Manual Doc

1

MANUAL PENGGUNAAN

APLIKASI FISIKA EKSPERIMEN

LABORATORIUM FISIKA LANJUTAN

JURUSAN FISIKA FMIPA

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2011

2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ............................................................................................................................. 2

DERET BALMER .................................................................................................................... 3

RADIASI ALPHA .................................................................................................................... 9

RADIASI GAMMA ................................................................................................................ 16

PERCOBAAN MILIKAN ...................................................................................................... 23

INTERFEROMETER MICHELSON ..................................................................................... 30

INDUKSI MAGNET .............................................................................................................. 35

3

DERET BALMER

Screenshoot:

Deskripsi :

Praktikum deret Balmer, secara garis besar adalah menentukan panjang gelombang

cahaya hasil difraksi, berdasarkan bentuk spektrum yang terbentuk oleh emisi atom

hidrogen yang dipancarkan Lampu Balmer. Panjang gelombang tersebut diobservasi

dan kemudian digunakan untuk menghitung Energi transisi yang terjadi dalam atom.

Sehingga selain praktikan dapat menentukan panjang gelombang hasil emisi atom

Hidrogen, dengan praktikum ini juga, praktikan dapat membuktikan besarnya Energi

transisi yang terjadi dalam atom Hidrogen sesuai dengan literatur yang sudah ada.

Tujuan :

1. Menentukan panjang gelombang merah (Hα), turqoise (Hβ) dan biru (Hγ)

sebagai bagian dari deret Balmer atom Hidrogen, berdasarkan spektrum

cahaya hasil difraksi Lampu Balmer.

2. Menentukan besar Energi transisi perkulit berdasarkan panjang gelombang

merah (Hα), turqoise (Hβ) dan biru (Hγ) yang dihasilkan.

4

Tinjauan Pustaka :

Deret Balmer merupakan karakteristik atom yang menunjukkan adanya transisi

elektron dari kulit ≥3 ke kulit 2. Ketika bertransisi, atom memancarkan Energi (ΔE)

yang nilainya berbanding terbalik dengan panjang gelombang foton (λ) yang

dipancarkannya. Keadaan transisi ini dapat diilustrasikan sebagaimana Gambar 1.

(a) (b)

Gambar 1. Transisi Elektron (Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series)

Dalam atom, energi tiap kulit (Ek) nilainya sebanding dengan:

dimana:

k = nomor kulit

Z = nomor atom = 1 untuk atom Hidrogen.

Selain itu, persamaan Energi transisi untuk tiap kulit sesuai dengan persamaan:

http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series

5

dimana:

c= kecepatan cahaya

h=tetapan Planck

Untuk atom Hidrogen sendiri, emisi cahaya yang dipancarkan oleh Lampu Balmer,

memancarkan 4 gelombang cahaya tampak dan 4 gelombang dalam range Ultraviolet

dengan spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Transition

of n 3→2 4→2 5→2 6→2 7→2 8→2 9→2 ∞→2

Name Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hδ Hε Wavelength

(nm) 656.3 486.1 434.1 410.2 397.0 388.9 383.5 364.6

Color Red Cyan Blue Violet Ultraviolet Ultraviolet Ultraviolet Ultraviolet

Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series

Sedangkan jika cahaya terdifraksi oleh sebuah kisi, akan memiliki simpangan sebesar

x yang nilainya sebanding dengan panjang gelombangnya, hai ini sesuai dengan

persamaan:

dimana jarak antara kisi dengan layar L, n sebagai orde gelombang dan g lebar kisi.


6

Setting Up Rangkaian :

1. Klik tombol Run yang berada di tengah bawah aplikasi

2. Pasang Lensa Fokus +50 mm ke Pengait 1.

3. Pasang Layar ke Pengait 5.

4. Buka celah Slide, dengan lebar > 0 mm.

5. Pasang Slide pada Pengait 2.

6. Pasang Lensa Fokus +100 mm ke Pengait 3.

7. Pasang Kisi (1/600) mm ke Penyangga Kisi.

8. Pasang Penyangga Kisi ke Pengait 4

9. Nyalakan Lampu Balmer dengan menekan tombol saklar Power Supply.

10. Jika difraksi cahaya belum muncul, dimungkinkan terdapat kesalahan

rangkaian pada langkah sebelumnya.

11. Carilah bentuk difraksi cahaya yang paling bagus dengan mengeser-geser

posisi lensa.

12. Double klik meteran, untuk menampilkan besar lebar celah dan jarak antar

Pengait.

13. Tekan saklar ruang, jika diperlukan simulasi dalam ruang gelap.

14. Gunakan penggaris untuk mengukur simpangan difraksi per gelombang yang

terjadi terhadap terang pusat.

15. Tekan tombol Reset, yang berada disamping tombol Run jika setiap kali

terjadi crash pada aplikasi.

