|
Tetes Minyak Milikan
|
|
Yulita Inayatus Shiddiqah, Maria Fransisca G, Yovanita N
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: vivat.itsku@gmail.com |
Abstrak—Sebuah percobaan tetes minyak milikan telah selesai
dilakukan. Percobaan ini bertujuan untuk menentukan besar jari-jari tetesan minyak
dan menentukan nilai muatan butiran minyak. Peralatan dan bahan yang digunakan
pada percobaan ini yaitu mikroskop, sprayer, minyak paraffin, sumber cahaya (lampu
polikromatis), sumber tegangan AC, stopwatch, dan seperangkat peralatan
milikan. Percobaan ini dilakukan dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya
gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada diantara
dua buah pelat konduktor. Data yang diperoleh berupa waktu naik dan waktu turun
butiran minyak, serta besar tegangan sumber. Percobaan dilakukan dengan memberikan
variasi pada sumber tegangan 200V dan 300V dan dilakukan perulangan sebanyak
7 kali setiap pengambilan
data waktu naik dan waktu turun. Jari-jari dan nilai muatan butiran minyak diperoleh
dari perhitungan berdasarkan penurunan rumus dari kesetimbangan tiga gaya (gaya
stokes, gaya gravitasi, dan gaya listrik). Berdasarkan percobaan yang telah
dilakukan didapatkan kesimpulan bahwa bahwa semakin besar beda potensial semakin cepat waktu yang dibutuhkan butiran untuk naik maupun turun sehingga semakin
besar kecepatannya. Dari perhitungan dapat diperoleh jari-jari rata-rata pada
tegangan 200 V sebesar 1,23535E-06 m dan jari-jari rata-rata pada
tegangan 300 V sebesar 1,34461E-06 m. q rata-rata pada tegangan 200 V
sebesar 4,44024E-18
coloumb dan q rata-rata pada tegangan 300
V sebesar 3,47199E-18
coloumb. Serta didapatkan jumlah muatan
rata-rata pada tegangan 200 V sebesar 26,27360556 muatan dan jumlah muatan rata-rata pada tegangan 300 V adalah 20,54432787 muatan.
I. PENDAHULUAN
|
|
Suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh
ruangan. Ketika muatan kedua diletakkan didekat yang pertama, ia akan merasakan
gaya yang disebabkan oleh adanya medan listrik ditempat itu. Medan listrik
didefinisikan sebagai gaya F yang diberikan pada muatan yang kecil pada listrik
tersebut dibagi dengan g. Hubungan antara gaya stokes dan gaya gravitasi dapat
dilihat pada persamaan berikut :
Fg
= Fs.........................................................................(1.1)
m g = K
Vf...........................................(1.2)
Dalam keadaan
stasioner
Fc = Fg + Fs..........................................(1.3)
Een = m g + K Vf .................................(1.4)
Dimana E merupakan
kuat medan listrik. Secara umum
didefinisikan bahwa kuat medan listrik E di dalam ruang sebagai gaya
elektrostatis yang bekerja pada suatu satuan muatan di dalam ruang tersebut.[4]
Hukum stokes adalah gaya gesek
antara permukaan benda padat yang bergerak dengan fluida akan sebanding dengan
kecepatan relatif gerak benda ini terhadap fluida. Hambatan gerak benda didalam
fluida disebabkan oleh gaya gesek antara bagian fluida yang melekat ke
permukaan benda dengan bagian fluida disebelahnya. [5]
Menurut stokes gaya gesek
adalah :
.....................................(1.5)
Dimana 
adalah gaya gesekan, 
adalah koefisien kekentalan fluida, 
adalah jari-jari bola, dan 
adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida.[3]
adalah gaya gesekan, adalah koefisien kekentalan fluida, adalah jari-jari bola, dan adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida.[3]
Tetes minyak milikan adalah percobaan yang menunjukkan bahwa
muatan elektron bersifat diskrit yaitu gaya ke bawah. Percobaan milikan disebut juga sebagai
percobaan oil drop. pada percobaan
ini percepatan ke bawah akan terhambat oleh suatu gaya Stokes (gaya
penghambat). Percobaan ini dilakukan dengan menyeimbangkan gaya-gaya antara
gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes minyak kecil yang berada
