PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN

TETES MINYAK MILIKAN

Deskripsi :

Praktikum percobaan Milikan ini bertujuan untuk mengetahui nilai muatan elektron sebagaimana yang dilakukan oleh R. A. Milikan tahun 1913. Metodenya adalah dengan mengatomisasi minyak dan menghitung besar muatannya, yang diasumsikan sebagai kelipatan muatan dari satu elektron. Dengan mengambil dan membandingkan beberapa muatan tetesan minyak yang berbeda, maka akan dapat digunakan untuk menebak muatan per elektron dengan menentukan terlebih dahulu jumlah elektron yang ada pada tiap tetesan minyak.

Tujuan :

Menentukan muatan elektron berdasarkan muatan tetesan minyak yang diatomisasi dan berada di antara dua plat yang bermuatan.

Tinjauan Pustaka :

Prinsip dasar percobaan Milikan adalah untuk mengetahui muatan yang dimiliki tetesan minyak yang disemprotkan dalam Milikan Chamber. Proses ini merupakan proses atomisasi, di mana setiap tetesan minyak diasumsikan akan bermuatan sesuai dengan persamaan 1 (dengan N = jumlah elektron dan e = muatan elektron). Dengan mengetahui dan membandingkan nilai muatan tetesan minyak yang berbeda, maka akan dapat menebak muatan tetesan minyak tersebut sebagai muatan yang berasal dari elektron dan berjumlah n.

Q = N.e

(1)

Gambar 1. Milikan Chamber

Jika suatu tetesan minyak berada pada dua plat kapasitor dengan jarak d dan tegangan sebesar U (Gambar 2), terdapat gaya-gaya yang mempengaruhi antara lain:

Gaya listrik (F_q) = Q.E
Gaya berat (W) = m_oil.g
Gaya angkat (F_L) = m_L.g
Gaya Stokes (f_Stokes) = 6ηrv

di mana:
Q = muatan tetesan minyak
E = potensial listrik
m_oil = massa tetesan minyak
g = percepatan grafitasi bumi
m_L = massa udara yang digantikan oleh massa tetesan
η = Viskositas udara
r = jari-jari tetesan minyak
v = kecepatan gerakan droplet

Untuk gerakan tetesan minyak ke bawah tanpa tegangan dari plate dengan kecepatan v₁, gaya-gaya yang mempengaruhi terdapat tiga gaya yaitu gaya berat, gaya angkat dan gaya Stokes (ilustrasi Gambar 2).

Gambar 2. Gaya-gaya tetesan minyak tanpa tegangan plate.

Sehingga :

W - F_L - f_Stokes = 0
m_oil.g - m_L.g - 6ηrv₁ = 0
(m_oil - m_L)g - 6ηrv₁ = 0
mg - 6ηrv₁ = 0 (2)

dengan m = m_oil - m_L. Kemudian dengan asumsi volume tetesan minyak sebagai bola V = (4/3)πr³ dan ρ_oil - ρ_L = ρ, maka persamaan 2 akan dapat diturunkan menjadi:

Vρg - 6ηrv₁ = 0
(4/3)πr³ρg - 6ηrv₁ = 0

dari sini dapat didapatkan persamaan untuk nilai jari-jari tetesan minyak sesuai dengan persamaan 3:

r = [	9ηrv₁	]^1/2
	2ρg

(3)

Namun jika tegangan U diberikan pada plate, dengan plate bagian atas berupa tegangan positif dan tetes minyak dapat bergerak ke atas dengan kecepatan v₂, persamaan gaya-gaya yang mempengaruhi tetes minyak tersebut (ilustrasi Gambar 3) adalah :

W - F_q + 6ηrv₂ = 0
mg - Q.E + 6ηrv₂ = 0(4)

Gambar 3. Gaya-gaya tetesan minyak dengan tegangan plate.

dengan E=U/d dan mg=(4/3)πr³ρg sehingga didapatkan :

(4/3)πr³ρg - Q.(U/d)+6ηrv₂ = 0 (5)

Gaya gesek Stokes tidak berpengaruh apabila tetesan minyak dalam keadaan diam mengambang, oleh karena itu persamaan 5 menjadi:

(4/3)πr³ρg - Q.(U/d) = 0 (6)

Setting Up Rangkaian :

Sambungkan Milikan Chamber ke Milikan Power Supply dengan ketentuan Kabel Merah ke connector tegangan input positif dan kebel biru ke tegangan input negatif.
Sambungkan connector yang berwarna kuning pada Digital Counter I ke connector start counter connector I di Milikan Power Supply.
Begitu juga dengan Digital Counter II, sambungkan connector kuning pada Digital Counter II ke start counter connector II pada Milikan Power Supply.
Nyalakan kedua Digital Counter dan set mode ke timer (s).
Sambungkan kabel connecting lamp ke lamp Connector yang berada pada Milikan Power Suplly.
Nyalakan Milikan Power supply.
Arahkan switch start counting ke counter 2.
Set voltage milikan Power Supply ±500 V.
Semprotkan minyak 2x atau lebih, dengan double klik pada Karet Penyemprot.
Amati distribusi tetesan minyak dengan mengeser-geser tombol fokus di sebelah kanan Microscope.
Tentukan satu tetesan minyak untuk diamati.
Jika tetesan minyak berada pada titik tertentu, nyalakan Switch Power On pada Milikan Power Supply, sehingga Digital Counter II mulai menghitung secara otomatis, sebagai timer gerakan tetesan minyak ke atas akibat adanya tegangan listrik dikurangi oleh gaya grafitasi dan gaya Stokes.
Jika tetesan minyak telah mencapai suatu jarak tertentu, arahkan switch start counting ke counter 1 dan hentikan counting counter 2 dengan menekan switch start stop pada Digital Counter II, dimana secara otomatis Digital Counter I akan mulai menghitung sebagai gerakan tetes minyak ke bawah akibat adanya gaya grafitasi dan gaya Stokes saja.
Berlatihlah cara memulai, menghentikan dan mereset counting counter 1 dan counter 2, sebelum dilakukan pengambilan data yang sebenarnya.
Semprotkan minyak 2-3 kali, ketika tetesan minyak sudah tidak tampak lagi pada layar Microscope.
Tekan tombol Reset, yang berada disamping tombol Run jika setiap kali terjadi crash pada aplikasi.