Pengambilan Data :

Contoh spektrum yang terbentuk dari hasil difraksi sebagaimana terlihat pada

Gambar 3:

Gambar 3. Contoh hasil difraksi

Panjang gelombang Hα, Hβ dan Hγ dapat diketahui menggunakan persamaan panjang

gelombang difraksi:

7

dimana:

λ=panjang gelombang

n=orde gelombang

d=lebar kisi = (1/600) mm

L=jarak kisi ke Layar

x=jarak cahaya yang terdifraksi terhadap terang pusat.

Oleh karena itu dalam praktikum ini, data percobaan yang diambil adalah jarak kisi

ke Layar (L) dan simpangan masing-masing warna cahaya yang terdifraksi (x),

dengan mengasumsikan semua cahaya tersebut berada pada orde 1. Dari kedua data

tersebut dicari nilai λ masing-masing gelombang hasil difraksi, kemudian digunakan

untuk mencari tingkat Energi transisi pada atom.

Contoh tabel pengambilan data :

H x L λpercobaan λreferensi ΔEpercobaan ΔEreferensi

Hα

Hβ

Hγ

*tabel di atas dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan.

Analisa Data :

Berdasarkan data hasil percobaan deret Balmer ini, hal-hal yang perlu dianalisa dan

dibandingkan dengan Literatur yang sudah ada adalah:

1. Perbandingan panjang gelombang Hα, Hβ dan Hγ.

2. Perbandingan ΔE masing-masing transisi.

3. Jumlah gelombang yang muncul.

4. Perbandingan dengan eksperimen riil.

8

Referensi :

Anonymous. 2010. Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen II. Laboratorium Fisika

Lanjutan Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya. Malang

Anonymous. 2011. Balmer Series. http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series

(Diakses 14 November 2011)

Anonymous. 2011. Measured Hydrogen Spectrum. http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/Hbase/tables/hydspec.html#c1 (Diakses 14 November 2011)


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/tables/hydspec.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/tables/hydspec.html#c1

9

RADIASI ALPHA

Screenshoot :

Deskripsi :

Secara umum, praktikum ini adalah mengambil jumlah impuls (intensitas) rata-rata

radiasi Alpha yang terjadi pada 2 unsur, dimana unsur yang satu sebagai acuan

(Radium) dan unsur yang satu lagi sebagai unsur yang akan dicari nilai energi radiasi

Alphanya (Ameresium). Sehingga dengan mengetahui pola level energi radiasi pada

detektor dan dibandingkan dengan nilai energi radiasi sesungguhnya (sesuai dengan

literatur) untuk unsur Radium, level energi detektor tersebut dapat digunakan sebagai

faktor pembanding untuk menentukan nilai energi radiasi Alpha yang sesungguhnya

pada unsur Ameresium.

Tujuan :

1. Menentukan dan membandingkan level energi radiasi Alpha pada unsur

Radium yang terdeteksi, dengan energi radiasi unsur tersebut sesuai literatur

yang sudah ada

2. Menentukan besar energi radiasi Alpha yang dipancarkan Ameresium, sesuai

perbandingan level energi radiasi Alpha Radium sebelumnya

Tinjauan Pustaka :

Kebanyakan bahan Radioaktif tidak langsung berubah ke bentuk stabilnya, namun

secara bertahap meluruh ke bentuk isotop lain yang mengikuti rantai peluruhan

tertentu. Seperti terlihat pada deret Radium Gambar 1, Radium 226 meluruh ke

bentuk isotopnya Radon 222, dilanjutkan ke Polonium 218, ke Timah 214 dan begitu

seterusnya sampai ke bentuk isotop-isotop stabil lain, dimana setiap kali terjadi

proses peluruhan, isotop memancarkan energi radiasi sesuai dengan mode peluruhan

yang terjadi. Mode peluruhan ini dapat berupa pancaran radiasi Alpha (α), Beta (β)

ataupun Gamma (γ).

10

Gambar 1. Radium series (Sumber: http://en.wikipedia.org/)

Persamaan 1 menunjukkan proses terjadinya peluruhan α dari atom A ke atom B

dengan Z=nomor atom, N=nomor massa dan e=energi radiasi. Partikel α ini tidak lain

adalah atom He yang mempunyai nomor atom=2 dan nomor massa=4. Radium,

sebagaimana terlihat pada Tabel 1, memiliki mode peluruhan Alpha pada beberapa

isotopnya dan masing-masing memiliki energi radiasi tertentu. Berbeda untuk

Ameresium seperti terlihat pada Tabel 2, mode peluruhan Alpha terjadi pada 2

isotopnya saja.

(1)

11

Tabel 1. Isotop Radium

Sumber: Argonne National Laboratory, EVS

Tabel 2. Isotop Ameresium


12



2. Sambungkan 2 kabel Detektor Semikonduktor ke Sigle Cahnnel Analyzer.

3. Sambungkan kabel Osciloscope ke Single Channel Analyzer dan ke channel I

atau II pada Osciloscope itu sendiri. Jangan lupa merubah set Osciloscope jika

digunakan channel II.

