Langsung ke konten utama

Percobaan Thomson

Gambar berikut ini memperlihatkan tabung kaca yang hampir hampa udara yang di dalamnya terdapat dua elektrode, yaitu katode (negatif) dan anode (positif). Ketika antara katode dan anode diberi beda potensial yang sangat tinggi, berkas sinar terpancar dari katode. Sinar tersebut dinamakan dengan sinar katode. Loncatan muatan listrik pada tabung lecutan gas merupakan permulaan dari penemuan elektron.


Membeloknya sinar katode ketika dilewatkan pada medan listrik dan medan magnet mengantarkan pada kesimpulan bahwa sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan listrik negatif. Selanjutnya, J.J. Thomson melakukan eksperimen untuk menentukan besar muatan partikel-partikel tersebut. Skema sederhana peralatan eksperimen Thomson diperlihatkan pada Gambar berikut.

Sinar katode (digambarkan sebagai sebuah muatan negatif yang besarnya e) dilewatkan pada daerah bermedan listrik (E) dan bermedan magnet (B) yang saling tegak lurus. Akibatnya, sinar katode mendapat gaya listrik (F=eE) dan gaya magnetik (Fm = evB) yang arahnya saling berlawanan. Besar medan magnet diatur sedemikian rupa sehingga besar gaya magnet sama dengan besar gaya listrik (evB = eE). Keadaan yang diharapkan terjadi adalah sinar katode merambat lurus dengan kecepatan yang memenuhi persamaan berikut.
       E
v = ----
       B

Selanjutnya, sinar katode melewati daerah bermedan magnet saja. Akibatnya, sinar katode akan dibelokkan dan menempuh lintasan melingkar dengan jari-jari R. Dalam hal ini, gaya magnet bertindak sebagai gaya sentripetal sehingga berlaku
            mv2
evB  = -----
            R

dan diperoleh

 e         v
----  = -----
 m       BR

dimana
       E
v = ----
       B
maka diperoleh

e          E
----  = -----
 m       B2R

Besaran-besaran E, B, dan R dapat diukur. Akan tetapi, meskipun muatan ee dan massa m tidak dapat ditentukan secara terpisah, perbandingan e/m  dapat ditentukan. Nilai e/m yang diterima saat ini adalah 1,76 x 1011 C/kg. Sinar katode kemudian dikenal sebagai berkas partikel yang disebut elektron.
Meskipun Thomson tidak berhasil menentukan massa dan muatan elektron, tetapi ia yakin bahwa elektron memiliki massa yang jauh lebih kecil dari atom. Menurut Thomson, atom bukanlah bagian terkecil dari suatu unsur, melainkan tersusun oleh muatan-muatan positif (disebut proton) yang tersebar merata di seluruh atom dan dinetralkan oleh elektron-elektron.
Keyakinan Thomson terbukti setelah R. A. Millikan (1868-1953) berhasil menentukan muatan elektron melalui eksperimen yang disebut percobaan tetes minyak Millikan. Millikan menyemprotkan minyak melalui lubang kecil pada anode, seperti diperlihatkan pada Gambar berikut.
Tetes-tetes minyak akan masuk ke daerah bermedan listrik antara anode dan katode. Tetes-tetes minyak tersebut ada yang terus jatuh, ada yang diam, dan ada pula yang bergerak ke atas kembali ke anode. Millikan hanya mengamati tetes-tetes minyak yang diam karena pada keadaan tersebut berlaku persamaan

qE = mg

dengan: q = muatan tetes minyak (C), dan g = percepatan gravitasi (m/s2).

Melalui eksperimen ini, Millikan berhasil menentukan muatan elektron, yaitu e = -1,6 x 10-19 C.  Selain itu, Millikan juga menyimpulkan bahwa muatan benda merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan elektron. Selanjutnya, dengan menggunakan Persamaan
 e          E
----  = -----
 m       B2R

diperoleh massa elektron m = 9,11 x 10-31 kg.



Contoh Soal
1.      Pada eksperimen Thomson, medan magnet dan medan listrik yang digunakan masing-masing bernilai 2 x 10-4 T dan 3,52 x 102 V/m. Tentukan jari-jari lintasan elektron yang terukur sehingga menghasilkan e/m  = 1,76 x 1011 C/kg.
Jawab
Diketahui: B = 2 x 10-4  T , E = 3,52 x 102 V/m, dan e/m = 1,76 x 1011 C/kg.