diantara dua buah plat konduktor.[1]
Elektron memiliki peran
penting dalam mempelajari gejala kelistrikan kemagnetan. Dengan mengembangkan
gaya-gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada
diantara dua plat elektroda. Minyak diteteskan dengan tetesan kecil melalui dua
plat logam dengan dua plat bagian atas. Jika beda tegangan diatur agar mengimbangi
gaya gravitasi tetes minyak, maka partikel-partikel minyak yang mengandung
muatan akan melayang karena keseimbangan gaya tersebut. Pada keadaan ini gaya
gravitasi sama dengan gaya elektrostatik, sehingga muatan dapat diketahui
besarnya.[2] Pada percobaan ini, minyak disemprotkan
pada lubang, sehingga butiran-butiran kecil dapat dilihat dengan menggunakan
mikroskop. Pengukuran dilakukan tidak jauh dari lubang dimana kecepatannya sudah
stasioner. Dari hasil pengamatan ternyata semua muatan butiran selalu merupakan
kelipatan bulat dari suatu faktor, yaitu muatan elektron, yang besarnya
1.602192x10-19 C. Menurut Sokes, “bila sebuah benda dilepaskan tanpa
kecepatan awal di dalam fluida, benda mula-mula akan mendapat kecepatan.
Melalui
banyak percobaan dengan tetes minyak milikan yang beragam meka secara umum
muatan dapat diperoleh:
 |
......................................(1.6)
Dimana besaran massa m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan , sehingga
persamaannya menjadi:
 |
.........................(1.7)
Muatan
listrik Q di dalam suatu ruang, akan menyebabkan timbulnya medan listrik di
dalam ruang tersebut, akhirnya setiap muatan lain Q yang berada di dalam ruang
itu akan mengalami gaya elektrostatis, ”makin banyak muatan Q makin kuat medan
listrik di dalam ruang, ditentukan oleh benyak muatan Q yang menimbukkan medan
listrik tersebut, seerta tergantung pada jaraknya dari muatan Q.[3]
Percobaan tetes minyak
milikan kali ini dilakukan untuk mendapatkan nilai jari-jari tetesan minyak
yang digunakan untuk percobaan ini serta muatan yang terdapat pada percobaan
ini sekaligus jumlah muatan yang terkandung dalam satu tetes minyak.
II. METODE
Adapun alat dan bahan yang
diperlukan dalam percobaan tetes minyak milikan adalah sebagai berikut; milikan
oil apparatus, sprayer, minyak parafin, mikroskop, sumber cahaya, dan stopwatch.
Pada percobaan
tetes minyak milikan memiliki output kuantitatif yaitu berupa waktu tempuh
butiran untuk naik dan turun dalam jarak
s diantara batas garis atas dan garis bawah pada lensa mikroskop. Nilai dari
jarak dan waktu tersebut nantinya akan digunakan untuk menghitung besar
jari-jari tetesan. Kemudian setelah didapatkan jari-jari, maka dapat ditentukan
nilai muatan butiran minyak.
Dari data yang diperoleh dapat ditentukan
jari-jari butir minyak, muatan konstanta, muatan tiap butiran serta banyak
muatan tiap butiran minyak. Dari waktu dan jarak yang ditempuh butiran minyak maka dapat dihitung kecepatan butiran minyak
dengan persamaan :
.............................................
(2.1)
Sedangkan jari – jari butiran minyak dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan:
r = 
.....................................(2.2)
.....................................(2.2)
Selain itu juga
dicari muatan konstanta dengan persamaan :
.....................................(2.3)
dengan, E = medan
listrik yang dapat dicari dengan persamaan:
...............................................(2.4)
dengan, V=
tegangan (Volt), d= jarak
kedua plat
muatan tiap butiran dapat dihitung dengan persamaan:
q = k (vnaik + v turun
)............................(2.5)
banyak muatan tiap butiran dapat dihitung
dengan persamaan:
................................................(2.6)
Dalam
melakukan percobaan ini, langkah pertama yang
dilakukan yaitu dipersiapkan peralatan dan bahan antara lain mikroskop,
sprayer, minyak paraffin, sumber cahaya (lampu polikromatis), stopwatch dan
seperangkat peralatan milikan.