4. Sambungkan kabel Digital Counter ke Single Channel Analyzer dan ke

Digital Counter itu sendiri.

5. Pasang bahan Radioaktif: Radium pada gagang penyangga dan masukkan ke

Detektor Semikonduktor.

6. Nyalakan Single Channel Analyzer, set tombol base pada 0.00, tombol

amplifier ±45º, tombol window ≥45º dan switch ke arah: Auto dan Reset.

7. Nyalakan Osciloscope, set tombol Time/Div 2 µs/div dan tombol Volt/div 0.5

Volt/div (sesuai channel yang digunakan). Kemudian atur sedemikian rupa

sehingga sinyal output dapat dilihat dengan jelas. Jika sinyal tidak muncul

dimungkinkan terdapat kesalahan rangkaian dalam langkah sebelumnya.

8. Nyalakan Digital Counter, set tombol putar mode ke mode frekuensi (Hz).

Sama yang terjadi pada Osciloscope, jika Digital Counter tidak melakukan

counting, dimungkinkan terdapat kesalahan rangkaian dalam langkah

sebelumnya.

9. Pilih nilai window dan amplifikasi Single Channel Analyzer, yang

menghasilkan perhitungan jumlah perhitungan impuls dibawah 1000.



Evaluasi:

1. Jika spektrum terlalu lebar: kecilkan dengan mengecilkan amplifier.

2. Jika spektrum terlalu dekat: besarkan dengan membesarkan amplifier.

3. Jika puncak terlalu tinggi: rendahkan dengan mengecilkan window.

4. Jika puncak terlalu rendah: tinggikan dengan membesarkan window.

Pengambilan Data :

Detektor semikonduktor digunakan untuk mendeteksi impuls radiasi Alpha yang

dipancarkan oleh isotop-isotop bahan. Kemudian impuls yang terdeteksi tersebut,

dipilah-pilah oleh Single Channel Analyzer sesuai level energi antara 0.00 sampai

10.00 Volt, atau sesuai dengan range nilai tombol base. Jumlah impuls yang

mempunyai level energi setara dengan nilai antara tombol base dengan nilai tombol

base yang ditambah nilai tombol window-nya, merupakan nilai yang ditampilkan

pada Digital Counter. Data percobaan yang diambil dalam praktikum ini adalah nilai

rata-rata jumlah impuls yang terhitung pada Digital Counter, sesuai dengan nilai

tombol base yang mengambil selisih nilai pengambilan tertentu. Setelah itu data hasil

13

percobaan ini dipergunakan untuk membuktikan pada level energi ke berapa jumlah

impuls radiasi yang paling banyak tercatat. Selain itu pula, plot hubungan level energi

dengan jumlah rata-rata impuls Radium, dicocokan dengan literatur yang sudah ada,

dan dijadikan sebagai pembanding konversi level energi yang dilakukan Single

Channel Analyzer, untuk membandingkan sekaligus menentukan nilai energi radiasi

alpha dari bahan Ameresium.

Contoh tabel pengambilan data yang digunakan dalam praktikum Radiasi Alpha ini

adalah:

Sedangkan untuk contoh hasil pengambilan data, dapat dilihat pada contoh

pengambilan data untuk Radium berikut ini:

14

Gambar 2. Contoh pengambilan data radiasi Alpha pada Radium

Grafik di atas merupakan grafik hubungan antara Level energi (tombol base) dengan

jumlah rata-rata impuls yang terdeteksi oleh Single Channel Analyzer. Pengambilan

data mengambil range 0.23 dan menunjukkan bahwa energi radiasi Alpha yang

terdeteksi berada pada level energi lebih besar dari 4.00 dan lebih kecil dari 9.00 yang

setara dengan 4.00-9.00 MeV.

Analisa Data :

Hal-hal yang perlu dibahas dari praktikum Radiasi Alpha ini antara lain:

1. Bagaimanakah metode pembandingan hubungan jumlah/intensitas impuls

radiasi Alpha per level energi yang terdeteksi dengan literatur yang sudah

ada?

2. Bagaimanakah teknik penggunaan data radiasi Alpha pada Radium sebagai

pembanding/acuan radiasi Alpha pada Ameresium, beserta cara untuk

mendapat nilai-nilai energi radiasinya?

3. Bagaimanakah kecocokan nilai energi radiasi Ameresium yang didapatkan

dari percobaan, jika dibandingkan dengan literatur yang sudah ada (mis. Tabel

2)?

ketiga hal ini merupakan hal-hal yang menjadi tugas para praktikan untuk

menjawabnya.

15

Referensi :



Silaban, Pantur. 1990. Fisika Modern. Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta

Anonymous. 2005. Radium. Human Health Fact Sheet. Argonne National Laboratory.

