Pemberian Kecepatan pada Elektron Gerakan Elektron dalam Medan Magnet Medan Magnet

4

BAB II KAJIAN TEORITIK

1. Pemberian Kecepatan pada Elektron

Elektron dapat berasal dari suatu logam katode yang dipanasi themoelektron. Elektron dipercepat dalam medan listrik. Katode dipanasi dengan pemanas elektronik sehingga melepaskan thermoelektron. Kemudian antara katoda dan anoda dikenai beda tegangan tertentu di mana katoda lebih negatif dari pada anoda, sehingga thermoelektron bergerak dipercepat antara katoda dan anoda. Jika kecepatan thermoelektron ketika terlepas dari katoda kecepatan karena proses pemanasan diabaikan, dan jika beda tegangan sebesar V dikenakan antara katoda dan anoda, maka kelajuan v elektron ketika melewati anoda dapat dihitung dari hukum kekekalan energi sebagai berikut : 2 2 1 mv = eV atau v = m eV 2 1 di mana e = muatan elektron m = massa elektro.

2. Gerakan Elektron dalam Medan Magnet

Elektron yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet, dalam medan magnet yang seragam uniform, akan membentuk lintasan melingkar dengan kelajuan konstan dalam bidang tegak lurus terhadap medan magnet. Jika rapat fluxs medan magnet adalah B Wbm 2 , kelajuan gerak melingkar elektron adalah v ms dan jejari lingkaran lintasan elektron adalah r m, maka gaya Lorentz merupakan gaya sentripetal gerakan melingkar dan memenuhi persamaan berikut : 5 evB = r mv 2 atau eB = r mv 2 Dari persamaan 1 dan 2 dapat diperoleh perbandingan muatan terhadap massa elektron, yakni : em = 2 2 2 B r V 3

3. Medan Magnet

Medan mgnet B yang tertulis pada ersamaan 3 dihasilkan oleh kumparan Helmholtz. Kumparan Helmholtz tersusun atas dua kumparan melingkar dengan jejari R m yang sama dan diatur sedemikian rupa sehingga mempunyai sumbu bersama coaxial. Dua kumparan tersebut tentu saja sejajar satu sama lain dan dipisahkan dengan jarak pisah sebesar R jejari kumparan. Jika arus I A mengalir dengan arah yang sama pada dua kumparan tersebut, dihasilkan medan magnet seragam uniform, dengan arah sejajar dengan sumbu dua kumparan, di antara dua kumparan tersebut. Jika dua kumparan tersebut terpisah sejauh R sama dengan radius kumparan dan kemudian arus I mengalir dengan arah yang sama pada kedua kumparan, maka hukum Biot-Savart memberikan medan magnet B di antara dua kumparan sebagai berikut Durney and Johnson, 1969 : B = 5 5 8 R NI o  4 dengan o  : permiabilitas ruang hampa N : jumlah lilitan Dengan mengambil o  = 4  x 10 -7 henrym, khusus untuk alat yang akan digunakan dalam percobaan N = 130 lilitan dan R = 0,150 m akan diperoleh : B = 7,793 x 10 -4 I wbm 2 5 6 Substitusi persamaan 5 ke dalam persamaan 3 menghasilkan : em = 2 4 2 10 793 , 7 2 I x r V  6 Persamaan 6 adalah persamaan yang siap dijadikan sebagai dasar operasional pengukuran em . Jika k = 7,793 x 10 -4 2 , maka dapat dituliskan : I = ek V m 2 r 1 7 Persamaan 7 menunjukkan bahwa untuk tegangan anoda V tertentu konstan, besaran yang berada di bawah tanda akar bernilai konstan, sehingga arus I yang mengalir pada kumparan Helmholtz berbanding terbalik dengan jejari r lingkaran lintasan elektron. Karena yang akan diukur secara langsung dalam eksperimen adalah diameter d = 2r lingkaran lintasan, maka persamaan 7 dapat dituliskan : I = ek V m 8 d 1 8 Secara implisit persamaan 8 menunjukkan bahwa d adalah variabel terikat dan I adalah variabel bebas. Untuk V tertentu konstan, persamaan 8 merupakan persamaan garis lurus yang berbentuk : y = bx 9 Dengan y = I dan x = d -1 , maka b = ek V m 8 yang merupakan kemiringan slope grafik yang menggambarkan I sebagai fungsi dari d -1 dengan I sebagai sumbu vertikal dan d -1 sebagai sumbu horisontal. Untuk arus I konstan, persamaan 6 atau 7 menunjukkan bahwa V berbanding lurus dengan r 2 sebagai : V = 2 2 m ekI r 2 10 7 Persamaan 10 menunjukkan bahwa pengenaan V yang besar akan memperpendek umur tabung lucutan, oleh karena itu prosedur eksperimen yang berdasarkan persamaan 10 disarankan untuk berhati-hati atau tidak dilakukan. 8

BAB III METODOLOGI PENELITIAN