LINTASAN ELEKTRON DALAM MEDAN MAGNETRara Amita Putri (140310120042)Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran4 November 2014Asisten : Hanif Sulistya Nusa

AbstrakAtom adalah benda yang amat menarik untuk diteliti. Dari atom yang sempat dinyatakan sebagai bagian terkecil dari suatu benda ternyata menyimpan bahwa di dalamnya masih terdiri dari muatan muatan yang berbeda. Salah satu diantaranya adalah elektron yang mempunyai muatan negatif. Muatan negatif elektron setelah dibandingkan akan menghasilkan suatu muatan spesifik yang memiliki karakteristik dalam setiap atom tersebut.Percobaan dengan tujuan menentukan muatan spesifik dari hasil defleksi ini menunjukkan hubungan linieritas dari setiap eksperimen yang dilakukan. Dari hasil perhitungan yang dilakukan diperoleh nilai e/m yang jika dibandingkan dengan e/m grafik memperoleh nilai KSR. Misalnya saja KSR data eksperimen keempat yaitu sebesar 2,32%.

I. II. PendahuluanAtom yang bermuatan netral ternyata mengandung elektron yang bermuatan negatif. Hal ini telah ditelusuri sejak berabad abad tahun yang lalu oleh para ilmuwan di zamannya. Adanya muatan negatif ini mengakibatkan terjadinya arus yang akan mengakibatkan adanya medanmagnet dalam kumparan Helmholtz. Percobaan ini telah ditelusurioleh J. J. Thompson yang ingin membuktikan apakah terdapat partikel lain yang menyusun sebuah taom yang disebut dengan elektron saat itu serta ingin membandingkan muatan dengan massa elektron tersebut. Dalam praktikum ini kita akan mengulang kembali apa yang pernah dilakukan oleh Thompson mengenai muatan spesifik e/m melalui defleksi sinar katoda. Sesuai dengan tujuan utama dalam praktikum ini yaitu menghitung muatan spesifik e/m melalui defleksi sinar elektron oleh medan magnetik homogen. III. Teori DasarGaya Lorentz

Gambar 1. Elektron bergerak dalam suatu medan B

Pada gambar 1 di atas menunjukkan bahwa elektron yang bergerak dalam suatu medan magnet akan dipengaruhi oleh medan magnet tersebut sehingga akan membentuk suatu lintasan melingkar. Selain itu, elektron tersebut akan mendapat gaya yang disebut dengan Gaya Lorentz sebesar : .(1)Dimana FL adalah gaya Lorentz, e adalah muatan elektron yang bergerak, B adalah besar medan magnet dan v adalah besarnya kecepatan elektron tersebut bergerak. Karena Gaya Lorentz selalu tegak lurus orbit lingkaran, gaya Lorentz adalah gaya sentripetal yang membuat elektron terus bergerak dalam orbit lingkaran.[1]

..(2) Elektron dalam Medan HomogenUntuk memperoleh suatu medan yang homogeny digunakan suatu kumparan yang disebut kumparan Helmholtz. Kumparan ini digunakan untuk menghilangkan medan magnetic bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang sempit dan terbatas. Elektron yang dihasilkan oleh filament yang berfungsi sebagai katoda akan dipercepat kea rah anoda yang mempunyai beda potensial V terhadap katoda. Dari prinsip kekekalan energy, jika tidak ada usaha yang dikenakan pada elektron, maka elektron tersebut akan mempunyai energy kinetic akibat tegangan V yang besarnya :

..(3)Persamaan 3 di atas disebut rumus siklotron karena persamaan tersebut menggambarkan gerak partikel di salam sebuah siklotron (alat pemercepat partikel).[2] Sehingga kecepatan elektron dapat ditulis sebagai : (4)Karena elektron bekerja dalam medan magnet maka berlaku Gaya Lorentz. Sehingga dengan penurunan dari persamaan 2 dan 4 diperoleh .(5)

IV. PercobaanAlat dan Bahan

Gambar 2. Skema Alat PercobaanKeterangan Gambar: 1. Controllable Current Source 2. Skema Fine Beam Tube3. Skema Kumparan4. Stabilis Power SupplyMetode EksperimenDalam percobaan ada 4 percobaan yang dilakukan. Namun pada eksperimen pertama sebagai kalibrasi langsung digunakan persamaan :