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Radium.pdf

Anonymous. 2005. Americium. Human Health Fact Sheet. Argonne National

Laboratory. http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Americium.pdf

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Radium.pdf

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Americium.pdf

16

RADIASI GAMMA

Screenshoot :

Deskripsi :

Praktikum ini bertujuan untuk mengobservasi jumlah impuls (intensitas) rata-rata

radiasi Gamma yang terjadi antara 2 unsur, dengan unsur yang satu sebagai acuan

(Ameresium) dan unsur yang lain sebagai unsur yang akan dicari nilai energi radiasi

Gammanya (Cobalt). Seperti pada praktikum Radiasi Alpha, dengan mengetahui pola

level energi radiasi pada detektor dan dibandingkan dengan nilai energi radiasi

sesungguhnya (sesuai dengan literatur) untuk unsur Ameresium, penyetaraan level

energi detektor tersebut dapat digunakan sebagai faktor pembanding untuk

menentukan nilai energi radiasi Gamma yang sebenarnya untuk unsur Cobalt.

Tujuan :

1. Menentukan dan membandingkan level energi radiasi Gamma pada unsur

Ameresium sesuai energi radiasi di literatur yang sudah ada sebagai level

energi acuan

2. Menentukan besar energi radiasi Gamma yang dipancarkan Cobalt, sesuai

perbandingan level energi acuan radiasi Gamma Ameresium sebelumnya

Tinjauan Pustaka :

Kebanyakan bahan Radioaktif tidak langsung berubah ke bentuk stabilnya, namun

secara bertahap meluruh ke bentuk isotop lain yang mengikuti rantai peluruhan

tertentu. Seperti terlihat pada deret Radium Gambar 1, Radium 226 meluruh ke

bentuk isotopnya Radon 222, dilanjutkan ke Polonium 218, ke Timah 214 dan begitu

seterusnya sampai ke bentuk isotop-isotop stabil lain, dimana setiap kali terjadi

proses peluruhan, isotop memancarkan energi radiasi sesuai dengan mode peluruhan

yang terjadi. Mode peluruhan tersebut dapat berupa radiasi Alpha (α), Beta (β)

ataupun Gamma (γ).

17

Gambar 1. Radium series (Sumber: http://en.wikipedia.org/)

Secara matematis, peluruhan Gamma dari atom A ke atom A yang lebih stabil

diberikan oleh Persamaan 1, dimana Z=nomor atom, N=nomor massa dan e=energi

radiasi. Untuk unsur Ameresium sebagaimana terlihat pada Tabel 1, meskipun tidak

memiliki mode peluruhan Gamma, radiasi Gamma tetap terjadi pada masing-masing

isotopnya. Begitu juga dengan Cobalt, masing-masing peluruhan isotopnya juga

memancarkan radiasi Gamma.

(1)

18

Tabel 1. Isotop Ameresium


Tabel 2. Isotop Cobalt




2. Sambungkan 3 kabel Sintilator, masing-masing ke High Voltage Power

Supply dan 2 kabel lainnya ke Single Channel Analyzer.

3. Sambungkan kabel Osciloscope ke Single Channel Analyzer dan ke channel I

atau II pada Osciloscope itu sendiri. Jangan lupa merubah set Osciloscope jika

digunakan channel II.

4. Sambungkan kabel Digital Counter ke Single Channel Analyzer dan ke

Digital Counter itu sendiri.

5. Pasang bahan Radioaktif: Ameresium atau Cobalt tepat di bawah Sintilator.

6. Dekatkan Sintilator ke bahan yang akan dideteksi.

7. Nyalakan High Voltage, set Voltage input 1100 Volt untuk Ameresium atau

925 Volt untuk Cobalt.

8. Nyalakan Single Channel Analyzer, set tombol base pada 0.00, tombol

amplifier ±45º, tombol window ≥45º dan switch ke arah: Auto dan Reset.

9. Nyalakan Osciloscope, set tombol Time/Div 2 µs/div dan tombol Volt/div 0.5

Volt/div (sesuai channel yang digunakan). Kemudian atur sedemikian rupa

sehingga sinyal output dapat dilihat dengan jelas. Jika sinyal tidak muncul

dimungkinkan terdapat kesalahan rangkaian dalam langkah sebelumnya.

10. Nyalakan Digital Counter, set tombol putar mode ke mode frekuensi (Hz).

Sama yang terjadi pada Osciloscope, jika Digital Counter tidak melakukan

counting, dimungkinkan terdapat kesalahan rangkaian dalam langkah

sebelumnya.