Catatan:
Karena pengamatan menggunakan Microscope, sehingga arah gerakan tetesan minyak menjadi terbalik. Dengan arah gerakan tetes minyak yang tampak ke atas sebenarnya adalah gerakan tetes minyak yang mengarah ke bawah, dan gerakan yang tampak ke bawah sebenarnya adalah gerakan tetes minyak yang mengarah ke atas.

Video Tutorial:

untuk melihat video tutorial penggunaan aplikasi ini, dapat dilihat di sini.

Pengambilan Data :

Metode untuk mengetahui muatan tetes minyak (Q) dalam praktikum ini dapat menggunakan dua metode, pertama metode statik dan yang kedua metode dinamik. Untuk metode statik tetes minyak yang diamati adalah tetesan minyak yang dapat seimbang pada nilai tegangan tertentu (U), dan dengan kecepatan yang dicatat adalah kecepatan tetes minyak yang mengarah ke bawah (v₁) setelah tegangan dimatikan, sehingga gerak minyak yang terjadi adalah hanya akibat gravitasi bumi dan gesekan dengan udara. Untuk metode statik ini persamaan yang digunakan adalah persamaan 7, yang merupakan substitusi persamaan 3 ke persamaan 6. Sedangkan untuk metode dinamik bukan kecepatan ke bawah saja yang dicatat, namun juga mengamati gerakan tetesan minyak yang mengarah ke atas (v₂) pada suatu nilai tegangan tertentu (U), dengan syarat ketika tegangan dimatikan tetesan minyak dapat bergerak ke bawah lagi sebagai v₁, seperti yang terjadi pada metode statik sebelumnya. Kedua kecepatan ini dapat dihitung mengunakan pencatat counter (counter 1 sebagai waktu tempuh gerakan tetes minyak yang mengarah ke bawah dan counter 2 sebagai waktu tempuh gerakan ke atas) dan dalam range jarak yang sama. Persamaan 2 tidak lain adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung muatan tetes minyak dengan metode dinamik dan merupakan hasil substitusi persamaan 3 ke persamaan 5.

(7)

(8)

dimana:

Jarak yang ditempuh tetes minyak, yang tampak pada layar Microscope, bukanlah jarak yang ditempuh tetes minyak sebenarnya. Untuk konversinya adalah dengan menghitung jarak yang ditempuh dari hasil pengamatan (mis. x) ke jarak sesungguhnya (mis. s) menggunakan persamaan 9 berikut ini:

(9)

Contoh tabel pengambilan data:

Metode Statik

U = ...
d = ...

No	Jarak skala Microscope (x)	Jarak Sesungguhnya (s)	t_{ke bawah}	v₁	Q

Metode Dinamik

U = ...
d = ...

No	Jarak skala Microscope (x)	Jarak Sesungguhnya (s)	t_{ke bawah}	t_{ke atas}	v₁	v₂	Q

*tabel ini dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan.

Kemudian dari masing-masing tabel di atas dibuat grafik hubungan muatan tetesan minyak Q dan jumlah tetesan n yang bermuatan sama, yang digunakan untuk menebak muatan per elektron.

Gambar 4. Contoh grafik hubungan n dan Q.

Catatan:
untuk keterangan lebih lanjut dapat dibaca pada modul praktikum Fisika Eksperimen yang diberikan ketika pelaksanaan praktikum yang sesungguhnya.

Analisa Data :

Hal-hal yang perlu dibahas oleh praktikan dari pelaksanaan percobaan ini antara lain:

Metode konversi dari skala Microscope ke jarak sesungguhnya (persamaan 9)?
Bagaimana hubungan muatan tetesan minyak dan jumlah n untuk metode statik?
Bagaimana hubungan muatan tetesan minyak dan jumlah n untuk metode dinamik?
Muatan elektron yang didapatkan berdasarkan percobaan, berikut perbandingannya dengan literatur yang sudah ada?

Referensi :

Anonymous. 2010. Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen II. Laboratorium Fisika Lanjutan Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya. Malang

Authorisasi :

Simulator Praktikum Fisika Eksperimen: Percobaan Milikan ini ditujukan untuk membantu pelaksanaan pratikum Fisika Eksperimen yang diadakan di Laboratorium Fisika Lanjutan Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya Malang. Aplikasi ini dapat digunakan untuk kepentingan pribadi, namun tidak diperkenankan untuk meng-copy, merubah, memodifikasi, atau menggandakannya untuk kepentingan komersil dalam bentuk apapun, baik sebagian atau keseluruhan konten, tanpa izin tertulis dari Creator.

Kritik, saran atau pertanyaan dapat dilayangkan melalui emal di : uboiz@yahoo.com.

Tim Penyusun (Creator)
Penanggung Jawab :
Drs. Unggul Punjung Juswono, M.Sc.

Programmer :
Drs. Sugeng Rianto, M.Sc.
Dr. Eng Agus Naba, S. Si., M. T, Ph. D.
Ubaidillah, S. Si.

Dibuat dengan Greenfoot - www.greenfoot.org