Lalu sprayer
yang berisi minyak parafin dimasukkan ke ruang penyemprotan melalui lubang sprayer,
sehingga timbul butiran-butiran di daerah dua plat yang diberi potensial.
Kemudian sumber cahaya diatur agar ruang pengamatan mendapatkan cahaya. Lalu
dengan menggunakan mikroskop diamati salah satu butiran yang sekiranya bergerak
jatuh bebas dengan kecepatan stasioner. Switch pembalik digunakan untuk
mengatur medan listrik sehingga salah satu butiran diamati dapat bergerak naik.
Diamati dan dicatat waktu tempuh butiran untuk naik dari batas garis bawah
sampai menyentuh batas garis atas. Setelah butiran yang diamati menyentuh batas
garis atas, switch pembalik dilepaskan sehingga butiran bergerak turun. Diamati
dan dicatat waktu tempuh butiran untuk turun dari batas garis atas sampai
menyentuh batas garis bawah.
Gambar 2.1 Rangkaian peralatan tetes
minyak milikan
Pengamatan gerak
butiran diulang sebanyak 7 kali
setiap naik dan turun. Pada percobaan ini digunakan variasi tegangan. Yaitu sebesar 200 V dan 300 V. Adapun Flow
Chart dapat dilihat sebagai berikut
:
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah
dilakukan percobaan tetes minyak milikan,
maka data yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
Tabel
1. Data waktu tempuh naik dan turun suatu butiran minyak pada
tegangan 200 V
|
No.
|
t naik/t gravitasi (s)
|
t turun/t medan (s)
|
|
1.
|
2,40
|
1,70
|
|
2.
|
3,38
|
1,90
|
|
3.
|
2,84
|
2,10
|
|
4.
|
3,18
|
1,56
|
|
5.
|
3,24
|
2,04
|
|
6.
|
3,23
|
2,18
|
|
7.
|
3,30
|
2,54
|
Tabel
2. Data waktu tempuh naik dan turun suatu butiran minyak pada
tegangan 300 V
|
No.
|
t naik/t gravitasi (s)
|
t turun/t medan (s)
|
|
1.
|
2,15
|
2,05
|
|
2.
|
2,75
|
1,93
|
|
3.
|
3,13
|
2,81
|
|
4.
|
1,76
|
1,50
|
|
5.
|
2,70
|
1,73
|
|
6.
|
2,92
|
2,26
|
|
7.
|
3,16
|
2,22
|
Berdasarkan data pada tabel diatas waktu tempuh butiran minyak
untuk turun relatif lebih cepat daripada waktu tempuh untuk naik. Waktu untuk turun lebih cepat daripada
waktu untuk naik karena butiran minyak hanya dipengaruhi gaya gravitasi bumi
sedangkan saat naik butiran minyak dipengaruhi gaya listrik yang arahnya ke
atas, resultan gaya gravitasi dan gaya listrik pada saat butiran naik
menyebabkan gerak butiran ke atas membutuhkan waktu lebih lama daripada untuk
turun. Berdasarkan kenaikan tegangan pada sumber, menyebabkan waktu tempuh
untuk naik dan turun relatif semakin cepat. Hal ini dikarenakan semakin besar beda tegangan semakin besar
medan listrik yang mempengaruhi gerak butiran minyak. Sehingga menyebabkan gerak
butiran minyak semakin cepat.
Untuk menghitung
jari-jari butiran minyak dihitung terlebih dahulu kecepatan naik dan kecepatan
turun butiran, dengan menggunakan persamaan (2.1) didapatkan nilai
kecepatan butiran pada saat naik dan turun yang disajikan dalam tabel berikut
Tabel 3. Hasil perhitungan kecepatan naik dan
kecepatan turun butiran
Minyak dengan d=5mm
|
No.
|
Tegangan (V)
|
V saat naik (m/s)
|
V saat turun (m/s)
|
|
1.
|
200
|
0,000208333
|
0,000294118
|
|
2.
|
0,000147929
|
0,000263158
|
|
|
3.
|
0,000176056
|
0,000238095
|
|
|
4.
|
0,000157233
|
0,000320513
|
|
|
5.
|
0,000154321
|
0,000245098
|
|
|
6.
