e/m adalah sebagai berikut: “Sebuah sinar elektron pada awalnya dipercepat oleh tegangan V mempercepat, sehingga dikenal dengan kecepatan elektron. Dan berpedoman pada lintasan melingkar dengan medan magnet yang diberikan oleh dua kumparan Helmholtz. Medan magnet B dilokasi tabung vakum bola, di mana elektron bergerak kira-kira tegak lurus terhadap bidang kumparan (pesawat kertas). Hal ini menyebabkan gaya magnet untuk bertindak atas elektron dan menuntun mereka di jalan melingkar yang tegak lurus terhadap medan magnet di tengah-tengah antara dua kumparan magnet”.

             Jika suatu muatan elektron bergerak di dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik persis seperti partikel yang dilemparkan horizontal didalam medan gravitasi bumi. Percobaan ini menggunakan sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan ini disebut kumparan Helmholtz (yaitu kumparan yang memiliki besar jari-jari sama dengan jarak kedua kumparan) yang digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas.

             Elektron 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 energi, jika tidak ada usaha yang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai energi kinetik akibat tegangan (V).

Elektron tersebut bergerak dalam medan magnet seragam (akibat kumparan Helmholtz), sehingga terjadi 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.

             Dalam praktikum ini alat dan bahan yang digunakan adalah Multimeter 2 buah (Amperemeter dan Voltmeter) di gunakan untuk mengukur besarnya tegangan ataupun arus yang mengalir pada rangkian alat percobaan,Power Supply 2 buah (tegangan tinggi dan tegangan rendah) di gunakan sebagai sumber arus yang di gunakan untuk mengaktifkan rangkaian. e/m Apparatus digunakan untuk untuk menentukan perbandingan muatan elektron dengan massa dan Kabel penghubung secukupnya di gunakan untuk menghubungkan Multimeter dan power suplai ataupun alat e/m apparatus dalam satu rangakain alat.

             Pada percobaan ini kami melakukan pengamatan terhadap elektron yang bergerak didalam sebuah ball lamp kemudian mengamati jari-jari elektron tersebut dengan menggunakan mistar yang terletak dibelakang ball lamp. Pada percobaan ini, untuk  Power supply yang  bertegangan tinggi diberikan tegangan 100-300 volt, dan untuk Power supply tegangan rendah digunakan interval 6-9 volt. Kami melakukan pengamatan sebanyak lima kali perlakuan dengan tegangan dan arus yang berbeda.

             Untuk perlakuan yang pertama dengan amperemeter sebesar 0,95 A, dan tegangan yang diberikan sebesar 90,80 V sehingga diperoleh jari-jari sebesar 0.049 meter. Pada perlakuan kedua amperemeter yang diberikan sebesar 0,95 A, dengan besar tegangan 107,50 V dan jari-jari yang diperoleh sebesar 0.056 meter. Pada perlakuan ketiga amperemeter sebesar 0,95 A, dan tegangannya sebesar 126,80 dan jari-jari yang diperoleh sebesar 0.062 meter. Pada perlakuan keempat  tegangan yang diberikan sebesar 129,50 V, dan arusnya sebesar 1,10 A dan jari-jari yang diperoleh sebesar 0.052 meter. Pada perlakuan terakhir tegangan yang diberikan sebesar 129,50 V, dan arus sebesar 1,28 A dan jari-jari yang diperoleh sebesar 0.042 meter. Pada perhitungan umum diperoleh persentase kesalahan sebesar 297,04% sedangkan pada perhitungan ralat diperoleh KTPr rata-rata sebesar 0,01%. Hal tersebut menyatakan bahwa ada kesalahan yang terjadi pada saat melakukan percobaan. Kesalahan tersebut diantaranya kesalahan paralaks yakni kesalahan pengamat saat mengamati jari-jari elektron dan kesalahan alat ukur yang kurang akurat sehingga berakibat pada percobaan.

