Laporan e/m Percobaan J.J. Thompson

Mukri Syam*, Milpa Lapa, Reski Kampa, Waren Christoper
Laboratorium Fisika ModernJurusan Fisika
Universitas Negeri Makassar
Tahun 2015

Abstrak. Telah dilakukan ekperimen tentang pengukuran e/m berdasarkan percobaan J. J. Thomson yang bertujuan untuk memahami prinsip kerja dari percobaan J. J. Thomson, dan menentukan nilai e/m partikel elektron. Prinsip kerja dari percobaan J. J. Thomson ini adalah pada saat filament katoda diberi kuat arus, filament didalam katoda akan menyala. Pada saat pemberian tegangan pemercepat terhadap filament, electron akan meluncur keluar dan bergerak secara linear menuju anoda. Namun pada saat mencapai kumparan Helmholtz, gerakan yang semula linear akan menyimpang akibat adanya gaya sentrifugal dan gaya Lorentz akibat pengaruh kuat arus pada kumparan Helmholtz dan akan terbentuk sebuah lingkaran. Lintasan elektron yang diakibatkan oleh kumparan Helmholtz berupa lingkaran yang akan berubah menjadi lebih kecil jika arus kumparan Helmholtz diperbesar, dan akan berubah menjadi lebih besar jika tegangan pemercepat elektron dinaikkan. Dalam eksperimen ini akan ditentukan Jari-jari berkas lintasan elektron (r) dengan mengamati diameter yang terbaca pada perangkat perocabaan terlebih dahulu. Untuk penentuan e/m menggunakan persamaan . Nilai e/m yang diperoleh pada eksperimen ini ada dua yakni pada percobaan I yaitu dengan %diff 27,87% sedangkan pada kegiatanII yaituKesimpulan dari percobaan kali ini adalah apabila kuat arus pada kumparan Helmholtz besar maka jejari elektron akan kecil dan apabila tegangan diperbesar maka jejari elektron akan besar pula.


PENDAHULUAN
Sejak manusia mengenal adanya atom pada sebuah materi, maka percobaan demi percobaan pun rutin dilakukan. Tujuannya tidak lain adalah karena mereka beranggapan bahwa mungkin saja atom masih mempunyai unit terkecil penyusun atom. Namun, makhluk yang dimaksud masih belum bisa ditemukan sampai pada tahun 1897, seorang ahli fisika yang bekerja di Universitas Cambridge, Inggris bernama Joseph John Thomson berusaha keras menyelidiki hal tersebut. Beliau membuat sebuah alat percobaan untuk mengetahui lebih lanjut akan keberadaan partikel penyusun atom. Dengan menggunakan sebuah sinar katoda, beliau mencoba menyelidiki pengaruh sinar ini terhadap keberadaan partikel yang kemungkinan menjadi penyusun sebuah atom. Beliau menemukan bahwa sinar katoda sesungguhnya adalah partikel bermuatan yang memiliki sifat aneh. Keanehan ini terletak pada fakta bahwa rasio massa terhadap muatannya yang memiliki orde 1000 kali lebih kecil dibandingkan ion yang paling ringan saat itu yakni ion hidrogen. Penentuan nilai perbandingan elektron (e) dan massa alektron (m) dapat diperoleh dengan mengukur jari-jari sinar katoda (r) pada setiap nilai arus kumparan Helmholtz (I) dengan beberapa nilai tegangan pemercepat (V). Hubungan antar ketiganya dapat diketahui dari sifat-sifat kumparan Helmholtz yang menyebabkan adanya gaya sentripetal yang membuat lintasan elektron berbentuk lingkaran dari gaya linier yang timbul akibat perbedaan tegangan listrik antara katoda dengan anoda. Nilai diperoleh dari hubungan gaya antara gaya sentripetal elektron dan gaya Lorentz.Percobaan beliau tersebut dikenal sebagai percobaan nisbah e/m J.J. Thomson yang saat ini akan dilakukan di laboratorium. Tujuan dari percobaan kali ini yaitu untuk memahami prinsip percobaan J.J. Thomson (1897) serta untuk menentukan nilai e/m untuk partikel elektron. Dengan menggunakan metode yang pernah dilakukan oleh J.J. Thomson, maka diharapkan hasil akhir dari percobaan ini tidak mengalami selisih hasil yang begitu jauh dari percobaan J.J. Thomson yaitu 1,75x.