|
0,000154799
|
0,000229358
|
|
|
7.
|
0,000151515
|
0,00019685
|
|
|
8.
|
300
|
0,000232558
|
0,000243902
|
|
9.
|
0,000181818
|
0,000259067
|
|
|
10.
|
0,000159744
|
0,000177936
|
|
|
11.
|
0,000284091
|
0,000333333
|
|
|
12.
|
0,000185185
|
0,000289017
|
|
|
13.
|
0,000171233
|
0,000221239
|
|
|
14.
|
0,000158228
|
0,000225225
|
Setelah diperoleh nilai kecepatan,
kemudian dapat dicari jari-jari butiran minyak dengan menggunakan persamaan (2.2). dengan diketahui nilai minyak parafin adalah 0,0000181 N/m2 dan
ρ udara adalah 1,29
kg/cm3 dan ρ minyak parafin adalah 875,3 kg/cm3. Maka didapatkan hasil
sebagai berikut:
minyak parafin adalah 0,0000181 N/m2 dan
ρ udara adalah 1,29
kg/cm3 dan ρ minyak parafin adalah 875,3 kg/cm3. Maka didapatkan hasil
sebagai berikut:
Tabel 4. Hasil perhitungan jari-jari
butiran minyak
|
No.
|
Tegangan (V)
|
r (m)
|
|
1.
|
200
|
1,39337E-06
|
|
2.
|
1,17412E-06
|
|
|
3.
|
1,28089E-06
|
|
|
4.
|
1,21048E-06
|
|
|
5.
|
1,19922E-06
|
|
|
6.
|
1,20108E-06
|
|
|
7.
|
1,18827E-06
|
|
|
8.
|
300
|
1,47215E-06
|
|
9.
|
1,30169E-06
|
|
|
10.
|
1,22011E-06
|
|
|
11.
|
1,62711E-06
|
|
|
12.
|
1,31368E-06
|
|
|
13.
|
1,26323E-06
|
|
|
14.
|
1,21431E-06
|
muatan butiran minyak dapat dihitung menggunakan persamaan
(2.5). maka didapatkan hasil sebagai berikut:
Tabel 5. Hasil perhitungan muatan
butiran minyak
|
No.
|
E
|
k
|
q
|
|
1.
|
40000
|
1,18786E-14
|
5,96843E-18
|
|
2.
|
1,00095E-14
|
4,11478E-18
|
|
|
3.
|
1,09197E-14
|
4,52243E-18
|
|
|
4.
|
1,03195E-14
|
4,93009E-18
|
|
|
5.
|
1,02235E-14
|
4,08346E-18
|
|
|
6.
|
1,02393E-14
|
3,9335E-18
|
|
|
7.
|
1,01301E-14
|
3,52899E-18
|
|
|
8.
|
60000
|
8,36684E-15
|
3,98647E-18
|
|
9.
|
7,398E-15
|
3,26167E-18
|
|
|
10.
|
6,93439E-15
|
2,34161E-18
|
|
|
11.
|
9,2475E-15
|
5,70963E-18
|
|
|
12.
|
7,46618E-15
|
3,54048E-18
|
|
|
13.
|
7,17942E-15
|
2,81772E-18
|
|
|
14.
|
6,9014E-15
|
2,64636E-18
|
dan jumlah muatan tiap butiran
minyak dengan menggunakan persamaan (2.6). maka didapatkan hasil sebagai berikut :
Tabel 6. Hasil perhitungan jumlah
muatan tiap butiran minyak
|
No.
|
q
|
e
|
n
|
|
1.
|
5,96843E-18
|
1,69E-19
|
35,31613759
|
|
2.
|
4,11478E-18
|
1,69E-19
|
24,34783772
|
|
3.
|
4,52243E-18
|
1,69E-19
|
26,75994839
|
|
4.
|
4,93009E-18
|
1,69E-19
|
29,17213339
|
|
5.
|
4,08346E-18
|
1,69E-19
|
24,16247219
|
|
6.
|
3,9335E-18
|
1,69E-19
|
23,27513
|
|
7.
|
3,52899E-18
|
1,69E-19
|
20,8815796
|
|
8.
|
3,98647E-18
|
1,69E-19
|
23,58856968
|
|
9.
|
3,26167E-18
|
1,69E-19
|
19,29982503
|
|
10.
|
2,34161E-18
|
1,69E-19
|
13,85566859
|
|
11.
|
5,70963E-18
|
1,69E-19
|
33,78478874
|
|
12.
|
3,54048E-18
|
1,69E-19
|
20,94960531
|
|
13.
|
2,81772E-18
|
1,69E-19
|
16,67289103
|
|
14.
|
2,64636E-18
|
1,69E-19
|
15,65894669
|
Pada percobaan ini,
mikroskop berfungsi untuk mengamati butiran-butiran minyak pada pelat katoda.