            

             Pada percobaan ini kami menggunakan dua buah power supply yakni power supply bertegangan tinggi dan power supply bertegangan rendah. Pada power supply yang bertegangan tinggi akan menjaga dan mengatur tegangan atau daya yang masuk ke perangkat beban yang dialiri oleh power supply khususnya pada arus AC. Sedangkan pada power supply yang bertegangan rendah akan menjaga dan mengatur tegangan atau daya yang masuk ke perangkat beban yang dialiri oleh power supply khususnya apada arus DC.

             Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, tegangan yang terbaca pada multimeter yang bertindak sebagai voltmeter berasal dari power supply yang bertegangan tinggi, sedangkan arus yang terbaca pada multimeter yang bertindak sebagai amperemeter berasal dari power supply yang bertegangan rendah. Adapun pengaruh dari tegangan dan arus tersebut berdasarkan hasil pengamatan adalah apabila tegangannya tinggi maka arus yang terbaca akan rendah sehingga nilai jari-jari elektron yang nampak pada ball lampu meningkat atau besar.

            

             Berdasarkan hasil pengamatan, praktikan mengamati bahwa pada saat nilai tegangan (V) tetap sedangkan nilai arus listrik (I) berubah semakin besar, maka diameter lintasan elektron akan semakin kecil. Jika semakin besar nilai kuat arusnya maka medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan Helmholtz semakin besar pula. Medan magnet yang besar akan membelokkan elektron dengan kuat sehingga diameter lintasan elektron semakin kecil karena diameter elektron berbanding terbalik dengan medan magnet. Jika nilai arus listrik (I) tetap sedangkan nilai tegangan (V) berubah semakin kecil maka diameter lintasan elektron akan semakin kecil karena V berbanding lurus dengan kuadrat R.

             Berdasarkan analisa data dari hasil pengamatan, diperoleh nilai e/m jauh berbeda dengan literatur Sedangkan nilai pada liteatur adalah  C/kg sehingga terdapat beda nilai (selisih) yang sangat besar. Perbedaan nilai hasil praktikum dengan literature yang berbeda juga disebabkan oleh Ketidaktelitian praktikan dalam mengambil data; baik itu dalam mengamati diameter lintasan elektron, maupun saat menentukan tegangan dan arus. Kalibrasi alat yang mungkin kurang tepat. Alat yang dimaksud di sini adalah voltmeter digital yang menampilkan hasil tegangan yang diberikan sedikit berbeda dengan yang ditampilkan oleh voltmeter analog dan kekurangtepatan praktikan dalam mengolah data.

BAB V

PENUTUP

5.1  Kesimpulan

1.    Jika suatu elektron bergerak didalam ruang yang berada dibawah pengaruh medan magnet maka muatan tersebut mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang.

2.    Besarnya jari-jari electron yang di peroleh dari percobaan ini ialah :

4,9 x 10^-2 m

5,6 x 10^-2 m6,2 x 10^-2 m

5,2 x 10^-2 m

4,2 x 10^-2 m

3.     Besar nilai e/m dari percobaan ini yang di peroleh sebesar:
     

              

5.2  Saran

            Sebaiknya dalam melakukan percobaan atau praktikum disesuaikan dengan materi perkuliahan, karena fakta dalam lapangan lain materi yang disampaikan oleh dosen lain pula yang dipraktekkan. Sehingga mahasiswa kurang mengetahui tentang materi yang dipraktekkan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.1988. e/m Apparatus. http://www.Pasco.com. (Diakses 22 Desember 2015)

Anonim. 2010. Pengertian e/m Apparatus http://www.atophysics.worpress.com (Diakses 22 Desember 205).

Aonoim. 2013. Prinsib Kerja e/m Apparatus. http://www.google.com/blogtelaah kurikulum.html (di akses tanggal 22 desember 2015)

Tim Penyusun. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Modern. Palu:Universitas Tadulako