19



Evaluasi:

1. Jika spektrum terlalu lebar: kecilkan dengan mengecilkan amplifier.

2. Jika spektrum terlalu dekat: besarkan dengan membesarkan amplifier.

3. Jika puncak terlalu tinggi: rendahkan dengan mengecilkan window.

4. Jika puncak terlalu rendah: tinggikan dengan membesarkan window.

Pengambilan Data :

Sintilator digunakan untuk mendeteksi impuls radiasi Gamma yang dipancarkan oleh

bahan. Kemudian impuls yang terdeteksi oleh Sintilator tersebut, dipilah-pilah sesuai

level energi yang telah dikonversi antara 0.00 sampai 10.00 (range nilai tombol base)

oleh Single Channel Analyzer. Jumlah impuls yang mempunyai level energi setara

antara nilai tombol base dan nilai tombol base yang ditambah nilai tombol window-

nya, tidak lain adalah nilai yang diterhitung di Digital Counter. Jumlah rata-rata

impuls yang terdeteksi per level energi ini, dengan mengambil selisih nilai tertentu,

merupakan data percobaan yang diambil dalam praktikum dan merupakan data yang

digunakan untuk membuktikan pada level energi ke berapa jumlah impuls radiasi

yang paling banyak tercatat. Selain itu plot hubungan level energi dengan jumlah

rata-rata impuls Ameresium dicocokan dengan literatur yang sudah ada, dan dijadikan

sebagai pengkalibrasi konversi level energi yang dilakukan Single Channel Analyzer

untuk membandingkan, sekaligus menghitung energi radiasi Gamma dari Cobalt.

20

Contoh tabel pengambilan data yang digunakan dalam praktikum Radiasi Gamma ini

adalah sebagai berikut:

Sedangkan untuk contoh hasil pengambilan data, dapat dilihat pada plot pengambilan

data Bahan Ameresium berikut ini:

21

Grafik di atas merupakan grafik hubungan antara Level energi (tombol base) dengan

jumlah rata-rata impuls yang terdeteksi oleh Sintilator. Pengambilan data mengambil

range 0.5 dan menunjukkan bahwa radiasi gamma yang terdeteksi berada pada level

energi lebih kecil dari 1.00.

Analisa Data :

Hal-hal yang menjadi problem pokok dari praktikum Radiasi Gamma ini antara lain:

1. Mengapa Voltage input 1100 Volt untuk Ameresium atau 925 Volt untuk

Cobalt?

2. Bagaimanakah metode pembandingan hubungan jumlah/intensitas impuls

radiasi Gamma per level energi yang terdeteksi dengan literatur yang sudah

ada?

3. Bagaimanakah teknik penggunaan data radiasi Gamma pada Ameresium

sebagai pembanding/acuan radiasi Gamma pada Cobalt, beserta cara untuk

mendapat nilai-nilai energi radiasinya?

4. Bagaimanakah kecocokan nilai energi radiasi Cobalt yang didapatkan dari

percobaan, jika dibandingkan dengan literatur yang sudah ada (mis. Tabel 2)?

Keempat hal-hal di atas merupakan yang menjadi tugas bagi praktikan untuk

menjawabnya berdasarkan praktikum yang mereka lakukan.

22

Referensi :



Silaban, Pantur. 1990. Fisika Modern. Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta

Anonymous. 2005. Cobalt. Human Health Fact Sheet. Argonne National Laboratory.

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Cobalt.pdf

Anonymous. 2005. Americium. Human Health Fact Sheet. Argonne National

Laboratory. http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Americium.pdf

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Cobalt.pdf

http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Americium.pdf

23

PERCOBAAN MILIKAN

Screenshoot :

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)

24

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 (Fq) = Q.E

Gaya berat (W) = moil.g

Gaya angkat (FL) = mL.g

Gaya Stokes (fStokes) = 6εrv

di mana:

Q = muatan tetesan minyak

E = potensial listrik

moil = massa tetesan minyak

g = percepatan grafitasi bumi

mL = massa udara yang digantikan oleh massa tetesan

ε = 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.

25

Sehingga :

W - FL - fStokes = 0

moil.g - mL.g - 6εrv1 = 0

(moil - mL)g - 6εrv1 = 0

mg - 6εrv1 = 0

(2)

dengan m = moil - mL. Kemudian dengan asumsi volume tetesan minyak sebagai bola

V = (4/3)πr3 dan ρoil - ρL = ρ, maka persamaan 2 akan dapat diturunkan menjadi:

Vρg - 6εrv1 = 0

(4/3)πr3ρg - 6εrv1 = 0

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

dengan persamaan 3:

(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 - Fq + 6εrv2 = 0

mg - Q.E + 6εrv2 = 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)+6εrv2 = 0

26

(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)


1. Sambungkan Milikan Chamber ke Milikan Power Supply dengan ketentuan Kabel

Merah ke connector tegangan input positif dan kebel biru ke tegangan input negatif.

2. Sambungkan connector yang berwarna kuning pada Digital Counter I ke connector

start counter connector I di Milikan Power Supply.

3. Begitu juga dengan Digital Counter II, sambungkan connector kuning pada Digital

Counter II ke start counter connector II pada Milikan Power Supply.