2.      Sebuah tetesan minyak mengandung muatan sebesar 3,2 x 10-18 C. Berapakah jumlah elektron dalam tetesan minyak tersebut?
Jawab
Diketahui: muatan tetesan minyak q = 3,2 x 10-18 C. Menurut hasil eksperimen Millikan, muatan benda merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan elektron  e = 1,6 x 10-19 C.
Jumlah elektron n adalah



Latihan Soal

1.      Tuliskan pernyataan model atom menurut Dalton.
2.      Alasan apa yang mendasari Thomson dalam menyatakan model atomnya?
3.      Pada percobaan Thomson, berapakah kelajuan elektron saat melewati medan listrik dan medan magnet jika masing-masing besarnya 5 x 102 V/m dan 2,5 x 10-4 T?
4.      Pada eksperimen tetes minyak Millikan, muatan sebuah tetes minyak yang diamati memiliki massa 4 x 10-I5 kg dan mengandung 5 buah elektron. Dengan mengatur beda potensial antara dua keping, tetesan minyak tersebut dibuat diam di dalam ruang antara dua keping. Jarak antara dua keping 4,0 cm.
a.       Tentukanlah muatan tetesan minyak.
b.      Berapakah medan listrik antara dua keping?
c.       Tentukanlah beda tegangan antara dua keping.







LINK FISIKA
| HOME | TEORI ATOM DALTON |PERCOBAAN THOMSON | TEORI ATOM THOMSON | PERCOBAAN RUTHERFORD | TEORI ATOM RUTHERFORD | SPEKTRUM ATOM HIDROGEN | TEORI ATOM BOHR | TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM | BIL. KUANTUM UTAMA | BIL. KUANTUM ORBITAL | BIL. KUANTUM MAGNETIK | BIL. KUANTUM SPIN | EFEK ZEMAN |KONFIGURASI ELEKTRON|
Label:

Postingan populer dari blog ini

Transformasi Lorentz (relativitas Kecepatan)

Pada transformasi Galileo telah dikemukakan bahwa selang waktu pengamatan terhadap suatu peristiwa yang diamati oleh pengamat yang diam dengan pengamat yang relatif bergerak terhadap peristiwa adalah sama ( t = t’ ) . Hal inilah yang menurut Einstein tidak benar, selang waktu pengamatan antara pengamat yang diam dan pengamat yang bergerak relatif adalah tidak sama ( t ≠ t’ ) . Transformasi Lorentz pertama kali dikemukaan oleh Hendrik A. Lorentz, seorang fisikawan dari Belanda   pada tahun 1895. Karena waktu pengamatan oleh pengamat yang diam pada kerangka acuan S dan pengamat yang bergerak pada kerangka acuan S’ hubungan transformasi pada Galileo haruslah mengandung suatu tetapan pengali   yang disebut tetapan transformasi.   Sehingga persamaan yang menyatakan hubungan antara koordinat pada kerangka acuan S dan S’ dituliskan sebagai berikut : Transformasi Lorentz          x’ =   ϒ (x – v.t), y’ = y, z’ ...
Baca selengkapnya

Gaya Pemulih pada Pegas

1.   Gaya Pemulih   Gaya pemulih dimiliki oleh setiap benda elastis yang terkena gaya sehingga benda elastis tersebut berubah bentuk. Gaya yang timbul pada benda elastis untuk menarik kembali benda yang melekat padanya disebut gaya pemulih. Akibat gaya pemulih tersebut, benda akan melakukan gerak harmonik sederhana. Dengan demikian, pada benda yang melakukan gerak harmonik sederhana bekerja gaya pemulih yang selalu mengarah pada titik kesetimbangan benda. a. Gaya Pemulih pada Pegas Pegas adalah salah satu contoh benda elastis. Oleh karena sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali ke keadaan setimbangnya mula-mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Perhatikan gambar, anggap mula-mula benda berada pada posisi y = 0 sehingga pegas tidak tertekan atau teregang. Posisi seperti ini dinamakan posisi keseimbangan. Ketika benda ditekan ke bawah (y = –) pegas akan menarik benda ke atas, menuju posisi keseimbangan. Sebal...
Baca selengkapnya

Teori Kuantum Planck

Perkembangan teori tentang radiasi mengalami perubahan besar  pada saat Planck menyampaikan teorinya tentang radiasi benda hitam. Planck mulai bekerja pada tahun 1900. Planck mulai  mempelajari sifat dasar dari getaran molekul-molekul pada dinding rongga benda hitam. Dari hasil pengamatannya Planck membuat simpulan sebagai berikut. Setiap benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energinya secara diskontinu (diskrit) berupa paket-paket energi. Paket-paket energi ini dinamakan kuanta (sekarang dikenal sebagai foton) . Energi setiap foton sebanding dengan frekuensi gelombang radiasi dan dapat dituliskan : E = h f                     dengan  :  E  =  energi foton (joule)                   f   =  frekuensi foton (Hz)       ...
Baca selengkapnya