B = 0.8329 I + 0.0416 mT ..(6) Eksperimen yang kedua adalah pengamatan jari jari lintasan elektron sebagai fungsi dari tegangan r = f(V) pada arus konstan. Dalam eksperimen ini data yang diambil adalah data diameter lintasan elektron. Sedangkan arus dibuat konstan (variasi 2,8A; 2,9A; 3A) dengan 5 variasi tegangan (50V, 75V, 100V, 125V, 150V). Eksperimen yang ketiga adalah pengamatan jari jari lintasan elektron sebagai fungsi dari medan magnet r = f(B) pada tegangan konstan. Data yang diambil sama dengan eksperimen kedua yaitu diameter lintasan elektron. Yang membedakan adalah pada eksperimen ini tegangan dibuat konstan (variasi 100V, 125V, 150V) dengan 5 variasi arus yang berbeda (3A; 3,3A; 3,6A; 3,9A; 4,2A). Pada eksperimen yang keempat hampir sama dengan kedua metode sebelumnya hanya pada eksperimen ini yang dibuat konstan adalah diameternya (variasi 6cm, 8cm, 10cm) sedangkan arus dan tegangan harus dicari (rentang tegangan 200 300 V).

V. Data dan AnalisisData PercobaanTabel 1. Data Eksperimen dengan Arus KonstanI (A)KSR (%)

2.8~11977.251~

90052.937651.87

24807.972107.13

20372.08670.09

20011.76467.08

2.9~11742.069~

100427.954755.28

23739.202102.17

18991.36261.74

20985.25178.72

3~12153.352~

106774.131778.56

21610.55177.82

21655.11078.18

20854.32371.59

Grafik 1

Tabel 2. Data Eksperimen dengan Tegangan KonstanV (Volt)KSR (%)

10020530.19725974.0320.96

21610.61716.80

22418.47713.69

22537.61413.23

23272.53110.40

12520219.82019841.271.91

22325.01712.52

18759.2635.45

20495.3873.30

19950.1160.55

15021295.67225210.0815.53

22511.05910.71

22511.11610.71

23209.1437.94

23209.1857.94

Grafik 2

Tabel 3. Data Eksperimen dengan Diameter KonstanV (Volt)KSR (%)

627806.11125408.899.43

26149.1402.91

25998.4822.32

27112.9736.71

26693.9775.06

823692.66721396.2510.73

20020.3726.43

23805.41811.26

22916.1557.10

23461.4069.65

1021178.40416662.427.10

20020.26120.15

18954.13313.75

19333.75416.03

19611.76217.70

Grafik 3

Analisa DataDalam setiap eksperimen yang dilakukan terlihat bahwa untuk memperoleh jari jari atau diameter yang relative besar maka tegangan harus besar sedangkan arus harus kecil. Hal ini dikarenakan arus yang berbanding lurus dengan medan magnet, sedangkan medan magnetnya sendiri berbanding terbalik dengan jari jari. Berbeda dengan tegangan yang sebanding dengan jari jari.Perhitungan muatan spesifik dari hasil percobaan menunjukkan nilai nilai yang berbeda untuk setiap percobaan. Setelah dibandingkan dengan muatan spesifik grafik ternyatan percobaan kedua dengan arus konstan memiliki KSR yang cenderung besar dibandingkan pada percobaan lainnya. Misal, pada eksperimen dengan arus konstan menghasilkan KSR terbesar yaitu 778,56% atau semakin kecil arus konstan yang digunakan, justru semakin besar nilai KSR yang didapat. Hal ini dikarenakan, pada saat arus semakin besar, ternyatan lintasan elektron yang terbentuk cenderung kurang jelas. Ditambah, tegangan yang digunakan juga cenderung kecil. Sehingga pengukuran yang dilakukan kurang akurat. Berbeda dengan eksperimen 4 yang mencari nilai tegangan pada rentang tegangan yang besar sehingga lintasan terlihat lebih jelas dan KSR yang diperoleh pun tidak terlalu besar.Setiap grafik dari setiap percobaan menunjukkan hubungan linieritas. Baik pada eksperimen 1, 2 ataupun 3. Hal ini dikarenakan varabel bebas dan terikatnya dalam setiap eksperimen cenderung memiliki hubungan linier.

VI. SimpulanKesimpulan dari praktikum ini adalah nilai muatan spesifik e/m dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 5. Percobaan ini dilakukan dengan memanfaatkan katoda yang memancarkan elektron menuju anoda jika diberi tergangan dan arus yang sesuai karena dilakukan di dalam suatu medan magnet, maka lintasan elektron yang terbentuk berupa lingkaran terbukti karena ada pengaruh gaya sentripetal. Hubungan ketiga grafik yang diperoleh adalah hubungan linier.

Dafta Pustaka[1] Halliday, David.____. Dasar Dasar Fisika versi Diperluas. Tangerang : Binarupa Aksara.[2] Maghfiroh, Imroatur. 2014. Pengaruh Medan Magnet Terhadap Elektron dan Nilai Rasio e/m Elektron. Surabaya : Universitas Airlangga.