4. Nyalakan kedua Digital Counter dan set mode ke timer (s).

5. Sambungkan kabel connecting lamp ke lamp Connector yang berada pada Milikan

Power Suplly.

6. Nyalakan Milikan Power supply.

7. Arahkan switch start counting ke counter 2.

8. Set voltage milikan Power Supply ±500 V.

9. Semprotkan minyak 2x atau lebih, dengan double klik pada Karet Penyemprot.

10. Amati distribusi tetesan minyak dengan mengeser-geser tombol fokus di sebelah

kanan Microscope.

11. Tentukan satu tetesan minyak untuk diamati.

12. 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.

13. 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.

14. Berlatihlah cara memulai, menghentikan dan mereset counting counter 1 dan counter

2, sebelum dilakukan pengambilan data yang sebenarnya.

15. Semprotkan minyak 2-3 kali, ketika tetesan minyak sudah tidak tampak lagi pada

layar Microscope.

16. 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.

27

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:

28

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) tke bawah v1 Q

Metode Dinamik

U = ...

d = ...

No Jarak skala

Microscope (x)

Jarak Sesungguhnya

(s) tke bawah tke 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.

29

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:

1. Metode konversi dari skala Microscope ke jarak sesungguhnya (persamaan 9)?

2. Bagaimana hubungan muatan tetesan minyak dan jumlah n untuk metode statik?

3. Bagaimana hubungan muatan tetesan minyak dan jumlah n untuk metode dinamik?

4. Muatan elektron yang didapatkan berdasarkan percobaan, berikut perbandingannya

dengan literatur yang sudah ada?

Referensi :



30

INTERFEROMETER MICHELSON

Screenshoot:

Deskripsi :

Percobaan Interferometer Michelson adalah menentukan panjang gelombang laser

dengan membagi sinar tersebut menjadi dua bagian, untuk dibiaskan dan dipantulkan

ke arah yang berbeda, yang kemudian dari masing-masing bagian disatukan kembali

dengan mengatur sedemikian rupa sehingga jarak tempuh antara keduanya berbeda,

namun tetap dengan mengusahakan terjadi interferensi. Dengan mengamati pola

perubahan interferensi yang terjadi ketika dilakukan perubahan jarak tempuh yang

baru, akan dapat ditentukan panjang gelombang laser berdasarkan selisih jarak

tempuh antar keduanya dan frekuensi perubahan pola yang terjadi.

Tujuan :

Tujuan dari praktikum Interferometer Michelson ini adalah menentukan panjang

gelombang Laser He-Ne berdasarkan perubahan pola interferensi akibat pergeseran

titik awal arah datang gelombang.

Tinjauan Pustaka :

Interferometer Michelson merupakan alat yang memang ditujukan untuk menentukan

panjang gelombang laser. Prinsip kerja alat ini berdasarkan karakteristik laser yang

dapat dibiaskan dan diteruskan seperi karakteristik cahaya pada umumnya, di mana

susunan mentah rangkaian alat ini sebagaimana ilustrasi Gambar 1.

31

Gambar 1. Skema penjalaran sinar pada Interferometer Michelson

Splitter digunakan untuk memisahkan sinar untuk diteruskan ke Cermin 1 dan

sebagian dipantulkan ke Cermin 2. Dari kedua Cermin ini dipantulkan kembali ke

Splitter, di mana sinar pantulan dari Cermin 1 dipantulkan dan sinar yang dari Cermin

2 diteruskan oleh Splitter yang keduanya mengarah ke Layar. Jika sudut datang kedua

sinar ini sama, maka akan terjadi pola cincin-cincin gelap terang yang disebabkan

oleh interferensi kedua gelombang tersebut. Dengan meggeser-geser salah satu posisi

Cermin maju atau mundur, pola interferensi akan berubah seolah-olah berdenyut,

yang menunjukkan adanya perbedaan titik awal datang gelombang seperti ilustrasi

Gambar 2. Denyutan ini dikarenakan cincin interferensi yang semula berkeadaan

terang merubah menjadi gelap, dan sebaliknya yang semula gelap menjadi terang.

Setiap perubahan cincin dari terang ke gelap kemudian ke terang kembali, atau

perubahan dari gelap ke terang yang kemudian berubah ke gelap lagi, tidak lain

adalah menunjukkan pergeseran titik awal datang gelombang yang nilainya sebanding

dengan panjang gelombang laser, yang sesuai dengan persamaan 1.

