I. TUJUAN
Tujuan percobaan ini adalah untuk menenetukan medan magnet bumi dengan menggunakan alat J.J Thomson di laboratorium MIPA UNY.
II. DASAR TEORI
Perkembangan ilmu pengetahuan fisika terutama yang menyangkut fisika atom mengalami perkembangan yang sangat pesat setelah J.J. Thomson (1856 - 1940) menemukan partikel elementer yang dinamakan elektron. Penemuan electron ini diawali dengan penelitian tentang sinar katoda oleh William Crookes (1892 - 1919) yang memperoleh kesimpulan bahwa: (l) sinar katoda merambat menurut garis lurus, (2) dapat memendarkan sulfida seng dan barium platinasianida, (3) terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif, (4) dapat menghasilkan panas, (5) mampu menghitamkan plat foto, (6) dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet ke arah tertentu, (7) dapat menghasilkan sinar - X. Jika kedua medan listrik dan medan magnet bernilai nol, elektron akan mencapai posisi X dilayar dan menimbulkan fluoresensi. Energi kinetik yang dimiliki oleh elektron diperoleh dari energi potensial yang diberikan oleh pasangan anoda-katoda.
Berdasarkan sifat-sifat sinar katoda di atas, J.J. Thomson mengusulkan bahwa sinar katoda merupakan aliran elektron-elektron yang keluar dari katoda menuju anoda dengan kecepatan tinggi. Selanjutnya, Thomson berhasil merancang dan melakukan percobaan untuk menentukan perbandingan antara muatan per satuan massa (e/m) partikel bermuatan negatif yang terdapat pada berkas sinar katoda. Kumparan Helmholtz digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas.
Elektron yang dihasilkan oleh katoda akibat proses pemanasan dengan menggunakan filamen pemanas (proses thermo elektron) dipercepat menuju anoda oleh suatu beda potensial antara anoda dan katoda sebesar V. Jika kecepatan elektron pada saat lepas dari katoda karena proses pemanasan diabaikan, maka kelajuan elektron v pada saat melewati anoda dapat dihitung berdasarkan hukum kekekalan energi sebagai berikut:
atau
……………………………………………………………………(1)
dengan e = muatan elektron
m = massa electron
Elektron yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnet homogen B, akan melakukan gerak melingkar dengan jari-jari R karena pengaruh gaya Lorentz F = ev x B yang berfungsi sebagai gaya sentripetal sehingga berlaku persamaan:
atau
….…………………………………………………………………(2)
Berdasarkan persamaan (l) dan (2), perbandingan muatan terhadap massa elektron dapat ditentukan dengan persamaan :
……………………………………………………………………(3)
Medan magnet yang tertulis pada persamaan (3) dihasilkan oleh kumparan Helmholtz yang tersusun atas dua kumparan sejajar dan terletak dalam satu sumbu (coaxial) dengan jari-jari R. Jika di dalam kumparan Helmholtz tersebut dialiri arus listrik I dengan arah yang sama, maka akan dihasilkan medan magnet homogen yang sejajar dengan sumbu kumparan tersebut. Menurut hukum Biot-Savart besarnya kuat medan magnet di antara dua kumparan tersebut adalah :
……………….………………………………………………..(4)
dengan μo = permeabilitas ruang hampa
N = jumlah lilitan
Dengan mengambil μo = 4π. l0-7 H/m, dan khusus untuk alat yang digunakan dalam eksperimen ini mempunyai jumlah lilitan N = 130 lilitan serta R = 0,150 m, sehingga diperoleh besarnya kuat medan magnet di antara dua kumparan tersebut adalah
.…………………………………………………(5)
Selanjutnya, substitusikan persamaan (5) ke dalam persamaan (3) maka diperoleh :
..……………………………………………………..(6)
dengan menggunakan persamaan (6) kita dapat menentukan besarnya harga perbandingan muatan (e) terhadap massa (m) elektron.
III. ALAT DAN BAHAN
Alat dan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:
1. Serangkaian perangkat Model J.J Thomson Apparatus 1 set
2. Dua kumparan dengan jari-jari sama 2 buah
3. Power supply dan perangkatnya 1 buah
4. Penyangga alat berupa papan bersekrup secukupnya
5. Kompas 1 buah
6. Busur 1 buah
7. Tali / kawat 20-30 cm
8. Bandul 1 buah
Gambar Rangkaian perangkat e/m: tabung katoda, kumparan helmholtz,
dan Power supply
Gambar. Kompas Gambar. Busur dan Bandul
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
Adapun langkah-langkah percobaan yang dilakukan sebagai berikut:
A. Percobaan Searah.
1. Menyiapkan dan menyusun alat perangkat J.J Thomson seperti gambar:
2. Mengatur posisi perangkat kumparan (helmholtz) dengan kompas agar sesuai dengan arah medan magnet bumi mengarah ke arah lintang utara.
3. Menyiapkan papan penyangga dibawah alat yang telah disediakan agar tidak bergerak.
4. Menggantungkan busur pada alat yang telah disiapkan seperti gambar:
5. Menyiapkan papan mur dibawah perangkat alat helmholtz agar pada posisi ketika di miringkan kebawah akan seimbang.
6. Setelah siap, menyalakan power supply yang tersambung ke alat helmholtz, dengan mengatur kuat arus dan tegangan yang sesuai agar mendapat diameter yang diinginkan ketika mengukur serta mendapatkan gambaran yang helix dalam alat tersebut. (catatan: sebaiknya gunakan arus dan tegangan yang kecil terlebih dahulu, karena hasil eksperimen peneliti menunjukkan bahwa medan magnet akan lebih mudah dicari nilainya jika digunakan tegangan dan arus yang kecil)
7. Putar sekup sedemikian rupa hingga mendapatkan bayangan dalam alat kumparan helmholtz tidak helix lagi. (catatan: yang dimaksud helix disini adalah ketika bayangan diperoleh tidak terdapat 2 garis bayangan lingkaran/ garis lingkarannya berubah menjadi 1 garis bayangan lingkaran).
8. Mencatat sudut yang terbentuk pada busur yang telah digantungkan pada alat kumparan helmholtz, ketika terjadi bayangan garis lingkaran yang tidak helix lagi.
9. Tepat pada saat helix tidak ada lagi, mencatat besar kuat arus dan tegangan yang terpampang pada power supply.
10. Jika sudah selesai mencatat data yang diperoleh, mengembalikan posisi alat kumparan helmholtz seperti semula.
11. Melakukan hal ini beberapa kali pada beberapa diameter yang berbeda dengan mengatur kuat arus atau tegangan yang ada power supply.
12. Mencatat data yang diperoleh dengan diameter, kuat arus, dan tegangan yang berbeda.
B. Percobaan Berlawanan Arah
1. Menggunakan alat yang sama dengan catatan memutar arah kumparan helmholtz kearah yang berlawanan dari arah sebelumnya (lintang selatan).
2. Mencatat data yang diperoleh setelah melakukan langkah percobaan yang sama pada percobaan searah.
0 Komentar untuk "MENENTUKAN MEDAN MAGNET BUMI MENGGUNAKAN ALAT MODEL J.J THOMSON APPARATUS (e/m)"
Berkomentarlah dengan baik dan sopan, saya akan berusaha untuk menjawab setiap pertanyaan dan menanggapi setiap komentar yang anda berikan, :)
Terimakasih atas kunjungan dan komentarnya :)