PENGUKURAN
BERDASARKAN PERCOBAAN J. J. THOMPSON
Abstrak.
Telah
dilakukan eksperimen tentang “Pengukuran
e/m berdasarkan Percobaan J. J. Thompson”
yang dilaksanakan pada hari selasa, tanggal 1 Oktober
2013. Tujuan dari percobaan ini adalah
memahami prinsip percobaan J.J. Thompson dan menentukan nilai e/m
untuk partikel elektron. Dari eksperimen ini e/m dapat
dihitung dengan
mengukur potensial pemercepat (V), arus kumparan Helmholtz (I), dan jejari
melingkar berkas elektron (r). Nilai e/m berdasarkan hasil analisis secara
rata-rata. Nilai e/m secara teori 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. Untuk menghitung
nilai
KATA KUNCI: kumparan Helmholtz, medan
magnet, pengukuran , sinar katoda
PENDAHULUAN
Sinar katoda sudah ditemukan sejak tahun 1859. Meskipun
demikian baru tiga puluh delapan tahun kemudian muatan spesifik sinar katoda
diperoleh. J.J Thomson (1856-1940) yang pertama kali melakukan eksperimen untuk
menentukan muatan sinar katoda. Pengukuran nilai muatan elektron dapat
diketahui setelah eksperimen yang dilakukan oleh J. J. Thompson yaitu dengan
menggunakan peralatan tabung vakum (tabung sinar katoda) dan kumparan
Helmholtz. Eksperimen ini berdasarkan pada eksperimen Thompson tersebut, yaitu
penentuan nilai perbandingan elektron (e) dan massa elektron (m) yang secara
teoretis bernilai . Eksperimen ini penting, karena
dari hasil eksperimen J. J. Thompson ditemukan sifat aneh pada sinar katoda.
Keanehan ini terletak pada fakta bahwa rasio massa terhadap muatannya memiliki
orde 1000 kali lebih kecil dibandingkan ion yang palinh ringan yaitu ion
hidrogen. Selain menentukan nilai perbandingan elektron (e) dan massa elektron
(m) eksperimen ini juga dapat memberikan informasi karakteristik sinar katoda.
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.
DASAR 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).
PEMBAHASAN
Arus
yang diberikan pada kumparan Helmholtz untuk menentukan e/m akan mengakibatkan adanya medan magnet yang
konstan dan seragam, 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 dan 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:
SIMPULAN
Lintasan elektron yang berbentuk lingkaran pada
tabung sinar katoda dikarenakan adanya perubahan arah dan kecepatan elektron
yang bergerak dalam medan magnet yang berasal dari 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. Untuk
menghitung nilai digunakan persamaan sebagai berikut
REFERENSI
[1]Krane
S., Kenneth. 1992. Fisika Modern. Universitas Indonesia, Jakarta.
[2]Subaer,
dkk. 2013. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika I Unit Laboratorium Fisika
Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.
Untuk versi lengkapnya silahkan download DISINI