(1)

di mana :

λ = Panjang gelombang laser

32

Δx = Pergeseran cermin

N = Jumlah denyutan

Gambar 2. Ilustrasi perbedaan titik awal kedatangan gelombang Cahaya



2. Pasangkan Layar ke Pengait 0.

3. Pasangkan Lensa Fokus +50 mm ke Pengait 2.

4. Pasangkan Lensa Splitter ke Pengait 3, yang secara otomatis akan terpasang miring

45°

5. Pasangkan Lensa Fokus +5mm ke Pengait 1.

6. Pasangkan Cermin ke Pengait 4.

7. Pasangkan Cermin ke Pengait 5.

8. Nyalakan Laser He-Ne.

9. Double klik meteran untuk melihat jarak antar pengait.

10. Atur jarak kedua Cermin dengan Splitter hampir/tepat sama, sampai terjadi pola

gelap terang.

11. Jika beam Sinar laser belum muncul, dimungkinkan terdapat kesalahan pada langkah

sebelumnya.

12. Drag Micrometer yang ada di Pengait 5 untuk memberikan selisih jarak sesuai range

yang ditampilkan pada skala Micrometer. Press Micrometer untuk memutar dalam

range yang kecil.

13. Perhatikan denyutan yang terjadi.

14. Klik Saklar ruang jika diperlukan simulasi dalam ruang gelap.


pada aplikasi.

33

Pengambilan Data :

Secara sederhana, cahaya yang berasal dari sumber cahaya Laser He-Ne sebagian

diteruskan ke Cermin yang berada di Pengait 0 dan sebagian dipantulkan ke Cermin

yang berada di Pengait 5. Kemudian dari kedua cermin ini dipantulkan kembali,

bertemu dan berinterferensi (jika jarak kedua Cermin telah tepat) yang tampak

sebagai pola gelap terang pada Layar. Jika di geser sedikit saja jarak Cermin dari

posisi interferensi ini, maka akan terjadi pola gelap terang yang berbeda, yang

menunjukkan adanya pergeseran titik awal datangnya gelombang antara cahaya yang

dari Cermin di Pengait 0 dan Pengait 1. Hal ini sebagaimana yang telah diilustrasikan

pada Gambar 2 dan akan tampak seperti denyutan. Jarak pergeseran Micrometer

antara denyutan satu ke denyutan yang lain tidak lain adalah panjang gelombang

cahaya Laser He-Ne yang akan dibuktikan dalam praktikum ini.

Berikut contoh tabel pengambilan data yang dapat digunakan:

No Pergeseran Micrometer

(Δx)

Jumlah denyutan

(N) λpercobaan λreferensi

*tabel di atas dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan.

Catatan: Dikarenakan keterbatasan manajemen space, untuk satu kali denyutan interferensi

Laser He-Ne pada simulator, mewakili ±20 kali denyutan pada eksperimen riil.

Analisa Data :

Problem yang menjadi pokok pembahasan praktikum ini adalah:

1. Mengapa lebar pergeseran pada persamaan 1 harus dikalikan 2?

2. Mengapa interferensi tidak terjadi jika selisih jarak antara Cermin 1 ke Splitter dan

Cermin 2 ke Splitter terlalu lebar/kecil?

3. Berapa panjang gelombang Laser He-Ne berdasarkan percobaan dan bagaimana

perbandingannya dengan literatur yang sudah ada?

4. Bagaimanakah perbandingan antara praktikum Virtual ini dengan yang riil? masalah

teknis apa saja yang muncul?

Keempat Problem di atas merupakan problem yang harus dijawab oleh praktikan berdasarkan

percobaan yang mereka lakukan mandiri.

34

Referensi :



35

INDUKSI MAGNET

Screenshoot :

Deskripsi :

Percobaan Induksi Magnet ini adalah untuk mengetahui fenomena induksi solenoid

besar terhadap solenoid kecil yang berada di tengah-tengahnya dengan memberikan

gelombang input yang berbeda-beda (sinus, segitiga dan kotak). Hal-hal yang perlu

diamati dari percobaan ini meliputi bentuk gelombang output, perbandingan

amplitudo tegangan input dan output serta pengaruh frekuensi terhadap tegangan

output yang dihasilkannya. Sehingga dengan praktikum ini diharapkan praktikan

dapat membuktikan adanya pengaruh medan magnet pada dua kawat konduktor yang

sejajar, dengan salah satu bertindak sebagai kawat penginduksi.

Tujuan :

Tujuan dari praktikum Induksi Magnet ini adalah:

1. Menentukan besar frekuensi induksi berdasarkan frekuensi penginduksi yang

diberikan

2. Menentukan nilai amplitudo tegangan induksi berdasarkan tegangan penginduksi

yang diberikan

Tinjauan Pustaka :

Faraday dalam percobaannya, dapat membangkitkan arus listrik dari suatu konduktor

dengan menggerak-gerakkan batang magnet yang berada di dekat bahan konduktor

tersebut. Hal serupa juga dapat dilakukan seperti dengan mengalirkan arus bolak-

balik pada kawat konduktor, sebagai penginduksi kawat konduktor lain yang sejajar

dan berada didekatnya. Konsep dua kawat sejajar ini tidak lain merupakan prinsip

dasar penggunaan dua solenida dalam praktikum ini, di mana solenoid besar

bertindak sebagai kawat penginduksi dan solenoid kecil sebagai kawat yang

diinduksi.