TEORI
Model struktur atom pertama adalah yang dikemukakan oleh J. J. Thompson yang telah terkenal karena keberhasilannya mencirikan elektron dan mengukur nisbah muatan terhadap massa elektron. Model atom Thompson ini berhasil menerangkan banyak sifat atom yang diketahui seperti: ukuran, mass, jumlah elektron, dan kenetralan muatan eltrik. Dalam model ini, sebuah atom dipandang mengandung Z elektron yang dibenamkan dalam suatu bola bermuatan positif seragam. muatan positif total bola adalah Ze, massanya pada dasarnya adalah massa atom (massa elektron terlalu ringan sehingga tidak banyak mempengaruhi massa atom), dan bahwa jari-jari R bola ini adalah jari-jari atom pula. (Model ini seringkali dikenal dengan nama model kue “puding prem” atau pulm pudding, karena elektron-elektron tersebar di seluruh atom seperti halnya kismis yang tersebar dalam kue puding prem atau roti kismis).Aspek penting dari pengukuran e/m Thompson adalah bahwa dia dapat nilai tunggal untuk kuantitas ini. Nilai ini tidak tergantung pada bahan katoda, gas residu dalam tabung itu, atau apapun tentang eksperimen itu. Ketergantungan ini memperlihatkan bahwa partikel-partikel dalam susunan itu, yang kita namakan elektron, adalah pembentuk bersama dari semua materi. Jadi Thompson diberi penghargaan atas penemuan dari paartikel subatomik pertama, yakni electron. Dia juga mendapatkan bahwa laju electron dalam sinar itu kira-kira sepersepuluh laju cahaya, yang jauh lebih besar dari pada setiap laju partikel materi yang diukur sebelumnya.Eksperimen ini serupa dengan eksperimen J.J. Thompson yang dilakukan pada tahun 1897. Pada eksperimen ini, berkas elektron dipengaruhi oleh gaya magnetik . Gaya magnetik tersebut berperan sebagai gaya sentrifugal . Oleh karena itu, dengan menyamakan kedua gaya tersebut kita dapat menuliskan persamaan.
Dengan V = tegangan pemercepat (volt), I = kuat arus kumparan Helmholtz (A), dan r = jari-jari berkas elektron (m). 
Thomson mengukur e/m dan mendapatkan suatu nilai yang tidak bergantung pada bahan katodanya dan sisa gas dalam tabung. Ketidakbergantungan ini menandakan bahwa korpuskul katoda merupakan unsur yang terdapat pada semua zat. Harga muktahir untuk e/m itu ialah Dengan demikian Thompson-lah yang dipandang sebagai penemu partikel subatom, yaitu elektron[4].Joseph John Thomson pada tahun 1897 menetapkan besarnya harga e/m untuk sinar katoda. Hal ini diperoleh dengan mendapatkan kombinasi antara medan listrik dan medan magnet pada lintasan sinar katoda.