Minyak parafin adalah bahan yang digunakan sebagai butiran minyak yang akan
disemprotkan, sprayer digunakan untuk menyemprotkan minyak parafin, stopwatch
untuk menghitung waktu yang dibutuhkan butiran minyak untuk naik dan turun.
Serta sumber cahaya Cahaya berfungsi
sebagai pengion butiran minyak yang jatuh di dalam tabung. Ionisasi menghasilkan
elektron yang melekat pada butiran
minyak,
sehingga butiran minyak menjadi
bermuatan listrik negatif. Butiran
minyak ada yang menyerap satu, dua, atau lebih elektron. Jika pelat logam diberi beda potensial dengan
pelat bawah sebagai kutub negatif, maka tetes minyak yang bermuatan negatif
akan mengalami gaya tolak listrik. Tetes minyak yang mengikat lebih banyak elektron
akan tertolak lebih kuat. Pada
saat switch pembalik digerakkan maka butiran minyak akan mengikuti gerakan switc pembalik
yaitu tetes minyak akan naik
jika switch pembalik digerakkan ke atas atau ke arah (+) dan akan turun jika
switch pembalik dilepaskan atau digerakkan ke bawah. Namun pada
percobaan ini, mikroskop yang digunakan tidak memiliki lensa pembalik sehingga
gerakan butiran yang teramati berkebalikan dengan gerak sesungguhnya.
Dari perhitungan dapat diperoleh jari-jari rata-rata pada tegangan 200 V
sebesar 1,23535E-06 m dan jari-jari rata-rata pada tegangan 300
V sebesar 1,34461E-06 m. q rata-rata pada tegangan 200 V sebesar 4,44024E-18
coloumb dan q rata-rata pada tegangan 300 V sebesar 3,47199E-18
coloumb.
Serta didapatkan jumlah muatan rata-rata pada tegangan 200 V sebesar 26,27360556
muatan dan
jumlah muatan rata-rata pada tegangan 300 V adalah 20,54432787
muatan.
III. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah
dilakukan didapatkan kesimpulan bahwa semakin besar beda potensial semakin cepat waktu
yang dibutuhkan butiran untuk naik maupun turun sehingga semakin besar
kecepatannya. Dari perhitungan dapat diperoleh jari-jari rata-rata pada
tegangan 200 V sebesar 1,23535E-06 m dan jari-jari
rata-rata pada tegangan 300 V sebesar 1,34461E-06 m. q rata-rata pada
tegangan 200 V sebesar 4,44024E-18 coloumb dan q rata-rata pada
tegangan 300 V sebesar 3,47199E-18 coloumb. Serta didapatkan
jumlah muatan rata-rata pada tegangan 200 V sebesar 26,27360556
muatan dan
jumlah muatan rata-rata pada tegangan 300 V adalah 20,54432787
muatan.
UCAPAN TERIMA KASIH
penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten Yovanita N dan Maria Fransisca G.
rekan-rekan praktikan dan semua pihak terkait praktikum tetes minyak milikan
dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini
DAFTAR
PUSTAAKA
[1] Alonso,Finn. 1992. “Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua”. Jakarta: Erlangga.
[2] Kenneth,
Krane. 1986. “Fisika Modern Edisi Ketiga”. Jakarta: Erlangga.
[3] Giancoli,Douglas.
2003.”Fisika Jilid 2”,Jakarta;Erlangga.
[4] Soedojo, Peter. 1992. “Azaz-Azaz Ilmu Fisika Jilid 3 Optika”. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
[5] Pits, Donald R. 1987. “Perpindahan Kalor”. Jakarta: Erlangga.