36

Sedangkan apabila terdapat medan magnet dalam suatu solenoida, kuat medan

magnet dalam suatu solenoida dengan diameter d tersebut diberikan oleh persamaan

1. Jika diberikan solenoida dengan diameter yang lebih kecil, diletakkan sejajar dan

tepat di tengah-tengahnya, jumlah fluks yang mengenai kawat pada solenoid kecil

nilainya akan sebanding dengan persamaan 2.

B = μoNI

(1)

di mana :

B = kuat medan magnet

μo = permaebilitas udara= 4π x 10-7

T.m/A

N = jumlah lilitan persatuan panjang

I = arus yang diberikan pada solenoida

∅ = BAn

(2)

dengan:

B = kuat medan magnet solenoid besar

A = luas lingkaran solenoid kecil

n = jumlah lilitan solenoid kecil

∅ = fluks magnet

Gambar 1. medan magnet pada solenoida

Dan apabila fluks magnet yang mengenai solenoid kecil berasal dari arus yang

mengalir bolak-balik (AC), maka pada kawat yang terkenai medan tersebut akan

terjadi ggl induksi (εe) yang nilainya sebanding dengan persamaan :

εe = - d∅

= dBAn

dt dt

= -An d (μoNI)

dt

εe = Uind = -ANnμo dI

dt

(3)

37

Uind dapat disebut juga sebagai tegangan hasil induksi arus penginduksi I. Kemudian

berdasarkan persamaan 3 di atas, karena Uind berbanding lurus dengan I, maka dapat

diasumsikan pula Uind berbanding lurus dengan U penginduksinya.



2. Nyalakan Function Generator.

3. Pasangkan dua kabel penghubung ke conector bagian tengah Signal Generator.

4. Pada Signal Generator pula, set tombol base 1, pengali x100, mode gelombang sinus,

dan amplitudo ±45° dari sudut awal.

5. Sambungkan salah satu kabel Osciloscope di atas kedua kabel penghubung tadi,

sehingga kabel Osciloscope menyambung secara bersusun.

6. Sambungkan ujung yang lain ke channel I, set time/div 2 ms, Volt/div 5 V dan

gelombang sedikit digeser ke atas (menggunakan tombol ypos). Gelombang ini tidak

lain adalah yang disebut sebagai gelombang input dalam praktikum ini.

7. Sambungkan kabel yang dihubungkan ke Signal Generator tadi, satu ke Resistor dan

satu lagi ke kumparan besar.

8. Sambungkan ujung Kumparan Besar yang lain secara bersilangan, dengan ujung

terakhir dihubungkan ke Resistor.

9. Pasang kabel penghubung Osciloscope ke Kumparan Kecil dan sambungkan ke

ujung Kumparan kecil yang lain dengan kabel yang masih tersisa.

10. Sambungkan ke Osciloscope channel 2, set Volt/div 10 mV.


pada aplikasi.

Catatan:

Jumlah Lilitan Kumparan Besar = 2x60 = 120 lilitan

Jumlah Lilitan Kumparan Kecil = 60 lilitan

Diameter kumparan besar = 12 cm

Diameter kumparan kecil = 6 cm

Pengambilan Data :

Dalam praktikum ini, selain untuk mengetahui seberapa besar perbandingan antara

arus penginduksi dengan arus hasil induksi (Uind) sebagaimana diberikan oleh

persamaan 3, juga untuk mengetahui fenomena induksi akibat adanya arus bolak-

balik dengan bentuk gelombang input yang berbeda (sinus, kotak dan segitiga). Oleh

karena itu dalam pelaksanaanya, praktikum ini tidak mengambil data tegangan input

dan output saja, namun perlu juga mengambil cuplikan gambar masing-masing

tampilan gelombang output dari bentuk gelombang input yang berbeda.

38

Contoh tabel data percobaan dengan range base frekuensi sama dengan 5 adalah :

Analisa Data :

Hal-hal yang perlu dibahas dari praktikum ini antara lain:

1. Hubungan frekuensi penginduksi dengan tegangan induksi untuk masing-masing

bentuk gelombang input?

2. Hubungan frekuensi penginduksi dengan frekuensi induksi untuk masing-masing

bentuk gelombang input?

3. Hubungan frekuensi penginduksi dengan bentuk gelombang induksi untuk masing-

masing bentuk gelombang input?

4. Pembuktian bahwa arus DC tidak dapat membangkitkan arus induksi?

Referensi :



Serway, and Jewett. 2002. Principles of Physics. Edisi ketiga. Thomson Learning.

Singapore

39

Authorisasi :

Simulator Praktikum Fisika Eksperimen 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 : [email protected].

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

http://www.greenfoot.org/

Manual Doc

Documents