METODE EKSPERIMEN
Pertama-tama dilakukan yaitu menghubungkan kabel discharge tube power supply ke stabilizer 110 volt dan memeriksa rangkaian listrik . Kemudian mengatur kuat arus kumparan Helmholtz sehingga terlihat filamen menyala dan mengatur tegangan anoda hingga tampak berkas elektron keluar dari penembak elektron dan akan melengkung akibat kehadiran medan magnet dari kumparan helmholtz dengan diameter tertentu yang diukur dengan mistar dalam tabung vakum. Kuat arus yang diberikan akan menentukan penampakan elektron yang melingkar. Apabila kita menginginkan lingkaran elektron dapat terlihat jelas maka kuat arus yang diberikan haruslah bervariasi sesuai dengan kemampuan mata kita untuk membaca. Mencatat penunjukkan tegangan anoda, kuat arus kumparan Helmholtz, dan diameter berkas elektron pada tabel pengamatan. Berikut tabel hasil pengamatan pengukuran e/m berdasarkan percobaan J.J.Thomson.



ANALISIS DAN PEMBAHASAN


Analisis Data 

Dengan menggunakan persamaan:


PEMBAHASAN

Pengukuran nisbah e/m berdasarkan percobaan J.J. Thomson merupakan sebuah eksperimen yang bertujuan untuk menentukan besarnya perbandingan nilai antara muatan elektron dan juga massa elektron. Prinsip kerja percobaan ini adalah saat katoda diberi kuat arus tepatnya pada kumparan helmholtznya, maka katoda akan menyala dan saat diberi tegangan pemercepat maka elektron akan tertembak keluar dari katoda dan akan bergerak secara linear atau bergerak lurus. Namun saat elektron sampai pada kumparan helmholtz, elektron akan berubah geraknya dari yang semula linear tiba-tiba membelok. Elektron akan membentuk sebuah lingkaran yang nantinya akan dihitung jejari elektronnya dengan menggunakan mistar pada tabung. Perubahan gerakan yang dialami elektron diakibatkan adanya gaya sentrifugal dan lorentz. Hal ini terjadi akibat adanya pemberian kuat arus pada kumparan sehingga terjadilah penyimpangan terhadap kumparan helmholtz. Lingkaran akan membesar apabila tegangan yang diberikan besar pula dan lingkaran yang terbentuk akan kecil apabila kuat arus yang diberikan besar begutupun sebaliknya. Hal tersebut dapat terlihat pada tabel.
Berdasarkan hasil analisis data yang diperoleh dari dua percobaan didapatkan nilai nisbah e/m untuk kegiatan satu yaitu sedangkan untuk kegiatan kedua yaitu . Dari nilai-nilai nisbah e/m yang didapatkan terlihat bahwa nilai percobaan dengan nilai secara teori yaitu belum terlihat adanya kesesuaian. Hal tersebut terjadi akibat alat yang digunakan terutama pada pembacaan multimeter digital untuk voltmeter dan amperemeternya terus berfluktuasi sehingga praktikan sulit menentukan nilai tegangan dan kuat arus yang terbaca. Selain dari faktor alat yang kurang baik, penglihatan praktikan juga mempengaruhi hasil yang didapatkan. Artinya, tidak semua mata praktikan bisa melihat dengan baik semua skala yang tertera pada mistar dalam tabung vakum.


KESIMPULAN
Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan, maka kita dapat menyimpulkan bahwa:

1. Prinsip kerja dari percobaan J. J. Thomson ini memanfaatkan penembak elektron untuk menembakkan elektron ke dalam tabung vakum, yang kemudian lintasan dari elektron tersebut yang sebelumnya merupakan garis lurus, lintasan berubah menjadi lingkaran akibat medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan Helmholtz yang diberikan kuat arus listrik. Diameter berkas lintasan elektron (lingkaran) inilah yang akan diukur menggunakan penggaris yang kemudian ditentukan jari-jarinya, lalu menentukan nilai e/m dari elektron tersebut yang persamaannya terletak pada bagian teori dalam laporan ini. 

2. Besarnya nilai e/m berdasarkan dua kali percobaan, diperoleh dari hasil analisis data pada kegiatan pertamasebesardan pada kegiatan kedua sebesar .


DAFTAR PUSTAKA















Postingan terkait:

Belum ada tanggapan untuk "Laporan e/m Percobaan J.J. Thompson"

Post a Comment